NO127095B

NO127095B -

Info

Publication number: NO127095B
Application number: NO05095/69A
Authority: NO
Inventors: Tibor Kugler; Jakob Silbiger
Original assignee: Lonza Ag
Priority date: 1968-12-24
Filing date: 1969-12-23
Publication date: 1973-05-07
Also published as: DE1962989A1; GB1297389A; BE743039A; FR2027085A1; DE1961339A1; JPS5022986B1; US3658673A; NL6919179A; NO127094B; SE381575B; GB1297388A; US3649497A; NL6919285A; CH525705A; FR2027608A1

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved fremstilling-av et reaksjonsprodukt inneholdende minst en metall- eller metalloidbestanddel, hvor reaksjonsdeltagerne bringes til å reagere under innvirkning av varmen fra plasmaet fra en lysbueutladnihg, idet plasmaet stabiliseres med en væske som fores sirkelformig rundt lys.bueutlad-ningen og delvis fordamper i plasmaet.

Ifolge oppfinnelsen innfores minst en flytende reaksjonsdeltager som inneholder metallet hhv. metalloidet, tangensialt i et flertall ringformige rom i en utladningsbeholder og fores der sirkelformig rundt plasmaet for å stabilisere dette og for å danne i det minste en del av plasmaet, og bringes til å reagere i plasmatiistand.

Fra U.S. patentskrift nr. 3079325 er det kjent for spalting av hydrocarboner med hoy molekylvekt til hydrocarboner med lav molekylvekt under varmepåvirkning av plasmaet fra en lysbueutladnlng å lede hydrogen gjennom et ringformig rom som omslutter katoden, o<:>g inn i utladning srommet mellom anoden og katoden i en plasmabrenner. Hydrocarbonet med hoy molekylvekt innfores tangensialt i utladningsrommet slik at det danner en hvirvel som. sirkulerer rundt lysbueutladningen. Hydrogenet tjener som varmeoverforingsmiddel og hvirvelen for stabilisering av utladningen. Hydrocarbonet er på hvirvelens innside ut-satt for varmepåvirkning av hydrogenplasmaet som tjener som varmeoverforingsmiddel .

Fra Chemie Ingenieur-Technik, bd. 35(1963), sider 7-10, er det kjent for reduksjon av siliciumtetraklorid eller titantetraklorid å omsette siliciumtetraklorid hhv. titantetraklorid og en lysbueut-ladnings hydrogenplasma. Hydrogenet ledes inn i utladningsrommet - mellom en plasmabrenners anode og katode gjennom et ringformig rom som omgir katoden. ' Plasmaet bestående av hydrogen forlater brenneren gjennom en åpning i anoden. Siliciumtetrakloridet hhv. titantetra-kloridet bringes til omsetning med hydrogenplasmaet som kommer ut av brenneren. For stabilisering av utladningslysbuen er en sterk magnetspole anordnet rundt brenneren.'

Ifolge U.S. patentskrift nr. 3079325 utgjor hydrogenet et varmeoverforingsmiddel for oppvarming av det i flytende fase tilforte hydrocarbon som omsettes alene og som dessuten tjener til å stabilisere lysbueutladningen.

Ifolge den angitte artikkel i Chemie-Ingenieur-Technik tjener hydrogen både som varmeoverforingsmiddel og som reaksjonsdeltager og bringes utenfor brenneren til å omsettes.med gassformig siliciumtetraklorid. hhv. titantetraklorid. Da disse reaksjonsdeltagere er gassformige og derfor ikke egnede for.stabilisering av lysbueut-. ladningen, anvendes en magnetspole for stabiliseringen av denne.

For den foreliggende fremgangsmåte anvendes intet varmeoverforingsmiddel og ingen magnetisk stabilisering av lysbueutladningen. Minst en reaksjonsdeltager som. inneholder metallet hhv. metalloidet, benyttes i flytende fase for stabilisering av lysbueutladningen, idet den fordampende del av væsken danner i det. minste en del av plasmaet slik at denne reaksjonsdeltager allerede .foreligger i plasmatilstand når den omsettes.

Da reaksjonsdeltageren, som ikke er hydrogen, men en forbindelse som inneholder metallet hhv. metalloidet, forst benyttes i flytende fase for å stabilisere lysbueutladningen og derved fordamper slik at den fordampede del danner i det minste en del av plasmaet, og der-efter omsettes i plasmatilstand, blir en storre del av den til disposisjon stående energi utnyttet for omsetningen enn ved de kjente prosesser hvor enten hydrocarbon oppvarmes ved hjelp av et hydrogenplasma som tjener som varmeoverforingsmiddel, eller siliciumtetraklorid hhv. titantetraklorid omsettes med et hydrogenplasma. Dessuten tas det ved den foreliggende fremgangsmåte sikte på å oppnå et annet indre reaksjonsforlop.

Når flere reaksjonsdeltagere benyttes i flytende fase for stabiliseringen og sammen eller hver for seg danner en del av plasmaet, vil de alle omsettes i plasmatilstand. Ved denne utfbrelses-form oppnås de storste- fordeler ved den foreliggende fremgangsmåte.

Foreliggende fremgangsmåte er nedenfor nærmere beskrevet ved eksempler på dens anvendelse for reduksjon, spaltningsreaksjoner og carbiddannelse.

I disse eksempler gjennomfores foreliggende fremgangsmåte ved anvendelse av en plasmareaktor som på tegningen skjematisk er vist ved et lengdesnitt.

Plasmareaktoren har en utladningsbeholder med en sylindrisk mantel 1, en fremre dyse 2 hvorigjennom plasmastrålen 3 kommer ut,

og en bakvegg h. I utladningsbeholderen er det anordnet tre skjermer 5, 6 og 7 i avstand fra hverandre og fra dysen 2 og bakveggen k. Mellom bakveggen k og skjermen 5 er det anordnet en skjerm 8, og mellom skjermene 6 og 7 er to skjermer 9 og 10 koaksialt anordnet i forhold til mantelen 1. Skjermenes 8, 9 og 10 utvendige diameter er mindre enn mantelens 1 innvendige diameter. Skjermens 10 hulldiameter er omtrentlig lik skjermenes 5, 6 og 7, men skjermenes 8 og 9 hulldiameter er noe mindre. Skjermen 8 er anordnet i avstand fra bakveggen h og skjermen 5,^ og skjermene 9 og 10 er anordnet i avstand fra hverandre og fra skjermene 6 og 7 ved ringer 11 med en ut-vendig diameter tilsvarende skjermenes 8, 9 og 10. Ringenes 11 innvendige diameter er storre enn skjermenes 5-10 hulldiameter, hvorved dannes flere ringformige rom hvori væsken kari fores sirkelformig rundt lysbueutladningen for stabilisering'av denne, idet hvert ringformig. rom er aksialt avgrenset av to naboskjermer og radialt av en ring. Ringene' 11 har tangensiale, gjennomgående boringer, til deres hull-

rand.. En tilforselsledning 12 hhv. 13 for væsken for dannelse av den sirkelformige væskehvirvel forer inn i hvert ringformig rom mellom skjermene 8,. 9y±0, ringene 11 og mantelen 1. Hver av. skjermene 5, 6 og 7 har en aksialt- fremspringende ringleppe. Led-ninger lk og 15 for bortledning av den ikke fordampede rest av denne væske kommer ut av de ringformige rom mellom disse ringlepper og mantelen 1, idet væsken avkjoles og sammen med .ny væske igjen tilfores innlbpene 12 og 13. En stavkatode. 16, f.eks. av grafitt, er koaksialt anordnet i bakveggen h. Foran dysen 2 roterer en hul, vann-avkjølt, skiveformig rund anode 17 som avhengig av den reaksjon som skal gjennomføres, består av f.eks. kobber, carbon, titan eller aluminium. Anodens 17 akse er parallell med utladningsbeholderens akse, og anodens rand har omtrentlig samme avstand fra utladningsbeholderens akse som dysens 2 hullrand. Drivverket er betegnet med l8 og anodens 17 kjblesystem med 19. Anoden 17 er anordnet i et inn-satsstykke i et reaksjonskammer 20 som for bestemte reaksjoner består av f.eks. et keramisk, oxydisk materiale, står i forbindelse med dysen 2 og er forsynt med en tilforselsledning 21 og to utlbpsstykker 22 og 23. Reaksjonskammeret 20 kan for bestemte reaksjoner være varmeisolert, forsynt med en oppvarmings- eller avkjolingsanordning, en ringdusj 2h for bråkjoling av reaksjonsproduktene, en fast, vann-avkjølt andre kobberanode 25 og ha et utlop 26.

Reduksjon

For reduksjon av TiCl^ til TiCl^ anvendes den i forbindelse

med tegningen beskrevne plasmareaktor med en kobberanode 17, men uten delene 2^-, 25 og 26.

Den ene reaksjonsdeltager, TiCl^, ledes inn i innlopene 12 og 13, strommer gjennom ringenes 11 tangensiale boringer og danner en væskehvirvel i utladningsrommet, hvorved den delvis fordamper under dannelse av plasmagassen. Som den annen reaksjonsdeltager ledes hydrogen gjennom tilforselsledningen 21 inn i reaksjonskammeret 20. Lysbueutladningen kan f.eks. foregå ved en strbmstyrke av 500 A. Plasmastrålen 3 har f.eks. en diameter av 7-13 mm og stabiliseres av den av TiCl^ bestående væskehvirvel.

To trinnvis på hverandre folgende reaksjoner finner sted. Ved den forste reaksjon dannes titancarbid og klor fra katodens carbon og en del av det TiCl^ som foreligger i rommet mellom skjermenes 5 og 6 lepper. Disse reaksjonsprodukter fjernes gjennom utlopet 1^ sammen med TiCl^, hvorved de bråkjoles.. Mengden av disse reaksjonsprodukter er bl.a. avhengig av storrelsen til rommet mellom skjermenes 5 og 6 lepper og av avtrekningshastigheten. -Den annen reaksjon finner sted ved anoden 17 i.overensstemmelse med ligningen

Reaksjonsproduktene fjernes ved

For reduksjon av TiCl^ til Ti anvendes plasmareaktoren med. aluminiumanoden 17 og uten delene 21, 2ht 25 og 26. Derved dannes flytende Ti og aluminiumkloridgass under jevnt forbruk av anoden Spaltningsreaks jon

For spaltning av SiCl^_ anvendes plasmar eaktor en med kobber - anoden 17 og med den andre kobberanode 25, og dessuten med utlopet 26, men uten dusjen 2k. Til den andre anode 25 tilfores en spenning som er mer positiv enn spenningen ved anoden 17 slik at utladningen går fra katoden 16 til anoden 17 og derfra videre til den andre anode 25.

Gjennom innlopene 12 og 13 tilfores SiCl^ for dannelse og stabilisering av plasmaet, og stromstyrken (ca. 5-00 A) og skjermenes-5-10 hulldiameter velges slik at plasmagassens temperatur blir til-strekkelig hoy for gjennomføring av reaksjonen SiCl^ 7* Si <+> 2CI2. Spaltningsreaksjonen finner sted i reaksjonskammeret 20. Det metalliske silicium kondenseres ved den andre anode 25, drypper av fra denne og fjernes gjennom utlopet 26. Restproduktet, gassformig klor, avtrekkes gjennom utlbpene 22 og 23. En gjenforening i reak-sjonsbeholderen 20 hindres i sterk grad av den del av lysbueutladningen som strekker seg mellom anoden 17 og den ,andre anode 25.

Carbiddannelse.

For fremstilling av titancarbid anvendes den beskrevne plasmareaktor med carbonanode 17, avkjblt reaksjonskammer 20, uten delene 21, 25 og 26, men med dusjen 2h og med en ytterligere dyse 27 som overfor anoden 17 er rettet mot plasmastrålen 3.

Titantetraklorid tilfores gjennom ledningene 12 og 13 som stabiliseringsvæske og for dannelse av plasmaet. Gjgnnom den ytterligere dyse 27 tilfores et flytende hydrocarbon, f.eks. et hydrocarbon med gjennomsnittlig 10-15 C-atomer pr. molekyl, til plasmastrålen 3. Derved finner reaksjonen TiCl^ + hydrocarbon ^-TiC + saltsyre sted. Den oppnådde reaksjonsblanding bråkjoles ved anvendelse av ringdusjen 2h med en blanding bestående av like deler hydrogen og methan. På denne måte ble det ved en brennerydelse av ca.120 kW oppnådd 10 kg TiC pr. time med en partikkelstbrrelse under 0,001 mm.

Claims

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av et reaksjonsprodukt inneholdende minst en metall- eller metalloidbestanddel, hvor reaksjonsdeltagerne bringes til å reagere under innvirkning av varmen fra plasmaet fra en lysbueutladning og plasmaet stabiliseres med en væske som fores sirkelformig rundt lysbueutladningen og delvis fordamper i plasmaet, karakterisert ved at minst en flytende reaksjonsdeltager som inneholder metallet hhv. metalloidet, innfores tangensialt i et flertall ringformige rom i en utladningsbeholder og der fores sirkelformig rundt plasmaet for å stabilisere dette og for å danne i det minste en del av plasmaet, og bringes til å reagere i plasmatilstand.

2. Fremgangsmåte ifolge krav 1,karakterisert ved at plasmaet uten gasstilfdrsel bare dannes av fra hvirvelen for-dampet flytende reaksjonsdeltager.

3. Fremgangsmåte ifolge krav 1 eller 2,karakterisert ved at forskjellige reaksjonsprodukter fjernes fra utladningsrommet ved steder som befinner seg i avstand fra hverandre langs lysbueutladningen.