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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines feinen hydrophoben
Silicapulvers. Dieses kann als Verdickungsmittel für Beschichtungen,
Klebstoffe und Kunstharze, als Verstärkung für Kunststoffe und/oder zur
Verbesserung der Fließfähigkeit
in Tonern für
Kopiergeräte
verwendet werden.
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Pyrogenes Silica (Siliciumdioxid)
ist sehr fein, mit einer Teilchengröße von etwa 5 bis 50 mm. Da
es schwierig ist, es in dieser Form aufzufangen, wird es zuerst
agglomeriert und dann aufgefangen. Das agglomerierte Silica enthält eine
hohe Konzentration von Chlor und muss daher entsäuert werden. Die Entsäuerung wird
im Allgemeinen in einem Wirbelschichtbehälter durchgeführt. Wenn
agglomeriertes Silica entsäuert
wird, strömt
nur eine kleine Menge Silica zusammen mit den Abgasen aus dem Wirbelschichtbehälter. Wenn
jedoch das Silica mit einem Hydrophobierungsmittel behandelt wird,
fliegt aufgrund des Aufbruchs der Agglomerate durch solch eine Behandlung
zumindest einige Male mehr behandeltes Silica zusammen mit den Abgasen
aus dem Wirbelschichtbehälter
als wenn agglomeriertes Silica direkt entsäuert wird. Das Vorhandensein
solch eines flüchtigen
behandelten Silicas in den Abgasen führt zu einer Reihe von praktischen
Hindernissen, wenn die Abgase mit einem Gaswäscher behandelt werden, wie
beispielsweise die Bildung von Schaum, der mit Filtern nicht leicht
entfernt werden kann.
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Daher besteht ein Ziel der vorliegenden
Erfindung in der Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung
zur Herstellung eines feinen hydrophoben Silicapulvers durch Hydrophobierung
von agglomeriertem Silica mit einem Organohalogensilan in einem
Wirbelschichtbehälter,
das so aufgebaut ist, dass ein Teil des behandelten Silicas, das
zusammen mit den Abgasen aus dem Behälter fliegt, verlässlich zurückgewonnen
werden kann, ohne die Vorrichtung oder die Prozesssteuerung komplizierter
zu machen.
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In Untersuchungen haben die Erfinder
Zyklone und Sackfilter eingebaut, um Silica aufzufangen, das aus
den Wirbelschichtbehältern
herausgeflogen war, und den Grad des Herausfliegens bezogen auf die
wiedergewonnene Menge Silica untersucht, und sie sind zu dem Ergebnis
gekommen, dass der herausgeflogene Anteil 0,3 bis 0,5% beträgt, wenn
herkömmliches
pyrogenens Silica in einem Wirbelschichtbehälter entsäuert wird, und 4 bis 15%, wenn solches
Silica zuerst mit einem Hydrophobierungsmittel behandelt und erst
dann entsäuert
wird. Während
die Form der Ausrüstung
und die Fluidisierungsbedingungen sich ebenfalls auf den herausgeflogenen
Anteil auswirken, scheint der große Unterschied auf das Aufbrechen
von Agglomeraten bei der Hydrophobierungsbehandlung zurückzuführen zu
sein, was zu einem leichteren Herausfliegen führt, als wenn Silica nur einer
Entsäuerung
unterzogen wird. Die Rückgewinnung
des flüchtigen
Silicas ist daher notwendig, um die Ausbeute zu verbessern und die Belastung
in Zusammenhang mit der Abgasbehandlung zu reduzieren.
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Nicht umgesetztes Organohalogensilan- (hierin
im Folgenden als "Silan" bezeichnet) Hydrophobierungsmittel,
das in den Abgasen vorhanden ist, bildet aufgrund der Kondensation
von Feuchtigkeit in den Abgasen ein Gel oder Öl, was zur Verstopfung und
Verschließung
der Ausrüstung
und Leitungen führt.
Durch Messen und Untersuchen der Temperatur an verschiedenen Stellen
des Abgassystems haben die Erfinder herausgefunden, dass, wenn die Temperatur
der Ausrüstung
und Abgase bei 100°C oder
mehr gehalten wird, die in den Abgasen vorhandene Feuchtigkeit nicht
kondensiert und keine unerwünschten
Produkte, wie beispielsweise Gele oder Öle, aufgrund der Feuchtigkeit
und kein nicht umgesetztes Silan gebildet werden. Genauer gesagt
hält das
Fehlen von Gel- oder Ölbildung
auf dem Filterstoff eines Sackfilters den Filterstoff frei von Verstopfungen,
wodurch es möglich
ist, einen kontinuierlichen Betrieb aufrecht zu halten.
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Der Grad des Herausfliegens variiert
auch mit den Strömungsbedingungen.
Bei einer Hydrophobierungsbehandlung ist normalerweise eine hohe Chlorkonzentration
im Gas vorhanden, was eine darauffolgende Entsäuerung notwendig macht. Wirksamer
ist jedoch die separate Durchführung
einer Hydrophobierungsbehandlung und Entsäuerung, weil sich in diesem
Fall das Vorhandensein oder Fehlen von Feuchtigkeit auf die Strömung des
Materials während
der Entsäuerung
auswirkt. Eine Untersuchung der Menge an Wasser zeigt, dass die
Fluidisierung von Material in Abwesenheit von Feuchtigkeit schlecht
ist, dass jedoch der Zusatz von nur einer kleinen Menge Wasser zum
Wirbelgas den Strömungszustand
verbessert und das Herausfliegen reduziert. Wenn weniger Material
herausfliegt, kann die Belastung der Zyklone und vor allem der Sackfilter verringert
werden.
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So entdeckten die Erfinder, dass
durch Zurückhalten
des Herausfliegens und Halten der Temperatur des Zyklons und des
Sackfilters bei 100°C oder
mehr im Wesentlichen 100 des flüchten
Silicas aufgefangen werden können.
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Demgemäß stellt die Erfindung ein
Verfahren zur Herstellung von feinem hydrophobem Silicapulver bereit.
Eine Silanverbindung wird pyrolysiert, um feines Silicapulver zu
bilden. Das feine Silicapulver wird dann mit einem Organohalogensilan
in einem Wirbelschichtbehälter
hydrophobiert, wodurch feines hydrophobiertes Silicapulver erhalten
wird, das aufgefangen wird. Das feine hydrophobierte Silicapulver,
das aus dem Wirbelschichtbehälter
fliegt, wird mit einem Zyklon und einem Sackfilter aufgefangen, die
bei einer Temperatur von 100 bis 500°C gehalten werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Wirbelschichtbehälter
einen Hydrophobierungsabschnitt, in dem das feine Silicapulver hydrophobiert
wird, und einen Entsäuerungsabschnitt,
in dem nach der Hydrophobierung eine Entsäuerung durchgeführt wird.
Die Entsäuerung
wird vorzugsweise im Entsäuerungsabschnitt
durchgeführt,
indem 0,1 bis 1 Vol.-% Wasser zu einem Wirbelgas zugesetzt werden.
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Die Erfindung stellt außerdem eine
Vorrichtung zur Herstellung eines feinen hydrophoben Silicapulvers
bereit, wobei die Vorrichtung ein Mittel zur Pyrolysierung einer
Silanverbindung, um feines Silicapulver herzustellen, ein Mittel
zur Agglomerierung des feinen Silicapulvers, einen ersten Zyklon
und einen ersten Sackfilter zum Auffangen des feinen agglomerierten
Silicapulvers, einen Wirbelschichtbehälter mit einem Hydrophobierungsabschnitt
zum Hydrophobieren des feinen aufgefangenen Silicapulvers sowie
einen zweiten Zyklon und einen zweiten Sackfilter zum Auffangen
des feinen hydro phoben Silicapulvers, das aus dem Wirbelschichtbehälter herausfliegt,
umfasst. Der zweite Zyklon und der zweite Filter können jeweils
bei einer Temperatur von 100 bis 500°C gehalten werden.
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Die Vorteile der Erfindung sind wie
folgt. Wenn Silan flammenhydrolysiert wird, um feines Silicapulver
herzustellen, und das Silica dann in einem Wirbelschichtbehälter unter
Verwendung eines Hydrophobierungsmittels, wie beispielsweise eines
Organohalogensilans, hydrophobiert wird, dann ist die Menge an Silica,
die aus dem Gefäß in die
Abgase fliegt, größer als
wenn keine Hydrophobierungsbehandlung durchgeführt wird. Während der Rückgewinnung des Silicas aus
den Abgasen wandelt die Kondensation von Feuchtigkeit in den Abgasen
nicht umgesetztes Organohalogensilan-Hydrophobierungsmitel, das
zusammen mit den Abgasen austritt, in ein unerwünschtes Gel oder Öl um. Beim
Verfahren und bei der Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung wird
durch Halten des Zyklons und Sackfilters, die als Rückgewinnungsvorrichtungen
verwendet werden, bei einer Temperatur von zumindest 100°C kein Organohalogensilangel
oder – öl gebildet, wodurch
es zu keiner Verstopfung von Leitungen oder Sackfilterporen kommt,
was wiederum einen kontinuierlichen Betrieb ermöglicht. Außerdem ermöglichen das Verfahren und die
Vorrichtung gemäß vorliegender
Erfindung eine im Wesentlichen 100%ige Rückgewinnung von flüchtigem
Silica, was zu einer höheren
Ausbeute führt.
Ein zusätzlicher Vorteil
besteht darin, dass, auch wenn die Abgase mit einem Gaswäscher behandelt
werden, es zu wenig oder keiner Schaumbildung aufgrund von flüchtigem Silica
kommt, welcher nicht leicht mit Filtern entfernt werden kann. Das
verringert die Belastung in Zusammenhang mit Abgas- und Abwasserbehandlung stark.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ABBILDUNGEN
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Die Ziele, Merkmale und Vorteile
der Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung
und den dazugehörigen
Abbildung genauer erläutert.
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1 ist
ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform
der Erfindung.
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2 ist
ein Ablaufdiagramm eines weiter unten beschriebenen Vergleichsbeispiels
1.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung zur
Herstellung eines feinen hydrophoben Silicapulvers umfasst die Pyrolyse
einer Silanverbindung (im Allgemeinen einer halogenierten Siliciumverbindung),
um ein feines Siliciumdioxidpulver (pyrogenes Silica) zu bilden,
die darauffolgende Behandlung des pyrogenen Silicas mit einem Hydrophobierungsmittel,
genauer gesagt einem Organohalogensilan, in einem Wirbelschichtbehälter.
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Das pyrogene Silica kann durch ein
bekanntes Verfahren unter Verwendung einer halogenierten Siliciumverbindung,
wie beispielsweise Methyltrichlorsilan, hergestellt werden. Silicapulver
mit einer spezifischen Oberfläche
nach BET von 50 bis 400 m2/g ist aufgrund
der Fließfähigkeit
und anderen Faktoren wünschenswert.
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Nachdem pyrogenes Silica nach einem
bekannten Verfahren aus einer halogenierten Siliciumverbindung hergestellt
wurde, wird es vorzugsweise agglomeriert, und Halogengase, wie beispielsweise Chlor,
werden abgetrennt und entfernt. Danach wird das agglomerierte Silica
in einem Wirbelschichtbehälter
hydrophobiert, wobei ein Organohalogensilan als Hydrophobierungsmittel
und im Allgemeinen auch Dampf und ein Inertgas verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Wirbelschichtverfahren in einen Hydrophobierungsabschnitt
und einen Entsäuerungsabschnitt
unterteilt. Die Hydrophobierung des pyrogenen Silicas wird im Hydrophobierungsabschnitt
durchgeführt,
gefolgt von einer Entsäuerung
im Entsäuerungsabschnitt.
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Bei der Umsetzung der Erfindung wird
ein Teil des feinen hydrophobierten Silicapulvers, das aus dem Wirbelschichtbehälter (umfassend
die Hydrophobierungs- und Entsäuerungsabschnitte)
fliegt, mit einem Zyklon und Sackfilter, die bei einer Temperatur von
100 bis 150°C
gehalten werden, aufgefangen. Das aufgefangene Pulver wird in den
Wirbelschichtbehälter,
genauer gesagt in den Entsäuerungsabschnitt,
zurückgeleitet.
Im Entsäuerungsabschnitt
wird der Zusatz von 0,1 bis 1 Vol.-% Wasser zum Wirbelgas bevorzugt,
um die Fluidisierung und Entsäuerung
zu fördern.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Herstellung und Rückgewinnung
von feinem hydrophobiertem Silicapulver als kontinuierlicher Prozess
in einer Vorrichtung durchgeführt,
die einen pyrogenes Silica produzierenden Vorgang umfasst. Das ist
jedoch kein wesentliches Merkmal der Erfindung.
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Im Folgenden wird eine bevorzugte
Ausführungsform
der Erfindung unter Bezugnahme auf 1 erläutert. Pyrogenes
Silica wird gemäß einem herkömmlichen
Verfahren hergestellt, indem eine halogenierte Siliciumverbindung
zusammen mit Wasserstoff und Luft in einer Brennkammer (Pyrolysemittel) 1 verbrannt
und mithilfe eines Agglomerators (Agglomerationsmittel) 2 agglomeriert
wird, um danach durch Zyklonen 3 und einen Sackfilter 4 aufgefangen zu
werden. Die Verwendung der Zyklone 3 und des Sackfilters 4 dient
auch dazu, Chlor und andere Halogen enthaltende Gase, die als Nebenprodukte
in der Brennkammer 1 gebildet werden, abzutrennen. Die
abgetrennten Halogen enthaltenden Gase werden in einen Gaswäscher geleitet.
Das agglomerierte Silica passiert dann Drehventile 5 und
wird in einem Trichter 6 aufgefangen. Agglomeriertes Silica,
das durch den Sackfilter 4 rückgewonnen wurde, wird ebenfalls
in den Trichter 6 geleitet.
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Als Nächstes wird das agglomerierte
Silica durch einen Doppeldämpfer 7 geleitet,
und ein Großteil
davon wird mithilfe einer Membranpumpe 8 zur Hydrophobierung
in einen Wirbelschichtbehälter 9 gepumpt.
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Der Wirbelschichtbehälter 9 ist
in einen Hydrophobierungsabschnitt A und einen Entsäuerungsabschnitt
B unterteilt. In der in 1 dargestellten Vorrichtung
sind der Hydrophobierungsabschnitt A und der Entsäuerungsabschnitt
B im unteren Bereich des Wirbelschichtbehälters 9 miteinander
verbunden. Die Hydrophobierung von Silica wird im Hydrophobierungsabschnitt
A durchgeführt,
und das Halogengas, wie beispielsweise Chlor, welches das Silica vom
Hydrophobierungsabschnitt A begleitet, wird im Entsäuerungsabschnitt
B entfernt. Alternativ dazu können
die Hydrophobierung und Entsäuerung
auch in separaten Vorrichtungen durchgeführt werden.
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Im Hydrophobierungsabschnitt A wird
das Silica mit einem Inertgas, im Allgemeinen Stickstoff (N2), fluidisiert und mit einem Hydrophobierungsmittel
behandelt. In der in 1 dargestellten
Vorrichtung wird das Hydrophobierungsmittel 10 mithilfe
einer Pumpe 11 durch einen Verdampfer 12 in den
Wirbelschichtbehälter 9 geleitet.
Das Hydrophobierungsmittel 10 kann mit dem Silica vermischt
werden, bevor das Silica in den Wirbelschichtbehälter 9 eintritt. Eine
Alternative besteht darin, fluidisierenden Stickstoff, der Wasser
mitführt,
zu erhitzen, das Hydrophobierungsmittel in den Gasstrom zu mischen
und das resultierende Gemisch in den Wirbelschichtbehälter 9 zu
leiten.
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Das Silica wird bei einer Temperatur
von vorzugsweise 400 bis 600°C,
noch bevorzugter von 450 bis 550°C,
hydrophobiert. Die Strömungsgeschwindigkeit
beträgt
vorzugsweise 1 bis 6 cm/s, obwohl eine Geschwindigkeit im Bereich
von 1,4 bis 3 cm/s besonders zu bevorzugen ist, um einen stabilen
fluidisierten Zustand zu erreichen und das Herausfliegen von Silica
gering zu halten. An diesem Punkt wird Wasser verwendet, weil es
sich positiv auf die Hydrophobierungsbehandlung auswirkt. Das Wasser 14 wird
mit einer Pumpe 15 in das fluidisierende Inertgas gepumpt,
wonach das Gas mithilfe einer Heizvorrichtung 13 erhitzt
und in den Hydrophobierungsabschnitt A des Wirbelschichtbehälters 9 geleitet
wird. Die Menge des Wassers, die zu Hydrophobierung verwendet wird,
beträgt
vorzugsweise 0,1 bis 5 Gewichtsteile, noch bevorzugter 0,5 bis 3
Gewichtsteile, pro 100 Gewichtsteile Silica. Das Hydrophobierungsmittel
ist ein Organohalogensilan, insbesondere Dimethyldichlorsilan.
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Im Entsäuerungsabschnitt B wird das
Silica mit einem Inertgas, typischerweise Stickstoff, fluidisiert
und einer Entsäuerung
unterzogen. Typischerweise wird Wasser zum Wirbel gas zugesetzt,
so dass die Entsäuerung
in einer wasserhältigen
Atmosphäre
durchgeführt
werden kann. Das Wasser 16 wird, wie in 1 dargestellt, vorzugsweise mithilfe einer
Pumpe 17 zum Wirbelgas zugesetzt, wonach das Gas mithilfe
einer Heizvorrichtung 13 erhitzt und in den Entsäuerungsabschnitt
B geleitet wird. Die zu diesem Zweck zum Wirbelgas zugesetzte Menge Wasser
beträgt
vorzugsweise zumindest 0,1 Vol.-%, insbesondere 0,1 bis 1 Vol.-%.
In Abwesenheit von Feuchtigkeit kann das Silica eventuell weniger
fließfähig werden,
wodurch es notwendig ist, mehr Wirbelgas zu verwenden, was wiederum
zu erhöhtem Herausfliegen
von Silica führt.
Das ist vor allem vom Standpunkt der Belastung für den Sackfilter gesehen unerwünscht. Auf
der anderen Seite kann zu viel Feuchtigkeit zu unerwünschten
Wirkungen wie Kondensation führen,
wenn entsäuertes
Silica in einem Rückgewinnungsbehälter 24 des
Entsäuerungsabschnitts
B aufgefangen wird.
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Die Entsäuerungstemperatur beträgt vorzugsweise
400 bis 500°C,
und die Strömungsgeschwindigkeit
liegt vorzugsweise bei 1 bis 6 cm/s.
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Abgase vom Wirbelschichtbehälter 9 (umfassend
den Hydrophobierungsabschnitt A und den Entsäuerungsabschnitt B) werden über einen
Zyklon 18 und einen Sackfilter 19 in einen Gaswäscher geleitet. Silica,
das die Abgase begleitet, strömt
vom Zyklon 18 zum Drehventil 20 oder wird vom
Sackfilter 19 aufgefangen und wird dann in einem Trichter 21 aufgefangen,
wonach es mithilfe eines Drehventils 22 und einer Membranpumpe 23 zurück in den
Hydrophobierungsabschnitt A geleitet wird. Das entsäuerte Silica
wird im Rückgewinnungsbehälter 24 aufgefangen.
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Das Silica, das aus dem Wirbelschichtbehälter 9 zusammen
mit den Abgasen herausflog, wurde gesammelt und seine physikalischen
Eigenschaften untersucht. In Bezug auf den Kohlenstoffgehalt schien
die Behandlung ausreichend, aber der pH betrug 3,7 bis 4,1, was
auf die Notwendigkeit einer weiteren Entsäuerung des aufgefangenen Silicas
hinwies. Dann wurde das durch den Zyklon 18 und den Sackfilter 19 aufgefangene
Silica mithilfe einer Membranpumpe 23 in das Zentrum des
Entsäuerungsabschnitts
B des Wirbelschichtbehälters 9 geleitet. Nicht
umgesetztes Silan begleitet die Abgase. Die Kondensation von Feuchtigkeit,
die die Abgase begleitet, an den Wänden der Vorrichtung bei Temperaturen
unter 100°C
verwandelt das Silan in ein Gel oder Öl, welches Leitungen verschließt und vor
allem die Poren des Filterstoffs des Sackfilters 19 verstopft. Demgemäß ist es
notwendig, das Innere der Abgasleitung bei einer Temperatur von
zumindest 100°C
zu halten. In 1 sind
T1 und T2 Thermometer, welche die Temperatur der Abgase messen.
Die Temperaturablesungen bei T1 und T2 müssen zumindest 100°C betragen,
obwohl beim Sackfilter sowohl für die
Gase selbst als auch für
die Bereiche des Sackfilters, der in direkten Kontakt mit den Gasen
kommt, eine höhere
Temperatur, beispielsweise 130°C
oder mehr, bevorzugt wird. Demgemäß muss das Innere des Abgassystems
bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 500°C gehalten werden, und aus Gründen in
teilweisem Zusammenhang mit der Wahl des Filterstoffes und des Sackfilters
vorzugsweise in einem Bereich von 130 bis 200°C. Die Bildung von gummiartigen
oder öligen
Ablagerungen auf dem Filterstoff des Sackfilters 19 führt zu einem
höheren Druckunterschied,
was einen normalen Betrieb schwierig macht. Daher ist es wünschenswert,
einen Differenzdruckmesser P1 auf dem Sackfilter 19 zu
installieren, um Veränderungen
des Druckunterschiedes zu überwachen.
Die in 1 dargestellte
Produktionsvorrichtung ist außerdem
mit einer Wärmeisolation 28 und
einem Dampffühler 29 ausgestattet, um
einen Abfall der Temperatur zu verhindern.
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Die Eigenschaften des durch das Verfahren und
die Vorrichtung gemäß vorliegender
Erfindung hergestellten hydrophoben Silicas sind nicht speziell beschränkt, obwohl
eine spezifische Oberfläche
von etwa 110 m2/g, ein Kohlenstoffgehalt
von zumindest 0,9 Gew.-% und ein pH von zumindest 4,5 bevorzugt sind.
Hydrophobes Silica mit solchen Eigenschaften ist zur Verwendung
in Dichtungsmitteln und ähnlichen
Anwendungen besonders geeignet.
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BEISPIELE
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Die folgenden Beispiele dienen der
Veranschaulichung der Erfindung, nicht der Einschränkung ihres
Schutzumfangs.
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Beispiel 1
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Die in 1 dargestellte
Vorrichtung wurde 500 Std. lang durchgehend betrieben. Während des Betriebs
wurden 50,3 kg/Std. Methyltrichlorsilan zusammen mit Wasserstoff
und Luft verbrannt, wodurch 20,1 kg/Std. Silica erhalten wurden.
Das resultierende Silica wurde bei einer Stickstoff-Feedrate von
30 Nm3/Std., einer Dimethyldichlorsilan-Feedrate von 2,0
kg/Std. und einer Wasser-Feedrate von 0,5 kg/Std. in Abschnitt A
des Wirbelschichtbehälters und
bei einer Temperatur von 490°C
einer Nydrophobierungsbehandlung unterzogen. Die Strömungsgeschwindigkeit
von Silica in Abschnitt A betrug 2,0 cm/s. Das hydrophobierte Silica
wurde dann bei einer Stickstoff-Feedrate von 35 Nm3/Std.
und einer Wasser-Feedrate von 0,2 kg/Std. in Abschnitt B des Wirbelschichtbehälters 9,
bei einer Temperatur von 480°C
und bei einer Strömungsgeschwindigkeit
von etwa 2,2 cm/s entsäuert.
Das behandelte Silica wies eine durchschnittliche spezifische Oberfläche von 114
m2/g, einen Kohlenstoffgehalt von 0,97 Gew.-% und
einen pH von 4,7 auf. Die Temperaturen des Zyklons 18 und
des Sackfilters 19 betrugen im Durchschnitt 150°C (T1) und
135°C (T2).
Der Druckunterschied P1 am Sackfilter betrug 0,8 kPa zu Beginn des Betriebs
und 1,4 kPa am Ende des Betriebs. Die Gesamtmenge Silica, die vom
Zyklon 18 und vom Sackfilter 19 am Druckstutzen
der Membranpumpe 23 während
des Betriebs aufgefangen wurde, betrug 0,8 kg/Std., was einen herausgeflogenen
Anteil von etwa 4% darstellt. Nach Beendigung des Betriebs war die Waschflüssigkeit
fast ganz frei von suspendiertem Silica. Auch auf dem Filterstoff
des Sackfilters war kein Gel oder Öl abgelagert.
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In einem weiteren Durchgang, bei
dem die in 1 dargestellte
Vorrichtung verwendet wurde, wurde Methyltrichlorsilan verbrannt,
um 20 kg/Std. Silica herzustellen, und das Silica wurde 6 Stunden lang
mit Dimethyldichlorsilan behandelt, wonach ein Durchschnitt von
1,4 kg/Std. flüchtiges
Silica am Ausgang des Membranpumpe 23 rückgewonnen wurden. In einem
weiteren Durchgang, bei dem kein Dimethyldichlorsilan bereit gestellt
wurde und nur Entsäuerung
durchgeführt
wurde, betrug die Menge an rückgewonnenem
flüchtigem
Silica 0,07 kg/Std. Jeder der beiden Durchgänge wurde mehrere Male durchgeführt, wobei
der herausgeflogene Anteil ohne Hydrophobierung 0,3 bis 0,5% betrug
und mit Hydrophobierung auf 4 bis 15% anstieg.
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Beispiel 2
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Die in 1 dargestellte
Vorrichtung wurde 7 Std. lang betrieben, wobei 49,6 kg/Std. Methyltrichlorsilan
zusammen mit Wasserstoff und Luft verbrannt wurden, wodurch 19,8
kg/Std. Silica erhalten wurden. Die Hydrophobierung des Silicas
wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 in Abschnitt A des Wirbelschichtbehälters 9 durchgeführt. Eine
Entsäuerung
wurde in Abschnitt B des Wirbelschichtbehälters durchgeführt, wobei
kein Wasser zugeführt
wurde und die Stickstoff-Feedrate von 45 Nm3/Std.,
die Temperatur 480°C
und die Strömungsgeschwindigkeit
etwa 2,8 cm/s betrug. Das behandelte Silica wies eine spezifische
Oberfläche
von 114 m2/g, einen Kohlenstoffgehalt von
0,95 Gew.-% und einen pH von 4,6 auf. Die Menge an Silica, das am
Druckstutzen der Membranpumpe 23 aufgefangen wurde, betrug
2,4 kg/Std. Somit betrug der herausgeflogene Anteil etwa 12%.
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Beispiel 3
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Die in 1 dargestellte
Vorrichtung wurde 7 Std. lang betrieben, wobei 50,4 kg/Std. Methyltrichlorsilan
zusammen mit Wasserstoff und Luft verbrannt wurden, wodurch 20,1
kg/Std. Silica erhalten wurden. Die Behandlung in Abschnitt A verlief
genauso wie in Beispiel 1. Mit Ausnahme der Zufuhr von 2,0 kg/Std.
Wasser in Abschnitt B wurde die Behandlung in Abschnitt B ebenso
genauso ausgeführt
wie in Beispiel 1. Das behandelte Silica wies eine spezifische Oberfläche von
108 m2/g, einen Kohlenstoffgehalt von 0,95
Gew.-% und einen pH von 4,8 auf. Die Menge an Silica, das am Druckstutzen
der Membranpumpe 23 aufgefangen wurde, betrug 1,2 kg/Std.,
was auf einen herausgeflogenen Anteil von etwa 6% hinwies. Im Silica-Rückgewinnungsbehälter 24 wurde
auf der Ausgangsseite des Wirbelschichtbehälters 9 Kondensation
beobachtet.
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Vergleichsbeispiel 1
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Die in 2 dargestellte
Vorrichtung wurde verwendet. Die Vorrichtung aus 2 umfasst Wirbelschichtbehälter 31 und 32,
einen Nydrophobierungsmittelbehälter 33,
einen temperierten Behälter 34,
Wassertanks 35 und 37, Pumpen 36 und 38,
einen Sackfilter 39, eine Heizvorrichtung 40 und
einen Wärmeisolator 42.
Andere Teile, die denselben Zwecken dienen wie in Beispiel 1, wurden
mit denselben Bezugszahlen bezeichnet. Die Vorrichtung umfasst außerdem Thermometer
T51, T52 und T53 und einen Differenzdruckmesser P51.
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Etwa 3 kg/Std. Methyltrichlorsilan
wurden mit Wasserstoff und Luft verbrannt, wodurch etwa 1,2 kg/Std.
Silica erhalten wurden. Eine Hydrophobierung wurde bei einer Temperatur
von 500°C,
einer Dimethyldichlorsilan-Feedrate von 0,12 kg/Std., einer Wasser-Feedrate in den Wirbelschichtbehälter 31 von
0,03 kg/Std. und einer Wasser-Feedrate in den Wirbelschichtbehälter 32 von
1 Volumenteilen pro 100 Volumenteilen des Wirbelgases in den Wirbelschichtbehältern 31 und 32 durchgeführt. Die
Strömungsgeschwindigkeit
betrug etwa 2,7 cm/s. Das behandelte Silica wies eine spezifische
Oberfläche von
115 m2/g, einen Kohlenstoffgehalt von 0,92 Gew.-%
und einen pH von 4,5 auf. Die mittleren Temperaturen betrugen 110°C bei T51,
90°C bei
T52 und 75°C
bei T53. Die Ablesung des Differenzdruckmessers P51 am Sackfilter
waren 0,7 kPa zu Beginn des Betriebs. Dieser Wert stieg jedoch auf
2,8 kPa, und so wurde der Betrieb nach insgesamt 40 Stunden beendet.
Nach Beendigung des Betriebs fühlte
sich der Filterstoff des Sackfilters ölig und klebrig an. An den Wänden der
Leitungen bei T51 war kein Öl
oder Gel abgelagert, aber bei T52 waren bedeutende Ablagerungen
vorhanden.
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Wie in den oben angeführten Beispielen
demonstriert wurde, umfasst das Verfahren und die Vorrichtung gemäß vorliegender
Erfindung die Verwendung eines Zyklons und eines Sackfilters, um
Silica aufzufangen, das aus dem Wirbelschichtbehälter herausfliegt. Unter einfachen
kontrollierten Bedingungen, welche das Halten dieser Vorrichtungen
bei einer Temperatur von zumindest 100°C umfassen, können im
Wesentlichen 100% des flüchtigen
Silicas rückgewonnen
werden, was zu einer erhöhten
Ausbeute des Produkts und einer geringeren Belastung in Zusammenhang
mit der Abgasbehandlung führt.
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Obwohl einige bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben wurden, können
im Lichte der obigen Lehren eine Vielzahl von Modifikationen und
Variationen daran vorgenommen werden. Es versteht sich also, dass
die Erfindung auch anders in die Praxis umgesetzt werden kann, als
hierin speziell beschrieben wurde, ohne vom Schutzumfang der beiliegenden
Ansprüche
abzuweichen.