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Vorrichtung zur Herstellung von Ruß Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Herstellung von Ruß, bei welcher ein turbulentes Gemisch aus Brenngas und Verbrennungsluft
nahe dem Einströmende in eine zylindrische Brennkammer eingeführt und ein flüssiger
Kohlenwasserstoff axial in die Flammenbasis geleitet wird, worauf die heißen Gase
und der suspendierte Ruß längsseitig gegen das Ausströmende der Brennkammer bewegt
und dort zur Überführung in einen Rußabscheider abgekühlt werden, mit einer Brennerlochplatte
mit zentraler zylindrischer Öffnung und einer Sprühdüsen-Gasbrenner-Anordnung.
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Gegenüber den bekannten derartigen Vorrichtungen ist diejenige nach
der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft nach Passieren eines
koaxial zur Brennkammer angeordneten zylindrischen Luftgefäßes mit einem konzentrisch
angeordneten, mit dem einen Ende die Brennerlochplatte berührenden und mit dem anderen
Ende gegen die Endwand des Luftgefäßes einen Ringspalt entsprechender Breite frei
lassenden Luftleitblech durch die zentrale zylindrische Öffnung der Brennerlochplatte
geleitet und das Brenngas in der Nähe der zentralen Öffnung der Brennerlochplatte
eingeführt wird, so daß sich in der Brennkammer eine turbulente Flamme bildet, sowie
weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühdüsen-Gasbrenner-Anordnung axial gegen
die zentrale Öffnung verschiebbar ist.
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Hierdurch wird der besondere technische Fortschritt erzielt, daß die
Vorrichtung gemäß der Erfindung es gestattet, eine Vielfalt von Rußsorten, besonders
in bezug auf die Teilchengröße, herzustellen. So ist es möglich, mit de= gleichen
Vorrichtung ein Sortiment von etwa sieben handelsüblichen Rußen zu gewinnen, welches
von sogenannten FEF-Rußen bis zum sogenannten SAF-Ruß reicht. Zusätzlich ergibt
sich als besonderer Vorteil, daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine besonders
abriebfeste Rußqualität hergestellt werden kann, welche sich ganz ausgezeichnet
zur Verwendung für Zusammensetzungen mit den erst in jüngster Zeit entwickelten
cis-1,4-Polybutadienen eignet. Diese Vielseitigkeit und Wandelbarkeit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, welche diese allen bekannten weit überlegen macht, ergibt sich dadurch,
daß erfindungsgemäß die in der Brennkammer herrschenden Turbulenzbedingungen, welche
ja die resultierende Rußqualität bestimmen, innerhalb weiter Grenzen variiert und
willkürlich gewählt werden können. Die bisher bekannten Vorrichtungen gestatteten
lediglich, die Turbulenzbedingungen ganz geringfügig durch Änderung der Zuführgeschwindigkeit
der Verbrennungsluft zu variieren. Die genannten Vorteile werden erfindungsgemäß
in erster Linie durch eine besondere Anordnung zweier Konstruktionselemente erzielt.
Das eine ist eine Platte mit zentraler zylindrischer Öffnung, das andere die Sprühdüsen-Gasbrenner-Anordnung.
Die relative räumliche Lage der letzteren zur zentralen Öffnung der Platte bestimmt
die in der Brennkammer herrschenden Turbulenzbedingungen. Dies wird für die beiden
Extremfälle wie folgt erläutert: Minimale Turbulenz wird beobachtet, wenn die Düsen-Brenner-Anordnung
etwas stromaufwärts der zentralen Öffnungen angebracht ist. In dieser Stellung mischen
sich Verbrennungsluft und Erenngas. Das Gemisch findet dann beim Eindringen in die
Brennkammer durch die zentrale Öffnung nur geringen Widerstand. Entsprechend minimal
ist die resultierende Turbulenz. Wird die Düsen-Brenner-Anordnung nun etwas vorderhalb
der Öffnung angebracht, so erhält man einen maximalen Turbulenzgrad. Dazwischen
lassen sich alle anderen Bedingungen wählen. Die entsprechende räumliche Verschiebung
liegt dabei in der Größenordnung von mehreren Zentimetern.
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Bei der Herstellung von Ruß, insbesondere der Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen,
bestimmt die Turbulenz des zerstäubten oder verdampften Kohlenwasserstoffmaterials
weitgehend die Teilchengröße des erhaltenen Rußes. Die Anordnung von Brennerlochplatte,
Brenner und Kohlenwasserstoffeinspritzung gestattet eine Änderung der Turbulenzbedingungen.
Darüber hinaus kann bei
dieser Anordnung die Turbulenzbedingung
schnell und bequem geändert werden, um Ruß von jeder gewünschten Teilchengröße zu
erhalten. Bei den bekannter. Vorrichtungen ist der zu erreichende Turbulenzzustand
im wesentlichen festgelegt. Wenn ein Wechsel der Turbulenzbedingungen gewünscht
wurde, waren ein zeitraubendes Ausfahren der Anlage und Wiedereinrichten erforderlich.
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Während bei der Vorrichtung nach der Erfindung keine Begrenzung in
der Verwendung hocharomatischer Rohstoffe gegeben ist, ist sie sogar zur Verwendung
solcher Stoffe, wie z. B. thermischer Teere u. ä., besonders geeignet. Derartige
Stoffe zersetzen sich sehr bereitwillig, und in vielen Anlagen bekannter Bauart
besteht die Tendenz zu beträchtlicher Koksbildun-, wenn ein Teil des eingesprühten
Stoffes unverrneidlicherweise gegen die heiße Reaktorwand stößt. Bei einer weiteren
Ausbildung der Vorrichtung nach der Erfindung wird durch eine Vielzahl von Bohrungen
in der Brennerlochplatte nahe ihrem Rand erreicht, daß längs der heißen Reaktorwand
ein Luftfilm strömt, der den Kontakt der Kohlenwasserstoffteilchen zur Reaktorwand
erheblich verringert und so im wesentlichen eine Koksbildung verhindert.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung ist weiterhin vorzugsweise so ausgebildet,
daß vor der Öffnung der Brennerlochplatte eine Flammenreflektorscheibe mit einer
sich rückwärts erstreckenden Manschette angeordnet und die Brennerlochplatte zusätzlich
mit regellos verteilten Bohrungen versehen ist.
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F i g. 1 stellt einen Längsschnitt einer bevorzugten erfindungsgemäßen
Vorrichtung dar; F i g. 2 ist eine Teilansicht, der Linie 2-2 von F i g. 1 entnommen,
welche die Einzelheiten der Brenneröffnungsplatte und eine Flammenablenkscheibe,
die einen Teil der neuen Anlage bildet, darstellt; F i g. 3 und 4 stellen Einzelheiten
in vergrößerter Längsansicht, teils im Schnitt, dar, welche verschiedenartige Stellungen
der vorgenannten Flammenablenkscheibe und die Art der Kontrolle der aus der Verbrennung
des Luft-Gas-Gemisches in Abhängigkeit vom Ölzerstäuber resultierenden Flamme wiedergeben.
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Im einzelnen bedeutet 4 ein längliches, zylindrisches Gehäuse
als Teil des Reaktors, welches mit einer üblichen feuerfesten Auskleidung 5 ausgestattet
ist.
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An dem einen Ende des länglichen, zylindrischen Gehäuses ist ein zylindrisches
Luftgefäß 8 ähnlichen Durchmessers in geeigneter Weise befestigt, welches
mit einem radial herausi agenden Luftzuführungsrohr 9 versehen ist.
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Konzentrisch innerhalb des zylindrischen Luftgefäßes 8 ist
ein zylindrisches Luftleitblech 10 montiert, welches etwa den gleichen Durchmesser
wie die Auskleidung des zylindrischen Gehäuses 4 besitzt.
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Wie aus F i g. 1 zu ersehen, ist die Seitenwand des zylindrischen
Leitblechs 10 nicht durchlöchert. Sein äußeres Ende ist in einem Abstand
von der Stirnwand des zylindrischen Luftgefäßes 8 angeordnet. Diese Konstruktion
und Anordnung bewirkt, daß die in das Luftgefäß 8 eintretende Luft um den
ringförmigen Spalt zwischen dem äußeren Ende des zylindrischen Leitblechs
10 und der Außenwand des Luftgefäßes herumgeleitet wird. Hat die eintretende
Luft den Spalt passiert, so wird sie gleichmäßig längs der ringförmigen Öffnung
am äußeren Ende des zylindrischen Leitblechs 10 verteilt.
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Zwischen der äußeren Oberfläche und der Innenwand des zylindrischen
Luftgefäßes 8 und den sich anschließenden Enden des länglichen, zylindrischen Gehäuses
4 und dessen feuerfester Auskleidung 5
befindet sich eine Brennerlochplatte
12, die in der Mitte eine große Öffnung 14 und eine Anzahl kleinerer,
peripher angeordneter Öffnungen 16, welche an die Innenwand der zylindrischen, feuerfesten
Auskleidung 5 angrenzen, besitzt. Die Brennerlochplatte 12 ist außerdem mit
einer Reihe von Öffnungen 18 versehen, die zwischen der großen mittleren Öffnung
14 und den kleine:zn peripheren Öffnungen 16 angeordnet sind und etwa den gleichen
Durchmesser wie letztere haben.
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Eine Brenngasleitung 20 verläuft durch eine recht 2,roße Öffnung
22 in der Mitte der Außenwand des zylindrischen Luftgefäßes 8 und in Richtung der
Achse des zylindrischen Luftleitblechs 10.
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Das innere Ende der Gasleitung 20 trägt eine Flammenablenkscheibe
24 mit einer rückwärts sich erstreckenden Manschette 26, deren Innendurchmesser
wesentlich größer als der Außendurchmesser der Gasleitung ist. Das Gasrohr
20 ist mit einer Reihe radialer Öffnungen 28 an der Stelle versehen,
welche sich dicht an die innere oder rückwärtige Oberfläche der Flammenablenkscheibe
24 anschließt.
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Die Ölspeiseleitung ist bei 30 gezeigt; sie ist konzentrisch inne.-halb
des Gasrohrs 20 angeordnet und verläuft durch eine Öffnung in der Mitte der Flammenablenkscheibe
24. Das innere Ende der Ölzuführungsleitung 30, welches bis über die Flammenablenkscheibe
24 hinaus vorspringt, trägt eine geeignete ölzerstäuberdüse 34.
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Das rückwärtige Ende dvr Gasleitung 20 ist mit einer rechtwinkligen
Biegung 36 versehen, durch welche die ölzuführungsleitung 30 hindurchführt.
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An der Außenwand des zylindrischen Luftgefäßes 8 ist eine Platte 40
abnehmbar angebracht, welche die Öffnung 22 vollständig abschließt.
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In der Mitte besitzt diese abnehmbare Platte 40
eine Öffnung
zur Aufnahme der Gasleitung 20 und der darin angeordneten ölzuführungsleitung
30 sowie eine wie ersichtlich angebrachte Dichtung 46.
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Die abnehmbare Anordnung der Platte 40 usw. gestattet das leichte
Ausbauen der Gasleitung 20,
der ölzuführungsleitung 30, der Flammendefektorscheibe
24 und der Ölzerstäuberdüse 34.
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Das Brenngas wird durch die Gasleitung 20 zugeführt und strömt
durch den ringförmigen Spalt zwischen dieser und der innerhalb (und konzentrisch)
angebrachten ölzuführungsleitung 30. Es tritt durch die radialen Öffnungen
28 in der Gasleitung aus, welche, wie bereits gesagt, dicht an die rückwärtige
Oberfläche der Flammendeflektorscheibe 24 angrenzen.
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Das Gas wird dem mittels des zylindrischen Luftleitblechs
10 gelenkten Luftstrom entgegengeleitet, wodurch die Durchmischung von Luft
und Gas gefördert wird.
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Das durch die Ölleitung 30 zugeführte Öl gelangt durch die
ölzerstäuberdüse 34 in den Reaktor. Wird verdampftes Öl verwendet, so kann die Ölzerstäuberdüse
34 natürlich entfernt werden.
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Die Brennerlochplatte 12 und die Flammendeflektorscheibe
24 regeln die Verteilung und Turbulenz von Luft und Brenngas. Etwa zwei Drittel
der Luft
gelangt durch die große Mittelöffnung der Brennerlochplatte
12 in die feuerfeste Reaktionskammer; das restliche Drittel (1.'a) der Luft (mitunter
als »Abschirmluft« bezeichnet) gelangt durch die kleineren peripheren Öffnungen
16 und die dazwischenliegenden Öffnungen 18 in die Reaktionskammer. Die Hauptmenge
der Abschirmluft bewegt sich durch die peripheren Öffnungen 16 und entlang der InnenNvand
der feuerfesten Auskleidung 5; dies verhindert, daß das Öl mit der feuerfesten Auskleidung
in Berührung kommt und Koks bildet. Die restliche Abschirmluft gelangt durch die
dazwischenliegenden Öffnungen 18 in die feuerfeste Reaktionskammer; dies trägt zur
Kühlung der Brennerlochplatte 12 bei.
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Die (nicht abgebildeten) Rohrleitungen, die dem Gasrohr 20 und der
Ölspeiseleitung 30 Brenngas und Öl zuführen, können jede passende flexible Ausführungsform
haben; die Stellung der Flammendeflektorscheibe läßt sich dann dementsprechend,
durch Verschieben der genannten Rohrleitungen durch die Dichtung 46 hindurch, regeln.
Befindet sich die Flammendeflektorscheibe 24 hinter der großen Mittelöffnung
14, wie in F i g. 3 gezeigt, so werden Luft, Gas und die daraus entstehende Flamme
dem eingespritzten Öl heftig zugeleitet, wodurch sich ein aus sehr feinen
Teilchen bestehender Ruß bildet. Befindet sich die Flammendeflektorscheibe 24 vor
der Mittelöffnung 14 der Brennerlochplltte, wie in F i g. 4 gezeigt, so werden Luft,
Gas und die daraus entstehende Flamme vom -ingespritzten Öl hinweggelenkt, wodurch
sich ein durch größere Teilchen gekennzeichneter Ruß bildet. Dementsprechend lassen
sich Qualität und Sorte des Rußes durch Regulieren der Stellung der Flammendeflektorscheibe
24 in der beschriebenen Weise steuern.
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Wie im rechten Teil von F i g. 1 gezeigt, ist die feuerfeste zylindrische
Reaktionskammer mit einer radialen Zersiäuberöffnung 50 versehen, durch welche ein
Wasserrohr 51 verläuft, welches nahe der Mittelachse der Reaktionskammer endet und
mit einem den zuvor beschriebenen Teilen der Anlage entgegengerichteten Sprühkopf
52 ausgestattet ist. Der durch den Sprühkopf 52 gelieferte Wasser,-ehe! stoppt den
Crackvorgang.
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Der im Reaktor hergestellte Ruß wird mittels einer der üblichen bekannten
Auf-Pangvorrichtungen aus den Abgasen entfernt; die Abgase werden in die Atmosphäre
abgeleitet.
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Für den Fall, daß eine zusätzliche Reaktionszeit erforderlich ist,
können zusätzliche Abschnitte des langgestreckten, zylindrischen, feuerfesten Reaktors
zur Anwendung kommen, wie bei 4 a am rechten Ende von F i g. 1 angedeutet; selbstverständlich
muß dann jedoch die zum Abstoppen der Reaktion benutzte Kühlwasserversprühung im
letzten Reaktorabschnitt vorgenommen werden.