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Vorrichtung zur Herstellung von Ofenruß Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zur Herstellung von Ofenruß durch turbulente Verbrennung von Kohlenwasserstoffen.
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Es ist dem Fachmann allgemein bekannt, daß Rußsorten besserer Qualität
und geringerer Teilchengröße durch Hochtemperaturkrackung, welche in kürzestmöglicher
Zeit abläuft, hergestellt werden können. Die hohe Temperatur wird dabei durch vollständige
Verbrennung eines Brenngases und direkte Einspritzung des Kohlenwasserstoffnebels
oder -dampfen in die heißen Verbrennungsprodukte erzielt. Im allgemeinen wird ein
zusätzlicher Luftüberschuß zugeführt, um bei dem Verbrennun-sprozeß aus einer teilweisen
Ölverbrennung zusätzliche Hitze zu gewinnen. Ebenfalls bekannt ist es, daß eine
schnelle Durchmischung des Kohlenwasserstoffnebels oder -dampfen mit den heißen
Verbrennungsprodukten zur Erzielung der gewünschten Teilchenfeinheit des Rußes wesentlich
ist.
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Die Erzielung von Ölnebeln oder -dämpfen durch Heißverdampfung oder
mittels mechanischer Zerstäuberdüsen ist in zahlreichen Patenten beschrieben, und
ebenso finden sich in der Patent- und sonstigen Literatur Angaben über feuerfest
ausgekleidete Öfen, deren Konstruktion und Anordnung auf die Erzielung einer turbulenten
Strömung und Durchmiscrung des Kohlenwasserstoffnebels oder -dampfen mit den heißen
Verbrennungsprodukten von Brenngas oder Öl abgestellt ist. Weiterhin enthält die
Patent- und sonstige Literatur Beschreibungen einer Kombination von Nebeneinsprühung
und feuerfest ausgekleideten Öfen zur Gewinnung von Ruß, die auf der rotierenden
Strömung oder feuerfesten Hindernissen oder ähnlichen Einrichtungen zur Erziehung
von Turbulenz und Durchmischung der heißen Verbrennungsprodukte mit dem kohlenstoffhaltigen
Rohsoff beruhen.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine praktisch
zylindrische, wärmeisolierte Reaktionskammer mit mindestens einer wärmeisolierten
zylindrischen Einlaßöffnung, eine in dieser Einlaßöffnung angeordnete und herausnehmbare
zylindrische Muffe, deren inneres Ende durch einen einwärts verlaufenden ringförmigen
Flansch begrenzt wird, wobei Muffe und Flansch praktisch nicht perforiert sind,
ein in dieser Muffe unmittelbar an der rückwärtigen Seite des Flansches angeordneter
ringförmiger Verteiler, eine Reihe von Düsen, welche mit diesem Verteiler in Verbindung
stehen und auf diesen bezogen rückwärts gerichtet sind, mindestens eine Brenngaszuleitung
zum ringförmigen Verteiler, eine axial zur Einlaßöffnung angeordnete ölzuleitung,
deren inneres Ende sich bis zur Rückseite des rin,-förmigen Verteilers erstreckt
und stromaufwärts zu diesem angeordnet ist, eine Zerstäuberdüse am inneren Ende
der Ölzuleitung, sowie Vorrichtungen zur Zufuhr von Verbrennungsluft in das Innere
der Muffe.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können in einfacher und besonders
vorteilhafter Weise folgende bei der Rußherstellung an sich bekannte Verfahrensschritte
durchgeführt werden.
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1. Zusammenmischen von Brenngas und Luft in der Einlaßpforte (oder
in den Einlaßpforten) zu einer Verbrennungskammer.
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2. Völlige Durchmischung von Brenngas und Luft durch Hindurchleiten
des Gemisches durch eine Öffnung oder Verengung mit hoher Geschwindigkeit.
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3. Einleiten des Brenngas-Luft-Gemisches unmittelbar in eine Verbrennungskammer,
in der das Gas mit turbulenter Flamme und hoher Temperatur verbrennt.
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4.. Einbringen von Öl (Kohlenwasserstoff) in zerstäubtem oder verdampftem
Zustand in die turbulente Flammenfront, an der die Verbrennung einsetzt, wodurch
der feinverteilte Kohlenwasserstoff
mit den turbulenten heißen
Gasen in heftige Berührung kommt, was eine schnelle Hitzeübertragung auf den Kohlenwasserstoff
und schnelle Krackung zu Ruß zur Folge hat.
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5. Abkühlung der heißen Gase und des suspendierten Rußes mittels Kühlwasserzerstäuber
oder Wärmeaustauscher oder beides, bis zu dem Punkt, an dem die Reaktion aufhört
und das Gas zur Überführung in eine Rußabscheideranlage kühl genug ist.
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In den Zeichnungen bedeutet F i g. 1 ein Längsbild, teils im Schnitt
einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage, F i g. 2 eine vergrößerte Längsansicht,
teils im Schnitt welche den Lochbrenner der Anlage in den Einzelheiten zeigt.
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Im einzelnen bezeichnet in den Zeichnungen die Ziffer 2 ein längliches
Metallgehäuse, das an jedem Ende mit einem einwärts gerichteten ringförmigen Flansch
3 versehen ist.
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Innerhalb des Metallgehäuses 2 und seiner rinb förmigen Endflansche
3 befindet sich eine feuerfeste Ofenauskleidung, welche eine zylindrische Kammer
6 bildet, in der die Verbrennungs- und die Krackvorgänge stattfinden.
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Der den Eingang des Ofens oder Reaktors bildende Teil der feuerfesten
Auskleidung ist so geformt, daß er eine axial angeordnete zylindrische Einlaßpforte
7 von geringem Durchmesser bildet.
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Ein zylindrischer Mantel 8 ist so angeordnet, daß er teilweise in
die zylindrische Einlaßpforte 7 hineinragt; sein inneres Ende trägt einen einwärts
gerichteten ringförmigen Flansch 10, welcher einen Flammenlochring bildet, wie er
später beschrieben wird.
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Am rückwärtigen Ende des zylindrischen Mantels 8 ist ein Luftzuführungskana112
ähnlichen Durchmessers angebracht.
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Innerhalb des zylindrischen Mantels 8 und an seinem einwärts gerichteten
ringförmigen Flansch 10 eng anliegend befindet sich ein Verteilerring 14 für das
Brenngas, der durch eine Reihe von Brenngaszuleitungen 16 gehalten wird und mit
letzteren in Verbindung steht. Die Aufgabe des Verteilerrings 14 ist die Verteilung
des Brenngases rund um den ringförmigen Flansch 10, welcher den Brennerring bildet,
an der stromaufwärts gelegenen Seite des zylindrischen Mantels B. Zur wirksamen
Erfüllung dieser Aufgabe ist der Brenngasverteiler 14 mit einer Reihe kurzer Düsen
15 (F i g. 2) ausgestattet, die in gleichen Abständen angebracht und stromaufwärts
oder gegen die Hinterseite des zylindrischen Mantels 8 gerichtet sind. Durch den
turbulenten Strom durch den Brennerring werden Luft und Brenngas weiter gemischt
und unmittelbar nach dem Ausströmen in die Verbrennungskammer 6 verbrannt. Die Luftgeschwindigkeit
in der Brenneröffnung wird stets größer als die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der
Flamme gehalten, so daß die Flamme nicht in den Brenner zurückschlagen kann.
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Die Ölzuleitung ist bei 20 axial in dem zylindrischen Mantel 8 angeordnet
und mit einem Sprühkopf 22 ausgerüstet, der etwas hinter dem Brenngasverteilerring
14 angeordnet ist. So wird das Öl durch die Leitung 20 und den Sprühkopf 22 der
Verbrennungskammer 6 an der Stelle zugeführt, an der die Verbrennung einsetzt. Der
Sprühkopf 22 versprüht das Öl zu feinen Tröpfchen, die in der hochturbulenten Flamme
suspendiert sind. Falls verdampfte Kohlenwasserstoffe verwendet werden, kann der
Sprühkopf oder die Düse entfernt und durch eine am Ende offene Ölzuleitung ersetzt
werden.
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Sobald das Gas und der suspendierte Ruß die Verbrennungszone verlassen,
wird die Kohlenwasserstoff-Krackreaktion durch Einleiten von versprühtem Wasser
durch die Sprühpforten 30 zum Abschluß gebracht. Diese Sprühpforten 30 enthalten
Wasserleitungen und Sprühköpfe oder Düsen, die dem Fachmann bekannt sind und auf
die weder in den Zeichnungen noch in der Beschreibung des weiteren eingegangen wird.
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Die Reaktionszeit wird durch den Abstand zwischen Brenner (das ist
der ringförmige Flansch 10 am inneren Ende des zylindrischen Mantels 8) und den
Kühlwasserzerstäuber reguliert, und es können so viele Sprühpforten wie erforderlich
benutzt werden.
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Wie bereits gesagt, wird die Rußqualität in erster Linie durch die
Geschwindigkeit in der Brenneröffnung reguliert, und diese Geschwindigkeit wird
durch den die Öffnung passierenden Strom von Luft und Brenngas durch den Durchmesser
der Öffnung geregelt. Höhere Geschwindigkeiten in der Öffnung ergeben größere Turbulenz,
was zu einem Ruß kleinerer Partikelgröße führt, der eine höhere Verschleißfestigkeit
in Gummireifen usw. besitzt.
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Sekundäre Regelmöglichkeiten der Rußqualität bieten die Reaktionszeit
und die relative Ölmenge. Das Gemisch aus Brenngas, Luft und Kohlenwasserstoff kann
natürlich auch durch mehrere Einlaßpforten mit Brennern usw. in die Verbrennungskammer
eingeleitet werden.
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Die aus Gasen und suspendiertem Ruß bestehenden Reaktionsprodukte
werden mittels der bereits erwähnten Kühlwassersprüher und/oder Wärmeaustauscher
(im Anschluß an die Verbrennungszone) auf eine hinreichend niedrige Temperatur gekühlt,
um sie in eine der in der Rußindustrie üblichen Abscheideanlagen zu überführen.
Die Hauptmenge des suspendierten Rußes wird im Rußsammler abgeschieden; die ausströmenden
Gase werden in die Atmosphäre abgeleitet.