DE1592852B2

DE1592852B2 - Vorrichtung zur Rußerzeugung

Info

Publication number: DE1592852B2
Application number: DE1592852A
Authority: DE
Inventors: George Louis Monroe La. Heller (V.St.A.)
Original assignee: Cities Service Co New York Ny (vsta)
Current assignee: Cities Service Co New York Ny (vsta)
Priority date: 1966-11-17
Filing date: 1967-08-16
Publication date: 1974-09-05
Also published as: ES341007A1; NL148645B; FR1522989A; BE696350A; ES351640A1; DE1592852C3; NL6704518A; DE1592852A1; CH496078A; IL27606A; BR6790008D0; US3490869A; GB1186914A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Rußerzeugung durch Pyrolyse eines Kohlenwasserstoff-Rohstoffes in einem kegelförmigen Wirbel heißer Gase mit einer feuerfest ausgekleideten Reaktionskammer, die einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist und einen konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnitt umfaßt, mit einem 5 oder mehreren Brennern zur Erzeugung der heißen Gase für die Pyrolyse des Kohlenwasserstoff-Rohstoffes, welche die heißen Gase mit einer gegen die zusammenlaufenden Wände des konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnittes gerichteten Tangentialbewegung in die Reaktionskammer injizieren, und mit einem Zerstäuber zur Einführung des Kohlenwasserstoff-Rohstoffes in den kegelstumpfförmigen Abschnitt der Reaktionskammer.

Eine solche Vorrichtung ist aus der US-PS 3 256 065 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung wird der Kohlenwasserstoff-Rohstoff am Anfang des kegelstumpfförmigen Abschnittes der Reaktionskammer in deren Axialrichtung und damit in Strömungsrichtung der Verbindungsgase eingeleitet. Damit be- gleitet der Kohlenwasserstoff-Rohstoff die Verbrennungsgase bei deren Verbrennung, die erst im Bereich des Übergangs zwischen den beiden kegelstumpfförmigen Abschnitten, also an der engsten Stelle der Reaktionskammer den Zustand maximaler Turbulenz und Temperatur erreicht. Da weiterhin der Kohlenwasserstoff-Rohstoff in Axialrichtung in die Reaktionskammer eingeleitet wird, gelangt er in die im wesentlichen ruhige Kernzone des von den Verbrennungsgasen gebildeten Wirbels. Ähnliche Verhältnisse liegen auch bei den aus der US-PS 2 851 337 und US-PS 3 079 236 bekannten Vorrichtungen vor. In den bekannten Vorrichtungen wird der Kohlenwasserstoff-Rohstoff durch Pyrolyse in den heißen Verbrennungsgasen thermisch zu Ruß, zu gasförmigen Pyrolyseprodukten und in den meisten Fällen auch zu gasförmigen Produkten zersetzt, die auf eine teilweise Verbrennung eines kleineren Anteils des Kohlenwasserstoff-Rohstoffes zurückzuführen sind. Bei seinem Entstehen wird der Ruß in den gasförmigen Produkten der pyrolytischen Reaktion suspendiert, so ein Aerosol entsteht. Das Aerosol wird anschließend fraktioniert, um als Endprodukt den Ruß zu gewinnen.

Bei den bekannten Vorrichtungen war es möglich, durch Wahl der Verfahrens-Parameter eine Vielzahl handelsüblicher Rußsorten zu erzeugen. Beispielsweise können die Eigenschaften des Rußes durch Verändern des Verhältnisses von eingebrachtem Rohstoff zu heißen Verbrennungsgasen, des in der Reaktionsso kammer während der Rußbildung vorhandenen Turbulenzgrades, der bei der pyrolytischen Reaktion verwendeten Zusammensetzung der heißen Verbrennungsprodukte sowie der Reaktionstemperatur und -zeit beeinflußt werden. Trotzdem ist bei den bekannten Vorrichtungen eine Steuerung der Eigenschaften des erzeugten Rußes nur in beschränktem Umfang möglich, und es kann nicht immer die Qualität des Rußes erreicht werden, die für manche Zwecke erwünscht wäre. Insbesondere wäre es sehr erwünscht, wenn ein Ruß zur Verfügung stünde, der Polybutadien-Kautschuk verbesserte Abriebseigenschaften verleiht.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß mit ihr Rußsorten verbesserter Qualität und insbesondere Rußsorten herstellbar sind, die Polybutadien-Kautschuk besonders gute Abriebseigenschaften verleihen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Zerstäuber an einer Stelle des konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnittes angeordnet ist, an dem der Brennstoff bereits im wesentlichen vollständig verbrannt ist, und den Kohlenwasserstoff-Rohstoff unter einem Winkel zur Wandung des konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnittes in den Gaswirbel einspritzt.

Durch das Einspritzen des Kohlenwasserstoff-Rohstoffes an einer Stelle, an der der Brennstoff bereits im wesentlichen vollständig verbrannt ist, wird gewährleistet, daß zwar eine Spaltung, nicht aber eine teilweise Verbrennung des Kohlenwasserstoff-Rohstoffes erfolgt, wodurch eine bessere Qualität und auch eine bessere Ausbeute an Ruß erzielt wird. Dabei ist für die Umwandlung des Kohlenwasserstoff-Rohstoffes von besonderem Vorteil, daß durch das Einspritzen des Kohlenwasserstoff-Rohstoffes in den Gaswirbel unter einem Winkel zur Wandung des konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnittes eine besonders innige Vermischung des Kohlenwasserstoff-Rohstoffes mit den Verbrennungsgasen erzielt wird. Es kann dadurch ein Ruß von besonders hoher Qualität erzeugt werden, dessen Struktur durch Ändern des Abstandes der Einspritzstelle vom Scheitel des kegelförmigen Gaswirbels beeinflußt werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Rußerzeugung, die unter !Zinsatz von Luft und normalerweise gasförmigem Brennstoff zur Erzeugung der heißen Verbrennungsgas betrieben wird,

F i g. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II durch den Reaktor nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Brennkammer mit einem anschließenden, konvergenten, kegelstumpfförmigen Abschnitt, die nach der Erfindung beim Einsatz normalerweise flüssiger Brennstoffe und Luft zur Erzeugung der heißen Verbrennungsgase benutzt werden kann,

F i g. 4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV durch die Anordnung nach F i g. 3,

F i g. 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V durch die Anordnung nach F i g. 4 und

F i g. 6 einen Längsschnitt durch einen Rohstoff-Zerstäuber, der zur Einspritzung flüssiger Kohlenwasserstoffe in den Ofenreaktor verwendet werden kann.

Der in F i g. 1 dargestellte Ofenreaktor weist einen konvergenten, kegelstumpfförmigen Abschnitt 1 mit einem Auslaß 2 auf, an den sich ein stromabwärts divergierender kegelstumpfförmiger Abschnitt 3 anschließt. Mit dem weiten Ende des konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnittes steht eine zylindrische Brennkammer für den Brennstoff in Verbindung. Die beiden kegelstumpfförmigen Abschnitte 1 und 3 sind mit einem hochfeuerfesten Futter 5 ausgekleidet. Dieses Futter ist seinerseits vom weiten Ende des konvergenten Abschnitts bis zum Auslaßende des divergenten Abschnitts von einer Schicht 6 einer für hohe Temperaturen geeigneten Wärmeisolierung umgeben. Eine weitere Schicht 7 aus einem hochfeuerfesten Material umgibt die feuerfeste Schicht 5 der Brennkammer. Das gleiche Material wird ferner zur Bildung der Abschlußwand 8 dieser Kammer benutzt.

Die Abschlußwand 8 weist ferner einen feuerfesten zylindrischen Abschnitt 9 auf, der sich axial in die Brennkammer 4 hineinerstreckt und so einen ringförmigen Raum zwischen der äußeren Wand des zylindrischen Abschnitts und der inneren Wand der Brennkammer bildet. Das Äußere des Reaktors ist mit einer metallischen Hülse 10 bedeckt. Der divergente Abschnitt 3 steht stromabwärts mit einer feuerfest ausgekleideten und isolierten Endkammer 11 in

ίο Verbindung, die in einen Vorkühler 12 führt.

Die Brennkammer 4 ist mit einer Reihe von Kanälen 13 versehen, die die Verbindung zu einem durch eine metallische Wand 15 begrenzten Windring 14 herstellen.

Ein dosierter Luftstrom wird dem Windring durch eine Leitung 16 zugeführt. Die Luft tritt vom Windring 14 in die Kanäle 13 ein und wird dort mit einem gasförmigen Brennstoff vermischt, der in die Kanäle 13 mittels Düsen 17 eingebracht wird, deren Speiseleitungen sich aus dem Windring 14 hinaus erstrecken und an eine nicht gezeigte Sammelleitung angeschlossen sind, durch die jeder Düse ein dosierter Brenngasstrom zugeführt wird. Jede der Düsen 17 ist mit einem Mischnetz 18 versehen, durch das der unvollständig vermischte Brennstoff beim Durchströmen der Vielzahl enger Öffnungen des Netzes mit der Luft vollständig durchmischt wird. Die Düsen und die zugehörigen Netze sind im Kanal durch Vor- und Zurückschieben in Gleitringen 19 verstellbar, die an Muffen 20 an der Wand des Windringes befestigt sind. Durch öffnungen 21 wird ein Brennstoffgemisch tangential in die Brennkammer 4 eingebracht, in der es teilweise oder im wesentlichen vollständig verbrannt wird.

Der sich in die Brennkammer 4 erstreckende feuerfeste zylindrische Abschnitt 9 weist eine zentrale öffnung auf, durch die ein Zerstäuber 22 für den Rohstoff in den konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnitt 1 eingeführt und zur axialen Positionierung einer Zerstäuberdüse im konvergenten Abschnitt vor- und zurückbewegt werden kann.

Die Außenfläche der feuerfesten Abschlußwand 8 ist mit einem Wassermantel 23 mit Anschlußstutzen 24« und 24 b versehen, um-einerseits eine Überhitzung der Abschlußwand zu begegnen und andererseits das Bedienungspersonal zu schützen, das den Zerstäuber während des Betriebs der Anlage justieren muß. Stromabwärts vom Auslaß 1 a des konvergenten Abschnitts führt eine Leitung 25 radial durch die Wand des Reaktors, die zum Einführen einer dosierten, von der dem Zerstäuber zugeführten, getrennten Menge Kohlenwasserstoff in die Zone des Reaktors, in der der Ruß entsteht. Noch weiter stromabwärts erstreckt sich eine Leitung 26 mit einer Zerstäuberdüse in die Endkammer 11, die zum Einsprühen von Wasser in Axialrichtung des Reaktors dient. Durch das Einsprühen von Wasser wird das aus der Reaktionskammer austretende Aerosol zu einem Teil plötzlich abgekühlt, bevor es zum Vorkühler 12 gelangt, in dem eine weitere Abkühlung bewirkt wird. Vom Vorkühler wird das Aerosol zu einer nicht dargestellten Rußtrenn- und Sammelanlage geleitet.

F i g. 3 zeigt eine Brennkammer, die in Verbin-

dung mit einem konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnitt bei der Verarbeitung normalerweise flüssiger Brennstoffe und Luft zu heißen Verbrennungsgasen, in denen Kohlenwasserstoffe thermisch zer-

setzt werden, Verwendung finden kann. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung werden die heißen Verbrennungsgase durch Verbrennen eines flüssigen Brennstoffs mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas erzeugt. Zu diesem Zweck wird der Brennstoff in Axialrichtung in ein Ende einer zylindrischen Brennkammer injiziert, deren Länge größer ist als ihr Durchmesser, während die Luft im wesentlichen tangential in dasselbe Ende der Brennkammer eingeführt wird, wodurch der Brennstoff und das freien Sauerstoff enthaltende Gas durchmischt werden und beim Durchströmen der Brennkammer ein Ausbrand von mindestens 90 °/o erzielt wird. Auf diese Weise wird ein heißer Gasstrom hoher Geschwindigkeit erzeugt, der im wesentlichen frei ist von unverbranntem Brennstoff. Anschließend werden diese heißen Gase tangential in das stromauf gelegene Ende der Kammer des Ofenreaktors eingebracht. Von besonderem Vorteil ist es, gleichzeitig koaxial zum Brennstoffstrom einen ringförmigen Luftstrom in die Brennkammer einströmen zu lassen.

Wie in F i g. 4 dargestellt, sind stromaufwärts von dem konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnitt 29 des Reaktors Brennkammern 27 tangential an einen zylindrischen Abschnitt 28 der Reaktionskammer angeschlossen. Die Brennkammer 27 und der zylindrische Abschnitt 28 sind mit einem feuerfesten Futter 30 ausgekleidet, über dem eine thermische Isolierschicht 31 vorgesehen ist. Das außenliegende Ende jeder der Brennkammern ist mit einer feuerfesten Scheibe 32 abgeschlossen, die eine axiale öffnung 33 zum Einführen eines axial gerichteten Strahles zerstäubter Tröpfchen flüssigen Brennstoffs mittels eines Zerstäubers 34 und zum Zuleiten eines ringförmigen, zum Brennstoffstrahl koaxialen Luftstromes aufweist. Die Außenseite der feuerfesten Scheibe 32 ist mit einem Wasserkühlmantel 35 versehen. Die Luft wird in die Brennkammern durch Windkammern 36 axial eingeführt, die mit Speiseleitungen 37 versehen sind, durch die die Luft in dosierter Menge eingespeist wird. Die Windkammern sind mit Führungshülsen 38 versehen, so daß die Brennstoffzerstäuber 34 in axialer Richtung in der Brennkammer justiert werden können.

In F i g. 5 sind die Einrichtungen zur tangentialen Zufuhr von Luft in die Brennkammern deutlicher dargestellt. Ein Windring 39 umgibt das äußere Ende der metallischen Hülle 40, die die Brennkammer 27 bedeckt. Von dem durch die Leitungen 37 zugeführten Luftstrom getrennt dosierte Luftmengen werden jedem der Windringe 39 durch eine Leitung 41 zugeführt. Die Luft tritt dann durch tangential durchdringende Bohrungen 42 in die Brennkammern ein.

Im Betrieb enthält die Gesamtmenge der den Brennkammern zugeführten Luft einen geringen Sauerstoffüberschuß und wird so dosiert, daß ein vollständiger Ausbrand des Brennstoffes erzielt wird. Das Verhältnis von axial zugeführter zu tangential zugeführter Luft wird derart gesteuert, daß eine gute Durchmischung des Brennstoffes erzielt und ein übermäßiges Auftreffen unverdampfter Brennstofftröpfchen auf die Wände der Brennkammern vermieden wird, wodurch ein praktisch vollständiger Ausbrand des Brennstoffes ohne Koksbildung gewährleistet ist.

Wie in F i g. 3 dargestellt, ist die feuerfeste Abschlußwand 43 des zylindrischen Abschnitts 28 der Reaktionskammer auf ihrer Außenseite mit einem Wassermantel 44 und einer axialen öffnung 45 versehen, die zum Einführen und Justieren eines Rohstoffzerstäubers 22 in den bzw. dem konvergenten Abschnitt 29 dient, ähnlich wie bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung. Die Mündung der oberen Brennkammer 27 in den zylindrischen Abschnitt 28 ist mit 46 bezeichnet.

Beim Aufbau der in den F i g. 1 und 3 dargestellten Ofenreaktoren können vielfältige Arten von höchstwertigen feuerfesten Stoffen zum Auskleiden

ίο des Kammerinnenraumes verwendet werden, wie zum Beispiel Stampfmischungen, Ziegel oder vorgeformte Abschnitte. Für die kegelstumpfförmigen Abschnitte bietet die Verwendung vorgeformter und vorgebrannter Abschnitte besondere Vorteile, da sie als kräftige, dichte Strukturen vorgeformt werden können, die eine außerordentliche Lebensdauer aufweisen. Ihre Anwendung ist besonders in der Auslaßzone des konvergenten Abschnittes von Vorteil, da die heißen Gase diesen Abschnitt mit hoher Geschwindigkeit durchströmen. In vorteilhafter Weise folgt dem Auslaß des konvergenten Abschnitts ein kurzer zylindrischer Abschnitt, wie der Abschnitt la in Fig. 1. Diese Maßnahme sichert eine verlängerte Einhaltung des gewünschten Innendurchmessers am Auslaß, weil eine Erosion infolge der ungleichen Winkel zwischen dem konvergenten und dem stromabwärts liegenden Abschnitt sich in größerem Ausmaß bemerkbar machen kann, wenn der Auslaß scharfkantig ist.

Mit Siliciumnitrid gebundenes Siliciumcarbid hat sich am Auslaß des konvergenten Abschnitts als besonders vorteilhaft erwiesen, wogegen in anderen Abschnitten der Kammer hochfeuerfeste Ziegel und Aluminiumoxyd als feuerfeste Materialien erfolgreich verwendet worden sind. Als Wärmeisolierung zum Aufbringen auf das feuerfeste Material hat sich eine gießbare leichte blasige Schicht aus Tonerde (Aluminiumoxid) als geeignet erwiesen. In jedem Fall ist der Fachmann in der Lage, geeignete feuerfeste und wärmeisolierende Materialien auszuwählen.

F i g. 6 zeigt einen Zerstäuber für den Rohstoff, der zum Einspritzen eines Strahls fein zerstäubter flüssiger Kohlenwasserstofftröpfchen in die Kammern der Ofenreaktoren nach den Fig. 1 und 3 geeignet ist. Von einem äußeren Rohr 47, einem inneren Rohr 48, einem abgeschrägten vorderen Abschlußteil 49 und einer hinteren Endplatte 50 wird ein Wassermantel gebildet. Das Kühlwasser wird dem Mantel durch eine Einlaßleitung 51 zugeführt und fließt zu Ringen 52, die eine Reihe von durchgehenden öffnungen 53 aufweisen. An der Auslaßseite der öffnungen sind Röhren 54 angebracht, die sich bis zum vorderen Ende des Innenraums 55 des Mantels erstrecken. Nach dem Eintreten in den Mantel fließt das Wasser durch die Röhren bis zu deren Auslaßöffnungen 56 und dann in Gegenrichtung zurück und durch eine Auslaßleitung 57 aus dem Mantel heraus. Durch den Innenraum des Rohres 48 erstreckt sich axial eine Zuleitung 58 für den Rohstoff, die mit einer Einstoff-Zerstäuberdüse 59 versehen ist, die den flüssigen Rohstoff in Form eines Hohlkegels zerstäubt. Die radiale und die axiale Ausrichtung der Zulaufleitung 58 und der Zerstäuberdüse 59 werden mittels der Abstandshalter 60 und einer zentrisch durchbohrten Stopfbüchse 61 bewirkt. Die Zerstäuberdüse 59 kann in einer ausgewählten axialen Lage durch Zusammenpressen einer Packung 62 in der Stopfbüchse 61 durch Anziehen einer Mutter 63 fixiert werden; nach : Lösen dcf Packung kann die Lage der Düse korrigiert

werden. Die Zerstäuberdüse soll so ausgerichtet sein, daß die Tröpfchen des Spritzhohlkegels nicht auf der Schrägfläche des Abschlußteils 49 auftreffen, jedoch gleichzeitig zum Teil in den Wärmeschutzbereich des Rohres 48 abgezogen werden. Im Betrieb kann die Ausrichtung der Zerstäuberdüse relativ zum Auslaß des konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnitts durch axiale Bewegung des gesamten Zerstäubers bewirkt werden.

Es ist einzusehen, daß der ringförmige Raum zwischen der inneren Wand des Mantelrohres 48 und der äußeren Wand der Rohstoff-Zuleitung 58 einem doppelten Zweck dient. Er schützt die Leitung 58 und deren Inhalt vor der Einwirkung übermäßiger Wärme, ohne dabei den üblicherweise vorgewärmten Rohstoff abzukühlen, was eine direkte Wasser- oder Luftkühlung der Oberfläche der Leitung 58 bewirken würde. Deshalb wird keine Flüssigkeit durch den eben erwähnten Ringspalt geleitet. In den Fällen, in denen es erwünscht und zweckmäßig ist, kann jedoch dieser Raum mit einem thermisch isolierenden Material ausgefüllt werden.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wurden die Verbrennungsgase in die zylindrische Brennkammer 4 durch acht tangentiale Kanäle 13 mit einem Innendurchmesser von etwa 75 mm eingeblasen. Die Brennkammer war mit einem axial angeordneten feuerfesten Zylinder versehen, der einen Außendurchmesser von etwa 254 mm hatte und sich in die Kammer hinein über eine Strecke von ebenfalls etwa 250 mm erstreckte. Der konvergente, kegelstumpfiörmige Abschnitt 1 wies einen Kegeiwinkel von 38°, einen Einlaßdurchmesser von etwa 1000 mm, eine Länge von etwa 1225 mm und einen Innendurchmesser von etwa 180 mm am Auslaß auf. Der konvergente Abschnitt führte in einen zylindrischen Abschnitt mit einem Innendurchmesser von etwa 180 mm und einer Länge von etwa 125 ii;:ii, an den sich ein divergenter kegelstumpfförmiger Abschnitt mit einem Einlaßdurchmesser von etwa 180 mm, einer Länge von etwa 2300 mm und einem Auslaßdurchmesser von etwa 460 mm anschloß, was einen Kegelwinkel von 7° ergibt. Der divergente kegelstumpfförmige Abschnitt 3 führte in eine zylindrische Endkammer, an die sich der Vorkühler 12 anschloß. Die Länge der Endkammer betrug etwa 4500 mm und ihr Innendurchmesser etwa 460 mm.

Dem Reaktor wurde Verbrennungsluft mit Umgebungstemperatur und als Brennstoff Erdgas zugeführt. Das Brennstoff-Luft-Verhältnis betrug 1:16. Die Brennstoffzerstäuber waren mit Mischnetzen versehen, und es wurde der Brennstoff in den Einlaßkanälen gezündet, so daß ein brennendes Gemisch aus Brennstoff und Luft tangential in die Brennkammer gerichtet war. Das brennende Gemisch wurde dann zu einem Wirbel geformt, in den der als Rohstoff dienende Kohlenwasserstoff mittels des Zerstäubers 22 eingesprüht wurde.

Die Rohstoffzerstäuberdüse war auf der Achse des konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnittes etwa 460 mm stromauf von dessen Auslaß angeordnet.

Der als Ausgangsrohstoff dienende Kohlenwasserstoff könnte beispielsweise von einem Erdöl-Crack-Rückstand gebildet werden.

Der Ruß wird in der Reaktionskammer des Ofens bei Temperaturen erzeugt, die üblicherweise im Bereich zwischen etwa 1300 und 155O⁰C liegen, aber auch etwa 1900° C erreichen können.

An einer etwa 350 mm stromabwärts vom Einlaß des divergenten kegelstumpfförmigen Abschnitts 3 gelegenen Stelle wurde Erdgas in die Reaktionskammer des Ofens eingeleitet. Das erzeugte Aerosol wurde zum erstenmal in der Endkammer an einer etwa 600 mm stromabwärts vom Auslaß des divergenten Abschnitts liegenden Stelle mit Wasser abgelöscht. An einer etwa 860 mm stromabwärts vom ersten Ablöschort gelegenen Stelle wurde das Ablöschen mit Wasser wiederholt. Das Aerosol wurde auf diese Weise auf eine Temperatur von etwa 870° C abgekühlt.

Die Axialgeschwindigkeit der heißen Gase ist etwa halb so groß wie ihre Geschwindigkeit auf der Spiralbahn, wenn der Neigungswinkel der Spirale zur Horizontalebene etwa 60° beträgt. Mit einem konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnitt, dessen Winkel zwischen 35 und 45° liegt, wird der Neigungswinkel der Gasspirale im Wirbel nahezu 60° am Einlaß des konvergenten Abschnittes und nahe 0° am Auslaß des Abschnittes, beispielsweise 10°.

Die Axialgeschwindigkeit des Wirbels am Auslaß des konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnitts sollte im Bereich zwischen etwa 90 und 800 m/sec bei einer Temperatur zwischen etwa 1370 und 1540⁰C liegen und vorzugsweise im Bereich zwischen etwa 140 und 90 m/sec, gemessen bei den gleichen Temperaturbedingungen.

Der Kegelwinkel und die Länge des konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnitts lassen beachtliche Variationen zu, jedoch wurden optimale Ergebnisse mit einem Kegelwinkel zwischen etwa 30 und 90° und einer Länge des Abschnittes erzielt, die mindestens dem Durchmesser der Auslaßöffnung gleich war. Vorzugsweise werden ein Kegel winkel zwischen etwa 35 und 45° und eine Abschnittslänge von mindestens dem Dreifachen des Auslaßdurchmessers verwendet. Auch der Auslaßdurchmesser des kegelstumpfförmigen Abschnitts variiert ebenfalls und ist in erster Linie durch die Geschwindigkeitsverhältnisse bestimmt, die zur Erzeugung der gewünschten Rußeigenschaften bei einer vorgewählten Produktionsrate erforderlich sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nicht auf den Einsatz eines speziellen Kohlenwasserstoffes als Ausgangsrohstoff beschränkt, vielmehr kann grundsätzlich beinahe jeder Kohlenwasserstoff eingesetzt werden, unabhängig davon, ob er als Gas, in verdampfter oder flüssiger Form vorliegt. Vorteilhaft ist jedoch die Verwendung eines Crack- oder Destillierrückstandes mit großem Molekulargewicht und einem hohen Anteil an aromatischen Bestandteilen. Besonders vorteilhaft sind organische Rückstände mit einem Gehalt an aromatischen Bestandteilen, der etwa 65 Gewichtsprozent nicht unterschreitet, mit einem mittleren Molekulargewicht im Bereich von etwa 100 bis etwa 400 und mit einem zur Kennzeichnung von ölprodukten dienenden universellen Faktor (K) im Bereich von etwa 9 bis 10,5. Wenn auch ein gewisses Vorwärmen erforderlich sein kann, um eine Viskosität zu erreichen, bei der solche Kohlenwasserstoffe in flüssiger Form gut fließen, können sie als zerstäubter Strahl flüssiger Tröpfchen in die Ofenkammer eingespritzt werden, in der dann eine Verdampfung des Kohlenwasserstoffs durch Absorption von Wärme aus den heißen Verbrennungsgasen eintritt.

Der als Ausgangsrohstoff verwendete Kohlenwasserstoff kann direkt in den konvergenten kegel-

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stumpfförmigen Abschnitt der Reaktionskammer eingeführt werden, so daß er in den Wirbel in der Mitte zwischen dessen beiden Enden eindringt und sich in den heißen Gasen des Wirbels verteilt, ehe eine wesentliche thermische Zersetzung des Rohstoffs eintritt.

Die Stelle, an der der als Ausgangsrohstoff dienende Kohlenwasserstoff in den kegelstumpfförmigen Abschnitt eingeführt wird, ist veränderbar und in erster Linie bestimmt durch die Art der gewünschten kolloidalen, chemischen und Betriebskennwerte des zu erzeugenden Rußes. Bei Verwendung eines konvergenten Abschnitts mit einem Kegelwinkel zwischen etwa 30 und 90° und einer Länge, die mindestens gleich dem Auslaßdurchmesser ist, werden die am meisten begehrten Rußsorten erzeugt, wenn der Ausgangsrohstoff in den konvergierten Abschnitt stromaufwärts in einem Abstand von dessen Auslaß eingeführt wird, der mindestens so groß ist wie der Durchmesser des Auslasses. Vorzugsweise wird der als Ausgangsrohstoff dienende Kohlenwasserstoff an einer Stelle in den konvergenten Abschnitt eingeführt, die um etwa den ein- bis vierfachen Auslaßdurchmesser vom Auslaß stromauf liegt; eine solche Eingabestelle ist besonders dann anzuwenden, wenn der konvergente Abschnitt einen Kegelwinkel zwischen etwa 35 und 45° und eine Länge von mindestens dem Vierfachen des Auslaßdurchmessers aufweist.

Bei Benutzung einer axial angeordneten Zerstäuberdüse des in F i g. 6 gezeigten Typs zum Einspritzen eines Strahles zerstäubter Flüssigkeitströpfchen des als Ausgangsrohstoff dienenden Kohlenwasserstoffs in den Wirbel hat der Abstand der Düse vom Auslaß des konvergenten Abschnitts einen beachtlichen Einfluß auf die Eigenschaften des durch Pyrolyse aus dem Ausgangsrohstoff gebildeten Rußes.

Der Kegelwinkel, unter dem die Flüssigkeitströpfchen von der Zerstäuberdüse verspritzt werden, kann ebenfalls in weiten Grenzen variiert werden. Der wichtigste Gesichtspunkt bei der Bemessung des Winkels ist die Forderung, daß die Hauptmenge des Rohstoffes das Zentrum des Wirbels durchquert und in den Gasstrom hoher Geschwindigkeit in der Nähe der Wand des konvergenten Abschnitts gelangt.

Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn die Zerstäuberdüse vom Auslaß des konvergenten Abschnittes um eine Strecke zurückversetzt ist, die eine Turbulenzmischung zwischen dem als Ausgangsrohstoff dienenden Kohlenwasserstoff und den Gasen des Wirbels in der Nähe der schrägen Wand des konvergenten Abschnittes ergibt. Für Gummi geeignete Rußqualitäten, die sich durch hohen Abriebwiderstand auszeichnen, werden erzeugt, wenn der als Ausgangsrohstoff dienende Kohlenwasserstoff an einer Stelle in die Gase des Wirbels eindringt, die etwas von dem Auslaß des konvergenten Abschnitts entfernt ist, wogegen stark färbende Rußqualitäten, die zur Anwendung in Tinten, Farben usw. geeignet sind, am günstigsten erzeugt werden, wenn der Ausgangsrohstoff an einer Stelle in die Wirbelgase eindringt, die dem Auslaß des konvergenten Abschnitts nahe ist. Änderung in der Feinheit und den Struktureigenschaften des Rußes, wie sie durch Färbekraft- und ölabsorptions-Tests angezeigt werden, treten auf, wenn die Stelle, an der der Ausgangsrohstoff in den Wirbel eintritt, geändert wird, d. h., der Ruß wird etwas gröber, und die Struktur mag etwas zunehmen, wenn die Eintrittsstelle für den Ausgangsrohstoff in den Wirbel weiter und weiter vom Auslaß des konvergenten Abschnitts entfernt wird. Demzufolge sind die Teilchen am gröbsten, wenn die Struktur am stärksten ist und umgekehrt.

Vorteilhafte Ergebnisse wurden mit dieser Erfindung bei Benutzung von Zerstäuberdüsen erzielt, die die flüssigen Kohlenwasserstofftröpfchen erzeugen und in Form eines Hohlkegels versprühen. Die Tröpfchen können aber auch in radialer Verteilung oder in

ίο einem gefüllten Kegel versprüht werden, sofern nur die Hauptmenge der Tröpfchen innerhalb des konvergenten Abschnitts in den Wirbel eindringt. Befindet sich der Zerstäubungsort zu nahe am Auslaß des konvergenten Abschnitts, dann kann die Hauptmenge der Tröpfchen in das Auge des Wirbels anstatt in dessen Körper gelangen. Als besonders vorteilhaft haben sich Zerstäuberdüsen herausgestellt, die einen relativ dünnen Tröpfchenkegel mit einem Kegelwinkel von 60 bis 80° bilden.

Da eine vollständige Pyrolyse des als Ausgangsrohstoff dienenden Kohlenwasserstoffs selten innerhalb des konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnitts 1 stattfindet, kann der Wirbel vorteilhaft bis in den divergenten Abschnitt 3 der Reaktionskammer ausgedehnt werden. Der divergente kegelstumpfförmige Abschnitt sollte einen Kegelwinkel zwischen etwa 7 und 10° aufweisen, damit die Strömung drallfrei wird. Der divergente kegelstumpfförmige Abschnitt 3 erzeugt eine zunehmende und gleichmäßige Axialströmung des Aerosols. Die Länge des divergenten kegelstumpfförmi;pn Abschnitts sollte wesentlich größer sein als der Durchmesser des Auslasses des konvergenten Abschnitts 1 und vorteilhaft etwa das Zehn- bis Fünfzehnfache des Durchmessers des Auslasses aufweisen.

Die Wirbel bildenden heißen Verbrennungsgase werden durch Verbrennen eines Brennstoffes mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas erzeugt. Obwohl die Erfindung auch die Verwendung von Brennstoffen, wie Wasserstoff und Kohlenmonoxyd in Betracht zieht, werden in den meisten Fällen Kohlenwasserstoffe bevorzugt, insbesondere gasförmige Grenzkohlenwasserstoffe, wie Erdgas, und flüssige Kohlenwasserstoffe, wie Heizöle. Als freien Sauerstoff enthaltendes Gas kann Luft verwendet werden, obwohl beispielsweise mit Sauerstoff angereicherte Luft statt dessen ebenfalls Anwendung finden kann.

Zur Herstellung der meisten Rußsorten ist ein geringfügiger Überschuß an freiem Sauerstoff erwünscht, da auf diese Weise wünschenswerte Rußeigenschaften erzielt werden können. Wenn zur Erzeugung der heißen Verbrennungsgase Luft mit Umgebungstemperatur und Erdgas mit etwa 8900 kcal/Nm³ verwendet werden, können mit jedem Nm'' des Erdgases mehr als 11 Nm³ Luft vermischt werden, um eine Brennstoffmischung zu erhalten, die beim Verbrennen einen ausreichenden Sauerstoffüberschuß aufweist. In vorteilhafter Weise liegt das Volumenverhältnis von Luft zu Erdgas im Bereich von 13 :1 bis 17 :1.

Durch Verwendung vorgewärmter Luft an Stelle von Luft mit Umgebungstemperatur können die Herstellungsrate, die Ausbeute und die Steuerbarkeit der Rußeigenschaften verbessert werden. Ein Vorwärmen der Luft auf eine Temperatur im Bereich von etwa 300 bis 700° ist bei Verwendung eines Erdgases mit 8900 kcal/Nm³ als Brennstoff besonders günstig.

Bei Benutzung von Luft und Kohlenwasserstoff zur Erzeugung der heißen Verbrennungsgase sollten aus-

reichende Zulaufmengen verwendet werden, um eine tatsächliche Axialgeschwindigkeit von mindestens 90 m/s und vorzugsweise mehr am Auslaß des konvergenten Abschnitts zu erreichen. Wenn zugleich als Ausgangs rohstoff ein Rückstands-Kohlenwasserstoff mit hohem Molekulargewicht und hohem aromatischen Anteil verwendet wird, wird er vorteilhaft in einer Menge in die Ofenreaktionskammer eingeführt, die im Bereich zwischen 3 und 7,5 I bei 15° C auf 28 Nm³ Luft von Umgebungstemperatur oder im Bereich zwischen 3,8 und 9,5 1 bei 15° C auf 28 Nm* vorgewärmter Luft mit einer Temperatur zwischen 300 und 700° C verwendet wird.

Die Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung kann weiter erhöht werden durch die Vervvendung von Mischnetzen zur vollständigen Durchmischung des Brennstoffes und des freien Sauerstoff enthaltenden Gases vor dem Entzünden des Brennstoffes.

In manchen Fällen sollen dem Ruß bestimmte besondere und günstige Eigenschaften, insbesondere eine vergrößerte Struktur, verliehen werden, indem ein vom Ausgangsrohstoff getrennter Kohlenwasserstoff an der Stelle 25 in die Rußbildungszone der Ofenreaktionskammer eingebracht wird. Hierzu kann ein gasförmiger Grenzkohlenwwasserstoff verwendet werden, obwohl die Verwendung eines flüssigen Kohlenwasserstoffes auch möglich ist, der beispielsweise aus demselben Kohlenwasserstoff bestehen kann, der als Ausgangsrohstoff Verwendung findet, und der als Strahl zerstäubter Tröpfchen in die Reaktionskammer eingesprüht wird. Wenn zur Vergrößerung der Struktur Erdgas in der vorher beschriebenen Weise getrennt zugeführt wird und der Ausgangsrohstoff ein Kohlenwasserstoff-Rückstand mit hohem Molekulargewicht und hohem aromatischen Anteil ist, der als Strahl flüssiger Tröpfchen in den Ofen eingespritzt wird, kann das Erdgas getrennt in den Ofen eingeführt werden in einer Menge, die im Bereich zwischen etwa 0,037 und 0,30 Nm³ je Liter (15°C) des als Ausgangsrohstoff in die Ofenreaktionskammer eingeführten Kohlenwasserstoffes liegt. Vorzugsweise wird eine Menge von etwa 0,075 bis 0,15Nm³ Erdgas oder eine äquivalente Menge an flüssigem Kohlenwasserstoff je 1 1 des Ausgangsrohstoffes eingeführt.

In der Reaktionskammer des Ofens kann sich die Rußbildungszone über eine Strecke ausdehnen, die einen wesentlichen Teil des konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnittes und des stromabwärts gelegenen, sich über den Auslaß des konvergenten Abschnittes hinaus erstreckenden Abschnittes umfaßt. Wesentliche Mengen an Ruß können innerhalb des konvergenten Abschnittes vor dem Auslaß gebildet werden, da die Pyrolyse des Ausgangsrohstoffes dort unter Reaktionsbedingungen stattfindet, die in bekannten Anlagen nicht existieren. Im allgemeinen dauert die Reaktion innerhalb des stromabwärtigen Abschnittes bis über den Auslaß des konvergenten Abschnittes hinaus an, und es weist die gesamte Rußbildungszone Temperaturen im Bereich zwischen 1930 und 1370° C auf. Beispielsweise können die heißen Verbrennungsgase, in die der Ausgangsrohstoff eingespritzt wird, vor dem Auslaß des konvergenten Abschnittes eine Temperatur zwischen 1925 und 1590° C und am Auslaß eine Temperatur zwischen 1760 und 1425° C aufweisen, während stromab vom Auslaß eine Temperatur zwischen etwa 1425 und 1315° C herrscht. Diese Temperaturen stellen die tatsächlichen Temperaturen der heißen Brenngase in der Rußbildungszone dar, wogegen die feuerfesten Wände, die die Zone begrenzen, eine etwas niedrigere Temperatur aufweisen. In beinahe allen Fällen folgt der Bildung des Rußes eine Abkühlung der heißen Verbrennungsase mit Wasser an der Stelle 26, um eine übermäßige Einwirkung der heißen Gasatmosphäre auf den Ruß zu vermeiden, die eine übermäßige Verringerung der Ausbeute oder unerwünschte Einwirkungen auf die chemischen und kolloidalen Eigenschaften des Rußes zur Folge haben würde. Demgemäß können die Heißgase auf eine Temperatur unter etwa 1000° C, im allgemeinen auf eine Temperatur im Bereich zwischen 800 und 950° C an einer ausgewählten Stelle innerhalb des stromabwärtigen Abschnitts der Reaktionskammer abgelöscht werden.

Die Herstellung von Ruß unter Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird bewerkstelligt durch Einführen des als Ausgangsrohstoff dienenden Kohlenwasserstoffes in einen aus heißen Verbrennungsgasen gebildeten Wirbel, in dem der Brennstoff an der Stelle, an der der als Ausgangsrohstoff dienende Kohlenwasserstoff in den Wirbel eingebracht wurde.

Dieser Umstand wird durch die Tabelle 1 veranschaulicht, die die Werte einer chromatographischen Analyse von aus der Ofenreaktionskammer entnommenen Gasproben wiedergibt.

Tabelle

Chromatographische Analyse von Gasproben aus der Ofenreaktionskammer in Molprozent auf trockener Basis

Ort der Probeentnahme

Komponente	1	2	3	4	5	-6
H₀ o;+a n: CH₄ CO., CO C.,H.,	7,76 84,67 7,57	8,11 84,24 7,65	0,45 4,60 83,39 10,63 0,93	2,33 1,27 81,28 <0,10 11,40 3,72 <0,10	12,25 0,88 68,58 0,54 5,94 11,16 0,65	11,66 1,04 69,09 0,50 5,66 11,72 0,33

Ort der Probeentnahme

Nr. 1: 500 mm stromaufwärts vom Auslaß des konvergenten Abschnitts,

Nr. 2: 250 mm stromaufwärts vom Auslaß des konvergenten Abschnitts,

Nr. 3: 125 mm stromaufwärts vom Auslaß des konvergenten Abschnitts,

Nr. 4: am Auslaß des konvergenten Abschnitts,
Nr. 5: 600 mm stromabwärts vom Auslaß des konvergenten Abschnitts,

Nr. 6: 2640 mm stromabwärts vom Auslaß des konvergenten Abschnitts.

Da der als Ausgangsrohstoff diende Kohlenwasserstoff an einer Stelle 500 mm stromaufwärts vom Auslaß des konvergenten Abschnitts in die Ofenkammer unter einem Winkel von 75° nach außen gerichtet eingespritzt wurde, ergibt sich aus Tabelle 1, daß die Verbrennung des Brennstoffs praktisch an der Stelle beendet war, an der der Ausgangsrohstoff den Wirbel erreichte, da an den Meßstellen 1 und 2 nur CO₂, N₂ und O, mit Argon gefunden wurden, während keine Reste an CH₄, C₂H₂, CO oder H₂ gefunden wurden, die eine Nichtverbrennung oder ein Cracken des Brennstoffes an diesen Stellen anzeigen würden. Der Beginn des Crackens des als Ausgangsrohstoff dienenden Kohlenwasserstoffes wird durch das Auftreten kleiner Mengen an H₂ und CO in der an der Stelle 3 entnommenen Probe "angezeigt. Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß Ruß in den an den Stellen 3 bis 6 entnommenen Proben gefunden wurde, jedoch nicht in den an den Stellen 1 und 2 entnommenen Proben. Die von der Stelle 4 entnommene Probe zeigt an, daß die Pyrolyse des Ausgangsrohstoffes bemerkenswert schnell Fortschritt, allerdings noch unvollständig war, während die Proben von den Stellen 5 und 6 eine im wesentlichen vollständige Pyrolyse des Ausgangsrohstoffes an diesen Stellen anzeigen.

Tabelle 2 führt die Straßenabriebs-Werte des Rußes der Tabelle 1 auf, die bezogen sind auf den in üblicher Weise hergestellten ISAF-Ruß.

Tabelle 2
Ruß Gesamtabriebs-Wert

SAF-HS II30/0

Seitheriger, üblicher SAF-HS 108 %

ISAF 107 «/0

Seitheriger, üblicher ISAF ... 100 °/o

ISAF-HS 110 »/0

Seitheriger, üblicher ISAF-HS 104 %

HAF-HS 97%

Seitheriger, üblicher HAF-HS 93 Vo

Tabelle 2 zeigt die Eigenschaften von in der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestelltem Ruß im Vergleich zu konventionellen, handelsüblichen Rußsorten hoher Qualität, die im »Drall-Einblas-Verfahren« hergestellt wurden, indem derselbe Kohlenwasserstoff als Ausgangsrohstoff als Strahl zerstäubter Tröpfchen in eine zylindrische Verbrennungskammer und die darin vorhandenen heißen Verbrennungsgase eingespritzt wurde und anschließend das Gemisch aus Ausgangsrohstoff und heißem Verbrennungsgas in Form einer Spirale in eine zylindrische Reaktionskammer mit kleinerem Durchmesser als die Verbrennungskammer mit kleincrem Durchmesser als die Verbrennungskammer eingeleitet wurde.

Die Buchstabengruppen »SAF-HS«, »ISAF-HS« und »HAF-HS« sind Handelsbezeichnungen für Rußsorten, die unter Zufuhr von Erdgas in die Rußbildungszone hergestellt wurden.

Bei der Ermittlung der in Tabelle 2 aufgeführten Werte wurden die Ruße mit einer Mischung aus mit öl gestrecktem Styrol-Butadien-Kautschuk und PoIybutadien-Kautschuk versetzt. Die Zusammensetzung der Mischungen der Laufflächenmasse zeigt Tabelle 3.

Tabelle 3

Komponente Gewichtsteile

SBR 1712*) 96,0

(70 T Polymer, 26 T Öl)

cis-1,4 Polybutadienkautschuk .. 30,0

Ruß 70,0

Circosol 2XH*) 24,0

Zinkoxyd 4,0

Stearinsäure 2,0

Thermoflex A *) 1,5

NOBS Special *) 1,2

Schwefel 2,0

*) Am Anmeldetag unter der oben angegebenen Bezeichnung im Handel erhältliche Produkte.

Die Laufflächenmassen wurden dann zur Herstellung von Reifen desselben Typs und derselben Größe aus jeder Laufflächenmischung verwendet, worauf die fertigen Reifen einen Straßentest auf demselben Automodell unter gleichförmigen Testbedingungen auf einer Reifenstrecke unterworfen wurden. Nach einer Laufstrecke von etwa 20 000 km wurde die Laufflächendicke gemessen, um die Abriebsmenge zu bestimmen.

Üblicher ISAF-Ruß, der allgemein zur Laufflächenverstärkung verwendet wird, wurde willkürlich als Bezugsnormal gewählt, mit der die anderen Ruß-Sorten verglichen wurden. Aus der Tabelle 2 ist ersichtlich, daß der nach der Erfindung hergestellte ISAF-Ruß einen erhöhten Widerstand gegen Abrieb aufwies, d.h. um 7°/o besser war als der nach den zuvor beschriebenen üblichen Methoden hergestellte ISAF-Ruß.

Beide ISAF-HS-Rußsorten der Tabelle 2 wurden unter Zufuhr von Erdgas in die Rußbildungszone hergestellt, um Rußsorten zu erzeugen, deren Eigenschaften sich von denen unterscheiden, die ohne eine stromabwärtige Zufuhr von zusätzlichem Kohlenwasserstoff erhalten wurden. Obwohl der übliche ISAF-HS-Ruß eine gute Abriebszahl von 104% ergab, ist ersichtlich, daß derselbe Rußtyp eine Abtriebszahl von 110% ergab, wenn er unter Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellt worden war.

Der Umstand daß die HAF-HS-Rußsorten in der Tabelle 2 keine so guten Abriebszahlen wie der üblichen ISAF-Ruße aufweisen, zeigt keinen Qualitätsunterschied, da von ISAF- und HAF-Sorten nicht gleiche Abriebszahlen erwartet werden können.

Die unerwarteten guten Abriebseigenschaften, die mit in der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Rußsorten erzielt wurden, ergaben sich bei einem Gehalt der Laufflächenmasse an Polybutadienkautschuk. Diese guten Abriebseigenschaften wurden mit jedem handelsüblichen Polybutadienkautschuktyp erzielt, d. h. mit eis- und trans-Sorten sowie mit deren

Kombinationen, und zwar sowohl bei durch Lösungspolymerisation als auch bei durch Emulsionspolymerisation hergestellten Sorten. Ferner bleiben diese guten Abriebseigenschaften in einem unerwarteten Maße auch dann erhalten, wenn das Polybutadien mit einem anderen verträglichen Kautschuk gemischt wird, z. B. mit Styrol-Butadienkautschuk, Naturkautschuk oder Polyisoprenkautschuk. Wenn beispielsweise in der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellte Rußsorten in eine Polybutadienkautschuk und einen anderen Kautschuk enthaltende Laufflächenmasse eingemischt wurden, dann war die Abriebfestigkeit der Laufflächenmasse, die eine Mischung von Kautschuksorten enthielt, merklich grö-

ßer, als zu erwarten gewesen wäre bei einem Vergleich der Abriebsfestigkeiten von Laufflächenmassen mit einer der beiden Gummisorten, die nicht mit der anderen gemischt war.

Obwohl die Erfindung unter Bezug auf die Herstellung von Rußpulvern beschrieben worden ist, die verbesserte Abriebseigenschaften von Polybutadienkautschuk enthaltenden Laufflächenmassen ergeben, kann die vorliegende Erfindung auch zur Herstellung von Rußsorten für andere Reifenlaufflächenmischungen, andere Reifenteile, industrielle Kautschukerzeugnisse, Farben, Kunststoffe, Tinten u. dgl. verwendet werden, wo es für die beabsichtigte Verwendung vorteilhaft ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

409 536/277

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Rußerzeugung durch Pyrolyse eines Kohlenwasserstoff-Rohstoffes in einem kegelförmigen Wirbel heißer Gase mit einer feuerfest ausgekleideten Reaktionskammer, die einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist und einen konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnitt umfaßt, mit einem oder mehreren Brennern zur Erzeugung der heißen Gase für die Pyrolyse des Kohlenwasserstoff-Rohstoffes, welche die heißen Gase mit einer gegen die zusammenlaufenden Wände des konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnittes gerichteten Tangentialbewegung in die Reaktionskammer injizieren, und mit einem Zerstäuber zur Einführung des Kohlenwasserstoff-Rohstoffes in den kegelstumpfförmigen Abschnitt der Reaktionskammer, dadurch gekennzeichnet, daß der Zerstäuber (22) an einer Stelle des konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnittes (1) angeordnet ist, an der der Brennstoff bereits im wesentlichen vollständig verbrannt ist, und den Kohlenwasserstoff-Rohstoff unter einem Winkel zur Wandung des konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnittes (1) in den Gaswirbel einspritzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß stromabwärts vom konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnitt (1) ein Verbindungsabschnitt (la) vorgesehen ist, an den sich stromabwärts der divergente kegelstumpfförmige Abschnitt (3) anschließt, dessen Auslaßdurchmesser größer ist als der Auslaßdurchmesser des konvergenten Abschnitts.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß des divergenten Abschnitts (3) im wesentlichen denselben Durchmesser aufweist wie der Auslaß des konvergenten Abschnitts (1) und daß der divergente Abschnitt einen Kegelwinkel zwischen 7 und 10° aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Brennkammern (27) tangential an einen zylindrischen Abschnitt (28) angeschlossen sind, der dem weiten Ende des konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnitts (29) benachbart ist, und daß in diese Brennkammern ein oder mehrere Brenner (33) hineinblasen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das weite Ende des konvergenten kegelstumpfförmigen Abschnitts (1) in eine zylindrische Brennkammer (4) übergeht, die mit mehreren wenigstens annähernd tangential angeordneten, das Brennstoff gemisch in die Brennkammer (4) einleitenden Düsen (17) versehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Leitung (25) zum Zuführen eines vom Rohstoff getrennten Kohlenwasserstoffes in die Rußbildungszone der Reaktionskammer versehen ist.