DE1592853A1

DE1592853A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Russ

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Publication number: DE1592853A1
Application number: DE19671592853
Authority: DE
Inventors: Deland Charles L
Original assignee: Cities Service Co
Current assignee: Cities Service Co
Priority date: 1967-08-09
Filing date: 1967-08-31
Publication date: 1971-12-23
Also published as: US3490870A; DE1592853B2; DE1592853C3; GB1221443A; NL6811406A

Description

. DfMNG. EUGEN MAIER

PATENTANWALT

7STUTTGART-1 -r«™™

WERASTRASSE 24 1592853

27^1967 TiUFON 242761/2

J¹I rma Columbian Carbon Company, 360 Madie on Avenue.

4^V ^Be 4Mt ^^β ^^Ä φφν^^ ββ ^B^ ^Λ* ^^M^^v^gv vpi ^^p 4M ^^•^e^ Λ·· ·<^ ^^e ^i^· ^**· tf^^ *Ηφ ^^p ^V% ^HP ^^^ ^^w^^p Mt^'^v ^^e ^^v ^^^^ ^^^^^^· β^^· βββ ^VK ^QM ^^^ ^^^ β^β^ββ^^^ β^^^^ββ^

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Torrichtung zur Herstellung von Buss. Hierzu wird das zur Herstellung dee Hueaee vorgesehene Kohlenwasserstoff-Material in eine? Sicht abgeteilten lokalisierten Zone eines Ofenrauaes mit heisaen Verbrennungsgaaen vermischt, sodas3 eine teilweis·» aber noch nicht vollständige Zersetzung der Kohlenwasserstoffe zu Russ erfolgt· Zur Vervollständigung der Umsetzung wird die teilweise in Reaktion getretene Kohlenwasserstoff-Verbrennungsgaa-»Miachung ausserhalb der genannten Zose alt weiteren Verbrennungsgasen vermischt. In einem senkrecht

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angeordneten, längeren Ofenraum» in welchen der Kohlenwasserstoff in der Richtung der Längsachse von unten eingespritzt wird, befinden eich am unteren Teil primäre und sekundäre Zuleitungen, mit deren Hilfe die Geschwindigkeit, die Temperatur und die Atmosphäre der Verbrennungsgase in den verschiedenen Zonen des Ofenraumes reguliert werden können.

Die meisten im Handel befindlichen Russe werden derzeit durch thermische Zersetzung von normalerweise nicht gasförmigen Kohlenwasserstoffen - wie etwa Petroleum-Rückstände oder Kreosot·» öle - hergestellt. Dazu werden diese Kohlenwasserstoffe in einem Ofenraum mit hissen Verbrennungsgasen gemischt, die durch Verbrennen eines geeigneten Brennstoffes mit Luft gewonnen werden* Oft verbrennt dabei ein Teil des Kohlenwasserstoffes mit, doch wird diese Nebenreaktion im Interesse einer möglichst hohen Rußausbeute im allgemeinen unter Kontrolle gehalten.

Je nach der speziellen Rußsorte, die hergestellt werden soll, aind oft sehr verschiedene Betriebsbedingungen erforderlich. Einige Bußsorten können in ein und dem selben Ofenprozess hergestellt werden, sofern es möglich ist, die Betriebebedingungen wie Reaktionszeit, Verbrennungsgas-Atmosphäre, Mengenverhältnisse der Reaktionspartner usw. entsprechend einzustellen. Sie Mannigfaltigkeit der handelsüblichen Rußsorten hat sich jedoch so sehr entwickelt, dass zur Herstellung des ganzen Programme viele Ofentypen und -Grossen erforderlich sind.

Bei der herkömmlichen Verfahrensweise war die Einflussnahme auf das Vermischen des Kohlenwasserstoffmaterials mit den

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heissen Verbrennungsgasen Im wesentlichen auf eine Variation der Geschwindigkeiten beschränkt, mit welchen die Kohlenwasserstoffe und die Gesamtmenge der heissen Verbrennungsgas.· in den Ofenraua eingebracht werden* Pa das Kohlenwasserstoff· Material für eine praktisch vollständige thermische Zersetzung a$t einer bestimmten Mindestmenge an neisaen Verbrennungsgasen vermischt werden muss, waren die seitherigen Verfahren in den Möglichkeiten zum Vermischen der Eeaktionspartner beschränkt» um eine möglichst günstige Einstellung der Rußeigenschaften zu erreichen, wie es erforderlich ist, um eine breite Skala von Rußsorten bester Qualität zu günstigen Kostenbedingungen herzustellen.

In neuerer Zeit ist eine Anzahl von Verfahren entwickelt worden, nach denen Ruße durch thermische Zersetzung eines, Kohlenwasserstoff-Materials in den oberen Zonen eines senkrecht angeordneten, längeren Ofenraumes,*der Verbrennungegase enthält, hergestellt werden. Der Ruß wird dabei durch thermische Zersetzung des Kohlenwasserstoff-Materials gebildet, das die Wärme Ton den Verbrennungsgasen aufnimmt. Während der zur Eußbildung führenden Umsetzungen befindet sioh in der oberen Zone des Ofenraumes eine "Pufferzone" (blanket), die in der Hauptsache aus Ruß, Verbrennungsgasen und gasförmigen Produkten der thermischen Zersetzung des Kohlenwasserstoff-Materials besteht. Bei senkrecht angeordneten öfen, wie sie schon früher Torgesohlagen worden sind, werden die Verbrennungsgase oder Bestandteile davon in den Ofenraua eingeführt und Über dessen gesamten

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Querschnitt gleiohmässig naoh oben geleitet. Bei anderen, ebenfalls schon früher vorgeschlagenen Ausführungsforaen für Bankrechte öfen werden die Verbrennungsgas© nur In eine beat laut e Zone des Ofenraumes eingeführt, die zur Einführung dee Kohlenwasserstoff-Materials in den Ofenraum in Beziehung steht. Obwohl diese öfen zur Herstellung bestimmter Rußsorten geeignet sind, sind sie dooh verhältnismassig wenig flexibel, wenn man die ganze Skala der handelsüblichen Rußsorten in Betracht zeiht. Bei diesen Einrichtungen lassen sich die Geschwindigkeit, die Temperatur und die Zusammensetzung der Gase in den verschiedenen Zonen des Ofenraumes nicht regulieren, wie es erforderlich wäre, um mit einem Minimum an Aufwendungen eine optimale Qualität zu erzielen. Die Einregulierung der Bedingungen ist im unteren Bereich des Ofenraumes ein besonderes !Problem, in welchem die Berührung zwischen dem Kohlenwasserstoff-Material und den heissen Verbrennungsgasen zuerst zustande kommt.

Erhebliche Schwierigkeiten ergaben sich bei derartigen Ofen, wenn für die Verbrennung des Brennstoffes vorerhitzte Luft verwendet wurde. Die Innenwände des Ofenraumes wurden derart Überhitzt, dass die feuerfeste Auskleidung in kürzester Zeit zerstört war. Dies ist insofern ein besonders schwerwiegender Hachteil, als die Verwendung von vorerhitzter luft mit einigen wichtigen Vorteilen verbunden ist; so lässt sich damit z.B. eine erhöhte Produktionsrate und eine bessere Rußauebeute erzielen. Um dem Problem der raschen Zerstörung des feuer-

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festen Materials beim Arbeiten mit vorerhitster lgft z$ begegnen, wäre es im allgemeinen erforderlich» ein Mengtnrerhältnie freier Sauerstoff / Brennetoff is der Verbrennungenieohung anzuwenden, das für eine wirtschaftliche Rubaproduktion zu Uooh ist.

Bei bestimmten früheren Verfahren wurde eine "Zwieohenkwmer" für eine partielle Umsetzung des Kohlenwasserstoffs angewandt, bevor die vollständige Umsetzung in einer Hauptreaktionskaramer erfolgte· Diese "Zwischenkäufer" steht in aohsialer Richtung mit der Hauptreaktionskammer des Ofens in Verbindung und stellt . eine abgeteilte Zone dar, in welcher ein Teil der heissen Verbrennungegase für die Umsetzung mit dem Kohlenwasserstoff-Material vermischt wird, bevor diese Mischung in den inneren Kern eines sich in Spiralbahnen bewegenden zweiten Sfells der heiaaen Verbrennungsgase eingeführt wird, die sich im Hauptreaktionsraum befinden. Obwohl diese Anordnung eine erhöhte Flexibilität im furnace-Prozees ermöglicht, ist sie doch noch nicht völlig befriedigend wegen der damit verbundenen Beschränkungen im Verfahren und in den wünschenswerten Voraussetzungen bezüglich der Konstruktion und des Betriebes des Ofens.

Gegenstand der Erfindung 1st daher ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer breiten Skala von Rußsorten. Sin weiterer Gegenstand ist ein senkrecht stehender Ofen zur Herstellung von Ruß, dessen Betriebsweise in einem ungewöhnlichen Ausmass flexibel ist«

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Bin Anderer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung und ein Verfahren ssur Herstellung von vieleriai handelsüblichen Ruflsorten mit hohen Produktionsgeschwindigkeiten und Ausbeuten.

Bin weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine senkrecht ate« hende Ofeneinrichtung und ein Verfahren, bei welchem vorerhitate Luft zur Erzeugung der Brennmischung alt des Brennstoff verwendet wird, wobei ein Überhitzen der feuerfesten Auskleidung wesentlich vermindert oder völlig vermieden wird.

Diese und weitere Ziele werden mittels der vorliegenden Erfindung erreicht, die im nachfolgenden ausführlich besohrieben wird, und deren neuartige Merkmale in den Ansprüchen gekennzeichnet sind.

lach dem erfindungsgemässen Verfahren wird ein dosierter Strom eines nicht gasförmigen Kohlenwasserstoff-Materials in ?orm von Dampf oder eines Sprühstrahls in eine nicht abgeteilte Zone an einem Ende eines längeren offenen Ofenraumes eingebracht. Die zur Zersetzung des Kohlenwasserstoff-Materials erforderlichen helssen Verbrennungsgase werden in zwei getrennten Anteilen in den Ofen eingeführt. Sin feil davon wird durch primäre Zuleitungen eingeblasen, die so angebracht sind, dass diese Verbrennungsgase der oben beschriebenen primären Beaktionszone zugeführt werden und sich dort vollständig mit dem Kohlenwasserstoff-Material vermischen. Die Menge der durch diese primären Zuleitungen zugeführten Verbrennungsgase ist so bemessen, dass in der genannten Zone nur eine teilweise

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Umsetzung dee Kohlenwasserstoff-»Materials zu Rues erfolgt.

Bine eingestellte Henge der Verbrennungsgasö wird durch ae~ kundäre Zuleitungen eingeführt, die so angeordnet sind, daea diese Gase in den Raum um die oben erwähnte Zone gelangen und dabei zunächst im wee entlichen ohne Berührung mit dem Kohlenwasserstoff-Material bleiben. Wenn die vorgebildete Mischung des teilweise umgesetzten Kohlenwasserstoff-Materials mit den heissen Verbrennungsgasen die unabgeteilte Primärsone Yerlässt, vermischt sie sich mit den heissen Verbrennungsgasen aus den sekundären Zuleitungen und die thermische Zersetzung des Kohlenwasserstoff-Materials zu Ruß wird innerhalb des Ofenraumeg, aber ausserhalb der Grenzen der nicht abgeteilten Primärzone praktisch vollständig, in welcher eich das Kohlenwasserstoff-Material und die durch die primären Zuleitungen eingeführten Verbrennungegase miteinander vermischen.

Die Primär« und Sekundär-Zuleitungen werden unabhängig voneinander mit Verbrennungsgasen versorgt» eodass sie entweder für sich oder gleichzeitig benützt werden können. Besondere Vorteile haben sich bei der gleichzeitigen Benützung der primären und der sekundären Zuleitungen ergeben. Die Geschwindigkeit und die Zusammensetzung der Verbrennungsgase, mit welchen die primären und die sekundären Zuleitungen versorgt werden, können unabhängig voneinander eingestellt werden, woraus sich gegenüber den herkömmlichen Ofeneinrichtungen eine wesentlich gesteigerte Flexibilität der Betriebsbedingungen ergibt. Das Vermischen und die Reaktion des Kohlenwasserstoff-

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Materials ait den heissen Verbrennungsgasen kann sonit in eine« ungewöhnlich starken Mase beeinflusst werden, wodurch sioh eine entsprechende Möglichkeit zur Variation der Eigen« schäften dea hergestellten Busses ergibt. Sq lässt sich z.B. die Geschwindigkeit der Verbrennungsgase, die in die unabgeteilte primäre Hisohssone eingeblasen werden, verändern, ofene dass sieh die Geschwindigkeit der Verbrennungsgaszufuhr ins» gesamt -verändert. Andererseits lässt sich die Geschwindigkeit der Zufuhr von Verbrennungegasen insgesamt gewünschtenfalls leicht variieren.

Da ausserdem die Zusammensetzung des ersten und des zweiten Anteils der heissen Verbrennungsgase unabhängig voneinander reguliert werden kann, ist es möglich, die Atmosphäre in der unabgeteilten primären Mischzone ganz nach Wunsch mehr oxidierend oder reduzierend zu machen, während eine davon verschiedene Atmosphäre in den Bereichen des Ofenraumes aufrecht erhalten bleibt, in welchen die Rußbildung vollständig wird.

Die unabhängige Regelung der Geschwindigkeit und der Zusammensetzung des Primär- und des Sekundäranteils der zugeführten Verbrennungsgase ist besonders dann von Vorteil, wenn in senkrecht angeordneten öfen Ruß unter Verwendung von vorerhitster Iiuft für die Brennmischung hergestellt wird, durch deren Verbrennung die für die Zersetzung benötigten heissen Verbrennungsgas e erzeugt werden. Eine Einstellung des Temperaturprofila über den Querschnitt des Ofenraumes lässt sich leicht · vornehmen, sodass es ohne weiteres möglich ist, die feuerfeste

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Auskleidung des Ofens Tor de» Überhitzen au bewahren.

Bai einer anderen Ausführungsfprm der vorliegenden. Erfindung erfolgt die Strömung der Terbrennungsgaae auf einer spiraligen Bahn. Somit kann auch hier die Vervollständigung der thermit BOhen Zersetzung in einer speziellen Zone des Reaktion«räumeβ vorgenommen werden, z.B. im Kern eines sieh in Spiralbahnen bewegenden Körpers von heissen Verbrennungsgasen_t oder verteilt über den ganzen Querschnitt des Baumes, Jedenfalls mit dem Ziel, den vorhandenen Reaktionsraum so weitgehend als möglich auszunützen, um mit einer Ofeneinheit eine maximale Produktion au erreichen*

Die weitere Beschreibung der Erfindung erfolgt nun anhand der beigefügten Abbildungen, Diese geben wieder:

figur 1 einen Seitensohnitt eines »ylindrlachen, senkrecht angeordneten Ofens gemäss der Erfindung« bei welchem der Schnitt entlang der Linie 1-~1 von flg. 2 geführt ist;

figur 2 eimen Querschnitt durch den Ofen in einem grösseren Xafistab entlang der Linie 2—2 der flg. 1;

figur 3 einen Schnitt durch den Bodenteil des in flg.1 wiedergegebenen Ofens in einem etwas grösseren Maßstab;

figur 4, 5, 6 und 7 schematisierte Darstellungen der Geschwindigkeit sprofile, die im Ofenraum erhalten werden können» wenn die Einführung der heissen Terbrennungsgase in der erfindungagemäasen Welse erfolgt·

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fie «as Fig. 1 eu ersehen let, wird ein sylindrisoher, offener, hoher Ofenraum 1 durch die Schicht 2 aus feuerfestes Material gebildet« Bas feuerfeste Material ist «it einer Schiebt τοπ wärmeieolierendem Material 3 überdeckt, die ihrerseits τοπ auββen von einen Metallgehäuse 4 umschlossen und susammengehalten wird. Die aus dem Ofenraum 1 entweichenden Reaktionsprodukte gelangen durch die kegelstumpfartige Haube 5 in den Schornstein 6 als Ruß-Gae-Aerosol, das durch einen Kühler und einen Rufi-Ahscheider geführt wird, die von herkömmlicher Bauart und hier nicht wiedergegeben sind. Die Verbrennungsgase können in den Ee alct ions raum durch die primären Zuleitungen 7 und die sekundären Zuleitungen 8 eingebracht werden, die durch den Boden des Ofens hindurchgeführt sind· Das Kohlenwasseretoffmaterlal wird mittels der Einspritzvorrichtung 9 in den Reaktionsraum eingespeist.

Ss liegt weiterhin im Bereich der Erfindung, dass die Verbrennungsgase auch durch tertiäre Zuleitungen 1O₉ die sich in der Seitenwand des Ofens befinden« in den Reaktionsraum 1 eingebracht werden; bei Benützung dieser Zuleitungen ergibt sieh eine spiralige Bewegung der Gasatmosphäre im Ofenraum. Die spiralige Strömung der Gase im Ofenraum kann vorzugsweise mit Hilfe einer Brenneranordnung hervorgerufen sein, die - wie schon früher beschrieben - die Verbrennungsgase tangential in den Ofenraum einbläyfst.

Wie aus figur 2 su ersehen, sind die primären Zuleitungen 7 als eine Gruppe um die Kohlenwasserstoff-Einepritsungsvor-

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richtung 9 angeordnet, sodaes die Windungen dieser Zuleitungen in nächster Bähe der Einspritzvorrichtung liegen. Si« sekundären Zuleitungen 8 sind dagegen in einen Hing angeordnet und haben von der Gruppe der primären Zuleitungen 7 einen gewissen Abstand« sodass die lBlndungen dieser Zuleitungsrohre einen grusseren Abstand τοη der Einspritzvorrichtung für den Kohlenwasserstoff aufweisen als die der primären Zuleitungen 7·

Für die primären und die sekundären Zuleitungen sind roneinander unabhängige Systeme für die luft- und Brennstoffzufuhr vorgesehen. Wie aus Figure 1 zu ersehen, wird die primär« Ringleitung 13f welche gemeinsam alle primären Zuleitungen 7 versorgt, über die Luftleitung 11, die mit einer Absperr- und Regelvorrichtung 12 versehen ist, mit Luft beschickt. Sie andere Luftleitung 14, die ebenfalls mit einer Absperr- und Regelvorrichtung 15 ausgestattet ist, dient der Luftzufuhr zn der sekundären Ringleitung 16, welche gemeinsam alle sekundären Zuleitungen 8 miteinander verbindet. Ein fllessfähiger Brennstoff wie etwa Haturgas wird den primären und sekundären Zuleitungen unabhängig voneinander durch die Injektoren 17 a btw. 17b zugeführt. Bie primären Injektoren 17a ragen von dem Ringrohrverteiler 18 (siehe Figur 3) nach oben, koachsial in die primären Zuleitungen 7, und werden durch die Leitungen 19, die mit einer herkömmlichen Absperr- und Regelvorrichtung 20 aur Regelung der Brennstoffversorgung der primären Zuleitungen versehen ist, mit des Brennstoff gespeist. Die sekundären Injektoren 17b sind in den sekundären Zuleitungen β in ähnlicher

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Weise angeordnet und wtrden durch da« ÄiBgverte$.ltrrohr 91 nit Brennβtoff versorgt. Der fiingTtrteiler 21 wird duroh dl» Zuleitung 22 mit Brennstoff gespeist, die alt konventionellen Absperr- und Regelorganen versehen 1st* um die Brennetoffversorgung der sekundären Zuleitungen β zu regulieren· Die Leitungen 19 und 22 sind an der Brennstoff-Hauptversorgungslel-· tung 24 angeschlossen.

Aus Figur. 3 ist zu ersehen» dass das Brennstoffversojpngs-Aggregat für die primären Zuleitungen 7 duroh GUeiten der Leitung 19 duroh die Führung 25 auf» und ab-bewegt werden kann, damit eine genaue Justierung der Injektor-Mündungen in den primären Zuleitungen 7 möglich ist; diese ist notwendig, damit sich der Brennstoff vor dem EntBünden mit der Luft in gewünsoh« ter Weise vermischen kann. Wenn die Injektoren richtig justiert sind, können sie duroh Anziehen der Stellschraube 26, welche die Leitung 19 In ihrer Führung festhält» in ihrer Lage fixiert Werden· Xn ähnlicher Weise können auch die Mündungen der Injektoren in den sekundären Zuleitungen 8 in vertikaler Richtung justiert werden, da βich das Zuleitungsrohr für den Ringverteiler 21 in einer ähnlichen führung mit Stellschraube (in den Figuren nicht wiedergegeben) auf- und abbewegen lässt«

Die vertikale Lage der Injektor-Mündung für das Kohlenwasser·«· stoff-Material 27 1st so wiedergegeben» dass sie mit dem Boden des Ofenraumes flachtet. Ctewttnsohtenfalls kann die Mündung jedoch angehoben oder abgesenkt werden, indem die ganze Zeretäuberanordnung durch die führung 29 nach oben oder unten ver-

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■ahoben wird» Wenn die DüeenBündang tion ie der fewtt»«Qh*e,n Bdbe befindet, wird die ganze Anordnung duroh JLn«lthea Ser Schraube 28 in ihrer Lage fixiert.

Ale Dosier« und Regelvorrichtungen für die Luft- und Brenn* stoffzufuhr zu den primären und den ββtundaren Zuleitungen iit jedes brauchbare konventionelle Gerät geeignet_t wel«he· ein· gleichmässige Strömungsgeschwindigkeit ergibt und zugleioh die Möglichkeit bietet, die Strömungsgeschwindigkeit zu verändern oder gewünachtenfalle auch ganz abzustellen· Tür die Messung kann z.B. eine Meosblende verwendet werden, während ein Ventil die Veränderung der Fliessgeschwindigkeit und das Unterbrechen des Stromes ermöglicht. In ganz ähnlicher Weise kann jede geeignete und allgemein erhältliche Vorrichtung verwendet werden, mit deren Hilfe die Beschickung der Sprühdüse mit dem KohlenwasserstoffBiaterial mit einem konstanten, aber regelbaren Strom möglich 1st· So kann z.B. eine Dosierpumpe mit variabler Geschwindigkeit Verwendung finden. Geeignete und allgemein erhältliche Injektoren für das verdampfte oder das flüssige Kohlenwasserstoffmaterial sind in der.faohwwlt allgemein bekannt und bedürfen hier daher keiner besonderen Beaohreibung. Der Injektor sollte jedoch eine gerichtete BIn-■prltzung ermöglichen* sodaas das Kohlenwasserstoff-Material, das von einem Punkt aus in aoheialer Richtung nach oben in den Reaktionsraum eintritt, sozusagen gezielt in einen ganz bestimmten Bereich des Ofenraurae gelangt.

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Iachdem in den primären und sekundären Zuleitungen 7 ***. 8 der Brennstoff und die luft miteinander Termieeht sind und die Mischung abgebrannt ist, werden die Verbrennungegase tqp Boden her in den Ofenraum 1 eingeleitet, aodae· die aus den Zuleitungen abströmenden helasen Oase nach oben in den Reaktionsraum einströmen, wobei die Strömung im wesentlichen koachslal zu dem Sprühstrahl der Tröpfchen dea Kohlenwasserstoff Materials erfolgt. Die Gase aus den primären Zuleitungen 7 strömen in Richtung auf den Sprühstrahl des Kohlenwasseretoff-Materials ein» sodass sich eine erste Hisohung swlsehen den heissen Verbrennungsgasen und dem Kohlenwasserstoff-Material in einer nicht abgeteilten Zone ergibt, wobei sich diese primäre Misohzone im wesentlichen entlang der Längsachse des Ofenraums erstreckt. Die aus den Zuleitungen 8 einströmenden Gase sind so gerichtet, dass sie die nicht abgeteilte primäre Mischzone umhüllen*

Sin Teil der heiesen Verbrennungsgase wird von den eine Gruppe bildenden primären Zuleitungen 7 mit kontrollierter Geschwindigkeit in den Sprühstrahl der KohlenwaBeeretofftröpfohen eingeblasen, der von der Zerstäuberdüse 27 ausgebt, sodaea eine geeignete gegenseitige Mischung eintritt, die eine teilweise thermische Zersetzung des Kohlenwasserstoff-Materials BU Russ zur Folge hat. Gleichzeitig wir£ ein anderer Teil der heissen Verbrennungagase mit kontrollierter Geschwindigkeit Ton dem Hing der sekundären Zuleitungen 8 in den Ofenraum eingeblasen. Das Vermischen der Verbrennungagase aus

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den sekundären Zuleitungen θ axt dem teilweise zersetzten Kohlenwassexstoffmaterial erfolgt aueserhalb der nicht abgeteilten, lokalisierten Zone, in «elener sich die erste Mischung des Kohlenwasserstoff«Materials mit den helasen Verbrennungsgas en aus den primären Zuleitungen 7 ergibt. Die vollständige Zersetzung des Kohlenwasserstoff-Materials erfolgt daher im wesentlichen auf dem ganzen Querschnitt über den Ofenraum 1.

Die primären und sekundären Zuleitungen sind in den Abbildungen in Form einer Seihe von einzelnen* Einführungen rund um den Mittelpunkt des Bodens des Ofenraumes wiedergegeben; dem Pachmann ist jedoch selbstverständlich, dass es für das erfindungsgemäese Verfahren und den erfindungsgemässen Apparat nicht wesentlich ist, dasa mehr als eine primäre bsw. sekundäre Zuleitung vorhanden ist. Eb bedarf keiner besonderen Erläuterung, dass im Ofen der Figur 1 auch nur eine grossere primäre Zuleitung vorgesehen sein kann« In ähnlicher Weise kann die sekun-

däre Zuleitung auch nur aus einer einsigen ringförmigen Öffnung bestehen, welche die primäre Zuleitung umgibt, anstelle einer Reihe von einzelnen Zuleitungen. Es ist ferner anzumerken, dass dann, wenn eine Reihe von sekundären Zuleitungen verwendet wird, diese in jeder geeigneten Weise angeordnet sein können. Einebesonders vorteilhafte Anordnung ist eine symmetrische Gruppierung um die aus einer oder mehreren Öffnungen bestehenden primären Zuleitungen, wie dies in den dargestellt ist,

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Wenn der erfindungsgeaäese Ofen mit rorerhitzter Luft betrieben werden soll, können die Zuleitungen und die Ringverteiler ijt Innern mit einer feuerfesten Isolierung versehen Bein, um Verluste durch eine Wärmeabgabe an die Atmosphäre zu vermeiden und eine vorzeitige Zerstörung des Metalls zu verhindern» aus welchem die Zuleitungen und die Ringverteiler normalerweise bestehen. Die Brennstoff-Injektoren und die Rohrverteiler sind so konstruiert, dass sie dem fließfähigen Brennstoff eine aus» reichende Strömungsgeschwindigkeit verleihen, um ein Verkoken des Brennstoffs in diesen Leitungen dadurch zu unterbinden* dass der Wärmeübergang von der heissen Luft zum Brennstoff im Bereich der Leitungen so niedrig wie möglich gehalten wird.

Wie schon weiter oben erwähnt, kann der in den Fig. 1-3 wiedergegebene Ofen zur Herstellung von Russ verwendet werden, indem die gesamten heiseen Verbrennungsga&e entweder nur durch die Gruppe der primären Zuleitungen 7 oder durch den äusseren fling der sekundären Zuleitungen P allein eingeführt wird. Der Ofen kann in dieser Weise mit Erfolg betrieben werden, um eine solche Rußeorte zu erzeugen, die keine eo sorgfältige Einstellung und überwachung der Strömungsgeschwindigkeiten, der Temperaturen und dar Zusammensetzung der Atmosphäre in den verschiedenen Zonen des Oftnraums erfordert» Nach der vorliegenden Erfindung iat eine genaue Einstellung und Überwachung der Strömungsgeschwindigkeiten, Temperaturen und der Zusammensetzung der Atmosphäre in den verschiedenen Zonen im unteren Bereich des Ofens in dem Sinnymöglich, als sie Einfluss nehmen

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lässt auf die Art und Weise, in der sieb das Kohlenwaeierotoff-Material mit den heisaen Verbrennungsgasen vermischt· Diese. Regulierung wird dadurch möglich, dass die Verbrennungsgase sowohl durch die Gruppe der primären Zuleitungen, als auch durch, den äusaeren Ring der sekundären Zuleitungen eingeführt werden, wobei die Geschwindigkeit, die Zusammensetzung und demgemäes auch dia Temperatur der Verbrennungsgase in der oben beschriebenen Wuise unabhängig voneinander eingestellt und rariiert werden können.

Viele Eigenschaften des Kusses und darunter besonders die Fein» heit sind in starkem Masse davon abhängig, wie intensiv die Vermischung des Sprühstrahls aus dem Kohlenwasserstoff-Material mit den heisaen Verbrennungsgasen vorgenommen wird. Da die Intensität des Vermischens in hohem Hasse von der Turbulen» in der Mischzone abhängig ist, kann die Einflussnahme auf die Geschwindigkeit der Gase, die in Richtung auf den Sprühstrahl dee Kohlenwasserstoff-Materials eingeblaeen werden, eine wirksame Möglichkeit zur Einstellung bestimmter Hußeigenschaften ergeben, die nicht zur Verfügung steht, wenn die Geschwlndlg*· keit der Verbrennungsga3e, die in den Ofen eingeblasen werden, keiner unabhängigen Regulierung zugänglich sind, Wenn die Geaamtmenge der helsoen Verbrennungsgase durch die mittlere Gruppe der primären Zuleitungen 7 in den Ofen eingeführt wird, hängt die Turbulenz in der Kohlenwasserstoff-Verbrennungsgas-Miechsone in erster Linie von den Eintrittegeecbwindigkeiten dtr Verbronnungigaae und des Kohlenwasserstoff-Material» at>·

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Bai finer festgelegten Temperatur kann die Turbultn» in der Verbrennungsgas-KohlenwasBerstoff-Miachsone in diesem fall nur durch Veränderung der Eintrittsgeschwindigkeit der gesamten. Verbrennungsgase oder der Einpeisungegeschwindigkeit des Kohlenwasserstoff «-Materials verändert werden· Eine stärkere Ander» rung der Russeigenschaften läset sich nicht ohne drastische Änderung von einer oder von beiden dieser Geschwindigkeiten erzielen. Darüber hinaus ist das Ausmass der möglichen Variation der RuQeigenechaften erheblichen Einschränkungen dadurch unterworfen j, dass der Betrieb der Anlage unter möglichst wirtschaftlichen Bedingungen eine möglichst hohe Produktion ermöglichen soll.

¥7ird zur Erzeugung eines wesentlich gröberen Rußes die Einspeiaungsgeschwindigksit des Kohlenwasserstoff-Materials erhöht, so kann dies z.B. zu einem Restölgehalt des Russes führen (residual stain), da die Kontaktzeit begrenzt war oder die insgesamt zur Verfügung gestellte Wärmemenge für eine vollständige thermische Zersetzung dea Kohlenwasserstoff-Materials nicht ausreichte· Des weiteren kann die Turbulenz, die im Innern dea Ofens erzeugt wird, zu hoch sein, als dass sich Ruflteilchen der gewünschten Grosse bilden könnten, ffenn dagegen andererseits eine verminderte Einapeisungsgeschwindigkeit'des Kohlenwasserstoff-Materials angewandt wird, um feinere Russe zu er- «eugen, so ergebe» sich geringere Produktionsgeschwindigkeiten und eine wenig wirtschaftliche Arbeitsweise. Wenn die Beechiokungegeschwindigkeit für die gesamten Verbrennungsgase

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rermindert wird, um einen gröberen Ruß zu erzielen, ao ergibt eich ein, erhöhter Restölgehalt dee Rußes, da die zugeführte Wärmemenge für eine rollständige Zersetzung des Kohlenwasser-

stoff -Materials nicht ausreicht· Jede Verminderung der EinspeiBttHgegesohwindigkeit des Kohlenwasserstoff-Materials zur Behebung dieses Problems führt notwendigerweise zu einer yerminderten Produktionsgeschwindigkeit, Sas Ausmass, in welchem die .Beschickungsgeschwindigkeit der gesamten 7erbrennungsgase zur Steigerung der Feinheit des Rußes erhöht werden kann, ist normalerweise durch die begrenzte Kapazität der Absoheideanlage zur Abtrennung und Gewinnung des produzierten Huöses festgelegt.

Werden andererseits die gesamten Verbrennungsgasβ durch die sekundären Zuleitungen 8 eingeführt, ao lässt sich keine intensiTe Mischung dieser Oase mit dem Sprühstrahl der Kohlenwasserstoff-Tropfehen erzielen, da diese Zuleitungen zu weit von der Sprühzone entfernt sind* «um in dieser eine Turbulenz erzeugen zu können. Auch bei günstiger Anpassung des Kohlenwasserstoff -Materials können unter diesen Bedingungen nur verhältnlsfiiässig grobe RußSorten produziert werden.

So lange die gesamten Verbrennungsgase entweder durch die Gruppe der primären Zuleitungen 7 oder durch den Ring der sekundären Zuleitungen 8 eingeführt werden, 1st die Vielfalt der RuSsorten, die hergestellt werden können, sehr stark eingeengt, im Gegensatz zu der Flexibilität der Anlage, die erreicht wird, wenn »an die Einführung der gesamten Verbrennungsgase auf die

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primären und die sekundären Zuleitungen aufttilt. Während bti festgelegten Einep^tieungegteohwindigkiittn de» lohl·«^ wasserstoff-Materials und der Verbrennungsgast gröber· Rufie leicht daduroh erzeugt werden können, dass nur der äueeer· Ring der sekundären Zuleitungen benutzt wird« lassen eich feinere RuQe daduroh gewinnen, daee eteigende Anteile der Verbrennungsgase mit steigenden uesehwindigkeiten duroh die innen gelegene Gruppe der primären Zuführungen elngeblasen wird. Somit können RuSe innerhalb eines sehr weiten.Teilchengröeaenbereiches mit optimaler Qualität und Auebeute daduroh gewonnen werden« daee die heissen Verbrennungsgase sswischen den primären und den sekundären Zuleitungen aufgeteilt werden«

Die mengenmäsßige Verteilung der heiesen Vertorennungsgaee_t die in den Ofenraum eingeführt werden sollen, auf die primären und die sekundären Zuleitungen kann während des Betriebes sehr erheblich Variieren. Die Aufteilung hängt natürlich davon ab, welche Rufleorte hergestellt werden soll. Wie schon oben angedeutet, werden feinere RuSe dadurch gewonnen» dass ein grö·- eerer Anteil der heissen Verbrennungsgase duroh dl· primären Zuleitungen eingeführt wird, während bei der Einführung eines gröseeren Anteile der heiesen Verbrennungegase duroh die se* kundären Zuleitungen gröbere RuSe erhalten werden.

Zuweilen ist es erwünscht, der Atmosphäre im Ofenraus eine spiralige Bewegung zu verleihen, um das Vermischen der partiell eerseteten Kohlenwasserstoffe mit dem Anteil der heissen Verbrennungsgas·, der durch £'* «tnkundären Zuleitungen «Inge«

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braoht wird, au !»«günstiges, Sin» solche spiral^* 4*r Atmosphäre kann dadurch verursacht und aufrechterhalten «erden, dass ein Teil der heiesen Yerbrennungsgase tangential in den Ofenrau» eingeblasen wird. Dies lässt eich mit Hilfe Ton Brennern 10 erreichen, die - entsprechend verschiedener bekannter Verfahren, die solion früher TorgeaonXagen worden

elnd - an der fand dos Ofenraume angebraoht sind·

Beim Betrieb des beschriebenen Ofens wird das Kohlenwaseeretoff-Material in der Längsachse nach oben in den Ofenraum Bit praktisch konstanter Geschwindigkeit eingespeist. Die . Verbrennungegase werden in diesen Sprühstrahl nit einer fest«- gelegten konstanten Geschwindigkeit von der Gruppe der primären Zuleitungen eingeblaeen, sodass sich das Kohlenwasserstoff-Material und die heiaaen Gase in einer nicht abgeteilten, aber lokalisierten Zone im unteren zentralen Bereich des Ofenraumß miteinander vermischen. Das Kohlenwasserstoff-Material wird während ssiner Aufwärtsbewegung durch die hissen Gase, die duroh die primären Zuleitungen eingeführt werden, teilweise ■erietut, pie teilweie· sersetsten Kohlenwasserstoffe vermisohen sieb anechlieseend alt den Teil der heissen Terbrennungsgase, die durch die sekundären Zuleitungen mit einer bestimmten konstanten geschwindigkeit eingeblaeen werden. Die- vollständige thermische Zersetzung des Kohlenwasserstoff-Materials erfolgt prinzipiell .in den oberen Bereichen des Ofenraumes oberhalb der nicht abgeteilten und lokalisierten Zone, in welcher 4a· erste Vermischen erfolgt. In ditiem oberen Bereich bestabt

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else Pufferzone, dia eich aus in Zereeteung befindlichen lohlenwaseerstoff-.Material, gebildetem Ruse, den gasförmigen Pro* dukten der thermischen Zersetzung, des Verbrennungsgasen .und anderen Produkten der Reaktion zwischen den vorhandenen Htaktanten zusammensetzt. Me Höhe, in der eich die Unterseite dieser Pufferzone über dem Boden des Ofenraumes einstellt, kann durch Regulierung der Saugwirkung am Ofenauslass, der Eintrittsgeschwindigkeit des Kohlenwasserstoff-Materials und der Geschwindigkeit beeinflusst werden, mit welcher die Verbrsnnungsgase in den Ofenraum eingeblasen werden. Welche Höhe für diese Pufferzone über dem Boden des Ofens erwünscht ist, hängt von der speziellen Rußsorte ab, die hergestellt werden Süll. Eine spiralige Bewegung der Atmosphäre in Ofenraum unterstützt ebenfalls die Fixierung der Unterseite dieser Pufferzone in einer bestimmten Höhe, wobei zugleich eine Abwärtsbewegung der Reaktionsprodukte unterdrückt wird. Die Pufferzone dient auch zur Umhüllung der sich Über eine beträchtliche lange dea Ofens erstreckende Zone, die sich auf hohen Temperaturen befindet, wodurch die Wände des Ofens vor der direkten Berührung mit den heissen Verbrennungsgasen geschützt und gegen Strahlung durch eine sehr dichte schwarze Wolke abgeschirmt werden.

-Bei den seitherigen, senkrecht stehenden öfen war die Anwendung von vorerhitater Luft sehr beschwerlich, wenn nicht gar unmöglich wegen der »erstörenden Wirkung der intensiven lokalen Hitateinwirkungen, sowohl durch Strahlung ale au oh du rob. War»«-

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leitung, im unteren Bereich des Ofenrauaea. Dabei wurden Temperaturen erreicht, die das feuerfeste Material nicht mehr auehielt, 'es eei decn, daa Mengenverhältnis fieier Sauerstoff zu Brennstoff wurde in der verbrennenden Mischung so hoch eingestellt, dass die Wirtschaftlichkeit der Rußerzeugung in Frage gestellt war. Beim vorbeschriebenen Ofentyp kann vorerhitzte Luft von a»B. 315 - 820 ⁰C etwa in der Weise angewandt werden, dass die Gruppe der primären Brenner mit einer brennstoffreichen Mischung versorgt wird, während der Hing der sekundären Brenner eine sauerstoffreiche Mischung erhält. Auf diese Weise wird die aus feuerfestem Material -bestehende Wand des Ofenraumes geschützt, da durch Verbrennen der Mischung, die durch den Hing der sekundären Brenner eingeführt wird, verhältniemässig kühlere Flammen und frc.sa erzeugt werden. Die Flammen und Gase, die in diesem Fall von der Mischung geliefert werden, die in die zentrale Gruppe der primären Brenner eingespeist wird, sind viel heisser, doch sind sie im allgemeinen auf den zentralen Bereich des Ofenraume begrenzt. .Das Vermischen der Gase, die durch die primären' und die sekundären Zuleitungen eingeführt werden, erfolgt in den oberen Bereichen des Ofenraumea, wodurch eine Atmosphäre erzeugt wird, die für eine wirtschaftliche Rußhereteilung nicht zu oxidierend ist und auch'von der Zusammensetzung her sehr günstig ist für die Ausbildung der erwünschten Eigenschaften des Rußes.

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J· nach den, welche Rufiaorte hergestellt werden soll, unterliegt die Zersetaungstemperatur erheblichen Variationen; die angewandten !Cemperaturen für die Zersetzung liegen im allgemeinen zwischen ungefähr 870 und 1650 ⁰C. Diese Temperatur kann durch die Geschwindigkeit reguliert werden, mit welcher die heissen Verbrennungegase in den Ofenraum eingeführt werden, ■ und durch Einstellung der Temperatur dieser Gase aelbet. Die Temperatur der Verbrennungsgase kann innerhalb gewisser Grenzen durch Variation des Luft/Brennstoff-Verhältnisses in der Brennmischung beeinflusst werden. .Je mehr das Verhältnis Luft/Brennstoff den stöchiometrischen Wert übersteigt, desto niedriger liegt die Temperatur der gebildeten Verbrennungsgase. Das Verhältnis Luft/Brennstoff wird für gewöhnlich jedoch je nach der Art des herzustellenden Bußes verschieden eingestellt? ähnliches gilt auch für die Geschwindigkeit der Einführung der Verbrennungsgase insgesamt und für die Aufteilung dieser Gase auf die primären und die sekundären Zuleitungen.

Dl· vorliegende Erfindung bietet eine Möglichkeit eur Ein-.stellung der Atmosphäre der Verbrennungsgase, die in die lo-. kalisiorte primäre Mischzone zur partiellen Zersetzung des Kohlenwasserstoff-Materials eingeführt wird, während die Atmosphäre in der Pufferzone praktisch die gleiche iet, wie sie in einem Ofen herrschen würde, bei dem die verschiedenen Anteile der Verbrennungsgase nicht unabhängig voneinander eingestellt werden können. Ea, kann z.B. bei den primären Zuleitungen ein Iiuft/Naturgad-Volumenverhältnis 10 ί 1 und bei den

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sekundären'Zuleitungen ein eolcliea τοη 16 ι 1 eingestellt wer« den. Dieee Verhältnisse können umgekehrt oder modifiziert werden, um für die partielle Zersetzung des Kohlenwasserstoff·* Materials innerhalb der unabgeteilten lokalisierten Zone »ehr oder weniger Wärme oder eine andersartige Atmosphäre aur Verfügung zu stellen, während die Einspeisungsgeschwindigkeit so eingestellt bleibt, dass sich in der Mischzone die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit ergibt. Das jeweils anzuwendende Luft/Brennstoff-Verhältnis richtet' »loh nach der für die Bildung der gewünschten Rußsorte einzustellenden Atmosphäre und der Wärmemenge, die der lokalisierten Hlschzone und der Pufferzone zuzuführen sind.

Sie Struktur des gebildeten Rußes 1st eine andere Eigenschaft, die durch βΊηβ Variation des Luft/Brennetoff-Verhältnieses in der Mischung beeinflusst werden kann, die zur Erzeugung der heiesen Verbrennungsgaae verbrannt wird, die ihrerseits mit den Kohlenwasserstoff-Material in der nicht abgeteilten lokalisierten primären Mischzone des Ofena vermischt wurden· In allgemeinen führt eine oxidierende Atmospfaärejin dleeer Ichkaliöierten Zone zur Bildung eines Rufies mit Struktur, während die Anwendung einer reduzierenden Atmosphäre auf die Entwicklung einer Struktur hemmend wirkt.

Mt Erfindung let hier zwar in dtr Welse beschrieben, dass dl· faeiien Verbrennung3g?.ee in Brennern erzeugt werden, die sich »m Boden det Ofeae befinden, doch ist darauf hinzuweisen, daa· ditto Brennerdurchführunfen auch an einer anderen Stelle de*

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Ofens angebracht sein könntn, oder dass die heissen Terbrennungsgase ausserhalb de· Ofens in einem separaten Generator erzeugt werden können. Darüber hinaus kamt dl« Anordnung der Brenner auoh in anderer leise als in Gruppen und in eine» Ring Torgenonen werden* üb die swel verschiedenen Anteile des Terbrennungsgasee in den Ofenrau« einzuführen· In ähnlicher Weise ist es möglich, drei oder «ehr separate und unabhängig Tonelnander su regulierende Vorrichtungen sw Binblasen der Terbrennungsgase in den Ofenraum rorsusehen*

Sie angewandte Zerstäuberdüse kann eine einfaohe Düse sein, die einen etwas konischen Sprühstrahl aus feiasten Tröpfchen ergibt» welcher den Strom der heiesen Terbrennungsgase schneidet, die -duroh die primären Zuleitungen la den Ofenraum eingeblasen werden. Eine andere Möglichkeit ist, Mehretoffaerstäuber au verwenden oder solche Zerstäuber, die einen Sprühstrahl in Tom eines Hohlkegels ergeben· Des weiteren kann anstelle einer einseinen Düse auoh eine Gruppe τοπ Düsen vorgeeehen werden· Die Zerstäuberdüse und die Zuleitung für das Kohlenwasserstoff-Material können gegen die Hitzeeinwirkung durch einen Wassermantel oder eine andere geeignete Torrichtung, wie sie auf diesem faohgebiet bekannt 1st, geschütst werden· *

Die figuren 4-7 sind nloht maJBtabgeredhte sehematisohe Dar-Stellungen τοη linearen Oeechwindigkeitaprofllen, die in einem erfindungsgemässen Ofen eingestellt werden können. Die in den Ofenraum hineinweisenden Pfeile sind τοη unterschiedlicher

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Länge, us die rereohiedenen relatiren Geschwindigkeiten der durch die primären und die sekundären Zuleitungen eingebrachten Gase darzustellen. Die gekrümmte Linie quer durch den Ofenraum stellt 'die Type des linearen Gesebwlndigkeltsprofils dar» wie es, etwa mit Hilfe eines Staudruckmessers gemessen werden könnte, der im unteren Bereich des Ofenrauaes quer durch diesen hindurehbewegt wird.

In ?igur 4 werden die Verbrennungsgase durch den äusseren Ring der Brenner mit gröaserer Geschwindigkeit eingeführt als durch die zentrale Brennergruppe. BIe Strömungsgeschwindigkeit 1st daher in Zentrum des Of enajiereehnltte viel geringer als la Raum über den sekundären Zuleitungen. Deogemäoe rermisoht sich das Kohlenwasserstoff material in der lokalisierten primären Mischzone alt den heissen Terbrennungsgasen nicht so intenslTt wie dies bei der Gasführung Ü9T figur 5 der Pail ist» bei welcher die Heissen Verbrennungsgas^ durch die primären Zuleitungen mit viel grösserer Geschwindigkeit eingeführt werden als durch den äusseren Ring der sekundären Zuleitungen. In Tig.6 ist die Besohickungsgeschwindigkeit mit Terbrennungsgasen bei den primären und den sekundären Zuleitungen praktisch gleich gross; diese Verhältnisse entsprechen im wesentlichen einem früheren Vorschlag» der zur Bedingung macht, dass die Verbren·« nungsgase über den ganzen Querschnitt des Ofenraumes eine gleiche Geschwindigkeit aufweisen. Bei Figur 7 werden die gesamten Verbrennungsgase durch die zentrale Gruppe der primären Zuleitungen in den Ofenraum eingeführt, um durch die

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höchste Strömungsgeschwindigkeit, welche die verbrennungsgase in diesem Ofenbereich überhaupt erhalten können, in der lokalisierten Mischzone eine möglichst intensive Vermischung «u erzielen.

Um die günstigen Ergebnisse, die sich alt Hilfe der rarliegenden Erfindung erzielen lassen, an ganz konkreten Beispielen Tor Augen zu führen, wurde mit einem Ofen entsprechend den Figuren 1-3 eine Reihe τοη Versuchen gefahren. Der innere Durchmesser des zylindrischen Ofenraumea betrug ungefähr 1,95 m und die Höhe ungefähr 2,33 m. Der kegelstumpfähnliche Oberteil des Ofenraumes verengte sich auf einer Strecke τοη ungefähr 0,75 m auf einen Durchmesser des Ableitungsrohres von ungefähr 0,83 m. Die Zer8tariervorrichtung für das Kohlenwasserstoff-Material war durch eine in der Achse des Ofenraumes liegende öffnung im Boden des Ofens eingeführt und mit einer einfachen Zerstäuberdüse mit einer Düsenöffnung τοη 6,3 mm.Innendurchmesser und 5,13 mm Länge versehen, die einen konischen Sprühstrahl aus den Tröpfchen des Kohlenwasserstoff-Materials mit einem öffnungswinkel τοη ungefähr 20 ° ergab* Gesättigter Wasserdampf mit einem Druck von ungefähr 7 atü wurde als Zerstäubungsmedium benützt und Tor dem Zerstäuben in einem Eduktor mit dem Kohlenwasserstoff-Material vermischt« Die Zerstäuberdüse und die Zuleitung dazu waren durch «inen Wassermantel gegen Überhitzung geschützt. Die Zeratäuberaühdung befand sich ungefähr 10 cm über dem Boden des Ofens.

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Die primären und die sekundären Zuleitungen Is Boden des Qf«Di waren in der in den figuren dargestellten Welse angeordnet, aodass die Verbrennungsgas? nach oben eingeführt wurden« Seitlich angebrachte Brenner wurden nicht verwendet. Jede Einführung hatte eine Länge von ungefähr 22? na, an der Slntrittaeite einen Durchmesser von ungefähr 50 mm und an der Mündung einen solchen von ungefähr 75 mm. Die Mündungen der Brennst off düsen befanden sich jeweils ungefähr 75 mm im Innern der Zuleitung, gemessen von der Eintrittseite her. Ein Satz von 6 primären Zuleitungen war aj.s Gruppe auf einem Kreis von un-. gefahr 200 mm Durchmesser mit der Zerstäuberdüse als Mittelpunkt in gleichen Abständen angeordnet. Ein zweiter Satz von 6 sekundären Zuleitungen war auf einem äusseren Ring von ungefähr 801 mm Durchmesser, ebenfalls mit der Zerstäuberdüse als Mittelpunkt, in gleichen Abständen angebracht.

Dia ersten drei Versuche wurden durchgeführt, um zu zeigen, wie »loh die Eigenschaften des gebildeten Rußee ändern, wenn die Steife geändert wird, an welcher die belesen Verbrtnnungsgaae mit konstanter Beschickungsgeaohwlndigkeit in den Ofen eingebracht werden. Bei Versuch 1 wurden die gesamten 7erbrennungsgase durch die zentrale Gruppe der primären ZuIe1-tungen eingeführt. Bei Versuch 3 erfolgte das Einblasen der gesamten Verbrennungsgase in den Ofenraum durch den Masseren Sing der sekundären Zuleitungen· Bsi Versuch 2 wurde die halbe Meage der Verbrennungsgas* durch die primären und dl· andere Hilft· durch die sekundären Zuleitungen in den Ofen

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eingebracht. Die heissen Verbrennungsgas^ wurden durch Verbrennen einer Mischung von Naturgas und Luft erzeugt. Die Arbeitsbedingungen und die Ergebnisse der Versuche sind in Tabelle I zusammengestellt.

	luft Nm³A	Farbkraft	Tabelle I	Jod-Adsorption	33	Versuch 2	Versuch 3
	Gas NmVh	£ FI Büß	Versuch 1 .	ASTM		637	-
Zentrale	Luft/Gas-		1 274	. 53	-
Gruppe	Verhältnis	öTaufnahme l/kg	106
	Luft NmVh		12/1
	Gas NmVh	12/1 •	637	1 274
Aussen-	Luft/Gas-	-	53	106
Ring	Verhältnis	—
	Kohlenwasserstoff- η/w Material ^1/n		12/1	12/1
	ta» α		265	265
	äUb—	265
	Eigen		58	45
schaften	75
		• 1,05	0,526
	1,o9
23	16

Di« Teilchengröeae des Rußes kommt in der Farbkraft aua Auedrack. Je höher die in Prozenten eines Vergleicherufie* ausgedrückte Farbkraft ist, umso feiner ist der SuB* Za aeigt eich deutlich« daaa die Verhältnisse, die in den Bereich dea Ofenrausea herrechen, in weichen die heieeen Verbrenntwgegaee

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eingeblaeen werden, von erheblichem Einfluss auf die Teilohengrösse des erzielten Ruflee aind. Bei Versuch 1, bei dem die. gesamten zur Anwendung kommenden heiaaen Verbrennungsgase durch die primären Zuleitungen direkt in den Sprühstrahl eingeblasen wurden, war die Teilchengröße am geringsten und, wie der Wnrt für die ölaufnähme andeutet, die Struktur des*Rußes am höchsten. Wenn andererseits die gesamten Verbrennungsgas· durch die sekundären Zuleitungen eingeführt werden, ist der gebildete Ruß erheblich grobteiliger und hat eine viel weniger ausgebildete Struktur. Wird die Einführung der Gase zwischen den primären und den seiou.l&ren Zuleitungen aufgeteilt, so liegt der Wert für die Farbkraft des gebildeten Rußes ungefähr zwischen den Werten für die bei Versuch 1 und bei Versuch 3 erzeugten Ruße, während die Ölaufnähme gegenüber dem Ruß aus Versuch 1 nur wenig niedriger liegt. Es wurden keine Alkalimetalle zur Beeinflussung der Struktur des Rußes bei seiner Bildung verwendet.

Eine weitere Reihe von Versuchen sollte' zeigen, dass eine Verschiebung der Mengenverhältnisse der Verbrennungsgase, die durch die Gruppe der primären Zuleitungen eingeführt wird, die Eigenschaften des Rußes ganz erheblich verändern kann, unabhängig von dem Luit/Brennstoff-Verhältnis der Brennmischung. Bei den Versuchen A und 5 waren die Einspeisungsgeschwindigkeit des Kohlenwasserstoff-Materials und die Beschiokungsgeschwindigkeit der Verbrennungsgase insgesamt die gleichen. Bei Versuch 4 wurde die Verbrennungsgas-Zuführung gleichmässig auf die primären

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und sekundären Zuleitungen aufgeteilt. Diese Aufteilt»! In Versuch 5 ao geändert, dass 67 f der G*ae durch dl· primären Zuleitungen und 33 # durch, die sekundären Zuleitungen eingeführt wurden. Das Luft/Brennstoff-Verhältnis wurde bei den Versuchen 4 und 5 hei beiden Gruppen der Zuleitungen gleich gehalten. ,

Bei den Versuchen 6 und 7 war die luftzufuhr zu heiden Gruppen von Zuleitungen die gleiche wie bei Versuch 4, doch wurden die Mischungsverhältnisse mit dem Brennstoff so geändert» dass sich zunehmend ärmere Gemische ergaben. Die Ergebnisse dieser Versucheseri» sind in Tabelle II zusammengestellt.

Tabelle II Versuch 4 Versuch

Versuch 6 Versuch

Zentrale
Gruppe

Luft

Nm³A

Gas

Luft/Gas-Verhältnis

637 42,5

15/1

849 56,6

15/1

Auaaen-Ring

luft* Hm⁵A Gas

Luft/Gae-Verhältnie

637 42,5

15/1

425 28,3

15/1

637
35,4

18/1

637
35,4

18/1

637 30,3

21/1

637 30,3

21/1

Kohlenwasserstoff-Material l/h

265

Ruß-Eigen

Farbkraft iß PF-Euß

Q/tv,«,*+»,, Ölaufnahme sonaxten l/Vir

Jod-Adsorption ASTM

65

1,03 2Θ

74

1,13 41

63

1,08
32

62

1,10 5*

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Aue den in Tabell^ II wiedergegebenen Vertuchsergebnieaen let zu ersehen, dass der bei Versuch 5 erzeugte RuS deutlich höhere Werte für die Farbkraft und die ölaufnähme aufweist wie der Ruß von Versuch 4· Der einzige wesentliche Unterschied in den Arbeitsbedingungen lag in der verschiedenen Hengenverteilung der Gase, die dem Ofenraum durch die primären und die sekundären Zuleitungen zugeführt wurden.

Die. Eigenschaften de3 bei den Versuchen 6 und 7 erhaltenen Rußes sind zwar auch etwas verschieden von denen des Rußes von Versuch 4, doch sind die Unterschiede nicht so groß wie bei dem Ruß von Versuch 5, wodurch belegt wird, dass die Geschwindigkeit, mit der die heißen Verbrennungsgase in den Sprühstrahl der Kohlenwasserstoff-Tröpfchen eingeblasen werden, die Eigenschaften des gebildeten Rußes deutlich beeinflusst.

Bei jedem der vorstehenden Versuche wurde die Temperatur des Ofens im Bereich zwischen ungefähr 10$5 und ungefähr 1370 ⁰C gehalten. Das zur Herstellung des Rußes verwendete Kohlenwasserstoff-Material war ein hoch aromatischer Rückstand aus einem Petroleua-Crack-Prosese mit elnea hohen Molekulargewicht, dessen Eigenschaften und Zusammensetzung in der folgenden Ta« belle zusaeaengestellt sind:

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Analjeβ dee Kohlenwasserstoff-Materials Spezif. Gewicht ⁰API 0,2 Viscosität, bei ungefähr 54 ⁰C 594 Sayboldt-Sekunden

bei ungefähr 99 ⁰C 67 Sayboldt-Sekunden

Molekulargewicht 295

BMOI 123

Brechungsindex 1,648 Schwefel, Gewichts-^ 1,060 Asche, Gewlchts-Ji 0,003 Benzolunlösliches, Gew.-jS 0,039 A3phaltene, Gew.-56 · 0,50

UOP K Faktor 10,0 mittlerer Siedepunkt ungefähr 421 °0

epezifischee Gewicht 1,0744

Sleaentaranalys«:

Kohlenstoff, $> 89,94

Wasserstoff, % 8,29

Schwefel, j> 1,03

Asche, i> 0,03

Rest, 1> 0,71

Hatrium, mg/kg 2,0 Kaliue, mg/kg 0,0

Die vorliegende Erfindung bedeutet wegen der grossen Pleiibilität, die aie in besug auf Zusammensetzung, Geschwindigkeit und Temperatur der Verbrennungsgase, die in den Ofenraum.eingeführt werden, und in bezug auf die Turbulenz, mit welcher diese Verbrennungegaee mit dem Kohlenwasserstoff-Material vermischt werden, aufweist, einen wesentlichen fortschritt gegenüber dem

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seitherigen Stand der Technik, wodurch ·■ möglich Wird, pin« grosse Vielfalt τοη Rußsorten in einer Art und Weise bereustellen, wie es seither nicht möglich war* Si· Erfindung ist zwar anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben worden, es können aber verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne dass dadurch der Bereich der Erfindung, wie er in den Ansprüchen festgelegt ist, verlassen wird»

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helsstn Verbrennungsgase In diesem traten Anttil nur «u einer teilweisen und nicht vollständigen Überführung der Kohlenwaaseretoffe in Ruß in der lokalisierten Zone de· Ofenraumea auereicht; dass augleioh ein swelter Teil der VerT5rennungege.ee am gleichen Ende des längeren unverschlossenen Ofenrauaee in den Raum um die lokalisierte Zone, in welcher die teilweise Umwandlung der Kohlenwasserstoffe erfolgt, eingeblasen wird, wobei die praktisch konstante Geschwindigkeit, mit welcher dieser »weite Teil der Verbrennungsgase eingeführt wird, mit der Besohickungsgeechwindigkeit'des ersten Teils nicht Übereinstimmt, und wobei dieser zweite Teil und die teilweise umgesetzte Kohlenwasserstoff-Verbrennungsgasmisohung sieh im Ofenraum vermischen, sodass die Umwandlung der Kohlenwasserstoffe in RuB praktisch zu Ende gefUhrt wird; und dass die Verbrennungsgase und die gasförmigen Produkte der thermisohen Zersetzung der Kohlenwasserstoffe aus aminen mit dem gebildeten RnS an anderen Ende des Ofenraumes als abströmendes Gemisch abgezogen wird; und dass zum Schluss der Ruß aus diesem Gasgemisch abgeschieden und aufgesammelt wird.

10· Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoffe in achslaler Richtung in den Ofenraum eingespritzt werden und dass der erste und der swelte Anteil der helssen Verbrennungsgase ganz ähnlich in einer Richtung, parallel zur Längeaohse, in den Ofenraum eingeblasen werden.

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Claims

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1· Apparat ^ur Herstellung von Ruß durch thermische Zersetzung eines fließfähigen Kohlenwasserstoffe, bestehend aus einem wärmeisolierten, unverschlossenen, längeren Ofenraum, in welchen durch eine !Einspritzvorrichtung der Kohlenwasserstoff eingespritzt und durch zugleich eingeführte heiese Verbrennungagaae thermisch zersetzt wird, gekennzeichnet durch einen senkrecht angeordneten Ofen, in welchen der Kohlenwasserstoff in Richtung der Längsachse nach oben in eine nicht abgeteilte, lokalisierte Zone eingespritzt wird; durch mindestens eine prinäre Zuleitung, durch welche die heißen Verbrennungegase im wesentlichen nach oben eingeblasen werden, eodass sie mit dem eingesprühten Kohlenwasserstoff in unmittelbaren Kontakt kommen; durch mindestens eine sekundäre Zuleitung im unteren Teil dea Ofenraumes, durch welche die Verbrennungsgas^ ebenfalls nach oben, aber um die lokalisierte Mischzone herum in den Ofenraum eingeführt werden; durch eine erste Installation zur Beschickung der primären Zuleitung mit Verbrennungsgasen; durch eine aweite Installation zur Beschickung der sekundären Zuleitung mit Verbrennungagasen, wobei diese zweite Installation unabhängig von der ersten betrieben werde» kann, duroh eine Torrichtung zum Abziehen des umgesetzten Materials aue dem Ofenraue; sowie duroh Regeleinrichtungen zur unabhängigen Einstellung der Strömungsgeschwindigkeiten der Verbrennungsgas aur Speisung der ersten und der zweiten Installation, wodurch die Geschwindigkeit, die Temperatur und die Zusammensetzung der

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Oase in den verschiedenen Zonen des Ofenraumes überwacht und beeinflusst werden können, um den Betrieb des Ofens so flexibel zu machen, dass mit ihm die verschiedensten Sorten von RuS hergestellt werden können.

2. Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die primären und die sekundären Zuleitungen so angeordnet sind, dass die von ihnen abgegebenen Verbrennungsgas© koaohslal in bezug auf den eingespritzten Kohlenwasserstoff in den Ofenraum

eingeblasen werden.

3· Apparat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Zuleitung sich nahe am Zentrum des Ofenbodens und die sekundäre Zuleitung sich in einer grösseren Entfernung davon befindet.

4· Apparat naoh Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Zuleitung aus einer Reihe von Zuleitungen besteht, die BU einer Gruppe zusammengefasst nahe am Zentrum des Ofenbodens angeordnet sind.

5· Apparat nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Zuleitung aus einer Reihe von Zuleitungen besteht, die symmetrisch und in einem grösseren Abstand um das Zentrum des Ofenbodene angeordnet sind.

6, Apparat nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eine tertiäre Zuleitung sum Einblasen der Verbrennungskomponenten in tangentialer Richtung in den Ofenraum, um die darin

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bef indliche Gasatmosphäre in eine drehende Bewegung au versetzen.

?· Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Installation zur Beschickung der primären und der sekundären Zuleitungen mit Verbrennungagaeen jeweils aus einer Ringleitung für die luftversorgung der primären Zuleitung und mindestens einem Injektor für die Beechikkung dieser Zuleitung mit einem Strom eines fliessfähigen Brennstoffes besteht.

8« Apparat nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch eine Luftzuleitung mit einem Strömungeregler zur Einstellung des Luftstrome 3 zu jeder Luftringleitung, und eine Brennstoff-Zuleitung mit einem Strömungsregler zur Einstellung der Brennstoffzufuhr zu den Brennstoff-Injektoren.

9. Verfahren zur Herstellung* von Ruß durch thermische Zersetzung von normalerweise nicht gasförmigen Kohlenwasserstoffen durch den Kontakt mit heissen Verbrennungsgasen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strom der Kohlenwasserstoffe mit einer bestimmten und praktisch konstanten Geschwindigkeit in eine nicht abgeteilte lokalisierte Zone in der Nähe des einen Endes eines längeren, unverschlossenen Ofenraumes eingespritzt wird; dass ein erster festgelegter Teil der heissen Verbrennungsgase in die lokalisierte Zone des Ofenraumes eingeführt wird, wo er in unmittelbaren Kontakt mit den Kohlenwasserstoffen kommt und mit diesen sich sehr intensiv vermischt, wobei die Menge der

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11, Verfahren nach Anspruch IQ, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoffe als Sprühstrahl aus flüssigkeit·- trßpfchen in den Ofen eingespeist werden·

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dasa die Kohlenwasserstoffe als zerstäubter, aus PlÜssigkeitatröpfchen bestehender Sprühstrahl nach oben in einen senkrecht angeordneten, längeren Ofenraum eingespritzt werden, und dass die thermische Zersetzung der Kohlenwasserstoffe in den oberen Zonen des Ofenraums über der nicht abgeteilten, lokalisierten Misohzone vervollständigt wird.

13· Verfahren naoh Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Teil der heissen Verbrennungsga.se unabhängig voneinander durch die Verbrennung von jeweils für sich hergestellten Mischungen eines fließfähigen Brenn«· stoffe mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas hergestellt werden, wobei das Mengenverhältnis von Oxidationsmittel zu Brennstoff für jeden Teilstrom der heissen Verbrennungsgase unabhängig eingestellt wird·

14· Verfahren naoh Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeschwindigkeiten des ersten und des zweiten Teile der in den Ofenraum eingeführten Verbrennungsgase sich erheblich voneinander unterscheiden.

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15« Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennseiclmrt, dass die zur Erzeugung der Verbrennungsgas· verwendet· Xtutt Tor dem Vermischen mit dem Brennstoff auf eine Temperatur im Bereich zwischen ungefähr 315 ⁰O und ungefähr 815 ⁰P vorgewärmt wird·

16. Verfahren nach Anspruch 15« dadurch gekenneβlehnet, dass der erste Seil der Verbrennungsgase aus einer brennetoffreichen Mischung und der zweite Teil der Verbrennungsgas aus einer sauerstoffreichen Mischung erzeugt wird, sodaae der verhältnlamässig kühlere zweite Teil der Verbrennungsgas« die Wände des Ofenraumes gegen die heisseren Verbrennungsgas^ schützt, die in die lokalisierte Mischzone des Ofenrauaes eingeführt werden.

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