DE1937042A1 - Process and device for the production of carbon black - Google Patents

Description

Dr. F. Zumsteln sen. - Dr. E. Assmann Dr. R, Koenlgsberger - DIpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumsteln Jun.Dr. F. Zumsteln sen. - Dr. E. Assmann Dr. R, Koenlgsberger - DIpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumsteln Jun.

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8 MÜNCHEN 2,8 MUNICH 2,

BRÄUHAUSSTRA3SE 4/IIIBRÄUHAUSSTRA3SE 4 / III

3/c3 / c

0 I95870 I9587

Phillips Petroleum Company, Bartlesville,-OkI.,USAPhillips Petroleum Company, Bartlesville, -OkI., USA

Verfahren und VorrichtungMethod and device

zur Herstellung von Rußfor the production of carbon black

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Ruß und insbesondere ein Verfahren zur Regulierung der Eigenschaften von Ruß.The invention relates to a method and an apparatus for producing carbon black, and in particular to a method to regulate the properties of carbon black.

Die Rußherstellung umfaßt im allgemeinen die Pyrolyse eines Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterials oder eines Öls als Ausgangsmaterial in einem Reaktor, wo in einer gasförmigen Phase eine Suspension von Rußteilchen erzeugt wird, worauf eine Trennung erfolgt, um das feste, kohlenstoffhaltige Material zu gewinnen.Carbon black production generally involves the pyrolysis of a Hydrocarbon feedstock or an oil feedstock in a reactor, where in a gaseous Phase a suspension of soot particles is generated, whereupon a separation takes place to the solid, carbon-containing To win material.

Ruß, der im weiten Rahmen beim Gompoundieren von Kautschuk verwendet wird, wird je nach seiner Eignung für viele Anwendungszwecke nach den verschiedenen Eigenschaften beur-teilt. Eine dieser Eigenschaften wird allgemein als " "Struktur" bezeichnet» Unter dem hier verwendeten Ausdruck "Struktur" soll die Eigenschaft verstanden werden, die durch die Dibutylphthalatabsorptionszahl gemessen wird, wie sieSoot, which is widely used in the compounding of rubber is used for many purposes depending on its suitability judged according to the various properties. One of these properties is commonly referred to as "" structure "" As used herein "Structure" is intended to mean the property measured by dibutyl phthalate absorption number as it is

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nach. ASTM Tenative Test Method Designation D 2Λ1Α-65Τ, Ausgabe 1965» oder nach irgendeinem anderen gleichwertigen dieser Testverfahren definiert ist.after. ASTM Tenative Test Method Designation D 2Λ1Α-65Τ, 1965 edition »or any other equivalent this test procedure is defined.

Es ist jetzt festgelegt worden, daß die Struktur von Ruß durch Regulierung der Mischung der Kohlenwasserstoffbeschickung mit einem Anteil von Verbrennungsgasen oder Brennstoffgas und Luft vor dem Einführen in die Rußbildungszone geändert werden kann, wobei eine derartige Regulierung b nicht nur das Ausmaß der Mischung, sondern auch die Komponenten einschließt, mit denen die Kohlenwasserstoffbeschickung gemischt wird, bevor sie auf die Rußbildungstemperatur gebracht wird.It has now been established that the structure of soot by regulating the mixture of the hydrocarbon feed with a portion of combustion gases or fuel gas and air prior to introduction into the soot formation zone may be varied, such regulation b including not only the extent of mixing but also the components with which the hydrocarbon feed is mixed before it is brought to the soot formation temperature is brought.

Erfindungsgemäß wird dementsprechend für die Herstellung von Ruß durch Pyrolyse eines Kohlenwasserstoffes ein Verfahren geschaffen, bei welchem mit dem Kohlenwasserstoffreaktionsteilnehmer eine erste Verbrennungsmischung in Verbindung gebracht wird, um die Temperatur des Reaktionsteilnehmers gerade bis unter die Rußbildungsternperatur zu erhöhen, und ein zweites Verbrennungsgemisch mit dem Kohlenwasserstoffreaktionsteilnehmer-Verbrennungsgemisch in Ver-"■ bindung gebracht wird, um die Temperatur des Reaktionsteilnehmers auf die Rußbildungstemperatur zu bringen, und die sich ergebende Gasmasse in die Rußbildüngszone geleitet wird, um den Reaktionsteilnehmer Kohlenwasserstoff in Ruß umzuwandeln. According to the invention is accordingly for the production created a process of soot by pyrolysis of a hydrocarbon in which with the hydrocarbon reactant a first combustion mixture is brought into association with the temperature of the reactant just below soot formation temperature and a second combustion mixture with the hydrocarbon reactant combustion mixture is brought into connection in order to bring the temperature of the reactant to the soot formation temperature, and the the resulting gas mass is passed into the soot formation zone, to convert the reactant hydrocarbon into soot.

Erfindungsgemäß wird auch eine Vorrichtung für die Herst ellung von Ruß geschaffen. Eine Ausführung davon umfaßt einen Vielzonenreaktor, bei dem eine Einlaßzone für die Beschickung angrenzend und axial fluchtend zu einer Verbrennungszone undAccording to the invention, a device for the manufacture is also provided created by soot. One embodiment of this includes a multi-zone reactor, wherein a feed inlet zone is adjacent and axially aligned with a combustion zone and

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einer RußbiidungSzone angeordnet ist» wobei die Einlaß» zone für die Beschickung für das Einführen der Beschickung und der Verbreiinungsgäse üiid für das Verwischen der Beschickung Und der Verbrennungsgase bestimmt ist, um die Temperatur der Beschickung zwischett dem Einlaß für die Beschickung üild der Vörbrennüngszone zu erhöhen*a soot formation zone is arranged »with the inlet» zone for the loading for the introduction of the loading and the transport guests for blurring the load And the combustion gases is intended to be the Feed temperature between the inlet for the Increase the feeding of the pre-combustion zone *

Bei einem der bekannten Verfahren wird Ruß daduirch gebildet, daß eine Köhlenwasserstoffbeschicküng in den Reaktor einge« führt und die Beschickung mit Verbrennungsgase umgeben wird, um die Beschickung auf Reaktionstemperatur zu bringen, wo-· nach die Reaktionsteilnehmermasse in eine Zone eingeführt wird j in welcher vermutlich der Hauptanteil von Ruß gebildet wird* In one of the known processes, soot is formed by that a hydrocarbon feed has been put into the reactor leads and the charge is surrounded by combustion gases in order to bring the charge to reaction temperature, where- after the reactant mass is introduced into a zone becomes j in which presumably the main part of soot is formed *

Abänderungen dieses Verfahrens sind ebenfalls bekannt, bei denen eine getrennte Einführungszone für-"die Beschickung vorliegt, ein teil der Beschickung mit den Verbrenhungsgasen und ein Teil der Verbrenhüngsgase mit der Beschickung eingeführt wird*Modifications to this procedure are also known at which have a separate introduction zone for "loading" is present, part of the charge with the combustion gases and some of the combustion gases introduced with the feed will*

Das erfindungsgemäße Verfahren ist für alle derartigen bekannten Verfahr€!n₉ bei der Verwendung von herkömmlichen Beschickungsölen und bei allen im.allgemeinen verwendbaren Bedingungen anwendbar und umfaßt das Einführen von Verbrennungsgasen in eine Zwischenzone angrenzend an die Einführungszone für die^ Beschickung, so daß die Temperatur der- Reaktionsteilnehmer schnell auf eine Temperatur erhöht wird, die gerade unterhalb der Temperatur in der Rußbildungszone liegt, und gleichzeitig damit.eine Verdünnung und Zerstreuung der Kohlenwasserstoffbeschickung mit und durch die Verbrennungsgase rfiit einem Ausmaß bewirkt wird, daß die Qualität des Rußproduktes beeinflußt wird*The inventive method is suitable for all such known traversing €! N ₉ useful in the use of conventional feed oils and in all im.allgemeinen conditions applicable and includes the introduction of combustion gases in an intermediate zone adjacent to the introduction zone for the ^ feed, so that the temperature the reactant is rapidly raised to a temperature just below the temperature in the soot formation zone, thereby causing dilution and dispersion of the hydrocarbon feed with and through the combustion gases to an extent that affects the quality of the soot product *

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Die "Zwischenzone", die zwischen der Einlaßdüse für die . Beschickung und der Verbrenmmgszone liegt, ist so angeordnet, daß die Verbrennungsgase in den Reaktor so eingeführt werden können, daß eine innige Durchmischung mit der Reaktionsteilnehmerbeschickung erfolgt und die Temperatur der Kohlenwasserstoffbeschickung als Reaktionsteilnehmer auf eine Temperatur gerade unter der Rußbildungstemperatur ansteigt. Von der man allgemein annimmt, daß sie in etwa über 12o4 C (22oo F) liegt. Dementsprechend liegt die Ausgangst temperatur der Zwischenzone, die für jede einzelne Kohlenwasserstoffbe-K Schickung verschieden sein kann, im allgemeinen in der Näiie _der Rußbildungstemperatur, d,_ h_.sie._ist_ um' ungefähr 9^5 bis 333- .gr . . ..( i.7op bis__6oo F) , vorzugsweise um_ ungefähr 72q. bi.s_ 44o. grd :-.....'-The "intermediate zone" between the inlet nozzle for the. Feed and the combustion zone is arranged so that the combustion gases can be introduced into the reactor such that intimate mixing with the reactant feed occurs and the temperature of the hydrocarbon feed as reactant rises to a temperature just below the soot formation temperature. Which is generally believed to be about 12o4 C (22oo F). Accordingly, the starting temperature of the intermediate zone, which can be different for each individual hydrocarbon feed, is generally in the range of the soot formation temperature, i.e. around 9.5 to 333 grams. . .. (i.7op to__6oo F) , preferably by_ about 72q. bi.s_ 44o. grd: -.....'-

.(I3^ot? bil-Spo Fli.jiJLedriger. als _die^niedrigst_e _ _____ "__ ^. (I3 ^ot ? Bil-Spo Fli.jiJLedriger. Than _the ^ lowest_e _ _____ "__ ^

Rüßbildungstemperatur. des Beschickungsmaterials. In jedem Fall ist die Ausgangstemperatur der Zwischenzone die Temperatur, von der aus die Kohlenwasserstoffbeschickung im wesentlichen augenblicklich auf die Rußbildungstemperatur nach seiner Einführung in die herkömniliche Verbrennungszone gebracht wird, ιSoot formation temperature. of the feed material. In each In this case, the exit temperature of the intermediate zone is the temperature from which the hydrocarbon feed is essentially instantaneously raised to the soot formation temperature its introduction into the conventional combustion zone will, ι

Gleichzeitig möchte man die Verbrennungsgase in die Zwischenzone derart einführen, daß ein inniges Durchmischen der Be-Schickung mit den Verbrennungsgasen in einer Zeit erfolgt, die so kurz wie möglich ist, und eine maximale, gleichmäßige Verteilung der Kohlenwasserstoffbeschickung in den Verbrennungs gas en erreichen. Dazu können die heißen Verbrennungsgase entweder radial oder tangential in die Zwichenzone eingeführt werden, nachdem sie durch Oxydation eines Brennstoffs mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas entweder innerhalb oder außerhalb des Reaktors erzeugt wurden.At the same time, one would like to introduce the combustion gases into the intermediate zone in such a way that the feed is thoroughly mixed takes place with the combustion gases in a time which is as short as possible, and a maximum, even Distribution of the hydrocarbon feed into the combustion gas en reach. For this purpose, the hot combustion gases can be introduced either radially or tangentially into the intermediate zone after they have been oxidized by a fuel with a gas containing free oxygen either inside or outside the reactor.

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Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird eine beispielsweise Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht .An exemplary embodiment of the present invention is illustrated with reference to the accompanying drawings.

Fig. i ist die Ansicht eines Querschnitts durch die erfindungsgemäße Vorrichtung. j Fig. I is a view of a cross section through the device according to the invention. j

Fig. 2 ist ein Schnitt längs 2-2 von Fig. i. Figure 2 is a section along 2-2 of Figure i.

In den Zeichnungen ist ein vielzoniger Reaktor gezeigt, der aus axial aneinandergrenzenden Zonen oder Kammern besteht. Die Zone 2 ist die Einführungszone für die Beschickung, die Zone 3 die Zwischenzone, d. h. diejenige Zone, in welcher der Reaktionsteilnehmer auf die Temperatur gerade unter der Temperatur der Rußbildung gebracht wird. Die Zone k ist die Verbrenhungszöne und die Zone 5 die Rußbildungszone. Diese Zonen sind in herkömmlichen Stahlgehäusen und Isolationen, die nicht gezeigt sind, enthalten.'In the drawings, a multi-zone reactor is shown, which consists of axially adjoining zones or chambers. Zone 2 is the introduction zone for the feed, zone 3 is the intermediate zone, ie the zone in which the reactant is brought to the temperature just below the temperature of the soot formation. Zone k is the scalding zone and zone 5 is the soot formation zone. These zones are contained in conventional steel enclosures and insulation, not shown.

Die Hauptanpassung an den herkömmlichen Reaktor betrifft die Zone 3i die Zwischenzone. Es bleibt wenig, was die Zone 2 von der Zone 3 unterscheidet, jedoch für die Erklärung werden zwei Zonen als vorhanden angenommen.The main adaptation to the conventional reactor concerns the Zone 3i the intermediate zone. There is little left that zone 2 differs from zone 3, however, be for the explanation two zones assumed to be present.

Der Reaktionsteilnehmer wird in die Zone 2 durch die Leitung Io eingeführt, die mit der Düse 17 versehen ist. Die Zone 2 ist mit der Verbrennungskammer oder dem -ring 11 verbunden, der beispielsweise um die Einlaßdüse IJ herum angeordnet ist· Die Kammer 11 ist mit der Brennstoffdüse 13 versehen. In ihr ist eine Düse l4 für Luft oder freien Sauerstoff enthaltendes Gas angeordnet. In der Kammer 11 werden heiße Verbrennungsgase erzeugt, die in die Kammer 2 durch die Leitungen l6 geleitet werden. The reactant is introduced into zone 2 through line Io provided with nozzle 17. The zone 2 is connected to the combustion chamber or ring 11 which is arranged, for example, around the inlet nozzle IJ . The chamber 11 is provided with the fuel nozzle 13. A nozzle 14 for air or gas containing free oxygen is arranged in it. In the chamber 11 hot combustion gases are generated, which are conducted into the chamber 2 through the lines 16.

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Vorzugsweise sind zwei Leitungen l6 vorhanden,,d^e von der . Kammer 11 in die Nähe der Düse 17t■/Wie in Fig. 2 gezeigt, führen. Sie sind vorzugsweise so angeordnet, dall sie in ent-, gegengesetzten Richtungen auftreffend auf die Mündung der Düse 17 münden. Die Leitungen l6 sind für den maximal zulässigen Druckabfall ausgelegt, um eine hohe Geschwindigkeit in der Nähe der Düse 17 zu erreichen und um eine maacijmale Zerteilung des Reaktionsteilnehmers in der Schwellwertzone 3 zu erzielen.Preferably there are two lines 16, d ^ e from the. Chamber 11 in the vicinity of the nozzle 17t ■ / As shown in Fig. 2, to lead. They are preferably arranged in such a way that they opposite directions hitting the mouth of the Open to nozzle 17. The lines 16 are designed for the maximum permissible pressure drop in order to achieve a high speed in the vicinity of the nozzle 17 and in order to achieve a maximum division of the reaction participant in the threshold value zone 3.

Alternativ kann das Verbrennungsgas auf eine Art erzeugt werden, die der in der Verbrennungszone -k. verwendeten gleich ist, d. h. in Durchlässen durch auftretende Oxydation in den Durchlässen von Brennstoff mit einem Oxydationsmittel, und das Ein- . führen daraus erfolgt in die in der Nähe der Mündung der Düse 17 liegenden Zone. Gleicherweise kann die Kammer 11 .wahlweise um die Düse 17 herum angeordnet werden und aus . , dieser Umfangszone an allen Stellen in die Zone 2 münde,n. Alternatively, the combustion gas can be generated in a manner similar to that in the combustion zone -k. used is the same, ie in passages due to oxidation occurring in the passages of fuel with an oxidizing agent, and the inlet . lead therefrom into the zone lying in the vicinity of the mouth of the nozzle 17. Likewise, the chamber 11 can optionally be arranged around the nozzle 17 and out. , this peripheral zone opens into zone 2 at all points, n.

Die Einführung der heißen Verbrennungsgase aus-der Kammer 11 in die Zone 2 erhöht die Temperatur der Beschickung als Reaktionsteilnehmer undverteilt die Beschickung.in den heißen Gasen, wobei die Temperatur der Beschickung vorzugsweise annähernd auf die Rußbildungsteriperatur erhöht wird. . . The introduction of the hot combustion gases from chamber 11 into zone 2 increases the temperature of the reactant feed and distributes the feed . in the hot gases, wherein the temperature of the feed is preferably increased to approximately the Rußbildungsteriperatur. . .

In den Durchlässen 6 der Verbrennungszone A werden Verbrennungsgase erzeugt , die darauf in die Verbrennungszone 4 . radial oder vorzugsweise tangential zu der JReaktionsteilnehme rmäs se eingeführt werden und axial dahindurch strömen, so daß die Reak ti ons t e ilnehmermas s e auf die Rußbildungs-¹· _f temperatur oder darüber gebracht wird, und die sich ergebendeCombustion gases are generated in the passages 6 of the combustion zone A , which then flow into the combustion zone 4. be radially or tangentially to the JReaktionsteilnehme preferably rmäs se introduced and flow axially therethrough, so that the reac ti ons te ilnehmermas se is brought to the Rußbildungs- ¹ · _f temperature or above, and the resulting

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Reaktionsteilnehmermasse an dieser Stelle in die Rußbi1dungszone 5 .eingeführt wird, wobei dei* Ruß aus dem Reaktor durch die Düse bzw« den Stutzen 15 abgezogen wird.Reactant mass at this point in the soot formation zone 5. Is introduced, with the * soot from the reactor through the nozzle or the nozzle 15 is withdrawn.

Durch die obigen Ausführungen soll weder die Verwendung von vorerwärjuter Luft und Brennstoff an irgendeiner Stelle in dem Verfahren, noch die Einführung eines Brennstoffanteils direkt in die Zone h ausgeschlossen werden.The above statements are not intended to exclude the use of preheated air and fuel at any point in the process, nor the introduction of a fuel component directly into zone h.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Überschuß von entweder Oxydationsmittel oder Brennstoff in die Zone 2 durch die Durchlässe 13 und lh eingeführt werden. Bevorzugt arbeitet man jedoch mit einem Überschuß an Brennstoff, da ein Überschuß an Oxydationsmittel zu einer vorzeitigen Kohlenstoffbildung führt. Obwohl eine geringe Kohlenstoffbildung in der Zone 3 auftreten kann, weist eine derartige Bildung auf eine lokale Überhitzung oder eine unzulängliche Mischung aus Reaktionsteiinehmer und heißen Gasen hin»In the process of the present invention, an excess of either oxidizer or fuel can be introduced into zone 2 through passages 13 and lh . However, preference is given to working with an excess of fuel, since an excess of oxidizing agent leads to premature carbon formation. Although a small amount of carbon formation may occur in zone 3, such formation indicates local overheating or an inadequate mixture of reactants and hot gases »

Hinsichtlich der relativen Mengen von Brennstoff und Oxydationsmittel , die durch die Öffnungen 6 in die Zone k eingeführt werden, können voneinander abhängig Änderungen vorgenommen werden. Man zieht jedoch vor, mit einer in <lie Zone h eingeführten Luftmeiige zu arbeiten, die größer ist als die stöchiometrische.With regard to the relative amounts of fuel and oxidizing agent which are introduced into the zone k through the openings 6, changes can be made depending on one another. It is preferred, however, to work with an air flow introduced into zone h which is greater than the stoichiometric one.

Nennenswert ist auch, daß keine Temperaturgrenzen vorliegen, auf welche die Kohlenwasserstoffbeschickung in jeder der Zonen 2 und 3 vorerhitzt wird, solange, die Rußbildungstemperatur nicht überschritten wird. Dementsprechend ist es möglich, den Kohlenwasserstoff bis auf öder.in die Nahe dieser Temperatur in der· Zuführungszone 2 für die BeschickungIt is also worth mentioning that there are no temperature limits, on which the hydrocarbon feed in each of the Zones 2 and 3 are preheated as long as the soot formation temperature is not exceeded. Accordingly, it is possible to put the hydrocarbon up to or near it Temperature in the feed zone 2 for the charging

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vorzuerhitzen, wobei in der Zone 3 wenig oder keine nachträgliche Wärme zugesetzt wird und das Mischen der Komponenten das in der Zone 3 ^zu erreichende Hauptziel ist.preheating, with little or no post-heat added in zone 3 and mixing of the components being the main objective ^{to be achieved in zone 3.}

Es sei erwähnt, daß verschiedene Brennstoffe verwendet werden können, um ein Vorerhitzen in jeder der verschiedenen Zonen zu bewirken. Beispielsweise können Naturgas und Luft in der Zone 2 mit Propan und Luft in der Zone k verwendet werden.It should be noted that different fuels can be used to effect preheating in each of the different zones. For example, natural gas and air can be used in zone 2 with propane and air in zone k .

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann nicht nur Ruß mit einer Struktur hergestellt werden, die niedriger ist als die normalerweise in--herkömmlichen Ofenverfahren erzielbare, sondern es wird auch ein bestimmter Grad der Struktürregulierung durch Variierung der relativen Mengen von in die Zone 2 und k eingeführtem Verbrennungsgas möglich. Die in die Zone 2 eingeführte Verbrennungsgasmenge beträgt vorzugsweise ungefähr 3 bis ungefähr ^5 % der insgesamt in den Reaktor eingeführten Menge, wobei diese Menge in Beziehung zu den Struktureigenschaften des Rußes steht, der, wie in dem folgenden Beispiel gezeigt, hergestellt wird.-.With the method according to the invention not only can soot be produced with a structure which is lower than that normally achievable in conventional furnace processes, but it also provides a certain degree of structural regulation by varying the relative amounts of combustion gas introduced into zone 2 and k possible. The amount of combustion gas introduced into zone 2 is preferably from about 3 to about 5 % of the total amount introduced into the reactor, this amount being related to the structural properties of the carbon black produced as shown in the following example.

BEISPIEL ■EXAMPLE ■

Für die Herstellung von Ruß unter Verwendung eines Reaktors mit der allgemeinen Konstruktion, wie sie in den Figuren gezeigt ist, wird eine Reihe von Versuchen durchgeführt.For the production of carbon black using a reactor with the general construction as shown in the figures a series of experiments is carried out.

Als Brennstoff wird Propan verwendet und mit Luft durch die Öffnungen 13 und lk eingeführt und in der Kammer oder dem Ring 11 verbrannt. Als Kohlenwasserst offbeschickung wird Benzol verwendet und durch den Einlaß Io dampfförmig bei Temperaturen von 268 bis 28-7° C (515 bis 548°F) eingeführt.Propane is used as fuel and is introduced with air through the openings 13 and lk and burned in the chamber or the ring 11. Benzene is used as the hydrocarbon feed and is introduced in vapor form through inlet Io at temperatures of 268 to 28-7 ° C (515 to 548 ° F).

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1 Q ο .7 ■: ' ';1 Q ο .7 ■: '';

Zuerst wird ein Kontrollversuch durchgeführt, bei dem Brennstoff und Luft lediglich in die Zone 4 eingeführt werden. Die Ergebnisse dieses Versuches werden stellvertretend für die herkömmlichen Verfahren zur Rußherstellung betrachtet. Unter im wesentlichen gleichen Bedingungen werden zusätzliche Versuche mit der Ausnahme durchgeführt, daß die Beschickung mit Verbrennungsgasen gemischt wird und auf eine Temperatur gerade unter der Rußbildungstemperatur in der Zone 3 gebracht wird. Die Ergebnisse sind nachstehend aufgeführt:First, a control test is carried out in which fuel and air are only introduced into zone 4. The results of this experiment are considered to be representative of the conventional processes for producing carbon black. Under essentially the same conditions, additional tests are made with the exception that the feed is mixed with combustion gases and brought to a temperature just below the soot formation temperature in zone 3. The results are shown below:

Versuchattempt

Kontrollecontrol

Benzolbeschickung
in kg/h
(lb/h)Benzene charge
in kg / h
(lb / h)

Propan, Brennstoffvolumenstrom in m /h (SCFH)Propane, fuel volume flow in m / h (SCFH)

in die Zwischenzonein the intermediate zone

in die Verbrennungs— zoneinto the combustion zone

2 9,6 (65,2)2 9.6 (65.2)

4,8l ( 17o)4.8l (17o)

4,8l (17o)4.8l (17o)

Luftdurchsatz am EinlaßAir flow at the inlet

in m^/h 170 (SCFH) (6000)in m ^ / h 170 (SCFH) (6000)

in die Zwischenzonein the intermediate zone

in die Verbrennungszone into the combustion zone

% an stöchiometrischer Luft % of stoichiometric air

in die Zwischenzonein the intermediate zone

in die Verbrennungszone into the combustion zone

Zwischenzone Ausgangstemperatur in CIntermediate zone starting temperature in C

17 ο (6000)17 ο (6000)

0 I500 I50

27I (52o)27I (52o)

Einlaßtemperatür der * Rußbildungszone in °C 1327Inlet temperature of the * Soot formation zone in ° C 1327

(⁰F) (242o)( ⁰ F) (242o)

31,2 (69,o)31.2 (69, o)

5,3o (1Ö7)5.3o (1Ö7)

0,96 (34) 4,34 (153)0.96 (34) 4.34 (153)

170 (6000)170 (6000)

17 (600)17 (600)

153 (54oo)153 (54oo)

75 150 75 150

593 (lloo)593 (lloo)

1327 (242o)1327 (242o)

27,327.3

(60,2)(60.2)

5,78
(2o4) 5.78
(2o4)

1,93
(68)1.93
(68)

3,85
(136)3.85
(136)

170
(6000)170
(6000)

(I2oo)
I36(I2oo)
I36

(48oo)(48oo)

75
15075
150

816
(1500)816
(1500)

13271327

(242o)(242o)

25,2 (55,7) 25.2 (55.7)

6,256.25

(221)(221)

2,892.89

(Io2)(Io2)

3,36 (119) 3.36 (119)

I70 (6000)I70 (6000)

51 (1800)51 (1800)

119 (42oo)119 (42oo)

75 15075 150

982 (lÖoo)982 (looo)

1327 (242o)1327 (242o)

00 98 27/11000 98 27/110

IMSPECTgDIMSPECTgD

19-3734219-37342

- Io -- Io -

Versuchattempt Kontrollecontrol o.O. 22 33 44th Verweilzeit in derDwell time in the oloolo ο, oo5ο, oo5 ο,oo25ο, oo25 Zwischenzone in sIntermediate zone in s °»° » Verweilzeit in derDwell time in the —- o37o37 o,o37o, o37 o,o37o, o37 Rußbildungszone in sSoot formation zone in s 54,54, Ausbeute auf der C-Basis
der Beschickung in % C-based yield
of loading in % 46,246.2 42,42, 55 52,752.7 5.3,15.3.1 Umwandlung auf der Basis
an gesamten C in %Conversion on the base
of total C in% 37,ο37, ο 8787 OO 39, ο39, ο 38,o38, o Photelometer% ** Photelometer % ** 9191 8o,8o, 9393 9191 ■ 2
Np-Oberflache in m /g■ 2
Np surface in m / g 9^,99 ^, 9 17,17, 44th 81,5 ·81.5 83,383.3 Dibutylphthalat-
absorptionszahl ***Dibutyl phthalate
absorption number *** 129,3 l129.3 l 2 .2. "Ho₁O-"Ho ₁ O- 111,1111.1

■■■'*■- wird als Rußbildungstemperatur angesehen ** ASTM-Test D I618-58 T '■■■ '* ■ - is regarded as the soot formation temperature ** ASTM test D I618-58 T '

■·■*·■ ASTM-Test D 2414-65 T, I965■ · ■ * · ■ ASTM test D 2414-65 T, I965

Diese Daten zeigen, daß die Struktur des aus Kohlenwasserstoff beschickungsmaterial hergestellten Rußes stark durch das Vormischen mit heißen Verbrennungsgasen beeinflußt wird, wodurch das Beschickungsmaterial auf eine Temperatur gebracht wird, die gerade unter der Rußbildungstemperatur liegt, und zwar unter der Bedingung einer innigen Durchmischung, gerade wenil es in die Rußbildungszone eintritt. ,These data show that the structure of the hydrocarbon carbon black produced by the feed material Premixing is affected with hot combustion gases, whereby the feed material is brought to a temperature which is just below the soot formation temperature, and under the condition of thorough mixing, just when it enters the soot formation zone. ,

Bei den oben stehenden Daten wird die Temperatur von 1327 C (242o F) als Rußbildungstemperatur betrachtet. Wenn die Beschickung bei dem Kontrollversuch vorerhitzt war, wird für den Kontrollversuch eine Temperatur von 27I C (52o F) für die Zwischenzone angezeigt. Bei jedem der anderen Versuche wird das Reaktionsgemisch auf eine zunehmend höhere Temperatur gebracht , bevor es in die Verbrennungszone eingeführt In the above data, the temperature is 1327 C (242o F) is considered the soot formation temperature. If the load was preheated in the control experiment, for the control experiment a temperature of 27I C (52o F) for the intermediate zone is displayed. With each of the other attempts the reaction mixture is brought to an increasingly higher temperature before it is introduced into the combustion zone

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wird, obwohl die Temperatur, bei welcher der Kohlenwasserstoff in die Kohlenstoff bildurigszone eingeführt wird, "in allen Fällen die gleiche ist. Gleichweise nimmt in jedem Fall, obwohl die gleiche Luftmenge in den Reaktor eingeführt wird, die Struktur des Rußproduktes ab, da der Anteil der in die Zwischenzone eingeführten Gesamt luft zunimmt. Wenn die in die Zwischenzone eingeführte Luftmenge bis zu einem bestimmten Maße eine Meßgröße für die in der Zwischenzone erzeugte Turbulenz ist, ist die Luftmenge wie auch die Brennstoffmenge, die in die Zwischenzone eingeführt wird, ein Anzeichen für die Durchmischung und den Grad der Verteilung der Kohlenwasserst offbeschickung in dieser Zone.although the temperature at which the hydrocarbon is introduced into the carbon forming zone is "in is the same in all cases. Likewise, in each case, although the same amount of air is introduced into the reactor the structure of the carbon black product decreases, since the proportion of the total air introduced into the intermediate zone increases. If the amount of air introduced into the intermediate zone is, to a certain extent, a measure of that in the intermediate zone generated turbulence is the amount of air as well as the amount of fuel that is introduced into the intermediate zone, an indication of the mixing and degree of distribution of the hydrocarbon feed in this zone.

Aufgrund der obigen Daten wurde festgelegt, daß die in die Zwischenzoiie des Reaktors eingeführte Luftmenge ungefähr 2 bis ungefähr 3° ?°i vorzugsweise ungefähr 5 bis ungefähr 25 % der gesamten, in den Reaktor eingeführten Luft betragen soll. Es hat sich herausgestellt, daß diese Menge besonders vorteilhaft ist, wenn man die Zwischenzone mit ungefähr 75 '° der theoretisch in dieser Zone erforderlichen Luft und die Verbrennungszone mit einer über den theoretischen Wert hinausgehenden Luftmenge betreibt, d. h. bei ungefähr" 150 %. Based on the above data, it has been determined that the amount of air introduced into the intermediate zone of the reactor should be about 2 to about 3 ° C., preferably about 5 to about 25 % of the total air introduced into the reactor. It has been found that this amount is particularly advantageous if the intermediate zone is operated with about 75 ° of the theoretically required air in this zone and the combustion zone with an amount of air in excess of the theoretical value, ie about 150 %.

Die Daten zeigen weiter, daß sehr kurze Verweilzeiten in der Zwischenzone für ein Erreichen einer genügenden Verteilung des Kohlenwasserstoffes in den heißen Gasen geeignet ist. Diese Zeit beträgt ungefähr o,oo25 s bis ungefähr 0,0Io s, und vorzugsweise ungefähr o,oo35 s bis ungefähr ο,οΐο s.The data also show that very short residence times in the Intermediate zone for achieving a sufficient distribution of the hydrocarbon in the hot gases is suitable. This time is about 0.025 s to about 0.010 s, and preferably about o, oo35 s to about ο, οΐο s.

Die Erfindung Λ^ηΐΓΰε anhand eines einzigen Beschickungsmaterials erklärt_s woraus jedoch keine Beschränkung entstehen soll,The invention Λ ^ ηΐΓΰε on the basis of a single charge material explains _s from which, however, no restriction should arise,

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ORIGINAL INSPECTSDORIGINAL INSPECTSD

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da leicht zu sehen ist, daß die Bedingungen oder Ergebnisse, die allgemein anwendbar auf oder ableitbar von dem Verfahren mit Benzol sind, gleicherweise auf andere Kohlenwasserst offbeschickungsmaterialien, die für die Herstellung von Ruß verwendet werden, anwendbar sind. Gleicherweise soll die Erläuterung der vorliegenden Erfindung bezüglich der Vorerhitzung des Beschiclcungsmaterial durch Verbrennen von Propan oder natürlichem-Gas keine Beschränkung darstellen, vielmehr kann erfindungsgemäß jede Einrichtung für die Erhöhung für die Temperatur des Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterials oder für die Anzahl der Zonen verwendet werden, die bei der'Erzielung einer derartigen Vorerhitzung Verwendung finden.because it is easy to see that the conditions or results are generally applicable to or derivable from the procedure with benzene, as well as other hydrocarbon feedstocks, used for the production of carbon black are applicable. Likewise, the explanation is intended of the present invention relating to the preheating of the feed material by burning propane or Natural gas is not a restriction, rather, according to the invention, any device for increasing for the Temperature of the hydrocarbon feed or the number of zones used in the achievement find such a preheating use.

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Claims (6)

PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS 1. Verfahren zur Herstellung von Ruß durch Pyrolyse einer Kohlenwasserstoffbeschickung, die mit einem Hauptstrom von heißem Gas kontaktiert wird, der die Pyrolysewärme auf die Beschickung überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickung vorher mit einem getrennten Strom
von heißem Gas kontaktiert und dadurch auf eine Temperatur in der Nähe von, jedoch unter der Rußbildungstemperatur gerade vor dem Kontakt mit dem Ilauptström
erhitzt wird.A method for producing carbon black by pyrolysis of a hydrocarbon feed which is contacted with a main stream of hot gas which transfers the heat of pyrolysis to the feed, characterized in that the feed is previously connected to a separate stream
contacted by hot gas and thereby to a temperature in the vicinity of, but below the soot formation temperature just before contact with the main flow
is heated. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptstrom und der getrennte Strom von heißem Gas
durch Verbrennung eines Brennstoffs mit einem freien
Sauerstoff enthaltenden Gas gebildet werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the main stream and the separate stream of hot gas
by burning a fuel with a free one
Oxygen-containing gas are formed. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Bildung des getrennten Stroms von heißem
Gas verwendete Menge an freien Sauerstoff enthaltendem Gas 2 bis Jo % der Gesamtmenge des in das Verfahren
eingeführten, freien Sauerstoff enthaltenden Gases beträgt. 3. The method according to claim 2, characterized in that the for the formation of the separate stream of hot
Gas Amount of free oxygen-containing gas used 2 to Jo% of the total amount in the process
Introduced, free oxygen-containing gas is. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Bildung des getrennten Stromes von heißem Gas verwendete Menge an freien Sauerstoff enthaltendem Gas geringer ist als die für völlige Verbrennung des beigefügten Brennstoffes erforderliche
Menge.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the amount of free oxygen-containing gas used for the formation of the separate stream of hot gas is less than that required for complete combustion of the accompanying fuel
Lot. 00 9827/ 110 800 9827/110 8 ORIGINAL IMSPECTSOORIGINAL IMSPECTSO 1937CK21937CK2 - Ik - - Ik - 5.Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis .A₁" dadurch gekennzeichnet, daß die für die Bildung des Hauptstromes von heißem Gas erforderliche Menge an freien Sauerstoff enthaltendem Gas größer ist als die für die völlige Verbrennung des zugefügten Brennstoffes benötigte Menge.5.Verfahren according to any one of claims 2 to .A ₁ ", characterized in that the amount of free oxygen-containing gas required for the formation of the main flow of hot gas is greater than the amount required for complete combustion of the added fuel. 6. Reaktor zur Herstellung von Ruß durch Kohlenwasserstoffpyrolyse .nach Anspruch 1," mit einer Einführungskammer für die Beschickung, einer Zwischenkammer, einer Verbrennungskamnier und einer Rußbildungskammer, wobei alle diese Kammern zylindrisch, koaxial und aneinandergrenzend in offener Verbindung miteinander in der angegebenen Reihenfolge angeordnet sind, die Einführungskammer für die Beschickung einen Be.s-cb.ik-. kungseinlaß, die Verbrennungskammer einen größeren Durchmesser als die anderen Kammern und wenigstens einen Einlaß für das Verbrennungsgas und die Rußbildungskammer einen Auslaß hat, gekennzeichnet durch eine Verbrennungskammer, die die Einführungskammer für die Beschickung umschließt und einen ringförmigen Querschnitt hat, durch Einrichtungen zum Einführen von Verbrennungsgas in diese zuletzt genannte Kammer und ' durch wenigstens eine Leitung, die eine Verbindung zwischen der zuletzt genannten Kammer und der Einführ ungskamm er für die Beschickung herstellt.6. Reactor for the production of soot by hydrocarbon pyrolysis .according to claim 1, "with an introduction chamber for charging, an intermediate chamber, a combustion chamber and a soot formation chamber, all of these chambers being cylindrical, coaxial and are arranged adjacent to one another in open connection with one another in the specified order, the Introduction chamber for loading a Be.s-cb.ik-. Kung inlet, the combustion chamber a larger diameter than the other chambers and at least has an inlet for the combustion gas and the soot formation chamber has an outlet, characterized by a combustion chamber enclosing the feed introduction chamber and an annular one Has cross-section, through means for introducing Combustion gas in this last-mentioned chamber and 'through at least one conduit which is a connection between the latter chamber and the introducer ungskamm he manufactures for the loading. 009827/1108009827/1108