DE2015914A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Ruß - Google Patents

Description

PrtTENiANWÄLTE 2 O 1 R 9 1 Δ

* \ DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHÖNWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL..-CHEM. ALEK VON KREiSLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR-ING. KLUPSGH

KÖLN 1, DElCHMANNHAUS

Köln, den 1.4.1970 Kl/Ax

CABOT CORPORATION,

125 High Street, Boston, Massachusetts QgIlO (V.St.A.).

Verfahren und Vorrichtung zur Hersteilung von Ruß

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Rußen durch Zersetzung von flüssigenKohlenwasserstoffen, insbesondere ein verbessertes Verfahren zur Umwandlung von flüssigen Kohlenwasserstoffen in hochwertige Ruße in ausgezeichneten Ausbeuten und bei ungewöhnlich hohen Durchsätzen ohne die Notwendigkeit der vorherigen Verdampfung der flüssigen Einsatzmaterialien.

Die Erfindung liegt im allgemeinen Rahmen des sog. kontinuierlichen Furnace-Verfahrens zur Herstellung von Rußen. Insbesondere stellt die Erfindung sich die Aufgabe, die tatsächlichen Vorteile, die bei diesen Ver~ fahren durch Verwendung von sehr sauerstoffreichen . oxydierenden Gasen bei der Erzeugung der Wärme für die Zersetzung der eingesetzten flüssigen Kohlenwasserstoffe erzielbar sind, maximal zu gestalten.

.Zwar sind einige der möglichen Vorteile der Verwendung von sauerstoffreichen oxydierenden Gasen beim Furnace-Verfahren zur Herstellung von Ruß (z.B. Ausschaltung des hohen Gehaltea an inerten Substanzen, z.B. N₀, die normalerweise im System vorhanden ist, wenn Luft als Oxydationsmittel verwendet wird) bereits erkannt worden,

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jedoch sind großtechnische Anwendungen auf diesem Gebiet als Folge praktischer Schwierigkeiten in der Handhabung von sauerstoffreichen Systemen bisher nicht verwirklicht worden. Beispielsweise befaß't sich die U.S.A.-Patentschrift 2 623 811 mit den Möglichkeiten der Verwendung eines sauerstoffreichen oxydierenden Gases an Stelle von Luft beim Furnace-Verfahren,jedoch wird hier die Schlußfolgerung gezogen, daß der auf diese Weise ausgeschaltete -Stickstoff weitgehend durch andere ".Wärme absorbierende Gase", z.B. CO₂, CO, Hp oder Wasserdampf, die mit dem fe sauerstoffreichen Oxydationsmittel in die Verbrennungszone eingeführt werden, ersetzt werden muß.

Hauptgegenstand der Erfindung ist demgemäß ein praktisches Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Ruß unter Verwendung eines sauerstoffreichen oxydierenden Gases für die Erzeugung von Wärme und Freisetzung von Energie für die wirksamere Umwandlung von flüssigen Kohlenwasserstoffen in hochwertige Ruße. Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht die Herstellung von hochwertigen Rußen in ausgezeichneten Ausbeuten aus beliebigen flüssigen Kohlenwasserstoffen ohne vorherige Verdampfung dieser Kohlenwasserstoffe, wobei mit ungewöhnlich hohen P Durchsätzen bei Produktionsanlagen einer gegebenen Größe gearbeitet wird. Die Ausbeuten mit einem gegebenen flüssigen Einsatzmaterial und/oder die Produktionsgeschwindigkeiten mit Anlagen einer gegebenen Größe sind um so 'viel· höher, daß die höheren Kosten für das verwendete sauerstoffreiche Oxydationsmittel im Vergleich zu den Kosten der Verwendung von Luft mehr als ausgeglichen werden.

Die Erfindung umfaßt ferner Vorrichtungen, die sich zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung im großtechnischen Maßstab eignen und kompakt und wirtschaftlich in der Erstellung und Instandhaltung, sicher im Betrieb und über einen weiten Bereich von Arbeitsbedingungen

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leicht zu steuern sind.

Die Erfindung ermöglicht ferner die Auswertung des Bereichs von als Ausgangsmaterialien dienenden flüssigen Kohlenwasserstoffen, die "bei einem kontinuierlichen Furnace-Verfahreh in hochwertige Ruße umgewandelt werden können, und/oder die Ausweitung des Bereichs von ausgezeichneten Rußprodukten, die mit Hilfe eines Furnace-Verfahrens hergestellt werden können.

Die Erfindung umfaßt ferner völlig neue Rußprodukte, die bisher unbekannt waren und nicht beschrieben worden sind.

Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht aus der nachstehenden Folge von Maßnahme η :l)Man ' verbrennt kontinuierlich einen geeigneten flüssigen oder gasförmigen Brenn-. stoff mit einem sauerstoffreichen Oxydationsmittel in einer bei hoher Temperatur gehaltenen Verbrennungszone bei einem Druck von mehr als 0,21 atü und führt von dem in Strömungsrichtung unten gelegenen Ende der Verbrennungszone kontinuierlich die bei hoher Temperatur befindlichen gasförmigen Verbrennungsprodukte als kompiakten, sich beschleunigenden Strom ab, der sich im wesentlichen als geschlossene Säule in einer Richtung bewegt.

2) An einer Stelle, an der dieser Strom eine kinetische

2 Energie hat, die einem Druck von wenigstens 0,21 kg/cm ' entspricht, spritzt man in diesen Strom von seinem Umfang' "her eine Vielzahl von kleinen, zusammenhängenden, eindringenden Strahlen eines als Ausgangsmaterial dienenden flüssigen Kohlenwasserstoffs in einer solchen Menge ein, daß die insgesamt zugeführte Menge an flüssigem Einsatzmaterial, die auf die Temperatur, die Massenstrbmungsgeschwindigkeit und die Zusammensetzung des Einsatzstroms abgestellt ist, genügt, um eine Temperatur von wenigstens 2200⁰C und für die Kohlenstoffbildung geeignete Bedingungen zu gewährleisten. 3) Man schreckt das gebildete Reaktionsgemisch an einer Stelle ab, die, in Strömungs-

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richtung gesehen, genügend weit unten liegt, um die Bildung von Kohlenstoffteilchen zu ermöglichen.

. Die drei Stufen des Verfahrens gemäß der Erfindung werden nachstehend ausführlicher "beschrieben.

In der Verbrennungsstufe sollte"das sauerstoffreiche oxydierende Gas hauptsächlich aus molekularem Sauerstoff bestehen. Vorzugsweise enthält es wenigstens etwa 90 Vol.-$ O₂. Die Herstellung solcher konzentrierten Formen von Op ist im allgemeinen kein Problem, da tech-

P nisches Sauerstoffgas dieser Reinheit heute allgemein verfügbar ist und die Reinheit normalerweise über ungefähr 95 Vol.-$ liegt. Es ist jedoch möglich, Gemische-von Sauerstoff mit Luft, Stickstoff und/oder anderen gebräuchlichen Gasen bei einem Sauerstoffgehalt bis hinab zu nur 50 Vol.-$ O2 oder noch weniger mit erheblichem Vorteil als sauerstoffreiches oxydierendes Gas beim Verfahren gemäß der Erfindung für die meisten Brennstoffe und flüssigen Einsatzmaterialien zu verwenden. Ohne Rücksicht auf die Op-Konzentration im oxydierenden Gas sollten die Verbrennungsbedingungen und/oder die Gesamtanteile an brennbaren Reaktionsteilnehmern so eingestellt werden,

fc daß sichergestellt ist, daß Temperaturen von wenigstens etwa 2200⁰C entweder vor oder nach der Einspritzung des flüssigen Einsatzmaterials erreicht werden. Als gasförmiger oder .flüssiger Brennstoff eignen sich alle leicht brennbaren gasförmigen, dampfförmigen oder flüssigen Brennstoffe, z.B_o H₂, CO, CH₄, Acetylen, Alkohole und Leuchtpetroleum. Im allgemeinen werden jedoch Brennstoffe mit hohem Gehalt an kohlenstoffhaltigen Komponenten, insbesondere Kohlenwasserstoffe, bevorzugt. Beispielsweise sind methanreiche Brennstoffe, z.B. Erdgas und modifiziertes oder angereichertes Erdgas, sowie andere kohlenwasserstoff reiche Ströme, z.B. die verschiedenen Erdölgase und -flüssigkeiten und Nebenprodukte von Raffinerien einschließlich C₂- bis C₄- oder Cc-Fraktionen, Heizöle

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usw., ausgezeichnete Brennstoffe. Im allgemeinen sollten die schwereren und viskoseren Teere und Rückstandsöle. nur in Verbindung ^mi^ konzentrierteren oder verhältnismäßig reinen Sauerstoffstromen verwendet werden, um eine heftige und schnelle Reaktion in der "bei hoher Temperatur gehaltenen Verbrennungszone zu gewährleisten» Bei der "besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird eine sehr hohe Wärmemenge, Z₀B. 267 χ 10 kcal/Stunde/m , im Verbrennungsraum frei.

Äußerst wichtig bei der Verbrennungsstufe des Verfahrens gemäß der Erfindung ist ferner der Druck, unter dem die Verbrennungsreaktion durchgeführt wird. Es wurde gefunden, daß dieser Druck zwischen etwa 0,25 und 5,3 atü liegen muß, um stabile Verbrennungsbedingungen von hoher Intensität aufrecht zu erhalten und die Bildung eines Stromsvon gasförmigen Verbrennungsprodukten zu gewährleisten., der genügend Energie hat, um einen als Einsatzmaterial dienenden flüssigen Kohlenwasserstoff wirksam in Ruß innerhalb eines erwünschten Bereichs von einstellbaren Eigenschaften umzuwandeln. Vorzugsweise sollte der Verbrennungsdruck zwischen etwa 0,35 und 3,5 atü liegen. Für die meisten erwünschten Ruße ist ein Druck zwischen etwa 0,7 und 2,1 atü im allgemeinen das Optimum.

Die Temperaturen, die beim Verfahren gemäß der Erfindung auftreten,, sind im allgemeinen höher als bei üblichen Rußherstellungsverfahre'n. Eine Temperatur von wenigstens etwa 2200⁰C wird an irgendeiner Stelle des Prozesses immer erreicht. Im allgemeinen ist dies während der Verbrennung der Fall. Wenn ein sehr sauerstoffreiches Gemisch von Oxydationsmittel und Brennstoff in der Verbrennungsstufe verwendet wird, kann jedoch die maximale Temperatur auftreten, nachdem der als Ausgangsraaterial dienende flüssige Kohlenwasserstoff eingeführt und teilweise mit dem nicht verbrauchten Wasserstoff, der in den heißen gasförmigen Verbrennungsprodukten vorhanden ist,

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reagiert hat. Demgemäß sollte das Verhältnis von Brennstoff zu Oxydationsmittel auf der brennstoffreichen Seite auf Werte begrenzt werden, bei denen adiabatische Flammentemperaturen von wenigstens etwa 220O⁰C erreicht werden, jedoch kann am anderen Ende der Skala mit Sauerstoff/ Brennstoff-Verhältnissen gearbeitet werden, die so hoch sind, daß adiabatische Flammentemperatureη auftreten, die unter 2200⁰C, jedoch dicht genug bei diesem Wert liegen, daß diese Temperatur schnell erreicht wird, wenn der als Ausgangsmaterial dienende flüssige Kohlenwasserstoff mit dem Sauerstoff im heißen Gasstrom der Verbrennungsprcdukte reagiert.

Das wichtigste einzelne Merkmal der Erfindung ist die Art und Weise, in der der als Ausgangsmaterial dienende flüssige Kohlenwasserstoff in der vorstehend erläuterten Stufe (2) in den aus der Verbrennungsstufe (1) kommenden Strom der heißen Verbrennungsgase eingeführt wird. Es wurde gefunden, daß.jeder flüssige Kohlenwasserstoff schnell mit ungewöhnlich hohen Durchsätzen in hochwertigen Ruß umgewandelt werden kann, wenn er im wesentlichen quer vom Umfang dieses Verbrennungsgasstroms, nachdem dieser Strom einen Staudruck von wenigstens

0,21 kg/cm angenommen hat, in Form einer Vielzahl von kleinen, zusammenhängenden Flüssigkeitsstrahlen eingespritzt wird, die selektiv in die inneren Bereiche des Verbrennungsgasstroms eindringen,, Dies wird erreicht, indem" die'Zahl, Größe und Anfangsgeschwindigkeit (oder der Einspritzdruck) der Flüssigkeitsstrahlen so eingestellt werden, daß jeder Strahl gut in das Innere des Verbrennungsgasstroms eindringt, ohne jedoch bis zur gegenüberliegenden Seite dieses Stroms zu dringen. Zur Erzielung bester Ergebnisse sollten diese Flüssigkeitsstrahlen gebildet werden, indem das flüssige Ausgangsmaterial durch freie öffnungen, die einen Durchmesser zwischen etwa 0,25 und 1,5 mm, vorzugsweise von weniger

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als etwa 1 mm haben, unter einem gleichmäßigen Druck, der um wenigstens -7 kg/cm über dem statischen Druck im Verbrennungsgasstrom liegt, eingepresst werden. Im allgemeinen sollte der Druck, unter dem das flüssige Ausgangsmaterial unter sonst gleichen Bedingungen eingespritzt wird, um so höher sein, je geringer die Größe der Öff- . nungen ist. Die beste Kombination von Öffnungsdurchmesser und Einspritz-Differenzdruck hängt natürlich von den genauen Arbeitsbedingungen einschließlich solcher wichtiger Faktoren wie Größe und Breite des Stroms der heißen Verbrennungsgase und seines¹ Staudrucks an der Einspritzstelle des flüssigen Einsatzmaterials und der Viskosität, vom mittleren Molekulargewicht und anderen Eigenschaften des flüssigen Einsatzmaterials selbst ab.

Nachdem die Öffnungsgröße und der Einspritz-Differenzdruck festgelegt worden sind, kann die Zahl der erforderlichen Öffnungen leicht bestimmt werden, da diese direkt von der Menge abhängt, in der das Einsatzmaterial zugeführt werden muß. Bei der Herstellung des gegebenen Rußtyps mit einem gegebenen Ausgangsmaterial hängt diese Zuführungsmenge des Ausgangsmaterials ihrerseits weitgehend von der Menge der verfügbaren Wärme und des nicht verbrauchten Sauerstoffs (falls vorhanden) im Strom der heißen Verbrennungsgase ab. Für die meisten Rußtypen, 'die hauptsächlich von Interesse sind, wird die zugeführte Menge des Ausgangsmaterials in Verbindung mit den zugeführten Sauerstoff- und Brennstoffmengen so eingestellt,-daß die Gesamtverbrennung für den Prozess (unter der Annahme einer theoretisch vollständigen Oxydation aller Komponenten zu CO₂, H₂O usw.) zwischen etwa 20 und 40$ liegt. Grundsätzlich kann jedoch das Verfahren gemäß der Erfindung bei Verwendung geeigneter Reaktionsteilnehmer noch vorteilhaft bei Verbrennungswerten bis hinab zu etwa 10$ oder bis hinauf zu etwa 50$ unter Bildung brauchbarer Rußtypen durchgeführt werden.

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Für die dritte Stufe des vorstehend beschriebenen Verfahrens sind die wichtigsten Parameter die Größe und Form des Reaktionsraumes, der zwischen der Einspritzung des als Ausgangsmaterial dienenden flüssigen Kohlenwasserstoffs und der Kühlung-oder Abschreckung des gebildeten Reaktionsgemisches vorhanden ist. So bestimmt bei einer gegebenen volumetrischen Durchsatzmenge des Reaktionsgemisches das Gesamtvolumen des Raums zwischen der Einspritzzone des flüssigen Einsatzmaterials und der Kühlzone die V_erweii_zei-fc in der Hauptreaktionszone, in der

fe die Kohlenstoffbildung stattfindet. Wenn von der Ver-· brennungsstufe bis zur Einspritzstufe des Ausgangsmaterials unter Einhaltung, der vorstehend beschriebenen Bedingungen gearbeitet wird, vermag das erfindungsgemäße Hochleistungsverfahren hochwertige Ruße bei ungewöhnlich kurzen Verweilzeiten, z.B. bis hinab zu etwa 1 Millisekunde oder noch weniger, zu erzeugen. Bei den meisten Rußtypen liegen die Verweilzeiten unter optimalen Bedingungen gewöhnlich im Bereich von etwa 5 bis 100 Millisekunden. Natürlich kann häufig, falls gewünscht, mit längeren Verweilzeiten bis etwa 500 Millisekunden oder noch mehr ohne wesentlichen wirtschaftlichen Nachteil

fe gearbeitet werden. Zuweilen kann sich dies als nützlich erweisen, um gewisse besondere Produkteigenschaften zu erzielen. Auf weitere Einzelheiten bezüglich Größe und Form des Reaktionsraumes und der Art der Kühlung des Reaktionsgemisches wird nachstehend näher eingegangen.

In den Abbildungen sind einige bevorzugte Ausführungsformen von Vorrichtungen dargestellt. Zum besseren Verständnis der Erfindung werden die Verfahrensstufen nachstehend an Hand dieser Ausführungsformen ausführlicher beschrieben.

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Fig.1 ist ein Längsschnitt durch eine Vorrichtung, die sich zur Durchführung der ersten Stufe (Verbrennung) und der zweiten Stufe (Einspritzung des als Ausgangsmaterial dienenden flüssigen Kohlenwasserstoffs) des Verfahrens gemäß der Erfindung eignet«

Fig.2 ist ein Querschnitt längs der linie 2-2 von Fig,.1. Fig.«3 ist ein Querschnitt längs der Linie 3-3 von Fig.1.

Fig.4 ist ein Längsschnitt durch eine Vorrichtung, die sich zum Anschluß an das Austrittsende der in Fig.1 dargestellten Vorrichtung eignet, um das daraus austretende Reaktionsgemisch aufzunehmen und es nach Ablauf einer geeigneten Verweilzeit für die Kohlenstoffbildung zu kühlen.

Fig.5 ist ein Längsschnitt durch eine Vorrichtung, die der in Fig.1 dargestellten im allgemeinen ähnlich ist, abgesehen von der Art der Einführung des flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs und des oxydierenden Gases.. .

Die in Fig.1, 2 und 3 dargestellte Vorrichtung 10 zur Durchführung der Verbrennung und zur Einspritzung von flüssigem Kohlenwasserstoff im Rahmen des Verfahrens umfaßt zwei sich im wesentlichen über die gleiche Länge erstreckende, koaxiale, langgestreckte Außenmäntel 12 und 14. Der Innenmantel 12 umschließt den Verbrennungs-raum .16 und bildet zusammen mit dem Außenraantel 14 einen engen ringförmigen Kanal 18, durch den ein flüssiges Kühlmittel, z.B. Wasser, mit Hilfe der Eintritts- und Austrittsleitungen 20 und 22 umgewälzt werden kann. Ein Brennstoff mit hohem Heizwert, z.B. ein gasförmiger oder flüssiger Kohlenwasserstoff, wird durch die Zuführungsleitung 24 der Vorkammer 26 am Eintrittsende der Vorrichtung 10 zugeführti Von hier wird der Brennstoff durch die Verteilerplatte 18, die mehrere kleine gut verteilte öffnungen 30 enthält, in_; den Verbrennungsraum \ξ, elnge-

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führt. Bei der dargestellten speziellen ^Ausführungsform ist, wie am besten in Pig.2 ersichtlich, eine mittlere Öffnung 30 zusammen mit sechs ungefähr im gleichen Abstand im Kreis angeordneten umgebenden Öffnungen 30 vorgesehen. Beliebige andere gleichmäßige geometrische Anordnungen der Öffnungen 30 sind möglich, jedoch werden vorzugsweise wenigstens fünf solcher Öffnungen vorgesehen. Bei den sehr hohen Einsatzmengen und Durchsätzen, 'die beim Verfahren gemäß der Erfindung möglich sind, genügen gewöhnlich etwa 13 bis 15 solcher Öffnungen 30 selbst für die Erzeugung im großtechnischen Maßstab.

Etwas unterhalb (in Strömungsrichtung gesehen) der Brennstoffverteilerplatte 28 wird das sauerstoffreiche Oxydationsmittel seitlich durch die Leitung 32 eingeführt, die sich tangential in den Verbrennungsraum 16 an dessen Umfang, der durch die Innenwand des Mantels 12 gebildet wird, öffnet. Die sich ergebende schnelle Wirbel- oder Drehbewegung, die durch Einblasen des Oxydationsgases mit hoher Geschwindigkeit in dieser Weise hervorgebracht wird, bewirkt eine ausgezeichnete Vermischung des Oxydationsgases mit den Brennstoffstrahlen, die durch die öffnungen 30 eintreten, und gewährleistet eine schnelle, stabile, sehr intensive Verbrennung im Raum 16. Durch das verwendete sehr sauerstoffreiche Oxydationsmittel, den gut gefüllten Verbrennungsraum und die darin erreichte intensive Verbrennung wird normalerweise eine Wärmefreigäbe von mehr als 267 x 10 kcal/Stunde/m erzielt,

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und Wärmemengen von mehr als 8,9 χ 10 kcal/Stunde/m sind über einen erheblichen Bereich von Sauerstoff/Brennstoff-Verhältnissen auf beiden Seiten der Stöchiometrie, insbesondere bei den reineren Formen von Sauerstoff und Brennstoffen mit hohem Heizwert, nicht ungewöhnlich.

¹Um die heißen Verbrennungsgase einzuschließen und ihre Heizkapazität zu bändigen und auszunutzen, wird eine Isolierung des Innenmantels 12. nicht versucht. Die Mantel

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12 und 14 sind vielmehr aus Werkstoffen von hoher Wärmeleitfähigkeit, ζ.B; Metallen wie Aluminium, hergestellt, und ein Kühlmittel, z.B. Wasser, wird mit hoher Geschwindigkeit durch den Kanal 18 umgewälzt. Hierdurch wird das sehr kostspielige Problem, das mit dem Versuch verbunden ist, eine feuerfeste Isolierung zu finden, die den hohen Temperaturen und dem auftretenden Wärmeschock widerstehen könnte, ausgeschaltet. .

Der im Verbrennungsraum 16 erreichte Druck ist ein äußerst · wichtiger Faktor für die Gewährleistung erfolgreicher

Durchführung des restlichen Verfahrens. So ist ein »=■ f

Mindestverbrennungsdruck von etwa 1,27 kg/cm erforderlich, um einen starken, stetigen Verbrennungsgasstrom zu erzeugen, der ordnungsgemäß in die nächste Stufe des Verfahrens gelenkt wird, in der der als Ausgangsmaterial dienende flüssige Kohlenwasserstoff eingeführt wird. Vorzugsweise wird der Druck in der Verbrennungskammer zwischen etwa 1,4 und 3,5 kg/cm gehalten, da hierdurch nicht nur ein genügend kräftiger und stetiger Strom der heißen Verbrennungsgase gebildet, sondern auch absolut stabil'e Verbrennung über einen weiten Bereich von Bedingungen, z.B. über einen weiteren Bereich von Sauerstoff/Brennstoff-Verhältnissen, gewährleistet wird. Auch g wenn er in seinen reineren Formen verwendet wird, kann der Anteil des zugeführten Sauerstoffs zwischen etwa 50$ und 5OO56 des für vollständige Verbrennung des Brennstoffs zu COp, H₉O usw. theoretisch erforderlichen Anteils variieren. Bevorzugt werden Anteile' von etwa 70 bis '350$. Ebenso kann zwar der Druck in der Verbrennungskammer bis auf etwa 6 ata erhöht werden, jedoch ist die Gesamtkombination der anderen Faktoren selten so ungünstig, daß Verbrennungsdrücke von mehr als etwa 2 oder 3 ata erforderlich sind» .

Nachdem sich der kräftige Verbrennungsgasstrom gebildet hat, wird an einer Stelle, an der dieser sich im wesent-

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lichen als geschlossene Säule bewegende Strom einen Staudruck von wenigstens 0,21 kg/cm erreicht hat, der als Ausgangsmaterial dienende flüssige Kohlenwasserstoffdurch eine Reihe von 4 kleinen freien Öffnungen 34, die durch den Innenmantel 12 führen, quer in diesen Strom eingespritzt. Der flüssige Kohlenwasserstoff wird diesen Öffnungen unter einem im wesentlichen konstanten Druck durch Zuführungsleitungen 36 oder andere geeignete Zuführungsverteiler zugeführt. Fast jede annehmbare Zahl von Öffnungen 34 ^vo& nicht weniger als 2 ist geeignet, vorausgesetzt, daß das flüssige Ausgangsmaterial diesen Öffnungen unter einem im wesentlichen gleichmäßigen Druck zugeführt wird, der in Abhängigkeit von der Art des Ausgangsmaterials und der Größe des heißen ^verbrennungsgasstromes so eingestellt wird, daß das flüssige Ausgangsmaterial in das Innere des Verbrennungsgasstroms eindringt, jedoch nicht bis zur gegenüberliegenden Seite dieses Stroms dringt. Wie bereits erwähnt, können diese Öffnungen fast jeden beliebigen Durchmesser zwischen etwa 0,25 und 1,5 mm nach Bedarf haben. Für die meisten flüssigen Ausgangsmaterialien sind Öffnungen einer Größe zwischen 0,51 und etwa 0,5 mra am geeignetsten. Die Gesamtzahl der Öffnungen 34 einer gegebenen Größe hängt natürlich von der insgesamt zugeführten und zu handhabenden Menge des flüssigen Ausgangsmaterials ab, die ihrerseits von der Beschaffenheit des heißen Verbrennungsgasstroms und der prozentualen Gesamtverbrennung, die im gesamten Prozess stattfinden soll, usw. abhängt, wie bereits oben erläutert.

Diese Methode des Einspritzens des als Ausgangsmaterial dienenden flüssigen Kohlenwasserstoffs als eine Vielzahl von kleinen, quer gerichteten, zusammenhängenden, eindringenden Strahlen gewährleistet gleichmäßige, schnelle und feine Dispergierung und Verteilung des Ausgangsmaterials im gesamten Strom der heißen Verbrennungsgase, so

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daß das Ausgangsmaterial schnell und vollständig zersetzt und in hochwertigen Ruß in überraschend hohen Ausbeuten umgewandelt werden kann. Obwohl gegenüber den üblichen Zerstäubungsraethoden, die normalerweise bei der Einführung von flüssigen Kohlenwasserstoffen in Kohlenstoffbildungsprozessenangewandt werden, überlegene Ergebnisse durch, diese Einspritzmethode erzielt werden, wenn der Staudruck des heißen Verbrennungsgasstroms an der Einspritzstelle wenigstens etwa 0,21 kg/cm beträgt, liegt der kinetische Druck oder Staudruck an dieser Stelle zur Erzielung optimaler Ergebnisse, insbesondere bei der Herstellung von Rußen mit feineren Teilchen, vorzugs-

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weise bei wenigstens etwa 0,35 kg/cm. Insgesamt liegt der optimale Staudruck an dieser Stelle im allgemeinen

2 zwischen etwa 0,35 und 1,4 kg/cm .

Das Reaktionsgemisch, das auf diese Weise in der in Eig_o1, 2 und 3 dargestellten Vorrichtung 10 gebildet worden ist, enthält die gesamte Warme und den gesamten Kohlenstoff für die Rußbildung, so daß jetzt nur noch die notwendige Reaktionszeit eingestellt werden muß. Dies kann leicht geschehen, indem das Reaktionsgeraisch vom Ausströmende der Vorrichtung-.10 in einen geeigneten Reaktionsraum geführt wird. Beispielsweise kann, wie in Fig.4 dargestellt, ein Behälter 40 mit offenem Ende an das Ausströmende der Vorrichtung 10 mit Hilfe von zusammenpassenden Flanschen 38 und 42, die mit geeigneten, in Kreisform angeordneten Bolzenlöchern 44 und 44' versehen sind, angeschlossen werden. Der Reaktionsraum 46 im Behälter A-O muß durchgehend frei und offen sein und gewöhnlich eine größere Querschnittsfläche haben als das Ausströmende der Vorrichtung 10. Vorzugsweise ist die Quersehnittsflache des lintrittsendes des Reaktionsraums 46 um ein Mehrfaches» z.B. etwa Äaa 4-fache größer als die Quersslinittsflache des Ausst-römenäesäer Vorrichtung 10. Die Länge des Reaktionsraujns 46 hängt wn der maximalen

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Verweilzeit ab, die für die Kohlecstoffbildung bei großtechnischem Betrieb vorgesehen werden muß. Die genaue Verweilzeit für jeden Fall hängt natürlich von den jeweiligen Reaktionsbedingungen und den gewünschten Eigenschaften des gebildeten Rußes ab, jedoch liegt sie beim Verfahren gemäß der Erfindung gewöhnlich im Bereich von etwa 1 bis 100 Millisekunden für die meisten Rußtypen von größerem Interesse.

Um die Möglichkeit zu schaffen, die Kohlenstoffbildungsreaktion im gewünschten Augenblick zu beenden und hierdurch die Verweilzeit zu regeln, sind Flüssigkeitszerstäubungsdüsen an geeigneten Stellen im Reaktionsraum vorgesehen. Beispielsweise sind zwei solcher Zerstäubungsdüsen 48 in Fig.4 dargestellt. Im Betrieb wird die zu zerstäubende Flüssigkeit, gewöhnlich Wasser, den Düsen 48 unter einem geeigneten Druck mit Hilfe von Leitungen 50 zugeführt. Zur Erzielung einer größeren Flexibilität bezüglich der Veränderung der Verweilzeit für einen gegebenen Durchsatz oder für die Änderung des Durchsatzes bei einer gegebenen Verweilzeit kann man mehr als eine Gruppe von Zerstäubungsdüsen vorsehen. Beispielsweise könnten zusätzliche Düsen 48 an anderen Stellen, z.B. an den Stellen A und/oder B, die durch die Pfeile in Fig.4 angedeutet sind, angeordnet werden. Da die Kohlenstoffbildungsreaktion durch die Abkühlung im wesentlichen abgebrochen wird, besteht das den Reaktionsraum 46 durch den Austritt 52 verlassende Gemisch aus einem heißen Aerosol oder Rußprodukt in Nebenproduktgasen. Nach dem Austritt aus dem Ausgang 52 wird dieses heiße Aerosol den üblichen Endbehandlungen, d.h. Abkühlung, Abtrennung und Abscheidung der Feststoffteilchen, wie dies bei der Herstellung von Ruß nach dem Furnace-Verfahren üblich ist, unterworfen.

Der Behälter 40 könnte aus feuerfestem Material hergegtellt werden, wie dies bei den meisten Rußöfen üblich

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ist, jedoch wird ,er vorzugsweise-ebenso wie die Baugruppe 10 aus Werkstoffen von hoher Wärmeleitfähigkeit, z.B. Metallen, hergestellt und mit einem Kühlmantel 54 versehen, wie in Fig.4 dargestellt, so daß während des Betriebs ein geeignetes flüssiges Kühlmittel wie Wasser mit Hilfe der Eintritts- und Austrittsöffnungen 56 und 58 darin umgewälzt werden kann.

In Fig.5 ist eine Vorrichtung 60 dargestellt, die der in Fig.1 dargestellten Vorrichtung 10 allgemein analog ist und an Stelle der letzteren verwendet werden kann, um die ersten "beiden Stufen des Verfahrens gemäß der Erfindung durchzuführen. Die Vorrichtung 60 umfaßt somit zwei sich im wesentlichen über -die gleiche Länge erstreckende, koaxiale Mantel 62 und 64· Der Innenmantel.62 umschließt den Verbrennungsraum 66 und bildet zusammen mit dem Außenmantel 64 einen schmalen ringförmigen Kanal 68 für die Umwälzung eines flüssigen Kühlmittels zwischen dem Eintritt 20 und dem Austritt 22.

Ebenso wie bei der Vorrichtung 10 ist das Ausströmende der Vorrichtung .60 mit einem Plansch 38 mit kreisförmig angeordneten Bolzenlöchern 44 versehen. Ebenso ist die. Vorrichtung 60 unmittelbar vor ihrem Ausströmende mit |

Mitteln zum Einspritzen des als Ausgangsmaterial dienenden flüssigen Kohlenwasserstoffs, nämlich kleinen Öffnungen 34 versehen, denen der flüssige Kohlenwasserstoff durch die Leitungen 36 zugeführt wird. ■ -

Der Hauptunterschied zwischen der in Fig.!dargestellten Vorrichtung 10 und der in Fig.5 dargestellten Vorrichtung 60 liegt somit in der Art der Einführung und Vermischung des flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs mit dem sauerstoffreichen Oxydationsgas zur Auslösung der mit hoher Intensität ablaufenden Verbrennungsstufe des Verfahrens. In der- Vorrichtung 60 wird das sauerstoff-

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reiche gasförmige Oxydationsmittel durch eine Reihe von Öffnungen 70, die direkt auf einen gemeinsamen zentralen Punkt im Einströmende des Verbrennungsraums 36 gerichtet sind, seitlich in den Verbrennungsraum 66 eingeführt.

Das Oxydationsgas wird den Öffnungen 70 unter einem geeigneten Druck mit Hilfe der Zuführungsleitungen 72 oder mit Hilfe eines anderen geeigneten Verteilers zugeführt. Der flüssige oder gasförmige Brennstoff wird mit Hilfe kleiner Bohrungen 74, die sich an einem Punkt unmittelbar vor der Stelle, an der die Bohrungen 70 sich in den Verbrennungsraum 66 öffnen, mit den Bohrungen 70 gabeln und verbinden, in das Oxydationsgas eingeblasen. Der flüssige oder gasförmige Brennstoff wird den Bohrungen 74 durch Zuführungsleitungen 76 oder andere geeignete Verteiler zugeführt. Mit anderen Worten, die Anordnung zum Einblasen bzw. Einspritzen von Brennstoff und Oxydationsmittel bei der in Tig.5 dargestellten Vorrichtung 60 erzeugt ein strahlstabilisiertes Feuer in der Verbrennungszone 66, während die in Fig.1 dargestellte Vorrichtung 10 zu einem drallstabilisierten Feuer in der Verbrennungszone 16 führt.

Einige bevorzugte Ausführung3formen der Erfindung, ihre Vorteile und Flexibilität sowie in einigen Fällen die Folgen des Arbeitens außerhalb der vorgeschriebenen Grenzen werden durch die folgenden Beispiele veranschaulicht.

Beispiel 1

Die in Fig.1, 2, 3 und 4 dargestellte Vorrichtung wurde verwendet. Diese Vorrichtung hatte die folgenden wesentlichen Abmessungen:

Innendurchmesser des Mantels 12 19,05 mm

Länge des Mantels 12 (gemessen von der Verteilerplatte 28) 177,8 mm

Länge des Mantels 12 (gemessen vom

tangentialen Eintritt 32) 152,4 mm

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Durchmesser der Öffnungen 30 1,59 mm

(vorgesehen sind 7 Öffnungen, nämlich eine in der Mitte und 6 in gleichen Abständen um die Mittelöffnung in einem Kreis von 12,7 mm) . , „ . ■

Durchmesser der Bohrungen 34 0,5^1 mm

(vorgesehen sind zwei einander gegenüberliegende Bohrungen 34, die im Abstand von 12,7 mm vom Ausströmende des Mantels 12 angeordnet sind) ■

Innendurchmesser des Behälters 46 76,2 mm

Länge des Behälters 46 (bis zu den

Düsen 48) 91,4 cm

Bei diesem Versuch wurden die nachstehend genannten Reaktionsteilnehmer an den folgenden Einführungsstellen zugeführt: Erdgas, das hauptsächlich aus Methan bestand und einen Heizwert von etwa 8900 kcal/m hatte, diente als Brennstoff und wurde durch den Eintritt 24 in die Vorkammer 26 und von dort durch die Öffnungen 30 züge« Vführt· Als sauerstoffreiches Oxydationsmittel diente technischer Sauerstoff, der eine Reinheit von mehr als 99$ molekularem Sauerstoff hatte und durch den tangentialenEintritt 32 eingeführt wurde. Das flüssige Ausgängsmätefial, das durch die Bohrungen 34 zugeführt wurde, war ein Rucks tandsb'l, das aus der kätalytischeη teiekung einer Erdölraffinerie erhalten worden wai? und die folgenden Kennzahlen, hatte:

AI>I*GraVity bei 15,6⁰C (ASTM-D^287) ü!

Spezifisches Gewicht bei 15»6⁰O

(ASTM D*287) · 1,085

Viskosität, SUS bei 54»4⁰C (ASTM D-S8) 26S Viakosität,SüS bei 98,9°0 (ASfM D«88) ^7,5

femperatur deä 5^p

(ASTM P-I160)

Kohlenstoffgehali; 89,0

8,1

- ■ 1,2

Eine Reihe von Versuchen wurde mit der vorstehend beschriebenen Kombination von Apparaturen und Reaktionsteilnehmern unter Beachtung aller Vorschriften der Erfindung durchgeführt, wobei von Versuch zu Versuch das Verhältnis von Brennstoff zu Oxydationsmittel verändert wurde, um einen Bereich von Operationen zu veranschaulichen, bei denen der gebildete Verbrennungsproduktstrom 1) Sauerstoffmangel hat und von reduzierender Natur ist, 2) bei ungefähr stöchiometrischen Bedingungen im wesentlichen ausgeglichen, 3) sauerstoffreich und von oxydierender Natur ist und 4-) einen großen überschuss nicht umgesetzten Sauerstoffs enthält. Gleichzeitig wurde die in der zweiten Stufe des Verfahrens zugeführte Menge des flüssigen Ausgangsmaterials bei dieser Versuchsreihe so eingestellt, daß die prozentuale Gesamtverbrennung, die theoretisch bei jedem Versuch erreichbar war, ungefähr gleich blieb (etwa 29 bis 30$) und die. Verweilzeit des vollständigen Reaktionsgemisohes bei jedem Versuch vor der abschließenden Kühlung im wesentlichen konstant bei etwa Λ5 Millisekunden blieb.

Die wesentlichen Arbeitsbedingungen dieser vier Versuche und die hierbei erhaltenen Ergebnisse bezüglich der gebildeten Ruße sind nachstehend in Tabelle I zusammengestellt.

Tabelle I

Versuch Nr. 4-424 «· 70 64 62 74

Zuseführte Sauerstoffmenge,

56,64 56,64 56,64 56,64

Zugeführte Erdgasmenge,Nm⁵ 35,4 28,32 17,7 8,5

Druck in der Verbrennungskammer, atü 0,84 0,77 0,53 0,35

Zugeführte Menge des flüssigen Auagangsmaterials,

l/Stunde 46,6 51*1 62,5 70

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_ 19 -

Tabelle I (Forts.) .

70 64 62 74

32,21	31,75	32,66	34,47
82,5	79	81,5	82
125	149 .	147	135
185	241	242	225
188	173	169	168

Einspritzdruck für flüs- ·

siges Ausgangsraaterial,

atu 10,2 12,3 15,1 17,6

Erhaltener Ruß

Produktionsgeschwindigkeit, kg/Stunde

Nigrometerwert Oberfläche², m²/g

Farbkraft

DBP-Absorption⁴"

Extrabierbare Bestand-

teile?, Gew.-# · 0,1 0 0 0,1

1) Die Nigrometerwerte stellen die relative Lichtreflexion im Vergleich zu einer Standard-Anreibung von Ruß in Öl dar. Je niedriger der Nigrometerwert, um so dunkler ist der Ruß, d.h. um so größer ist seine Farbtiefe.

2) Gemessen durch Jodabsorption

3). Relative Deckkraft eines Rußes, der im Gewichtsverhältnis von 1:30 mit einem standadisierten Zinkoxyd, das in einem Standardöl dispergiert ist, gemischt ist und mit einer Standardreihe von Vergleichsrußen verglichen wird, die unter den gleichen Bedingungen getestet werden.

A) Die DBP-Absorptionswerte sind angegeben in ml Dibutylphthalat, das pro 100 g Ruß aufgenommen, wird, wenn eö mit dem Ruß gemäß ASTM-D-2414 (1965T) gemischt

wird,, bis der Verschmelzungspunkt der Masse erreicht ist. Diese Werte zeigen den Grad der "Struktur" oder der Zusammenlagerung der Teilchen und die Netzwerkbildung an.

0 0.9843/1262

20159H

5) Bestandteile, die aus dem Ruß entfernt werden, wenn eine Probe des Rußes in der 10-fachen Gewichtsmenge Toluol 12 bis 22 Stunden am Rückfluß erhitzt wird.

Bemerkenswert bei einer Betrachtung der vorstehenden Werte ist folgendes:

1) Die bei den Versuchen hergestellten Ruße haben einen ungewöhnlich hohen "Strukturgrad" und eine überra-

^v sehend kleine Teilchengröße, besonders wenn man die theoretische prozentuale Gesamtverbrennung von 29 bis 30$ berücksichtigt. Selbst der gröbste dieser Ruße ist feiner als die z.Zt. im Handel erhältlichen Super Abrasion Furnace-Ruße.

2) Die bei diesen Versuchen erzielten Rußausbeuten liegen dicht bei 50$ des insgesamt in den Prozess eingesetzten Kohlenstoffs. Dieser Wirkungsgrad wird normalerweise nur bei viel gröberen Rußen von minderer Qualität erreicht.

3) -Die in einem ziemlich weiten Bereich vorgenommene Veränderung des Sauerstoff/Brennstoff-Verhältnisses in der Verbrennungsstufe bei den vorstehend beschriebenen Versuchen änderte den als Kohlenstoffausbeute ausgedrückten Wirkungsgrad nicht wesentlich und verschlechterte die grundlegenden physikalischen Eigenschaften des gebildeten Rußes nicht. (Jedoch wurden xjbei den Versuchen, bei denen die Verbrennungsbedingungen dichter beim stöchiometrischen Verhältnis von Sauerstoff und Brennstoff lagen, etwas feinere Ruße gebildet.)

Angesichts der oben genannten "High Structure" und des ausgezeichneten Verstärkungsvermögens dieser Ruße wurden Proben jedes Produkts au3 den vier beschriebenen Versuchen in Mischungen auf Basis von Naturkautschuk und auf Basis

0098A3/ 1 262

eines synthetischen Styrol-Butadien-Kautschuks erprobt. Die Mischungen wurden nach den in der Industrie üblichen Rezepturen aus folgenden Bestandteilen (Gewichtsteile) hergestellt:

Tabelle II *

Bestandteile Naturkautschuk Synthesekautschuk

Polymeres ._ 100 (Smoked Nr.1) 100 (SBR-1500) Zinkoxyd 5 5 -

Stearinsäure 3 1,5

Schwefel 2,5 2 · ä

Beschleuniger (1) 0,6 2

Ruß 50 50

(1) Benzothiazyldisulfid.

Die -eigenschaften-der Mischungen und Vulkahisate sind in der folgenden Tabelle angegeben»

0098Λ3/1262

Tatelle III

	70	Naturkautschuk	62	74	. 70	SBR	15Ο02	74
Versuch Nr.	60	64	68	62	64	64	62	63
Mooney-Viskosität, ML-4r bei 1000C		70				68	68
Schrumpfung beim Strangpressen					41,9			41,7
bei 50°C, £	250		229	2J9	239	42,2	37,8	229
ο Zugfestigkeit, kg/cm2	188	261	177	154	239 .	281	230	183
«> Modul bei 300^ Dehnung, kg/cm	380	167	400	450	300	195	207	380 ΐ- ι
*- Dehnung,#	69	450	72	68	74	400	320	70
-η. Härte, Shore A2	69			76	76

(i)Die Proben zur Ermittlung der Zugfestigkeit und Härte wurden 30 Minuten bei 145* vulkanisiert.

'C

(2) Die Proben für die Ermittlung der Zugfestigkeit und Härte wurden 50 Minuten bei 145°C vulkanisiert.

to-

Die vorstehend genannten, mit dem Kautschuk erzielten Ergebnisse bestätigen im allgemeinen den hohen Grad der feinteiligen Struktur und der Verstärkungsfähigkeit dieser Reihe von Rußen für Kautschuk. Es ist jedoch für den Fachmann offensichtlich, daß spezielle Modifikationen in der Mischungszusammenstellung eine viel weitgehendere Ausnutzung der Verstärkungsfähigkeit dieser Ruße ermöglichen würden.

Beispiel 2

Unter Verwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Apparatur wurde eine Reihe von Versuchen genau unter den gleichen Bedingungen, wie sie für die Versuche 4424-62 genannt wurden, durchgeführt, wobei jedoch geringe Mengen Kaliumchlorid in die heißen Verbrennungsprodukte unmittelbar vor der Einführung des flüssigen Ausgangsmaterials eingeführt wurden, um zu ermitteln, ob die "strukturreduzierende" Wirkung von Alkaliverbindungen (wie in den U.S.A.-Patentschriften 3 010 794 und 3. 010 795 beschrieben) auch angesichts der äußerst starken Neigung zur Bildung von "High Structure"-Rußen, die in Beispiel 1 beschrieben wurden, erhalten bleiben würde. |

Die Bedingungen dieser Versuche und die dabei erhaltenen Produkte sind in der folgenden Tabelle zusammen mit den Ergebnissen des Vergleichsversuchs 4424-62 zusammenge- ·

stellt. ■■".-' " *

0098 A3/1262

	IM	Versuch	62	60	201	59U
-	Tabelle IV
		56,64	56,64
	Zugeführte Sauerstoff	17,7	17,7	Nr. 4424-
menge, Nm^/stunde			59	58
Zugeführte Erdgasmenge	0,53	0,53
Nm*/Stunde			56,64	56,64
Druck in der Verbren	62,45	62,45
nungskammer, atü			17,7	17,7
Flüssiges Ausgangs
material, l/Stunde	15,1	15,1	0,53	0,53
Einspritzdruck für
flüssiges Ausgangs	0	3	62,45	62,45
material, atü
Zugeführte KCl-Menge*,
g/Stunde	32,66	32,21	15,1	15,1
Gebildeter Ruß	81,5	81
Produktionsgeschwin	147	120	6	9
digkeit, kg/Stunde	242	245
Nigrometerwert	169	108
Oberfläche, m /g			31,3	31,75
Farbkraft	0	0,2	82	83
DBP-Absorption	113	96
Extrahierte Bestand	235	232
teile, Gew. -i»	93	94
		*
	0,2	0,1

(*) Zugeführt als wässrige Lösung, die 10 g KCl/l ent

hielt

Diese Ergebnisse zeigen, daß die zugesetzte Kaliumverbindung auch hier in der Lage, ist, die "Struktur" ohne größere Verschlechterung der Ausbeute oder Verschlechterung des Verstärkungsvermögens der einzelnen Teilchengrößen außergewöhnlich stark zu reduzieren.

Der beim Versuch 4424-60 dieser Reihe erhaltene Ruß wurde in den in Beispiel 1 beschriebenen Kautschukmischungen erprobt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammen mit den entsprechenden Zahlen für den hier als Vergleichsversuch dienenden, bereits in Bei-

0098 A3/ 126 2

	—	"37,8	51, t
239	281	230	281
177,1	148	207	' 176
400	510	320	430
72	66	76	70

201 59H SlS

spiel 1 genannten Versuch 4424-62 angegeben.

tabelle V ...

".-.'■_ - Naturkautschuk · SBR-1500' Versuch Nr. 62 60 62 60

Mooney-Viskosität,

ML-4¹ bei 100⁰C 68 60 68 59

Schrumpfung beim
Strangpressen bei
50⁰C, Jo

.Zugfestigkeit, kg/cm. cj? ^i cj\j cut g

Modul bei 300$ Dehnung,
kg/cm²

Dehnung,^
Härte, Shore A2

Diese Ergebnisse bestätigen, daß der Ruß aus Versuch 60, der mit. Zusatz von KCl hergestellt wurde, weniger "Struktur" hat und einen weicheren Gummi in einer gegebenen Mischung mit starker Erniedrigung der Modulwerte. und erhöhter Zugfestigkeit und Dehnung bildet. '

Beispiel 3 '

Die gleiche VOrrichtung wie in Beispiel 1, bei der jedoch |

der die Reaktionszone umschließende Behälter 46 von Fig.4 eine andere Große hatte, wurde verwendet. Uin

wesentliche· Veränderungen der Verweilzeit zwischen -dem.

Einspritzen des flüssigen Ausgangsmaterials in der ■' ·· Stufe 2 und der Kühlung in Stufe 3; des Verfahrens gemäß der Erfindung vorzünehmen, ohne daßstarke Änderungen in den Durchsätzen und anderen Bedingungen, des Prozesses

eintreten, wurde die Größe der Reaktions zone 46 bei

dieser Versuchsreihe von Versuch zu Versuch bewußt ver-

Auch; äU,e Farm: des Verbrennurigarauma %6, in der Vfa,r inaoferri andtera» ials; der Innenjnjiantel 12

20159H

keinen gleichmäßigen Durchmesser über seine gesamte Länge hatte. Stattdessen bestand er aus zylindrischen Teilen von 19»05 mm Durchmesser an jedem Ende, einem zylindrischen Teil von 38,1 mm Durchmesser, in der Mitte und verbindenden kegelstumpfförmigen Übergangsabschnitten zwischen dem Mittelteil und den Endteilen. Der Verbrennungsraum 16 bei dieser Vorrichtung hatte somit ein etwas größeres Volumen als die in den Beispielen 1 und 2 verwendeten Vorrichtungen trotz der Tatsache, daß die Länge des Innenmantels 12 im vorliegenden Fall nur 152,4 mm von der Verteilerplatte und nur 114,3 mm vom tangentialen Eintritt 32 betrug·

Im übrigen waren die Anordnung der Teile und die Arbeitsbedingungen für dieses Beispiel im wesentlichen die gleichen, wie sie in Beispiel 1 genannt wurden. Die Bedingungen für diese Versuchsreihe und die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt, wo wiederum die entsprechenden Angaben für den Versuch 4424-62 zum Vergleich wiederholt werden.

Tabelle VI Versuch Nr₀ 4424-62 24-32 59-36 59-65

Zugeführter Sauer stoff, Nm3/Stunde	56,64	56,64	56,64	56,64
Zugeführtes Erdgas, Nm'/Stunde	17,7	17,7	17,7	17,7
Druck der Verbren nungskammer, atü	0,53	0,63	0,63	0,63
Flüssiges Ausgangs material, l/Stunde	62,45	66,24	60,94	65,1
Gesamtverbrennung, io der Theorie	29	27,5	29,5	28
Einspritzdruck für flüssiges Ausgangs material, atü	15,1	16,52	14,76	16,2
Durchmesser des Be hälters 46, mm	76,2	152,4	50,8	152,4

Länge des Behälters 46 bis zu den Düsen 48,

2015314

Tabelle VI (Forts.) Versuch Nr. 4424-62 24-32 59-36 59-65

Verweilzeit in der

Zone 46 vor der

Kühlung, Millisekun- .

den 15 30 5 105

Gebildeter Ruß

32,66	35,38	29,94	31,3
81,5	83	81,5	85
147	121	121	140-
.242	209	257	224
169	172	163	158

Produktionsgeschwindigkeit, kg/Stunde Nigrometerwert . Oberfläche, m /g Farbkraft
DBP-Abs ο rpt i ο η,ml/g

Extrahierte Bestandteile, Gew.-$ 0 0 0,2 0

Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, daß selbst bei kurzen Verweilzeiten in der Größenordnung von 5 Millisekunden oder bei dem 20-fachen dieser Zeit weder der grundlegende Charakter des gebildeten Rußes noch die Ausbeute an Ruß sich stark ändern, zumindest nicht auf besonders schlechte Werte. -

Beispiel 4

Weitere Versuche wurden unter Verwendung der in Beispiel 3 für die Versuche 59-36 beschriebenen Apparatekombina- ' tion, d.h. mit der doppelkegelstumpfförmigen Verbrennungskammer (Durchmesser 19,05-38,1 mm) zusammen mit. der Reaktionszone 46 von 50,8 mm Innendurchmesser und 61 cm Länge bis zu den Düsen 48, durchgeführt. Die Bedingunpen dieser Versuche und ihre Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammen mit den zum Vergleich wiederholten Werten für den Versuch 59-36 zusammengestellt.

0:084.3/ 1 262

Tabelle VII Versuch Nr, 59-56 59-52 59-56

Zugeführter Sauerstoff,

Nm⁵/Stunde 56,64 56,64 56,64

Zugeführtes Erdgas,Nm⁵/Std. 17,7 7,08 42,48

Druck in der Verbrennungskammer, atü

Flüssiges Ausgangsmaterial, l/Stunde

Einspritzdruck für

t flüssiges Ausgangsmaterial, atü

Gesaratverbrennung, '$> der Theorie

Verweilzeit in der Reak-. tionszone 46, Millisekunden 5 5,5 5,5

Gebildeter Ruß

0,65	0,	49	0	,74
60,94	54,	9	28	,77
14,76	11,	95	5	,62
29,5		37		36

Produktionsgeschwindig	29,94	23,59	19,05
keit, kg/Stunde	81,5	82	83
Nigrometerwert	121	150	103
Oberfläche*, rn2/g	257	247
Farbkraft

Extrahierte Bestandteile,

Gew.-^ 0,2 0 4,8

* Gemessen durch Stickstoffadsorption nach der BET-Methode.

Der bei dem Versuch 59-52 gebildete Ruß war im allgemeinen mit dem beim Vergleichsversuch 59-36 gebildeten Ruß vergleichbar, obwohl die Ausbeute etwas geringer war, zweifellos bedingt durch die etwas höhere, auf die Theorie bezogene prozentuale Gesamtverbrennung, mit der dieser Versuch durchgeführt wurde. Der beim Versuch 59-56 gebildete Ruß war jedoch infolge des äußerst hohen Gehaltes an extrahierbaren Bestandteilen völlig unbefriedigend. Der Extrakt war bei diesem Ruß so hoch, daß

009843/1262

- 2ft- -

eine Farbkraft nicht bestimmt werden konnte.

Nach Entfernung der Reaktionszone 46wurde bei der Beob achtung der Einspritzung des.flüssigen Ausgangsmaterials in die heißen Verbrennungsprodukte, die unter den in der vorstehenden Tabelle für den Versuch 59-56 angegebenen Bedingungen gebildet wurden, festgestellt, daß' die schlechten Ergebnisse bei diesem Versuch darauf zurückgeführt werden konnten, daß das flüssige Ausgangsmaterial bei diesem Versuch keine genügende Antriebskraft hatte, um gut in das Innere der an den Öffnungen ä 34 vorbeiströmendeh heißen Verbrennungsprodukte einzudringen. Statt dessen wurde das flüssige Ausgangsmaterial lediglich längs des Umfangs des Stroms der heißen Verbrennungsprodukte mit den oben beschriebenen nachteiligen Folgen mitgerissen.

Beispiel 5

Die Vorrichtung war in der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben (und in Fig.1, 2, 3 und 4 dargestellt) ausgebildet, jedoch größer, um wesentlich höhere Durchsätze zu ermöglichen. Diese Vorrichtung hatte die folgenden wesentlichen Abmessungen: . . |

Innendurchmesser des Innenmantels 12 50,8 mm

Länge des Mantels 12

gemessen.von der Verteilerplatte 28 330,2, mm

gemessen vom tangentialen Eintritt 32 279,4 mm,

Durohmesser der Öffnungen 30 .3,2 mm

(vorhanden sind 7 Öffnungen: 1 in der

Mitte und 6 mit gleichem Abstand davon

mit den Mittelpunkten auf einem 38»2 mm-

Kreis)

Durchmesser der Bohrungen 34 0,76 mm

(vorhandensind 8 Bohrungen im Abstand von 45°, 25,4 mm vom Ausströmende des .

Mantels. 12)

Inrien.durchmesaer des Behältex3 46 152,4 min.

009 843/1262

Länge des Behälters 46 (bis zu den Düsen 48) 213,4 cm

Bei diesem Beispiel waren die verwendeten Reaktionsteilnehmer, und ihre Einführungspunkte die gleichen wie in Beispiel 1 mit dem Unterschied, daß als flüssiges Ausgangsmaterial, das durch die Bohrungen 34 eingeführt wurde, eine Rückstandsfraktion der katalytischen Krackung verwendet wurde, die aus einer anderen Raffinerie stammte und folgende Kennzahlen hatte:

API-Gravity bei 15,6⁰C +1,1

Spez.Gewicht bei 15,6⁰C 1,065

Viskosität, SUS bei 54,4°C 75,9

Viskosität, SUS bei 99°C 39,6

Geschätzter 50^-Destillationspunkt 358°C

Kohlenstoffgehalt 89,1 Gew.-$ Wasserstoffgehalt 8,45 "

Schwefelgehalt 1,89 "

Asche ' 0,01 "

Mit der vorstehend beschriebenen Kombination von Apparaturen und Reaktionsteilnehmern wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt, bei denen stark oxydierende Verbrennungsreaktionsbedingungen in der ersten Stufe jedes Versuchs aufrecht erhalten wurden, aber die Menge des flüssigen Ausgangsmaterials von Versuch zu Versuch verändert wurde, um den Prozentsatz der theoretisch vollständigen Verbrennung in der Reaktionszone 46 zu verändern.

009843/1262

Tabelle VIII	Versuch Nr.	P-30 "	320	P-32	P-34	P-36
Zugeführter Sauer stoff, Nm3/Stunde	453	0,5	453	453	283
Zugeführtes Erdgas, NnP/Stunde	68	81,5	- 68	68.	42,5
Druck in Verbrennungs kammer, atü .	0,49	128	0,49	0,49	0,18
Staudruck der Verbren1- nungsprodukte an den Öffnungen 34	0,35	0	0,35	0,35	0,14
Flüssiges Ausgangs material, l/Stunde	621		492	405	257
Einspritzdruck für flüssiges Ausgangs- material, atü	20,4	15,5 .	10,5	7,7*
Prozentsatz der theo retischen Gesamtver brennung	29	36	43	43
Verweilzeit in der Reak tionszone 46 vor der Kühlung, Millisekunden 13	14	15	24
Gebildeter Ruß
Produktionsgeschwindig keit, kg/Stunde	211,4	* 125	95,3
Ausbeute, kg C/l Aus gangsmaterial	0,42	0,3	0,37
Nigrometerwert	77,5	72	80,5
BET-Oberflache, m2/g	295	481	140
Extrahierte Bestand teile	0	0	0

* Von den 8 Öffnungen 34 waren während dieses Versuchszwei verstopft.

Es ist zu bemerken, daß bei den ersten drei Versuchen dieser Reihe die Verbrennungsreaktionsbedingungen zwischen Sauerstoff und Heizgas so konstant gehalten wurden, daß der Verbrennungsdruck in der ersten Stufe des Verfahrens 0,42 atü und der Staudruck in den an den Öffnungen 34 vorbeiströmenden heißen Verbrennungspro-

0 0 8 8Λ 3/1262 '

dukten in der zweiten Stufe des Verfahrens 0,35 kg/cm betrug. Durch Verringerung der Menge des in die zweite Stufe eingeführten flüssigen Ausgangsmaterials, jedoch unter Aufrechterhaltung guten Eindringens des Ausgangsmaterials in die heißen Verbrennungsprodukte wurde die Feinheit des gebildeten Rußes sehr stark verringert, z.B. auf einen Nigrometerwert von 77»5 beim Versuch P-32, der bei nur 36$ der theoretisch vollständigen Gesamtverbrennung durchgeführt wurde, und auf einen Nigrometerwert von nur 72 bei 43?« der theoretisch vollständigen Gesamtverbrennung beim Versuch P-34. Obwohl gleichzeitig die Ausbeuten an Ruß pro Liter des flüssigen Ausgangsmaterials abfielen, blieben sie dennoch in jedem Fall unter Berücksichtigung der Qualität des gebildeten Rußes auf einer Höhe, die bisher bei keinem bekannten Verfahren erreichbar war.

Wenn jedoch beim Versuch P-36 die Verbrennungsbedingungen in der ersten Stufe so verändert wurden, daß der Druck darin auf unter 0,21 atü und der Staudruck der heißen Verbrennungsprodukte in der Stufe 2 auf weniger als 0,21 kg/cm fiel, ergab sich eine starke Verschlechterung des Ausbeute/Nigrometerwert-Verhältnisses des gebildeten Produkts (auch wenn die Einspritzung des flüssigen Ausgangsmaterials durch Blockierung von zwei Öffnungen 34 so reguliert wurde, daß das Ausgangsmaterial in die Verbrennungsprodukte gut eindrang). Es ist somit festzustellen, daß die Qualität des beim Versuch P-36 gebildeten Rußes nicht wesentlich besser war als die des beim Versuch P-30 gebildeten Rußes und dennoch die Ausbeute um 0,13 kg pro Liter des verbrauchten flüssigen Ausgangsmaterials schlechter war.

009843/ 1 262

20.159H

Beispiel 6

Die gemäß Pig.5 ausgebildete Vorrichtung wurde zur Einführung der Reaktionsteilnehmer verwendet, an die eine gemäß Fig.4 ausgebildete. Reaktions- und Kühlzone mit den Planschen 44 und 44' angeschlossen war. Die Gesamtvorrichtung hatte die folgenden wesentlichen Abmessungen:

Der Innenmantel 62 hatte über die ersten 89 mm seiner Länge einen Innendurchmesser von 50,8 mm, verjüngte sich dann allmählich über die nächsten 63,5 mm seiner Länge, bis er einen Innendurchmesser von 20 mm erreichte, den er über die restliche Länge von 25,4 mm beibehielt. i

Sechs sich schneidende Paare von Bohrungen 70 und Bohrungen 74 waren im Abstand von 60 um den Umfang des Innenmantels 62 vorgesehen, wobei jede Bohrung 70 einen Durchmesser von 2,03 mm und jede Bohrung 74 einen Durchmesser von 0,76 mm hatte.

Zwei Bohrungen 34, die einen Durchmesser von 0*51 mm hatten, waren im Abstand von 180° um den Umfang des Innenmantels 62 in einem Abstand von 12,7 mm von seinem Ausströmende vorgesehen.

Der Behälter 46 hatte einen Innendurchmesser von 76,2 mm wie in Beispiel 1, jedoch betrug der Abstand der Düsen 48 Λ für die Kühlflüssigkeit von der Stirnfläche des Flansches 44' nur 45,7 cm anstatt 91,4 cm wie in Beispiel 1.

Die folgenden Reaktionsteilnehmer wurden an den nachstehend genannten Stellen eingeführt: Technischer Sauerstoff, der eine Reinheit von wenigstens 99$ molekularem Sauerstoff hatte, wurde den sechs Bohrungen 70 durch ein ausgeglichenes Verteilersystem mit'Hilfe der Leitungen 72 zugeführt. Ferner wurde durch ein ausgeglichenes Verteilungssystem über die Zuführungsleitungen 76 allen Bohrungen 74 ein flüssiger Brennstoff zugeführt, der aus der gleichen Rückstandfraktion bestand, die in ·

009843/1262

20159H

Beispiel 5 als flüssiges Ausgangsmaterial verwendet wurde. Gleichzeitig wurde dieses gleiche flüssige Ausgangsmaterial wie in Beispiel 5 allen Düsen 34 als ■ flüssiges Ausgangsmaterial zugeführt.

Eine Reihe von V_ersl;chen wurde mit der vorstehend beschriebenen Kombination von Apparaturen und Reaktionsteilnehmern gemäß den Lehren der Erfindung durchgeführt, wobei von Versuch zu Versuch das Verhältnis von flüssigem Brennstoff zum Oxydationsmittel in der Stufe 1 des Verfahrens verändert wurde, um einen Bereich von Operationen zu veranschaulichen, bei denen der darin erzeugte Verbrennungsproduktstrom 1) bei ungefähr stöchiometrischem Zustand im wesentlichen ausgeglichen, 2) reich an Sauerstoff und von oxydierender Natur ist und 3) einen groi3en Überschuss an nicht umgesetztem Sauerstoff enthält. Gleichzeitig wurde die Zuführungsmenge des flüssigen Ausgangsmaterials, das durch die Düsen 34 in der zweiten Stufe des Verfahren-s eingeführt wurde, so eingestellt, daß der Gesamtprozentsatz der theoretisch vollständigen Verbrennung bei jedem Versuch ungefähr gleich (etwa 28 bis 29$) und die Verweilzeit des vollständigen Reaktionsgemisches bei jedem Versuch vor der Kühlstufe des Prozesses ebenfalls im wesentlichen konstant bei etwa 8 Millisekunden blieb.

Die wesentlichen Bedingungen dieser drei Versuche und die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.

ORtGiNA INSPECTED

009843/1262

20159H

SS-Tabelle IX

Versuch Nr.	1150-7	4380-61	4380-74
Zugeführter Sauerstoff, Nm5/Stunde	56,64	56,64	56,64
Flüssiges Ausgangsmate rial (Stufe 1), 1/Std. (in Mischung mit O2 als Brennstoff verwendet)	21,6 ,	13,25	7,95
Druck in Verbrennungs kammer, atü	Q,7	0,49	0,35
Flüssiges Ausgangsmate- rial (Stufe 2), l/3td.	56	66,6	69,6

30,8	27,2	27,2
83	82,5	85
112	- 119	99
197	225	195
179	170	-; 147

Einspritzdruck für ^

flüssiges Ausgangsmaterial

in Stufe 2, atü 12 15,8 17,2

Gebildeter Ruß

Produktionsgeschwindigkeit, kg/Stunde

' Nigrometerwert BET-Oberflache, m²/g Färbkraft DBP-Absorption, ml/g Extrahierte Bestandteile,

Gew.-^ ' 0,2 0,2 0,1

Die vorstehenden Versuche zeigen ebenso wie die in den vorstehenden Beispielen beschriebenen Versuche erneut die Flexibilität des Verfahrens gemäß der Erfindung und in diesem Fall insbesondere die Möglichkeit, die erste Stufe, d.ho die Verbrennungsreaktion über einen ziemlich weiten Bereich von Brennstoff/Sauerstoff-Verhältnissen auch bei Verwendung eines flüssigen Brennstoffs durchzuführen, ohne daß der grundlegende Charakter des Rußprodukts sich stark ändert oder eine starke Verschlechterung der Rußausbeute bei einem gegebenen Gesamtprozentsatz der theoretisch vollständigen Verbrennung eintritt.

0098A3/126 2

20159Η 36

Die Möglichkeit der erfolgreichen Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung über einen weiten Bereich von Bedingungen unter Erzeugung der verschiedensten Rußtypen (einschließlich solcher mit außergewöhnlich feinen Teilchengrößen) in überraschend hohen Ausbeuten wurde durch die vorstehenden Beispiele veranschaulicht. Es ist jedoch zu berücksichtigen, daß diese Beispiele zum größten Teil nur bevorzugte Teile des gesamten in Frage kommenden Bereichs der meisten Variablen darstellen, und die Möglichkeit, die -Erfindung innerhalb der hier gelehrten anwendbaren Bereiche, jedoch außerhalb der bevorzugten engeren Bereiche durchzuführen, die durch die Ausführungsbeispiele tatsächlich veranschaulicht wurden, ist für den Fachmann offensichtlich.

Beispielsweise ist es offensichtlich, daß praktisch jedes kohlenwasserstoffreiche flüssige Ausgangsmaterial als Hauptrohstoff beim Verfahren gemäß der Erfindung verwendet werden kann, vorausgesetzt, daß es quer in einer Vielzahl von kleinen, zusammenhängenden Flüssigkeitsstrahlen eingeführt werden kann und eingeführt wird, die in den heißen Verbrennungsproduktstrom eintreten, nachdem dieser eine kinetische Energie erreicht hat, die einem Druck von wenigstens 0,21 kg/cm" entspricht. Ebenso sind zahlreiche verschiedene Kombinationen von sauerstoffreichem Oxydationsmittel und flüssigem oder gasförmigem Brennstoff in der ersten, bei hoher Temperatur arbeitenden Verbrennungsstufe des Verfahrens möglich, vorausgesetzt, daß sie bei einem Druck von wenigstens etwa 1,26 ata durchgeführt wird und genügend Energie erzeugt, um die Temperatur der Verbrennunrsprodukte auf wenigstens etwa 2200⁰C oder, wenn auf der sauerstoffreichen Seite der stöchometrischen Verbrennung geai'beitrt wird, bis dicht genug an diesen Wert zu erhöhen, daß diese Temperatur sich einstellt, wenn dor als Ausgangsmaterial dienende flüssige Kohlenwasserstoff in die

6AD ORtGtNAL

.. · 0 0-9 8 43/ 126 2

20Ϊ59Η

Verbrennungsprodukte eingeführt wird.

Obwohl mehrere bevorzugte Ausführungsformen von Appara-' türen zur Durchführung des Hochleistungsverfahrens gemäß der Erfindung beschrieben und ihre Funktionsfähigkeit· durch Beispiele, die darin durchgeführte spezielle Operationen beschreiben, veranschaulicht wurden, ist es für den Fachmann wiederum offensichtlich, daß zahlreiche andere spezielle Bauformen und Anordnungen an Stelle der hier beschriebenen und veranschaulichten verwendet

werden können. Beispielsweise ist die genaue Form der ~

Verbrennungskammer nicht entscheidend wichtig, so lange * die Verbrennungsreaktion getrennt und aberhalb der Einspritzstelle des flüssigen■Ausgangsmaterials so durchgeführt wird, daß die beißen Verbrennungsprodukte mit geeigneter Beschleunigung in einen Bereich geführt worden .können, in dem sie im wesentlichen in einer Richtung als geschlossene Säule strömen, bevor das flüssige Ausgangsmaterial in die Verbrennungsprodukte eingeführt wird, · .

Obwohl Kühlung wenigstens der Wände der Verbrennungskammer und vorzugsweise auch der V/ände der Reaktionskammer mit einer Flüssigkeit im allgemeinen die zweck- J mäßigste und wirtschaftlichste Arbeitsweise ist, können Vorrichtungen, die für andere Kühlmethoden oder, Methoden zum Schutz der in diesen Wandbereichen verwendeten Werkstoffe konstruiert sind, angewandt werden, Beispielsv/eise i31 es möglich, einen Teil der beim Verfahren gemäß der Erfindung verwendeten R_eaktionsteilnehmer um oder durch diese Wände umzuwälzen, um einen Teil der Wärme aus ihrer unmittelbaren Nachbarschaft abzuführen, obwohl diese regenerativen Kühlmethoden beim Verfahren gemäß der Erfindung offensichtlich viel weniger interessant;-sind als bei den üblichen Rußherstellungsverfahren, In jedem Fail können die beim Verfahren geiiiöß der Erfindung verwendeten Reaktionßteilnehmer gegebenenfalls vor

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dem Einspritzen oder Einblasen in die verschiedenen Reaktionszonen durch Wärme, die aus dem Prozess selbst absorbiert wird, oder in anderer V/eise vorgewärmt werden. Diese Vorwärmung kann häufig vorteilhaft sein, wenn eine verhältnismäßig viskose flüssige Fraktion als Brennstoff oder Rohstoff für die Rußerzeuciuna verwendet wird.

BAO ORIGINAL

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Claims (17)

Patentansprüche

1.) Verfahren zur Herstellung von Ruß durch Pyrolyse eines Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterials in einer Zone hoher Temperatur, die durch Verbrennung eines flüssigen Brennstoffs mittels eines sauerstoffreichen Oxydationsmittels erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) diese Verbrennung bei einem Druck von höher als

0,21 atü zur Erzeugung eines beschleunigten Stroms von I Verbrennungsprodukten hoher Temperatur durchgeführt wird, der sich im wesentlichen in Stopfenform bewegt,,

b) daß man an einer Stelle, an der dieser Strom eine kinetische Energie hat, die einem Druck von wenigstens 0,21 kg/cm entspricht, in diesen Strom von seinem Umfang her eine Vielzahl von kleinen zusammenhängenden Strahlen eines flüssigen Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterials in einer solchen Menge einspritzt, daß die insgesamt zugeführte Menge ausreicht, um eine Temperatur von wenigstens etwa 2200⁰C und für die Kohlenstoffbildung geeignete Bedingungen zu gewährleisten, und

c) daß man das gebildete Reaktionsgemisch an einer für " die Bildung von Kohlenstoffteilchen genügend weit stromabwärts liegenden Stelle abschreckt.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ■ daß das oxydierende Gas wenigstens etwa 50 Mol-#, vorzugsweise wenigstens etwa 90 Mol-$ molekularen Sauerstoff enthält.

3») Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen flüssigen Brennstoff mit hohem Gehalt an kohlenwasserstoff haltigen Komponenten verwendet.

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4.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktionsteilnehmer und die Reaktionsbedingungen in der Verbrennungsstufe a) so wählt, daß eine Wärmemenj
wird.

memenge von wenigstens etwa 267 x 10 kcal/Std./m frei

5.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung bei Drucken zwischen etwa 0,28 und 3,5* vorzugsweise zwischen etwa 0,7 und 2,1 atü durch-geführt wird.

6.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während Stufe b) eine Reaktionstemperatur von wenigstens etwa 247O⁰C erreicht wird.

7.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Verhältnisse von Oxydationsmittel zu Brennstoff so einstellt, daß etwa 70 bis 500 %, vorzugsweise 100 bis 550 % des theoretischen Sauerstoffbedarfs für die vollständige Verbrennung anwesend ist und die Menge des eingespritzten flüssigen Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterials so eingestellt ist, daß der Prozentsatz der theoretischen Gesamtverbrennung weniger als etwa 50, vorzugsweise weniger als etwa 4o % beträgt.

8.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der Verbrennungsprodukte beim Einspritzen des flüssigen Einsatzmaterials eine kinetische Energie hat,

die wenigstens etwa 0,35 kg/cm äquivalent ist und daß die Strahlen des flüssigen EJnsatzmaterials einen Durchmesser zwischen etwa 0,25 und 1 mm aufweisen.

9.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritz-Differentialdruck hinter den Strahlen an flüssigem Einsatzmaterial wenigstens etwa 7 kg/cm' be-• trägt.

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10.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Abschrecken in Stufe c) etwa zwischen 5 und loo Millisekunden nach' dem Einspritzen des flüssigen Einsatzmaterials in Stufe b) vornimmt.

11.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß . man unmittelbar nach dem Einspritzen des flüssigen Einsät zmaterials in Stufe b), das im allgemeinen abwärts «trömt, sich abrupt ausdehnen und einen wesentlich größeren Querschnitt einnehmen läßt. . A

12.) Vorrichtung zur Herstellung von Ruß, bestehend aus einer langgestreckten seitlich umschlossenen Kammer mit verhältnismäßig dünnen Seitenwänden von verhältnismäßig hoher Wärmeleitfähigkeit, an derem in Strömungsrichtung gesehen oberen Ende ein Hochleistungsmischbrenner für zwei Medien angeordnet ist und die nahe ihrem in Strömungsrichtung gesehen unteren Ende eine Einrichtung, zur Einführung eines Abschreckmediums enthält, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Punkt zwischen den Enden Einrichtungen für die Einspritzung einer Vielzahl von kleinen, zusammenhängenden Querstrahlen von flüssigen Koh- ' lenwaseerstoffen vom Umfang her angeordnet sind. *

13.) Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine.Einrichtung zur Kühlung der Längswände der langgestreckten Kammer mit einem flüssigen Kühlmittel enthält.

14."') Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, . daß der Brenner für die Mischung der zwei Medien einen Verteiler für die Teilung des flüssigen Brennstoffs in

einer Reihe von kleinen Einzelströmen aufweist, die im wesentlichen parallel zur Längsachse der Kammer fließen und weiter gekennzeichnet durch wenigstens eine seitli-. • . ehe Eintrittsleitung für das Oxydationsmittel, die

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tangential mit dem inneren Umfang der Seitenwand der Verbrennungskammer kurz unterhalb des Verteilers, in Str.ömungsrichtung gesehen, verbunden ist.

15.) Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner eine Reihe von paarweise angeordneten Bohrungen^ Sie unter einem größeren Winkel in der Fähe des oberen Endes der Kammer zusammenlaufen und weiter gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Verteilung des flüssigen Brennstoffs und des Oxydationsmittels auf sich jeweils gegenüberliegende Bohrungen jedes sich gabelnden Paares.

16.) Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Kammer am oberen Ende erheblich größer ist als an der Stelle, an der der flüssige Kohlenwasserstoff eingespritzt wird.

17.) Vorrichtung nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Querschnitt der Kammer unmittelbar unterhalb der Stelle der Kohlenwasserstoffeinspritzung sofort um wenigstens das vierfache vergrößert.

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