DE2050059C3

DE2050059C3 - Verfahren zur Herstellung von Ofenruß

Info

Publication number: DE2050059C3
Application number: DE19702050059
Authority: DE
Inventors: John William Perrysburg Ohio Byron (V.St.A.)
Original assignee: Phillips Petroleum Co
Current assignee: Phillips Petroleum Co
Priority date: 1969-10-27
Filing date: 1970-10-12
Publication date: 1980-01-10
Also published as: FR2065263A5; CA922491A; SE367008B; BE758008A; NL158833B; JPS4938996B1; ES383968A1; DE2050059B2; DE2050059A1; GB1319154A; NL7015645A

Description

4f)

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ruß in Form großer Teilchen nach dem Ofen-Verfahren, wobei die Eigenschaften des so hergestellten Ruß sehr den Eigenschaften von Ruß ähneln, der gemäß dem sogenannten thermischen 4'. Verfahren hergestellt wurde.

Im allgemeinen besteht das Ofen-Verfahren für die Herstellung von Ruß in Form großer Teilchen darin, daß man ein Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterial als stark konzentrierte Masse von fein verteilten Teilchen in einem im wesentlichen vertikal angeordneten Reaktor bei Temperaturen im unteren Bereich der Rußbildungstemperatur umsetzt, und indem man die heiße, !tonzentrierte Masse der Reaktionsteilnehmer durch den Reaktor mit niedrigen Geschwindigkeiten führt, um so Ruß in Form großer Teilchen und niedriger Struktur herzustellen.

Als Beschickungsmaterial werden bei diesem Verfahren Brennstoff und Oxydationsmittel und Reaktionsteil· nehmer, im allgemeinen solche Materialien, die üblicher- f>o weise zur Herstellung von Ruß verwendet werden, in solchem Zustand, wie diese Reaktionsteilnehmer im eilgemeinen Verwendet werden, eingesetzt. Obgleich die vertikale Anordnung des Reaktors für das Verfahren nicht wesentlich ist_t ist sie bevorzugt, da das scheinbare Abwärtsfließen des als Ausgangsmaterial verwendeten Öls Gravitationswirkungen auf den Ruß bewirkt und die Rezirkülation innerhalb des Reaktors gering hält.

Bei dem Verfahren wird ein Gesamt-Luft-zu-Öl-Verhältnis von ungefähr 1,87 zu 3,36 nWI verwendet. Die Geschwindigkeiten der Reaklionsteilnehmer innerhalb des Reaktors sind geringer als 4,6 m/sek., berechnet auf ihre chemische Zusammensetzung, wenn sie in den Reaktor eingefüllt werden, und auf die Temperatur und den Druck innerhalb des Reaktors. Die Temperatur, die man zur Rußbildung verwendet, beträgt ungefähr 1316 bis 1371°C bei einem Druck von ungefähr 1 bis 2 bar. Die Nachbehandlung des Rußes wird vorzugsweise durchgeführt, um einen Ruß zu erhalten, der einen Photelometerwert von ungefähr 90 besitzt, einen Stickstoff-Oberflächenbereich von ungefähr 5 bis 20 m²/g und eine Struktur von ungefähr 35 bis 110 cm¹ Dibutylphthalat pro 100 g Ruß.

Bisher wurde das als Ausgangsmaterial verwendete Öl vertikal abwärts in den Reaktor eingeführt. Es wurde nun gefunden, daß die Eigenschaften ώί Rußes beeinflußt werden können, wenn man mindestens einen Teil des als Ausgangsmaterial verwendeten Öls in eine Richtung in den Reaktor einführt, die zu der vertikalen Richtung in einem winkel steht. Die erfindungsgemäße Methode liefert ein solches Verfahren.

Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Herstellung von Ofenruß mit relativ großer Teilchengröße durch Versprühen eines Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterials abwärts in einer Atmosphäre von Verbrennungsgas in einer vertikalen Reaktionszone, bei der die kontinuierliche lineare Flußgeschwindigkeit der Reaktionsteilnehmer geringer als 4,6 m/sek. ist, unter Bildung von Ruß durch Pyrolyse bei einer Temperatur im Bereich von 1316 bis 137PC, das dadurch gekennzeichnet ist. daß das als Beschickungsmaterial verwendete öl in die Reaktionszor.e in Form einer Vielzahl von nach im cn gerichteten Strömen in Richtung der Achse der Reaktionszone eingesprüht wird auf solche Weise, daß sie gegenseitig zusammenfließen bzw. aufeinanderstoßen.

Die US-PS 30 03 855 beschreibt einen von dem erfindungsgemäßen Verfahren vollkommen verschiedenen Verfahrenstyp. Die Strömung ist hier nicht abwärts gerichtet, sondern vielmehr wird die Beschickung in einen aufwärts fließenden Strom von Verbrennungsgas eingeführt. Weiterhin wird die Beschickung koaxial zu dem Ofen eingebracht und konvergiert nicht wie im erfindungsgemäßen Fall.

Gemäß der US-PS 33 40 010 werden verschiedene Sorten von Ruß durch Einspritzen von Öl in Abwärtsrichtung in ein Verbrennungsgas, das durch verschiedene Kombinationen von verschiedenen Brennern erzeugt wurde, hergestellt. Die Beschickung wird in ene vergrößerte Verbrennungskammer eingespritzt, die sich oberha'b einer kleineren Reaktionskammer befindet, die ihrerseits von der Verbrennungskammer durch eine Verengung getrennt ist. Im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Verfahren wird die Beschickung axial eingeführt, und zwar offensichtlich durch eine einzige Düse. Weiterhin ist der US-PS im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Fall keine Konvergenz der verschiedenen Beschickungsströme zu entnehmen.

Die US-PS 28 95 804 beschreibt eher die Verwendung eines horizontalen als die eines Vertikalen Ofens. Weiferhin werden höhere Strömungsgeschwindigkeiten angewendet als im erfindungsgemäßen Fall. Aus diesem Grunde' ist mit dem Verfahren der US'PS eine Wesentlich höhere Turbulenz Verbunden als im erfin^ dungsgemäßen Fall. Die US-PS zeigt zwar Beschik* kungsdüsen 18, die so angeordnet sind, daß die sich nach

innen erstreckenden Symmetrieachsen απ einem stromabwärts gelegenen Punkt der Achse der Kammer konvergieren. Jedoch werden die einzelnen Ströme der Beschickung als sich verbreiternder flüssiger Staub eingespritzt. Im erfindungsgemäOen Fall hingegen konvergieren die eingespritzten Beschickungsströme bei der Achse der Reaktionskammer. Im Falle der US-PS konvergieren jedoch lediglich die Achsen der eingesprühten Beschickung. Dessenungeachtet rufen im Falle der Entgegenhaltung die hohen Strömungsgeschwindigkeiten hohe Turbulenz hervor, so daß eine Konzentrierung der Beschickung zu einer zentralen Masse wie im Falle der vorliegenden Erfindung wahrscheinlich gar nicht möglich sein dürfte.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Ruß mit hoher Struktur und niedrigem Oberflächenbereich. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Düse für das Ausgangsmaterial verwendet, die gleichzeitig einen Teil des Öls und dessen Dispersionsmittels oder Zerstäubungsflüssigkeit in den Reaktor in Form einer einheitlichen Mischung einführt, wobei die Mischung in Form einer Vielzahl von Strömen zerstäubt wird, die in solchem Winkel angeordnet sind, daß sie innen zusammenfließen und zusammenstoßen.

Obgleich jedes Dispersionsmittel verwendet werden kann, wird Luft bevorzugt, und sie wird in solchen Mengen verwendet, wie man es im allgemeinen für Zerstäubungszwecke verwendet, d. h. von ungefähr 0,037 bis 0,45 mV! Ausgangsmaterial. Peripher zu der Einführungsdüse kann Luft axial in jeder Menge eingeführt werden, über vorzugsweise in Mengen, die ausreichen, um ein Verkoken d°r Düse ~u verhindern.

Die Flüssigkeit zum Zerstäuben und der Kohlenwasserstoff können in die Düse eingeführt v. ~"i dort auf jede Weise vermischt werden. Bei einer der bevorzugten Methoden wird die Luft durch eine zentral angeordnete Leitung eingeführt, und das Öl wird ringförmig durch eine Leitung eingeführt, die peripher zu der Lufteinlaßleitung liegt, wobei das Mischen vor dem Versprühen der Mischung aus einer Düse bewirkt wird. Die Düse enthält eine Vielzahl von Öffnungen, die peripher zu ihrer longitudinalen Achse angeordnet sind, und die durchtretenden Materialien sind auf die Längsachse gerichtet. Die Geschwindigkeit der Mischung durch Auslaßöffnungen der Düse beträgt zwischen ungefähr 60 bis ungefähr 460 m/sek., berechnet auf die Mengen des Öls und Dispersionsmittels unter Bezugnahme auf Standard-Temperatur- und Druckbedingungen, wobei die Schallgeschwindigkeit nicht überschritten wird.

Die Ströme werden gegeneinander bei einem inneren Winkel von ungefähr 3 bis ungefähr 45°, bezogen auf die vertikale Richtung, zusammenfließen. Ein innerer Winkel von ungefähr 5 bis ungefähr 15". bezogen auf die vertikale Richtung, ist bevorzugt.

Das Zusammenstoßen der Ströme miteinander ist darauf ausgerichtet, eine hochkonzentrierte Masse von fein verteilten Teilchen zu ergeben. Vorzugsweise wird das Ausströmen in den Reaktor durch Düsenöffnungen bei einem Druck zwischen etwa 1.8 bis 10,5 kg/cm² durchgeführt.

Das Zusammenstoßen der Ströme miteinander wird vorzugsweise mit allen Strömen bei öder nahe dem Impaktmomerit bzw. Stoßmoment durchgeführt. Zu diesem Zweck werden die Ströme aus den Öffnungen der Düse mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 350 bis 630 kg/h an Luft und Öl pro cm- öffnungsfläche eingeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die folgenden Versuche näher erläutert

Versuch I wurde durchgeführt, wobei man eine vertikal abwärts einführende Düse verwendete, bei der das als Ausgangsmaterial verwendete Öl und die Luft zum Zerstäuben durch Öffnungen eingeführt wurden, ίο die jeweils einen Durchmesser von 3,74 mm (0,147 inch) besaßen. Es gab sechs Öffnungen.

Versuch II wurde unter im wesentlichen gleichen Bedingungen durchgeführt mit der Ausnahme, daß das als Ausgangsmaterial verwendete Öl und die Luft zum Zerstäuben abwärts eingeführt wurden, und daß sie innen in Richtung auf das Zentrum der Düse durch sechs öffnungen zusammenliefen, wobei jede der Öffnungen der Düse einen Durchmesser von 3,74 mm besaß.

Somit war zwischen den Versuchen der einzige wesentliche Unterschied nur der des Einführungswinkels der Düsen.

	Versuch Nr.	II
	I	10°
Ausströmen aus der Düse	vertikal	zusammen
		laufend
		345
öl zu Düse. I/h	345	21,2
Luft zum Zerstäuben	21,2
zu Düse, mVh		2,8
Düsendruck, kg/cm²	7,0	550
Abgabe der Düse, kg/h/cm²	550	7800
	7800	141
Axiale Luft, mVh	141	566
tangentiale Luft, mVh	566	37
tangentialer Brennstoff, mVh	37	272
sekundäre Luft, mVh	272	1375
Alkalimetallsalz in Öl,	1253
(K ⁺ )ppm
Eigenschaften des Rußes:		62
Struktur, DBP, cmVioOg	38,2	13.1
N2 Oberflächenbereich,	13,8
m²/g		90
Photelometer	88	670
Ausbeute an Ruß, g/l	670

Die obigen Ergebnisse zeigen die Zunahme in der Struktur des Rußes, wenn man das erfindungsgemäße Verfahren verwendet. Man bemerkt, daß die Zunahme in der Struktur selbst dann stattfindet, wenn die Menge des Alkalimetallsalzes, die in den Reaktor eingeführt wird, erhöht wird.

Bei den obigen Versuchen wurde Luft als Flüssigkeit zum Zerstäuben verwendet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch anwendbar, unabhängig von der Art des Dispersionsmittels oder der Flüssigkeit, die zum Zerstäuben verwendet wird. Man kann Dampf, Stickstoff, Rauchgas bzw. Abgas, Maturgas und ähnliches beisetzen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Ofenruß mit relativ großer Teilchengröße durch Versprühen eines Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterials abwärts in einer Atmosphäre von Verbrennungsgas in einer vertikalen Reaktionszone, bei der die kontinuierliche lineare Flußgeschwindigkeit der Reaktionsteilnehmer geringer als 4,6 m/sek ist, unter Bildung von Ruß durch Pyrolyse bei einer Temperatur im Bereich von 1316 bis 1371°C, dadurch gekennzeichnet, daß das als Beschickungsmaterial verwendete öl in die Reaktionszone in Form einer Vielzahl von nach innen gerichteten Strömen in Richtung der Achse der Reaktionszone eingesprüht wird auf solche Weise, daß sie gegenseitig zusammenfließen bzw. aufeinanderstoßen.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl in einem Winkel im Bereich von 3 bis 45° in bezug auf die Achse versprüht wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch t oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Versprühen des Öls durch Verwendung von Luft als Dispersionsmittel in einem Durchsatz von 0.037 bis 0,45 m³ pro Liter Öl bewirkt 2i wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das öl in die Reaktionszone mit einem Durchsatz eingeführt wird, die im Bereich von 350 bis 360 kg Öl plus Dispersionsmittel pro Std. pro cm² jo Einlaßöffnungsfläche liegt.

5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl in din Reaktor durch die Einlaßsprühöffnungen mit einem Druck im Bereich von 1,8 bis 10.5 kg/cm² η versprüht wird.