DE2144250C3

DE2144250C3 - Brenner- und Einsatzguteinspritzanordnung für einen RuBreaktor

Info

Publication number: DE2144250C3
Application number: DE19712144250
Authority: DE
Inventors: Roy S. Sunray; Willis Billy E. Houston; Tex. Matthews (V.St.A.)
Original assignee: Continental Carbon Co
Current assignee: Continental Carbon Co
Filing date: 1971-09-03
Publication date: 1976-03-11

Description

einspritzanordnung bezeichnet. Das Einsatzgut wird «Jurch ein Mittelrohr 2 zugeführt, das in einem Axialrohr 3 verschiebbar gelagert und gegenüber diesem dureh geeignete Stopfbuchsen abgedichtet ist, die sich in einem Verschluß 4 befinden. An seinem stromabwärtigen Ende ist das Mittelronr2 mit einer geeigneten Sprühdüse 5 versehen, für die jede geeignete handelsübliche Düse verwendet werden kann.

Am stroisaufwärtigen Ende des Axialrohrs 3 ist ein Rohr 3a zum Einleiten von Luft in den Ringraum zwischen dem Mittelrohr und dem Axialrohr vorgesehen, damit kein Einsatzgut in diesen Ringraum gelangen kann. Oh Spitze der Sprühdüse 5 ist mit dem Austrittsende des Axialrohrs 3 annähernd bündig.

Ein Rohr 6, das Axialrohr 3, eine rohrförmige Trennwand 7 und eine Endplatte 8 bilden einen Kühlmantel, durch den ein Kühlmittel strömen kann, das vorzugsweise durch ein Rohr 9 ein- und durch ein Rohr 10 austritt, jedoch auch umgekehrt durch das Rohr 10 ein- und durch das Rohr 9 austreten kann. Um diese Strömung zu ermöglichen, endet die Trennwand 7 in einem kleinen Abstand von der Endplatte 8.

Ein Ringraum zwischen einem Rohrstück 11 und einem Rohr 12 stellt einen Kanal für einen Kohlenwasserstoff-Brennstoff, z. B. Brenngas, dar. Dieser Brennstoff %"ird durch ein Rohr 13 eingeleitet und tritt durch eine Ausnehmung 14 in einen Reaktor ein, in dem er mit der Verbrennungsluft in Berührung gelangt.

Zwischen dem Rohr 6 und der Trennwand 7 ist eine Leitschnecke 15 eingebaut, die das Kühlmittel verwirbelt, den Wärmetausch verbessert und so eine Bildung von zu Beschädigungen führenden, überhitzten Stellen verhindert. Diese Leitschnecke 15 fungiert auch als Abstandhalter. Obgleich es bevorzugt wird, die Leitschnecke 15, wie gezeichnet, zwischen dem Rohr 6 und der Trennwand 7 anzuordnen, könnte sie auch zwischen dem Axialrohr 3 und der Trennwand 7 vorgesehen werden.

An den Rohren 11 und 12 ist eine kreisförmige Scheibe 18 starr befestigt, die vor allem den Zweck hat, im Betrieb ein Ausblasen der Flamme zu verhindern.

Mit Hilfe eines Verschlusses 19 ist das Rohr 6 in der Anordnung verschiebbar gelagert, so daß die ganze aus dem Mittelrohr 2 und dem Mantel bestehende Anordnung in den Reaktor vorgeschoben werden kann, bis sich die Sprühdüse 5 in ihrer normalen Stellung an einer vorbestimmten Stelle stromabwärts von der Scheibe 18 in dem Reaktor befindet.

Tabelle I

Infolge dieser Einstellbarkeit der Sprühdüse in dem Reaktor kann man einen Ruß mit einer optimalen Verstärkungswirkung und der gewünschten Korngröße erhalten. Innerhalb von bestimmten Grenzen sind Farbkraft und Abriebfestigkeit des erhaltenen Rußes um so höher und ist seine Korngröße um so kleiner, je weiter die Sprühdüse 5 m den Reaktor vorsteht. Die Anordnung des Kühlmittelmantels 5, 6 bis 8 ermöglicht eine Veränderung dieser Eigenschaften in einem größeren Bereich, weil die Sprühdüse 5 weiter in die Brennzone eingefahren werden kann, ohne daß das Axialrohr 3 und die Sprühdüse 5 verbrennen.

F i g. 2 und 3 zeigen die bevorzugte Anordnung der Brenner- und Einsatzguteinspritzanordnung im stromaufwärtigen Endteil eines langgestreckten rohrförmigen Rußreaktors 20. Die Anordnung ist in dem Reaktor vorzugsweise verschiebbar gelagert, damit die Anordnung in dem Reaktor in die Stellung gebracht werden kann, in der entsprechend der Form des Reaktors und der Gesamtcharge aus Brennstoff und sauerstoffhaltigem Gas eine optimale Verbrennung erhalten wird.

Die Ausbildung des langgestreckten, rohrförmigen Rußreaktors ist für die Anwendung der Erfindung nicht kritisch, doch wird die in Fig.? oP7P.\pte. Anordnung zum Erzeugen von Ruß zur Verwendung in den Laufflächen von Luftreifen bevorzugt. Man kann aber den Reaktor gemäß F i g. 3 verwenden, der zur Erzeugung von Ruß für die Karkasse von Luftreifen dient.

Gemäß F i g. 2 strömt vorerwärmte Luft durch einen Ringraum 21 zwischen einem Außenrohr 22 und einem Innenrohr 23. Teile dieser Luft treten durch Schütze 24 in einer Einrichtung 25 zum Einleiten der Verbrennungsluft in das Innere des Reaktors. Ein anderer Teil der Verbrennungsluft gelangt durch eine ringförmige Öffnung 26 in den Reaktor 20. Das stromabwärtige Ende des Reaktors kann jede geeignete Ausbildung haben.

In den Reaktor gemäß F i g. 3 tritt die Verbrennungsluft in der dort gezeigten Weise ein. Das stromabwärtige Ende des Reaktors gemäß F i g. 3 kann in jeder geeigneten Weise ausgebildet sein.

Wenn die aus den Mittelrohr 2 und dem Doppelmantel bestehende Baugruppe gemäß F i g. 1 in den Brenner zurückgezogen ist, braucht man keine Wasserkühlung. Je weiter dagegen diese Baugruppe in den Reaktor vorsteht, desto wichtiger wird das Umwälzen des Kühlwassers und desto größer wird die erforderliche Kühlwassermenge.

Versuch	Nr.	3	4	5	6	7	8	9	10
1	2
Qualität		HAF	HAF-HS	HAF-HS	SAF	SAF	SAF	ISAF	ISAF
HAF	ΗΑΓ

91

107

Ausladung¹), cm 56

Kühlmitteltemperatur,

Eintrittstemperatur —

Austrittstemperatur 57

Kühlmittelumwälz- 45,4

menge, l/min

Kühlmitteldruck, 2,2

kp/cm²

Umgebungstempe- 13

ratur, ⁰C

Jodzahl 89

DBP 123,8

M Abstand von der Scheibe 18 zur Spitze der Düse 5.

41

74

102

107

51

102

96 45,8	119 42	43 60	88 93	58 61	84 107 45,4	116 45,4	42 48	7	90 95
2,7	3,4	2,5	4,8	4,9	2,3	2,7	—	116,3 125,4	4,9
22	21	31	37	35	11	13	34
85 122,4	68 122,3	91 153,9	90 121,3	140,1 113,4	146 116	114 116,6	122,0 113,0

Beispiel 1

In der vorstehenden Tabelle I sind Betriebsbedingungen angegeben, die in einer Versuchsanlage in einem mit der Brenner- und Einsatzguteinspritzanordnung gemäß F i g. 1 versehenen Reaktor im wesentlichen gemäß F i g. 2 bei Dauerbetrieb mit gutem Erfolg angewendet wurden. Das als Kühlmittel verwendete Wasser wurde zum Abkühlen durch einen Kräftfahrzeugkühler geführt und dann wieder in den Kühlmantel geführt. Als Brennstoff wurde Erdgas verwendet. Das Luft-Gas-Verhältnis betrug etwa 14,5:1 und die Gesamt-Verbrennungsluftmenge etwa

5700 Nm'/h. Als Einsatzgut wurde ein übliches Rußöl 15 3,3 bestand.

Verwendet, das aus einem hocharomatischen Pyrolyse-Teer (thermal tar) bestand.

Beispiel 2

Aus den nachstehenden Tabellen II und III geht der Einfluß der Ausladung auf verschiedene Eigenschaften des im Versuchsbetrieb erhaltenen Rußes hervor. Dabei wurde als Kühlmittel wie im Beispiel 1 Wasser umgewälzt. Als Brennstoff wurde Erdgas verwendet. Das Luft-Gas-Verhältnis betrug etwa 15:1 und die Gesamt-Verbrennungsluftmenge etwa 5700 Nm³/h. Als Einsatzgut wurde ein übliches Rußöl verwendet, das aus einem hocharomatischen Pyrolyse-Teer mit einem spezifischen Gewicht (nach API) von

Tabelle II

HAF-HS, Versuch Nr. 1028

97

36

Ausladung, cm
Kühlmitteltemperatur, ⁰C

Eintrittstemperatur

Austrittstemperatur

Kühlmittelumwälzmenge, l/min
Kühlmitteleintrittsdruck, kp/cm*
Umgebungstemperatur, "C
Einsatzölmenge, l/min bei 15,5° C
Zum Einsatzgut zugesetztes Kalium
zur Beeinflussung des DBP, ppm
Jodzahl
DBP-Absorption

Anmerkung: In den Versuchen A und B wurde der Kühler mit Wasser besprüht, um die Abkühlung des aus dem Kühlmantel kommenden Wassers vor seiner Wiederverwendung zu unterstützen.

83	59	70	61
93	66	75	64
148	148	148	148
5,2	5,0	5,0	5,1
36	31	34	39
840	870	875	870
—	—	2	5
89,5	90,5	88,5	89,5
118,2	121,2	121,2	121,1

Tabelle III

ISAF-HM, Versuch Nr. 1029

	A	B	97	C	D
Ausladung, cm	127		66	36
Kühlmitteltemperatur, ⁰C		67
Eintrittstemperatur	85	75	71	52
Austrittstemperatur	94	148	75	55
Kühlmittelumwälzmenge, l/min	148	5,1	148	148
Kühlmitteleintrittsdruck, kp/cm*	5,3	37	5,1	5,1
Umgebungstemperatur, ⁰C	37	790	32	31
Einsatzölmenge, l/min bei 15,5° C	690	5,0	720	680
Zum Einsatzgut zugesetztes Kalium	—		2,4	15,0
zur Beeinflussung des DⁿP, ppm		123,5
Jodzahl	119,5	115,3	124,5	123,5
DBP-Absorption	112,6	116,4	114,2

Beispiel 3

In der nachstehenden Tabelle IV sind Betriebsbedingungen angegeben, die bei der großtechnischen Erzeugung von HAF-Ruß in einem mit der Brennerund Einsatzguteinspritzanordnung nach F i g. 1 versehenen Reaktor im wesentlichen gemäß F i g. 2 angewendet wurden. Als Kühlmittel wurde Wasser unter

einem Druck von 3,2 bis 3,9 kp/cm³ und mit einer Eintrittstemperatur von etwa 49 bis 52° C und einer Austrittstemperatur von etwa 61 bis 63 ⁰C verwendet. Vor dem Wiederverwenden in dem Kühlmantel wurde

das Wasser in einem Wärmetauscher gekühlt. Als 5 Pyrolyse-Teer bestand.

Brennstoff wurde Erdgas verwendet. Das Luft-Gas-Verhältnis betrug etwa 15: 1 und die Verbrennungsluftmenge etwa 6800 Nm^a/h. Das Einsatzgut war ein übliches Rußöl, das aus einem hocharomatischen

Tabelle IV

Versuch Nr.
1

Ausladung, cm	61	71	81	91	102	112	123
Einsatzölmenge, l/h	1180	1150	1140	1120	1120	1100	1095
Jodzahl des frei rieselfähigen	83	83	85	85	82,5	95	85
Rußes

Ohne Wasserkühlung verbrennen die Düse 5 und Bei Verwendung des wassergekühlten Mantels kanr das Axialrohr 2 in wenigen Stunden oder sogar Mi- man mit den in den vorstehenden Tabellen angegebe nuten, wenn die Ausladung größer ist als etwa 50 cm. 20 nen Ausladungen fast unbegrenzt lange arbeiten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

«09611/:

Claims

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Patentanspruch: Brenner- und .Einsatzguteinspritzanordnung der ein-Brenner- und Einsatzguteinspritzanordnung für gangs definierten Gattung zu schaffen, bei der mit einen langgestreckten, im wesentlichen rohrförmi- einfachen baulichen Mitteln eine eine optimale Kuhgen Rußreaktor, mit einem Mittelrohr zum Ein- 5 lung ergebende Kuhlmittelstromung im Kuhlmantel leiten von Einsatzgut, das Mittelrohr konzentrisch erreicht und auch über längere Betriebszeiten aufrechtumgebenden Kanälen zum Zuführen von Brenn- erhalten wird.

stoff rand um das Austrittsende des Mitcelrohrs Diese Aufgabe wird erfindungsgemiß dadurch und von Verbrennungsluft, ferner mit einem das gelöst, daß in den Kühlmantel zwischen dessen Auß m-Mittelrohr umgebenden Kühlmantel, der cioppel- -° oder dessen Innenwand und die Trennwand e.ne e.ne wandig und gegenüber dem Reaktor im Bereich Verwirbelungseinnchtung und einen Abstandhalter des Austrittsendes des Mittelrohres abgeschlossen für die Trennwand bildende Leitschnecke eingesetzt ist. ist sowie eine rohrförmige Trennwand enthält, Die Leitschnecke hat bei der erfindungsgemäßen welche sich bis kurz vor das abgeschlossene Ei;de Anordnung nicht nur die Funktion, eine Verwirbelung des Kühlmantels erstreckt, und nut Zu- und Ab- 15 der Strömung des Kühlmittels zu gewährleisten und laufanschlüssen am Kühlmantel, die inner- bzw. die Gesamtdurchströmungsgeschwindigkeit so zu veraußerhalb der Trennwand münden, dadurch langsamen, daß das Kühlmittel genug:nd Zeit hat, gekennzeichnet, daß in den Kühlmantel die Wärme aufzunehmen; sie hat vielmehr die zusätz-(3, 6, 7, 8) zwischen dessen Außen- oder dessen liehe Aufgabe, die Trennwand in dem langm Kühlinnenwand und die Trennwand (7) eine eine Ver- *<> mantel genau zentnsch zwischen Außen- und Innenwirbelungseinrichtung und einen Abstandhalter wand zu halten, und zwar auch über längere Betnebsfür die Trennwand bildende Leitschnecke (15) Zeiträume hinweg. Eia besonderer Vorteil der erfineingesetzt ist. dungsgemäßen Anordnung ist dann zu sehen, daß in

einem der beiden Ringkanäle das Kühlmittel über die

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brenner- und »5 gesamte Kanallänge mit wärmeübertragenden Fachen

Einsatzguteinspritzanordnung für einen langgestreck- in Verbindung steht und dadurch op'imal Wä-rne

tert, im wesentlichen rohrförmigen Rußreaktor, mit übergehen kann. Nur im anderen der beiden R^;ng-

einem Mittelrohr zum Einleiten von Einsatzgut, das kanäle ist die Leitschnecke vorgesehen, die zwar den

Mittelrohr konzentrisch umgebenden Kanälen zum funktionellen Vorteil der Verwirbelung und einer

Zuführen von Brennstoff rund um das Austrittsende 30 dadurch bedingten Verbesserung der WärmeüSer-

des Mittelrohrs und von Verbrennungsluft, ferner mit tragung hat, die Wärmedurchtrittsflächen aber etwas

einem das Mittelrohr umgebenden Kühlmantel, der verkleinert. Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise

doppelwandig und gegenüber dem Reaktor im Bereich eine optimale Kühlung des Brenners möglich ist. Die

des Austrittsendes des Mittelrohres abgeschlossen ist Strömungsquerschnitte der beiden konzentrischen

sowie eine rohrförmige Trennwand enthält, welche 35 Ringkanäle bleiben auch über längere Betriebsdau?r

sich bis kurz vor das abgeschlossene Ende des Kühl- unverändert, weil die Leitschnecke die Trennwand in

mantels erstreckt, und mit Zu- und Ablaufanschlüssen genauem Abstand von den beiden Wänden des Kühl-

am Kühlmantel, die inner- bzw. außerhalb der Trenn- mittelkanals hält.

wand münden. Es ist zwar aus der US-PS 25 49 687 bei einem reinen Bei einem Rußreaktor muß das Kühlmittel von der 4° Gegenstrom-Wärmetauscher, bei dem in konzen-Rückseite her über eine verhältnismäßig lange Strecke trischen Ringkanälen die Wärmeträger nur jewe 1 ·. in bis zur Sprühdüse und dann um dieselbe Strecke einer Richtung fließen, bekannt, in den Ringkinälen wieder zurück zum rückwärtigen Ende geführt werden. Leitschnecken anzuordnen, die die Wärmeträger ver-Dies wird durch die in den Kühlmantel eingesetzte wirbeln; diese Leitschnecken haben je loch nicht die Trennwand gewährleistet. Da diese im Abstand von 45 zusätzliche Funktion, eine Trennwand in gena-irm dem geschlossenen Ende des Kühlmantels enden muß, Abstand von der Außen- und der Innenwand eines kann sie trotz ihrer großen Länge nur am rückwärtigen Kühlmittelkanals zu halten. Dieser Vorveröffent-Ende eingespannt sein. Eine lange Trennwand im lichung ist daher kein Hinweis in der Richtung zu entKühlmantel bringt ein zweifaches Problem mit sich: nehmen, daß man einen durch eine Trennwand untf r-Einmal besteht die Gefahr, daß in den. verbleibenden, 50 teilten Kühlmantel eines Rußbrenners in einen Ringengen Ringkanälen zwischen der Trennwand und der raum mit völlig freier Durchströmung und einen Außen- bzw. Innenwand des Kühlmantels, sich eine weiteren Ringraum mit durch eine Leitschnecke ver- !aminare, rasch fließende Strömung des Kühlmittels wirbelter Strömung aufteilen kann,
ausbildet, so daß nicht genügend Wärme übergehen Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Verkann. Zum anderen ist es sehr schwierig, die Trenn- 55 bindung mit zwei Anwendungsfällen in der Zeichnung wand genau konzentrisch zur Außen- und Innenwand dargestellt. Es zeigt

anzuordnen. Gelingt eine konzentrische Anordnung F i g. 1 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, einer nicht oder geht diese Anordnung während des Be- bevorzugten Ausführungsform der Brenner- und triebs verloren, ergibt sich in dem einen Ringkanal Einsatzguteinspritzanordnung nach der Erfindung,
eine Querschnittsverringerung, die als Drosselstelle 6° F i g. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer wirkt und die Kühlmittelzirkulation stark behindern Ausführungsform eines mit der Brenner- und Einsatzoder sogar fast zum Erliegen bringen kann. guteinspritzanordnung gemäß der bevorzugten Aus-

Bei einer bekannten Brenner- und Einsatzgutein- führungsform versehenen Rußreaktors und

spritzanordnung der eingangs beschriebenen Art Fi g. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer

(DT-OS 18 17 457) ist das vorstehend geschilderte 65 anderen Bauart eines Rußreaktors mit der bevorzugten

Problem nicht gelöst. Dort ist der gesamte Kühlmantel Ausführungsform der Brenner- und Einsatzgutein-

durchströmbar, und die Trennwand ist ausschließlich spritzanordnung.

durch ihre Lagerung am rückwärtigen Ende zentriert. In F i g. 1 ist mit 1 eine Brenner- und Einsatzgut-