DE2261129A1

DE2261129A1 - Verfahren und anlage zur herstellung von russ aus fluessigen und/oder gasfoermigen kohlenwasserstoffen

Info

Publication number: DE2261129A1
Application number: DE2261129A
Authority: DE
Inventors: Arthur E Fross
Original assignee: FROSSBLACKS INT PROCESS ETS; INTERNATIONAL FROSSBLACKS PROCESS ESTABLISHMENT VADUZ
Current assignee: BERA ANSTALT VADUZ LI
Priority date: 1972-11-10
Filing date: 1972-12-14
Publication date: 1974-05-16
Also published as: SU1118291A3; ZA738580B; CH579135A5; BE807027A

Description

Verfahren und Anlage zur Herstellung von Russ aus flüssigen und/oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herste1-lung von Russ aus flüssigen und/oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen unter Zugabe eines Sauerstoff enthaltenden Gases, insbesondere Luft, durch therhisohen Zerfall bei partieller Verbrennung der Kohlenwasserstoffe in einer Ofenanlage.
Verfahren zur Herstellung von Russ aus flüssigen und gasförmigen Kohlenwasserstoffen sind bekannt. Bei der Herstellung von Russ aus normalerweise flüssigen Kohlenwasserstoffen beruhen alle bekannten Verfahren und deren Anlagen auf der unvollständigen Verbrennung von kohlenwassexstoffhaltigem Material mit Luft in einem wärmeisolierten oder blanken Reaktor, wobei ein Teil der Kohlenwasserstoffe verbrannt und der restliche Teil durch die entwickelte Verbrennungswärme gekrackt wird. Bei allen bekannten Verfahren muss als Zusatz ein Heiz- oder Brenngas, beispielsweise Erdgas, Propan, ein dampfförmiges Petroleumdestillat oder dgl., mit einer ausreichenden Menge eines freien Sauerstoff enthaltenden Gases, üblicherweise Luft, verwendet und in einem Reaktor verbrannt werden, wobei das normalerweise flüssige Ausgangsprodukt für die Herstellung von Russ in die Flamme oder deren Verbrennungsprodukte eingesprüht wird. Ueblicherweise wird dem Russofen etwas mehr als die zur vollständigen Verbrennung des Heizgases notwendige Menge Luft zugeführt, wodurch aber nur ein sehr geringer Teil des Russöles mitverbrannt wird. Ausserdem entsteht bei der Russherstellung ein Teil als Russgrit, welcher noch separat gemahlen werden muss.
Bei allen bekannten Verfahren wird mit sehr hohen Temperaturen vonliber l3OO0C gearbeitet. Die Vorgänge im Reaktionsraum, das Verbrennungssystem und die Betriebsbedingungen bezüglich der Russqualität sind schwierig einzuhaltende Faktoren. Zudem muss der entstehende Russ noch mit einem ständigen Wasserstrahl abgeschreckt werden.
Die bei den bekannten Verfahren verwendeten Vorrichtungen bestehen aus liegenden Ganzmetallreaktoren, bei denen die Pyrolyse in mit einer wärmeleitenden, feuerfesten Auskleidung oder ohne Auskleidung versehenen metallenen Reaktionsröhren durchgeführt wird. Andere bekannte Vorrichtungen bestehen aus einem ersten Zylinder eines Ofens, dessen Durchmesser grösser als seine Länge ist und an den sich in Achsrichtung ein zweiter Zylinder anschliesst. Bei den bekannten Verfahren zur Russherstellung aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen findet die Reaktion des Gasgemisches in relativ kleinen Behältern statt, welche ein Fassungsverinögen von höchstens 10 Litern aufweisen, und in die das Gasgemisch zyklisch über ein Eine lassventil eingeführt wird, worauf nach erfolgter Reaktion die Reaktionsprodukte über ein Auslassventil aus den Behältern ausströmen. Hierbei ergibt sich jedoch für jede Reaktion pro Kammerfüllung nur eine sehr geringe Ausbeute, weshalb die Wirtschaftlichkeit dieser Verfahren unbefriedigend ist. Zudem musste bei den bekannten Verfahren mit Zusätzen von flüssigen Kohlenwasserstoffen oder mit anderen, leicht zündbaren Rohstoffen gearbeitet werden.
Es ist weiter ein als Channel-Verfahren bezeichnetes Verfahren bekannt, bei dem Naturgas in tausenden von kleinen Flämmchen in einem "heissen Haus" brennen. Der Sauerstoffbedarf für die Aufrechterhaltung der Verbrennung wird durch die Zufuhr von Luft gedeckt. Die Flämmchen werden in Stahlkanälen langsam hin und her bewegt, während an ortsfesten Stahlplatten der Russ abgekratzt wird, welcher in einen Förderkorb fällt und zu einem Russgrit-Abscheider geführt wird. Der Russ wird durch den Abscheider geblasen, wobei die schwereren Teilchen (Grit) abgeschieden werden.Nachteilig ist, dass die Russausbeute bei diesem Verfahren sehr gering ist, d.h. nicht höher als 5 t des eingeführten Kohlenstoff-Gehaltes, und dementsprechend sind die nach diesem Verfahren hergestellten Produkte, insbesondere Farbruss, sehr teuer.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von Russ zu schaffen, welche die Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen nicht aufweisen, sondern die Herstellung von Russ mit hoher Ausbeute und in einer Mehrzahl von verschiedenen Russtypen in derselben Anlage ermöglichen, Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art gelöst, bei welchem die Kohlenwasserstoffe und das Sauerstoff enthaltende Gas vor dem Eintritt in die Reaktionszone des Ofens konditioniert und hierauf in homogenem, gasförmigem Zustand in die Reaktionszone eingeführt werden, wobei die entstehenden Reaktionsprodukte gekühlt und anschliessend getrennt werden. Die Ofenanlage zur Durchführung des Verfahrens kennzeichnet sich dadurch, dass in der Decke der Brennkammer des mit senkrechter Achse angeordneten Ofens mehrere über den Brennkammerquerschnitt verteilte Vorkammern angeordnet sind, und dass die Brennkammer einen der Decke gegenüberliegenden Ausgangskanal aufweist, an dem ein Wärmeaustauscher und daran eine Brennanlage zur Russabscheidung anschliesst.
Das Verfahren wird anhand der Zeichnung beschrieben, wobei FIG. 1 eine schematische Darstellung einer kompletten Anlage zur Herstellung von Russ, FIG. 2 einen Schnitt durch eine Vorkammer mit einer Vorrichtung zur Einführung flüssiger Kohlenwasserstoffe und eines Sauerstoff enthaltenden Gases, und FIG. 3 einen Schnitt durch eine Mischanlage für die Mischung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas zeigt.
In FIG. 1 wird zur Herstellung von Russ ein Kohlenwasserstoff, beispielsweise Schweröl, und als Sauerstoff enthaltendes Gas Luft verwendet. Der eigentliche Ofen bzw. die Brennkammer desselben ist mit 1 bezeichnet. Die Brennkammer 1 sowie die daran anschliessenden Anlageteile werden durch Vorheizbrenner 4 vorgewärmt, die mit einem Leichtöltank 2 über eine Leitung 3 verbunden sind und denen die Verbrennungsluft mittels eines durch einen Elektromotor 6 angetriebenen Luftgebläses 5 über eine Leitung 7 zugeführt wird. Die Rauchgase der Vorheizkammer 4 strömen durch einen Ausgangskanal 85 und einen Umlenkkanal 88 in einen Verbrennungsluft-Erhitzer 60, von dort in ein Verbindungsrohr 89 und anschliessend durch ein Abzugskamin 9 ins Freie, dessen Querschnitt mittels einer von einem Motor 10 getriebenen Klappe 8 geregelt wird.
Für die Konditionierung des verwendeten Kohlenwasserstoffes, beispielsweise Schweröl, dient eine Anlage, welche einen Vorratstank 11 aufweist, der über eine drucklose Zuleitung 20 mit dem Vorwärm- oder Tagestank 18 verbunden ist. In der Leitung 20 befinden sich Absperrventile 12, Filter 13, zwei von einem Motor 15 angetriebene Umwälzpumpen 14 (eine als Reserve), eine Mengenmesseinrichtung mit Umleitung 16 und am Tagestank 18 ein Niveauschalter 19, der mit dem Motor 15 einer Umwälzpumpe 14 mit einer Impulsleitung 17 verbunden ist.
Im Tagestank 18 ist ein Heizelement mit Thermostat .21, ein Temperaturregler 22 (40 0C) sowie ein Messfühler 23 zur Temperaturanzeige an einem Anzeigegerät 35 angeordnet.
In der Anlage sind Ventile mit 12, Filter mit 13 und Impulsleitunyen mit 17 bezeichnet.
Vom Tagestank 18 führt eine Saugleitung 25 über Regelventile 26 (eines als Reserve) zu zwei mit einem Elektromotor 28 angetriebenen Druckpumpen 27 (eine als Reserve) für einen Druck bis etwa 30 atü. An die Druckleitung 29 schliesst ein Durchlauferhitzer 31 mit einem mittels eines Thermostaten 32 und eines Temperaturreglers 33 geregelten Heizelement 30 an. Das auf ca. 130 0C erhitzte Schweröl gelangt in einen Druckregler 34, von dem eine Rückleitung 24 in den Tagestank 18 und eine Druckzuleitung 36 zu den Verteilleitungen 42 für die Einspritzdüsen 43 abzweigt. Die den Einspritzdüsen 43 zuströmende Schwerölmenge wird durch einen Mengenregler 37, 38, 39 geregelt, wo 37 eine Rücklaufleitung, 38 einen Einsatzmengenregler und 39 einen Steuermotor darstellt.
In der Leitung 36 ist ein Oeleinspritz-Druckmesser 40 (ca.
25 - 30 atü) und ein Temperaturfühler 23 angeordnet, dessen Wert im Anzeigegerät 35 erscheint.
Die den Einspritzdüsen 43 zufliessende Schwerölmenge (ca.
800 kg/h) wird mittels eines Ringkolbenzählers 45 gemessen, dessen Signal in einem Transmitter 44 in-ein pneumatisches Signal umgeformt wird, das am Anzeigegerät 46 als Zuflussmenge zu den Einspritzdüsen 43 und zu einem Verhältnisrelais 47 zur Einstellung. des Luft-Oel-Verhältnisses, einem Verhältnisregler für Luft 48 und einen pneumatischen Bereichregler 49 geleitet wird.
Die Verbrennungsluft wird von einem Gebläse 53 mit Elektromotor 54 geliefert, in dessen Eingangsstutzen 52 mit Eingangsöffnung 51 eine von einem Bereichregler 49 geregelte Luft klappe mit Pneumatikantrieb 50 angeordnet ist. In der Druckleitung 55 des GJ>läses 53 ist eine Messblende 58 angeordnet, aus deren Druckdifferenzmessung ein pneumatisches Rechenrelais 57 die Verirennuncjsluf-tmenge (ca. 3000 - 7000 Nm 3) ermittelt, dessen Signal tun Luftmengenanzelger 56 angezeigt und dem Verhältnisregler 48 zugeleitet wird. Teil 59 der Druckleitung 55 mündet in einen Ringkanal 61 des die Verbrennungsluft auf ca. 2000C erhitzenden Lufterhitzers 60.
Vom lieissluftaustritt 62 führt eine Leitung 67 zu einem Verteilerkanal 63 und von dort über eine Endausgangsleitung 68 in die Vorkammer 82. In der Leitung 67 ist ein Druckmesser 64, eine Messblende 65 und ein Temperaturfühler 6G angeordnet, dessen Signal über eine Leitung 17 zu einem Temperaturanzeiger 35 führt, wo auch die Temperatur eines Temperaturfühlers 23' angezeigt wird.
Durchflusswächter 41 vervollständigen die Mess-, Regel- und Ueberwachungseinrichtungen für die lleissluft und das Schweröl.
An der Brennkammer 1 ist weiter ein Transmitter 69 angeordnet, dessen Signal einer pneumatischen Unterdruck-Regelstation 70 und einem Bereichregler 71 zugeführt wird. Eine von den Reglern 70, 71 festgestellte Abweichung vom Sollwert (ca.
-10 mm WS Unterdruck) wird über eine Leitung 72 durch Verstellen des Pneumatikantriebes 78 einer Regulierklappe 77 in einem am Ende der Anlage befindlichen Kamin 7,5 korrigiert.
Das Kamin 75 stellt die Druckleitung eines von einem Elektromotor 73 angetriebenen Saugzuggebläses 74 dar, das die Restgase aus der mit 108 - 123 bezeichneten Trennanlage zur Russabscheidung ab führt und den geregelten Unterdruck in der Brennkammer 1 und in den anschliessenden Teilen der Anlage aufrechterhält.
Weiter sind zwei Thermoelemente 80 und zwei Temperaturanzeiger 79 an der Brennkammer 1 angeordnet, die eine abnehmbare Brennkammerdecke 81 aufweisen, in der Mehrere Vorkammern 82 eingebaut sind. Die senkrechte Brennkammerwandung 83, an der eine Expansionsklappe 84 angeordnet ist, geht in eine Konuswandung 86 über, an die der Ausgangskanal 85 für die Reaktionsprodukte, die eine Temperatur von ca. 1200°C aufweisen, anschliesst.
Die Reaktionsprodukte gelangen über die Umlenkkanäle 88, 89 in einenwasserkühler 90, welcher hitzebeständige Kühlrohre 91 aufweist, an denen ein Kühlwassereintritt 92 und ein Heisswasseraustritt 95 angeordnet sind. Temperaturmessfühler 93 liefern Signale für den Temperaturanzeiger 94. Das aus dem Heisswasseraustritt 95 kommende Heisswasser (ca 70 0C) gelangt über einen Eintritt 96 in einen Kühlturm 97 mit Kühlrohrleitung 98. Von dort wird das Kühlwasser, gegebenenfalls unter Zufuhr von Frischwasser bei 99, auf die Saugseite einer Wasserumwälzpumpe 100 geleitet. Aus dem Wasserkühler 90 gelangen die Reaktionsprodukte mit ca. 2600 über Umlenkkanal 102, Verbindungsrohrleitung 103 und Umlenkkanal 104 in einen mit 108 bezeichneten Russzyklon-Vorabscheider, in dem eine beträchtliche Russmenge abgeschieden wird. Die restlichen Reaktionsprodukte gelangen über ein Verbindungsrohr 105 und einen Durchgangskanal 106 mit einer Temperatur von ca. 2500C in einen Russfilter-Endabscheider 109, wo der gesamte restliche Russ von den Reaktionsprodukten getrennt wird. Die Restgase gelangen über einen Saugstutzen 107 in das Saugzuggebläse 74 und von dort in den Kamin 75.
Der aus den Abscheidern 108, 109 abgeschiedene Russ gelangt durch Russausgang-Oeffnungen 111 und Anschluss-Stutzen 112 in einen waagrechten Russförderer 113 und einen Russ-Steilförderer 114, in dem eine Russpressvorrichtung 110, z.B. eine Klappe, mit einem die Presswirkung hervorrufenden Gegengewicht angeordnet ist, auf die Oberseite eines Sammelbunkers 118 mit einem Sammelkonus 119. Auf dem Sammelbunker 118 ist eine von einem Elektromotor 116 angetriebene Russlamellenschleuse 117 angeordnet, in die der Russ über ein Umlenkgefäss 115 gelangt.
Unter dem Sammelkonus 119 ist eine Russabfüllvorrichtung 121 mit einer Russwaage 120, einer Plattform zur Waage 122 und einem Verpackungsgefäss 123 angeordnet.
Um die Vorwärmung der Teile 111, 112, 113 und 114 zu ermöglichen, ist eine Verbindungsleitung mit Abschlussklappe 76 zwischen dem Umlenkgefäss 115 und dem Saugstutzen 107 des Saugzuggebläses 74 angeordnet. Durch Oeffnen der Klappe 76 erfolgt eine Zirkulation der Rauchgase während der Aufheizung der Brennkammer auch durch den unteren Teil der Trennanlage.
In Fig. 2 ist in der Brennkammer 81 eine Vorkammer 82 dargestellt. Die Heissluft-Zufuhrleitung 68 mündet mit einem verengten Stutzen 124 in eine zylindrische Partie der Vorkammer 82. Im Zentrum der Leitung 68 mündet eine der Verteilleitungen 42 für das Schweröl, an dessen Ende ein Düsenhalter 134 zur Befestigung der Einspritzdse 43 angeordnet ist. Die Leitung 42 ist in einem Führungsstutzen 127 verschiebbar geführt, der mittels eines Flansches 126 auf einem Anschlussflansch 125 der Leitung 68 befestigt ist und an seinem freien Ende einen Stellring 128 mit einer Stellschraube 129 aufweist. In der Leitung 68 ist in der Nähe des Stutzens 124 ein Leitapparat 137 angeordnet, der mittels einer Einstellschraube 138 höheneinstellbar ist und der intensiven Verwirbelung der zuströmenden Heissluft dient. Die Einspritzdüse wird zur Vermeidung einer Verschmutzung während der Vorwärmperiode des Ofens aus der Hochtemperaturzone zurückgezogen, z.B. mittels eines Pneumatik-Antriebes.
Ein mit der Leitung 68 verbundener Flansch 140 ist mit einem Gegenflansch 141 verschraubt, der an einer Befestigungsplatte 142 der Brennkammerdecke 81 befestigt ist. Verankerungsbolzen 143 sichern den Zusammenhalt zwischen der Decke 81 aus hitzebeständiger Stampfmasse 144 und der Befestigungsplatte 142, der ein Teil eines (nicht sichtbaren) Rahmens mit einem Flansch ist, welch letzterer die Befestigung der Brennkammerdecke 81 ermöglicht. Die Vorkammer 82 weist einen Konus 146 mit einer Mündung 147 auf.
Wird die beschriebene Anlage gemäss Fig. 1 und 2 mit gasförmigen Kohlenwasserstoffen betrieben, so fallen die Teile 11 - 58 weg. An der Leitung 59 wird die Mischanlage gemäss Fig. 3 mittels eines Flansches 180 befestigt. Die Mischanlage weist zwei an der Stelle 166 mündende Rohrleitungen auf, von denen diejenige für die gasförmigen Kohlenwasserstoffe ein Druckreduzierventil 148, ein Ausgleichsgefäss 154 mit einer Materialfüllung 155, beispielsweise aus rostfreier Stahlwolle, einen Blendenschieber 159 mit einstellbarer Lochblende 160, einen Elektroantrieb 161 mit Schalter 162 und ein verengtes Leitungsstück 164 und diejenige für Verbrennungsluft ein Gebläse 150 mit einem Elektromotor 151, ein Druckreduzierventil 152, ein Ausgleichsgefäss 154 mit Materialfüllung 155, ein Blendenschieber 157 mit einstellbarer Lochblende 158 und Handantrieb 163 und einen erweiterten Rohrteil 165 aufweist.
An der Vereinigung 166 der beiden Rohrleitungen ist ein Gemisch-Ansauggebläse 169 mit Ventiiator 170, Mehrstufenschalter 171 und Elektro-Mehrstufenmotor 172 angeordnet, an das eine Homcgenisicrungsstrecke 175 mit gelochten Lamellen 176 anschliesst. Dann folgt ein Rückschlaggefäss 177 mit einer Materialfüllung 178 und einer Expansionssicherung 179. Kontrollmanometer 156 sind an verschiedenen Stellen der Mischanlage angeordnet.
Bei der beschriebenen Mischanlage nach Fig. 3 kann der Blendenschieber für die gasförmigen Kohlenwasserstoffe unabhangig vom Blendenschieber für die Luft arbeiten und für sich mengenmässig eingestellt und reguliert werden. Die Leitungsteile 164, 165 weisen stark abweichende Querschnitte auf, was sich aus dem Mischungsverhältnis ergibt, beispielsweise für die gasförmigen Kohlenwasserstoffe 1 Teil und für Luft 4 bis 6 Teile, je nach der Russqualität. An der Stelle 166 erfolgt die Bildung des Gemisches, das in der nach dem Gebläse 169 angeordneten Homogenisierungsstrecke 175 vollständig gemischt wird. Um ein konstantes Mischungsverhältnis zu gewährleisten, ist es zweckmässig, den Druck vor den beiden Blendenschiebern konstant zu halten. Mit der Einstellung der Regulierblenden kann entweder das Gas oder die Luft reguliert werden, so dass dadurch jede Russqualität hergestellt werden kann. Das optimale Mischungsverhältnis kann zweckmässig durch Testversuche bestimmt werden.
Die chemische Grundlage für die Russherstellung unter Verwendung flüssiger und gasförmiger Kohlenwasserstoffe besteht darin, dass paraffinische Kohlenwasserstoffe bei hohen Tempo raturen in ihre Elementarbestandteile Kohlenstoff und Wasserstoff zerfallen. Die Reaktion, die bereits bei ca. 900°C einsetzt und mit steigender Temperatur optimal wird, verläuft unter Wärmeverbrauch und Abscheidung von Kohlenstoff nach der Gleichung 1 und 2: 1) C H n C + m H = n m 2 112 = endotherm) Zum Beispiel für CH4: 2) CH4 C + 2H2 ( H = 17.87 kcal) Um beim thermischen Zerfall von flüssigen oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen einen kontinuierlichen Anfall von Russ zu gewährleisten, wird die erforderliche Wärme der Reaktion durch eine partielle Verbrennung der Einsatzkohlenwasserstoffe mittels Luft direkt dem Reaktionsprozess zugeführt.
Neben der eigentlichen Spaltreaktion findet somit eine wärmeliefernde Reaktion nach Gleichung 3 statt: 3) CnHm m Luft x CO + y CO + m H2O (x + y = n) ( H = exotherm) Zum Beispiel für CH4: 4) 2CH4 + 2,5 02 + 10 N2 CO2 + CO + 2H20 + 10 N2 ( H = 201,2 kcal) Hierbei setzt sich ein Anteil nach Gleichung 5 um: 5) CH4 + H20 CO + 3H2.
Durch Steuerung des Kohlenwasserstoff-Luft-Verhältnisses kann man die Gesamtreaktion optimal, wahlweise zwischen ca. 1000 - 1200°C ablaufen lassen und dadurch die Qualität des anfallendes Russes in reproduzierbarer Weise beeinflussen.
Auf diese Weise gelingt es, hochwertigen Russ verschiedener Spezifikationen mit einer Ausbeute von 10 - 85 % bei Schweröl bzw. 10 - 35 % bei Erdgas des eingeführten Kohlenstoffes zu erzeugen. Als Nebenprodukt fällt eine erhebliche Menge eines als IIeizgas gut verwendbaren Restgases an.
Wesentlich ist, dass bei der beschriebenen Anlage sowohl die Kohlenwasserstoffe als auch das Sauerstoff enthaltende Gas in genau dosierten Mengen geliefert und konditioniert werden.
Die Konditionierung erfolgt hierbei vor und/oder nach dem Eintritt in die Vorkammer 82. Bei der in Fig. 1 beschriebenen Anlage wird der flüssige Kohlenwasserstoff, heispielsweise das Schweröl, auf ca. 1250C erwärmt, dosiert und auf ca. 25 atü Druck gebracht, während die weitere Konditionierung, d.h. die Zerstäubung und Vergasung, in den Vorkammern 82 erfolgt. In die Reaktionszone der Brennkammer 1 tritt nur ein vollständig homogenisiertes und gasförmiges Gemisch ein.
Bei den gasförmigen Kohlenwasserstoffen erfolgt die Konditionierung weitgehend vor dem Eintritt in die Vorkammern 82, während in den Vorkammern selbst eine.weitere Erwärmung des Gemisches eintritt, da die Temperatur in den Vorkammern 83 über 6000C ist.
Die Mischung der Kohlenwasserstoffe mit der Verbrennungsluft, welche im Wärmeaustauscher 60 konditioniert, d.h. erhitzt wird, erfolgt bei der Anlage nach Fig. 1 in den Vorkammern 82 und bei der Ausführung für gasförmige Kohlenwasserstoffe in der Mischanlage nach Fig. 3.
Die für die Durchführung des Verfahrens wesentlichen Vorkammern 82 sind gegenüber der Brennkammer 1 verhältnismässig klein. Es ist zweckmässig, die Vorkammern 82 gleichmässig über den Querschnitt der Brennkammer 1 zu verteilen.
Die Decke 81 muss zur Unterbringung der Vorkammern 82 eine genügende Stärke der hitzebeständigen Stampfmasse 144 aufweisen, wie auch die übrigen Wände der Brennkammer 1 mit einer hitzebeständigen Bekleidung versehen sind.
Eine Verbesserung der Betriebssicherheit bei Betrieb mit flüssigen Kohlenwasserstoffen erhält man, wenn wie in Fig. 1 dargestellt, in jeder Verteilleitung 42 vor den Durchflusswächter eine Dosierpumpe 42' angeordnet ist, die von einem nicht dargestellten Motor bzw. von Motoren angetrieben werden. Diese fördern eine vom jeweiligen Druck praktisch unabhängige Fördermehge. Wenn in einer Einspritzdüse 43 durch einen Fremdkörper eine teilweise Verstopfung eintritt, so steigt der Druck der entsprechenden Dosierpumpe 42' und der Fremdkörper kann dadurch entfernt werden.
Bei Verwendung von Dosierpumpen 42' kann zudem der Druck in der Druckzuleitung 36 herabgesetzt werden.
Nachstehend sind die Untersuchungsergebnisse von fünf erfindungsgemäss mit Schweröl hergestellten FROSSRUSS-TYPEN dargestellt, sowie 12 verschiedene, in einer erfindungsgémässen FROSS-Anlage herstellbare FROSSRÜSS-TYP.EN.
Analyse des verwendeten Schweröles: Spezifisches Gcwicht bei 200C = 1,078 Kohlenstoff-Gehalt in % = 90,25 Wasserstoff-Gehalt in % = 8,11 Schwefel-Gehalt in % = 1,40 Oxid-Asche in Gewichts-% - 0,016 Flammpunkt nach Pensky-Martens bei °C = 153.0 Wasser = kein Farbe: Dunkelbraun-schwarz strengfliessend = 180.0 °C Es handelt sich aufgrund der Analysenzahlen um ein sehr Schweres Rückstandöl.
Es sind noch weitere aromatische Schweröl verschiedener Zusammensetzungen angewendet worden.
- Oeleinspritzdruck in atü: = 26,5 - Oeleinspritz-Temperatur in OC: = 128,0 - Lufteinfüll-Temperatur in °C: = 195,0 - Vorkammer-Temperatur in °C: = 740.0 - Brennkammer-Temperatur in OC: = 1180,0 - Untersuchungs-Ergebnisse für Russ in synthetischem Gummi: Vulkanzeit FROSSRUSS in Min Typ-150 Typ-250 Jod-Oberfläche in m2/g -- = 59,1 98,4 Oel-Adsorption in ml/gr -- = 1,07 1,14 Zugspannung in kp/cm2 50 = 295 311 Bruchdehnung in Prozent 50 = 525 575 300 % Gleitmass (Modul) 50 = 2635 2500 Spreiz-Härte in Prozent 50 = 68 73 Rückschnellung bei 1000C -- = 56,9 50,7 Abreibungs-Verlust in gr -- = 3,65 3,24 Physikalische und Chemische Daten für Gummi- und Farbrusse: FROSSRUSS Typ-200 Typ-400 Typ-550 2 Stickstoff-Oberfläche in m /gr = 81,8 211,2 358,9 Farbtiefe in Nigrometer-Index = 89 71 59 Oel-Adsorption in cm3/gr = 1,12 1,18 1,24 pH - Wert = 7,2 6,1 3,5 Aschengehalt in Prozent = 0,04 0,03 0,02 Teergehalt in Prozent = 0,06 0,02 0,01 Feuchtigkeits-Gehalt in Prozent = 0,38 0,23 0,12 - FROSSRUSS-Typen und deren Oualitäten: Adsorption in Adsorption in FROSSRUSS-Typen J2-Oberfläche N2-Oberfläche Gummirusse: Nr. 1 = Typ- 50 23,5 m2/g 27,5 m2/g Nr. 2 = Typ-100 39,8 m2/g 2 Nr. 3 = Typ-150 59,1 m /g 2 2 Nr. 4 = Typ-200 76,0 m /g 81,8 m /g Nr. 5 = Typ-250 98,4 m2/g 103,9 m2/g Nr. 6 = Typ-300 130,4 m2/g 134,2 m2/g Farbrusse: Nr. 7 = Typ-350 184,8 m2/g 188,1 m2/g Nr. 8 = Typ-400 206,0 m2/g 211,2 m2/g Nr. 9 = Typ-450 237,3 m2/g 241,7 m2/g Nr. 10 = Typ-500 301,5 m2/g Nr. 11 = Typ-550 351,0 m2/g 358,9 m2/g 2 Nr. 12 = Typ-600 398,6 m /g Zwischen-Typen von FROSSRUSS-Qualitäten können ebenfalls in der erfindungsgemässcn Anlage produziert werden.
Untersuchungsergebnisse von zwei mit gasförmigen Kohlenwasserstoffen erfindungsgemäss hergestellten Russe sind nachstehend angegeben: - Analyse des verwendeten Naturqases: Methan (CH4) in Prozent = 98,30 Aethan (C2H6) in Prozent = 1,50 Stickstoff (N2) in Prozent = 0,20 Total in Volumen-Prozent = 100,00 - Kohlenstoffgehalt und Heizwert des verwendeten Naturgases: in einem Nm3 Naturgas sind enthalten Kohlenstoff in Gramm = 547,80 Heizwert = Ho - koal/Nm3 = 9562,00 Physikalische und Chemische Daten: Oberfläche in N2 - m2/g = 240,00 490,00 Farbtiefe (Nigrometer-Index) = 69,50 57,00 Feuchtigkeit in Prozent = 0,90 0,60 pH - Wert = a,80 3,50 Aschengehalt in Prozent = 0,02 0,03 Acetonextrakt in Prozent = QfOO9 0,005 Teerextrakt in Prozent = 0,0015 0,001 Es sind aus demselben Naturgas noch verschiedene andere FROSSRUSS-Typen hergestellt worden.
- Weitere Zusammensetzungen von verschiedenen Naturgasen sind für die Herstellung von Russ verwendet worden, z.B.
a - Methan @ (CH4) = 97,2 %, Aethan (C2H6) = 2,1 % und Stickstoff (N2) = 0,7 % = 100,00 Volumen-t, und b - - Methan @ (CH4) = 83,4 %, Aethan @ (C2H6) = 8,6 %, Propan @ (C3H8) = 3,2 %, Butan @ (C4H10) = 0,7 %, Pentan (C5H12) = 01 % und Stickstoff (N2) = 4,0 % = 100,00 Volumcn-%.
Nachstehend sind die Ergebnisse von zwei durchgeführten Messungen erläutert, bei denen als Sauerstoff enthaltendes Gas Luft verwendet wurde. Für die Herstellung von 1 kg Russ wurden benötigt: Typ-200: 10,2Nm3 Luft und 2,4 kg Schweröl d.h. 4,25 Nm3/kg Schweröl Typ-400: 25,4 Nm3 und 4,3 kg Schweröl d.h. 5,9 Nm3/kg Schweröl Für die vollständige Verbrennung des Schweröles nach der vorstehend genannten Analyse benötigt man 10,27 Nm3/kg Schweröl so das die-zugeführte Luftmenge für Typ-200 rund 41 % Typ-400 rund 57,5 % der für die vollständige Verbrennung des Schweröles im Minimum notwendigen Luftmenge beträgt.
Aus der Restgasanalyse ist ersichtlich, dass etwa 9 - 11 Vol-t CO2 und etwa 6 - 7 Vol-t CO als grösste Anteile entstehen, während die Anteile von H2, CH4 und CmHn (schwere Kohlenwasser--stoffe) erheblich geringer ausfallen und nur wenige Prozent betragen.
Aus diesen beiden Versuchen geht das wesentliche des beschriebenen Verfahrens klar hervor. Je nachdem die Einstellung des Schweröl-Luft-Verhältnisses gewählt wird, wird in reproduzierbarer Weise eine bestimmte Russqualität erzeugt. Je feiner die Russqualität sein soll, desto grösser muss der Luftanteil gewählt werden. So beträgt für die Farbruss-Qualität Typ-400 der Luftbedarf rund das 1,4-fache des Luftbedarfes für die Gummiruss-Qualität Typ-200. Der nicht in Russ umgewandelte Anteil des Schweröles wird verbrannt und dient dazu, die Reaktionstemperatur in der Brennkammer aufrecht zu erhalten.
Durch die Konditionierung des Schweröles und der Luft vor dem Eintritt in die Brennkammer und durch die Regelung der Ofenführung erreicht man einen kontinuierlichen Betrieb und die konstante Einhaltung der Reaktionsbedingungen in der Brennkammer, ohne dass z.B. ein Trägergas, eine Abschreckung mit einem Wasserstrahl oder andere zusätzliche Mittel einyesetzt werden müssten.
Es ist jedoch möglich, die Russproduktion jederzeit abzubrechen und nach beliebiger Zeit mit der gleichen oder einer neuen Russqualität wieder aufzunehmen, ohne dass hierzu zeitraubende Vorarbeiten notwendig sind. Nach der erwähnten Vorwärmperiode kann unmittelbar danach die Russproduktion wieder aufgenommen werden. Auch bezüglich der Variation der Russqualitäten besteht mit der beschriebenen Anlage praktisch keine Einschränkung.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herätellung von Russ aus flüssigen und/oder gasförmigen Kohlenwasserstoffen unter Zugabe eines Sauerstoff enthaltenden Gases, insbesondere Luft, durch thermischen Zerfall bei partieller Verbrennung der Kohlenwasserstoffe in einer Ofenanlage, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoffe und das Gas vor dem Eintritt in die Reaktionszone des Ofens konditioniert und hierauf in homogenem, gasförmigem Zustand in die Reaktionszone eingeführt werden, wobei die entstehenden Reaktionsprodukte anschliessend gekühlt und getrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoffe und/ader das Gas vorgewärmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die Kohlenwasserstoffe -und das Gas über den Querschnitt der Reaktionszone verteilt in die Reaktionszone eingeführt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurc-h gekennzeichnet, dass die Temperatur in der Reaktionszone zwischen 1000°C und 12000C eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoffe und/oder das Gas vor und/oder nach dem Eintritt in den Ofen konditioniert werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 unter Verwendung flüssiger Kohlenwasserstoffe, insbesondere Schweröl, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigen Kohlenwasserstoffe vor der Reaktionszone mit erhöhtem Druck eingespritz-t, zerstäubt und vergast, mit dem getrennt eingeführten Gas gemischt und anschliessend gemairsam der Reaktionszone zugeführt werden

7. Verfahren nach cinc?m der Ansprüche 1 bis 5 unter Verwendung gasförmiger Kohlenwasserstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass die gasförmigen Kohlenwasserstoffe und das Gas vor dem Eintritt in den Ofen gemischt und gemeinsam in den Ofen eingeführt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Russqualität durch Aenderung der zusammensetzung des Kohlenwasserstoff-Gas-Gemisches beeinflusst wird.

9. Ofenanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Decke (81) der Brennkammer (1) des mit senkrechter Achs angeordneten Ofens mehrere über den Brennkammerquerschnitt verteilte Vorkammern angeordnet sind und dass die Brennkarmer einen Ausgangskanal (85) aufweist, an den ein Gaserhitzer (60), ein Küh@ @0) für die Reaktionsprodukte und daran eine Trennanlage zur Russabscheidung (108 - 123) anschliesst.

10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaserhitzer (60) einen Durchgang (61) für das Sauerstoff enthaltende Gas aufweist.

11. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Decke (31) der Brennkammer (1) abnehmbar ist.

12. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (1) kreiszylindrische Form aufweist.

13. Anlage nach Anspruch 9 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (1) einen sich verjünyenden Unterteil (86) aufweist.

14. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Brennkammerwandung (83) mindestcns ein Brenncr (4) zur Aufheizung der Brennkammer (1) angeordnet ist.

15. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dassaie Vorkammern (82) kreiszylindrische Form aufweisen und sich zur Mündung (147) in die Brennkammer (1) erweitern.

16. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennanlage (108 - 123) einen Zyklon (108) als Vorabscheider und eine Filteranlage (109), z.B. Mehrkammer-Filter, als Endabscheider aufweist.

17. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkammern eine Temperatur von mindestens 600°C aufweisen.

18. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ofenanlage unter geringem Unterdruck, z.B. ca. 3 - 15 mm Wassersäule, steht, der durch ein am Ausgang der Trennanlage angeordnetes Saugzuggebläse (73, 74) einstellbar ist.

19. Anlage nach Anspruch 9 für flüssige Kohlenwasserstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitung (68) für das Gas mit einem Stutzen (124) eine Einspritzdüse (43) mit einer Zuleitung (42) für die flüssigen Kohlenwasserstoffe umgibt und zentral in die Vorkammer (82) mündet.

20. Anlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung (42) jeder Einspritzdüse (43) eine Dosierpumpe (42') mit druckunabhängiger Fördermenge angeordnet ist.

21. Anlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Stutzen (124) ein Leitapparat (137) höheneinstellbar angeordnet ist.

22. Anlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzdüse (43), z.B. während. der Vorwärmperiode -des Ofens oder zum Auswechseln einer Düse, zurückziehbar ist, z.B. mittels eines Pneumatik-Antciebes.

23. Anlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen (68) gegenüber der Vorkammer (82) einstellbar ist.

24. Anlage nach Anspruch 9 für gasförmige Kohlenwasserstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung (59) zu den Vorkammern (82) eine Mischanlage (148 - 180) zur Mischung der gasförmigen Kohlenwasserstoffe mit dem Sauerstoff enthaltenden Gas angeordnet ist.

25. Anlage nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischanlage eine Homogenisierstrecke (175) aufweist.

26. Anlage nach Anspruch ?24, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischanlage ein mit einer Materialfüllung (178) versehenes Rückschlagventil (177) aufweist.

27. Anlage nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Mischanlage kleiner als 0,5 atü absolut ist.

28. Anlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennanlage (108 - 123) eine Russtransportanlage mit einem Russ-Steilförderer (114) aufweist, in welch letzterem eine Russpressvorrichtung (110) eingebaut ist, deren Presswirkung einstellbar, z.B. mit einem Gegengewicht, ist.