DE3820359A1

DE3820359A1 - Verfahren zur herstellung von russ

Info

Publication number: DE3820359A1
Application number: DE3820359A
Authority: DE
Inventors: Steven J List; Ronald C Hurst
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 1987-06-16
Filing date: 1988-06-15
Publication date: 1988-12-29
Also published as: NL8801112A; NL189516B; CA1309229C; IT8820988A0; JPS6414107A; JPH0749540B2; NL189516C; GB8805855D0; GB2205823A; IT1218086B; ES2006984A6; US4879104A; AU1774088A; BR8802819A; GB2205823B; AR246540A1; AU604918B2; FR2616793A1; FR2616793B1

Description

Ruß wird durch unvollständige Verbrennung eines Kohlen wasserstoffswasserstoffs, wie z. B. Petroleum, Naturgas oder anderer bekannter Materialien bei hohen Temperaturen hergestellt. Beim Abtrennen von den Reaktionsgasen wird als Produkt ein flaumiges, leichtes Rußpulver erhalten.

Ruß kann unter Verwendung eines Modul- oder Stufenverfahrens hergestellt werden, wie es beispielsweise in dem US-Reissue Patent 28 974 beschrieben ist. Ein Stufenverfahren enthält eine erste Verbrennungszone (erste Stufe), worin ein Strom heißer gasförmiger Verbrennungsprodukte gebildet wird; eine zweite oder Übergangszone, worin eine flüssige Kohlenwasser stoffbeschickung entweder in vorvernebelter Form oder in Form eines nicht vorvernebelten kohärenten Stroms im wesent lichen radial vom äußeren oder inneren Umfang des Stroms der Verbrennungsgase in den vorgeformten Strom der heißen Ver brennungsgase injiziert wird; und eine dritte Zone (die Reaktionszone), in der die Rußbildung stattfindet, bevor die Reaktion durch Abschrecken beendet wird.

Es gibt jedoch Fälle, in denen Ruße hergestellt werden sollen, die bei einer vorgegebenen Oberfläche dadurch charakterisiert sind, daß sie eine niedrigere Färbekraft und eine stärkere Strukturierung aufweisen. Diese Ruße sind bei der Herstellung von Gummizusammensetzungen vor teilhaft, die erhöhte Modul- und Rückprallwerte aufweisen.

Dementsprechend ist es eine primäre Aufgabe der Erfindung, ein neues und verbessertes Verfahren zur Herstellung von Rußen zu schaffen, die bei einer vorgegebenen Oberfläche dadurch charakterisiert sind, daß sie eine niedrigere Färbe kraft und stärkere Strukturierung aufweisen.

Weitere Ziele, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch die folgende ausführ liche Beschreibung und die Ansprüche offenbart.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt die Ausbildung eines Stroms heißer Verbrennungsgase durch Umsetzen eines Brennstoffs mit einem Oxidationsmittel in einer ersten oder promären Verbrennungszone. Der Druck bzw. der Druck oberhalb der Umgebungsbedingungen in der Verbrennungszone beträgt mindestens 51 mm Hg-Säule (68 mbar). Vorzugsweise sollte der Druck innerhalb der Ver brennungszone mindestens 152 mm Hg-Säule (203 mbar) und be sonders bevorzugt mehr als 254 mm Hg-Säule (339 mbar) be tragen. Die Beschickung wird dann im wesentlichen entweder radial oder axial in den Strom der heißen Verbrennungsgase injiziert. Vorzugsweise wird die Beschickung in Form von vorvernebelten kohärenten Gasströmen einwärts oder auswärts des inneren und/oder äußeren Umfangs des Stroms der Verbren nungsgase injiziert. Wenn die Beschickung sowohl vom äußeren als auch vom inneren Umfang des Stroms der Verbrennungsgase injiziert wird, ist es auch möglich, daß die Beschickung in vorvernebelter Form von einer Umfangsseite und in nicht vorvernebelter Form von der anderen Umfangsseite injiziert wird.

Nach dem Einspritzen der Beschickung in den Strom der Ver brennungsgase fließt der die Beschickung enthaltende Strom der Verbrennungsgase durch die Übergangszone in die erste Reaktionszone, die eine innere Querschnittsfläche aufweist, die größer ist als diejenige der Übergangszone. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der inneren Querschnittsfläche der ersten Reaktionszone zu derjenigen der Übergangszone von 1,1 bis 4,0. Aus der ersten Reaktionszone fließt der Strom der Verbrennungsgase in eine Halszone mit einer inneren Quer schnittsfläche, die kleiner ist als diejenige der Übergangs zone. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der inneren Querschnittsfläche der Halszone zu derjenigen der Über gangszone etwa 0,25 bis 0,9.

Aus der Halszone fließt der die Beschickung enthaltende Strom der Verbrennungsgase in eine zweite Reaktionszone mit einer inneren Querschnittsfläche, die größer ist als diejenige der Halszone. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der inneren Querschnittsfläche zu derjenigen der Übergangszone etwa 1,1 bis 16,0. Danach wird das Kohle bildende Verfahren in der zweiten Reaktionszone durch Ein spritzen eines Abschreckmittels, wie z. B. Wasser, beendet.

Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Schemazeichnung einer Längsschnittansicht eines typischen Ofens zur Rußherstellung, wie er in den Beispielen 1 und 3 verwendet wurde.

Fig. 2 zeigt eine Schemazeichnung einer Längsschnittansicht eines typischen Ofens zur Rußherstellung, wie er in den Beispielen 2 und 4 verwendet wurde.

Im folgenden wird eine ausführliche Beschreibung des in Fig. 2 gezeigten Ofens gegeben, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wurde.

In Fig. 2 ist ein Ofen 1 gezeigt, der fünf Zonen umfaßt, eine erste Verbrennungszone 10, eine Übergangszone 13, eine erste Reaktionszone 31, eine Halszone 33 und eine zweite Reaktionszone 35, in die die Abschrecksonde 41 zum Beenden der Ruß bildenden Reaktion eingebracht ist.

Die Verbrennungszone 10 wird begrenzt durch die stromaufwärtige Wand 6 und Seitenwand 4, und sie endet am Punkt 12, der den Beginn der Übergangszone 13 darstellt. Durch die Wand 6 wird die Leitung 8 eingeführt, durch die Brennstoff in die Verbrennungszone 10 eingeführt wird. Durch die Seitenwand 4 ist die Leitung 5 geführt, durch die ein Oxidationsmittel in die Verbrennungszone 10 eingeleitet wird. Innerhalb der Verbrennungszone 10 ist ein Flammenhalter 11 enthalten, der am Rohr 3 befestigt ist, welches durch die Öffnung 7 in der Wand 6 eingeführt wird. Stromabwärts von und verbunden mit der Verbrennungs zone 10 befindet sich eine Übergangszone, die durch die Wand 17 begrenzt wird, die am Punkt 12 beginnt und am Punkt 14 endet. Um den Umfang der Wand 17 herum befindet sich eine Vielzahl von im wesentlichen radialgerichteten Öffnungen 21, durch die Brennstoff in die Übergangszone 13 injiziert werden kann.

Stromabwärts von und verbunden mit der Übergangszone 13 be findet sich eine erste Reaktionszone 31, die durch die Wand 37 begrenzt wird. Die Zone 31 kann in Abhängigkeit von den gewünschten Reaktionsbedingungen eine variierbare Länge und Weite aufweisen. Jedoch muß die innere Querschnittsfläche der ersten Reaktionszone 31 größer sein als diejenige der Übergangszone 13. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der inneren Querschnittsfläche der ersten Reaktionszone zu derjenigen der Übergangszone 1,1 bis 4,0. Die Wand 37 kon vergiert dann gegenüber der Mittellinie des Ofens 1 in einem Winkel von 45° und führt beim Punkt 32 in die Wand 38 hin ein. Die Wand 38 begrenzt die Halszone 33. Die innere Quer schnittsfläche der Halszone 33 ist kleiner als die innere Querschnittsfläche der Übergangszone 13. Vorzugsweise be trägt das Verhältnis der inneren Querschnittsfläche der Halszone 33 zu der inneren Querschnittsfläche der Übergangs zone 33 etwa 0,25 zu 0,9. Das stromabwärtige Ende 34 der Wand 38 geht in die Wand 39 über. Die Wand 39 divergiert gegenüber der Mittellinie des Ofens 1 in einem Winkel von 30° und begrenzt eine zweite Reaktionszone 35. Die innere Querschnittsfläche der zweiten Reaktionszone 35 ist größer als die innere Querschnittsfläche der Halszone 33. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der inneren Querschnittsfläche der zweiten Reaktionszone 35 zu derjeni gen der Übergangszone 13 etwa 1,1 bis 16,0. Durch die Wand 39 ist die Abschrecksonde 41 in die zweite Reaktionszone 35 geführt, durch die ein Abschreckmittel, wie z. B. Wasser, eingespritzt werden kann, um die Ruß bildende Reaktion zu beenden.

Im allgemeinen wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Her stellung von Rußen mit einer vorgegebenen Oberfläche, die durch eine niedrigere Färbekraft und eine höhere Strukturie rung gekennzeichnet sind, wie folgt durchgeführt:

Durch eine Öffnung wird ein geeigneter Brennstoff und durch eine andere Öffnung wird ein geeignetes Oxidationsmittel, wie z. B. Luft, Sauerstoff, Mischungen von Luft und Sauer stoff oder dergl. in die Verbrennungszone eingeführt. Unter den geeigneten Brennstoffen zur Verwendung in der Reaktion mit dem Oxidationsmittelstrom in der Verbrennungskammer zur Erzeugung der heißen Verbrennungsgase sind alle leicht ver brennbaren Stoffe zu verstehen, entweder in gasförmiger, dampfförmiger oder flüssigen Form, wie z. B. Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Methan, Acethylen, Alkohole, Kerosin, flüs sige Kohlenwasserstoff-Brennstoffe und dergl. Kohlenwasser stoffe werden im allgemeinen bevorzugt verwendet. Beispiels weise sind methanreiche Ströme, wie Naturgas oder modifi ziertes Naturgas ausgezeichnete Brennstoffe, ebenso andere Ströme, die hohe Anteile an Kohlenwasserstoffen enthalten, wie verschiedene Kohlenwasserstoffgase und -flüssigkeiten und Raffinerie-Nebenprodukte, wie Ethan, Propan, Butan, Pentanfraktionen, Heizöl und dergl.

Im folgenden ist die Primär-Verbrennung definiert als Menge des in der ersten Stufe des Modulverfahrens anwesenden Oxidationsmittels dividiert durch die theoretisch für die vollständige Verbrennung des in der ersten Stufe anwesenden Kohlenwasserstoffs zu Kohlendioxid und Wasser erforderliche Menge, multipliziert mit 100, wodurch sich eine Prozentangabe ergibt. Die Primär-Verbrennung kann 100 bis 500% betragen. Auf diese Weise wird eine Strom heißer Verbrennungsgase erzeugt, der mit hoher Geschwindigkeit strömt.

Der Druck in der Verbrennungszone beträgt mindestens 51 mm Hg-Säule (68 mbar). Es wurde weiterhin gefunden, daß der Druck innerhalb der Verbrennungszone vorzugsweise mindestens 152 mm Hg-Säule (203 mbar) und besonders bevorzugt mehr als 254 mm Hg-Säule (339 mbar) betragen sollte. Unter diesen Bedingungen wird ein Strom gasförmiger Verbrennungsprodukte erzeugt, der hinreichend Energie aufweist, um Ruß ergebende Kohlenwasserstoff-Beschickungen, vorzugsweise flüssige, in die gewünschten Rußprodukte zu überführen. Die aus der Ver brennungsstufe austretenden erhaltenen Verbrennungsgase er reichen eine Temperatur von mindestens 1316°C (2400°F), besonders bevorzugt von mindestens etwa 1649°C (3000°F).

Die heißen Verbrennungsgase werden am Abstromende der Ver brennungszone mit hoher Geschwindigkeit abgegeben, was durch das Durchleiten der Verbrennungsgase durch eine Über gangszone mit einer kleineren inneren Querschnittsfläche beschleunigt wird.

Die Beschickung wird in den Strom der Verbrennungsgase eingespritzt, vorzugsweise am Mittelpunkt der Übergangszone. Weiterhin wird die Beschickung vorzugsweise in Form einer Vielzahl von nicht vorvernebelten kohärenten Strömen in einer Richtung im wesentlichen radial zum Fluß des Stroms der Verbrennungsgase entweder von derem äußeren oder inneren Umfang durch eine Vielzahl von Düsen einge spritzt. Die Beschickung kann auch sowohl am Mittelpunkt der Übergangszone als auch aufstromseitig vom Mittelpunkt der Übergangszone eingespritzt werden. Geeignet zur Verwen dung als Kohlenwasserstoff-Beschickungen sind hierbei unge sättigte Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Acetylen; Olefine, wie z. B. Ethylen, Propylen und Butylen; Aromaten, wie z. B. Benzol, Toluol und Xylol; bestimmte gesättigte Kohlenwasser stoffe und verflüchtigte Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Kerosine, Naphthaline, Terpene, Ethylenteere, aromatische Materialien aus Kreisverfahren und dergl. Bezüglich der oben erwähnten definierten Einspritzstellen kann die Beschickung gleich oder verschieden sein.

Die hierbei verwendete Menge an Beschickung, Brennstoff und Oxidationsmittel wird so eingestellt, daß eine Gesamtver brennung im Prozentbereich von etwa 15 bis 60% und bevor zugt von etwa 25 bis 40% erzielt wird. Die Gesamtverbren nung stellt die in dem Ruß bildenden Verfahren verwendete Gesamtmenge an Oxidationsmittel dividiert durch die für die vollständige Verbrennung der Gesamtmenge des in dem Ruß bildenden Verfahren vorhandenen Kohlenwasserstoffs unter Bildung von Kohlendioxid und Wasser dar, multipliziert mit 100, wodurch sich eine Prozentangabe ergibt.

Aus der Übergangszone fließt der die Beschickungen enthal tende Strom der heißen Verbrennungsgase in eine erste Reak tionszone, die eine innere Querschnittsfläche aufweist, die größer ist als diejenige der Übergangszone, wobei das Verhältnis vorzugsweise von etwa 1,1 bis 4,0 beträgt. Der die Beschickung enthaltende Strom der heißen Verbren nungsgase fließt dann in eine Halszone. Die innere Quer schnittsfläche der Halszone ist kleiner als die innere Querschnittsfläche der Übergangszone. Vorzugsweise ist das Verhältnis der inneren Querschnittsfläche der Halszone zu derjenigen der Übergangszone etwa 0,25 bis 0,9.

Aus der Halszone fließt der die Beschickung enthaltende Strom der heißen Verbrennungsgase in eine zweite Reaktions zone. Die innere Querschnittsfläche der zweiten Reaktions zone ist größer als die innere Querschnittsfläche der Hals zone. Das Verhältnis beträgt vorzugsweise etwa 1,1 bis 16,0.

Innerhalb der zweiten Reaktionszone ist eine hinreichende Verweilzeit vorgesehen, um die Ruß bildenden Reaktionen zu gewährleisten, bevor die Reaktion durch Abschrecken beendet wird. Das Abschrecken wird z. B. durch Einspritzen von Wasser durch eine Abschreckdüse durchgeführt. Es sind noch viele andere Verfahren zum Abschrecken der Ruß bilden den Verfahren bekannt. Die die Rußprodukte suspendiert ent haltenden austretenden heißen Gase werden dann den üblichen Schritten des Abkühlens, der Abtrennung und des Sammelns von Ruß unterworfen. Die Abtrennung des Rußes aus dem Gasstrom ist leicht mit den üblichen Mitteln, wie z. B. Abscheider, Zyklonabscheider, Sackfilter oder deren Kombinationen, durchführbar.

Die folgenden Untersuchungsverfahren werden bei der Bestim mung der analytischen Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Ruße verwendet:

Jodadsorptionszahl

Sie wird bestimmt nach ASTM D-1510-8.

Färbekraft

Sie wird bestimmt nach ASTM D-3265-80.

Dibutylphthalat(DBP)absorption

Sie wird bestimmt nach ASTM D-2414-82. Wie Werte zeigen an, ob der Ruß in flaumiger oder Pelletform vorliegt.

Brech-("crushed")-DBP-Absorptionszahl

Sie wird bestimmt nach ASTM D-3493-82

Gummizusammensetzungen

Bei der Untersuchung der Eigenschaften der erfindungsgemäßen Ruße wurden die folgenden Formulierungen verwendet, wobei alle Mengen in Gewichtsteilen angegeben sind.

Tabelle 1

Gummizusammensetzungen

Die folgenden Untersuchungsverfahren wurden zur Bestimmung der physikalischen Eigenschaften einer Gummizusammensetzung verwendet, die den erfindungsgemäß hergestellten Ruß enthielt.

Modul und Zugeigenschaften

Modul und Zugeigenschaften wurden nach den in ASTM D-412-80 beschriebenen Verfahren bestimmt.

Rückprall

Wurde bestimmt nach ASTM D-1054-79

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Ruß mit niedrigeren Färbekraftwerten und höherer Strukturierung wird in den folgenden Beispielen näher erläutert. Dem Fachmann ergeben sich aus der Offenbarung weitere Ausfüh rungsformen, die folgenden Beispiele sollen die Erfindung nicht beschränken.

Beispiel 1

Bei Verwendung des in Fig. 1 gezeigten Ofens, dessen Verbrennungszone identisch war mit dem in Fig. 2 gezeigten Ofen, wurde auf eine Temperatur von 621°C (1159°F) vorge heizte Luft mit einer Geschwindigkeit von 0,746 Nm³/sec (100 kscfh) und Naturgas mit einer Geschwindigkeit von 0,0225 Nm³/sec (3,01 kscfh) in die Verbrennungszone 10 ein geleitet. Dabei wurde ein Strom heißer Verbrennungsgase mit 363% Primärverbrennung erzeugt, der mit hoher Geschwin digkeit stromabwärts floß. Der Druck innerhalb der Verbren nungszone betrug 127 mm Hg-Säule (169 mbar).

Die Beschickung wurde auf 204°C (400°F) vorgeheizt und durch 4 Düsen 21 am Mittelpunkt der Übergangszone 13 in Form nicht vorvernebelter kohärenter Ströme radial einwärts in den Strom heißer Verbrennungsgase eingespritzt. Zu dem Strom heißer Verbrennungsgase wurde eine wässrige Kali-("potassium")-Lösung mit einer Geschwindigkeit von 1,1 Gramm Kali pro Stunde zugegeben. Die zugegebene Kalimenge verminderte den Strukturierungsgrad des Rußes nicht wesent lich. Die Übergangszone 13 hatte eine Länge von etwa 27 cm (8 inches) und eine innere Querschnittsfläche von 142 cm² (22 square inches). Die Düsen, jeweils mit einem Durchmesser von 1,40 mm (0,055 inches), waren radial gerichtet und in einer Ebene im gleichen Winkel um den Umfang der Wand 17 der Übergangszone 13 beabstandet. Die Beschickung wurde mit einer Geschwindigkeit von 693 l/h (183 gph) eingespritzt. Der in jedem Punkt der Beschickungseinspritzung verwendete Druck betrug etwa 1159 kPa (168 psig). Die im vorliegenden Beispiel verwendete Kohlenwasserstoffbeschickung hatte die folgenden analytischen Eigenschaften.

Wasserstoff (Gew.-%) 7,71 Kohlenstoff (Gew.-%) 90,5 Schwefel (Gew.-%) 1,4 API-Dichte 15,6/15,6°C (60°F)-1,6 Spez. Dichte 15,6/15,6°C (60°F) 1,089 Viskosität SUS 54,4°C (130°F)280 Viskosität SUS 98,9°C (210°F) 50,5 BMCI (Visc-Grav)130

Die Übergangszone 13 erweitert sich unter Ausbildung der Reaktionszone 31, die mit feuerfestem Material ausge kleidet ist und aus zwei Abschnitten besteht, einem Aufstromabschnitt mit einer inneren Querschnittfläche von 602 cm² (93,3 square inches) und einer Länge von 1,7 m (5,5 ft); und einem Abstromabschnitt mit einer inneren Querschnittfläche von 923 cm² (143 square inches).

Das Verfahren wurde so geführt, daß die Gesamtverbrennung 32,2% betrug. Die Abschreckdüse 41 war an einem Punkt etwa 1,8 m (6 ft.) stromabwärts vom stromabwärtigen Ende 14 der Übergangszone 13 gelegen.

Die analytischen Eigenschaften des Rußes sind in Tabelle II und die physikalischen Eigenschaften der Ruß enthaltenden Gummizusammensetzungen sind in den Tabellen III und IV zu sammengestellt.

Das vorliegende Beispiel ist ein Kontrollversuch, da die Halszone, wie sie der in Fig. 2 gezeigte Ofen enthält, der in Beispiel 2 verwendet wurde, nicht vorhanden ist.

Beispiel 2

Bei Verwendung des in Fig. 2 gezeigten Ofens wurde auf eine Temperatur von 621°C (1150°F) erhitzte Luft mit einer Ge schwindigkeit von 0,746 Nm³/sec (100 kscfh) und Naturgas mit einer Geschwindigkeit von 0,0225 Nm³/sec (3,01 kscfh) in die Verbrennungszone 10 eingeführt. Dadurch wurde ein Strom heißer Verbrennungsgase mit einer Primär-Verbrennung von 363% erzeugt, der mit hoher Geschwindigkeit in stromabwär tiger Richtung floß. Der Druck in der Verbrennungszone betrug etwa 579 mm Hg-Säule (22,8 inches).

Die Beschickung wurde auf 204°C (1150°F) vorgeheizt und durch 4 Düsen 21 am Mittelpunkt der Übergangszone 13 in Form von nicht vorvernebelten kohärenten Strömen radial einwärts eingespritzt. Die Übergangszone 13 hatte eine Länge von etwa 20 cm (8 inches) und eine innere Querschnittsfläche von 142 cm² (22 square inches). Die Düsen 21 waren radial ausgerichtet, jede maß 1,70 mm (0,067 inches) im Durchmesser und war unter dem gleichen Winkel in einer einzigen Ebene um den Umfang der Wand 17 der Übergangszone 13 beabstandet. Die Beschickung wurde mit einer Geschwindigkeit von 662 l/h (175 gph) eingespritzt. Der in jedem Punkt der Beschickungs-Einspritzung verwendete Druck lag bei etwa 586 kPa (85 psig). Die in diesem Beispiel verwendete flüssige Kohlenwasserstoff-Beschickung war die gleiche wie in Beispiel 1. Dem in dem vorliegenden Beispiel verwendeten Strom heißer Verbrennungsgase wurde kein Kali zugegeben.

Die erste Reaktionszone 31 hatte eine innere Querschnitts fläche von 182 cm² (28,3 square inches) und eine Länge von 39,4 cm (15,5 inches). Das Verhältnis der inneren Quer schnittfläche der ersten Reaktionszone 31 zu derjenigen der Übergangszone 13 betrug 1,28. Die Halszone 33 hatte eine innere Querschnittfläche von 81 cm² (12,6 square inches) und eine Länge von 18,3 cm (7,2 inches). Das Verhältnis der inneren Querschnittfläche der Halszone 33 zu derjenigen der Übergangszone 13 betrug 0,57. Die Wand 39 begrenzt eine zweite Reaktionszone 35, die aus zwei Abschnitten besteht: der Aufstromabschnitt der zweiten Reaktionszone 35 hat eine innere Querschnittsfläche von 410 cm² (63,6 square inches) und eine Länge von 99 cm (39 inches), und der Abstromab schnitt hat eine innere Querschnittfläche von 923 cm² (143 square inches). Das Verhältnis der Querschnittsflächen des Aufstromabschnitts der zweiten Reaktionszone 35 zu derjenigen der Übergangszone 13 betrug 2,9; und das Verhältnis der Querschnittfläche des Abstromabschnitts der zweiten Reaktionszone 35 zu derjenigen der Übergangszone 13 betrug 6,5.

Das Verfahren wurde so geführt, daß die Gesamtverbrennung 33,3% betrug. Die Abschreckdüse 41 war an einem Punkt etwa 1,8 m (6 ft) stromabwärts vom stromabwärtigen Ende 14 der Übergangszone 13 gelegen.

Die analytischen Eigenschaften der Ruße sind in Tabelle II und die physikalischen Eigenschaften der Gummizusammen setzungen sind in den Tabellen III und IV zusammengestellt.

Ein Vergleich der Beispiele 1 und 2 zeigt, daß bei Ver wendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Ruß erhalten wird, der bei einer bestimmten Oberfläche, wie sie z. B. durch die Jod-Adsorptionszahl des Rußes wiedergegeben wird, einen wesentlich höheren Strukturierungsgrad zeigt, wie durch DBP- und CDBP-Messungen gezeigt wird. Außerdem ist der erfindungsgemäß hergestellte Ruß durch eine verminderte Färbekraft charakterisiert.

Weiterhin ist zu beobachten, daß, wenn die nach den Ver fahren der Beispiele 1 und 2 hergestellten Ruße in natür liche und synthetische Gummizusammensetzungen eingearbeitet werden, die Gummizusammensetzungen mit dem erfindungsgemäß hergestellten Ruß einen höheren Modul und höhere Rückprall werte aufweisen.

Beispiel 3

Mit dem Verfahren und der Vorrichtung von Beispiel 1 wurde unter folgenden Abänderungen Ruß hergestellt. Die Verbrennungsluft wurde auf 477°C (890°F) vorgeheizt. Das Naturgas wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,0431 Nm³/sec (5,78 kscfh) eingeführt. Es wurde ein Strom heißer Verbrennungsgase mit 189% Primärverbrennung erzeugt, der mit hoher Geschwindigkeit in Abstromrichtung floß. Der Druck innerhalb der Verbrennungszone 10 betrug etwa 137 mm Hg-Säule (5,4 inches).

Die Düsen 21 hatten einen Durchmesser von 1,18 mm (0,0465 inches). Der an jedem Beschickungs-Einspritzpunkt einge setzte Druck betrug etwa 1198 kPa (275 psig). Dem Strom der Verbrennungsgase wurde kein Kali zugegeben.

Das Verfahren wurde so geführt, daß die Gesamtverbrennung 30,5% betrug. Die Abschreckdüse 41 war an einem Punkt etwa 3 m (10 ft) stromabwärts vom stromabwärtigen Ende 14 der Übergangszone 13 gelegen.

Die analytischen Eigenschaften der Ruße sind in Tabelle V und die physikalischen Eigenschaften der Gummizusammen setzungen, die den Ruß enthalten, sind in den Tabellen VI und VII zusammengestellt.

Beispiel 4

Mit dem Verfahren und der Vorrichtung von Beispiel 1 wurde unter folgenden Abänderungen Ruß hergestellt.

Die Verbrennungsluft wurde auf 482°C (900°F) vorgeheizt. Das Naturgas wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,0431 Nm³/sec (5,78 kscfh) eingeführt. Es wurde ein Strom heißer Verbrennungsgase mit 189% Primärverbrennung erzeugt, der mit hoher Geschwindigkeit in Abstromrichtung floß. Der Druck innerhalb der Verbrennungszone 10 betrug etwa 559 mm Hg-Säule (22 inches).

Die Düsen 21 hatten einen Durchmesser von 1,61 mm (0,0635 inches). Der an jedem Beschickungs-Einspritzpunkt einge setzte Druck betrug etwa 690 kPa (100 psig). Dem Strom der Verbrennungsgase wurde kein Kali zugegeben.

Das Verfahren wurde so geführt, daß die Gesamtverbrennung 31,6% betrug. Die Abschreckdüse 41 war an einem Punkt etwa 3 m (10 inches) stromabwärts vom stromabwärtigen Ende 14 der Übergangszone gelegen.

Die analytischen Eigenschaften der Ruße sind in Tabelle V und die physikalischen Eigenschaften der den Ruß enthalten den Gummizusammensetzungen sind in den Tabellen VI und VII zusammengestellt.

Ein Vergleich der Werte der nach den Beispielen 3 und 4 hergestellten Ruße zeigt, daß nach den Beispielen 3 und 4 im wesentlichen die gleichen Werte wie beim Vergleich der Beispiele 1 und 2 erhalten werden, wenn eine wesentlich geringere Primärverbrennung verwendet wird.

Tabelle II

Analytische Eigenschaften

Tabelle III

Physikalische Eigenschaften natürlicher Gummivulkanisate

Tabelle IV

Physikalische Eigenschaften synthetischer Gummivulkanisate

Tabelle V

Analytische Eigenschaften

Tabelle VI

Physikalische Eigenschaften natürlicher Gummivulkanisate

Tabelle VII

Physikalische Eigenschaften synthetischer Gummivulkanisate

Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf ver schiedene Ausführungsformen beschrieben; sie ist jedoch darauf nicht beschränkt, so daß für den Fachmann Variationen und Modifikationen geläufig sind, ohne den Erfindungsgedan ken zu verlassen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Ruß, gekennzeichnet durch:
Einbringen eines Brennstoffs und eines Oxidationsmittels in eine Verbrennungszone mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht, um in der Verbrennungszone einen Druck von wenigstens 51 mm Hg-Säule (68 mbar) zu erzeugen;
Umsetzen des Brennstoffs und des Oxidationsmittels zu einem Strom heißer Verbrennungsgase mit einer Energie, die aus reicht zur Umwandlung der Ruß ergebenden Kohlenwasserstoff beschickung in Ruß;
Einspritzen der Kohlenwasserstoffbeschickung in den Strom der heißen Verbrennungsgase in axialer oder im wesentlicher radialer Richtung zur Richtung des Stromes der heißen Verbrennungsgase unter einem Druck, der zur Durchdringung und Vermischung der Beschickung ausreicht;
Führen des Stroms der die Beschickung enthaltenden heißen Verbrennungsgase durch eine Übergangszone und in eine erste Reaktionszone, die eine größere innere Querschnittsfläche aufweist als die innere Querschnittsfläche der Übergangs zone;
Führen des Stroms der die Beschickung enthaltenden heißen Verbrennungsgase aus der ersten Reaktionszone und in eine Halszone, die eine kleinere innere Querschnittsfläche aufweist als die innere Querschnittsfläche der Übergangs zone;
Führen des Stroms der die Beschickung enthaltenden heißen Verbrennungsgase aus der Halszone und Einführen in eine zweite Reaktionszone, die eine größere innere Querschnitts fläche aufweist als die innere Querschnittsfläche der Halszone;
Abschrecken des Ruß enthaltenden Stroms der heißen Verbren nungsgase; und
Abkühlen, Abtrennen und Sammeln des erhaltenen Rußes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck innerhalb der Verbrennungszone mindestens 152 mm Hg-Säule (203 mbar) beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck innerhalb der Verbrennungszone mindestens 254 mm Hg-Säule (339 mbar) beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenwasserstoffbeschickung vom inneren oder äußeren Umfang des Stroms der heißen Verbrennungsgase in im wesent lichen radialer Richtung zum Fluß des Stroms der heißen Verbrennungsgase injiziert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickung in flüssiger Form vorliegt und in Form eines nicht vorvernebelten kohärenten Stroms injiziert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der inneren Querschnittsfläche der ersten Reaktionszone zu der inneren Querschnittsfläche der Übergangszone zwischen etwa 1.1 und 4,0 liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der inneren Querschnittsfläche der Halszone zu der inneren Querschnittsfläche der Übergangszone zwischen etwa 0,25 und 0,9 liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der inneren Querschnittsfläche der zweiten Reaktionszone zu der inneren Querschnittsfläche der Über gangszone zwischen etwa 1,1 und 16 liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck innerhalb der Verbrennungszone mindestens 152 mm Hg-Säule (203 mbar) beträgt und die Kohlenwasserstoffbe schickung in flüssiger Form vorliegt und in Form eines nicht vorvernebelten kohärenten Stroms in im wesentlichen radialer Richtung zum Fluß des Stroms der heißen Verbrennungsgase vom äußeren Umfang injiziert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck innerhalb der Verbrennungszone mindestens 254 mm Hg-Säule (339 mbar) beträgt.