DE69208686T2 - Verfahren zur zersetzung von kohlenwasserstoffen - Google Patents

Verfahren zur zersetzung von kohlenwasserstoffen

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zerlegung von Kohlenwasserstoffen für die Herstellung von Wasserstoff und Ruß, wobei ein pyrolytischer Prozeß mit einem Brenner in einer Reaktionskammer zum Einsatz kommt.
  • Die herkömmlichen Herstellungsverfahren für Ruß bestehen in einer Verbrennung von Kohlenwasserstoffen durch Luftzufuhr. Die dabei erzielte Qualität hängt von der Zufuhr von Luft oder Sauerstoff und der Verwendung unterschiedlicher Mengen an Sauerstoff im Überschuß oder Unterschuß ab. Bei den bekannten Verfahren werden bei der Lieferung von zur Zerlegung hinreichenden Energiemengen erhebliche Anteile der Kohlenwasserstoffe verbraucht, was zu einer verhältnismäßig geringen Ausbeute an Ruß führt. Neben einer geringen Ausbeute bewirkt der Verbrennungsprozeß auch Umweltverschmutzung, da sowohl Kohlendioxid als auch Stickoxide erzeugt werden. Die Abgase aus den Prozessen können lediglich als Heizgas eingesetzt werden.
  • Zur Zerlegung von Kohlenwasserstoffen hat man auch andere pyrolytische Verfahren angewendet, bei denen Plasmabrenner zum Einsatz gekommen sind, doch war es nicht möglich, diese Verfahren für eine kontinuierliche Produktion zu nutzen, da sich dabei Ablagerungen auf den Elektroden bilden, die Unterbrechungen des Prozesses und aufwendige Reinigungsvorgänge zur Folge hatten.
  • Durch Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen gebildeter Kohlenstoff kann in zwei verschiedene Qualitäten unterteilt werden, nämlich in Ruß und Koks (pyrolytischer Kohlenstoff). Ruß ist leicht und weich, mit niedriger Dichte, und wird in der Gasphase erzeugt, während Koks härter ist, eine hohe Dichte aufweist und auf Oberflächen mit verhältnismäßig niedrigen Temperaturen, normalerweise unter 1100ºC, erzeugt wird.
  • Aus US 4 101 639 ist ein Pyrolyseverfahren zur Herstellung von Ruß bekannt, bei dem Wasserdampf radial und tangential, bezogen auf die Wände der Reaktionskammer, in den Plasmastrom eingeblasen wird. Durch den Wasserdampf wird die Bildung von pyrolytischem Kohlenstoff und Graphit im Ruß vermieden.
  • Der tangentiale Wasserdampfstrom schützt die Wände der Reaktionskammer gegen hohe Temperaturen des Plasmastroms und verhindert die Abscheidung von kondensiertem Kohlenstoff auf den Wänden. Den Hauptbestandteil des gasförmigen Nebenproduktes bildet Wasserstoff, der nach entsprechender Reinigung als Endprodukt in der chemischen Industrie genutzt werden kann.
  • Aus DD 211 457 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Ruß und Wasserstoff bekannt. Ein Teil des Wasserstoffs wird zurückgeführt und als Plasmagas eingesetzt. Aus Kohlenwasserstoffen als Flüssigkeit oder Gas bestehendes Ausgangsmaterial wird radial über Düsen in ein Ende der Reaktionskammer eingeleitet und bei einer Temperatur zwischen 3500 K und 4000 K jäh zu einem Plasmastrom vermischt. Die Reaktionskammer ist mit Temperzonen ausgestattet, wo die Reaktionsprodukte auf eine Temperatur von etwa 1100 K abgekühlt werden. Auch fungieren die Temperzonen als Wärmetauscher und dienen zur Vorwärmung sowohl des Plasmagases als auch des Ausgangsmaterials. Zur Steuerung der Anzahl von dabei gebildeten Rußteilchen wird empfohlen, dem Ausgangsmaterial ein Alkalisalz hinzuzufügen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Zerlegung von Kohlenwasserstoffen durch Pyrolyse bereitzustellen. Auch ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das kontinuierlich ohne Unterbrechungen zur Reinigung der Vorrichtung durchgeführt werden kann, während es gleichzeitig möglich sein sollte, die Rohmaterialien möglichst vollständig in das gewünschte Produkt umzuwandeln.
  • Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem die Qualität der gewonnenen Produkte weitgehend steuerbar und kontrollierbar sein sollte.
  • Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorgangsweise bereitzustellen, mittels derer das Verfahren ohne Umweltverschmutzung durchgeführt werden kann.
  • Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung, die zur Durchführung eines derartigen Verfahrens eingesetzt werden kann.
  • Gelöst werden die vorstehend erwähnten Aufgaben durch ein Verfahren und eine Vorrichtung, die durch die Merkmale in den vorliegenden Patentansprüchen gekennzeichnet sind.
  • Die Erfindung ist in erster Linie zur Erzeugung von Wasserstoff und Ruß vorgesehen, wobei die Qualität und der Dichtegrad der Rußkomponente nach Belieben steuerbar sein sollte.
  • Überraschend wird gefunden, daß bei Zugabe von weiterem Rohmaterial zu einer oder mehreren Zonen in der Reaktionskammer eine jähe Abkühlung des dehydrierten Kohlenstoffmaterials als Flüssigkeitstropfen erzielt werden kann und außerdem eine gesteuerte Steigerung oder Zunahme der Teilchengröße und Dichte des dabei erzeugten Rußes erzielt wird. Außerdem ist die Reaktionskammer mit zusätzlichen Plasmabrennern ausgestattet, die dem Produkt mehr Energie zuführen können, so daß der Prozeß solange wiederholt werden kann, bis die erwünschte Größe und Dichte der Rußteilchen erzielt werden.
  • Als wichtig wird überraschend auch gefunden, daß die Temperatur des Ausgangsmaterials bei Austritt aus dem Einleitungsrohr nicht zu hoch sein soll. Liegt die Temperatur des Ausgangsmaterials über einem Wert von etwa 650ºC bis 700ºC, so setzt die Zerlegung zu früh ein, und selbst im Einleitungsrohr können sich Koksablagerungen bilden. Das Einleitungsrohr ist daher normalerweise temperaturgeregelt.
  • Bei der Erfindung werden die Rohmaterialien, nämlich die Kohlenwasserstoffe, einem Plasmabrenner zugeführt, in dessen aktiver Zone mindestens zwei Reaktionszonen geschaffen werden, und in dem sich der Prozeß in mehrere Stadien gliedert. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich daher um einen Reaktionsprozeß, der in Stadien gegliedert ist, in denen durch die Parameter für die einzelnen Zonen die Qualität der Produkte bestimmt werden kann. In der ersten Reaktionszone des Prozesses erfolgen in pyrolytische Zerlegung und die Primärbildung von Kohlenstoffteilchen, wobei Makromoleküle in der Gasphase zu Tropfen kondensieren, die zu festem Kohlenstoff dehydriert werden. So erfolgt hier die erste Zerlegung zu den zwei interessanten Haupteinsatzmaterialien, nämlich Wasserstoff und Ruß. Die Anzahl an primären Kohlenstoffteilchen und die Größe derselben können mittels Temperatur und Druck in dieser Reaktionszone gesteuert werden. Dies geschieht durch Steuerung der eingespeisten Kohlenwasserstoffmenge, bezogen auf die vom Brenner abgegebene Energiemenge, oder durch Steuerung der Verweilzeit der Teilchen in der ersten Reaktionszone.
  • Die Qualität des Kohlenstoffproduktes wie auch dessen Eigenschaften werden durch die Weiterbewegung durch die Reaktionszonen bestimmt. Die feinste Qualität wird dann erzielt, wenn die Produkte aus der ersten Reaktionszone einer jähen Abkühlung in der nächsten Reaktionszone unterworfen werden. Durch Beimischung von zusätzlichen Kohlenwasserstoffen in einem Sekundärzulauf in der zweiten Reaktionszone kommt es zu einem Wachstum der in Zone 1 erzeugten Teilchen. So gewinnt man ein Produkt mit größeren Teilchen, höherer Dichte und geringerer Oberfläche. Die in gegebenenfalls nachfolgenden Reaktionszonen zugemischte Menge an Kohlenwasserstoffen bestimmt die Größe der Kohlenstoffteilchen. Dabei ist für die größten Teilchen zusätzliche Energie erforderlich, die durch Zuleitung von C-H-O-Verbindungen in ihre Reaktionszonen zugeführt werden kann. Die zusätzliche Energie kann aber auch mit Hilfe von in diesen Zonen angeordneten Plasmabrennern zugeführt werden. Derartige Alternativen und die Zufuhr zusätzlicher Energie ermöglichen eine Steuerung der Produktqualität.
  • Gefunden wurde, daß das erfindungsgemäße Verfahren eine Ausbeute an Kohlenstoff und Wasserstoff von fast 100% des Kohlenwasserstoffs ergibt, wobei keines der Produkte im Reaktionsprozeß verunreinigt ist. Außerdem war es miglich, die Qualität des erzeugten Rußes hinsichtlich der gewünschten Größe, Oberfläche, Dichte und Acidität zu steuern, ohne die Reinheit der Zerlegungsprodukte zu beeinträchtigen, während das Verfahren gleichzeitig gegenüber früher verwendeten Herstellungsverfahren sehr wenig Energie einsetzt. Das liegt daran, daß exotherme Zerlegungsenergie genutzt werden kann, z.B. zur Zerlegung von zusätzlichem Rohmaterial.
  • Als Ausgangsmaterial bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde Methan gewählt, doch besteht zweifellos auch die Möglichkeit, andere Arten von Kohlenwasserstoffen und Erdgasen oder deren Komponenten einzusetzen, wodurch sich das erfindungsgemäße Verfahren im wesentlichen auf Kohlenwasserstoffe anwenden läßt.
  • Vermutlich läuft die Reaktion zur Erzeugung von Ruß so ab, daß die durch Pyrolyse erzeugten Kohlenwasserstoffe zuerst zu Acetylen (Ethin) umgesetzt werden und nachfolgende aromatische Kerne polymerisieren und Makromoleküle bilden, d.h. große Moleküle mit hohem Molekulargewicht. Es ergibt sich eine Übersättigung an diesen Makromolekülen, die infolgedessen zu Flüssigkeitstropfen kondensieren, die das feste Kohlenstoffmolekül weiterpyrolysieren. Haben sich einmal Flüssigkeitstropfen gebildet, so läßt sich eine Übersättigung nicht mehr erzielen. Das liegt daran, daß die gebildeten Makromoleküle auf den bereits gebildeten Tropfen oder Granulaten adsorbiert werden. Diese Adsorption erfolgt rascher als die Bildung der Makromoleküle. Die Anzahl an gebildeten Elementarteilchen ist daher vorgegeben und hängt nur von Druck, Temperatur und Reaktand ab. Darauf gründet sich die Steuerung der Qualität des erzeugten Produkts. Werden zum Beispiel Kohlenwasserstoffe in den Bereich eingetragen, wo sich Flüssigkeitstropfen gebildet haben, so kommt es zu keiner weiteren Bildung von Teilchen, sondern zu einem Anwachsen der bereits bestehenden. Hier zugefügte Kohlenwasserstoffe bilden Makromoleküle, die sich an die bereits gebildeten Teilchen anlagern.
  • Die physikalischen Eigenschaften des hergestellten Kohlenstoffs hängen von der Temperatur ab. Bei höheren Temperaturen ist der erzeugte Ruß luftiger. Auch die Druckbeziehungen sind in diesem Zusammenhang wesentlich. Die Qualität hängt stark davon ab, aus welchen Molekülen sich die Makromoleküle zusammensetzen und wie sie miteinander verknüpft sind.
  • Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzende Vorrichtung beinhaltet im Prinzip einen Hauptplasmabrenner, dessen aktiver Bereich sich in einer Reaktionskammer befindet, die mit Druck- und Temperatursteuereinrichtungen und gegebenenfalls zusätzlichen Brennern versehen sein kann. Die Kammer ist mit einem Auslaß für Gas und Kohlenstoff versehen, von dem eine Zweigleitung zu einem Wärmetauscher mit einem Rückführungsrohr zum Plasmabrenner zwecks Rückführung von Wärmeenergie führt.
  • Ausführlicher erläutert sei das erfindungsgemäße Verfahren im nachstehenden Abschnitt mit Hilfe einer Ausführungsform und einer Zeichnung, die rein schematisch das Aufbauprinzip einer erfindungsgemäßen Vorrichtung veranschaulicht. Dazu sei ausdrücklich bemerkt, daß die Vorrichtung gemäß der Zeichnung nur als Veranschaulichung des prinzipiellen Aufbaus aufzufassen ist und der Erläuterung der einzelnen Stadien des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen soll. Dem Fachmann wird diese Abbildung dennoch auch Hilfe bei der Konstruktion einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bieten.
  • Bei der dargestellten Ausführungsform wurde als das einzusetzende Rohmaterial jener Kohlenwasserstoff gewählt, der derzeit der für den Prozeß geeignetste zu sein scheint, nämlich Methan.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt daher im Prinzip zwei Hauptbestandteile, nämlich einen Plasmabrenner, mit A bezeichnet, und die Reaktionskammer B. Es dürfte wohl naheliegend sein, daß diese Reaktionskammer B auch in mehrere Abschnitte unterteilt werden kann, wenn dies zweckmäßig erscheint. Außerdem sind an dem dem Plasmabrenner A fernen Ende der Reaktionskammer B Auslaßeinrichtungen für die Reaktionsprodukte vorhanden, auf die sich die allgemeine Bezugsbezeichnung C bezieht.
  • Ein Plasmabrenner, wie er schematisch durch A veranschaulicht wird, ist in näheren Einzelheiten in der gleichzeitigen norwegischen Patentanmeldung Nr. 91 4907 (WO-A-9312633) der Antragstellerin beschrieben, weshalb sein Aufbau hier nicht näher erläutert werden soll. Möglich ist auch der Einsatz von anders aufgebauten Brennern.
  • Methan wird in die Reaktorkammer B durch ein Einleitungsrohr 1 eingebracht. Das Einleitungsrohr 1 ist vorzugsweise flüssiggekühlt, weist eine äußere wärmeisolierende Beschichtung auf und ist koaxial in der Innenelektrode 2 im röhrenförmigen Plasmabrenner A angeordnet. Um die Düse in bezug auf die Plasmazone in die entsprechende Stellung zu bringen, kann das Einleitungsrohr 1 in Axialrichtung verschoben werden.
  • Das durch das Einleitungsrohr 1 eingebrachte Methan muß bei seinem Austritt aus der Düse unbedingt eine niedrige Temperatur aufweisen. Liegt die Temperatur des Methans über einem Wert von etwa 650-700ºC, so setzt die Zerlegung zu früh ein. Das ist unerwünscht, da Zerlegungsprodukte noch innerhalb des Einleitungsrohrs 1 gebildet werden können, bevor das Methan zur Plasmaflamme gelangt, wodurch sich derartige Produkte als Koks auf den Wänden des Beschickungsrohres und auf den Elektroden des Plasmabrenners niederschlagen. Es ist daher wesentlich, daß das in das Einleitungsrohr eingespeiste Produkt hinreichend gekühlt wird, um diese Art der Verschmutzung zu vermeiden.
  • Der Plasmabrenner A besteht aus röhrenförmigen Elektroden 2, 3, 4, wobei an die innerste Elektrode 2 eine elektrische Gleichspannung einer Polarität angelegt wird und die zwei äußeren Elektroden an entgegengesetzte Polarität angeschlossen sind. Jede der Elektroden kann unabhängig von den anderen in Axialrichtung in Stellung gebracht werden. Die Elektroden sind alle aus Graphit und können während des Verbrauchs ausgetauscht werden, so daß der Prozeß stets kontinuierlich ist. Vorteilhaft ist, daß die Elektroden aus Graphit, also Kohlenstoff sind. Die Elektroden verschmutzen den Prozeß nicht, sondern werden im Gegenteil zu einem untrennbaren Teil des Prozesses, bei dem der abbrennende Teil auf die gleiche Weise umgewandelt wird wie die Reaktanden. Auch können die Elektroden aus bei dem Prozeß gebildeten Kohlenstoff hergestellt werden, der besonders frei von Verunreinigungen ist, wodurch sich der Prozeß selbst trägt. In die Auskleidung des Reaktors ist in dem Bereich, wo der Plasmabrenner-Lichtbogen brennt, eine an eine gesonderte Stromquelle angeschlossene Magnetspule 5 angeführt, wodurch eine Einstellung des Magnetfeldes in dem Bereich ermöglicht wird, wo der Bogen brennt. So kann die Drehgeschwindigkeit des Lichtbogens gesteuert werden, während der Lichtbogen gleichzeitig in Längsrichtung ausgedehnt werden kann, so daß er nach anfänglichem Brennen zwischen den zwei innersten Elektroden dann zwischen der innersten und der äußersten Elektrode brennt. Als Plasmagas wird Wasserstoff eingesetzt, der bei dem Prozeß erzeugt werden kann.
  • Der Plasmabrenner A mit dem Einleitungsrohr 1 für Kohlenwasserstoffe, im dargestellten Beispiel Methan, ist am Eingang der Reaktionskammer B angeordnet, wo die Innenwände aus Graphit bestehen. Da der Plasmabrenner A und das Einleitungsrohr 1 in Axialrichtung verschoben werden können, lassen sich das Volumen und dadurch die Verweilzeit und die Temperatur steuern. Der aktive Bereich für diesen Prozeß wird durch Zone 1 angegeben. In dieser ersten Reaktionszone wird die Anzahl der Flüssigkeitstropfen festgelegt. Die Steuerung der Temperatur kann auch über das Verhältnis von dem Plasmabrenner zugeführter Energie zu der Methanmenge erfolgen. In Zone 1, also der ersten Reaktionszone, finden drei der Stadien bei dem erfindungsgemäßen Verfahren statt, unterteilt in drei verschiedene Bereiche. Dies läßt sich wie folgt beschreiben:
  • (die nachstehend beschriebenen Bereiche sind in der Figur durch römische Ziffern bezeichnet).
    • Bereich I
  • In diesem Bereich wird unvermischtes Methan mit einer so niedrigen Temperatur eingetragen, daß hier tatsächlich keine Reaktion stattfindet. Die Temperatur liegt unter 1000ºC. Bei hohen Durchsätzen könnte ein Teil des Methans ohne Umsetzung zur nächsten Reaktionszone gelangen, die als Zone 2 in der Reaktorkammer B bezeichnet ist. Das Methan beginnt bei etwa 700ºC zu reagieren, doch ist bei Temperaturen unter 1000ºC die Reaktionsgeschwindigkeit so niedrig, daß der Großteil des Materials im Bereich I nicht reagiert. Im Grenzbereich zwischen Bereich I und römischer Ziffer II liegt die Temperatur zwischen 1000 und 1200 ºC.
    • Bereich II
  • Um Bereich I liegt der Bereich zum Abbrennen des Plasmagases, ein Prozeß, der bei äußerst hoher Temperatur stattfindet. In diesem Bereich finden keine Reaktionen statt.
    • Bereich III
  • Außerhalb dieses Plasmagasbereichs liegt ein Bereich, wo eine Vermischung von Methan und Plasmagas erfolgt. Wie schon erwähnt, ist die Temperatur des Plasmagases äußerst hoch, die Temperatur im Gemisch wird jedoch durch die stark endotherme Bildung von Acetylen (Ethin) auf einem niedrigeren Niveau gehalten. Die Temperatur liegt hier zwischen 1200 und 2000ºC. Die niedrigsten Temperaturen sind im Zentralbereich des Reaktors am weitesten vom Brenner entfernt anzutreffen. Zwischen der Reaktorwand und dem Bereich III können sich gebildete Flüssigkeitstropfen auf der Wand niederschlagen, bevor sie vollständig dehydriert sind. Diese Tropfen können die Bildung eines harten Belags auf dem Reaktor bewirken, der schwer zu entfernen ist.
  • Der Produktstrom oder Zulauf aus Zone 1, der die Bereiche I-III abdeckt, bestimmt die Anzahl von Kohlenstoffteilchen aufgrund der Temperatur und des Drucks in diesem Abschnitt, und der Luftstrom von Kohlenstoffteilchen wird direkt in die nächste Zone, Zone 2 im Reaktorgehäuse, weitergeleitet, wo die weitere Reaktion erfolgt. In der Zeichnung werden die Reaktionsbereiche als Bereich IV bezeichnet.
    • Bereich IV
  • In diesem Bereich setzen sich die letzten Reste an Acetylen (Ethin) unter Bildung von Ruß und Wasserstoff um.
  • Die Temperatur liegt hier zwischen 1200 und 1600ºC. In diesem Bereich können zusätzliche Mengen an Rohmaterial, d.h. Methan hinzugegeben werden, um das Produktgemisch durch Löschen mit Methan zu kühlen. Dieses Methan kühlt das Produkt ab, indem es selbst mit Ruß und Wasserstoff reagiert.
  • Aufgrund der Theorie, daß die Anzahl von Rußteilchen vorgegeben ist, scheidet sich das in diesem Teil des Reaktors erzeugte Kohlenstoffmaterial auf bereits bestehenden Teilchen ab. Diese vergrößern sich daher und ergeben dadurch ein kompakteres Produkt. Indem dem Produkt mittels eines sauerstoffhaltigen Mediums oder zusätzlicher Plasmabrenner in Zone 2 mehr Energie zugeführt wird, kann der für Bereich IV beschriebene Prozeß solange wiederholt werden, bis die gewünschte Größe und Dichte des Produkts erzielt werden. Dieser Bereich kann sich daher in weiteren nachfolgenden Bereichen wiederholen, gegebenenfalls in neuen Abschnitten der Reaktionskammer B. Das Einleitungsrohr für zusätzliche Mengen an Methan und ein sauerstoffhaltiges Medium ist mit 8 bezeichnet und wird in Zone 2 eingeführt. Außerdem besteht bei der Zone die Möglichkeit zum Anschluß zusätzlicher Plasmabrenner (nicht näher dargestellt).
  • Der außerhalb dieser Bereiche liegende Teil des Reaktorvolumens stellt normalerweise "Totraum" dar. Der "Totraum" bewirkt eine Verringerung der Ablagerung von Feststoffen auf der Reaktorwand und ist daher erwünscht. Zwischen den Bereichen III und IV liegt eine niedrige Axialgeschwindigkeit vor, wodurch es zur Anhäufung von Kohlenstoffmaterialien in diesem Bereich kommen kann. In diesem Bereich wird fast ein Boden im Reaktor gebildet. Die Festigkeit des Materials ist gering, und es kann leicht mechanisch ausgetragen werden. Auch eine hohe Geschwindigkeit durch den Reaktor wirkt derartigen Tendenzen entgegen. Eine besondere Auslegung des Reaktors trägt dazu bei, diese Art von Verschmutzung in Grenzen zu halten, indem eine Dehydrierung von gebildeten flüssigen Teilchen herbeigeführt wird, bevor sie auf die Wand auftreffen und einen harten Belag bilden. Um zu verhindern, daß es durch unerwünschte Verschmutzung zu abermaliger Verschmutzung und Stillegung des Reaktors kommt, ist dieser mit einer inneren mechanischen Kratzeinrichtung versehen, die die Wände des Reaktors in regelmäßigen Abständen abkratzt. Der mechanische Kratzer kann auch mit Kanälen versehen sein, wobei die Reaktorwände innen mit einem geeigneten Oxidationsmittel abgewaschen werden. Zur weiteren Erhöhung der durch das Verfahren realisierten Energieausbeute kann das Methan mit Hilfe eines Wärmetauschprozesses erwärmt werden, durch den Wärme aus dem Produktstrom aus der Reaktorkammer gewonnen wird, und so bei Einspeisung des Methans in das Einleitungsrohr 1 oder in die Zone 2 durch die Einleitungsrohre 8 eine Temperatur von fast 700ºC aufweisen.
  • Vorstehend sind nur ein Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und die prinzipiellen Aspekte einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. Wie schon erwähnt, werden sich innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung viele Möglichkeiten zu Abwandlungen und zur Bestimmung der Qualität und der Art des Ausgangsmaterials ergeben, in Abhängigkeit vom eingespeisten Ausgangsmaterial. Dieses wird allgemein als Kohlenwasserstoff beschrieben, und als Kohlenwasserstoff wird heutzutage Methan bevorzugt. Als Alternativen kommen auch z.B. Spanmaterial oder Schnitzel aus der Holz- und Zelluloseindustrie, andere Ölprodukte und Erdgas im allgemeinen in Frage. Im Zusammenhang mit der Erfindung ist es auch wichtig, daß das Verfahren durchgeführt wird, ohne daß es durch Faktoren wie Verschmutzung der Vorrichtung usw. beeinträchtigt wird. In diesem Zusammenhang kann es von Nutzen sein, das in der norwegischen Patentanmeldung Nr. 91 4908 (WO-A-9312031) der Antragstellerin beschriebene Verfahren mit einzubeziehen.

Claims (4)

1.Verfahren zur Zerlegung von Kohlenwasserstoffen ausschliesslich für die Herstellung von Wasserstoff und Russ, wobei vorgewärmtes Ausgangsmaterial durch einen Plasmabrenner geleitet wird und das Plasmagas recyclierter Wasserstoff ist, was eine pyrolytische Zerlegung des Ausgangsmaterials bewirkt und wobei die Reaktion in einer Reaktionszone stattfindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenwasserstoffausgangsmaterial durch den Plasmabrenner in einem temperaturgesteuerten Einleitungsrohr geleitet wird, so dass es beim Verlassen des Einleitungsrohres eine Temperatur unter 1000ºC hat, dass das Ausgangsmaterial eine erste gleichmässige Aufheizung in einem Bereich in unmittelbarer Nachbarschaft der Plasmaflamme erfährt, wobei das Ausgangsmaterial zentrisch bezüglich der Flamme des Plasmabrenners zugeführt wird, dass in einem Bereich unmittelbar hinter der Plasmaflamme eine Mischung des Kohlenwasserstoffmaterials und des Plasmagases stattfindet, wobei die Temperatur auf über 1600ºC erhöht wird, was die Zerlegungstemperatur für daß Rohmaterial darstellt, und dass freier Wasserstoff und dehydriertes Kohlenstoffmaterial in Form von Flüssigkeitstropfen in diesem Bereich gebildet werden, dass das hierbei gebildete Material einer oder mehreren nachfolgenden Stufen zugeleitet wird, in denen die Temperatur zwischen 1200ºC und 1600ºC gehalten wird, und die endgültige und vollständige Zerlegung der Kohlenwasserstoffe in Russ und Wasserstoff durchgeführt wird, dass weiteres Rohmaterial in diesem Bereich hinzugefügt wird, welches ein Abschrecken bewirkt und mit dem bereits erzeugten Russ reagiert und dadurch eine Steigerung der Grösse, Dichte und Menge der erzeugten Teilchen ohne weitere Energiezufuhr bewirkt, wonach die entstandenen Produkte ausgetragen und abgetrennt werden, und dass heisses Gas in einem Rückführungsrohr zum Brenner transportiert wird, um die Energieausbeute weiter zu steigern, und dass die Temperaturen in der Reaktionszone durch Einstellen der Zuführmengen des Reaktanten und des Plasmagases und/oder durch Regulierung der Energiezufuhr zu dem Plasmabrenner und/oder durch Einstellen des Druckes in der Reaktionszone gesteuert werden, wodurch die Qualität des erzeugten Russes zur Erzielung der gewunschten Qualität steuerbar ist.
2.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Methan als Ausgangsmaterial durch den Plasmabrenner in einem temperaturgesteuerten Einleitungsrohr transportiert werden kann, so dass es beim Verlassen des Einleitungsrohres eine Temperatur unter 700ºC hat.
3.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Endstufe des Verfahrens zusätzliche Plasmabrenner verwendet werden, um die Temperatur zu steuern.
4.Vorrichtung zur Verwendung bei der Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Zerlegung von Kohlenwasserstoffen, mit einem Plasmabrenner (A) und einer Reaktionskammer (B), dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmabrenner (B) mit einem zentrischen temperaturgesteuerten Einleitungsrohr (1) für das Ausgangsmaterial versehen ist, dass er mindestens drei Elektroden (2, 3, 4) enthält und am Ende der Reaktionskammer (B) angeordnet ist, dass die Innenseite der Reaktionskammer (B) mit Kohlenstoff ausgekleidet ist, und Einleitungsöffnungen in ihren Seitenwandbereichen (8) für zusätzliches Ausgangsmaterial, ggf. für die Installierung zusätzlicher Plasmabrenner, aufweist, und dass das dem Plasmabrenner gegenüberliegende Ende der Reaktionskammer mit einem Auslass für die Endprodukte und auch einem Rückführungsrohr für erzeugtes Gas, normalerweise Wasserstoff, das zum Plasmabrenner (A) zurückführt, versehen ist.
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