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Verfahren zum Kühlen der heißen, den Rußofen verlassenden, Ruß suspendiert
enthaltenden Gase Bei der Herstellung von Ofenruß wird der im Ofen entstandene Ruß
aus,dem Ofen als Suspension in heißen Gasen, gewöhnlich bei Temperaturen aufwärts
von 1o93°, ausgetragen. Im allgemeinen ist es wünschenswert, ,die Suspension, so
wie sie den Ofen verläßt, schnall abzukühlen. Dies erfolgt häufig durch Einspritzen
von Wasser in die heißen Gase.
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Die den Gasen auf diese Weise durch direkte oder indirekte Absorption
entzogene Wärmemenge entspricht der für die Umwandlung .des Sprühwassers oder eines
Teiles davon in Dampf benötigten Wärmemenge.
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Dieses bisher weitgehend angewendete Abkühlungsverfahren weist aber
mehrere bestimmte Nachteile auf. Ein Nachteil ist die erforderliche große Menge
Wassers, ein anderer der übermäßige Verlust an Ruß, der durch unverdampft bleibendes
Wasser mit niedergerissen wird.
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Es wurde gefunden, daß trotz der Tatsache, daß die Temperatur der
die Ofen verlassenden Gase weit oberhalb ,des Siedepunktes des Kühlwassers liegt,
die Verdampfung des Wassers nicht sofort erfolgt, sondern auch bei hoher Geschwindigkeit
der Gase nur verhältnismäßig langsam verläuft.
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Bei Verwendung üblicher Wassersprüher schlagen Tröpfchen von noch
nicht verdampftem Wasser gegen die feuerfeste Auskleidung des Gaskanals oder der
Gasleitung, wobei sie eine örtliche Kühlung und allmähliche Zerstörung der Kanalauskleidung
hervorrufen.
Wenn dies eintritt, wird die Wärme, die zum Verdampfen des Wassers verbraucht wird,
nicht direkt den abströmenden Gasen, sondern eher der Kanalauskleidung entzogen.
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Ferner wurde häufig beobachtet, daß unverdampftes Sprühwasser vom
Boden der horizontal verlaufenden Kühlleitungen tropfte, wenn die Temperatur in
der Leitung noch weit oberhalb von etwa 538° war. In vertikal angeordneten Kühlleitungen
sorgt eine zweckmäßige Ausgestaltung des unteren Endes des senkrechten Kühlers für
Sammlung und Ableitung des aus Ruß und unverdampftem Wasser bestehenden Schlammes.
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Diese Arbeitsweise ist daher nicht nur verschwenderisch in bezug auf
das Wasser, das häufig durchaus einAusigabeposten ist, sondern vermindert auch die
Ausbeute an Ruß durch Wegführen einer merklichen Menge Ruß in Form von Schlamm.
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Es wurde nun gefunden, daß die bisher beobachteten Schwierigkeiten
und Nachteile bei Verwendung von Wassersprühern für die Kühlung der .aus dem Ofen
abströmenden Gase in weitem Maße, wenn nicht vollständig ausgeschaltet werden können,
wenn man das Wasser in die heißen Gase in Form eines Nebels einspritzt. Es sei bemerkt,
daß der Ausdruck »Nebel«, wie er hier und in den Ansprüchen verwendet wird, einen
feinen Staub von Wasserteilchen mit einem mittleren Durchmesser von nicht über 8o
Mikron bedeutet und insbesondere solche Stäube mit einschließt, in denen der mittlere
Durchmesser der Wasserteilchen im Bereich von q.o bis 8o ,u liegt.
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Dieser Nebel unterscheidet sich von den üblichen Sprühregen dadurch,
daß die Wasserteilchen so fein sind, daß sie eine opake Wolke oder einen verdunkelnden
Schleier bilden, wobei .die Wasserteilchen in Suspension verbleiben, bis sie verdampfen,
während die üblichen Sprühregen praktisch durchsichtig sind und bei Ni:chtverdampfen
zu Boden sinken.
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Die Erfindung ist unabhängig von den Mitteln zur Erzeugung eines solchen
Nebels. Vorzugsweise jedoch kann man das Wasser in die heißen Gase durch Düsen oder
Düsenbündel einführen, wie sie z. B. von den Feuerwehren zum Feuerlöschen verwendet
und gewöhnlich mit Nebeldüsen bezeichnet werden.
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Der Druck, unter dem das Wasser eingesprüht wird, hängt etwas von
der Art der im Einzelfall verwendeten Düse und von der gewünschten Feinheit der
Nebelteilchen ab. Man kann jedoch mit Vorteil für diesen Zweck Wasserdrücke von
etwa 7 bis 10,5 kg/cm2 anwenden.
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Wenn das Wasser gemäß dieser Erfindung als Nebel zugeführt wird, wird
es bei Berührung mit den heißen Ofengasen schnell und verhältnismäßig vollständig
in Dampf übergeführt. Auf diese Weise wird eine maximale Wärmeabsorption, bezogen
.auf die Gesamtheit verwendeten Wassers, erzielt, und ferner isst eine genauere
Regelung der Wärmeabsorption aus den heißen Gasen möglich. Durch Vermeiden des Hindurchleitens
von nichtverdampfendem Wasser durch das System kann die Wassermenge wesentlich vermindert
werden, tind der Rußverlust als Schlamm wird, wenn auch nicht vollständig, so doch
nahezu vollständig ausgeschaltet.
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Die Erfindung sei unter Bezugnahme auf die Zeichnung, die in üblicher
Weise :schematisch einen Aufriß :der Kühlleitungen. einer modernen Anlage für Ofenruß
darstellt, ausführlicher beschrieben und erläutert.
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Heiße Ofengase mit darin suspendiertem Ruß strömen aus dem nicht mit
abgebildeten Ofen bei einer Temperatur gewöhnlich im Bereich von etwa 1204 bis 137i°
in den zylindrischen, horizontalen Kühlerteil i, treten in den etwas erweiterten
Kühlertein 2 des horizontalen Kühlers ein und strömen danach aufwärts durch den
senkrechten Kühlerteil 3. Vom Kopf des senkrechten Kühlerteils 3 wird die Suspension
mit einer :wesentlich herabgesetzten Temperatur, z. B. etwa 26o bis 288°, durch
die Leitung q. zu einer üblichen Abscheide-und Sammeleinrichtung geführt.
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Die Kühlerteile i und 2 können aus einem äußeren Metallgehäuse 5 hergestellt
sein, das mit einer feuerfesten Auskleidung 6 versehen ist. Der senkrechte Kühlerteil
3 kann in gleicher Weise aus Metall hergestellt sein, braucht aber infolge der bereits
herabgesetzten Temperatur der Gase nur teilweise mit feuerfesten Steinen, wie bei
7 angegeben, ausgekleidet zu sein. In den Kühlleitungen sind in Abständen die Nebelwerferdüsen
8 angeordnet. Wasser wird jeder Düse durch geeignete Bohrung unter einem geeigneten
Druck zugeführt, um zu bewirken, daß es durch die Düsen oder anderweitig, wie beschrieben,
hindurchgedrückt wird.
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Die Anordnung und die Bauweise der Düsen an sich und die zu ihnen
führenden Rohrverbindungen stellen keinen Teil der vorliegenden Erfindung dar, und
ihre eingehendere Beschreibung ist daher nicht notwendig.
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Weiter ist die Erfindung unabhängig von der genauen Stellung der Düsen
und der Zahl und der Größe der verwendeten Düsen. Solche Einzelheiten, wie sie aus
der Technik gut bekannt sind, variieren in Abhängigkeit von der im Einzelfall angewendeten
Arbeitsweise einschließlich des Volumens, der Temperatur und der Zusammensetzung
der abströmenden Ofengase. Bei üblicher Arbeitsweise ist das untere Ende des senkrechten
Kühlerteils 3 mit einem Wässerverschluß versehen, wie aus der Zeichnung ersichtlich.
Wie dort gezeigt i,st, ist der senkrechte Kühlerteil 3 mit :einem unteren konischenTeil
9 und einem sich nach unten erstreckenden Teil io von geringerem Durchmesser versehen,
der in den Kühlersumpf i i hineinragt, der mit Wasser bis zu einem Spiegel 12 gefüllt
ist und bei dem der Trog i i überlaufen kann.
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Wie bereits dargelegt, besteht der Vorteil dieser Erfindung erstens
darin, daß auf Grund der Feinheit der Wasserteilchen das Wasser, das nicht sofort
bei Berührung mit den heißen Gasen verdampft, in dem Gasstrom unter den vereinten
Kräften der Brownschen Bewegung und der normalen Turbulenz in Suspension verbleibt.
Unvendampftes Wasser
wird also in Suspension im Gasstrom mit fortgeführt,
solange es noch nicht restlos verdampft ist. Dies bedeutet eine größere Wirksamkeit
im Hinblick auf den Kühlwasserbedarf und eine längere Lebensdauer und niedrigere
Unterhaltungskosten der Vorrichtung.
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Bei -dieser Betriebsweise wird das Wasser gewöhnlich in Mengen zugeführt,
die gerade ausreichen, um die erforderliche Herabsetzung der Temperatur der Gassuspension
zu bewirken, bevor diese den Abscheider erreicht. Bei der bisher üblichen Arbeitsweise
wird, wie bereits erwähnt, das dem System zu!gefü'hrte Wasser nicht voll ausgenutzt,
sondern große Mengen des Wassers passieren das System, ohne jemals verdampft worden
zu sein und infolgedessen auch ohne dem System mehr als eine nur geringe Wärmemenge
zu entziehen.
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Weiter fließt bei der bisher üblichen Arbeitsweise urverdampftes Wasser,
das Ruß mit sich führt, den es aus der Suspension herausgenommen hat, an der unteren
Seite des horizontalen Kühlerteils 2 entlang in das untere Ende des senkrechten
Kühlerteils 3. Wasser, das im senkrechten Kühlerteil 3 urverdampft bleibt, sammelt
sich ebenfalls in dessen unterem Teil und fließt ebenfalls als Schlamm in den Kühlersumpf
i i, aus dem es abgezogen und aufgearbeitet wird.
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Die Erfindung sei nun durch die folgenden Beispiele erläutert, die
auch die erzielten Vorteile erkennen lassen. Beispiel I Mit einer Vorrichtung, wie
sie durch die Zeichnung dargestellt ist, die aber nur mit üblichen Sprühdüsen ausgerüstet
war an Stelle von nebelbildenden Düsen, wurde gefunden, daß mit hinreichend Wasser,
um die Temperatur der Gase, die zum Abscheider gelangen, auf etwa 271° zu halten,
urverdampftes Wasser in einer :Menge von mehr als 227 1113 je Tag vom unteren Ende
des senkrechter Kühlers abfloß. Bei einer Arbeitsweise, die unter vergleichbaren
Bedingungen durchgeführt wurde, jedoch mit derAbweichung, daß dasWasser in die Suspension
in Form eines Nebels eingespritzt wurde, wurde der Wasserverlust auf etwa 21,4 m3
je Tag vermindert. Ferner war der Rußverlust bei der ersten Arbeitsweise etwa 1328
kg je Tag, während bei derArbeitsweise gemäß der Erfindung dieser Verlust auf etwa
6oi kg je Tag vermindert wurde.
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Beispiel 11 Bei einem zweiten Versuch in einer ähnlichen Vorrichtung
wurde bei Verwendung bisher üblicher Sprühdüsen der Wasserverlust aus dem senkrechten
Kühler zu mehr als 227 1113 je Tag gefunden, wenn die Temperatur der Gase für den
Abscheider auf etwa 271° reduziert wurde. Durch Abänderung des Verfahrens zum Einspritzen
des Kühlwassers in die Suspension gemäß dieser Erfindung wurde der Wasserverlust
auf etwa 17,8 m3 je Tag und der Rußverlust von etwa 169o kg je Tag auf etwa 634
kg je Tag vermindert. Die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung ist nicht auf
übliche Kühler beschränkt. Es wurde früher vorgeschlagen, die Berührungszeit durch
Abschrecken oder schnelles Abkühlen der die Reaktionskammer verlassenden Abgase
auf eine Temperatur unterhalb der Reaktionstemperatur des Rußes zu regulieren. Anstrengungen,
dieses Abschrecken durch übliche Wassersprühregen zu erzielen, haben die Anwendung
außerordentlicher Sorgfalt notwendig gemacht, um den katastrophalen Effekt des Zerbröckelns
der heißen Oberflächen des Mauerwerkes zu vermeiden. Durch Einspritzen des Kühlwassers
als Nebel gemäß der vorliegenden Erfindung können die vom Ofen abströmenden Gase
schnell abgeschreckt werden, ohne däß die Gefahr des Zerbröckelns der Ofenwände
besteht.
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In großen technischen Anlagen für die Herstellung von Ofenruß wurde
bereits versucht, die abströmenden Gase mit darin suspendiertem Ruß aus mehreren
Ofen in einer sogenannten Mischkammer zu vereinigen und die vereinigte Suspension
dann in eine Kühl- und Abscheideanlage zu überführen. Unter gewissen Bedingungen
wurde es wünschenswert gefunden, die Suspension bereits in der Mischkammer in einem
beträchtlichen Maße abzukühlen. Die Verwendung eines gewöhnlichen Wassersprühregens
in einer solchen Mischkammer ist häufig nicht zulässig wegen des übermäßigen Zerbröckelns
des Mauer,#verks des Ofens. In einer Arbeitsweise dieser Art, bei der die Gase beim
Verlassen des hinteren Teils der Mischkammer normalerweise eine Temperatur von etwa
131o° aufweisen, wurde erfindungsgemäß Nebel in die Mischkammer durch zwei nebelwerfende
Düsen in einer Menge von 2o,9 1 Wasser je Minute durch jede Düse eingespritzt und
hierdurch die Temperatur am hinteren Teil auf etwa io7.I° erniedrigt. Dies wurde
ohne Zerbröckeln des Mauerwerks des Ofens oder anderweitige abnorme Zerstörung des
Ofenbauwerks erreicht.
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Insbesondere im Hinblick auf diese Gesichtspunkte der vorliegenden
Erfindung, gemäß der der Nebel in die Mischkammer oder in das Austrittsende der
Reaktionskammer eingespritzt wird, um ein Abschrecken zu erzielen, ist es besonders
wünschenswert, das Kühlwasser auf eine Temperatur nur wenig unterhalb seiner Verdampfungstemperatur
vorzuwärmen, bevor man es durch die nebelwerfenden Düsen in die Gassuspension einspritzt.
Durch eine solche Vorwärmung des Wassers wird die Schnellverdampfung des Nebels
zu Wasserdampf beschleunigt. Dies bedeutet eine erhöhte Sicherheit gegen das Zerbröckeln
infolge Aufschlagens von Wasserteilchen auf die heißen Ofenwände, gegen das Durchschleppen
von urverdampftem Wasser durch das System sowie gegen das Niederreißen von Ruß als
Schlamm durch urverdampfte Wassertröpfchen. Das Vorwärmen des Kühlwassers kann mit
Vorteil erfolgen, indem man die Leitung, in der das Wasser zu den nebelwerfenden
Düsen strömt, im Wärmeaustausch mit den heißen Ofenwänden oder mit .der zu kühlenden
Gassuspension führt. Es ist jedoch dafür zu sorgen, daß ein Verdampfen
des
Wassers in einer solchen Leitung vor seinem Einspritzen in die heiße Gassuspension
vermieden wird.