Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Russ. Es wurde gefunden, dass man durch teil weise Verbrennung von Acetylen oder acety- lenhaltigen Gassen oder andern fein verteilten strömenden kohlenstoffhaltigen Rohstoffen, die in gas-, dampf-, nebel- oder staubförmi gem Zustand sein können, mit oxydierenden Gasen, wie Sauerstoff, Luft, Chlor, einen sehr guten Russ erhält, wenn man das Ce- misch :
der Verbrennungsteilnehmer in weit gehend laminarer Strömung aus. einem Bren ner in einen, im wesentlichen geschlossenen: Raum austreten lässt, in welchem sich die Flamme unbeengt ausbildet.
Zur Erzielung der gewünsohten laminaren Strömung genü gen im allgemeinen die einfachsten, Mittel, nämlich Verwendung eines glatten, über eine ausreichende Länge geraden B.rennerrohres; der Einbau besonderer Vorrichtungen: zum Beruhigen des Gasstromes ist meistens ent behrlich.
Die Ausströmungsgeschwindigkeit des wird zweck mässig nur wenig über, derjenigen gewählt, bei der die Flamme in das Brennerrohr zu rückschlägt.
Bei dieser Art der Verbrennung bilden sich am Mantel der Flamme gxoss,e, schwere Russflocken, ,die nach unten sinken, daneben entsteht in sehr kleiner Menge ein feiner, grauer oder schwarzer Rauch, der mit den Abgasen entweicht. Der im untern Teil des Verbrennungsraumes sich sammelnde Russ kann, z. B. durch eine Förderschnecke ausgetragen und auf einer Walzenpresse ver dichtet werden.
Es ist zu empfehlen, die mit einem opti- sGhen Pyrometer gemessene Temperatur der Flamme nicht über etwa<B>1500',</B> zweckmässig nicht über 1310,0 , steigen zu lassen; dies ist durch Regelung des Nis,ehungsverhältnisses der Verbrennungsteilnehmer leicht zu bewir ken.
Unter diesen Umständen erhält man ganz ausgezeichnete Ergebnisse, sowohl nach Menge, als auch Beschaffenheit des Russes.
Oftmals, besonders beim. Arbeiten: mit niedriger Flammentemperatur, enthält der entstandene Russ zunächst noch empyreu- matiseheStoffe, welche durch Lösemittel entfernt werden können.
Man kann jedoch auch unmittelbar einen von Nebenstoffen freien Russ, gewinnen, wenn man dem Ver brennungsraum. ausserhalb der Flamme, zweckmässig unterhalb dieser, eine gewisse Menge eines oxydierenden Gases, z. B.,Sauer- stoff, Luft, Wasserdampf, zweokmässig über hitzten, oder Kohlensäure zuführt.
Das Hilfsgas kann leicht so zugeführt werden, dass die Russflocken rieht am Absinken nach unten gehindert werden.
Die durch das Brennerrohr strömenden Gäse können auch vorgewärmt werden, wobei man lediglich den Entzündungspunkt des jeweiligen Gas-Sauerstoff-Gemisches nicht erreichen darf. Die Einhaltung konstanter Temperatur des Gases im Strömungsraum des Brenners wirkt stabilisierend auf die Flamme.
Zugleich genügt infolge der Vor wärmung eine geringere Menge des oxydie renden Bestandteils in dem Verbrennungs gemisch zur Unterhaltung der Flamme; ent sprechend steigt dann die Russausbeute.
Eine zur Durchführung des beschriebe nen Verfahrens geeignete Einrichtung ist beispielsweise in der Zeichnung schematisch dargestellt. In einem senkrecht stehenden, mit einem Abzugsrohr 1 für die Abgase ver sehenen geschlossenen,
annähernd zylindri schen Ofen 2 mit kegeligen Boden ist axial der von einem Temperiermantel 4 umgebene Brenner 3 angebracht. Der sich aus der Flamme 5 entwickelnde Russ fällt in den un tern, kegeligen Teil des Ofens und wird von dort mittels einer Schnecke 6 ausgetragen.
Durch -das Rohr 7 kann einem das Brenner rohr etwas unterhalb der Flamme umgeben den und mit Austrittsöffnungen versehenen Ringrohr 8 das etwa verwendete Hilfsgas zu geleitet werden. Mittels einer im obern Teile des Ofens angebrachten Vorrichtung 9 können die Ofenwände mit Wasser berieselt werden. Dieses wird durch den Kragen 10 oberhalb des kegeligen Russsammelraumes aufgehalten und durch das Rohr 1'1 abge führt.
Durch solches Berieseln der Wände wird nicht nur das sonst bei längerem Be triebe leicht auftretende unerwünschte An setzen grosser Russmengen an die Ofenwände vermieden, sondern ausserdem noch .eine be trächtliche Erhöhung ,der Ausbeute und eine Verbesserung der Güte des Russes erzielt.
Es ist ohne weiteres möglich, in einem Ofenraum mehrere Brenner anzuordnen. Die Zahl der Sammel- und Austragstellen für den Russ braucht auch bei Anwendung mehrerer Brenner nicht unbedingt erhöht zu werden.
Während bei :den bekannten Verfahren zur Herstellung von Russ durch teilweise Verbrennung von gohlenwasserstoffen nur sehr geringe Ausbeuten erhalten werden, ist die Ausbeute b<U>eim</U> erfindungsgemässenArbei- ten sehr hoch; in vielen Fällen beträgt sie 80-% und mehr des in den Rohstoffen vor- handenen Der gewonnene Russ ist für viele Zwecke hervorragend brauchbar, z.
B. füx die Her stellung von Trockenelementen. Ferner lässt sich auch erfindungsgemäss hergestellter Acetylenruss mit sehr .gutem Erfolg als Kautschukfüllmittel benutzen;
er übertrifft hierbei zum Teil die Eigensabaften der bis her besten Gasrusse. Gerade Acetylenruss wurde bisher sehr wenig zum Füllen von Kautschuk benutzt, weil,der nach den älteren Verfahren gewonnene Acetylenruss zu sehr steifen Produkten führt.
Die Eigenschaften des Russes lassen. sich durch Veränderungen in der Herstellungs weise vielfach beeinflussen. Als solche Hilfs mittel zur 'Erzielung verschiedener jeweils gewünschter Eigenschaften kommen z.
B. in Betracht: Zugabe von Wasserstoff oder bei Verwendung kohlenstoffreicher Rohstoffe die Zufügung kohlenstoffärmerer Gase wie Methan, Äthan, Propan oder von Äthylen zum Rohstoff, Änderung der Menge d @es oxy dierenden Gases, Arbeiten mit oder ohne Hilfsgas im Ofenraum, sowie mit oder ohne Berie-celung -der Ofenwände und anderes mehr.
<I>Beispiel 1:</I> In einem Ofen von .der in der Zeichnung dargestellten Form, bei welchem der an- nähernd zylindrische Teil 1200 _mm Durch messer und 2400 mm Höhe hatte, wurden aus einem Brennerrohr von 32 mm Durchmesser stündlich 6,3: m3 eines Gemisches aus 90% Acetylen und 1.0% Sauerstoff verbrannt, während .gleichzeitig durch das Ringrohr 8 15 m3 Luft in den Ofenraum geführt wur den.
Die Strömungsgeschwindigkeit der Gase in .dem Brennerrohr betrug also etwa 2 m/sec. Wurden die innern Ofenwände, nicht mit Wasser berieselt, so betrug die Russausbeute 55 %. Bei Berieselung der Ofen wände konnte die Strömungsgeschwindigkeit der Sase im Brenner auf 1,4 m/sec. verrin- gert werden, während die Russausheute auf 8,5 % stieg.
Mit einem optischen Pyrometer wurde die Flammentemperatur etwa 2 cm oberhalb der Brenneröffnung zu :etwa 1;2:50 gemessen.
Der im trockenen Ofen erhaltene Russ wurde in einer üblichen Kautschukmisohung verarbeitet und -der Abrieb dieses Erzeug nisses mit dem eines unter sonst gleichen Umständen mittels Mikronegruss erhaltenen Vulkanisats verglichen; es ergab sich das Verhältnis 11:6 :114. Die Zerreissfestigkeit betrug 275 kg/cm@, die Dehnung 483%.
Die mit ArrowMack :erhaltenen: Werte waren <B><U>269</U></B> kg /cm\ und 574%. Der Russ: ist ausser dem für die Herstellung von Elementeplatten gut :geeignet.
Der im berieselten Ofen erhaltene Russ führte zu Kautsclhukvulkanisaten von ausge zeichneten mechanischen Eigenschaften. Die Zerreissfestigkeit :eines bestimmten Erzeug nisses betrug 325 k@g/em2, die Dehnung 592 % , während Arrowblack :die Werte 320 bezw. 578 .ergab. Die Abriebe verhielten sich wie 116 : 1153.
Wurde bei berieseltem Ofeninnern durch Anfüllen des letzten geraden Teils des Bren- nerrohres mit Raschigringen die Strömung des Brenngasgemisches in eine wirbelnde verwandelt, so musste die Gasmenge zur Ver hütung des Zurückschlagens stark erhöht werden;
die Russausbeute sank dabei auf 50./WO. <I>Beispiel 2:</I> In demselben Ofen wie in Beispiel 1 wur den stündlich .5 m3 Acetylen, denen 3, m3 Luft zugemischt waren, verbrannt. Das Ofeninnere war mit Wasser berieselt. Die Russausbeute betrug über 50%.
Ein Vulkani- sat, das mit diesem Russ hergestellt war, zeigte 273! kg/em2 Zerreissfestigkeit, eine Dehnung von 5,881% und eine mit dem Pen delhammer, Bauart Schob, .gemessene Rück prallelastizität von 48 %.
Die unter gleichen Bedingungen mit Arrowblaek erreichten. werte betrugen nur<B>2.60</B> kg/cm', 568 und <B>38%.</B> Die wie in Beispiel 1 gemessene Tem- ,peratur der Flamme war rund 1000 .
<I>Beispiel 3:</I> In demselben Ofen wie im Beispiel 1 wurden unter Berieselung der Innenwandung ,mit Wasser stündlich 4 m3 Acetylen und 1 m3 Methan mit 0;5 mg Sauerstoff ver- @brannt unter Zugabe von 15 m3 Luft in den Verbrennungsraum.
Die Russausbeute betrug <B>801%.</B> .Das mit diesem Russ hergestellte Vul- kanis:at zeigte eine Zerreissfestigkeit von <B>26,3</B> kg/em2, :eine Dehnung von 1614/1o und eine Rückprallelastizität von 46,%. Die ent sprechend für Arrowblack .gemessenen. Werte betrugen nur 215!3 kg/cm', :60:
6 und 3,7 %. Wurden statt Methan Teeröldämpfe zugege ben und die Was:serherimelung abgestellt, so war :die Russausbeute etwas ;geringer, die mit ,dem anfallenden Russ hergestellten Vulkani- s:ate zeigten ähnliche, zum Teil bessere Eigenschaften als die mit Arrow herge stellten.
<I>Beispiel 4:</I> Von einem Gemisch aus konzentriertem Lichtbogenacetylen, das :durch Behandlung von Propan im Flammenbogen mit nachfol gender Anreicherung erhalten worden war, und Sauerstoff mit einem Gehalt von 65 Acetylen, 4 % Diacetylen, 5 % Olefinen, 9 Wasserstoff, 4 % Methan und Homologen, 10 % Sauerstoff, Rest Stickstoff und Kohlen oxyd, wurden stündlich 3 mg in demselben Ofen, wie in. Beispiel 1, jedoch ohne Was- serberieselung,
mit solcher Ausströmungs- geschwindigkeit verbrannt, dass beider Ver ringerung der Gasmenge um 0@,5 m3/h die Flamme in das Brennerrohr zurückschlug. Die Ausbeute betrug 70%.
Die Zerreiss- festigkeit der mit dem erhaltenen Russ her- gestelltes Vulkanisate war 30,6 kg/cm', die Dehnung 48i6/o. Die entsprechenden Werte für Mikrorex waren 290 kg%cm' und 5,64%.
<I>Beispiel 5:</I> In einem Verdampfer wurde Benzol ver dampft und dem auf<B>180'</B> gehaltenen Ben- zoldampf 2:5 % vorgewärmter Sauerstoff zu gegeben.
Dieses Gemisch wurde in einem Ofen, ähnlich dem in der Zeichnung darge stellten, mit einer solchen Ausströmungs- geschwindigkeit verbrannt, dass ein Zurück- schlagen der Flamme in das Brennerrohr vermieden wurde. Dabei trat grossflockige Russbildung auf,
die aufhörte bezw. in die Bildung eines leichten grauen Rauches über- ging, wenn die ,Strömungsgeschwindigkeit um 155 erhöht wunde. Dem Ofenraum wurde soviel Luft zugeführt, dass die Russ- flocken, zum Teil von den, Abgasen aus dem Ofen mit weggeführt wurden.
Die an dem untern Ende des Ofens, dessen Innenwan dung nicht mit Wasser berieselt war, durch einfaches Absinken sich sammelnde Russ menge betrug 15 Gewichtsprozent des ver dampften Benzols. Das mit diesem Russ her gestellte Vulkanisat hatte eine Zerreissfestib keit von 2.97 kg/cm2 und 554-% Dehnung. Die besten Werte für Arrowblack waren 298 kg/cm' ZerreissfestIgkeit und 52,6 Dehnung.
<I>Beispiel 6:</I> In einem Ofen von der in der Zeichnung dargestellten Form wurde 1 mg Acetylen mit <B>10%</B> Chlor in einer Stickstoffatmosphäre verbrannt. Bei sehr hoher Russausbeute wur den neben Chlorwasserstoff kleinere Mengen von Chlorkohlenwasserstoffes erhalten.
Ein mit dem angefallenen und extrahierten Russe hergestelltes Vulkanisat zeigte eine Zerreiss festigkeit von 2,59 kg/cm', 425 % Dehnung und 48 % Rückprallelastizität. Die mit Ar rowblaek erhaltenen Werte waren 2153 kg/cm\, 528 und 43.%.
<I>Beispiel 7:</I> Acetylengas wurde in einem bei<B>160'</B> C arbeitenden Naphthal,inverdampfer mit Naph- thalin.dampf beladen, so dass 1 m3 Acetylen als Trägergas für etwa 1 kg Naphthalin diente. Das mit Naphthalindampf beladene Acetylen würde in einem Brenner und Ofen von .der in der Zeichnung dargestellten Form unter Zugabe von etwa<B>10%</B> .Sauerstoff ver brannt,
wobei .55 % des im Brennengas ent haltene Kohlenstoffes als hochwertiger Russ gewonnen wurden. Dieser Russ zeigte bei gleichen AntGatZ-, Mischungs- und Vulkani- sationsverhältnissen im Naturkautschuk eine höhere Zerreissfestigkeit als der gute ameri kanische Gasruss "Arrowblaek", wie durch folgende Zahlenwerte belegt wird:
EMI0004.0107
337 <SEP> gegenüber <SEP> 280 <SEP> kg/cm' <SEP> nach <SEP> 15 <SEP> Minuten <SEP> Heizdauer
<tb> 338 <SEP> 313 <SEP> 30 <SEP> <B>11</B> <SEP> "
<tb> 3:16 <SEP> 30-2 <SEP> 45 <SEP> "
<tb> 308 <SEP> 294 <SEP> 60 <SEP> " Ferner kommt die eindeutige Überlegen heit des nach obiger Beschreibung hergestell ten Russes gegenüber "Arrowblaek" auch in bezug auf die Abriebwerte durch die Ver- 0 U eichszahlen 504 g egen 623 am' <RTI
ID="0004.0120"> pro PS- Stunde zum Ausdruck. <I>Beispiel 8:</I> Durch einen bei 2.10' C arbeitenden Naphthalinverdampfer mit ca. 3,0, cm Schicht- höhe des Naphthalins wurden pro Stunde 600 Liter Wasserstoff geleitet, so dass auf diese Weise 11001 .g Naphthalin pro Stunde von dem Wasserstoffgas fortgeführt wurden.
Die Verbrennung ges mit Naphthalindampf beladenen Wasserstoffes erfolgte in dem be- schriebenen Brennerrohr, dem kurz vor der Brenneröffnung pro Stunde ca. 5,40 Liter Sauerstoff zugeführt wurden.
Bei Wahl dieser Gaszusammensetzung lag die Aus- trittsgeschwindigkeit der Gase etwas über der Explosionsgeschwindigkeit :des Gemi- sches der Verbrennungsteilnehmer, so dass ein Zurückschlagen der Flamme normaler weise nicht eintrat.
Die nunmehr in Form grosser Flocken einsetzende Russbildung lie ferte pro Stunde 53.0 g leicht auffangbaren aktiven Russe, während ca. 40 g als Flugruss in die Esse entwichen.
Der mit einer Aus beute von über 50,%, bezogen auf ange wandten Kohlenstoff, erhaltene Russ, zeigte in vulkanisierten Naturgummimi.schungen bei den entsprechenden Heizzeiten von 1.5, 3:0 und 4,5 Minuten folgende Zerreissfestigkeiten: 327, 3'2i7 und 3211 kg/011u 2;
hingegen: :gab der amerikanische Gaeruss, "Arrowblack" <B>263,</B> 30,3 und 30,5 k g/cm2. Die Abriebwerte der Vergleichsmischungen ergaben 45,8 emg/P,S- Stunde für Russ nach vorliegendem Verfah ren hergestellt und 5,3.5 cm'/PS-Stunde für "Arro#,vbla.ek".
Ähnliche Ergebnisse werden erzielt, wenn statt hlaphthalin Anthracen oder anthracen- haltige 0.1e verwendet werden. Der Wasser stoff kann auch durch wasserstoffhaltige Gase ersetzt werden.
<I>Beispiel 9:</I> In einem Ofen gemäss Beispiel 1 wurden stündlich 4 bis 5 kg Naphthalin, dem noch 45 % Sauerstoff zugemischt waren, unter Be rieselung der Ofenwände mit Wasser ver brannt. Die Russausbeute betrug 70,% des angewendeten Naphthalins..
Das mit diesem Russ hergestellte Kautschukvulkanisat zeigte eine Zerreissfestigkeit von .310 kg/cm', eine Dehnung von,5,81 % und eine Rückprallelasti- zität von 431%. Die mit Arrowblack in dergleichen Kautschukmischung erhaltenen Werte waren 280 kg/em', 528 und 4,2,%.
Wurde unter sonst gleichen Verhältnissen das Ofeninnere nicht berieselt, so betrug die Rugausbeute nur 60% und die Kennziffern des mit diesem Russ, hergestellten Vulkani- sates betrugen .318 kg/cm', 544 bezw. 43%.