DD156601A5 - Verfahren zur herstellung von ofenruss - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ofenruss zur Verwendung als Fuellstoff, Pigment, insbesondere als Zusatz fuer Reifenkarkassen. Ziel der Erfindung ist die Herstellung von Russen mit niedrigen Strukturmerkmalen. Aufgabe der Erfindung ist, solche Russe mit niedrigen Strukturmerkmalen herzustellen, deren Teilchengroesse nicht wesentlich erhoeht ist und die keine Kokskugeln enthalten. Nach dem erfindungsgemaessen Verfahren wird eine unvollstaendige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen ausgefuehrt, und zwar in der Weise, dass ein Brennstoff und ein Oxydationsmittel in einer ersten Stufe umgesetzt werden, so dass ein Strom von Verbrennungsgasen entsteht, der ausreichend Energie besitzt, um ein russlieferndes fluessiges Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterial in Russ umzuwandeln, in einer zweiten Stufe das fluessige Kohlenwasserstoffausgangsmaterial mit Druck in den Gasstrom eingespritzt wird und in das Reaktionsgemisch in einer dritten Zone, der Reaktionszone, Oxydationsmittel und Kohlenwasserstoffe zugegeben werden in einer Menge, dass das Aequivalenzverhaeltnis zwischen 1,25 und 0 liegt und anschliessend durch Abschrecken Russ gewonnen wird.

Description

AP C 09 C/199 505 (51 194 12) 4.1.1978

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Verfahren zur Herstellung von Ofenruß

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ofenruß für die Verwendung, beispielsweise als Pullstoffe und Pigmente.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von halbverstärkenden Rußsorten, für die breite Verv/endung als Ruße für Reifenkarkassen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, Ruße durch Kracken und/oder unvollständige Verbrennung eines flüssigen Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterials, beispielsweise zyklischen Materials, in einer geschlossenen Umwandlungszone bei Temperaturen über 982 C (1800⁰P) herzustellen (US-Patentanmeldung 696.771 vom 16 ο Juni 1976).

Der entstandene Ruß wird von den aus der Uinwandlungszone ausströmenden Gasen initgeführt, gekühlt und mit Hilfe einer geeigneten bekannten Errichtung-gesammelt. Mit den bekannten Verfahren war es jedoch schwierig, den Durchsatz zur Erzeugung v©n Rußen niederer Struktur sowie von halbverstärkenden Rußsorten zu erhöhen, ohne die wesentlichen Merlanale der Ruße zu verändern. Darüber hinaus sind die nach den bekannten Verfahren hergestellten Ruße häufig mit Kokskugeln verunreinigt.

Ziel der Erfindang

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines einfachen und verbesserten Verfahrens zur Herstellung von Rußen mit niedrigen Strukturmerkmalen, die insbesondere als Zusätze zu Reifenkarkassen geeignet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch ein neuartiges Verfahren Ruße mit niedrigen Strukturmerkmalen so herzustellen, daß die Teilchengröße nicht v/esentlich erhöht wird und die gewonnenen Ruße keine Kokskugeln enthalten« .

Erfindungsgemäß wird eine unvollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen ·1η der Weise ausgeführt, daß ein bestimmter Seil des Oxydationsmittels, wie Luft u«ä«, das normalerweise zur Durchführung der Reaktion zur Bildung des erwünschten Rußes gebraucht Y7ird, an einer Stelle stromabwärts von dem Punkt/;, an dem das Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterial eingeleitet wird, zugesetzt wird«. Die Einleitung eines Seils des erforderlichen Oxydationsmittels, nachdem das Beschickungsmaterial eingespritzt worden ist, bewirkt, daß die entstehenden Ruße eine niedrigere Struktur haben, erhöht aber die Teilchengröße der Ruße nicht erheblich und kann sogar die Teilchengröße verringern.

Die nach der Haterialeinspritzung eingeleitete Oxydationsmittelmenge liegt zwischen etwa 5 und etwa 45 f° der gesamten Oxydationsmittelmenge, die zum Umwandeln des Beschickungsmaterials in die erwünschten Rußprodukte erforderlich ist.

Die Art und Weise der Einspritzung des Oxydationsmittelteils an der stromabwärts befindlichen Stelle in den entstehenden, Ruß enthaltenden Strom ist nicht kritisch. 33as Oxydations- · mittel kann zum Beispiel peripheral, longitudinal oder

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tangential eingeleitet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt der Stromab-Zusatz des Oxydationsmittels tangential.

Bei der beispielsweise stromab erfolgenden Oxydationsmitteleinspritzung wurde gefunden, daß außer der Verringerung der Struktur der Ruße die Probleme der Koks und Kokskugelverschmutzung, die als Begleiterscheingung bei der Herstellung hab/Lverstärkender Ruße in herkömmlichen Rektoren auftreten, gemildert wurden und die Ausbeute und der Eohlenstoffausnutzungsgrad des Verfahrens 6 bis 10 fo höher sind als bei dem herkömmlichen Verfahren.

Der hier in bezug auf Ruß© verwendete Begriff "Struktur" definiert eine Haupteigenschaft von Ruß, die nicht durchweg von einer Eigenschaft oder !Combination von Eigenschaften beeinflußt wird« Im allgemeinen wird der Begriff in dem Fachgebiet verwendet, um das Ausmaß der Aggregation der Primärteilchen eines Rußes zu bezeichnen. Da alle Ruße einen bestimmten Aggregationsgrad der Primärteilchen aufweisen, wird ein bestimmter Ruß je nach dem von ihm gezeigten Aggregationsgrad als Niedrig-, normal- oder Kochstruktur-Ruß eingeteilt. Die Grenzen zwischen den Unterteilungen in Niedrig-, Hormal- oder Kochstruktur sind im allgemeinen nicht genau definiert. Herkömmlich wird die Struktur des Rußes als hoch angesehen, wenn die Teilchen eine starke Tendenz haben, Teilchenketten zu bilden.. Andererseits wird die Rußstrktur als niedrig angesehen, wenn eine schwache Tendenz besteht, Agglomerate von Primärteilchen zu bilden. Zur Bestimmung der Struktur von Rußen wird hier ein Clabsorptionsverfahren unter Verwendung- von Dibutylphthalat angewendet. Dieses Verfahren, das in Übereinstimmung mit ASSM D-2414-72 durchgeführt wird, wird"nachstehend ausführlicher beschrieben.

Zwar ist die direkte Messung der Strukturmerkmale von Rußen möglich, es gibt aber eine gleichermaßen zuverlässige und

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besser geeignete Methode zur Bestimmung der Strukturiaerkmale von Rußen, die in dem Pachgebiet akzeptiert und als ASTM-Testmethode 33-2414-72 mit dem Titel "Dibutylphthalat-Absorptionszahl von Ruß" bezeichnet wird«"Zusammengefaßt besteht das Sestverfahren darin, daß Dibutylphthalat (DBP) zu einer Rußprobe in loser oder pelletisierter Irorm in einem Brabender-Cabot-Absorptionsmeter, der von OeW* Brabender Instruments, Ine», South Hackensack, Hew Jersey, hergestellt und verkauft, wird, hinzugegeben und das Volumen des verwendeten Dibutylphthalats gemessen wird. Der Wert wird in Kubikzentimeter oder -milliliter Dibutylphthalat (DBP)

pro 100 G-ramm Ruß ausgedrückt« Gegenwärtig ist auf dem ^x Fachgebiet ein gut begründetes Verhältnis bezüglich der Strukturmerkmale eines Rußes und der entstehenden Eigenschaften von Kautschukzusammensetzungen, die mit den betreffenden Rußen gemischt sind, anerkannt worden. Das Verhältnis wird als ein solches beschrieben, das den Strukturgrad eines Rußes und die Moduleigenschaften eines Eautschukzusammensetzung, die mit dem betreffenden Ruß gemischt ist, einschließt. Dabei wird im allgemeinen angenommen, daß sich bei Verwendung von Hochstruktur-Rußen Kautschukzusammensetzungen mit hohen Modulwerten ergeben, während bei Verwendung von Kiederstruk~ tur-Rußen gemischte Kautsehukzusammensetzungen mit niedrigen Modulwerten entstehen, wenn alle anderen Werte im wensentliehen äquivalent sind.

Ss Y/urde festgestellt, daß die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ruße bedeutend niedrigere Strukturwerte aufweisen und die Einmischung dieser Ruße in ITatur- und· Synthesekautsohukzusamraensetzungen Zautschukmischungen mit verringerten Modulwerten ergeben.

Erfindungsgemäß werden insbesondere halbverstärkende Rußsorten hergeste3.lt, wie die mit Jodadsorptionszahlen (gemäß Festlegung in ASTM D-I510-70) zwischen etwa 28 und etwa

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Dabei wird ein rußlieferndes flüssiges Beschickungsmaterial im wesentlichen transversal in einen vorgeformten Strom heißer Verbrennungsgase gespritzt, die mit einer mittleren linearen Geschwindigkeit von mindestens 153 m (500 Fuß) pro Sekunde in Abstromrichtung fließen. Das Beschickungsmaterial wird von der Peripherie des Stromes aus transversal so in die Verbrennungsgase gespritzt, daß Durchdringung erzielt wird, so daß Koksbildung an den Wänden der kohlenstoff bildenden Zone des Reaktors vermieden v/ird. Der entstehende Strom tritt dann in die Reaktionszone ein, woraufhin das restliche Oxydationsmittel, welches für die Produktion des erwünschten Rußes benötigt wird, in den Prozeß ; eingepreßt wird. Wie vorstehend ausgeführt, variiert die in die Reaktionszone eingeleitete Reaktionsniittelmenge zwischen etwa 5 und 45 $ der gesamten Oxydationsmittelmenge, die für die Erzeugung des erwünschten Rußes erforderlich ist. Zu den vielen Oxydationsmitteln, die zur Verwendung bei diesem Verfahren geeignet sind, zählen Luft, Sauerstoff und Mischungen von luft mit Sauerstoff bei verschiedenen Konzentrationsgraden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Struktur der erzeugten Ruße merklich reduziert, ohne daß die Teilchengröße der Ruße bedeutend erhöht wird. Wenn bessere Ruße in Kautschukzusammensetzungen eingemischt werden, werden bessere physikalische Kautschukeigenschaften erzielt. Λ

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend ausführlicher beschrieben.

Zur Erzeugung der heißen Verbrennungsgase, die bei der Herstellung der Ruße der Erfindung verwendet werden, werden in einer geeigneten Verbrennungskammer ein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff und ein geeigneter Oxydationsmittelstrom w%$ luft, Sauerstoff, Gemische von Luft und Sauerstoff o»äe zusammen umgesetzt. Zu den Brennstoffen, die sich

für die Umsetzung mit dem Oxydationsmittelstrom in &e~£ Verbrennungskammer eignen, zählen alle leicht brennbaren Gas-, Dampf- oder ELüssigkeitsströme wie Wasserstoff, Kohlen- monoxid, Methan, Acetylen, Alkohole, Kerosin. Im allge- < meinen wird jedoch die Verwendung von Brennstoffen mit einem hohen Gehalt an kohlenstoffhaltigen Komponenten und insbesondere Kohlenwasserstoffen bevorzugt. Beispielsweise sind methanreiche Ströme wie Naturgas und modifiziertes oder angereichertes naturgas ausgezeichnete Brennstoffe sowie auch andere Gase mit einem hohen Gehalt an Kohlenv/asserstoffen wie verschieden© Kohlenwasserstoffgase und-flüssig- -% keiten und Raffinerienebenprodukte einschließlich Äthan-, Propan-, Butan- und Pentanfraktionen, Heizöle u.ä»

In der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Verwendung von Luft als Oxydationsmittel und naturgas als Brennstoff für die Erzeugung der primären Verbrennungswärme bevorzugt. Unter Priraärverbrennung ist die Oxydationsmittelmenge, die in der ersten Stufe des erfindungsgeiaäßen Verfahrens verwendet wird, im Verhältnis zu der Oxydationsmittelmenge, die theoretisch für die vollständige Verbrennung des Kohlenwasserstoffs der ersten Stufe zur Bildung von Kohlendioxid und Wasser benötigt wird, zu verstehen. Aus Gründen der Einfachheit wird die Primärverbrennung als Äquivalenzverhältnis ausgedrückt« Das Äquivalenzverhältnis ist als das Verhältnis des zugeführten Brennstoffs zu dem für die stöchiometrische Verbrennung des verfügbaren Oxydationsmittels erforderlichen definiert. Der Prozentsatz der Verbrennung kann aus dem Äquivalenzverhältnis durch Multiplizieren des Kehrwertes des Äquivalenzverhältnisses mit 100 errechnet v/erden» Bei dem vorliegenden Verfahren kann die primäre Verbrennung in dem Äquivalenzverhältnisbereich von etwa 1,25 und etwa 0,33, oder mit anderen Worten, zwischen etwa 80 und etwa 300 fo Verbrennung liegen, die bevorzugte primäre Verbrennung liegt jedoch in dem Äquivalenz-

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verhältnisbereich von etwa 0,83 bis etwa 0,45 oder zwischen etwa 12p und etwa 220 <$> Verbrennung»

Auf diese Weise wird ein Strom heißer Verbrennungsgase erzeugt, die mit einer hohen linearen Geschwindigkeit fließen. Ss wurde festgestellt, daß ein Druckdifferential zwischen der Verbrennungskammer und der Reaktionskamnier von mindestens 0,0703 kp/cm (1,0 psi) und vorzugsweise etwa 0,1055 bis 0,7031 kp/cm² (1,5 bis 10 psi) wünschenswert ist. Unter diesen Bedingungen wird ein Strom gasförmiger Verbrennung sprodukte erzeugt, die eine ausreichende Energie besitzen, um ein rußlieferndes flüssiges Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterial in die erwünschten Rußprodukte umzuwandeln. Der entstehende Verbrennungsgasstrom aus' der primären Verbrennungszone erreicht- eine Temperatur von mindestens etwa 1315 ⁰C (24-00 ⁰P), wobei die günstigsten Temperaturen mindestens über etwa 1650⁰O (3000 ⁰S¹) liegen. Die heißen Verbrennungsgase werden in Abstromrichtung mit einer hohen linearen Geschwindigkeit vorwärtsgetrieben, v/obei die Geschwindigkeit durch das Einleiten der Verbrennungsgase in eine abgeschlossene Übergangsstufe kleineren Durchmessers, die auf Wunsch konisch oder verengt sein kann, wie z.B« mittels einer herkömmlichen Venturi-Rohrverengung, beschleunigt wird. Genau an diesem Punkt des Verfahrens, der als zweite Stufe betrachtet wird, wird das Beschickungsmaterial kräftig in den Strom heißer Verbrennungsgase eingespritzt.

Insbesondere in der zweiten Stufe, wo die Verbrennungsgase mit hoher Geschwindigkeit strömen und eine kinetische Gasdruckhöhe von mindestens über 0,0703 kp/cm (1,0 psi) besteht, wird ein geeignetes flüssiges Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterial für die Rußerzeugung in die Verbrennungsgase gespritzt, und zwar unter einem ausreichenden Druck, um die gewünschte Durchdringung zu erzielen, wodurch eine hohe Misch- und Scherwirkung der heißen Verbrennungsgase

und des flüssigen Kohlenwasserstoff-Besohickungsmaterials gev/ährleistet wird. Dabei wird das flüssige Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterial schnell zersetzt und in Ruß mit hohen Ausbeuten umgewandelt. Als Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoffe, die unter den Reaktionsbedingungen leicht zu verflüchtigen sind, sind hierbei ungesättigte Kohlenwasserstoffe wie Acetylen; Olefine wie Äthylen, Propylen, Butylen; Aromaten wie Benzol, üoluol und Xylol; bestimmte gesättigte Kohlenwasserstoffe und leichtflüchtige Kohlenwasserstoffe wie Kerosine, Naphthaline, Terpene, Äthylenteer, aromatisches zyklisches Material u.a. geeignet«

Das flüssige Beschickungsmaterial γ/ird im wesentlichen transversal von der äußeren oder inneren Peripherie aus oder beiden in den Strom heißer Verbrennungsgase eingespritzt in form einer Vielzahl kleiner kohärenter Strahlen, die gut in. die inneren Bereiche oder den Kern des Verbrennungsgasstromos eindringen, allerdings nicht bis zu einer solchen !Tiefe, daß entgegengerichtete Strahlen aufeinanderprallen, · Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterial leicht als kohärente flüssigkeitsströme eingeleitet werden, indem das flüssige Beschickungsmaterial durch eine Vielzahl öffnungen mit einem Durchmesser zwischen 0,254 und 3,81 mm (0,01 und 0,15 Zoll), und vorzugsweise zwischen 0,51 und 1,52 mm (0,02 und 0,06 Zoll) eingepreßt wird, wobei ein Einspritzdruck angewendet wird, der ausreicht, um die erwünschte Durchdringung zu erzielen*

Das hierbei verwendete Beschickungsmaterial wird in bezug auf die eingesetzten Mengen an Brennstoff und Oxydationsmittel so eingestellt, daß das Verfahren zur Herstellung von Rußen ein Gesamtäquivalenzverhältnis zwischen mindestens 6,67 und etwa 2,50 und vorzugsweise etwa 5_}00 und etwa 3,33 aufweist. Das G-esamtaq.uivalenzverhaltn.is ist als das Ver-

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hältnis des zugeführten G-esamtkohlenwasserstoffs zu dem für die stöchioinetrische Verbrennung des verfügbaren Oxydationsmittels geforderten definiert.

Die dritte Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens schließt die Bereitstellung einer Reaktionszone ein, die eine ausreichend lange Verweilzeit gestattet, damit die rußbildende Reaktion vor der'Beendigung der Reaktion durch Abschrecken erfolgen kann. Obgleich die Verv/eilzeit in jedem Pail von den bestimmten Bedingungen und dem erwünschten bestimmten Ruß abhängig ist, sollten die Verweilzeiten bei dem vorliegenden Verfahren im allgemeinen mehr als 15 Millisekunden betragen. Wenn die rußbildende Reaktion erst einmal über den gewünschten Zeitraum hinweg vorangeschritten ist, wird die Reaktion durch SjTühen einer Abschreckflüssigkeit wie Wasser unter Verwendung von mindestens einem Satz Sprühdüsen beendet. Die die Rußprodukte in suspendierter Form enthaltenden heißen abströmenden Gase v/erden dann stromab geleitet, wo auf herkömmliche Weise die Schritte des Kühlens, Abscheidens und Sammelns des Rußes ausgeführt werden. Zum Beispiel wird die Abscheidung des Rußes aus dem Grasstrom leicht durch herkömmliche Mittel wie einen Abscheider, Abscheidezyklon, Schlauchfilter oder eine Kombination davon durchgeführt.

Bs wurde nun festgestellt, daß die Struktur der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Ruße erheblich gesenkt werden kann, sodaß sie für solche Anwendungen, bei denen ITiederstruktur-Ruße erforderlich sind, eingesetzt werden können. Insbesondere werden die Strukturmerkmale der Ruße dadurch verringert, daß Oxydationsmittel in einer Menge zwischen etwa 5 und 45 # der gesamten für die Herstellung der erwünschten Ruße benötigten Oxydationsmittelmenge an einem Punkt in den Prozeß eingepreßt wird, der nach der Einspritzung des flüssigen Bescliickungsmaterials in die primäre Verbrennungsflamme folgt. Das Oxydationsmittel wird

stromabwärts tangential, peripheral oder longitudinal in die Reaktionszone eingeleitet, wobei die tangentiale Einleitung die bevorzugte Arbeitsweise ist. Das stromab eingeleitete Oxydationsmittel kann als solches oder mit irgendeinem geeigneten flüssigen oder gasförmigen Brennstoff umgesetzt und in 3?orm heißer Verbrennungsgase eingeleitet werden. Es wurde festgestellt, daß bei -dem erfindungsgemäßen Verfahren die stromab eingeleitete Kohlenwasserstoff- und Oxydationsmittelmenge ein Äquivalenzverhältnis zwischen etwa 1,25 und. etwa 0 haben kann, wobei der bevorzugte Bereich zwischen etwa 0,46 und 0 liegt. Alle Oxydationsmittel oder Brennstoffe, die sich für die Herstellung der primären Ver - brennungswarme. des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen, sind gleichermaßen für die Erzeugung des sekundären oder Stromab-Verbrennungsgasstroms, sofern ein solcher verwendet wird, geeignet«, Außerdem ist die Definition des Äquivalenzverhältnisses für den sekundären Verbrennungsgasstrom die gleiche >. wie die für die primäre Verbrennungswärme, mit dem offensichtlichen Unterschied, daß das Verhältnis nun auf der Basis des stromab verwendeten und benötigten Oxydationsmittels bestimmt wird. Es wurde ebenfalls festgestellt, daß es zwar vorzuziehen sein mag, aber nicht unbedingt erforderlich ist, daß Oxydationsmittel und/oder Brennstoff bei der Erzeugung der beiden Yerbrennungsgasströme gleich sind.

Außerdem kann das Äquivalenzverhältnis des primären Verbrennungsgasstroms das gleiche sein wie oder verschieden sein von dem Äquivalenzverhältnis des sekundären oder Stromab-Verbrennungsgasstromes. llemi zum Beispiel ein flüssiger Brennstoff mit einem Oxydationsmittel wie Luft umgesetzt wird j um die primäre Verbrennungswärme zu erzeugen, dann ist es möglich, naturgas mit einem Oxydationsmittel umzusetzen, um die Verbrennungsgase zu erzeugen, die nach der Beschickungsmat.erialeinspritzung in den Reaktor eingeleitet werden. In jedem Fall werden'die Verbrennungsgase stromab an einer

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solchen Stelle eingeleitet, daß "bewirkt wird, daß die Struktur des entstehenden Rußes merklich reduziert wird, ohne daß die Seilschengröße der Ruße erheblich erhöht wird«

Die folgenden !röstverfahren werden angewendet, um die analytischen und physikalischen Eigenschaften der nach dem erfindungsgemäßen Yerfahren hergestellten Ruße zu beurteilen.

Jodadsorptionszahl

Diese wird gemäß ASTM D-151O-7O bestimmt«

Jod-spezifische Oberfläche _t

Die spezifisch© Oberfläche von pelletisieren Rußprodukten wird nach dem folgenden Jodadsorptionsverfahren bestimmt.

Bei diesem Yerfahren wird eine Eußprob© in einen Prozellan-•fciegel gegeben, der mit einem lose sitzenden Deckel versehen ist, damit Gase entweichen können, und wird über einen Zeitraum von 7 Minuten bei einer Temperatur von 927 ⁰C 1700 ⁰F) in einem Muffelofen von flüchtigen Bestandteilen befreit, wonach man sie abkühlen läßt. Die obere Schicht aus kalziniertem Ruß wird bis zu einer Tiefe von 6,4i.mm (1/4 Zoll) entfernt und ein Teil des verbleibendes Rußes wird gewogen.

Zu dieser Probe werden 100 Milliliter 0,01 n~Jodlösung hinzugegeben. Das entstehende Gemisch wird 30 Minuten lang gerührt. Sin 50-ml-Aliquot des Gemisches wird dann zentrifugiert, bis die Lösung klar ist, wonach 40 ml davon unter Verwendung einer 1 ^igen löslichen Stärkelösung als Bndpunktindikator mit 0,01 n-Eatriumthio sulfat lösung titriert werden, bis das freie Jod adsorbiert ist. Dor Prozentsatz des adsobierten Jodes wird quantitativ durch Titrieren einer Rußprobe ,bestimmt. Schließlich wird die Jod-spezifische Oberfläche, ausgedrückt in Quadratmeter pro Gramm nach der Formel /"(Prozent adsorbiertes Jod χ 0,937) - 4,5_7 / wicht = Jod-spezifische Oberfläche, berechnet.

Dieses Verfahren zur Bestimmung der Jod-spezifischen Ober-" fläche von Rußpellets wird aus Gründen der Einfachheit als Cabot-Iestverfahren Hr₈"23«1 bezeichnet, da es bisher noch keine offizielle ASTM-Bezeichnung gibt«, Wie in der Veröffentlichung EG~-7O~1 der Cabot Corporation unter dem Titel "Industry Reference Black ITo · 3" (Industrie-Bezugsruß Ir· 3) von Juengel und .O'Brien, veröffentlicht am 1* April 1970, gezeigt wird, ist die Jod-spezifische Oberfläche von IEB Ir«3 (Industrie-Bezugsruß Hr„ 3) 66,5 *n /g gensäß Bestimmung mit dem Cabot-Testverfahren Ir, 23el, auf das vorstehend Bezug genommen wurde* Cj

Schutt dichte, von pellet is inerten

Sie wird nach ASEM D-1513 bestimmt und als Pound/Kubikfuß aufgezeichnet« ' .

Dibutylphthalat-Absorptionszahl von Ruß

Sie wird nach der ASIM-Testmethode D-2414-72 gemäß vorstehender Beschreibung bestimmt· Die Resultate zeigen an, ob der Büß in loser oder pelletisierter Form vorliegt«,

Die Eönungskraft stellt die relative Deckkraft eines pelletisierten Rußes dar, wenn er in einen Gewichtsverhältnis von 1 bis 37,5 £iit einem Standard-Zinkoxid .(Florence Green' Seal K'r* 8, hergestellt und verkauft von der New Jersey Zinc Co.) gemischt, in einem epoxydierten Sojabohnenöl-Plastifizierungsmittel (Paraplex G-62, hergestellt und verkauft von der Rohm und Haas Co.) dispergiert und mit einer Reihe Standard-Bezugsrußen, die unter den gleichen Bedingungen getestet wurden, verglichen wird.

Insbesondere beinhaltet der' Test das Kollern von Ruß, Zinkoxid und Plastifizierungsmittel in solchen AnteiJLen,

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daß das entstehende Verhältnis von Roß zu Zinkoxid 1 zu 37,5 ist. Röflexionsmessuugen unter Verwendung eines Welch-Densichron-Gerätes werden dann von einem auf eine Glasplatte gegossenen PiIm gewonnen, und die abgelesenen Werte werden mit Rußstandards mit bekannten Tönungskraftv/erten verglichen. Die Sönungskraft der Ruß standards wird unter Verwendung eines willkürlich festgesetzten Wertes von 100 fs für die lönungskraft des Cabot-Standard-Rußes (SEP = halbverstärkender Ofenruß) bestimmte In diesen Pail handelt es sich, wie üblich, bei dem Standard-SRP-Ruß, dem willkürlich ein Wert von 100 fo für die Tönungskraft züge- ,-^ ordnet wird, um Sterling S (Sterling ist ein eingetragenes """* Warenzeichen der Cabot Corporation) oder Sterling R halbverstärkenden Ofenruß, der von der Cabot-Corporation hergestellt Y/ird. Jeder Sterling-R oder Sterling-S-Bezugsruß ist dadurch gekennzeichnet, daß er neben anderen Merkmalen eine Stickstoff spezifische Oberfläche nach der BSS-iiethode von etwa 23Ia^g, eine ölabsorption von etwa 65 bis 70 Pounds Ö1/100 Pound Ruß und einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von etwa 800 ingström gemäß Bestimmung mit dem Elektronenmikroskop hat. Der einzige Unterschied besteht darin, daß der Sterling-R-Ruß in loser lorm vorliegt, während der Sterling-S-Ruß in pelletisierter Form vorliegt. Demgemäß wird dann der für Bezugszwecke ausgewählte Ruß ;^ nach der Beschaffenheit des Rußes bestimmt, dessen Tonungskraft gemessen γ/erden soll. Der Sterling R oder der Sterling S halbverstärkende Ruß wird somit als der primäre Bezugsstandard zur Bestimmung der lönungskraft'der anderen Ruße angesehen.

Außerdem werden, v/ie vorstehend beschrieben, zusätzliche Ruße als Bszugsruße für die Bestimmung der Tönungskraftwerte in dem Bereich zwischen etwa 30 ^cß> und etwa 250 $ verwendet. Diese werden iia Verhältnis zu dem primären Standard bestimmt, der den willkürlich festgesetzten Wert

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vom 100 <fo für die Tönungskraft aufweist» Auf diese Weise wurde eine Reihe. Ruße mit einein großen Bereich von Tönungskraftwerten zur Verfügung gestellt, sodaß Bezugsruße vorhanden sind, deren Werte so nahe wie möglich an den zu inessenden Ruß herankommen* Typische Ruße, die als Hilfs-Tönungskraftstandards für das oben angeführte Verfahren verwendet werden, sind die folgenden von der Cabot Corporation hergestellten Buße ο Die analytischen Werte γ/erden nach den in der vorliegenden Anmeldung festgelegten Testverfahren bestimmt ' . · . ' ·

Analytische Eigenschaften

Sterlin MT Sterlin PT (Medium (Pine Thor-Thermal-Ruß) mal-Buß)

Vulcan β Η Vulcan 9'

Tönungskraft f* 31

Jod-spezifische Oberfläche ra²/s 5,0

56

DSP-Absorption

33,6

8,4

35,9

220

110

131

252

119

117

Pur Bezugszwecke beträgt die Tönungskraft von IRB ITr.-3 gemäß Bestimmung mit dera oben angeführten Verfahren 208 f» des primären Sterlin S halbverstärkenden Rußes. Das wird in der Veröffentlichung der Cabot Corporation TG-70-1 mit dem Titel "Industry Reference. Black So· 3" (Industrie-Bezugsruß Mr. 3); von Juengel und O'Brien, veröffentlicht am I.April 1970, gezeigt.

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Modul_r und Zugfestigkeit

Diese physikalischen Eigenschaften v/erden nach den in der ASTM-Prüfmethode D-412 "beschriebenen Verfahren "bestimmt. Kurz gesagt "bezieht sich die Modulniessung auf kp/cm (Pounds pro Quadratzoll) Zug, die ermittelt werden, wenn eine Probe aus vulkanisiertem Kautschuk auf 300 'fs iher ursprünglichen Länge gedehnt wird. Die Messung der Zugfestigkeit ist eine Bestimmung der Anzahl kp/cm (Pounds pro Quadratzoll) Zug, die erforderlich sind, um eine Probe aus vulkanisiertem Kautschuk in einera Zugspannungstest zu zerreißen oder zu zerbrechen. nj

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die nachstehenden Beispiele, in denen die Herstellung repräsentativer Mischungen ausführlich beschrieben wird, leichter verständlich v/erden« Ss gibt viele andere Äusführungsformen dieser Erfindung. Die Beispiele dienen der Teranschaulichung der Erfindung und sollen keinesfalls als irgendeine Einschränkung des TJinfangs der Erfindung aufgefaßt v/erden.

Bei diesem Beipiel wird eine geeignete Raktionsanlage ver-Y/endet, die iait Vorrichtungen zum Zuführen verbrennungsgaserzeugender Reaktionspartner, d.h. eines Brennstoffs und eines Oxydationsmittels, entv/eder als getrennte Ströme oder als vorverbrannte gasförmige Reaktionsprodukte zu der primären Verbrennungszone und auch mit Vorrichtungen zum Zuführen des rußliefernden Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterials sowie der Verbrennungsgase, die stromab in die Roaktionsanlage eingeleitet v/erden sollen, ausgerüstet istil Die Reaktionsanlage kann aus irgendeinem geeigneten Material wie Metall hergestellt und.entweder mit feuerfester Isolation ausgestattet oder von Kühleinrichtungen wie einer im

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Kreislauf geführten Flüssigkeit, 'Vorzugsweise Wasser, umgeben sein. Außerdem ist die Reaktionsanlage mit Temperatur-rund Druckanzeigevorrichtungen, Vorrichtungen sum Abschrecken der rußbildenden Reaktion wie Sprühdüsen, Torrichtungen zum Kühlen des Rußprodukts und Vorrichtungen zum 'ürennen und Rückgewinnen des Rußes von anderen 'unerwünschten Nebenprodukten ausgerüstete Demgemäß wird zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens folgendermaßen vorgegangen.

Um die erwünschte Verbrennungswärme der ersten Stufe zu erhalten, in diesem Palle eine Verbrennung von 141 ^cß> oder mit anderen Worten, ein Ä^uivalenzverhältnis von 0,71, v/erden in eine Verbrennungszone der Anlage durch eine oder mehrere Zuleitungen auf 371 ⁰C (700 ⁰P) vorgewärmte luft mit einer mittleren Geschwindigkeit von 0,6 nr/std (75 Kubikfuß/Stunde) und Naturgas mit einer mittleren Geschwindigkeit von 0,048 mVstd (5,67 Kubikf uß/Stunde) eingeleitet, wodurch ©in Verbrennungsstroin erzeugt wird, der mit einer hohen linearen Geschwindigkeit in Abstromrichtung fließt. Der schnell fließende Verbrennungsgasstrom wird in eine zweite oder Übergangszone geleitet, die einen geringeren Querschnittsdurchmesser aufweist, damit die lineare Geschwindigkeit des-Verbrennungsgasstroms erhöht wird. Danach wird in den entstehenden Strom heißer Verbrennungsgase im v/esentlichen transversal durch vier peripheral zum Strom der Verbrennungs-gase angeordnete Zuführungen mit einer Größe von 30 1,40 mm (0,055 Zoll) flüssiges Beschickungsnaterial mit einer Geschwindigkeit von 651}5 1 (172,1 Gallonen) pro Stunde und einem Druck von 6,75 at (96 psig, wobei 1 psig «* 7,031.10 at überdruck bedeutet) eingeleitet. Bei dem hier (und bei allen weiteren Beispielen) verwendeten Beschickungsmaterial handelt es sich um Sunray DX, einen Brennstoff mit einem Kohlenstoffgehalt von 90j 1 Gsw«$, einem Wasserstoffgehalt von 7>96 Gewo$, einem Schwefelgehalt von 1,40 GewojS, einem Wasserstoff-Kohlenstoff-Verhältnis von 1,05» einem

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Β·Μ»Ο·I.-Korrelationsindex von 128, einer Dichte in Übereinstimmung mit ASTM D-287 von 1,08 einer API-Dichte in Übereinstimmung kit ASTM D-287 von -0,7, einer SSU-Viskosität .{ASIM D-88) bei 55 ⁰C (130 °3?) von 179, einer SSU-Viskosität (ASTU D-88) bei 99 ⁰C (210 ⁰P) von 46 und einem Asphaltgehalt von 1,9 ^* Die Reaktion wird so durchgeführt, daß die Gesamtverbrennung des Prozesses 23,3 $ beträgt, was einem Äquivalenzverhältnis von 4,29 entspricht. Die Absehrekkung mit Wasser zur Beendigung der Reaktion erfolgt an einem Punkt, der in Stromrichtung 10,7 m (35 3?uß) unterhalb der Einspritzstelle des Beschickungsmaterials liegt«

Die analytischen Werte und die leistungsmerkmale dieses Rußes sind in !Tabelle 1 aufgeführt-«? Außerdem wird dieser Ruß hier als Zontrolle für die Beispiele 2 und 3 verwendet, weil die gesamte Oxydationsmittelmenge zur Bildung der primären Verbrennungswärme eingeleitet wurde.

lach dem Verfahren von Beispiel 1 werden in die primäre Verbrennungszone vorgewärmte luft mit einer mittleren Geschwindigkeit von 0,58 mVstd (67,9 Eubikfuß/Stunde) und naturgas mit einer mittleren Geschwindigkeit von 0,043 nr/Std (5,03 Kubikfuß/Stunde) eingeleitet, um die erwünschte Ver~ brennung der ersten Stufe von 142 fo_} Äquivalenzverhältnis 0,70, zu erzeugen. Das flüssige Beschickungsmaterial wird dann mit einer.Geschwindigkeit von 646,1 1 (170,7 Gallonen) pro Stunde und einem Druck von 9,07 at (129 psig) durch vier Öffnungen eingeleitet, die je einen Durchmesser von 1,3 mm (0,052 Zoll) aufweisen. Bei diesem Beispiel wird jedoch an einer Stelle kurz nach der Beschickungsmaterialeinspritzung Luft mit einer mittleren Geschwindigkeit von 0,06 m /3td (7_rl Kubikf uß/Stunde), die 9,4 $> der gesamten für die Sr zeugung der erwünschten Ruße erforderlichen Luftmenge ent-

spricht, tangential in die Reaktionszone eingeleitet· Die Luft wird mit Naturgas, das mit einer mittleren Geschwindigkeit von 0,0028 mVstd (0,5 Eubikfuß/stunde) eingeleitet wird, umgesetzt, sodaß der Prozentsatz der Verbrennung des Stromab-Zusatze.s 141 $, Iquivalenzverhältnis 0,71 beträgt, y/as im wesentlichen dem Prozentsatz der Verbrennung durch die Primärwärme entspricht« Die Reaktion wird mit einer prozentualen Gesamtverbrennung von 23,15 $> Xquival enzverhäl tni s 4,26, durchgeführt, und die Reaktion wird an einem Punkt, der in fc.tromrichtung 10,7 m (35 Fuß) unterhalb der Einspitzstelle für das Beschickungsmaterial liegt, abgeschreckt« Die analytischen Werte und die physikalischen Eigenschaften der Ruße sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle I

42	38
29	27
109	104
135	126

Beispiel Ir,

Jodzahl

Jod-spezifische .'Oberfläche, m /g

Sönungskraft, $> SH3?

DBP-Absorption, cm⁵/l00 g

bei Pellets

Die Eignung der erfindungsgemäßen Ruße als Verstärkungsmittel für Eautschuksusammensetzungen wird durch die nachfolgenden Beispiele eindeutig gezeigte

Bei der Ausführung der Beispiele werden die Kautschukzusammensetzungen durch herkömmliche Mittel schnell hergestellt. Zum Beispiel werden der Kautschuk und der als Verstärkungsmittel eingesetzte Büß mit einer herkömmlichen Mischmaschine

199505

eines normalerweise für aas Luschen von Kautschuk oder Plasten verwendeten Typs wie eines Banbury-Mischers und/oder eines Walzenmisobers innig vermischt, um die gewünschte Dispersion zu gewährleisten. Die ICautschukzusammensetzungen werden nach Standard-Industrierezepturen,· sowohl für eine ' Naturkautschuk als auch für eine Synthesekautschuk enthaltende Formulierung gemischt. Die entstehenden zu behandelnden Yulkanisate werden bei 145 ⁰O (293 ⁰F) 15 und 30 Minuten lang gehärtet, wenn lTaturkautsch.uk 'verwendet wird, und 35 'und 50 Minuten lang, wenn ein Synthesekautschuk, in diesem Falle Styrol-Butadien-Eautschukj verwendet wird. Zur Beurteilung der Leistungen der erfindungsgemäßen Ruße werden die nachstehenden Rezepturen verwendet, wobei die Mengen in Gewichtsteilen angegeben sind.

Ingrediens

Naturkautschukrezeptur

Synthe s ekaut s chukrezeptur

Polymer

Zinkoxid Schwefel Stearinsäure Altax (MBIS)

I-tart-Butyl~2~benzothiäzol-sulfenamid

Euß

100 Naturkautschuk 100 Styrol-Butadien-

Kautschuk

5,0 2,5 3,0 0,6

50

3,0

1,75 1,0

1,0 50

~ 20 -

19 95 05

Physikalische Eigenschaften

Beispiel Hr.

Bei ltfaturkautsch.uk

300 ^ΰ/ο Modul, kp/cm², 15 Minuten + 10,55

300 $> Modul, kp/cm², 30 Minuten

Zugefestigkeit, kp/cni , 30 Minuten

Bei Styrol-Butadieh-Kautschuk Extrusionsschrumpfung, $

300 $> Modul, kp/cm², 35 Minuten 300 i> Modul, kp/cm², 50 Minuten Dehnung, kp/cm⁶", 50 Minuten

Zugfestigkeit, kp/cm ,

50 Minuten - 87,9 - 84,3

+ 10,55	+ 3,52
+ 2,82	- 2,82
-44,4	- 35,2
90,4	91,2
- 35,2	- 35,9
~ 28,1	- 35,2
- 1,41	.+ 0,703

x) Alle vorstehend aufgeführten Daten beziehen sich auf IR3 ITr. 4 (Industrie-Bezugsruß Br«, 4)

Die übrigen Beispiele werden gemäß Beispiel 1 und. 2 mit den in der nachstehenden Tabelle angeführten Ausnahmen ausgeführt.

'fabelle II

Beispiel Ir«

Primarluft mittlerer

Geschwindigkeit '

in mVStd 0,64 0,45 0,64 0,51 0,45

Primär-Haturgas, m-ystd 0,049 0,034 0,034 0,027 0,024

Primärverbrennung ' -

lq.ui Valenzverhältnis 0,71 0,71 0,80 0,50 0,50 _

Beschickungsmaterial .. '

1/Std 575 565 583 600

Beschickungsmaterial

at 10,2 11,6 10,2 8,3 7,03'

Öffnungsgröße, mm 1,40 1,20 1,40 1,32 1,32

stromab,, eingeleitete

Luft, m-ystd - 0,192 - 0,128 0,3.93

Stromab eingeleitetes

Naturgas, m-ystd - 0,010 - 0,0097 0,0145

Stromab-Yerbrenmmg - 0,71 - 0,71 0,71

Aq.uivalenzverhältnis

stromab eingeleitetes

Oxydationsmittel, # - 30 - 20

Gesanitverbremiung 3,89 3»85 3,73 3,83 3,63

l^uivalensverhältnis

Abschreckung, m 10,7 10,7 10_}7 10,7 10,7 Die analytischen Werte dar vorstehend aufgeführten Ruße

und die Beurteilung der physikalischen Eigenschaften sind in

der nachstehenden Tabelle III angegeben.

-²²~ rs 95 G 5

Tabelle III

Analytische Werte und physikalische Eigenschaften von Rußen der Beispiele 3-7, "bezogen auf IRB Nr.

Beispiel Hr, 3 4

Jodzahl . 32 39 34 39 38 Jod-spezifische

Oberfläche, nr/g 25,8 30 24,2 27,9 29,5 Eönungskraft, fi SHP 96 115 98 122 119 DBP-Absorption, om?/100g

bei Pellets 144 86 114 90 86

Bei Naturkautschuk .·

300 fo Modul, kp/cm²

15 Minuten +5,98 .-14,1 +2,82 -7,75 -10,55

300 $> Modul, kp/cm

30 Hinuten -5,28 . -27,4 -7P3 -11,95 -16,.9

/2 ^Vvi

Zugfestigkeit, kp/cm

30 Minuten -56,2 -42,2 -45,8 -21,8 -28,8

Bei Styrol-Butadien-Kautschuk

Extrusions schrumpfung, <fo 88,6 97,4 92,0 96,6 97,1

300 fo Modul, kp/cm²

35 Minuten -42,9 -71,0 -52,8 .-51,3 -59,2

19 950

Portsetsting Tabelle ΙΙΣ

Beispiele Nr _e

300 fo Modul, kp/cm²

50 Minuten -32,4 -56,8 -47,2 -51,4 -57,7

Dehnung, kp/eni² -0,35 +9,85 +1,41 +5,63 +4,22'

Zugfestigkeit j kp/cm

50 Minuten -105,5 -78,0 -102,0 -64,7 -92,2

Bei der Betrachtung der vorstehend angeführten Daten soll Beispiel 1 mit Beispiel 2, Beispiel 3 mit Beispiel 4 und Beispiel 5 niit den Beispielen 6 und 7 verglichen werden. Dadurch ist es möglich, die Auswirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ganz genau festzustellen. Das bemerkenswerteste Merkmal der Erfindimg besteht darin, daß nun ein Yerfahren zur Verfügung steht, mit dein die Strukturmerkmale eines Rußes erniedrigt werden können, ohne daß die Seilchengröße des Rußes wächst· Wenn die Erfindung eine Tendenz zeigt, so scheint es tatsächlich, daß die Teilchengrößewenn überhaupt verändert- verringert wird. Das geht aus einer Gesamteinschätzung der analytischen Eigenschaften der hier erzeugten Ruße im Vergleich mit auf ähnliche Weise, aber ohne Anwendung der erfindungsgemäßen Verbesserung, erzeugten Ruße hervor.

~ 24 -

19-9 505

Aus den vorstehenden Daten ist ersichtlich, daß wenn auch alle anderen Dinge im wesentlichen gleich sind, der stromab erfolgende Zusatz eines gewissen Teils der für die Erzeugung des erwünschten Rußes erforderlichen Gesamtoxydationsmittelmenge in der bei dieser Erfindung praktizierten V/eis© zur Erzeugung eines Rußes führt, der die gleiche oder eine kleinere !Teilchengröße aufweist. Das wird durch eine Kombination der ansteigenden Werte für die Jod-spezifische Oberfläche, Tönungskraft und Jodzahl dargestellt» Die Verringerung der Strukturnierkmale zeigt sich nicht nur durch die beachtliche Reduzierung der DBP-Werte, sondern auch durch ,3 die erhöhten Extrusionsschrumpfungswerte von Styrol-Butadien-Kautschukformulierungen, in die die Ruße eingearbeitet sind. Im allgemeinen werden durch das erfindungsgemäße Verfahren Euße erzeugt, die sowohl bei Satur- als auch bei Synthesekautschuk zu verringertem Modul und erhöhter Zugfestigkeit führen.

Außerdem wird durch das Verfahren weitgehend das Problem gelöst, das gelegentlich bei der industriellen Produktion von halbverstärkenden Rußen auftritt, und zwar das Vorhandensein von Kokskugeln«

Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist

·' % die erhöhte Ausbeute und der Kohlenstoffausnutzungsgrad ^ von 6 bis 12 fo im Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung der halbverstärkenden Rußsorten.

Bei diesem Beispiel wird eine stärker bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt» In diesem Falle wird das Oxydationsmittel, und zwar Luft, in seiner ursprünglichen Porm und nicht nach vorhergehender Umsetzung mit einem Brennstoff zur Erzeugung von Verbrennungsgasen, stromab eingelei-

tet«Während die mit der Verwendung von Oxydationsmittel in Form von Verbrennungsgasen, wie bei den vorstehenden Beispielen gezeigt, verbundenen Vorteile erhalten bleiben, ist die Verwendung von reinem Oxydationsmittel bei diesem- · Prozeß nicht nur ein einfacheres Verfahren, sondern auch ökonomischer. Bei diesem Beispiel wird auch ein anderes Kohlenwasserstoi'f-^eschickungsmatexial eingesetzt, und zwar ein Äthylenprozeß^teer, auf den als Imperial-Dampfkrackbodenprodukte Bezug genommen wird. Bei dem Ithylenteer handelt es sich um einen Brennstoff mit einem Kohlenstoff- ' gehalt von 91.2 Gew_e$, einem Wasserstoffgehalt von 7,28 Gew.^; einem S chvve feig ehalt von 1,2 Gew. ^, einem Wasserstoff-Kohlenstoff-Verhältnis von 0,95, einem 3»Ii.C.I,-Korrelationsindex von 134, einer API-Dichte in Übereinstimmung mit ASSM D-237 von -3,6, einer Dichte in "Übereinstimmung mit ASKI D-287 von 1,11, einer SSU-Yiskosität (ASIH D~88) bei 54 ⁰C (130⁰P) von mehr als 1000, einer SSU-Yiskosität (ASKI D-88) bei 99 ⁰C (210⁰P) von: 106 und einem Aphaltgehalt von 19,5 Prozent,

Das Verfahren nach Beispiel 1 wird verfolgt, und in Übereinstimmung damit werden auf 288⁰C (550 ⁰I?) vorgewärmte Luft mit einer mittleren Geschwindigkeit von 2,25 m /Std (262,9 Kubikfuß/Stunde) und Naturgas mit einer mittleren ^ Geschwindigkeit von 0,123 Ö⁵/Std (14,4 Kubilrfuß/Stunde) in die Primärverbrennungszone eingeleitet, um die Verbrennungswärme der ersten Stufe mit einem Aquivalenzverliältnis von 0,52 (oder 191 ^cß> Primärverbrennung) zu erzeugen«, Das Beschickungsmaterial - Ithylenprozeßteer - wird dann -mit einer Geschwindigkeit von 3130 l/Std (827 Gallonen pro Stunde) und unter einem Druck von 12,3 at (175 psig) durch sechs Öffnungen eingeleitet, von denen vier.einen Durchmesser von 2,56 mm (0,101 Zoll) und die übrigen zwei einen Durchmesser von 2,26 mm (0,089 Zoll) haben. An einem Punkt in

26 - 19 9 5 0 5

Stromrichtung nach der Beschickungsmaterialeinspritzung wird auf 288 ⁰C {550 °3?) vorgewärmte luft tangential mit einer mittleren Geschwindigkeit von 0,495 m^/std (58,1 Kubikfuß/Stunde) in einer Menge von 18,1 $ der für die Erzeugung der erwünschten Euß© erforderlichen Gesamtmenge in die Eeaktionszone eingeleitet. Kaliumchlorid -v/ird bei einer Gesamtverbrennung von Äquvalenzverhältnis 4,44 (oder 22,5 $ Verbrennung) zugesetzt, und es wird an einer Stelle 13,1 κι ('43 Puß) stromab vom Punkt der Beschickungsmaterialeinspritzung mit Wasser abgeschreckt.

Der Euß wird mit einer guten Ausbeute erzeugt und hat eine Jodzahl von 35, eine Jod-spezifische Oberfläche von 28 m/g, eine Sönungskraft von 121 fo und eine DBP-Absorption (bei Pellets) von 91 οτ^/lOQ g*

Wäre dieses Beispiel ohne den stromab erfolgenden Zusatz von Luft durchgeführt worden, so wäre ein Euß mit im γ/esentlichen der gleichen Teilchengröße, aber auch mit einer viel höheren Struktur .(DBP) erzeugt worden* Wenn man einen Euß höherer Struktur erzeugt hätte und versuchen würde, die Struktur durch den Zusatz von Kaliumchlorid auf einen akzeptablen Wert zu reduzieren, denn wäre außerdem eine so große Menge Kaliumchlorid erforderlich, daß die !Tönung auf einen nicht akzeptablen Wert erhöht würde₀ Auf ähnliche Weise können andere Oxydationsmittel einschließlich Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft u»ä. erfolgreich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden»

Die Erfindung ist zwar mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben worden, ist aber nicht darauf beschränkt, und es versteht sich, daß Abweichungen und Modifikationen, die !Fachleuten naheliegend erscheinen, möglich sind, ohne, vom Wesen und Umfang der Erfindung abzuweichen. Die Ausfürhungsformen der Erfindung, in denen ein ausschließliches Eigentumsrecht oder ein Privileg beansprucht wird, "sind folgendermaßen definiert:

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch

   1* Verfahren zur Herstellung von Ofenruß mit erniedrigten Strukturjnerkmalen, die sich durch erniedrigte DBP-Werte der EuBe und erhöhte Extrusionsschrumpfungswerte der 'Kautschukforniulierungen mit diesen Bußen zeigen, gekennzeichnet dadurch, daß ein Brennstoff und ein Oxydationsmittel in einer ersten Stufe umgesetzt werden, sodaß ein Strom von Verbrennungsgasen entsteht, deren Verbrennung in dem Äquivalensverhältnisbereioh von etwa 1,25 und etwa 0,33 liegt und die eine ausreichende Energie aufv/eisen, um ein rußlieferndes flüssiges Kohlenwasserstoff-Beschickungsmaterial in Ruß umzuwandeln, der Verbrennungsgasstrom mit einer hohen linearen Geschwindigkeit in Abstreinrichtung in eine zweite Stufe vorwärtsgetrieben wird, v/o das flüssige Kohlenwasserstoff -Ausgangsmaterial in Porra einer Vielzahl kohärenter Strahlen im wesentlichen transversal von der Peripherie des Verbrennungsgasstroms ©.us und unter ausreichendem Druck in den Gasstrom eingespritzt wird, um den für angemessenes Scheren und Mischen erforderlichen Durchdringungsgrad zu erzielen, das entstandene gasförmige Reaktionsgemisch in Abstromrichtung in eine dritte Zone, die Reaktionszone eingeleitet wird, in der Oxydationsmittel in einer Menge zwischen etwa 5 und .etwa 45 fo der für die Erzeugung des erwünschten ,. Rußes erforderlichen gesamten Oxydationsmittelmenge zusammen mit einer Kohlenwasserstoffmenge, die ausreicht, " um ein Äquivalenzverhältnis, zwischen etwa 1,25 unä 0 zu erzielen, eingespritzt wird und die Reaktion durc3i Abschrecken und Rückgewinnung des Rußes beendet wird, wobei die Gesamtverbrennung des Prozesses in dem Äquivalenzverhältnisbereich von mindestens 6,67 bis etwa 2,50 liegt.

   1 9 9 5 O 5.

   2« Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß
   die Verbrennung des primären Verbrennungsgasstroms
   der ersten Stufe in dem ÄcLUivalenzverhältnisbereieh
   von etwa 0,83 bis etwa 0,46 liegt«

   3<? Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß
   das nach der Beschickungsmaterialeinspritzung eingeleitete Oxydationsmittel in Abwesenheit von Kohlenwasserstoff gewonnen wird, sodaß das Äquivalenzverhältnis O
   ist ο

   4* Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die nach der Beschickungsmaterialeinspritzung eingeleiteten Oxydationsmittel- und Kohlenwasserstoffmengen so bemessen sind, daß das Äquivalenzverhältnis zwischen etwa 0,46
   und O liegt.

   5« Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Gesamtverbrennung für den Prozeß in dem Äquivaienzver-hältnisbereich von etwa 6,67 bis etwa 2,50 liegt«

   6« Verfahren nach Punkt .1, gekennzeichnet dadurch, daß die Gesamtverbrennung für den Prozeß in dem Äquivalenzverhältnisbereioh von etwa 5,00-bis etwa 3_}33 liegt«,

   7ο Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Äquivalenzverhältnis der Verbrennungsgase der ersten
   Stufe im wesentlichen gleich ist wie das Äguivalenzverhältnis der stromab von der Beschickungsmaterialeinspritzustelle eingeleiteten Verbrennungsgase_β

   Qo Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Oxydationsmittel luft ist.

   9» Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Verbrennungsgase stromab von der Beschickungsmaterialeinspritastelle tangential eingeleitet v/erden.

   1Oo Verfahren nach'Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß es sich bei dein für die Herstellung- der Verbrennungsgase der ersten Stufe verwendeten Brennstoff um einen flüssi gen Kohlenwasserstoff handelt <,