DD228554B3

DD228554B3 - Verfahren zur herstellung von furnace-russ

Info

Publication number: DD228554B3
Application number: DD84271299A
Authority: DD
Inventors: Allan C Morgan
Original assignee: Allan C Morgan
Priority date: 1983-12-23
Filing date: 1984-12-20
Publication date: 1988-05-18
Also published as: CA1229468A; NL8403907A; AR242423A1; FR2557125A1; KR930002758B1; NL190378C; IT1177495B; DD228554A5; IL73894A0; HUT36491A; FR2557125B1; CS1020784A2; PL251136A1; SE8406568D0; GB2151604B; SE8406568L; BR8406309A; DE3443872A1; CS252478B2; IN163602B

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Furnace-Rußen mit vielen wichtigen Anwendungen. Dazu gehört die Verwendung als Füllstoffe, Pigmente und Verstärkungsmittel in Kautschuk und Kunststoffen.

Bekannte technische Lösungen

Im allgemeinen umfaßt das Furnace-Verfahren zur Herstellung von Rußen das Cracken und/oder die unvollständige Verbrennung eines Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterials wie Erdgas oder Umlaufmaterial in einer geschlossenen Umwandlungszone bei Temperaturen oberhalb von 1256K (1800⁰F) zur Erzeugung von Ruß. Der in den Gasen, die aus der Umwandlungszone austreten, mitgeführte Ruß wird dann abgekühlt und mittels beliebiger geeigneter, üblicherweise in der Industrie verwendeter Mittel gesammelt. Es ist jedoch wünschenswert, wenngleich schwierig^ Ruße mit ähnlichen Eigenschaften herzustellen, die befähigt sind, Kautschuk-Zusammensetzungen verbesserte Hysterese-Eigenschaften zu verleihen. Aus der US-Re 28974 ist bereits ein mehrstufiges Verfahren zur Herstellung von Rußen bekannt. Das stufenweise Verfahren besteht aus einer zuerst geschaffenen primären Verbrennungszone (erste Stufe), in der ein Strom heißer gasförmiger

Verbrennungsprodukte gebildet wird, einer zweiten oder Übergangs-Zone, in der ein flüssiges Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterial in Form kompakter Ströme (kohärenter Strahlen) im wesentlichen in Querrichtung von dem äußeren oder inneren Umfang des Stroms der Verbrennungsgase her in den vorher gebildeten Strom der heißen Gase eingespritzt wird, und einer dritten Zone (der Reaktionszone), in der die Rußbildung stattfindet, bevor der Prozeß durch Abschrecken (Quenchen) beendet wird.

In Verfahren des oben erwähnten Typs, in denen Einsatzmaterial vom äußeren Umfang des Stroms der Verbrennungsgase her eingespritzt wird, besteht die Möglichkeit, daß Verbrennungsgase unausgenutzt durch das System hindurchfließen. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterial den Bereich, durch den die Verbrennungsgase hindurchströmen, nicht vollständig füllt und dadurch zuläßt, daß Wärme in Form der Verbrennungsgase ungenutzt entweicht. Die Neigung hierzu nimmt mit wachsender Größe des Reaktors zu. Zur Verhinderung einer solchen unwirtschaftlichen Einbuße an Verbrennungsgasen ist in der US-PS 3922335 offenbart, zusätzliches Einsatzmaterial in den inneren Bereich des Stroms der Verbrennungsgase einzuspritzen, das von dem vom äußeren Umfang der Übergangszone her eingespritzten Einsatzmaterial nicht erreicht wird. Die US-PS beschreibt die Benutzung einer geeigneten Vorrichtung wie einer Sonde, durch die das zusätzliche flüssige Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterial in den Kern des Stroms der Verbrennungsgase im wesentlichen in quergerichteter Weise und in Richtung vom Zentrum oder Kern des Stroms der Verbrennungsgase nach außen zu den Reaktorwandungen hin eingespritzt wird. Bei dieser Arbeitsweise zeigt sich, daß die Verbrennungsgase für die angestrebten Zwecke des Scherens, Zerstäuber^ und Dispergierens der Öl-Tröpfchen gründlich ausgenutzt werden. Das Einspritzen von Einsatzmaterial in den inneren Bereich des Stroms der Verbrennungsgase erfolgt in derselben Ebene wie das Einspritzen des Einsatzmaterials vom äußeren Umfang der Übergangszone in Richtung in das Innere des Stroms der Verbrennungsgase. Es hat sich gezeigt, daß das in der US-PS 3922335 beschriebene Verfahren außerordentlich hohe Durchsätze und hohe Ausbeuten ergibt und über die Fähigkeit verfügt. Ruße hoher Güte zu erzeugen.

Es gibt jedoch Fälle, in denen es erwünscht ist. Ruße auf eine den beiden obigen Verfahren ähnliche Weise zu produzieren, dabei jedoch Ruße mit abweichenden Eigenschaften herzustellen. Insbesondere kann es wünschenswert sein. Ruße mit verringerter Farbstärke und erhöhten CDBP-Werten herzustellen, die Indikatoren für höhere Rückfederung und bessere hysteretische Eigenschaften sind.

Ziel der Erfindung

Es ist ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, Ruße verfügbar zu machen, die durch Eigenschaften gekennzeichnet sind, die verbesserte Hysterese-Eigenschaften anzeigen. Weiterhin sollen niedrige Farbstärken und höhere Werte der DBP-Adsorptionszahl nach Zerkleinerung (CDBP) erreicht werden.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein mehrstufiges Verfahren zur Herstellung von Furnace-Rußen zu entwickeln, bei dem die flüssigen Kohlenwasserstoffe von innen und von außen in die Verbrennungsgase eingespritzt werden, dies jedoch in entsprechend modifizierter Form durchzuführen.

Das neue Verfahren besteht in der Durchführung des Einspritzens eines Teiles des flüssigen Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterials im wesentlichen radial in Form kompakter Ströme in den Strom der Verbrennungsgase an einer Stelle, an der der Strom der Verbrennungsgase noch nicht seine maximale Geschwindigkeit erreicht hat. Das Einsatzmaterial kann vom äußeren oder vom inneren Umfang des Stroms der Verbrennungsgase im wesentlichen radial in den geringere Geschwindigkeit besitzenden Strom der Verbrennungsgase eingespritzt werden. Es wird jedoch bevorzugt, die kompakten Ströme des Einsatzmaterials in den Strom geringerer Geschwindigkeit der Verbrennungsgase vom inneren Umfang her radial nach außen in den Strom der Verbrennungsgase einzuspritzen. In dem vorliegenden Stufen-Verfahren wird die maximale Geschwindigkeit des Stroms der Verbrennungsgase ungefähr am Mittelpunkt der Übergangszone erreicht. So kann, wenn beispielsweise das Einspritzen durch eine Sonde erfolgt, die Modifizierung in der Weise durchgeführt werden, daß die Sonde in die erste oder primäre Verbrennungszone zurückgezogen wird, so daß das radial, ob nach innen oder nach außen hin, eingespritzte Einsatzmaterial in einen Strom der Verbrennungsgase eintritt, der noch eine geringere Geschwindigkeit besitzt. Der Punkt bzw. die Ebene, wo das Einsatzmaterial tatsächlich in den Strom der Verbrennungsgase geringerer Geschwindigkeit eingespritzt wird, kann je nach der speziellen Güte oder dem Typ des gewünschten Rußes beträchtlich variiert werden. Es wird angenommen, daß das radiale Einspritzen der kompakten Ströme des flüssigen Einsatzmaterials nach innen oder nach außen in einen Verbrennungsgas-Strom niedrigerer Geschwindigkeit eine Bildung größerer (gröberer) Öl-Tröpfchen zur Folge hat, die mit einer Zunahme der CDBP-Werte im Zusammenhang zu stehen scheint.

Bei der Herstellung der bei der Gewinnung der Ruße gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzten heißen Verbrennungsgase werden in einer geeigneten Verbrennungskammer ein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff und ein Strom eines geeigneten Oxidationsmittels wie Luft, Sauerstoff, Mischungen aus Luft und Sauerstoff oder dergleichen miteinander umgesetzt. Zu den Brennstoffen, die sich für die Reaktion mit dem Strom des Oxidationsmittels in der Verbrennungskammer zur Erzeugung der heißen Verbrennungsgase eignen, zählen beliebige leicht brennbare Gas-, Dampf- oder Flüssigkeits-Ströme wie Wasserstoff, Carbonmonoxid, Methan, Acetylen, Alkohole und Kerosin. Im allgemeinen wird jedoch der Einsatz solcher Brennstoffe bevorzugt, die einen hohen Gehalt an kohlenstoffhaltigen Bestandteilen haben, insbesondere der Einsatz von Kohlenwasserstoffen. Zum Beispiel sind Ströme, die reich an Methan sind, wie Erdgas und modifiziertes oder angereichertes Erdgas, ausgezeichnete Brennstoffe, ebenso aber auch andere Ströme, die große Mengen an Kohlenwasserstoffen enthalten, wie verschiedene Kohlenwasserstoff-Gase und -Flüssigkeiten und Raffinerie-Nebenprodukte, darunter Ethan-, Propan-, Butan- und Pentan-Fraktionen, Brennstoff-Öle und dergleichen. Die hier verwendete Bezeichnung primäre Verbrennung bezieht sich auf die in der ersten Stufe des Baustein-Verfahrens verwendete Oxidationsmittel-Menge relativ zu derjenigen Menge an Oxidationsmittel, die theoretisch für die vollständige Verbrennung des Kohlenwasserstoffs der ersten Stufe zu Carbondioxid und Wasser benötigt wird. Auf diese Weise wird ein Strom heißer Verbrennungsgase gebildet, der mit hoher Lineargeschwindigkeit fließt. Weiterhin wurde gefunden, daß eine Druckdifferenz zwischen der Verbrennungskammer und der Reaktionskammer von

wenigstens 6,9kPa(1,0psi) und vorzugsweise etwa 10,3 bis 69кРа (1,5 bis 10psi) wünschenswert ist. Unter diesen Bedingungen wird ein Strom gasförmiger Verbrennungsprodukte erzeugt, der genügend kinetische Energie besitzt, um ein Ruß lieferndes, flüssiges kohlenwasserstoffhaltiges Einsatzmaterial für die Erzeugung der gewünschten Ruß-Produkte ausreichend gut zu zerstäuben. Der erhaltene, aus der primären Verbrennungszone austretende Strom der Verbrennungsgase erreicht eine Temperatur von mindestens etwa 1316⁰C (240O⁰F), wobei die besonders bevorzugten Temperaturen mindestens oberhalb von etwa 1649°C (3000⁰F) liegen. Die heißen Verbrennungsgase werden in Abwärtsrichtung mit hoher Lineargeschwindigkeit vorwärtsgetrieben, die noch dadurch gesteigert wird, daß die Verbrennungsgase in eine eingeschlossene Übergangsstufe mit kleinerem Durchmesser geleitet werden, die gegebenenfalls verjüngt oder eingeschnürt sein kann, etwa mittels einer üblichen Venturi-Verengung.

In dem vorliegenden Verfahren wird ein Teil des flüssigen Einsatzmaterials in Form mehrerer kompakter Ströme vom inneren oder äußeren Umfang des Stroms der Verbrennungsgase her in einer im wesentlichen radialen, auswärtigen oder einwertigen Richtung in die Verbrennungsgase an der Stelle eingespritzt, an der der Strom der Verbrennungsgase noch nicht maximale Geschwindigkeit erreicht hat, d.h. ungefähr am Mittelpunkt der Übergangszone. Der Rest des Einsatzmaterials wird im wesentlichen radial in Form mehrerer kompakter Ströme annähernd am Mittelpunkt der Übergangszone in die Verbrennungsgase von deren äußerem oder innerem Umfang her eingespritzt, wobei dem Einspritzen vom äußeren Umfang des Stroms der Verbrennungsgase her der Vorzug gegeben wird. Mittels dieser Arbeitsweise des Einspritzens des flüssigen Einsatzmaterials werden die Werte der Farbstärke und der DBP-Adsorptionszahl nach Zerkleinerung (CDBP) der erzeugten Ruße in einer Richtung verändert, die eine verbesserte Hysterese begünstigt.

In der zweiten Stufe des Verfahrens fließen die Verbrennungsgase mit hoher Geschwindigkeit, und es herrscht dort ein gaskinetischer Druck von wenigstens etwa 6,9 kPa (1,0 psi). Der teil des flüssigen. Ruß liefernden Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterials, der in Form kompakter Ströme in die Verbrennungsgase in der zweiten oder Übergangs-Zone eingespritzt wird, muß unter hinreichend hohem Druck eingespritzt werden, um die angemessene Durchdringung zu erreichen und dadurch einen hohen Grad der Vermischung und Scherwirkung der heißen Verbrennungsgase und des flüssigen Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterials sicherzustellen. Das flüssige Einsatzmaterial wird im wesentlichen in Querrichtung vom äußeren oder inneren Umfang des Stroms der heißen Verbrennungsgase her in Form mehrerer kompakter Ströme (kohärenter Strahlen) eingespritzt, die gut in den inneren Bereich oder Kern des Stroms der Verbrennungsgase eindringen. Geeignet für die hier angegebene Verwendung als Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterialien, die sich unter den Reaktionsbedingungen leicht verflüchtigen lassen, sind ungesättigte Kohlenwasserstoffe wie Acetylen, Olefine wie Ethylen, Propylen und Butylen, Aromaten wie Benzol, Toluol und Xylol, bestimmte gesättigte Kohlenwasserstoffe und verdampfte Kohlenwasserstoffe wie Kerosin, Naphthaline, Terpene, Ethylen-Teere, aromatische Raffinationsöle (aromatic cycle stocks) und dergleichen.

Die dritte Stufe des mehrstufigen Verfahrens besteht darin, eine Reaktionszone zu schaffen, die eine für die Ruß-Bildungsreaktion ausreichende Verweilzeit gewährleistet, bevor die Reaktion durch Abschrecken beendet wird. In jedem Fall hängt die Verweilzeit von speziellen Verfahrensbedingungen und von der speziellen zu erzeugenden Ruß-Art ab.

Nachdem die Ruß-Bildungsreaktion für die Dauer der gewünschten Zeitspanne abgelaufen ist, wird die Reaktion dadurch beendet, daß unter Benutzung mindestens eines Satzes Sprühdüsen eine Abschreckflüssigkeit, etwa Wasser, aufgesprüht wird. Die heißen Abgase, in denen die Ruß-Produkte suspendiert enthalten sind, werden dann stromabwärts weitergeleitet, wo die Schritte des Kühlens, Abtrennens und Sammelns des Rußes in üblicher Weise durchgeführt werden. Beispielsweise wird die Abtrennung des Rußes aus dem Gas-Strom in einfacher Weise durch übliche Vorrichtungen wie einen Abscheider, einen Zyklon-Abscheider, ein Schlauchfilter oder Kombinationen aus diesen erreicht.

Bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung sind die Mengen des in die primäre Verbrennungszone und des an der Stelle, an der die Verbrennungsgase die maximale Geschwindigkeit erreicht haben, eingespritzten Einsatzmaterials beliebige Mengen, die zu dem Verfahren der Bildung von Rußen mit höheren CDBP-Werten führen. Weiterhin verleihen die Ruße den sie enthaltenden Kautschuk-Zusammensetzungen verbesserte hysteretische Eigenschaften. Es wird bevorzugt, eine Menge von etwa 20 bis etwa 80% des flüssigen Einsatzmaterials als kompakte Ströme in die primäre Verbrennungszone einzuspritzen, während die restliche Menge des Einsatzmaterials als kompakte Ströme in der Übergangszone ungefähr an der Stelle eingespritzt wird, an der der Strom der Verbrennungsgase die maximale Geschwindigkeit erreicht hat. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird eine Menge von etwa 40 bis etwa 60% des Einsatzmaterials in die primäre Verbrennungszone eingespritzt, wobei die restliche Menge des Einsatzmaterials ungefähr an der Stelle in der Übergangszone eingespritzt wird, an der der Strom der Verbrennungsgase die maximale Geschwindigkeit erreicht hat. Zur Bestimmung der analytischen und physikalischen Eigenschaften der mittels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Ruße werden die nachstehend aufgeführten Prüfverfahren benutzt. lod-Adsorptionszahl

Die lod-Adsorptionszahl wird gemäß ASTM D1510-70 bestimmt

Farbstärke

Die Farbstärke einer Ruß-Probe im Vergleich zu einem Industrie-Farbstärke-Standard-Ruß wird gemäß ASTM D 3265-76a bestimmt.

Dibutylphthalat (DBP)-Adsorptionszahl

Die DBP-Zahl eines Rußes wird gemäß ASTM D 2414-76 bestimmt. Die angegebenen Werte zeigen an, ob ein Ruß in Flocken-Form oder Pellet-Form vorliegt

DBP-Adsorptionszahl nach Zerkleinerung (CDBP)

Ein Ruß-Pellet wird einer Zerkleinerungsoperation unterworfen, und die Struktur wird dann gemäß ASTM D 3493-79 gemessen. Modul und Zugfestigkeit

Diese physikalischen Eigenschaften werden bestimmt mittels der Prüfverfahren gemäß ASTM D-412. Kurz gesagt gibt die Modul-Messung die Zugkraft pro Fläche (pounds per square inch) an, die bei Dehnung einer Probe eines vulkanisierten Kautschuks auf 300% ihrer ursprünglichen Länge gemessen wird. Als Zugfestigkeit wird die Reißfestigkeit, d. h. die Zugkraft pro Fläche (pounds per square inch) gemessen, bei der eine Probe eines vulkanisierten Kautschuks im Test auf Zugbeanspruchung reißt oder bricht

Extrusions-Schrumpfung Sie wird gemäß ASTM D 2230-37 (Methode B) bestimmt.

Rückfederung (Elastizität)

Sie wird mittels des in ASTM D 1054 angegebenen Prüfverfahrens bestimmt.

Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, die jedoch keine Beschränkung bedeuten, sondern Fachleute weitere mögliche Ausführungsformen erkennen lassen.

Beispiel 1

In diesem Beispiel wird eine geeignete Reaktionsapparatur verwendet, die mit Vorrichtungen versehen ist zur Einspeisung von ein Verbrennungsgas erzeugenden Ausgangsstoffen, d. h. einem Brennstoff und einem Oxidationsmittel, entweder als getrennte Ströme oder als gasförmige Reaktionsprodukte einer Vorverbrennung, in die primäre Reaktionszone, sowie mit Vorrichtungen zur Einspeisung des Ruß liefernden, kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzmaterials, die beweglich sind, damit sie die Einstellung des Ortes der radialen Einspritzung des Einsatzmaterials in einwertiger oder auswärtiger Richtung in den Strom der Verbrennungsgase vor dem Punkt, an dem diese ihre maximale Geschwindigkeit erreichen, ermöglichen. Die Apparatur kann aus jedem geeigneten Material wie Metall hergestellt werden und entweder mit feuerfester Isolierung versehen oder von einer Kühlvorrichtung für eine umlaufende Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, umgeben sein. Zusätzlich ist die Apparatur mit Vorrichtungen zur Aufzeichnung von Drücken und Temperaturen, Vorrichtungen zum Abschrecken der Ruß-Bildungsreaktion wie.Sprühdüsen, Vorrichtungen zum Kühlen des Ruß-Produkts und Vorrichtungen zum Abtrennen und Isolieren des Rußes von anderen, unerwünschten Nebenprodukten ausgerüstet.

Bei der Ausführung des vorliegenden Beispiels kann jeder geeignete Brenner in der primären oder ersten Stufe der Verbrennung eingesetzt werden, worin eine primäre Verbrennung von 150% erzielt werden kann. Die Verbrennungsgase der ersten Stufe mit einer primären Verbrennung von 150% werden dadurch gebildet, daß die Verbrennungszone der Apparatur mit auf 922 K (1200"F) vorgeheizter Luft in einer Durchsatzmenge von 3,736m³/s (475 k.s.c.f.h.) und mit Erdgas in einer Durchsatzmenge von 0,256 m³/s (32,6 k.s.c.f.h.) beschickt wird, wodurch ein Strom der Verbrennungsgase erzeugt wird, der in Stromabwärtiger Richtung mit hoher Lineargeschwindigkeit fließt. Der rasch fließende Strom der Verbrennungsgase tritt in eine zweite oder Übergangs-Zone ein, die einen kleineren Durchmesser bzw. Querschnitt besitzt, um die Lineargeschwindigkeit des Stroms der Verbrennungsgase zu erhöhen. Ein geeignetes flüssiges kohlenwasserstoffhaltiges Einsatzmaterial wird dann im wesentlichen in Querrichtung in den resultierenden Strom heißer Verbrennungsgase eingeleitet. Das Einsatzmaterial wird in Form kompakter Ströme sowohl vom äußeren Umfang her radial nach innen in Richtung auf den Kern der Verbrennungsgase hin durch 12 unbehinderte Öffnungen, von denen jede eine Größe von 1,50mm (0,059inch) besitzt, als auch vom inneren Umfang her radial auswärts in den Strom der Verbrennungsgase durch 6 unbehinderte Öffnungen, von denen jede eine Größe von 1,50mm (0,059 inch) besitzt, eingespritzt. Dementsprechend wird bei diesem Versuch ein Drittel (Ѵз) des Einsatzmaterials vom inneren Umfang her nach außen eingespritzt, wobei die verbleibenden zwei Drittel (²/з) vom äußeren Umfang des Stroms der Verbrennungsgase her nach innen eingespritzt werden. Das Einspritzen des gesamten Einsatzmaterials findet in der gleichen Ebene statt, nämlich ungefähr am Mittelpunkt der Übergangszone, mit einer kombinierten Zuflußmenge von 1,02l/s(968g.p.h.) und unter. Bedingungen, die zur Sicherstellung eines geeigneten Grades des Eindringens in den Strom der Verbrennungsgase ausreichen, so daß in dem Reaktor keine Koksbildung stattfindet. Die Übergangszone der Apparatur hat einen Durchmesser von 315 mm (12,4inches) und eine Länge von 279mm (11 inches). Der Reaktor-Abschnitt hat einen Durchmesser von 457 mm (18inches) und eine Länge von 2,74m (9ft) vordem Abschrecken der Reaktion.

Die Reaktion wird so durchgeführt, daß die Gesamt-Verbrennung bei dem Verfahren 26,1 % beträgt oder einem Äquivalenz-Verhältnis von 3,83 entspricht, und die Stelle des Abschreckens mit Wasser liegt 2,74m (9 ft) stromabwärts des Ortes, an dem das Einsatzmaterial eingespritzt wird. Die analytischen Charakteristika und die Charakteristika der Gebrauchseigenschaften dieses Rußes sind in Tabelle I angegeben. Darüber hinaus dient dieser Ruß hier als Kontrolle für den Ruß aus Beispiel Nr. 2, da hier das gesamte Einsatzmaterial am Mittelpunkt der Übergangszone eingeführt wurde, wo die maximale Geschwindigkeit des Stroms der Verbrennungsgase erreicht war.

Beispiel 2

Es wird nach der Arbeitsweise von Beispiel 1 und unter Benutzung der gleichen Apparatur gearbeitet. Der hauptsächliche Unterschied dieses Beispiels zu Beispiel 1 besteht in der Änderung des Ortes, an dem das Einspritzen des flüssigen Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterials in Form kompakter Ströme vom inneren Umfang her radial nach außen in den Strom der Verbrennungsgase erfolgt. In diesem Versuch findet die partielle Einspritzung des flüssigen Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterials vom inneren Umfang her an einem Ort statt, an dem der Strom der Verbrennungsgase noch nicht seine maximale Geschwindigkeit erreicht hat, d. h. vor etwa dem Mittelpunkt der Übergangszone. Im einzelnen werden auf 922 K (1200°F)vorgeheizte Luft in einer Durchsatzmenge von 3,736m³/s (475k.s.c.f.h.) und Erdgas in einer Durchsatzmenge von 0,156m³/s (19,8k.s.c.f.h.) der primären Verbrennungszone zugeführt, um eine primäre Verbrennungsflamme oder eine Verbrennungsflamme der ersten Stufe mit einer Primärverbrennung von 247% zu erzielen. In diesem Versuch beträgt die Gesamt-Zuflußrate, mit der das flüssige Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterial eingespritzt wird, 1,03 l/s (978g.p.h.). Hier wird wie in Beispiel 1 das flüssige Einsatzmaterial in Form kompakter Ströme (kohärenter Strahlen) vom äußeren und vom inneren Umfang des Stroms der Verbrennungsgase her eingespritzt. Genauer werden 50% des Einsatzmaterials etwa am Mittelpunkt der Übergangszone durch 3 unbehinderte Öffnungen, von denen jede eine Größe von 2,74mm (0,110 inch) besitzt, vom äußeren Umfang her radial nach innen in den Strom der Verbrennungsgase eingespritzt. Die restlichen 50% des flüssigen Einsatzmaterials werden in Form kompakter Ströme vom inneren Umfang des Stroms der Verbrennungsgase her radial in auswärtiger Richtung in den Verbrennungsgasstrom durch 3 unbehinderte Öffnungen, von denen jede eine Größe von 2,87 mm (0,113inch) besitzt, eingespritzt. Das Einspritzen des flüssigen Einsatzmaterials vom inneren Umfang her erfolgt jedoch in diesem Versuch an einem Ort, der457 mm (18 inch) stromaufwärts von derjenigen Ebene liegt, wo die maximale Geschwindigkeit des Stroms depVerbrennungsgase erreicht ist, nämlich von etwa dem Mittelpunkt der Übergangszone. Der resultierende Strom der Verbrennungsgase tritt in die Reaktionszone ein, wo die Rußbildungs-Reaktion mit Wasser an einer 2,74m (9ft) stromabwärts von der Ebene, wo die maximale Geschwindigkeit des Gasstroms erreicht ist, d. h. von etwa dem Mittelpunkt der Übergangszone, gelegenen Stelle abgeschreckt wird. Die Gesamt-Verbrennung des Versuchs liegt bei 27,8%. Die analytischen und physikalischen Eigenschaften dieses Rußes sind in TabelleI angegeben.

lod-Zahl, mg l₂/g Ruß Farbstärke, %

DBP-Adsorption, Pellets, cm³/100g CDBP (24M4),cm³/100 g

Beispiel Nr.	89	2	82
1	112	99
134	129
103	105

Die Eignung der Ruße gemäß der vorliegenden Erfindung als niedrig-hysteretische Verstärkungsmittel für Kautschuk-Zusammensetzungen geht aus der folgenden Tabelle Il deutlich hervor. Zur Bewertung der Ruße werden die Kautschuk-Zusammensetzungen in einfacherweise mittels herkömmlicher Verfahren hergestellt. Zum Beispiel werden Kautschuk und Ruß mittels einer üblichen Mischmaschine wie eines Banbury-Mischers und/oder eines Walzenmischers innig miteinander vermischt, um eine befriedigende Dispergierung sicherzustellen. Die Kautschuk-Formulierungen werden entsprechend Standard-Formulierungen der Industrie für Naturkautschuk und für synthetischen Kautschuk enthaltende Formulierungen kompoundiert. Die erhaltenen Vulkanisate werden für die Dauer der bei der Bestimmung der speziellen physikalischen Eigenschaft angegebenen Zeitspanne vernetzt. Für die Bewertung der Gebrauchseigenschaften der Ruße gemäß der vorliegenden Erfindung werden die nachstehenden Formulierungen verwendet, in denen die Mengen als Gewichts-Teile angegeben sind. Die hierin speziell verwendete Kautschuk-Formulierung ist die synthetische Kautschuk-Rezeptur gemäß ASTM D 3191 -79 und ist wie folgt gekennzeichnet:

Bestandteil	Menge
Polymer	(SBR 1 500—23,5% Styrol,
	76,5% Butadien)
	100
Zinkoxid	3
Schwefel	1,75
Stearinsäure	1
N-tert-Butyl-2-benzothiazolsulfenamid	1
Ruß	50

In der folgenden Tabelle Il werden die vorteilhaften und überraschenden Ergebnisse aufgezeigt, die durch Verwendung der im Vorstehenden beschriebenen Ruß-Produkte als Zusatzstoffe in Kautschuk-Formulierungen erzielt wurden, wobei diese Ergebnisse nicht auf die vorliegenden Beispiele beschränkt sind.

Tabelle Il

Physikalische Eigenschaften von Vulkanisaten synthetischem Kautschuk

Ruß: Probe	Beispiel 1 *	Beispiel 2*
300%-Modul,35min, MPa	+4,068	+2,103
300%-Modul, 35 min, (psi)	(+590)	(+305)
300 %-Modul, 50 min, MPa	+4,621	+2,310
300%-Modul, 50 min, (psi)	(+670)	(+335)
Zugfestigkeit, 50 min, MPa	+2,034	+0,379
Zugfestigkeit, 50 min, (psi)	(+295)	(+55)
Extrusions-Schrumpfung,%	89	89
Rückfederung, 60 min, %	-3,9	-1,4

♦Die Werte sind angegeben relativ zu IRB Nr. 5.

Die vergleichende Betrachtung der oben angegebenen Daten ergibt, daß gemäß dem vorliegenden Verfahren hergestellte Ruße die gewünschten Eigenschaften aufweisen. Wenn sie in eine Kautschuk-Formulierung eingearbeitet werden, ergibt sich eine signifikante Verbesserung des Rückfederungs-Verhaltens, das ein Zeichen dafür ist, daß das Kautschuk-Vulkanisat verbesserte Hysterese aufweist.

Claims

1. Stufenweises Verfahren zur Herstellung von Furnace-Rußen, in dem in einer ersten Zone ein Brennstoff und ein Oxidationsmittel unter Bildung eines Stroms heißer primärer Verbrennungsgase umgesetzt werden, deren Energie für die Umwandlung eines rußliefernden flüssigen Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterials in Ruß ausreicht, und in dem in einer zweiten Zone flüssiges Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterial peripher in Form mehrerer kompakter Ströme (kohärenter Strahlen) in den Strom gasförmiger Verbrennungsprodukte in einer Richtung im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des Stroms der Verbrennungsgase und unter einem Druck, der zur Erzielung des für eine angemessene Scherwirkung und Vermischung des Einsatzmaterials erforderlichen Grades des Eindringens ausreicht, an einer Stelle eingespritzt wird, an der der Strom der Verbrennungsgase maximale Geschwindigkeit erreicht hat, und in dem in einer dritten Zone das Einsatzmaterial zersetzt und in Ruß umgewandelt wird, bevor die Rußbildungsreaktion durch Abschrecken beendet und der gebildete Ruß dann gekühlt, abgetrennt und isoliert wird, gekennzeichnet dadurch, daß eine Menge von etwa 20% bis etwa 80% der Gesamtmenge des flüssigen Einsatzmaterials in den Strom der Verbrennungsgase vor der Stelle, an der die maximale Geschwindigkeit des Stroms der Verbrennungsgase erreicht ist, eingespritzt wird, wobei der Rest etwa an der Stelle zugegeben wird, an der der Strom der Verbrennungsgase maximale Geschwindigkeit erreicht hat.

2. Verfahren nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß eine Menge von etwa 40% bis etwa 60% der Gesamtmenge des flüssigen Einsatzmaterials in den Strom der Verbrennungsgase vor der Stelle, an der die maximale Geschwindigkeit des Stroms der Verbrennungsgase erreicht ist, eingespritzt wird, wobei der Rest etwa an der Stelle zugegeben wird, an der der Strom der Verbrennungsgase maximale Geschwindigkeit erreicht hat.

3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das flüssige Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterial, das in den Strom der Verbrennungsgase vor der Stelle eingeleitet wird, an der der Strom der Verbrennungsgase maximale Geschwindigkeit erreicht hat, im wesentlichen in Querrichtung vom inneren Umfang des Stroms der Verbrennungsgase nach außen hin eingespritzt wird.

4. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das flüssige Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterial, das in den Strom der Verbrennungsgase etwa an der Stelle eingeleitet wird, an der die maximale Geschwindigkeit erreicht ist, im wesentlichen in Querrichtung vom äußeren Umfang des Stroms der Verbrennungsgase nach innen hin eingespritzt wird.

5. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das flüssige Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterial, das in den Strom der Verbrennungsgase vor der Stelle eingeleitet wird, an der der Strom der Verbrennungsgase maximale Geschwindigkeit erreicht hat, im wesentlichen in Querrichtung vom inneren Umfang des Stroms der Verbrennungsgase nach außen hin eingespritzt wird und das flüssige Kohlenwasserstoff-Einsatzmaterial, das in den Strom der Verbrennungsgase etwa an der Stelle eingeleitet wird, an der die maximale Geschwindigkeit erreicht ist, im wesentlichen in Querrichtung vom äußeren Umfang des Stroms der Verbrennungsgase nach innen eingespritzt wird.