DE1020139B

DE1020139B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Furnace-Russ

Info

Publication number: DE1020139B
Application number: DEC12803A
Authority: DE
Inventors: George F Friauf; Earnest D Campbell
Original assignee: Godfrey L Cabot Inc
Current assignee: Godfrey L Cabot Inc
Priority date: 1955-03-31
Filing date: 1956-03-29
Publication date: 1957-11-28
Also published as: GB814095A; FR1144939A; US2801157A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Furnace-Ruß Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Furnace-Ruß aus einem Öl und einem gasförmigen Hilfsbrennstoff. Das Verfahren arbeitet ruhig und gleichmäßig, ohne störende Schwingungen und gestattet, die Öladsorption und andere Eigenschaften des Rußes, z. B. für seine Verwendung in Kautschukmischungen, bequem zu regeln.
Bei vielen bekannten Verbrennungsöfen werden ernste Betriebsstörungen durch Schwingungen hervorgerufen. Werden Luft und Gas vorgemischt, so wird in der Zeiteinheit eine größere Wärmemenge entbunden und die Ofenkapazität durch beschleunigte Verbrennung erhöht. Erfolgt das Vormischen von Gas und Luft im Ofenhals, so verläuft die Verbrennung jedoch ungleichmäßig infolge der starken Geschwindigkeitsschwankungen beim Austritt des Gemisches aus dem Hals in den Ofen.
In Zonen, in denen die Geschwindigkeit des Gemisches niedriger ist als die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Flamme, treten Rückzündungen unterschiedlicher Intensität auf, die Verbrennungsschwingungen und einen pulsierenden Zufluß der unter niedrigem Druck stehenden Verbrennungsluft verursachen. Dadurch läßt sich die Verbrennungsluft nicht genau bemessen, und die Regelung der Rußqualität ist sehr erschwert. Durch fortgesetzte Schwingungen kann unter Umständen die Ofenausmauerung beschädigt werden, und andere Einrichtungen, z. B. die senk- und waagerechten Kühler und die Zuführungen zum Abscheider, sind einer erheblichen Belastung ausgesetzt.
Es wurde nun gefunden, daß sich Luft und Gas im Ofenhals ohne die beschriebenen Schwierigkeiten vermischen lassen und die Eigenschaften des Rußes gut geregelt werden können, wenn in einem Ring um die konzentrischen Zufuhrleitungen von Öl und Hauptmenge des brennbaren Gases zwischen Ölsprühdüse und den mit ihr verbundenen Gasaustrittsöffnungen eine Reihe zusätzlicher Gasstrahlen eingeführt werden.
Beispielsweise werden drei oder mehr zusätzliche Gasrohre so in den Ofenhals eingeführt, daß die aus ihnen austretenden Gasstrahlen nach der Achse der Verbrennungskammer gerichtet sind. Die durch diese Rohre austretenden Gasstrahlen sichern ein gleichmäßiges Mischen von Gas und Luft und gleichmäßigere Geschwindigkeitsbedingungen im Ofenhals, so daß ein besseres Flammenbild und bessere Zündbedingungen als bei den bekannten Verfahren erreicht werden. Ganz allgemein scheint es zweckmäßig, Gas an möglichst vielen Stellen des Ofenhalses einzuführen, und die Anordnung des Hauptbrenners mit seinen nach außen gerichteten Gasstrahlen mit den zusätzlich angeordneten Gasrohren, wie sie vorstehend beschrieben ist, entspricht dieser Theorie.
Der Ort des Eintritts und die Geschwindigkeit des Gasstroms sind für die Regelung der Rußqualität von Wichtigkeit. Durch Erhöhung des Verhältnisses des durch die zusätzlichen Gasrohre zugeführten Gases zu dem durch den Hauptbrenner zugeführten Gas wird sowohl die Öladsorption des Rußes als auch der Modul der damit gefüllten Kautschukmischungen vermindert und umgekehrt. So ist eine bisher nicht bekannte, einfache und sichere Regelung der Rußqualität möglich. Je nach den gewünschten Ergebnissen werden längere oder kürzere Gasrohre verwendet. Optimale Bedingungen werden erzielt, wenn die zusätzlichen Gasstrahlen konvergierend auf die Achse der Verbrennungskammer gerichtet sind, aber die Rohrstücke können auch schwach gegen die Drehrichtung des Hauptgemisches aus Gas und Luft gerichtet werden, falls zunächst eine etwas geringere Rußqualität ausreicht.
Nachstehend ist eine bevorzugte Ausführungsform eines verbesserten Rußofens zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an Hand der Abbildungen beschrieben.
Abb. 1 ist ein Längsschnitt durch den Ofen; Abb.2 ist ein Querschnitt durch die Luftzufuhrkammer entlang der Linie 2 - 2 der Abb. 1; Abb. 3 ist eine teilweise geschnittene Aufsicht auf den Ofenhals und angrenzende Teile. Der Ofen besteht aus einem länglichen, zylindrischen Reaktionsraum 10 aus feuerfesten Steinen, umgeben von einem Stahlmantel 11. Der Ofenhals 12 mit verengertem Durchmesser ist mit dem Reaktionsraum durch einen kurzen Teil mit konischen Wänden 13 verbunden.
Im Ofenhals 12 ist konzentrisch eine kombinierte Düse für Gas und Öl mit einem inneren Rohr 14 angebracht, durch das flüssiges oder verdampftes Öl in einem Sprühkegel in den Reaktionsraum eingeführt wird. Durch ein äußeres Rohr 15 wird Kohlenwasserstoffgas als ein Bestandteil des Luftgemisches durch ringförmig in einiger Entfernung vom Düsenende angeordnete und nach außen gerichtete Austrittsöffnungen 16 zugeführt.
Eine Luftkammer 17 aus Blech von spiralförmiger äußerer Form ist mit einem Rohrstutzen 18 am Eintrittsende des Ofens angeflanscht. Der Rohrstutzen 18 hat in der Zeichnung den gleichen inneren Durchmesser wie der Ofenhals 12 und ist konzentrisch zu ihm angeordnet. Die Luft wird der Luftkammer tangential zugeführt. Dadurch wird die Luft in eine wirbelnde Bewegung versetzt und gelangt innen durch den Ofenhals 12 in den Reaktionsraum, den aus der Düse austretenden Ölnebel einhüllend. Soweit entspricht die Vorrichtung mehr oder weniger den bekannten Standardvorrichtungen.
In der flachen Außenfläche der Luftkammer 17 ist eine runde Öffnung angebracht, die mit einer Abdeckplatte 20 verschlossen ist, durch die zentral die Düse geführt ist. An der Abdeckplatte ist ringförmig und konzentrisch zur Düse 15 und dem Ofenhals 12 in gleichem Abstand voneinander eine Mehrzahl von zusätzlichen Gasrohren 21 angebracht. In der Abb. 2 sind drei Gasrohre dargestellt, aber es kann jede beliebige, den Anforderungen der Praxis entsprechende Anzahl verwendet werden. Die Gasrohre sind in Manschetten 22 eingeschraubt, die an die Abdeckplatte 20 angeschweißt sind, so daß sich die Gasrohre 21 bequem in der Längsrichtung verstellen lassen. Die Gasrohre reichen zu etwa zwei Drittel ihrer Länge in die Luftkammer 17. An den Enden in der Luftkammer sind Reduktionsstücke 23 angebracht, an deren anderer Seite Brennermundstücke 24 befestigt sind. Die Brennermundstücke erstrecken sich durch den Rohrstutzen 18 und sind mit ihren freien Enden im Ofenhals 12 gegen dessen Achse und zum Rohr 15 gerichtet.
Wahlweise können an der Abdeckplatte 20 auch Stopfbuchsen für die Gasrohre 21 angebracht sein, so daß diese sich in Längsrichtung verschieben lassen.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein wirbelnder Luftstrom durch die Luftkammer 17 in den engen Ofenhals 12 und anschließend in den Reaktionsraum des Ofens geblasen. Heizgas wird aus den Austrittsöffnungen 16 radial nach außen in den Luftstrom eingeführt, und gleichzeitig werden aus den Brennermundstücken 24 konvergierende Gasströme in das wirbelnde Luft-Gas-Gemisch gerichtet. Diese Gasströme aus den Brennermundstücken 24 erhöhen die Turbulenz, so daß die brennbaren Bestandteile gleichmäßig gemischt und gleichförmigere Geschwindigkeitsbedingungen innerhalb des Ofenhalses erzielt werden. Gleichzeitig wird das zur Rußerzeugung verwendete Material durch das innere Rohr 14 und die Düse in Form eines konischen Ölnebels aus feinverteilten Tröpfchen oder in Form von Dampf axial in den Reaktionsraum eingeführt. Auf diese Weise umgibt den Ölnebel ein wirbelndes Luft-Gas-Gemisch, und der Ölnebel brennt ohne jede merkliche Schwingung. Die relativen Mengen von Öl, gegebenenfalls zur Zerteilung des Öls verwendeter Luft, und von Luft und Gas werden so gewählt, daß sich die gewünschte Rußqualität bildet.
Überraschenderweise läßt sich die Rußqualität durch Einstellen des Verhältnisses der durch die Rohrmundstücke 24 eingeführten Gasmenge zu der durch die Öffnungen 16 eingeführten Gasmenge genau regeln, besonders vorteilhaft erwies sich ein Verhältnis von etwa 30 zu etwa 70.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Furnace-Ruß durch Einleiten eines Olsprühstrahls und einem den Ölsprühstrahl umgebenden turbulenten Gemisch von Luft und Gas in einen zylindrischen Verbrennungsraum, dadurch gekennzeichnet, daß aus konzentrisch um das Ölzufuhrrohr und in gleichem Abstand voneinander angeordneten zusätzlichen Gasrohren nach der Brennerachse gerichtete Gasstrahlen in das turbulente Gemisch von Gas und Luft eingeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den zusätzlichen Gasrohren austretenden Gasstrahlen gegen den Strom des Gas-Luft-Gemisches gerichtet sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Gasstrahlen zwischen dem Ort der Bildung des Ölsprühstrahls und dem Ort der Zufuhr der Hauptmenge des brennbaren Gases zugeführt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von der gesamten Menge an brennbarem Gas etwa 700,' o mit dem turbulenten Gas-Luft-Gemisch und 30 0, 1, in Form der zusätzlichen Gasstrahlen zugeführt werden.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem zylindrischen Verbrennungsraum, einem konisch verengten Ofenhals in der Zylinderachse, einem zentral im Ofenhals angeordneten konzentrischen Rohrpaar zur Zufuhr von flüssigem oder verdampftem Öl und brennbarem Gas und einer Luftkammer mit tangentialer Luftzu- und axialer Luftabfuhr, die durch einenkurzen Rohrstutzen mit dem Ofenhals verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Ofenhals (12, 18) zwischen dem Ort der Bildung des Ölsprühstrahls und dem Ort der Zufuhr der Hauptmenge des brennbaren Gases (16) Gasrohre (24) mit nach der Achse des Ofenhalses gerichteten Ausflußöffnungen konzentrisch zur Zufuhrleitung für das Öl (14) und in gleichem Abstand voneinander angeordnet sind.