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Verfahren zum Abtrennen des Rußes aus heißen Gasen Die Erfindung betrifft
die Abtrennung restlicher Rußteilchen aus den Abgasen aus Anlagen zur Herstellung
von Ofenruß.
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Bei der üblichen Herstellung von Ofenruß werden die heißen, rußhaltigen
Gase aus dem Ofen zunächst trocken und dann im nassen Verfahren von der Hauptmenge
des Rußes befreit. Weiter erfolgt dann die Rußabscheidung durch die kombinierte
Wirkung elektrischer Abscheider und Zentrifugalseparatoren. Die Restgase gelangen
zum Schornstein und von dort in die Atmosphäre, häufig als dicker schwarzer Rauch
weil sie immer noch Rußreste enthalten. Bei der bekannten Abscheideweise von Ruß
hat man ferner schon die Abkühlung der heißen Gase durch Einspritzen von Rußschlamm
aus der naßen Abscheidung vorgenommen, wobei alles Wasser des Schlammes verdampft
und die Rußkonzentration in den Gasen erhöht wird.
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Die vorliegende Erfindung ist auf die Abtrennung und Gewinnung des
restlichen Kohlenstoffs aus den in den Schornstein zu leitenden Gasen gerichtet.
Sie schafft ein verbessertes Verfahren zur Gewinnung auch des restlichen Kohlenstoffs
und eine verbesserte Vorrichtung, die zur Durchführung dieses Abtrennverfahrens
besonders geeignet ist. Diese praktisch restlose Gewinnung des Rußes ist vom Standpunkt
bester Ausbeuten an Ruß höchst erwünscht, noch wichtiger ist aber die Vermeidung
der Verschmutzung der Atmosphäre des umliegenden Gebietes durch rußhaltige Gase.
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Es wurden bereits Staubteilchen aus den Schornsteinabgasen durch Einspritzen
von Wasser oder durch Inberührungbringen der Gase mit nassen Oberflächen ausgewaschen.
Diese Verfahren sind aber für die Rückgewinnung des restlichen Ofenrußes nicht befriedigend.
Erstens sind die Ofenruße hydrophob und mit Wasser schwierig zu benetzen. Weiter
' e Schwierigkeiten entstehen durch die erforderlichen übermäßig großen Mengen
Wasser und das dadurch anfallende große Schlammvolumen, das bei der Aufarbeitung
Schwierigkeiten bereitet, so daß der darin enthaltene Ruß meist als verloren anzusehen
ist.
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Erfindungsgemäß wird nun das letzte Auswaschen vor dem Schornstein
durchgeführt, indem innerhalb des das Gas zum Schornstein drückenden Gebläses das
Gas und zugeführter Rußschlamm innig durcheinander gewirbelt werden. Die hierbei
anfallende Rußaufschlammung kann dann entweder zum Abkühlen der heißen Ofengase
oder nochmals als letzte Waschflüssigkeit im Schornstein oder zu beiden Zwecken
dienen.
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Hierdurch werden die erwähnten Schwierigkeiten in einem sehr wesentlichen
Ausmaß, wenn nicht vollständig, vermieden. Eine Verschmutzung des Schornsteins tritt
praktisch nicht ein, er bleibt rein, und die abziehenden Restgase sind praktisch
rußfrei. Auch ermöglicht das neue Verfahren eine Senkung der Betriebskosten.
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Gemäß einem weiteren besonders vorteilhaften Merkmal der Erfindung
wird das Waschen der Schornsteingase mit Wasser vervollkommnet, zum Teil wenigstens
durch lebhaftes Durchrühren der gasförmigen Suspension mit Wasser. Das Einspritzen
von Wasser oder einer wäßrigen Rußsuspension in die Schornsteingase erfolgt unmittelbar
vor der Zone, in der die Gase lebhaft mechanisch gerührt werden, z. B. unmittelbar
vor dem Zentrifugalgebläse oder Gebläse, vorzugsweise einernFlügelradgebläse, dessen
Flügelblätter durch das Waschmedium naß gehalten werden. Auf diese Weise wird der
Rußanteil der Ab-
gase so weit vermindert, daß die Abgase aus dem Schornstein
praktisch farblos oder bei Anwesenheit von Wasserdampf sogar weiß sind. Versuche
haben z. B. einen Restgehalt von etwa 0,09 g Ruß je m3 Schornsteingase,
gemessen bei Schornsteinbedingungen, ergeben.
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Um das Waschwasser voll auszunutzen und mit Ruß möglichst anzureichern,
kann das Frischwasser in den Schornstein aufgegeben und im Kreislauf geführt werden,
wobei auch die Turbulenzwaschzone gemäß der Erfindung in diesen Kreislauf mit einbezogen
werden kann. Hierbei kann weiter ein Teil der erhaltenen rußhaltigen Kreislaufflüssigkeit
wie bisher zum Einspritzen in die heißen, vom Spaltofen kommenden Gase verwendet
und durch eine entsprechende Menge
Frischwasser ersetzt werden.
Das Waschen des Gases und das Abziehen und die Zuführung zum Kreislauf werden vorteilhaft
kontinuierlich und gleichmäßig durchgeführt.
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Die Erfindung sei nun näher unter Bezugnahme auf eine besonders vorteilhafte
Ausführungsform an Hand der schematischen Zeichnung erläutert.
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In der Zeichnung ist der Ofen, in dem der Ruß hergestellt wird, mit
1 bezeichnet. Aus ihm gelangen die heißen, Ruß enthaltenden Gase mit mindestens
etwa 540' C durch die Leitung 2 zum unteren Ende des senkrechten Kühlers
3. Beim Aufwärtsströmen durch den Kühler kommen die heißen Gase in Berührung
mit Sprühwasser aus den Sprühdüsen 4, die unter Druck mit einer Kühlflüssigkeit,
z. B. Wasser oder einer Rußaufschlämmung, die aus dem Auswaschen der Schornsteingase
stammt, beschickt werden. Vom oberen Ende des Kühlers gelangt die Suspension, die
gewöhnlich auf etwa 260 bis 315' C abgekühlt ist, durch die Leitung
5 in ein Sammelsystein 6 aus einem elektrischen Abscheider und einem
oder mehreren Zvklonabscheidern. Aus diesem Sammelsvstern zur Trockenabschei dung
von Ruß gelangen die Äbgase, die noch beträchtliche Mengen Restkohlenstoff enthalten,
durch die Leitung 7, unterstützt durch das Schornsteingebläse 8, in
das untere Ende des bei 9 dargestellten Schornsteins. Vom oberen Ende des
Schornsteins gelangen die Schornsteingase in die Atmosphäre.
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Das untere Ende des Schornsteins ist mit Prallplatten 10 ausgerüstet,
die den Schornsteingasen eine wirbelnde Bewegung erteilen sollen, um feste oder
flüssige, darin suspendierte Teilchen durch Zentrifugalkräfte gegen die Schornsteinwände
zu schleudern.
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Die Waschflüssigkeit, vorzugsweise Wasser ohne wäßrige Rußaufschlämmung,
wird durch die mit Ventil versehene Leitung 11, Leitung 12 und die mit Ventil
versehenen Leitungen 13 den Spritzdüsen 14 im Schornstein zugeführt. Auch
im Schornsteinfuchs, unmittelbar vor dem Rotor 15, sind Spritzdüsen
16 vorhanden, die mit der Leitung 12 über die mit Ventil versehenen Verbindungen
17 verbunden sind. Eine Sprühdüse 18 ist in dem Gebläsegehäuse auf
dem Wege der Gase zwischen dem Rotor und dem Schornstein angeordnet, so daß sie
einen Sprühregen auf die Gebläseschaufeln richtet. Diese Sprühdüse ist mit der Leitung
12 über die mit Ventil versehene Verbindung 19 verbunden.
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Ferner ist im Schornstein noch eine Sprühdüse 20 für Frischwasser
aus der Leitung 21 vorgesehen.
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Die vorliegende Erfindung ist hinsichtlich der Anzahl der Sprühdüsen
im Schornstein, Schornsteingebläse und in der Kühlzone nicht beschränkt. Es werden
jeweils so viel Sprühdüsen verwendet, wie erforderlich sind, um den gewünschten
Wascheffekt und die Abkühlung der Gase zu erzielen.
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Das untere Ende des Schornsteins ist mit einer Ab-
laufrinne
22 versehen, durch die das herablaufende Sprühwasser gesammelt, durch die Leitung23
abgezogen und in den Schlammtank 24 geführt wird. Das untere Ende des Gebläsegehäuses
ist über die Zweigleitung 25 ebenfalls mit der Leitung 23 verbunden.
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Das untere Ende der Leitung 23 ist mit einem Korbreiniger
26, z. B. aus Maschendraht, versehen, um große Feststoffteile, wie Rostteile
oder zusammengesinterte Rußteile, zurückzuhalten.
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Der Schlammtank ist durch eine Platte 24a unterteilt, um eine relativ
große Vorratskammer für in Ruhe befindliche Flüssigkeit auf der rechten Seite der
Trennwand von einer relativ kleinen Kammer für den Zulauf auf der linken Seite der
Trennwand zu trennen. Die Leitung 23 tritt am oberen Ende der kleineren Kammer
ein, in der infolge ihres verhältnismäßig kleinen Querschnitts der Schlamm in Turbulenz
gehalten wird, wodurch ein Absetzen von Ruß verhindert wird. Zeitweise kann eine
Schaumbildung in der Kammer auftreten, und häufig wird ein beträchtlicher Teil des
nicht benetzten Rußes an der Oberfläche der Flüssigkeit in der Kammer, wie gefunden
wurde, aufschwimmen. Um diese Bedingungen zu korrigieren, ist eine Benetzungssprühdüse
27 vorgesehen, die durch die mit Ventil versehene Verbindungsleitung
28 biegsam mit der Leitung 12 verbunden ist, wie unten eingehender beschrieben
wird.
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Die Vorratskammer des Schlammtanks ist mit der kleineren Kammer durch
ein gewinkeltes Rohr 29 von etwa 5 cm Durchmesser verbunden, um den
Flüssigkeitsspiegel in beiden Kammern des Schlammtanks mit einem Minimum der Durchmischung
auszugleichen.
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Vom unteren Ende des Schlammtanks führt eine Leitung 30 zur
Saugseite der Pumpe 31 und weiter über die Verbindung 32 mit dem Abscheider
33 zum unteren Ende der Leitung 12. Am Austritt aus dem Tank zur Leitung
30 sind Stangen 34 in einem Ab-
stand voneinander vorgesehen, um die
Pumpe und die Düsen gegen Beschädigung durch grobe Teilchen zu schützen.
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Der Abscheider 33 üblicher Bauart soll etwaige schwere Teilchen
entfernen und ist mit einem Ventilauslaß 35 versehen.
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Der Schlammtank ist mit einem Frischwassereinlaß 36 mit einem
Schwimmerventil 37 ausgerüstet, wodurch ein konstanter Wasser- oder Schlammspiegel
in dem Schlammtank aufrechterhalten wird.
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Der rußhaltige Schlamm kann aus dem Schlammtank über die Leitung 12
und die Zweigleitung 38 abgezogen werden, wobei das Ventil 39 in der
Leitung 12 geschlossen ist. Aus der Leitung 38 wird der Schlamm durch die
Falle 40 und die biegsame Leitung 41 zu einer oder mehreren Sprühdüsen 4 und in
den senkrechten Kühler 3 geleitet. Obgleich in der Zeichnung eine Verbindung
zwischen der Leitung 12 und nur mit der oberen Spritzdüse gezeigt ist, kann sie
mit Spritzdüsen in allen Zonen des Kühlers verbunden sein. Bei dieser Arbeitsweise
ist es gewöhnlich nicht notwendig, zusätzlich Frischwasser durch die Leitungen 21
und 36 zuzuführen.
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Gewöhnlich wird es vorgezogen, den Schlamm wiederholt in Berührung
mit den heißen Gasen im Schornstein oder im Schornsteingebläse oder in beiden zu
bringen, insbesondere wenn mit Wasser gespart werden soll. Bei der bevorzugten Arbeitsweise
ist das Ventil 39 in der Leitung 12 offen, und die Leitung 11
wird
gewöhnlich geschlossen, wenn der Betrieb im Gange ist und der gewünschte Flüssigkeitsspiegel
im Schlammtank eingestellt ist. Der Schlamm, der aus dem Schornstein und dem Gebläsegehäuse
in den Schlammtank gelangt, wird aus dem Tank durch die Pumpe 31 abgezogen
und unter dem Pumpendruck durch die Sprühdüsen 14, 16 und 18 oder
durch eine oder mehrere von ihnen wieder in die Schornsteingase versprüht. Der Schlamm
wird so wiederholt im Kreislauf durch eine geschlossene Ringleitung geführt.
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Ein bestimmter Teil des Schlammes wird aus dem Kreislauf durch die
mit Ventil versehene Leitung 38
zum senkrechten Kühler 3 abgezogen.
Dem Kreislauf wird so viel Frischwasser zugeführt, daß das Schlammvolumen in dem
Kreislauf im wesentlichen konstant gehalten wird.
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Um eine möglichst wirksame Abscheidung von Ruß aus den Schornsteingasen
durch Auswaschen zu er-
-halten, ist es notwendig, die Temperatur
der Schornsteingase durch das Einspritzen von Wasser unter den Taupunkt zu erniedrigen.
Die hierzu notwendige Menge kaltenWassers war beim altenVerfahren über-.groß, so
daß diese Verfahren undurchführbar wurden, wenn die Wasserzufuhr beschränkt ist.
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Erfindungsgemäß kann man durch das hier beschriebene starke mechanische
Rühren, die Kühlung der Schornsteingase durch eine gegebene Menge Wasser stark erhöhen.
So wurde gefunden, daß z. B. durch Einspritzen einer bestimmten Menge Wassers in
die
Schornsteingase ohne mechanisches Rühren die Austrittstemperatur der Schornsteingase
oberhalb etwa -94' C, d. h. beträchtlich oberhalb des Taupunktes, liegt.
Die Verwendung der gleichen Menge Wasser, wobei aber ein Teil davon erfindungsgemäß
in die Gase beim Eintritt in das Schornsteingebläse eingespritzt wurde, ergab eine
Erniedrigung der Austrittstemperatur der Schornsteingase auf etwa 71 bis
82' C.
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Es wurde gefunden, daß bei Verwendung des Schornsteingebläses, wie
im besonderen hier beschrieben wurde, das für die Abtrennung des Restrußes erforderliche
starke mechanische Durchrühren bewirkt wird, ohne daß eine weitere Rühreinrichtung
benötigt wird. Das starke mechanische Durchrühren der Schornsteingase mit Wasser
wird durch Einspritzen von Wasser in das Gebläsegehäuse in der Weise bewirkt, daß
jederzeit ein Film aus Wasser oder rußhaltiger Aufschlämmung auf den rotierenden
Schaufeln sichergestellt ist, so daß die Rußteilchen einer lebhaften Mitführung
mit den nassen Schaufeln unterworfen werden.
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Damit der Schlamm befriedigend in den Kühler eingespritzt werden kann,
ist es wünschenswer#t, daß ein gleichmäßiger Schlamm aus Wasser und Ruß erhalten
wird. Um dies zu erreichen, wird der zum Schlammtank gelangte, aber nicht völlig
benetzte Ruß durch die Sprühdüse 27 mit frischem Wasser oder einer Rußaufschlämmung
nochmals besprüht, damit alle Teilchen gleichmäßig gut benetzt werden.
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Ein gleichmäßiges Vermischen von Ruß mit dem Schlamm ist notwendig,
damit der Schlamm gut zerstäubt werden kann, ohne die Sprühdüsen zu verstopfen.
Es ist ersichtlich, daß ein möglichst großer Teil des restlichen Rußes, der in den
Schlammtank gelangt, in den Kühler eingesprüht werden sollte, damit er in der Sammleranlage
6 trocken abgeschieden werden kann.
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Somit kann nach dieser Erfindung der Restruß aus den Schornsteingasen
und aus dem anfallenden Schlamm kontinuierlich in praktisch trockener feinverteilter
Form und unbeeinträchtigt in seinen physikalischen und chemischen Eigenschaften
gewonnen werden.
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Die Erfindung und die Wirkung ihrer Arbeitsweise werden durch die
folgenden speziellen Beispiele aus einer technischen Ofenrußanlage erläutert, bei
der das Volumen der zum Schornstein gelangenden Gase etwa 1230 m3
je Minute betrug, gemessen bei ihrer normalen Temperatur von etwa
216' C am Austritt aus der Sammelanlage. Bei normaler Arbeitsweise wird das
Gas vom Schornstein mit einer Temperatur von etwa 210' C
mit etwa
2,3 g Ruß je ms Gas abgeleitet. Durch Einspritzen von 341 Wasser
je Minute in den Schornstein wurde der Rußgehalt der den Schornstein verlassenden
Gase praktisch nicht herabgesetzt, wobei die Temperatur der Abgase noch beträchtlich
über dem Taupunkt lag. Bei Verwendung von etwa 125 1 Wasch-und Kühlmedium,
und zwar 65,61 je Minute Schlamm zum Gebläse bei 16,
26,41
je Minute Wasser zum Gebläse bei 18,
34,01 je Minute Wasser
zum Gebläse bei 20, wurden der Rußgehalt der Abgase aus dem Schornstein auf etwa
0,82 g je m3 und ihre Temperatur auf etwa 77' C herabgesetzt.
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. Bei Verwendung von insgesamt 2721 je Minute Wasch-
und Kühlmedium, und zwar 117,0 1 je Minute Schlamm zum Gebläse bei
16,
18,9 1 je Minute Schlamm und 26,41 je Minute Wasser zum
Gebläse bei 18,
4,2 1 je Minute Schlamm zum Schornstein bei 14,
6,8 1 je Minute Wasser zum Schornstein bei 20, wurden der Kohlenstoffgehalt
der Abgase auf etwa 0,36 g je m3 (gemessen als trockenes Gas bei
0' C)
und seine Temperatur auf etwa 71' C, d. h. unter seinen Taupunkt,
herabgesetzt.
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Der, in den letzten beiden Arbeitsgängen zum Gebläse gelangte Schlamm
wurde durch Kreislaufführung des Schlammes aus dem Schornstein und dem Gebläsegehäuse
in der beschriebenen Weise erhalten. Aus diesem Kreislauf wurde der Schlamm abgezogen
und in der angegebenen Weise in die Kühlzone mit einer Menge von etwa
37,8 1 je Minute eingespritzt.