DE1083001B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Aktivruss - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Aktivruss

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DE1083001B
DE1083001B DEC17024A DEC0017024A DE1083001B DE 1083001 B DE1083001 B DE 1083001B DE C17024 A DEC17024 A DE C17024A DE C0017024 A DEC0017024 A DE C0017024A DE 1083001 B DE1083001 B DE 1083001B
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Germany
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combustion chamber
reaction vessel
air
heating material
practically
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DEC17024A
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George Louis Heller
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Columbian Carbon Co
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Columbian Carbon Co
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    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44Carbon
    • C09C1/48Carbon black
    • C09C1/50Furnace black ; Preparation thereof
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid

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  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Aktivruß Die Erfindung betrifft die Herstellung von Aktivruß aus Kohlenwasserstoffen, bei der diese Kohlenwasserstoffe in einem Strom heißer Flammengase bei einer Temperatur dispergiert werden, die über der Zersetzungstemperatur der Kohlenwasserstoffe liegt, so daß die Kohlenwasserstoffe durch die von den heißen Gasen aufgenommene Wärme unter Bildung einer gasförmigen Suspension von Aktivruß zersetzt werden. .
  • Die Erfindung wird besonders auf solche Verfahren angewendet, bei denen der für die Zersetzung vorgesehene Kohlenwasserstoff in den getrennt davon erzeugten, durch ein längeres, wärmeisoliertes Reaktionsgefäß hindurchtretenden Strom heißer Flammengase unter hohem Druck direkt hineingesprüht und dadurch mit ihm praktisch sofort vermischt wird.
  • Verfahren dieser allgemeinen Art sind früher schon vorgeschlagen worden. So ist z. B. schon ein Verfahren bekannt, bei dem der Strom der Flammengase dadurch erzeugt wird, daß ein brennbares Gemisch aus einem Kohlenwasserstoff als Brennmaterial und einem Sauerstoff enthaltenden Gas (Luft) mit hoher Geschwindigkeit auf einer Seite in ein Reaktionsgefäß von zylindrischem Querschnitt tangential zur inneren zylindrischen Wand des Gefäßes eingeführt wird und das Gemisch bei seinem Eintritt in das Gefäß unter Bildung heißer Flammengase verbrennt, die auf ihrer spiralförmigen Bahn durch die Länge des Reaktionsgefäßes mit hoher Geschwindigkeit herumgewirbelt werden, und bei dem der zu zersetzende Kohlenwasserstoff praktisch radial in das Gefäß eingespritzt wird, und zwar hinter der Zone, in die das brennbare Gemisch eingeführt wird.
  • Die Erfindung betrifft nun Verbesserungen für Verfahren dieser allgemeinen Art.
  • Um genügend rasche Wärmeentwicklung herbeizuführen und um Flammengase geeigneter Temperatur und in ausreichender Menge zu erzeugen, so daß der gebildete wirbelnde Gasstrom die gewünschte Geschwindigkeit erhält, ist es notwendig, das brennbare Gemisch in das Reaktionsgefäß mit außerordentlich hoher Geschwindigkeit ein- und die Verbrennung mit sehr hoher Geschwindigkeit durchzuführen. Sofern der als Brennstoff dienende Kohlenwasserstoff im gasförmigen Zustand eingeführt ,wird, läßt sich dies im allgemeinen in zufriedenstellender Weise erreichen; dies bedingt j edoch gewisse unerwünschte Einschränkungen bezüglich der Arbeits- und Beschikkungsbedingungen. Wenn versucht wird, flüssige Brennstoffe durch Versprühen in das Reaktionsgefäß einzuführen, treten diese Schwierigkeiten in verstärktem Maße auf, wobei durch die Bildung von Koks und dessen Ablagerung auf den Wänden des Reaktionsgefäßes weitere ernst zu nehmende Schwierigkeiten hinzukommen.
  • Unter den gegenwärtigen Bedingungen stehen gasförmige Brennstoffe, wie z. B. Erdgas, oder flüssige Brennstoffe, die leicht verdampft werden können, oft nicht hinreichend preisgünstig zur Verfügung, so daß die Verwendung schwererer flüssiger Brennstoffe, z. B. schwerer Petroleumrückstände, zunehmend dringlicher erscheint.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren der beschriebenen Art, das die Verwendung derartiger flüssiger Brennstoffe erlaubt, ohne daß sich auf den Wänden des Reaktionsgefäßes Koks ablagert und ohne daß dadurch die Ausbeute und die Qualität des erzeugten Aktivraßes vermindert werden, sowie eine zur Durchführung des neuen Verfahrens geeignete Vorrichtung.
  • Gemäß der Erfindung werden die heißen Flammengase für sich außerhalb des Reaktionsgefäßes erzeugt und mit hoher Geschwindigkeit praktisch tangential zur Innenwand an einem Ende in das Reaktionsgefäß eingeführt, wodurch der bereits beschriebene wirbelnde Strom heißer Gase zustande kommt. Die Temperatur, das Volumen, die Zusammensetzung und die Geschwindigkeiten der so dem Reaktionsgefäß zugeführten heißen Gase werden genauestens kontrolliert und so einreguliert, daß im Reaktionsgefäß selbst optimale Reaktionsbedingungen herrschen.
  • Beim Arbeiten in dieser Weise, wobei also die zu zersetzenden Kohlenwasserstoffströme direkt in den wirbelnden Strom der heißen Gase eingespritzt «erden, so daß sie rasch zerteilt und mit den heißen Gasen vermischt werden, wurde gefunden, daß es besonders vorteilhaft ist, wenn die Verbrennung des Heizmaterials praktisch vollständig geworden ist, bevor die heißen Gase in Berührung mit dem zu zersetzenden Kohlenwasserstoff kommen. Auch die Ausbeute wird erhöht, was offenbar durch die bessere Kontrolle von zu Verlusten führenden Nebenreaktionen verursacht wird. Gemäß der Erfindung wird eine derartige, praktisch vollständige Verbrennung unabhängig von den anderen Arbeitsbedingungen erreicht, wodurch eine bessere Lenkung des Verfahrens ermöglicht wird. Um die heißen Gase dem Reaktionsgefäß mit einer zur Erzeugung der notwendigen Wirbel beim Eintritt in das Reaktionsgefäß ausreichend hohen Geschwindigkeit zuzuführen, werden diese Gase in einer oder mehreren längeren Verbrennungskammern von verhältnismäßig kleinem Querschnitt, z. B. mit einem Durchmesser, der ein Viertel ihrer Länge nicht übersteigt, dadurch erzeugt, daß das als Brennstoff dienende Öl als Sprühnebel und ein Sauerstoff enthaltendes Gas, z. B. Luft, am äußeren Ende der Verbrennungskammer eingeführt werden. Bei derartigen Verbrennungsbedingungen und besonders bei Verwendung eines schweren Petroleumrückstandes als Brennstoff beobachtet man normalerweise eine rasche Koksabscheidung auf der Innenwand der Verbrennungskammer, wodurch der Arbeitsgang unterbrochen wird.
  • Mit der Erfindung ist im wesentlichen beabsichtigt, mit Hilfe geeigneter Mittel und Wege eine derartige Koksabscheidung zu vermeiden. Dies wird dadurch erreicht, daß der Sprühnebel des Heizöls axial in die Verbrennungskammer eingeblasen und zugleich in ihr verteilt wird, während entlang deren Seitenwänden eine spiralig strömende Schutzschicht aus Sauerstoff enthaltendem Gas erzeugt wird. Vorteilhafterweise wird also am äußeren Ende der Verbrennungskammer eine Schutzschicht von Luft eingeblasen, die unmittelbar an den Ölnebel grenzt und diesen umhüllt, so wie es weiter unten ausführlich beschrieben wird.
  • Für eine derartige Erzeugung der heißen Verbrennungsgase ist die verbesserte Vorrichtung, wie bereits bemerkt, mit einer oder mehreren längeren Verbrennungskammern versehen. Diese Kammern münden praktisch tangential in der Nähe der Eingangsseite in die Reaktionskammer. Die Längsachsen dieser Verbrennungskammern liegen in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Reaktionsgefäßes. Diese Kammern sind auf ihrer ganzen Länge von praktisch gleichem Querschnitt, nur an ihren äußeren Enden sind sie etwas erweitert, um Raum für das tangentiale Einblasen der Luftströme zu gewinnen. Die inneren Enden dieser Verbrennungskammern stehen in direkter, unbehinderter Verbindung mit dem Reaktionsgefäß. Die äußeren Enden der Kammern sind verschlossen. Das erweiterte äußere Ende jeder Verbrennungskammer ist mit einer oder mehreren Luftzuführungen versehen, die so angeordnet sind, daß die Luft praktisch tangential zur Innenwand des erweiterten Bereiches in die Verbrennungskammern eintritt. Jede Verbrennungskammer ist am äußeren Ende mit einer axial angeordneten Heizölzuführung versehen, die in der verbreiterten Zone der Kammer mit einer Zerstäuberdüse, vorteilhafterweise in der Ebene der tangentialen Luftzuführungen, endet und die geeignet ist, das Heizöl in äußerst feinen Tröpfchen einzusprühen. Die Zerstäuberdüse ist vorteilhafterweise von einer ringförmigen, koaxial angeordneten Luftzuführung umgeben.
  • Der zu Aktivruß zu ersetzende Kohlenwasserstoff wird in einem auf die Zone, in die die heißen Flammengase eingeführt werden, folgenden Abschnitt radial in das Reaktionsgefäß eingesprüht. Der Abschnitt, in dem dieser Kohlenwasserstoff eingeführt wird, und der darauffolgende Teil des Reaktionsgefäßes sollten von praktisch gleichmäßigem Querschnitt und praktisch glatt sein. Die Zone des Gefäßes, in die die heißen Verbrennungsgase eintreten, besitzt vorteilhafterweise einen wesentlich größeren Durchmesser, um das Abströmen der heißen Verbrennungsgase aus den Verbrennungskammern in das Reaktionsgefäß zu erleichtern.
  • Die Erfindung sei an Hand der Zeichnungen weiter beschrieben und erläutert. Diese stellen in der üblichen, etwas schematischen Weise die bevorzugte Ausführungsform der zur Durchführung des Verfahrens angewendeten Vorrichtung dar. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt der Vorrichtung, Fig. 2 einen Querschnitt in der Ebene 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt in der Ebene 3-3 der Fig. 2, Fig. 4 einen Querschnitt in der Ebene 4-4 der Fig. 1 und Fig. 5, zur besseren Verdeutlichung etwas vergrößert, den Längsschnitt einer Einspritzvorrichtung für den zu zersetzenden Kohlenwasserstoff, wie sie mit Vorteil angewendet wird.
  • In Fig. 1 ist der längere, zylindrische Reaktionsraum mit 1 bezeichnet; er wird durch die hochschmelzende Ofenausfütterung 2 gebildet, die von mehreren Schichten wärmeisolierenden Materials 3, 4 und 5 umgeben ist. Das Ganze befindet sich in einem Metallgehäuse 6. Das auf der rechten Seite der Zeichnung befindliche Ende des Reaktionsraumes führt zu denüblichen Kühl-, Abscheidungs-und Sammelvorrichtungen, die hier nicht näher zu beschreiben sind. Das entgegen der Strömungsrichtung gelegene Ende des Reaktionsgefäßes ist durch die hochschmelzenden und wärmeisolierenden Wände 7 und 8 abgeschlossen. Auf der äußeren Seite dieser Verschlußwand befindet sich der Kühlwassermantel 9. Der Stutzen 10, der axial durch die Verschlußwand hindurchführt, erlaubt die Beobachtung der im Reaktionsgefäß sich abspielenden Vorgänge.
  • Das äußere, entgegen der Strömungsrichtung gelegene Ende des Reaktionsraumes besitzt einen bedeutend größeren Durchmesser, wie bei 11 zu erkennen ist. Dadurch wird ein Raum geschaffen, in dem Überreste brennbaren Materials, die in den hier eintretenden Verbrennungsgasen noch enthalten sein könnten, auch noch verbrennen können. In der Strömungsrichtung etwas weiter sind mehrere radial angeordnete Einspritzvorrichtungen für den zu zersetzenden Kohlenwasserstoff in symmetrischer Verteilung angebracht, wie aus den Fig. 4 und 5 genauer zu ersehen ist.
  • Die gesondert erzeugten heißen Verbrennungsgase werden in der erweiterten Zone des Reaktionsgefäßes im wesentlichen tangential zu deren Innenwänden eingeblasen, wie bei 13 zu erkennen ist. Der Teil der Vorrichtung, in dem diese heißen Gase gebildet werden, ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt.
  • In Fig.2 sind zwei symmetrisch angeordnete Verbrennungskammern mit 14 bezeichnet; sie münden bei 13 tangential in die erweiterte Zone 11 des Reaktionsgefäßes. Jede dieser Verbrennungskammern ist an ihrem äußeren Ende etwas erweitert, wie bei 15 zu erkennen ist. Dieser erweiterte Raum 15 wird nach außen durch die Wand 16 aus hochschmelzendem Material abgeschlossen.
  • In dem in Fig. 2 dargestellten Vorrichtungsteil wird das Heizöl unter Druck und vorteilhafterweise etwas vorgewärmt, um es dünnflüssiger und damit für das Versprühen geeigneter zu machen, durch das Rohr 17 der Mischkammer 18 zugeführt, in der es mit einem Hilfsgas, z. B. Luft oder Wasserdampf, vermischt wird, das durch die Leitung 19 in die Mischkammer gelangt. Das Öl-Gas-Gemisch gelangt von der Mischkammer durch die Leitung 20, die axial durch das Verschlußstück 16 geführt ist, in die erweiterte Zone 15 der Verbrennungskammer. Die Leitung 20 endet mit einer Düse, durch die das Öl-Gas-Gemisch in feinzerstäubter Form in die Verbrennungskammer gelangt. An Stelle dieser Anordnung zur Erzielung eines Gemisches aus dem Heizöl und einem Hilfsgas kann auch ein Zweistromzerstäuber angewendet werden, wie er in Fig. 5, wiedergegeben ist. Diesem werden, wie bekannt, das Öl und das Hilfsöas getrennt zugeführt. Für gewöhnlich zeigte es sich jedoch, daß mit Hilfe der in Fig: 2 wiedergegebenen Anordnung, die auf dem Prinzip des Vormischens beruht, das 01 wirkungsvoller zerstäubt werden kann.
  • Das Einspritzrohr 20 und die an seiner Mündung befindliche Düse sind von dem koaxial angeordneten Rohr 21 umeben, wodurch eine ringförmige Leitung für die Zufuhr von Luft als Schutzschicht um den Sprühstrahl des Heizöls gebildet wird; die Luft wird diesem Rohr 21 von einer geeigneten Quelle durch das Rohr 22 zugeführt.
  • Wie aus Fig. 3 genauer zu entnehmen ist, wird die Luft in den Abschnitt 15 der Verbrennungskammer-durch die Leitungen 23 tangential eingeführt. Bei dem abgebildeten Vorrichtungsteil sind zwei dieser Luftleitungen 23 vorgesehen, womit sich für gewöhnlich recht zufriedenstellend arbeiten läßt. Unbedingt erforderlich ist jedoch nur eine solche Leitung; gegebenenfalls können auch mehr als zwei dieser Leitungen angewendet werden. Es liegt also im Bereich der Erfindung, daß eine derartige Anlage mit nur einer oder auch mit mehreren Verbrennungskammern ausgestattet sein kann, obwohl bei der besonderen, in den Zeichnungen wiedergegebenen Vorrichtung nur zwei derartige Verbrennungskammern vorgesehen sind.
  • Zum Einspritzen des zu Ruß zu zersetzenden Kohlenwasserstoffs in das Reaktionsgefäß können verschiedene Arten von Zerstäubungsvorrichtungen angewendet werden Es erwiesen sich für diesen Zweck für gewöhnlich Zerstäuber vom Zweistromtyp als besonders geeignet. Angesichts der hohen Temperatur, auf der sich das Ofenfutter in dem Bereich befindet, in dem der zu zersetzende Kohlenwasserstoff eingespritzt wird, ist es im allgemeinen erwünscht, den Ölstrom beim Durchtritt durch die Ofenwand thermisch abzuschirmen, um Koksablagerungen in den Ölzuleitungen zu vermeiden.
  • Eine für den vorliegenden Zweck gut geeignete Zerstäubungsvorrichtung ist in Fig. 5 wiedergegeben. Sie besteht in der Hauptsache aus dem zylindrischen, beiderseits geschlossenen Außenmantel 24, der so lang ist, daß er durch die Wand des Reaktionsgefäßes hindurchführt und noch darüber hinausragt. Die Zerstäuberdüse 25 führt durch das innere Ende dieses Mantels, mit dem es dicht verschweißt ist, um ein Eindringen der Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser, in den Ofen zu vermeiden. Diese Flüssigkeit gelangt durch das Rohr 26 an das innere Ende des Mantels und verläßt diesen durch die Leitung 27. Das Hilfsgas, z. B. Wasserdampf oder Luft, wird der Zerstäuberdüse durch das Rohr 28 zugeführt, und der zu zersetzende Kohlenwasserstoff gelangt durch die ringförmige Zuleitung 29 in flüssiger Form zur Zerstäuberdüse.
  • Zerstäubungsvorrichtungen der eben beschriebenen Art können mit Vorteil auch zum Versprühen des Heizöls angewendet werden. Für gewöhnlich ist in diesem Fall allerdings die Wasserkühlung nicht notwendig. Zur Erzielung bester Ergebnisse sollten jedenfalls, wie bereits erwähnt, Einrichtungen vorgesehen sein, um den Sprühstrahl des Heizöls durch einen ringförmigen Luftstrom nach außen hin abzuschirmen.
  • Beim Arbeiten nach dem vorliegenden Verfahren wird in jede der längeren Verbrennungskammern im äußeren, erweiterten Abschnitt ein feinzerstäubter Heizölstrahl axial eingespritzt. Die Zerstäuberdüse für das Heizöl kann mit Vorteil mit der Innenfläche des Verschlußstückes 16 bündig abschließen; sie kann aber auch etwas in die Verbrennungskammer hineinragen. Vorzugsweise endet diese Zerstäuberdüse dann ungefähr in der Ebene der Achsen der Luftzuführungen 23.
  • Bei Verwendung eines verhältnismäßig schweren und viskosen Heizöls kann es oft von Vorteil sein, das Öl so weit vorzuwärmen, daß es praktisch vollständig und gleichmäßig zerstäubt werden kann, wofür Temperaturen von etwa 200 bis 230° C gewöhnlich ausreichen. Es können jedoch auch höhere Temperaturen bis zu 315°C angewendet werden. Das Öl wird mit verhältnismäßig niedrigem Druck, etwa im Bereich von ungefähr 0,14 bis ungefähr 0,70 atü, zugeführt. Als Hilfsgas läßt sich mit Vorteil gesättigter oder überhitzter Wasserdampf verwenden. Dampftemperaturen von etwa 100 bis 150°C erwiesen sich als ausreichend. Luft ist als Hilfsgas vorzuziehen, und bei ihrer Verwendung in derartiger Weise wird sie mit Vorteil vorerhitzt, um die Zerstäubung des Öls zu begünstigen. Der Druck, mit dem sie zur Anwendung gelangt, sollte nicht unter 2,8 atü liegen. Der optimale Anteil des Hilfsgases schwankt, in erster Linie von der Art des Heizöls bestimmt, innerhalb verhältnismäßig weiter Grenzen.
  • Die Hauptmenge der für die vollständige Verbrennung erforderlichen Luft wird durch die Leitungen 23 tangential eingeführt. Der Anteil der in dieser Weise zugeführten Luft kann etwas schwanken, wie weiter unten erläutert wird; die gesamte Luftmenge indessen, die durch die Leitungen 23 und 22 eingeführt wird, sollte die Menge etwas übersteigen, die zur vollständigen Verbrennung des in die Kammer eingeführten Öles theoretisch erforderlich ist.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß die durch die Leitungen 23 zugeführte Verbrennungsluft vorteilhafterweise unter verhältnismäßig niedrigem Druck angewendet wird, der um nicht mehr als 0,14 atü über dem Atmosphärendruck liegt, so daß es möglich ist, diese Luft mit Hilfe der verhältnismäßig wohlfeilen, handelsüblichen Zentrifugalgebläse unter Vermeidung der Kosten für eine Luftkompressionsanlage zuzuführen.
  • Die durch die Leitung 23 eingeführte Luft nimmt unter Bildung einer langsam rotierenden Luftschicht einen spiralförmigen Weg entlang der Innenwand der Verbrennungskammer, bis sie sich endlich mit dem zerstäubten Heizöl vermischt. Die koaxial eingeführte Luft unterstützt die Führung des Ölnebels zu der spiralig rotierenden äußeren Luftschicht, wodurch vermieden wird, daß Öltröpfchen von dem rotierenden Luftstrom aufgenommen und durch die Zentrifugalkraft an die Wand der Kammer geworfen werden und so die Bildung einer Koksschicht verursachen. Sie dient auch zur Auffüllung der Zone niedrigen Drucks, die sich der Achse der Kammern anschließt, und zur Steigerung der Turbulenz entlang der Wand der Kammer besonders in dem Bereich, in dem sich der koaxiale Luftstrom so weit ausgebreitet hat, daß er mit dem äußeren spiralförmigen Luftstrom in Berührung kommt. Diese Wirkung unterstützt weiterhin die Vermeidung der Koksbildung an den Wänden der Verbrennungskammer. Der koaxiale Luftstrom verhindert auch eine zu starke Erwärmung der Zerstäuberdüse.
  • Eine weitere wichtige Forderung vorliegender Erfindung ist, daß die Verbrennung des Heizöls vollständig oder doch nahezu vollständig sein muß, bevor die Gase die Verbrennungskammer verlassen. Die spiralförmig entlang der Kammerwände strömende Luftschicht verhindert erfahrungsgemäß das Abscheiden von Koks in der Verbrennungskammer. Wenn jedoch diese Kammer nicht die für die vollständige Verbrennung erforderliche Länge besitzt, so bewirken die diese Kammer verlassenden Gase eine rasche Koksabscheidung an der Wand des Reaktionsgefäßes. Es zeigte sich, daß zur Vermeidung einer derartigen Koksabscheidung im Reaktionsgefäß die Verbrennung mindestens zu 90 % abgelaufen sein muß, bevor die heißen Gase aus der Verbrennungskammer austreten. Um dies beim praktischen Arbeiten zu erreichen, sollte die Verbrennungskammer mindestens etwa @0 cm, vorzugsweise ungefähr 122 cm lang sein. Wenn die Verbrennung bis zu diesem Ausmaß in der Verbrennungskammer vor sich geht, kann sie im erweiterten Ende der Reaktionskammer, bevor die Gase mit dem zu zersetzenden Kohlenwasserstoff zusammentreffen, vollständig werden.
  • Auf Grund dieser Anordnung ist es möglich, bei dem vorliegenden Verfahren verl.ältni:rräßig preisgünstige Rückstände der Petroleumraffination, z. B. Schwer- cder Bunkeröle, ohne Schwierigkeiten als Heizmaterial zu verwenden. Derartige Heizmaterialien konnten bisher bei den Prozessen der vorliegenden Art nicht verwendet werden, da sie zu einer übermäßigen Koksbildung und zu einer Minderung der Qualität des hergestellten Aktivrußes führten.
  • Wie schon bemerkt, kann auch für das Versprühen des Heizöls ein Zweistromzerstäuber, ähnlich dem nach Fig. 5, verwendet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß es in den meisten Fällen vorteilhafter ist, eine Zerstäubungsvorrichtung der in Fig. 2 gezeigten Art zu verwenden, bei der das Heizöl und das Hilfsgas vor dem Einführen in die Verbrennungskammer miteinander vermischt werden, da bei dieser Anordnung die Zerstäubung sowohl mit Luft als auch mit Wasserdampf als Hilfsgas zufriedenstellender vor sich geht. Jedenfalls ist es im allgemeinen erwünscht, das Heizöl zu filtrieren, bevor es der Mischkammer oder der Zerstäuberdüse zugeführt -wird, um einem Verstopfen vorzubeugen. Das erfindungsgemäße Verfahren sei durch die folgenden typischen Arbeitsbeispiele weiter erläutert, die in einer Vcrrichtung durchgeführt werden, die im wesentlichen der in den Zeichnungen wiedergcgcbenen Anlage entsprach.
  • Bei der besonderen Verrichturg, die zur Eurchführung der zur Erläuterung dienenden Probeläufe verwendet wurde, war das Mittelstück des Reaktionsgefäfes ungefähr 20 cm weit und ungefähr 213cm lang und dessen erweiterteZone auf der derStrömung entgegengesetzten Seite ungefähr @0 cm weit und ungefähr 18 cm lang. Die heißen Gase wurden in zwei symmetrisch angeordneten Verbrennungskammern (s. Zeichnung) erzeugt. Deren Mittelstück war ungefähr 15 cm weit und ungefähr 122 cm lang, die erweiterte äußere Zone dieser Kammern hatte bei einem Durchmesser von ungefähr 25 cm eine Länge von ungefähr 10 cm. Das Heizöl wurde durch ein Rohr von 0,635 cm Weite eingespritzt, nachdem es mit Preßluft vermischt worden war. Dieses Rohr war an seiner Mündung mit einer Zerstäuberdüse der üblichen Art versehen, und Rohr und Düse waren von einem ringförmigen Luftstrom umgeben, der durch ein 3,8 cm weites Rohr der Verbrennungskammer zugeführt wurde. Der zu zersetzende Kohlenwasserstoff wurde, wie aus der Zeichnung zu entnehmen ist, durch sechs symmetrisch angeordnete Zweistromzerstäubungsvorrichtungen eingespritzt, die so angeordnet waren, daß ihre Achsen in einer gemeinsamen Ebene lagen, die 40,6 cm hinter der verbreiterten Zone des Reaktionsgefäßes lag.
  • Die -weiteren Arbeitsbedingungen sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:
    Betriebsbedingungen der Verbrennungskammer Versuchsnummer
    1 1- 2 I 3
    Tangential eingeführte Luft, m3/Stunde ............. 1132,7 1118,5 1118,5
    Um die Zerstäuberdüse axial eingeführte Luft, m3/Stunde 0 14,2 i 14,2
    Heizölzuführung, 1/Stunde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75,7 75,7 75,7
    Heizöltemperatur, °C .............................. 121,1 176,7 normal
    Hilfsgas .......................................... Wasserdampf Luft Luft
    Hilfsdruck, atü .................................... 6,33 2,81 2,81
    Hilfstemperatur, °C ......................... ... .. . 354,4 normal 218,3
    Stellung der Zerstäuberdüse - Abstand von der Ein-
    gangsseite in cm .................... . ........... 1,91 8,9 8,9
    Einführung des zu zersetzenden Öls
    Ölzufuhr, l/Stunde ............................... 189,3 196,8 204,4
    Hilfsgas ................... . .................... gesättigter Wasserdampf
    Hilfsdruck, atü .................................. 6,33 6,33 3,52
    Ausbeuten
    bezogen auf den Gesamtölverbrauch, kg/1 .......... 0,310 0,344 0,274
    bezogen auf das zur Zersetzung vorgesehene Öl, kg/1 . . 0,434 0,476 0,376
    Ruß-Eigenschaften
    Farbe - ABC .................................. 129 124 116
    Ölabsorption, l/100 kg ............................ 143,5 128,5 126,9
    Die vorstehenden Verbrennungs- und Einführungsbedingungen des zu zersetzenden Öls beziehen sich auf den Gesamtumsatz; die tangential eingeführte Luft verteilt sich gleichmäßig auf die vier tangentialen Luftzuführungen 23, die axial zugeführte Luft und die Heizölzufuhr verteilen sich ebenfalls gleichmäßig auf die beiden Verbrennungskammern 14, und das zur Zersetzung vorgesehene Öl verteilt sich auf die sechs hierfür vorgesehenen Einspritzdüsen. Es ist selbstverständlich, daß sich die Erfindung nicht auf die oben beschiebene Vorrichtung mit ihren spezieller Dimensionen und Verhältnissen beschränkt, sondern daß sie auch Vorrichtungen verschiedener Kapazitäten, Größen und Größenverhältnisse und deren Verwendung im Sinne der Patentansprüche einschließt. Der Durchmesser des Hauptteils der Verbrennungskammern kann z. B. je nach der Länge von etwa 10 cm bis ungefähr 30 cm schwanken. Obwohl diese Erfindung von besonderem Nutzen ist, wenn der Wunsch oder die Notwendigkeit besteht, einen schweren Petroleumrückstand als Heizöl zu verwenden, ist ihr besonderer Vorteil die Anpassungsfähigkeit gegenüber den verschiedenen zur Verwendung gelangenden Heizöltypen. Sie erlaubt die Verwendung jedes beliebigen Typs flüssiger Öle oder Rückstände. Das bei den angeführten Versuchen verwendete Heizöl war ein schwerer Petroleumrückstand, der als Heizöl Nr. 6 im Handel ist und die folgenden Eigenschaften zeigt: Brechungsindex ................... 1,576 Spezifisches Gewicht (15,5°C/15,5°C) 0,9465 (= A.P.I.-Dichte 18,0) Asphaltgehalt ... . . ..... ... . .... ... 8,0 Viskosität Saybolt-Sekunden bei 37,8°C ..... 4500 Saybolt-Sekunden bei 98,8°C ..... 245 Wenn Luft auch axial eingeführt wird, so kann das Mengenverhältnis dieser zur tangential eingeführten Luft innerhalb eines weiten Bereiches schwanken. So war es z. B. möglich, bis zu einem Drittel der gesamten für die Verbrennung vorgesehenen Luftmenge durch die ringförmigen Eintrittsöffnungen 21 als Luftstrahl einzuführen, der die eingespritzten Ölnebel umhüllt.

Claims (10)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Aktivruß durch Zersetzen von Kohlenwasserstoffen, wobei der zu zersetzende Kohlenwasserstoff gesondert als Sprühnebel direkt in einen Strom heißer Flammengase, die mit hoher Geschwindigkeit in spiralförmiger Bahn durch ein längeres, wärmeisoliertes Reaktionsgefäß strömen, eingeführt wird, sich rasch mit diesen vermischt und durch die von den heißen Gasen aufgenommene Wärme unter Bildung einer Aktivrußsuspension zersetzt wird, die am Ende des genannten Reaktionsgefäßes zur Abscheidung und Sammlung des Aktivrußes abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein flüssiges Heizmaterial in einem Sauerstoff enthaltenden Gas gesondert verbrannt wird, indem das Heizmaterial in eine zylindrische Verbrennungskammer, deren Länge wesentlich größer ist als ihr Durchmesser,. von einem Ende her axial eingespritzt wird, während am gleichen Ende der Verbrennungskammer Luft praktisch tangential eingeblasen wird, wobei sich Luft und Heizmaterial vermischen und wobei das Heizmaterial auf seinem Wege durch die Verbrennungskammer unter Bildung eines heißen, praktisch kein unverbranntes Heizmaterial mehr enthaltenden Gasstromes von hoher Geschwindigkeit praktisch vollständig verbrennt, wonach der Strom heißer Gase tangential in das Reaktionsgefäß eintritt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbrennungskammer zugleich ein ringförmiger Luftstrom koaxial zu dem Strahl des Heizmaterials eingeführt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die tangential in die Verbrennungskammer eintretende Luft mit einem Druck von ungefähr 0,14 atü zugeführt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizmaterial ein hochviskoser Petroleumrückstand ist, der vor dem Einführen in die Verbrennungskammer auf eine Temperatur von 204 bis 316°C vorgewärmt wurde.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung der heißen Gase mindestens zu 90 °/o vollständig ist, bevor diese dem Reaktionsgefäß zugeführt werden.
  6. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein längeres, wärmeisoliertes Reaktionsgefäß zylindrischer Form, dessen Ausgangsseite zum Anschluß an eine Kühl- und Sammelvorrichtung eingerichtet ist, mindestens eine längere, praktisch zylindrische Verbrennungskammer, die mit ihrem offenen Ende tangential in den vordersten Teil des genannten Reaktionsgefäßes einmündet, während das andere Ende verschlossen ist, die an ihrem äußeren Ende eine erweiterte Zone aufweist, deren Durchmesser ihre Länge wesentlich übersteigt, und die mit Vorrichtungen versehen ist, um mindestens einen Luftstrahl tangential in die genannte erweiterte Zone einzublasen, eine Heizöleinführung, die durch das äußere Verschlußstück der Verbrennungskammer geführt ist und praktisch axial in diese hineinragt, und durch Einspritzvorrichtungen, mit deren Hilfe der zu zersetzende Kohlenwasserstoff praktisch radial in das Reaktionsgefäß eingeführt werden kann und die in dessen vorderen Teil, und zwar im Bereich hinter dem Anscbluß der Verbrennungskammer, einmünden.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die am äußeren Ende befindliche Einführung für das Heizmaterial mit einer ringförmigen Düse zur Einführung von Luft umgeben ist. B.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Verbrennungskammern symmetrisch zum Reaktionsgefäß angeordnet sind.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verbrennungskammer an ihrem äußeren Ende mit mindestens zwei zur verbreiterten Zone dieser Kammern symmetrisch angeordneten tangentialen Luftzuführungen versehen ist.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch eine Verbrennungskammer, die bei einem Durchmesser von nicht mehr als etwa 30 cm etwa 90 bis etwa 122 cm lang ist. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 782101.
DEC17024A 1957-07-11 1958-06-18 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Aktivruss Pending DE1083001B (de)

Applications Claiming Priority (4)

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