DE1225792B

DE1225792B - Verfahren zur Herstellung von Ofenruss

Info

Publication number: DE1225792B
Application number: DEP31817A
Authority: DE
Inventors: Joseph Charles Krejci
Original assignee: Phillips Petroleum Co
Current assignee: Phillips Petroleum Co
Priority date: 1962-06-28
Filing date: 1963-05-16
Publication date: 1966-09-29
Also published as: GB1048834A; NL292683A; BR6343864D0; US3307911A; ES287160A1

Description

Verfahren zur Herstellung von Ofenruß Bei der überwachung und Steuerung der Eigenschaften von Rußen, die in Kautschuke eingemischt werden sollen, ist eine der wichtigsten Eigenschaften der Modul des fertigen Kautschukproduktes. Genau gesagt ist der »Modul« nicht eine Eigenschaft des Rußes selbst. Jedoch ist es in der Fachwelt üblich, von Ruß mit »hohem Modul«, »niedrigem Modul« und »normalem Modul« zu sprechen, als ob der »Modul« eine Eigenschaft des Rußes selbst wäre. Ganz allgemein gesagt werden Ofenruße gewöhnlich entweder als Ruße mit »normalem Modul« oder mit »hohem Modul« betrachtet, je nach dem Modulwert des besonderen in Erwägung gezogenen Rußes. Andererseits werden Channelruße im allgemeinen als Ruße mit »niederem Modul« betrachtet.
Trotz der weitverbreiteten und znehmenden Verwendung von Ofenrußen bei Anwendungen, die früher von Channelrußen erfüllt wurden, gibt es noch einige Verwendungszwecke, für welche gewisse Fachleute Channelruße als überlegen betrachten. Beispielsweise macht bei der Vestärkung von Naturkautschukprodukten und bei besonderen Anwendungen, beispielsweise bei nichtkreischenden, ruhig laufenden Reifen, der niedrige Modul der Channelruße diese für derartige Anwendungen besonders zweckmäßig. Es wäre daher wünschenswert, für dieses Sachgebiet einen Ofenruß bereitzustellen, dessen Eigenschaften, insbesondere die Modulmerkmale, denjenigen von Channelruß vergleichbar wären. Dieses Bedürfnis besteht um so mehr im Hinblick auf die Tatsache, daß Channelruße immer teurer werden und wegen der wachsenden Kosten des Naturgasrohmaterials, aus welchem sie hergestellt werden, für den Markt zu teuer werden. Die vorliegende Erfindung liefert einen derartigen Ofenruß, der, da er im Vergleich zu den üblicherweise nach Ofenverfahren hergestellten Rußen einen niederen Modul hat, hier als modifizierter Ofenruß oder als ein Ofenruß mit niedrigeren als normalen Moduleigenschaften nach Einmischen in Kautschuk bezeichnet wird.
Es ist bekannt, daß Ofenruß mit Moduleigenschaften in Kautschuk, die demjenigen von Channelruß vergleichbar sind, durch Einführen einer Alkaliverbindung oder von Alkalimetall in die Reaktionszone oder den Reaktionsabschnitt eines Ofenrußproduktionsofens hergestellt werden können. Jedoch sind Ofenruße, die auf diese Weise hergestellt sind, schwierig zu verarbeiten oder in Kautschuk einzumischen. Wenn ein derartiger Ofenruß einem Kautschuk auf dem Mischwalzwerk oder dem Kalander zugesetzt wird, so ist eine außerordentlich hohe Kraft oder eine außerordentlich lange Walzzeit nötig, um den Ruß richtig in den Kautschuk einzubringen.
Die vorliegende Erfindung soll die obengenannten Schwierigkeiten beseitigen und einen leicht verarbeitbaren Ofenruß liefern, der in Kautschuk Modulmerkmale aufweist, die denjenigen von Channelruß vergleichbar sind und der daher zum Ersatz des teuereren Channelrußes bei vielen Anwendungen verwendet werden kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ofenruß durch thermische Zersetzung einer flüssigen Kohlenwasserstoffbeschickung in einem Ruß liefernden Ofen unter Rußherstellungsbedingungen, wobei bei diesem Verfahren die gewünschte Qualität von zumindest einer Eigenschaft dieses Rußes durch Einführen einer Alkaliverbindung oder von Alkalimetall in die rußbildende Reaktionszone dieses Ofens angepaßt wird, indem in diesem Ofen eine Menge der Alkaliverbindung bzw. Alkalimetall eingeführt wird, die nur ausreicht, daß ein Teil dieser gewünschten Qualitätsanpassung bewirkt wird und daß der so erzeugte Ruß so lange in der Reaktionszone dieses Ofens gehalten wird, daß die restliche Einstellung der gewünschten Qualität bewirkt wird. Diese Zeitspanne ist länger als die zur Erzielung eines teerfreien Rußes notwendige Zeit.
Der tatsächliche Modulwert, der einem Kautschuk durch einen gegebenen Ruß verliehen wird, hängt von der Art des Kautschukes ab, in den der Ruß eingemischt wird. So verleiht beispielsweise ein gegebener Ruß an sich Naturkautschuk und einem synthetischen Kautschuk unterschiedliche Modulwerte, wenn er darin eingemischt wurde. Jedoch läßt sich ganz allgemein sagen, daß ein Ruß, - der Naturkautschuk einen hohen, normalen oder niederen Modulwert verleiht, auch einem synthetischen Kautschuk einen hohen, normalen oder niederen Modulwert verleiht. So verleihen beispielsweise im Handel erhältliche Ofenruße, unter geringer Abhängigkeit von den Ausgangsmaterialien, aus welchen sie hergestellt sind, nach Einmischen in Naturkautschuk diesem üblicherweise einen »normalen« 300%-Modulwert im Bereich von 112 bis 155 kg/em2 (1600 bis 2200 psi). Bei einigen synthetischen Kautschuken, beispielsweise SBR-1000, liegen die entsprechenden »normalen« 300 %-Modulwerte in der Größenordnung von 85 bis 112 kg/cm2 (1200 bis 1600 psi). Jedoch dürften einige Fachleute diese Werte als hoch betrachten, insbesondere bei der oberen Grenze der angegebenen Bereiche, je nach dem besonderen Verwendungszweck für den gemischten Kautschuk. Für einen typischen Channelruß, wie beispielsweise den leicht verarbeitbaren Channelruß, der für den Vergleich in der weiter unten angegebenen Tabelle IB verwendet wurde, liegt der »normale« 300 %-Modulwert bei Naturkautschuk in der Größenordnung von 85 bis 112 kg/cm2 (1200 bis 1600 psi), und bei einigen synthetischen Kautschuken, beispielsweise SBR-1000, liegt er in der Größenordnung von 56 bis 85 kg/cm2 (800 bis 1200 psi).
Die erfindungsgemäß hergestellten Ofenruße zeichnen sich durch niedrigere als normale Moduleigenschaften in Kautschuken aus, d. h., diese Ofenruße verleihen Kautschuk Modulwerte, die niedriger sind, als sie normalerweise von einem Ofenruß, der aus dem verwendeten Ausgangsmaterial hergestellt ist, zu erwarten wären. Das Ausgangsmaterial kann so beschaffen sein, daß es ohne Anwendung der vorliegenden Erfindung gewöhnlich einen Ruß mit hohem Modul ergäbe, oder das Ausgangsmaterial kann so beschaffen sein, daß es normalerweise einen Ruß von normalem Modul liefert. Es liegt auch im Erfindungsbereich, Ruße mit niedrigerem als normalem Modul aus Beschickungen herzustellen, die üblicherweise einen Ruß ergeben, der gewöhnlich als Ruß mit niederem Modul betrachtet wird. Auf jeden Fall zeichnet sich der erfindungsgemäß hergestellte Ruß durch einen niedrigeren Modul in Kautschuk aus, als er aus der verwendeten Beschickung zu erwarten wäre.
Daher bedeutet in der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen, falls nichts anderes angegeben ist, der Ausdruck »niedrigerer als normaler Modul«, wenn er auf einen Ofenruß angewendet wird, einen Ofenruß, der nach Einmischen in Kautschuk diesem einen Modul verleiht, der niedriger ist, als er für einen aus der besonderen verwendeten Beschikkung hergestellten Ruß zu erwarten wäre.
Die Alkaliverbindung, die bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann irgendeins der Alkalimetalle Natrium, Kalium, Lithium, Rubidium, Caesium oder Francium oder ein Gemisch davon sein. Die Alkalimetalle können auch in elementarer Form angewendet werden, jedoch werden wegen der leichteren Handhabung in der Regel deren anorganische oder organische Verbindungen vorgezogen.
Die Alkaliverbindung kann in den Reaktionsabschnitt des Rußofens in beliebiger Form, beispielsweise fest, flüssig oder dampfförmig eingeführt werden, sie kann in einem Träger, wie beispielsweise Wasser oder anderen wäßrigen Medien, organischen Medien einschließlich von Lösungsmitteln und dem Kohlenwasserstoffrohmaterial, aus welchem der Ruß hergestellt werden soll, gelöst oder suspendiert oder in Dämpfen oder Gasen wie der Verbrennungsluft oder den Brennstoffgasen, die im Ofen verbrannt werden, um die zur thermischen oder pyrolytischen Zersetzung der Kohlenwasserstoffbeschickung nötige Hitze zu liefern, suspendiert werden.
Zu Beispielen anorganischer Alkaliverbindungen, die bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, gehören die Chloride, Sulfate, Nitrate, Carbonate, Bromide und Jodide.
Zu Beispielen organischer Alkaliverbindungen, die bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, gehören die Acetate, Naphthenate, Oleate, Lanolate, Salze von organischen Säuren einschließlich von Fettsäuren und die Metallalkyle.
Die Menge der oben beschriebenen Alkaliverbindungen, die in den Reaktionsabschitt des Rußherstellungsofens eingeführt wird; kann innerhalb ziemlich weiter Grenzen schwanken, je nach der genauen Art der angewandten Rußbildungsreaktion, dem besonderen verwendeten Alkali, den Eigenschaften des verwendeten Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterials und dem gewünschten Ausmaß an Qualitätsanpassung oder an Qualitätssteuerung, das im erzeugten Ruß erwünscht ist. Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung wird nur ein Teil der gewünschten Qualitätssteuerung oder -anpassung, beispielsweise die Herabsetzung des Moduls, durch Bildung des Rußes in Gegenwart dieser Alkaliverbindungen bewirkt. Es ist bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die verwendete Menge an Alkaliverbindungen immer geringer als diejenige, die normalerweise benutzt würde, wenn die gesamte Qualitätssteuerung oder -anpassung durch Bildung des Rußes in Gegenwart dieser Alkaliverbindungen bewirkt würde. Allgemein gesagt ist es gewöhnlich erwünscht, eine Menge dieser Verbindungen zu verwenden, die zumindest etwa 25% jedoch nicht mehr als etwa 75 % der erwünschten Qualitätssteuerung oder -anpassung bewirkt.
Da das Alkalimetall selbst der wirksame Bestandteil in den Alkaliverbindungen ist, gleichgültig, woran es gebunden ist, ist es zweckmäßiger, die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Mengen als Metall selbst auszudrücken. Bei Verwendung von Kalium oder einer kaliumhaltigen Verbindung liegt die verwendete Menge im allgemeinen im Bereich von 1 bis 200, vorzugsweise 2 bis 100, insbesondere 5 bis 75 Gewichtsteilen Kalium pro Million Gewichtsteilen Kohlenwasserstoffbeschickung. Es ist offensichtlich, daß diese angegebenen Zahlen entsprechend angepaßt werden, wenn das Kalium in gebundener Form vorliegt. Wenn beispielsweise Kaliumchlorid verwendet wird, das etwa 50 Gewichtsprozent Kalium enthält, dann würde der oben angegebene Bereich bei 2 bis 400, vorzugsweise 4 bis 200, insbesondere 10 bis 150 Gewichtsteilen pro Million liegen. Es wurde festgestellt, daß Kalium, Rubidium, Caesium und Franciuni. wirksamer sind als Natrium und Lithium. Beispielsweise wurde festgestellt, daß Kalium etwa 10mal so wirksam ist als Natrium und etwa 20mal so wirksam als Lithium. Wenn daher Natrium oder Lithium verwendet werden, so sollten die oben angegebenen, auf Kalium bezogenen Bereiche entsprechend erhöht werden. Die Bereiche, die alle Möglichkeiten für die Alkalimetalle einschließen, lägen demnach von 1 bis 4000, vorzugsweise 2 bis 2000, insbesondere 5 bis 1500 Gewichtsteilen Alkalimetall pro Million Gewichtsteilen Kohlenwasserstoffbeschickung.
Bei der bisherigen Herstellung von Ofenrußen ist es erwünscht und üblich, die Rußbildungsreaktion unmittelbar, nachdem der gebildete Ruß frei von teerigem Material geworden ist, abzuschrecken, d. h., wenn der Ruß in dem im Handel befinierten Sinn teerfrei geworden ist. Dies ist der Fall, wenn Proben des flockigen Rußes, die vom Ofenabgas abgetrennt und gesammelt wurden, beispielsweise im Abscheider 21 der Zeichnung, einen Elektrophotometerwert von zumindest 80, vorzugsweise 85 oder mehr, insbesondere 90 oder mehr, vor dem Pelletisieren aufweisen.
Bei der Durchführung des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Zeitspanne, welche der Ruß in dem Reaktionsabschnitt des Ofens unter Rußbildungsbedingungen gehalten wird, länger, als sie notwendig ist, um einen teerfreien Ruß zu ergeben. Bei der Bestimmung der Verweilzeit des Rußes im Reaktionsabschnitt des Ofens wird die Verweilzeit bis zum Abschreckpunkt für die Herstellung eines teerfreien Rußes, wie oben definiert, mit T1 bezeichnet. Bisher wird dies als normale Verweilzeit betrachtet. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch wird die Reaktion nicht an dem Punkt abgeschreckt, wo der Ruß teerfrei wird, sondern der Ruß wird für eine längere Zeitspanne im Reaktionsabschnitt gehalten, was eine Gesamtverweilzeit T2 ergibt. Daher kann hier die erhöhte Verweilzeit im Reaktionsabschnitt des Ofens als ein Verhältnis R=T2lT1 ausgedrückt werden, wobei T2 gleich der Gesamtzeit bis zum Abschrecken und T1 gleich der Zeit ist, in der beim Abschrecken ein teerfreier Ruß erhalten wird. Gewöhnlich liegt der Wert für R zwischen 1,5 und 9, vorzugsweise 2 bis 6. Anders ausgedrückt, wird bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Ruß nach der Bildung 1,5- bis 9mal so lange unter Rußbildungsbedingungen im Reaktionsabschnitt des Ofens belassen, wie zur Erzielung eines teerfreien Rußes notwendig wäre. Durch diese Erhöhung der Verweilzeit des Rußes im Reaktionsabschnitt des Ofens wird eine Änderung in den Härtungsmerkmalen des Rußes bewirkt.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Anwendung irgendeiner besonderen Art von Rußofen und/oder Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschränkt.
F i g. 1 zeigt eine Form einer Vorrichtung, die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann; F i g. 2 zeigt einen Querschnitt längs der Linie 2-2 von F i g. 1.
F i g. 1 zeigt in schematischer Form die allgemeine Konstruktion und die allgemeine Form einer gegenwärtig bevorzugten Art von Rußofen und die dazugehörige Vorrichtung, die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können. Der hier gezeigte Ofen ist allgemein als ein Ofen vom Vorverbrennungstyp bekannt. In F i g. 1 ist eine Reaktionskammer oder ein Reaktionsabschnitt dargestellt, der einen vorderen Teil 10 und einen hinteren Teil 10' aufweist sowie eine feuerfeste Auskleidung 11, die aus hochfeuerfestem Material wie Sillimanit, Aluminiumoxyd oder anderen, für diesen zweck geeigneten feuerfesten Materialien besteht. Eine Stahlhülle 12, die ein Isoliermaterial 13 enthält, umgibt diese feuerfeste Auskleidung. Der stromabwärts dem Ende zu gelegene Teil dieses Reaktionsabschnittes enthält einen erweiterten Teil 10', der eine erhöhte Verweilzeit unter Rußbildungsbedingungen ergeben soll, ohne die Länge dieses Reaktionsabschnittes übermäßig zu erhöhen. Es ist nicht notwendig, daß dieses Endteil 10' einen vergrößerten Durchmesser hat, wie dies gezeigt wird, es kann auch ein Ofen mit einem Reaktionsabschnitt der benötigten größeren Länge und mit konstantem Durchmesser verwendet werden, falls dies gewünscht ist. Bei einer Ausführungsform des hier gezeigten Ofens wies der am Anfang liegende Teil 10 des Reaktionsabschnittes einen Innendurchmesser von 30,5 cm und eine Länge von 3,35 m auf, und der am Ende liegende Teil 10' hatte einen Innendurchmesser von 45,7 cm und eine Länge von 3,05 m. Der Ofen hätte auch so gebaut werden können, daß er eine Gesamtlänge von 10,2 m bei 30,48 cm Innendurchmesser hätte. Die Verbrennungskammer 14 war 30,48 cm lang und hatte einen Durchmesser von 94 cm. Diese Dimensionen sind lediglich als Beispiel angegeben und können wie alle Dimensionen bei der praktischen Durchführung der Erfindung abgeändert werden. Wenn jedoch ein Ofen vom Vorverbrennungstyp verwendet wird, sollte die Verbrennungskammer 14 einen größeren Durchmesser aufweisen als der Reaktionsabschnitt 10.
Dieser Abschnitt 14 mit größerem Durchmesser ist im wesentlichen eine Verbrennungskammer, in welcher eine verbrennbare Mischung eines Gases, wie beispielsweise eines Naturgases, aus den Leitungen 32 und eines sauerstoffhaltigen Gases, wie beipielsweise Luft, von den Leitungen 33 verbrannt wird. Diese verbrennbare Mischung wird in die Verbrennungskammer 14 durch ein Paar Einlässe 15 eingespritzt, die so angeordnet sind, daß die Gase in diese Verbrennungskammer 14 in einer tangentialen Richtung zu der zylindrischen Wand derselben eintreten (F i g. 2). Nach fortgesetztem Einspritzen der verbrennbaren Mischung folgen die Flamme und die Verbrennungsprodukte einem spiralförmigen Weg zur Achse der Verbrennungskammer 14. Wenn die Spirale kleiner als der Durchmesser des Reaktionsabschnittes 10 wird, so ändert sich der Gasfiuß von einer Spirale zu einer Schraube und, diesem letzteren Muster folgend, gelangen die Gase in den Reaktionsabschnitt 10. Gewünschtenfalls kann ein flüssiger Brennstoff durch die Leitung 32 an Stelle des gasförmigen Brennstoffes eingeführt werden.
Kohlenwasserstoffgas oder -öl gelangt als Reaktionskomponente von einer nicht gezeigten Quelle durch einen Vorerhitzer, der ebenfalls nicht gezeigt ist, und endlich durch die Zufuhrleitung 16, die axial so angeordnet ist, daß die dadurch eingeführte Beschickung axial durch den Ofen gelangt. Diese Beschickungsleitung16 wird von einer größeren Leitung 17 umgeben, die ein »Luftmantel« genannt wird. Die Anordnung dieser Leitungen 16 und 17 ergibt einen rignförmigen Zwischenraum, durch welchen Luft, die von der Leitung 18 eingeführt wird, in den Ofen geleitet werden soll. Luft, die durch diesen ringförmigen Zwischenraum gelangt, wird als »Luftmantel« bezeichnet und soll das innere Ende der Beschickungsleitung 16 kühlen, um die Abscheidung von Ruß darin zu verhindern. Die abströmenden Gase, die Ruß suspendiert enthalten, gelangen vom Endteil 10' des Reaktionsabschnittes durch die Leitung 19 in die Rußabscheidungsvorrichtung 21, die hier als Zyklon gezeigt ist, die jedoch jede beliebige Art einer Vorrichtung zur Abtrennung von Feststoffen, wie beispielsweise Ruß, von Gasen sein kann. Gase, von welchen der Ruß entfernt wurde, treten aus dieser Abscheidungsvorrichtung 21 durch die Leitung 22 aus, und das Rußprodukt gelangt durch die Auslaßleitung 23 je nach Wunsch zur Verwendung oder weiteren Behandlung.
Entlang den Reaktionsabschnitten 10 und 10' sind eine Mehrzahl von Einlaßleitungen 24, 25, 25', 26, 27 und 27' für eine Abschreckflüssigkeit vorgesehen. Diese Einlaßleitungen sind für die Einführung einer Abschreckflüssigkeit, gewöhnlich Wasser in flüssiger Phase, in den Reaktionsabschnitt vorgesehen, um die Gase des Reaktionsgemisches rasch auf eine Temperatur unterhalb derjenigen abzuschrecken, bei welcher die Rußbildung stattfindet, vorzugsweise auf eine Temperatur von unterhalb etwa .1100° C. Die Abschreckeinlaßleitungen 26, 27 und 27' enthalten jeweils vier solche Einlässe (drei sind gezeigt), die um 90° versetzt rings um den Umfang des Abschnittes 10' angeordnet .sind. Die Abschreckeinlaßleitungen 24 und 25' weisen jeweils zwei solche Einlässe auf, die 180° zueinander um den Umfang des Abschnittes 10 angeordnet .sind, während die Einlaßleitung 25 nur einen Einlaß aufweist. Es kann jede behiebige Anzahl von Einlässen, die in jedem beliebigen geeigneten radialen Muster angeordnet sind, angewandt werden. Es ist zweckmäßig, wenigstens zwei Einlässe an jeder Stellung anzuordnen, um das Innere des Reaktionsabschnittes wirksamer abzuschirmen und daher die Reaktion wirksamer abzuschrecken. Jeder dieser Einlässe ist mit einer geeigneten Sprühdose (nicht gezeigt) am inneren Ende ausgestattet. Derartige Einlaßleitungen für die Abschreckflüssigkeit können an jedem gewünschten Punkt längs des Reaktionsabschnittes angeordnet sein. Der Ofen kann mit jeder gewünschten Zahl von derartigen Abschreckeinlaßleitungen, die in jedem gewünschten Abstand angeordnet sind, ausgestattet sein. Wie nachfolgend noch erläutert wird, hängt die besondere verwendete Einlaßleitung für das Abschrecken vom Ausmaß der gewünschten Qualitätskontrolle oder -anpassung beim Ruß gemäß der vorliegenden Erfindung ab.
Bei der Durchführung der Erfindung kann die Alkaliverbindung in den Reaktionsabschnitt des Ofens zusammen mit der Kohlenwasserstoffbeschickung in die Leitung 16, mit der tangentialen Brennstoffmischung durch die Öffnung der Leitung 15 oder direkt in den Verbrennungsabschnitt 14 oder direkt in den Reaktionsabschnitt 10 des Ofens durch eine geeignete Leitung 28, die in F i g. 1 gezeigt ist, wie sie zum Reaktionsabschnitt 10 führt, eingeführt werden. Wenn das alkalihaltige Material als Alkaliverbindung in Form eines Pulvers oder auch als feinzerteiltes elementares Metall verwendet wird, kann es in einer geeigneten Mischvorrichtung (nicht gezeigt) einheitlich direkt in der Kohlenwasserstoffbeschickung gelöst, dispergiert oder suspendiert werden, und die erhaltene Lösung, Dispersion oder Suspension kann zusammen mit der Beschickung durch die Leitung 16 eingeführt werden. Dieser feinzerteilte Feststoff kann auch in einem Träger dispergiert oder suspendiert werden, der dann einheitlich in der Kohlenwasserstoffbeschickung durch Einführen durch Leitung 29 aus dem Vorratsgefäß 31 verteilt wird. Dieses Vorratsgefäß 31 kann auch zur Herstellung von Lösungen von Alkaliverbindungen verwendet werden, die wasserlöslich sind oder die in organischen Lösungsmitteln wie Alkoholen, Äthers, Aceton u. dgl. löslich sind. Jedes geeignete Lösungsmittel kann für diesen Zweck verwendet werden. Diese Lösungen können dann durch die Leitung 29 in die Beschickungsleitung 16 eingeführt werden.
Da die Alkaliverbindung normalerweise in verhältnismäßig niederen Konzentrationen verwendet wird, ist es gewöhnlich vorteilhaft, sie in möglichst verdünnter Form einzuführen, um die Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Zugabegeschwindigkeit und eines gleichmäßigen Konzentrationsniveaus zu erleichtern. Daher wird es bevorzugt, die Alkaliverbindung in Form von verdünnten wäßrigen Lösungen oder ähnlich verdünnten organischen Lösungen oder in Form von organischen oder wäßrigen Emulsionen, die einheitlich in der Kohlenwasserstoffbeschickung verteilt werden können, einzuführen. Die bevorzugtesten Formen sind die wasserlöslichen Verbindungen oder Verbindungen, die in organischen Lösungsmitteln oder direkt in der Kohlenwasserstoffbeschickung löslich sind. Beispiele Eine Reihe von Versuchen wurde durchgeführt, bei welchen ein vorerhitztes aromatisches Konzentratöl axial in einen Rußofen eingeführt wurde, der im wesentlichen gleich dem in den Zeichnungen gezeigten war und die oben angegebenen Dimensionen aufwies.

Bei all den in diesen Beispielen durchgeführten Versuchen wurden die Betriebsbedingungen zu Vergleichszwecken weitgehendst gleichgehalten. Bei allen Versuchen betrug die tangentiale Luftgeschwindigkeit 6,37 - 106 m3/Std., die tangentiale Gasgeschwindigkeit betrug 0,425 - 10s m3/Std., und die Luftgeschwindigkeit im Mantel betrug 1,13 - 105 m3/Std. Die bei den Versuchen verwendeten aromatischen Konzentatöle waren gewöhnliche handelsübliche Beschickungen, die in bekannter Weise durch Extraktion von Kreislaufölen mit flüssigem Schwefeldioxyd, die bei der katalytischen Crackung von Gasöfen erhalten waren, hergestellt waren. Diese Öle hatten die in der Tabelle IA angegebenen Eigenschaften.

Tabelle IA

Ölbeschickungen

Eigenschaften Charge

A I B

Spezifisches Gewicht ° API .... 11,0 10,8

Vakuumdestillation, ° C,

bei 760 mm Hg, erster Tropfen 243 240

50/0 ..................... 292 290

100/0 ..................... 308 311

Tabelle I A (Fortsetzung)

Eigenschaften

A Charge

I B

20% ...................... 321 325

30% ...................... 338 342

40% ..................... 349 353

50% ..................... 361 365

60% ..................... 377 374

10% ..................... 404 391

80% ..................... 438 419

901/o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464(821)/o) 487

BMCI ...................... 90,4 90,5

Viskosität

SUS bei 38°C . . . . . . . . . . . . . 81,9 75,7

S.US bei 99° C . . . . . . . . . . . . 37,6 35,1

.Kohlenstoff, Gewichtsprozent 88,8 89,1

Wasserstoff, Gewichtsprozent 9,5 9,5

Schwefel, Gewichtsprozent . . 1,29 1,25

Kohlerückstand

(Bodensatz beim Pressen),

Gewichtsprozent ........ 1,61 1,00

BS&W, Volumprozent ...... 0,17 0,06

Tropfpunkt, ° C . . . . . . . . . . . 7,2 7,2

Bei Vergleichsversuchen wurde Ruß bei Abwesenheit von irgendeinem zugesetzten Material, das eine Alkaliverbindung enthielt und ohne Erhöhung der Verweilzeit über dasjenige Maß hinaus, das zur Erzielung eines teerfreien Rußes (90 Photelometer bei diesen Beispielen) notwendig ist, hergestellt. Bei anderen Vergleichswerten wurde Ruß in Gegenwart einer Alkaliverbindung, jedoch wieder ohne Verlängerung der Verweilzeit über das zur Erzielung eines teerfreien Rußes notwendige Maß hinaus erzeugt. Bei anderen Versuchen wurde die Alkaliverbindung weggelassen; doch die Verweilzeit des Rußes im Reaktionsabschnitt des Ofens wurde über die zur Erzielung eines teerfreien Rußes benötigte Zeit hinaus verlängert. Bei weiteren Versuchen wurde erfindungsgemäß Ruß in Gegenwart einer Alkaliverbindung hergestellt und dann einer verlängerten Verweilzeit über die zur Erzielung eines teerfreien Rußes hinaus benötigte Zeit unterworfen. Die noch nicht angegebenen Betriebsbedingungen, die Ausbeuten an Ruß und die Prüfungen der erzielten Ruße sind in der nachfolgenden Tabelle IB angegeben.

Proben dieser Ruße wurden mit Naturkautschuk gemäß ASTM D-1419-58T zu einer Reihe von Kautschukmischungen gemischt. Das bei der Herstellung dieser Kautschukmischungen verwendete Mischrezept war wie folgt:

Gewichtsteile

Nr. 1 Smoked Sheet . . . . . . . . . . . . . 100

Ruß ........................... 40

Stearinsäure .................... 3

Zinkoxyd .. ................... 5

Benzthiazyldisulfid ............... 0,6

Schwefel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,5

Diese Kautschukmischungen wurden jeweils zu einem fertigen Kautschuk durch 30minutiges Härten bei 145° C gehärtet. Die gehärteten Kautschukmischungen wurden gemäß Standard-Kautschukprüfverfahren, wie dies nachfolgend angegeben ist, untersucht. Die Ergebnisse der Prüfungen dieser gehärteten Kautschukmischungen sind auch in der anschließenden Tabelle IB angegeben.

Zu Vergleichszwecken wurde eine Probe eines im Handel erhältlichen leicht verarbeitbaren Channelrußes in eine Probe des gleichen Naturkautschukes, wie er zur Herstellung der Kautschukmischungen unter Verwendung der Versuchsruße aus den oben beschriebenen Beispielen erhalten wurde, eingemischt. Die diesen Channelruß enthaltende Kautschukmischung wurde auf die gleiche Weise wie die anderen Kautschukmassen gehärtet und geprüft.

Tabelle IB

Herstellung von Ruß

i 2 4-

Öl-Charge

Chargen-Nr. .............. ... ......... A A B A

zugesetzter KC1-Gehalt, ppm (mg/kg) . . . . . . . . . 0 50 0 50

Ofenbetriebsbedingungen

Ölbeschickungsgeschwindigkeit, 1/h . . .. ..... . . 947 948 946 945

Ölvorwärmtemperatur, ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . . 416 413 416 413

Länge des Reaktionsabschnittes, m . . . . . . . . . . . 1,34 1,34 3,35 -I-1,83 * 3,35 -i- 1,83

Verhältnis der Verweilzeiten T2/T, . . . . . . . . . . . 1,0 1,0 5,6 5,6

Rußprodukt

Ausbeute, g/1............................... 395 385 398 396

Photelometerwert .. . ... .. . . . ... .. . .. .. .. . 90 90 100 100

N2 Oberfläche, m2/g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118,7 121,4 150,2 145,2

Ölabsorption, cm2/g ......................... 1,33 0,96 1,50 0,92

pH ........................................ 9,85 9,85 9,7 8,8

Bewertung des Rußes im Kautschuk

Mooney-Wert M1-4 nach Mischen bei 100°C 75,2 74,2 73,8 75,6

300% Modul, kg/cm2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 103 115 81

Zugfestigkeit, kg/cm2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 328 309 321

Dehnung, 0/0 ............................... 520 590 580 620

Vernetzung 1) - 104, Mol/cms . . . . . . . . . . . . . . . . . 1,60 1,51 1,46 1,34

* 3,35 m des stromaufwärts liegenden Teils 10 plus 1,83 m des stromabwärts liegenden Teils 10' (s. F i g. 1).

Tabelle IB (Fortsetzung)

EPC

Chan-

5 6 7 8 nel-

ruß

Öl-Charge

Chargen-Nr. .............................. B B A A

zugesetzter KC1-Gehalt, ppm (mg/kg) . . . . . . . . 0 0 15 150

Ofenbetri.ebsbedingungen

Ölbeschickungsgeschwindigkeit, 1/h ........... 796,5 665 948 957

Ölvorwärmtemperatur, ° C . . . . . . . . . . . . . . . . . 416 416 416 416

Länge des Reaktionsabschnittes, m . . . . . . . . . . . 3,35 -h 1,83 "` 3,35 -!-1,83 1` 3,35 + 1,83 @` 1,22

Verhältnis der Verweilzeiten T2/T1 . . . . . . . . . . 8,1 12,2 5,6 1-h

Rußprodukt

Ausbeute, g/1.............................. 337 276 383 407

Photelometerwert .... .... .. .. . . .. . . . ........ 100 100 100 94 100

N2 Oberfläche, m2/g . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192,2 266,5 148,5 125,4 114,0

Ölabsorption, cm3/g .. .. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . 1,42 1,41 1,08 0,85 0,9

PH ..........:........ .....:............ 8,9 7,1 9,5 9,5 4,5

Bewertung des Rußes im Kautschuk

Mooney-Wert M1-4 nach Mischen bei 100° C 76,8 79,8 77,0 77,2 79,2

300% Modul, kg/cm2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 80 1 93 80 89

Zugfestigkeit, kg/cm2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 293 303 421 304

Dehnung, % ..............................: 590 620 600 610 620

Vernetzung 1-) - 104, Mol/cm3 . . . . . . . . . . . . . . . . 1,23 0,94 1,42 1,45 1,25

3,35 m des stromaufwärts liegenden Teils 10 plus 1,83 m des stromabwärts liegenden Teils 10' (s. F i g.1).

In Tabelle I-B wurden die angegebenen Verhältnisse der Verweilzeiten wie folgt bestimmt. Bei den Versuchen 1 und 2 war der Einlaß für das zum Abschrecken dienende Wasser 1,34 m vom Einlaßende des Reaktionsabschhittes 10 entfernt. Da der Ruß aus diesen Versuchen einen Photelometerwert von 90 hatte, sind T1 und T2 beidesmal gleich und das Verhältnis R=T2/T1=1,0.

Bein Versuch 8 war der Einlaß für das zum Abschrecken verwendete Wasser 1,22 m vom Einlaßende des Reaktionsabschnittes 10 entfernt. Daher ist T2=4,0. Das Rußprodukt hatte einen Photelometerwert von 94, was zeigt, daß T1 etwas weniger als 4 und T2lT1 größer als 1 war. Da jedoch T1 in diesem Versuch nicht bestimmt wurde, wird T2lT1 als etwas größer als 1 (1-I-) angegeben.
Bei den Versuchen 3, 4 und 7 war der Einlaß für das zum Abschrecken dienende Wasser 1,83 m vom Eingang zum stromabwärts liegenden Teil 10' des Reaktionsabschnittes angeordnet: Da der stromabwärts liegende Abschnitt 10' des Reaktionsabschnittes 45,7 cm Innendurchmesser hatte im Vergleich zu 30,5 cm für den stromaufwärts liegenden Teil 10 des Reaktionsschnittes, entsprechen 30,5 cm (1 Fuß) des stromabwärts liegenden Teils 10' des Reaktionsabschnittes 69 cm (2,25 Fuß) des stromaufwärts liegenden Teiles 10 des Reaktionsabschnittes. Daher ist die gesamte wirksame Länge des Reaktionsabschnittes bis zur Einlaßstelle für das Abschreckwasser 3,35 m des stromaufwärts gelegenen Teiles 10 plus 4,11 m des stromabwärts gelegenen Teiles 10' oder insgesamt 7,47 m. Aus den Versuchen 1 und 2 war bekannt, daß 1;34 m des Reaktionsabschnittes notwendig waren, um einen Ruß zu ergeben, der einen Photelometerwert von 90 hat. Daher ist das Verhältnis R für die Versuche 3, 4 und 7 gleich R = T2/T1= 24,5/4,38 bzw. 7,47/1,34 = 5,6.
Bei den obigen Versuchen war der Vergleich der Verweilzeiten auf das Volumen des Reaktionsabschnittes bezogen. Dies ist möglich, da bei all diesen Versuchen die Mengen an Gas und Luft, die in den Ofen eingeführt wurden, gleich waren und die axiale Ölbeschickung im wesentlichen die gleiche war. Jedoch können die Verweilzeiten im Reaktionsgefäß auf zweierlei Weise abgeändert werden: Erstens durch Änderung des Volumens des Reaktionsabschnittes, d. h. durch Bewegen der Einlaßstelle für das Abschreckwasser, und zweitens durch Änderung des Verhältnisses von Luft zu Ölbeschickung. Bei den Versuchen 5 und 6 wurde die Verweilzeit im Reaktionsabschnitt erhöht, indem die Ölbeschickungsgeschwindigkeit herabgesetzt wurde. Der Einlaß für das Abschreckwasser lag an der gleichen Stelle wie in den Versuchen 3, 4 und 7, was das gleiche Volumen für den Reaktionsabschnitt ergab. Aus vorherigen Versuchen und aus Erfahrung mit der bei diesen Versuchen verwendeten aromatischen Ölbeschickung wurde geschätzt, daß die zur Erzielung eines Rußes vom Photelometerwert 90 notwendige Länge des Reaktionsabschnittes für den Versuch 5 91 cm und für den Versuch 6 60 cm betrug. Daher ergeben sich, bei derselben Berechnung für das Verhältnis R wie oben für den Versuch 5, ein R = T2/T1 =24,5/3 bzw. 7,47/0,91=8,1 und für Versuch 6 R=T2/T1=24,5/2 bzw. 7,47/0,60=12,2.
Beim Vergleich der in Tabelle I B angeführten Ruße aus den Versuchen 1, 2 und 8 mit dem leicht verarbeitbaren Channelruß, der als Kontrolle verwendet wurde, ergibt sich, daß man 150 ppm (mg/kg) KCl zu der Kohlenwasserstoffbeschickung zugeben muß, um einen Ruß zu erhalten, der in Kautschuk Eigenschaften hat, die mit Channelruß vergleichbar sind. Jedoch war der Ofenruß aus dem Versuch 8 hart in den Kautschuk einzuarbeiten und erforderte einen übermäßigen Kraftbedarf, um ihn dem Kautschuk einzuverleiben. Im Gegensatz dazu ergibt der Vergleich zwischen dem Ruß aus Versuch 4 und dem Ruß aus den Versuchen 2 und 8, daß bei Verwendung von nur 50 ppm (mg/kg) an Kaliumchlorid, d. h. eines Teils der im Versuch 8 verwendeten Menge, und durch Anwendung einer weiteren Qualitätskontrolle oder Abänderung des Rußes durch Erhöhen der Verweilzeit im Reaktionsabschnitt gemäß der vorliegenden Erfindung, Ruß erhalten wird, der in Kautschuk vergleichbare Eigenschaften mit dem leicht verarbeitbaren Channelruß hat. Außerdem war der Ruß aus diesem Versuch 4 leicht zu verarbeiten oder in den Kautschuk einzuarbeiten. Auch der Versuch 7 wurde unter Verwendung von nur 15 ppm (mg/kg) Kaliumchlorid gemäß der Erfindung durchgeführt und zeigt, daß bei einer Verweilzeit im Reaktionsgefäß von 5,6mal derjenigen Zeit, die zur Erzielung eines Rußes vom Photelometerwert 90 notwendig ist, etwa zwischen 15 und 20, vorzugsweise etwa 25 ppm (mg/kg) an Kaliumchlorid notwendig wären, um einen Ruß zu ergeben, der im wesentlichen den gleichen Modulwert wie der leicht verarbeitbare Channelruß hat.
Wenn man den Versuch 3 in den Vergleich der obigen Versuche mit einbezieht, ergibt sich, daß die Zunahme der Verweilzeit allein keinen Ruß ergibt, der in Kautschuk Eigenschaften aufweist, die mit denjenigen des leicht verarbeitbaren Channelrußes vergleichbar sind, wenn nicht die Verweilzeit auf eine untragbare Länge vergrößert wird. Die Versuche 5 und 6 wurden durchgeführt, um lediglich die Wirkung der erhöhten Verweilzeit zu zeigen. Bei diesen Versuchen wurde die Verweilzeit im Reaktionsabschnitt erhöht, indem die Ölbeschickungsgeschwindigkeit herabgesetzt wurde. Im Versuch 5 erniedrigt sich die Ausbeute auf 337 g Ruß pro Liter Ölbeschickung, und in Versuch 6 erniedrigt sich die Ausbeute auf 276 g Ruß pro Liter Öl, was zeigt, daß eine Qualitätskontrolle oder Abänderung der Bußeigenschaften im Kautschuk lediglich durch Erhöhung der Verweilzeit praktisch nicht durchführbar ist.
Die oben beschriebenen aromatischen Konzentratöle des Beispiels stellen ein gegenwärtig bevorzugtes Beschickungsmaterial für die Verwendung bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung dar. Jedoch können zu üblichen aromatischen Ölen, die bei der Herstellung von Ofenrußen verwendet werden, auch andere Öle als Extraktöle gehören, die durch Extraktion von Kreislaufölen mit flüssigem Schwefeldioxyd erzeugt sind. Typische Eigenschaften von gewöhnlichen aromatischen Ölen sind: Siedebereich 204 bis 538° C, BMCI 75 bis 130 und eine API-Schwere von etwa 0 bis 20°.
Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung solcher aromatischer Konzentratöle beschränkt. Andere Öle, wie beispielsweise Kerosin, Kohlenwasserstoffe im Siedebereich der Benzine, schwere oder leichte Naphthas oder Öle, die selbst schwerer als Kreislaufgasöle sind, können verwendet werden. Zu derartigen Kohlenwasserstoffmaterialien gehören Naturgas, und zwar entweder Trockengas, nasses oder rohes Naturgas, wie es aus einer Gasquelle kommt, oder Gas aus Benzinextraktionsanlagen oder Raffinerierückstandsgas. Auch Kohlenwasserstoffe, die schwerer als diese Gase sind, können als Beschickung verwendet werden, beispielsweise Butan, Pentan od. dgl. Ganz allgemein gesagt, können fast alle Kohlenwasserstoffe als Beschickung bei diesem Verfahren verwendet werden. Die Beschickung kann als Flüssigkeit durch eine Düse oder einen Zerstäuber eingeführt werden, jedoch ist es bevorzugt, mit einer Beschickung zu arbeiten, die als Dampf eingespritzt wird. Kohlenwasserstoffe aus anderen Quellen als Erdöl sind ebenfalls brauchbar, beispielsweise Niedertemperatur-Kohlengas, Kohlenteerdestillate, Bitumengase und -destillate. Diese Beschickungen können praktisch jede Art von Kohlenwasserstoffverbindung enthalten, beispielsweise gesättigte oder nicht gesättigte Kohlenwasserstoffe, Paraffine, Olefine, Aromaten, Naphthene oder irgendwelche andere Kohlenwasserstoffe, die zur Verfügung stehen.
Obwohl keinerlei Festlegung auf irgendeine Theorie vorgenommen werden soll, wird doch gegenwärtig angenommen, daß die Wirkung des Alkalizusatzes für die Abnahme der Moduleigenschaften des Rußes auf irgendeine Abänderung der Rußbildungsreaktion selbst zurückzuführen ist, die bewirkt, daß der Zusatz in oder auf dem Ruß zurückgehalten wird. Es wurde festgestellt, daß diese Zusätze während der Rußbildungsreaktion vorliegen müssen. Die Einführung dieser Zusätze am stromabwärts liegenden Ende der Reaktionszone ergibt wenig, wenn überhaupt irgendeine Wirkung auf den Ruß. Es wird jetzt angenommen, daß die Wirkung des Zusatzes auf irgendeine noch nicht genau bekannte Weise auf das Vorliegen der Alkaliionen im Reaktionsabschnitt des Ofens während der Bildung des Rußes zurückzuführen ist. Es wurde festgestellt, daß bei anorganischen Verbindungen die Art des anionischen Teils oder bei organischen Verbindungen die Art des organischen Teils nur in zweiter Linie wichtig ist. Daher scheint das Alkali selbst in irgendeiner aktiven Form während der Bildung des Rußes der erfindungsgemäß aktive Zusatz zu sein.
Ähnlich ist auch die Wirkung der Zunahme der Verweilzeit, wenn diese in Verbindung mit der Bildung des Ofenrußes in Gegenwart einer Alkaliverbindung gemäß der vorliegenden Erfindung vorgenommen wird, nicht völlig geklärt. Es kann möglich sein, daß das Vorliegen des Alkalis in ionischer oder irgendeiner anderen Form die Wirkung der Kohlendioxyd- und Wasserdämpfe in den Verbrennungsgasen auf den Ruß katalysiert und daher die Häitungseigenschaften dieses Rußes ändert. Auf jeden Fall zeigt ein Vergleich der Versuche 2, 3 und 4 mit dem Versuch 1, daß die vereinigte Wirkung der zwei Hauptmerkmale der vorliegenden Erfindung auf die Moduleigenschaften in Versuch 4, wo beide Merkmale angewandt wurden, größer ist als die Summe der Wirkung dieser Stufen, wenn sie einzeln in den Versuchen 2 und 3 angewandt wurden.
Der angeführte BMCI-Bezugsindex ist ein vom United States Bureau of Mines ausgearbeiteter Bezugsindex, der für die Benennung der aromatischen Natur eines Öls verwendet wird. Ein höherer numerischer Wert bezeichnet ein aromatischeres Öl. Der Index wird mittels der Formel berechnet, worin C.1. = Bureau of Mines correlation index, K = Durchschnittlicher Siedepunkt (° K) und G =spezifisches Gewicht bei 60° F/60° F bzw. 15,60 C/15,60 C bedeutet. Die Ölabsorption wird gemessen, indem Öl tropfenweise zu einer Probe von 1 g Ruß auf einem Mischstein oder einer Glasplatte zugesetzt wird. Nach jeder Zugabe wird das Öl gründlich mit der Spatel unter Anwendung von mäßigem Druck eingearbeitet. Es bilden sich kleine Kügelchen, die bei Zugabe von mehr Öl allmählich größer werden. Der Endpunkt, dem man sich bei Zugabe von jeweils nur einem Tropfen Öl nähert, ist erreicht, wenn sich eine einzige Kugel von steifer Paste gebildet hat. Die Ergebnisse werden als Kubikzentimeter Öl pro Gramm Ruß wiedergegeben oder in Gallon Öl pro 1001bs. Ruß bzw. Liter Öl pro 100 kg Ruß umgerechnet.
Der Photelometertest ist ein Maß des Teergehaltes und daher ein Maß der Qualität des Rußes. Der Teergehalt des Rußes wird bestimmt, indem 2 g Ruß mit 50 m3 Chloroform gemischt werden, die Mischung gekocht und filtriert wird und der Prozentsatz an Lichtdurchlässigkeit des Filtrates im Vergleich mit der Durchlässigkeit einer Blindprobe Chloroform gemessen wird. Der Vergleich wird vorzugsweise mit einem photoelektrischen Kolorimeter, wie beispielsweise einem Lumerton-Kolorimeter, bei einer Wellenlänge von 440 m#x, einer Lichtintensität von 20 und einer Zellenlänge von 1 cm durchgeführt. Ein teerfreier Ruß wird willkürlich als ein solcher definiert, der bei der Untersuchung von Proben, die nach dem Kömen genommen wurden, eine Durchlässigkeit von mehr als 85a/o nach diesem Verfahren zeigt. Das Körnen des flockigen Rußes (nicht beschrieben) nach den herkömmlichen Verfahren erhöht die Photelometerzahl um fünf Punkte oder mehr, beispielsweise von 80 auf 85. Manchmal wird Aceton an Stelle von Chloroform bei der Prüfung verwendet. Die Prozentdurchlässigkeit, die 85% mit Chloroform entspricht, liegt bei Aceton bei etwa 92'%. Das ursprüngliche Aceton oder Chloroform, das für den Versuch verwendet wird, sollte praktisch farblos sein. Wenn der Ausdruck »Photelometer« ohne Nennung des Lösungsmittels verwendet wird, dann ist das üblicherweise verwendete Lösungsmittel Chloroform angewandt.
In den obigen Tabellen bedeutet der Ausdruck »300% Modul, kg/cm2« den Zug in kg/cm2 beim Zugtest, wenn ein Prüfstück des vulkanisierten Kautschuks auf 300'% der Länge des ursprünglichen Prüfstückes gedehnt wurde. Der Ausdruck »Zugfestigkeit, kg/cm2« bedeutet die kg/cm2 Zug beim Zerreißen oder Brechen des Prüfstückes, das dem obenerwähnten 300°/o-Modultest unterworfen wird. Der Ausdruck »Dehnung« bedeutet die Dehnung oder Verlängerung beim Brechen. Alle die genannten Prüfungen wurden gemäß ASTM D 412-51 T durchgeführt, und zwar, falls nichts anderes angegeben ist, bei 26,7° C.
Die »Vernetzung« wird aus dem reziproken Quellungsvolumen und dem Gleichgewichtsmodul bestimmt, wie von P. J. F 1 o r y, J. R eh n e r jr., Journal of Chemical Physics, 11, S. 521 (1943), und P. J. F 1 o r y , Journal of Chemical Physics, 18, S. 108 (1950), beschrieben.
Der »Mooney-Wert ML-4 nach Mischen bei 100° C bzw. 212° F« wird gemäß ASTM D-927-57T unter Verwendung eines Mooney-Viskosimeters mit großem Rotor, 4 Minuten, bestimmt, falls nichts anderes angegeben ist.
Die Erfindung ist nicht auf irgendwelche besondederen Betriebsbedingungen des Ofens beschränkt. Alle geeigneten Bedingungen können verwendet werden. Im allgemeinen liegt die Temperatur im Verbrennungsabschnitt zwischen 1260 und etwa 1700° C, und die Temperatur im Reaktionsabschnitt liegt im Bereich von 1370 bis 1650° C. Das Volumenverhältnis von tangentialer Luft zu tangentialem Gas liegt im Bereich von 6,6 bis 20, und die Ölvorwärmtemperatur liegt im Bereich von 150 bis 455° C, je nachdem, ob das Öl als Flüssigkeit oder als Dampf eingeführt wird. Jedoch können auch andere zweckmäßige Arbeitsbedingungen außerhalb dieser Bereiche bei der Herstellung von besonderen Rußen mit besonderen Eigenschaften angewandt werden.
Zwar wurde die vorliegende Erfindung unter besonderem Hinweis auf die Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Ruße in Naturkautschuk beschrieben, jedoch ist die Erfindung selbstverständlich nicht darauf beschränkt. Erfindungsgemäß hergestellte Ruße können ebenso in verschiedene synthetische Kautschuke eingearbeitet werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von Ofenruß durch thermische Zersetzung eines flüssigen Kohlenwasserstoffes in einem Rußerzeugungsofen unter Rußbildungsbedingungen, wobei die gewünschte Qualität von mindestens einer Eigenschaft des Rußes angepaßt wird, indem der Ruß in Gegenwart einer Alkaliverbindung oder von Alkalimetall erzeugt wird, welche zusätzlich zu den von Natur aus in dem Kohlenwasserstoff gegebenenfalls enthaltenen Alkaliverbindungen in die Rußbildungszone des Ofens eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß 1. die Menge der Alkaliverbindung bzw. des Alkalimetalls geringer ist als die zur Durchführung der Anpassung der gewünschten Qualität im erzeugten Ruß ausreichende Menge und 2. die restliche Anpassung der genannten Qualität bewirkt wird, indem der so erzeugte Ruß über eine längere Zeitdauer in der Rußbildungszone des Ofens gehalten wird, als sie zur Erzielung eines im wesentlichen teerfreien Rußes erforderlich ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Alkaliverbindung bzw. das Alkalimetall in einer solchen Menge verwendet wird, daß 25 bis 75% der gewünschten Qualitätsanpassung bewirkt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kalium als Element oder in Form von Verbindungen verwendet wird, welches in einer Menge von 1 bis 200 Gewichtsteilen Kalium je 1 Million Gewichtsteile Beschickungssubstanz vorliegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der so erzeugte Ruß in der Rußbildungszone des Ofens über eine Zeitdauer gehalten wird, welche das 1,5- bis 9fache der zur Erzielung eines teerfreien Rußes notwendigen Zeitdauer beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Alkaliverbindung Kaliumchlorid verwendet wird, welches in der Kohlenwasserstoffbeschickung in Form einer wäßrigen Lösung in einer Menge von 2 bis 100 Gewichtsteilen, bezogen auf Kalium, pro Million Gewichtsteile Beschickungssubstanz dispergiert ist. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 3 010 794, 3 010 795; Industrial and Engineering Chemistry, Vol. 44 (1952), S. 2615 bis 2619.