DE1232298B

DE1232298B - Process for the production of carbon black

Info

Publication number: DE1232298B
Application number: DEC17257A
Authority: DE
Inventors: Charles Sheer; Samuel Korman
Original assignee: Continental Carbon Co
Current assignee: Continental Carbon Co
Priority date: 1957-07-26
Filing date: 1958-07-25
Publication date: 1967-01-12
Also published as: GB839816A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL:Int. CL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
File number:
Registration date:
Display day:

C©9cC © 9c

Deutsche Kl.: 22 f-3German class: 22 f-3

1232298
C17257IV a/22 f
25. Juli 1958
12. Januar 19671232298
C17257IV a / 22 f
July 25, 1958
January 12, 1967

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein gegenüber der Rußgewinnung mittels gewöhnlichem elektrischen Lichtbogen verbessertes Verfahren anzugeben, bei dem die Erzeugungsgeschwindigkeit wesentlich erhöht ist, d. h. die Rußausbeute in der Zeiteinheit und in bezug auf die aufgewendete Energiemenge vergrößert ist.The object of the invention is to provide an opposed to the soot extraction by means of ordinary electric arc to provide improved method in which the generation speed is significantly increased, d. H. the soot yield in the unit of time and in relation to the amount of energy used is enlarged.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein Hochstromkohlebogen benutzt wird, in dem Temperaturen von 7000 bis 10 000° C auftreten.According to the invention this is achieved in that a high-current coal arc is used in which temperatures between 7000 and 10 000 ° C.

Infolge der im Vergleich zum gewöhnlichen Lichtbogen höheren Temperatur des Hochstromkohlebogens kann die Rußausbeute in der Zeiteinheit und in bezug auf die aufgewendete Energie wesentlich erhöht werden. ¹SAs a result of the higher temperature of the high-current carbon arc compared to the normal arc, the soot yield in the unit of time and in relation to the energy used can be increased significantly. ¹ p

Das Einspritzen des Kohlenwasserstoffs kann auf vielerlei Wegen erfolgen, muß aber den natürlichen physikalischen Eigenschaften des Hochstromkohlebogens, der als Energiequelle dient, Rechnung tragen. Unter Einspritzen wird das Einführen der Atmo- zo Sphäre, die den Kohlenwasserstoff enthält, in die Nähe des sich rasch bewegenden Flammenbogens in solcher Weise verstanden, daß man den raschesten und wirksamsten Energieübergang von der Flamme auf den Kohlenwasserstoff erhält. In diesem Zusammenhang ist eine rasche Vermischung oder Diffusion des Kohlenwasserstoffs in die Flamme wie auch die Einführung des Kohlenwasserstoffs in Form eines umhüllenden Gasstroms vorteilhaft. Es wird deshalb vorgezogen, ein Mundstück oder eine Düse zu verwenden, wobei die Bogenflamme den Mittelteil bildet und der Kohlenwasserstoff so eingeführt wird, daß er in einem umgebenden Gasstrom koaxial fließt.The injection of the hydrocarbon can be done in many ways, but must be natural take into account the physical properties of the high-current carbon arc that serves as an energy source. Injection is the introduction of the atmosphere containing the hydrocarbon into the The proximity of the rapidly moving arc of flame is understood in such a way that one can see the fastest and receives the most efficient energy transfer from the flame to the hydrocarbon. In this context is a rapid mixing or diffusion of the hydrocarbon into the flame as well as the Introduction of the hydrocarbon in the form of an enveloping gas stream is advantageous. It will therefore preferred to use a mouthpiece or nozzle with the arc flame forming the central part and the hydrocarbon is introduced so that it flows coaxially in a surrounding gas stream.

Der eingespritzte Kohlenwasserstoff kann in Form eines Methangas enthaltenden Mediums, in Form von Naturgas oder Rohölrückständen vorliegen.The injected hydrocarbon can be in the form of a medium containing methane gas, in the form of of natural gas or crude oil residues.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird die Bogenflamme vorwiegend als eine Energiequelle benutzt, deren besondere Gestaltung und Eigenschaften einen Crackvorgang ermöglicht. Die Bogenflamme bewirkt keine Verbrennung oder chemische Reaktion irgendwelcher Art zwischen den primären Flammenbestandteilen und dem Kohlenwasserstoff. So wird die Energieübertragung vom Bogen auf den Kohlenwasserstoff nicht gehindert durch die widerstreitenden Erfordernisse und die Reaktionskinetik einer Konkurrenzreaktion, wie im Falle des herkömmlichen Verfahrens, wo die Zersetzungsenergie aus der Verbrennung eines Teils des Kohlenwasserstoffs entnommen wird. So kann im wesentlichen alle Energie, die vom Lichtbogenkrater aus über den elektrisch erzeugten Strahl des Elektrodendampfes abfließt, dazu Verfahren zur Herstellung von RußIn the method of the invention, the arc flame is used primarily as an energy source used, whose special design and properties enable a cracking process. The arc flame does not cause any combustion or chemical reaction of any kind between the primary flame components and the hydrocarbon. This is how the energy is transferred from the arc to the hydrocarbon not hindered by the conflicting requirements and the reaction kinetics of a competitive reaction, as in the case of the conventional process, where the decomposition energy comes from combustion a portion of the hydrocarbon is withdrawn. So can essentially all energy that flows from the arc crater via the electrically generated beam of electrode vapor, in addition Process for the production of carbon black

Anmelder:Applicant:

Continental Carbon Company,
New York, N. Y. (V. St. A.)Continental Carbon Company,
New York, NY (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,
München 27, Pienzenauer Str. 2Dr.-Ing. H. Ruschke, patent attorney,
Munich 27, Pienzenauer Str. 2

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Charles Sheer, Teaneck, N. J.;Charles Sheer, Teaneck, N. J .;

Samuel Korman, New York, N. Y. (V. St. A.)Samuel Korman, New York, N.Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

V. St. v. Amerika vom 26.JuIi 1957 (674 299)--V. St. v. America of July 26, 1957 (674 299) -

verwendet werden, die freie Bildungsenergie zu liefern, die zur Zersetzung des Kohlenwasserstoffs notwendig ist.can be used to supply the free energy of formation that is necessary for the decomposition of the hydrocarbon is.

Vorzugsweise wird der Kohlenwasserstoff in Form eines ringförmigen Stroms eingeleitet, der die Flamme völlig einhüllt, wobei in dieser Stellung der Kohlenwasserstoff die Energie der Bogenflamme durch Strahlung, Leitung und seitliche Diffusion wirksam absorbieren kann.The hydrocarbon is preferably introduced in the form of an annular stream which carries the flame completely envelops, whereby in this position the hydrocarbon absorbs the energy of the arc flame through radiation, Can effectively absorb conduction and lateral diffusion.

Die besonderen Vorteile liegen erstens darin, daß das Einführen des Kohlenwasserstoffs mit einer linearen Geschwindigkeit möglich ist, die leicht auf die Geschwindigkeit der Übertragung von Energie vom Lichtbogen her abgestimmt werden kann, so daß sie eine quantitative Absorption der notwendigen Zersetzungsenergie in einer Anlage von praktischen Ausmaßen erlaubt. Zweitens ermöglichen die ungewöhnlich hohe Geschwindigkeit und Temperatur eine große Massentransportgeschwindigkeit für die Kohlenwasserstoffdämpfe, so daß die Erzeugungsgeschwindigkeit eines einzigen Lichtbogens beträchtlich höher als die ist, die mit irgendeiner anderen herkömmlichen Quelle erzielt werden kann.The particular advantages are firstly that the introduction of the hydrocarbon with a linear speed is possible, which easily affects the speed of the transfer of energy can be tuned from the arc so that they have a quantitative absorption of the necessary Decomposition energy allowed in a facility of practical proportions. Second, allow the unusual high speed and temperature a high mass transport speed for the hydrocarbon vapors, so that the rate of generation of a single arc is considerably higher than that of any other conventional one Source can be achieved.

Die Zusammensetzung der Elektrode ist unwichtig. Es ist jedoch klar, daß die Kondensation der Anodendämpfe eine Verunreinigung im Enderzeugnis darstellen würde, wenn ein anderes festes Material als Kohlenstoff als Anode verwendet würde. Es wurde nun gefunden, daß sich die Dämpfe des Lichtbogens, wenn der Bogen in einem Vakuum oder einer inertenThe composition of the electrode is not important. It is clear, however, that the condensation of the anode vapors would constitute an impurity in the final product if a solid material other than Carbon would be used as the anode. It has now been found that the vapors of the arc, when the arc is in a vacuum or an inert one

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Atmosphäre unter Verwendung einer reinen Kohlenstoff-Anode unterhalten wird, schließlich in einer Form von Ruß niederschlagen, die im wesentlichen dem Erzeugnis gleich ist, das bei der Zersetzung des Kohlenwasserstoffs nach dem herkömmlichen Gewinnungsverfahren entsteht, auf das oben hingewiesen wurde. Weil Kohle das billigste und praktischste Material für die Elektrode ist, und weil die Kondensation des Elektrodendampfes nicht nur keine Verunreinigung hervorruft, sondern tatsächlich sogar die Ausbeute erhöht, wird das Verfahren mit Kohleelektroden durchgeführt.Is maintained using a pure carbon anode, eventually in an atmosphere Precipitate form of soot which is essentially the same as the product that is produced during the decomposition of the Hydrocarbon arises by the conventional recovery process, referred to above became. Because carbon is the cheapest and most practical material for the electrode, and because of condensation of the electrode vapor not only does not cause any contamination, it actually does If the yield increases, the process is carried out with carbon electrodes.

Der Lichtbogen könnte zur Erzeugung von Ruß ohne die Einführung irgendwelchen Kohlenwasserstoffs verwendet werden, indem man einfach eine reine Kolilenstoffelektrode in einer inerten Atmosphäre verdampft und das Erzeugnis sammelt. Das wäre allerdings nicht die bestwirkende Verwendung der der Elektrode zugeführten Energie, da die Energie, die der Lichtbogen abstrahlt, wenn er vom Krater wegströmt, dann verschwendet wäre, und das kann etwa 70 % der gesamten Energiezufuhr sein.The arc could produce soot without introducing any hydrocarbon can be used by simply placing a pure colloidal cloth electrode in an inert atmosphere evaporates and collects the product. However, that would not be the most effective use of the energy supplied to the electrode as the energy that the arc radiates as it leaves the crater flows away, then it would be wasted, and that can be around 70% of the total energy input.

Bisher wurde das Verfahren in seiner einfachsten Form beschrieben, in der ein einfacher Gleichstrom-Lichtbogen verwendet wird. Die Anwendung eines ein- oder mehrphasigen Wechselstrom-Lichtbogens bietet jedoch industrielle Vorteile, solange die Umgestaltung der Elektroden im Wechselstrombogen derart ist, daß er einen einseitig gerichteten Flammbogen vorsieht. Im Falle eines einphasigen Wechselstrom-Lichtbogens kann das letztere dadurch bewerkstelligt werden, daß man zwei gleiche Elektroden unter einem Winkel von etwa 24° anordnet, wobei Drehstrom-Lichtbogenelektroden vorzugsweise auf den Seiten eines regelmäßigen Tetraeders liegen, so daß jedes Paar benachbarter Elektroden durch einen Winkel von etwa 24° getrennt ist.So far, the process has been described in its simplest form, using a simple direct current arc is used. The use of a single or multi-phase alternating current arc however, offers industrial advantages as long as the electrodes are redesigned in the AC arc in this way is that it provides a unidirectional flame arc. In the case of a single-phase alternating current arc the latter can be accomplished by placing two identical electrodes under at an angle of about 24 °, with three-phase arc electrodes preferably lie on the sides of a regular tetrahedron so that each pair of adjacent electrodes is at an angle separated by about 24 °.

In manchen Fällen ist eine Erscheinung aufgetreten, die der bestwirkenden Arbeitsweise des Verfahrens schädlich ist.In some cases an phenomenon has occurred that is how the procedure was working best is harmful.

Wo Kohlenwasserstoffdämpfe mit der Elektrode in Berührung kommen können, wie dicht am Ort ihres Austritts, kann ein Teil der Gase sofort gecrackt werden und so augenblicklich Kohlenstoffbrücken über den Elektrodenspalt ausbilden und zeitweilig das Arbeiten des Lichtbogens stören. Außerdem hat der Ruß, der dicht an der heißen Zylinderfläche der Elektrode gerade hinter den Lichtbogenkratern gebildet wird, die Neigung, an der Elektrode anzuhaften, und wenn das in genügendem Umfang eintritt, kann es eine »Pilzbildung« oder »Aufwachsen« von Kohlenstoff auf der Elektrode bewirken, was die richtige Arbeitsweise des Bogens beeinträchtigt. Es wurde nun gefunden, daß dies überwunden werden kann, indem der Kohlenwasserstoff um eine kleine Entfernung unterhalb des Kraters unter einem kleinen Winkel gegen die Richtung der Flamme eingeführt und in der gleichen allgemeinen Richtung bewegt wird, so daß der Kohlenwasserstoff von der Seite der Elektrodenkrater weggetragen wird. In diesem Fall wird in den Gebieten, die an den Krater der Lichtbogenentladung angrenzen, ein Sog erzeugt und dadurch die Konzentration des Kohlenwasserstoffs in diesem Raum auf ein Mindestmaß besenkt. In manchen Fällen wurde gefunden, daß der oben erwähnte Pilzbildungsefieki dadurch ausgeschaltet werden kann, daß man die Stromdichte des Bogens über den kritischen Wert, der zur Auslösung des Lichtbogeneffektes nötig ist, hinaus steigert.Where hydrocarbon vapors can come into contact with the electrode, how close to yours If it escapes, some of the gases can be cracked instantly, creating carbon bridges instantly train across the electrode gap and temporarily interfere with the operation of the arc. Also has the soot that formed close to the hot cylinder surface of the electrode just behind the arc craters the tendency to stick to the electrode, and if this occurs to a sufficient extent, can it can cause "fungus" or "growth" of carbon on the electrode, which is the right thing to do Functioning of the bow impaired. It has now been found that this can be overcome moving the hydrocarbon a small distance below the crater at a small angle introduced against the direction of the flame and moved in the same general direction so that the hydrocarbon is carried away from the side of the electrode crater. In this case it will a suction is created in the areas bordering the crater of the arc discharge and thereby the concentration of hydrocarbons in this area is reduced to a minimum. In some cases it was found that the above-mentioned fungus formation sefieki can be switched off by setting the current density of the arc above the critical The value that is necessary to trigger the arc effect also increases.

Claims

Patent claims:

1. A process for the production of carbon black by thermal decomposition of a hydrocarbon in an electric arc, characterized in that a high-current coal arc with temperatures of 7000 to 10000 ⁰ C is used.

2. The method according to claim 1, characterized in that the hydrocarbon is in the form a medium containing methane gas is present.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the hydrocarbon by an annular, coaxial with the arc flame mouthpiece is injected so that he the Flame completely enveloped.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the high-current coal arc is operated at such a sufficient current density that soot is deposited on the electrodes and short circuit can be avoided.

5. The method according to claim 1, characterized in that the hydrocarbon from Natural gas or crude oil residues.

Considered publications:
German Patent Nos. 285 665, 898 442;
German Auslegeschrift K 21085IV a / 22 f (published on January 26, 1956);
U.S. Patent Nos. 2,616,842, 2,735,016.