DE1274262B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Ofenruss - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C09c

Deutsche Kl.: 22f-14

Nummer: 1274262

Aktenzeichen: P 12 74 262.0-41 (C 32395)

Anmeldetag: 12. März 1964

Auslegetag: 1. August 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Ruß durch thermische Zersetzung von Kohlenwasserstoffen, bei welchem der zu Ruß zu zersetzende Kohlenwasserstoff sich durch die von heißen Verbrennungsgasen aufgenommene Wärme unter Bildung von Ruß zersetzt.

Bekanntlich werden bei Verfahren dieser Art die Eigenschaften des Rußes sehr stark von den Reaktionsbedingungen, z. B. der Geschwindigkeit, mit welcher der zu zersetzende Kohlenwasserstoff mit den heißen Verbrennungsgasen vermischt wird, dem Ausmaß der Turbulenz, der Temperatur und der Zusammensetzung der Gasatmosphäre in der Reaktionszone, beeinflußt. Es sind daher verschiedenste Verfahren entwickelt worden mit dem Ziel, Ruße mit speziellen Eigenschaften oder Eigenschaftskombinationen herzustellen.

Eines dieser Verfahren wird in der Weise durchgeführt, daß in einem längeren, senkrecht angeordneten Ofenraum heiße Verbrennungsgase erzeugt und in einem verhältnismäßig ruhigen Strom im Ofen nach oben bewegt werden, während der zu zersetzende Kohlenwasserstoff senkrecht in diesen Gasstrom eingespritzt wird.

Gemäß einem weiteren Verfahren wird eine brennbare Mischung eines Heizgases mit Luft von einer Seite her durch eine größere Zahl von tangential angeordneten Brennerröhren mit großer Geschwindigkeit in einen längeren zylindrischen Ofenraum eingeblasen und beim Eintritt in diesen Ofenraum verbrannt, so daß sich ein Strom von heißen Verbrennungsgasen bildet, der sich mit hoher Geschwindigkeit auf einer spiraligen Bahn durch den Ofenraum bewegt, und zugleich der zu zersetzende Kohlenwasserstoff entweder radial oder in Richtung der Längsachse des Ofenraumes in den heißen Gasstrom eingespritzt.

Schließlich ist noch ein weiteres, mit niedrigen Gasgeschwindigkeiten im Ofenraum arbeitendes Verfahren bekannt, bei dem die thermische Zersetzung des Kohlenwasserstoffs in einem waagerechten, in zwei zylindrische Räume verschiedener Länge und verschiedenen Durchmessers unterteilten Ofen in der Weise erfolgt, daß der zu zersetzende Kohlenwasserstoff axial und das Verbrennungsgas tangential in den Ofen eingeführt wird.

Da die Eigenschaften des Rußes, wie bereits erwähnt, von verschiedenen Faktoren, beispielsweise von der Geschwindigkeit des Gasstromes im Ofen, von Turbulenz, Temperatur u. dgl. bestimmt werden, ist jedes dieser Verfahren nur auf bestimmte Rußtypen beschränkt.

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Ofenruß

Anmelder:

Columbian Carbon Company, New York, N. Y.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Maier, Patentanwalt,

7000 Stuttgart 1, Werastr. 24

Als Erfinder benannt:

Charles Lamar DeLand, West Monroe, La.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 20. März 1963 (266 747)

So ist das zweite der oben beschriebenen Verfahren, bei dem die heißen Verbrennungsgase durch Abbrennen der tangential in den Ofenraum eingeblasenen brennbaren Mischung erzeugt werden, durch extrem hohe Geschwindigkeit und hohe Turbulenz der heißen Gase in der Reaktionszone gekennzeichnet, was dazu führt, daß die gebildeten Ruße eine verhältnismäßig geringe Teilchengröße aufweisen. Bei Verfahren dieser Art ist es nicht angezeigt, die Geschwindigkeit der einströmenden Brenngase und damit die dadurch verursachte starke Turbulenz im Ofenraum stärker herabzusetzen, da sonst infolge der unvollständigen Vermischung von Brennstoff und Luft die Wirksamkeit der Verbrennung in ungünstiger Weise beeinflußt wird. Diese Arbeitsweise ist nur dann geeignet, wenn ein rasches Vermischen des zu zersetzenden Kohlenwasserstoffs mit den Verbrennungsgasen erwünscht ist. Auch bildet sich bei diesem Verfahren im Ofenraum ein wirbelnder, sich auf einer spiraligen Bahn nahe der Wand des Ofenraumes bewegender rascher Strom von heißen Flammengasen, dessen Strömungsgeschwindigkeit auf die Längsachse des Ofens zurückgeht, was ebenfalls zur Bildung nur spezieller Rußtypen führt.

Für den Fall, daß Rußtypen gewünscht werden, die sich nur bei relativ langsamer Gasgeschwindigkeit und Turbulenz bilden, ist eines der beiden anderen

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Verfahren anzuwenden, wobei die Auswahl von den nete Gaszuleitung ein oxydierend wirkendes Gas und speziellen, an den Ruß zu stellenden Anforderungen durch die Einspritzvorrichtung ein Brennstoff einbestimmt wird. geführt werden, oder es kann umgekehrt in der Weise Die Bemühungen, Gasgeschwindigkeiten, Turbu- vorgegangen werden, daß durch die tangential anlenz und Beschaffenheit des Gasgemisches kontrol- 5 geordnete Gaszuleitung ein gasförmiger Brennstoff lieren und regulieren zu können, scheiterten bislang und durch die Einspritzvorrichtung ein oxydierend unter anderem an den folgenden Schwierigkeiten: wirkendes Gas eingeführt wird. Der Wärmebedarf des Verfahrens muß gedeckt Die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen werden, sowohl was die Wärmemenge als auch was Verfahrens sich bildende kreisende Gaszone hat den die Temperatur anbetrifft; dadurch wird aber das io Vorteil, daß sie sehr viel gleichmäßiger ist als die-Volumen der heißen Verbrennungsgase, die dem jenige, die sich beim tangentialen Einblasen der Gas-Ofenraum zugeführt oder in diesem erzeugt werden, ströme ergibt. Sie bildet gewissermaßen einen sich in ganz bestimmter Weise festgelegt. Auch die Bedin- drehenden kontinuierlichen Zylinder oder Ring angungen, die an die Art dieser heißen Gase gestellt grenzend an die Innenwand des Ofenraumes mit werden, d. h. ob sie oxydierend, neutral oder reduzie- 15 einem verhältnismäßig ruhigen inneren Kern, der, wie rend sind, müssen erfüllt sein. Außerdem müssen weiter unten beschrieben, unter Kontrolle gehalten Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden, um ein Zu- werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung gerückschlagen der Brenner oder Explosionen zu ver- stattet es außerdem, in der Reaktionszone eine meiden. Alle diese und andere praktische Erwägun- geeignete Gasströmung zu schaffen, aufrechtzugen führen dazu, daß die willkürliche Einregulierung 20 erhalten und einzuregulieren, wobei die heißen Gase der Geschwindigkeit, der Turbulenz und der Zu- dazu gebracht werden können, sich mit kontrollierter sammensetzung der heißen Verbrennungsgase, die Geschwindigkeit und Turbulenz zu drehen, um damit sich auf einer spiraligen Bahn durch den Ofenraum die Geschwindigkeit des Vermischens des zu zerbewegen, auf erhebliche Schwierigkeiten stößt. setzenden Kohlenwasserstoffs mit den heißen Gasen

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, diese 25 nach Wunsch steuern zu können. Schwierigkeiten zu überwinden und ein Verfahren zu Im Gegensatz zu den früheren Verfahren, eine

entwickeln, das es gestattet, die Geschwindigkeit und rotierende Bewegung der heißen Gase im Ofenraum die Turbulenz der Gase im Ofenraum unabhängig dadurch hervorzurufen, daß man einen Gasstrom in von der Temperatur, dem Volumen und der Zu- einer Richtung tangential zum Ofenraum einbläst, sammensetzung der Verbrennungsgase einzuregu- 30 wird die rotierende Bewegung gemäß der vorliegenlieren und das somit sowohl solche Rußtypen liefert, den Erfindung dadurch hervorgerufen und aufrechtdie bei ihrer Herstellung geringe Turbulenz und lang- erhalten, daß an einem Ende des Ofenraumes ein same Durchmischung verlangen als auch solche, spiralförmiger Strom von Gasen längs einer Achse deren Herstellung eine hohe Turbulenz und ein eingeführt wird, die so gerichtet ist, daß sie die rasches Vermischen erfordert. 35 Längsachse des Ofenraumes schneidet, wobei die

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst Freigabe und die Richtung der Gasspirale beim Einworden, daß das Verbrennungsgas dem Ofenraum tritt in den Ofenraum so festgelegt werden, daß die aus einem in radialer Richtung zum Umfang des Bewegungsrichtung eines vorherrschenden Abschnitts Ofens angebrachten Brennerrohr zugeführt wird, der eintretenden Gase im wesentlichen auf einer Seite wobei sich das Verbrennungsgas in Form einer 40 der Längsachse des Ofens liegt, wodurch die heißen Spirale durch das Brennerrohr bewegt und der am Gase zu einer kreisenden Bewegung um eben diese Umfang des Ofens in den Ofenraum eintretende Achse gebracht werden.

Brenngasstrom bezüglich seiner Einrittsrichtung In einer bevorzugten Ausführungsform des erfin-

gegenüber der Ofenachse durch Variation der Gang- dungsgemäßen Verfahrens wird dieser spiralige Gashöhe der Gasspirale einstellbar ist. 45 strom in dem radial angeordneten zylindrischen Rohr Vorzugsweise werden mehrere solcher spiral- erzeugt. Dieses Rohr kann die Funktion eines förmigen Gasströme in den Ofen eingeführt, wobei Brennerrohres haben, muß es aber nicht unbedingt, die Bewegungsrichtung der Mehrzahl der Ströme Der Bequemlichkeit halber wird dieses Rohr im beim Eintritt in den Ofenraum auf einer neuen folgenden als Brennerrohr bezeichnet, obwohl — Spirale liegen. 50 wie eben zum Ausdruck gebracht — die Verbren-Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- nung nicht unbedingt darin erfolgen muß. Tatsächfahrens entwickelte Vorrichtung ist so ausgebildet, lieh können auch vorgebildete heiße Gase tangential daß das zylindrische Brennerrohr radial in den Ofen am äußeren Ende des Brennerrohres eingeführt einmündet und eine am äußeren Ende des Brenner- werden, so daß sich darin der spiralige Gasstrom rohres in tangentialer Richtung angeordnete Gas- 55 ausbildet. Im Augenblick wird jedoch die Verzuleitung sowie gegebenenfalls eine koaxial zum brennung ganz oder zu einem überwiegenden Teil Brennerrohr angeordnete, in ihrer Längsrichtung vorzugsweise im Brennerrohr oder an dessen Ausverschiebbare Einspritzvorrichtung aufweist, wobei trittsseite vorgenommen, wie weiter unten noch zum Zweck der Regulierbarkeit der Ganghöhe der genauer beschrieben wird.

sich im Brennerrohr spiralenförmig bewegenden 60 Die Erfindung sieht die Anwendung sowohl von Gase entweder der Eintrittswinkel der in tangentialer einem einzigen Brennerrohr als auch von mehreren Richtung angeordneten Gaszuleitung oder durch derartigen Rohren vor, wobei die spiralige Strömung Verkürzen oder Verlängern des Brennerrohres der durch die einzelnen Rohre synchronisiert ist, so daß Abstand zwischen der tangentialen Zuleitung und der die augenblickliche Richtung des vorherrschenden Einmündung des Brennerrohres in den Ofenraum 65 Abschnitts der austretenden Gase bei jedem Spiralvariiert werden kann. strom — oder doch bei der Überzahl dieser Ströme — Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- auf der gleichen Seite der Ofenachse erfolgt, so daß fahrens kann entweder durch die tangential angeord- die zusammenwirkenden Einflüsse zu einer Rotation

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des Gases im Ofenraum in der gewünschten Rich- Luft oder ein anderes oxydierendes Gas versehen,

tung führen. die tangential in bezug auf die Seitenwand des

Das äußere Ende des Brennerrohres ist durch eine Brennerrohres in dieses einmündet, so daß sich im

Stirnwand verschlossen, während die Austrittsseite Brennerrohr selbst ein spiralig verlaufender Gasstrom des Rohres offen in den Ofenraum einmündet. 5 bildet. Jedes Brennerrohr ist außerdem mit einer

Gegenwärtig wird eine Konstruktion des Teiles des Einspritzvorrichtung 9 versehen, die koaxial durch

Brennerrohres, der die Verbindung zum Ofenraum den äußeren Verschluß des Brennerrohres und durch

herstellt, bevorzugt, bei welcher sich der Durch- dieses selbst hindurchgeführt ist und in einer Düse 10

messer des Rohres mit der Annäherung an den Ofen- endigt. Diese Einspritzvorrichtung wird günstiger-

raum symmetrisch erweitert, so daß sich eine glocken- io weise von der nach außen gerichteten Stirnwand des

förmige oder konische Mündung ergibt. Ein solcher Brennerrohres getragen und ist in dieser so gehaltert,

Austrittskonus ist jedoch nicht von wesentlicher Be- daß sie in Längsrichtung verschoben werden kann,

deutung; gewünschtenfalls kann das zylindrische wie aus Fig. 5 deutlicher zu ersehen ist. Auf diese

Brennerrohr auf seiner ganzen Länge den gleichen Weise läßt sich die Düse 10 in jeder gewünschten

Durchmesser haben. 15 Weise auf die konische Austrittsöffnung 13 des

Wird die Verbrennung im Brennerrohr oder in Brennerrohres in den Ofenraum einstellen,
dem Teil, der dieses Rohr mit dem Ofenraum ver- Der tangential in das Brennerrohr eingeführte Gasbindet, vorgenommen, so ist es für gewöhnlich strom, der auf einer spiraligen Bahn durch dieses erwünscht, den spiraligen Gasstrom durch tangen- hindurchströmt, ist durch die Linien 11 schematisch tiales Einblasen von Luft oder einem anderen 20 angedeutet. Es ist natürlich außerordentlich schwer, oxydierenden Gas am äußeren Ende des Brenner- wenn nicht gar überhaupt unmöglich, den Weg dieser rohres hervorzurufen und den fließfähigen Kohlen- Gase genau anzugeben, doch ist bekannt, daß sie wasserstoff durch eine eingeschlossene Leitung ein- durch das Rohr 7 auf einer spiraligen Bahn hindurchzuführen, die koaxial durch das Brennerrohr führt strömen und daß sie beim Verlassen des Rohres 7, in und die an ihrem inneren Ende mit einer Zerstäuber- 25 welchem sie durch die Seitenwände gelenkt werden, düse versehen ist, die ein besseres Vermischen des unsymmetrisch verteilt in den Ofenraum eintreten. Kohlenwasserstoffes mit dem wirbelnden Luftstrom Das heißt, daß die das Brennerrohr 7 verlassenden ermöglicht. Gase bevorzugt durch ein bestimmtes Segment der Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- Mündungsöffnung oder des Mündungskonus ausfahrens entwickelte Vorrichtung soll an Hand der 3° treten.

Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar Man kann annehmen, daß der etwa mit der

F i g. 1 das vordere Ende eines horizontal angeord- Schraube eines Korkenziehers zu vergleichende

neten längeren Ofenraumes von kreisförmigem Quer- spiralig verlaufende Gasstrom beim Erreichen der

schnitt, ausschnittsweise und etwas schematisiert Austrittsöffnung des Brennerrohres 1, wo die Führung

gezeichnet, 35 durch die zylindrische Wand aufhört, sich haupt-

F i g. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 sächlich von der Achse der Spirale weg- und in der

von Fig. 1, Richtung weiterbewegt, die er in diesem Augenblick

F i g. 3 einen vertikalen Schnitt durch einen auf- erreicht hat. Wird also der spiralige Gasstrom so

recht stehenden längeren Ofen, einjustiert, daß der Punkt der Korkenzieherschraube,

F i g. 4 einen Querschnitt entlang der Linie 4-4 40 an dem die Führung durch die Rohrwand aufhört,

von F i g. 3, so liegt, daß sich der Gasstrom in der gewünschten

F i g. 5 einen ausführlicher und etwas größer ge- Richtung weiterbewegt, so teilt sich diese gerichtete

zeichneten senkrechten Schnitt einer Brennerrohr- Bewegung der eintretenden Gase der im Ofenraum

anordnung, befindlichen Gasmasse mit, so daß sie sich um die

F i g. 6 einen Querschnitt entlang der Linie 6-6 45 Achse des Ofens bewegt.

von F i g. 5 und Das spezielle Querschnittssegment der Austritts-F i g. 7 einen Querschnitt entlang der Linie 7-7 öffnung des Brennerrohres 7, durch welches die von F i g. 5. Hauptmasse des sich auf der spiraligen Bahn bewein den F i g. 1 und 2 ist mit 1 ein längerer Reak- genden Gases in den Ofenraum übertritt, kann in tions- oder Ofenraum mit einem kreisförmigen Quer- 50 verschiedener Weise eingestellt werden. Für gewöhnschnitt bezeichnet, der von den Wänden 2 aus feuer- lieh wird der bequemste Weg, nämlich die Verfestem Material umgeben ist; weiter nach außen kürzung oder Verlängerung des Brennerrohres 7, schließt sich an dieses Material eine Schicht 3 aus d. h. des Abstandes zwischen der tangentialen Gas-Wärmeisolationsmaterial an. Das Ganze ist in einem zuleitung 8 und der Einmündung des Brennerrohres Metallgehäuse 4 untergebracht. Der zu zersetzende 55 in den Ofenraum, gewählt. So wird z. B. bei einer Kohlenwasserstoff wird durch einen mit 5 bezeich- Verlängerung oder Verkürzung dieses Abstandes um neten Injektor in den Ofenraum eingeführt; dieser die Hälfte der Ganghöhe des spiraligen Gasstromes Injektor führt koaxial durch die Stirnwand des Ofens das Segment im Austrittsquerschnitt, durch welches und endigt innen in einer Zerstäubungsdüse 6 die Hauptmenge des Gases ausströmt, um ungefähi üblicher Bauart, die zur Vermeidung einer Über- 60 180° gegen die Lage verdreht, die es ursprünglich hitzung — wie dem Fachmann geläufig — mit einer eingenommen hat. Eine andere Möglichkeit dafür Wasserkühlung ausgestattet ist. besteht, wie leicht einzusehen ist, darin, daß bei Am vorderen Ende münden in den Ofenraum vier gleichbleibender Länge des Brennerrohres in geeigzylindrische Brennerrohre 7, die in bezug auf den neter Weise, z. B. durch eine andere Einstellung des Ofenraum radial und gleichmäßig über den Umfang 65 Eintrittswinkels der Zuleitung 8, die Ganghöhe der des Querschnitts verteilt angeordnet sind. Spiralbahn verändert wird.

Jedes dieser zylindrischen Brennerrohre ist in der Das Volumen des ausgewählten Konussegments,

Nähe des äußeren Endes mit einer Zuleitung 8 für d. h. des Austrittssegments, das von der Hauptmenge

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des austretenden Gases in Anspruch genommen wird, zuführen. Somit kann durch die Anwendung der kann durch Veränderung des Volumens des in das Erfindung ein weiter Bereich von Betriebsbedingun-Brennerrohr 7 eingeführten Gases eingestellt werden. gen im Ofenraum geschaffen werden, um die Eigen-Je größer das Verhältnis Gasvolumen zu Quer- schäften des erzeugten Rußes entsprechend den schnittsfläche des Brennerrohres 7 ist, um so größer 5 vielen verschiedenen Anforderungen der Industrie ist der Winkel, der von diesem ausgewählten Segment beeinflussen zu können.

in Anspruch genommen wird. Mit Hilfe dieser eben Bei jeder dieser Anwendungen wird das Kohlenbeschriebenen Maßnahmen können Richtung und wasserstoff-Ausgangsmaterial im Ofenraum 1 durch Drehmoment des eintretenden Gases einreguliert und die von der rotierenden Masse der heißen Verkontrolliert werden. io brennungsgase, die im Ofenraum gehalten wird, auf-

Es sei darauf hingewiesen, daß dann, wenn genommene Wärme thermisch unter Bildung von mehrere Brennerrohre vorgesehen sind, wie das z. B. Ruß zersetzt, der in den Verbrennungsgasen und in bei dem in den Figuren wiedergegebenen Apparat den gasförmigen Nebenprodukten der thermischen der Fall ist, die vorherrschenden Strömungsrichtun- Zersetzung des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials gen der eintretenden Gasströme so eingestellt werden 15 suspendiert aus dem Ofen ausgetragen wird. Das können, daß sie insgesamt zusammenwirken und eine gebildete Aerosol gelangt vom Ofen zu einem kon-Rotation der Gase im Ofenraum in der gleichen ventionellen System zur Abscheidung von Ruß aus Richtung hervorrufen; es können aber auch einer einem gasförmigen Medium, etwa zu Zyklonoder mehrere der eintretenden Gasströme so gerichtet abscheidern, elektrostatischen Niederschlagszellen werden, daß sie den anderen entgegenwirken. Auf 20 oder zu Schlauchfiltern.

diese Weise können die Turbulenz und die Rotations- Eine Brennerrohr- und Brenneranordnung, die

geschwindigkeit der Gase im Ofenraum sehr genau sich für das erfindungsgemäße Verfahren besonders kontrolliert und reguliert werden. eignet, ist aus den F i g. 5, 6 und 7 zu ersehen. Außer

Zur Durchführung des Verfahrens in dem oben den schon oben beschriebenen Teilen besteht die beschriebenen Apparat werden dem dafür vor- 25 wiedergegebene Anordnung aus einem geformten gesehenen System Luft und Brenngas mit bestimmten Brennerblock 12 aus feuerbeständigem Material, gemessenen Geschwindigkeiten zugeführt. Die Düse dessen Austrittsöffnung 13 sich symmetrisch oder 10 kann in bezug auf die konische Austrittsöffnung glockenförmig erweitert. Das äußere Ende des des Brennerrohres 7 so eingestellt werden, daß das Brennerrohres 7 ist durch die Endplatte 14 ver-Vermischen und das Verbrennen der Gas-Luft- 30 schlossen, an welcher ein nach außen ragender Mischung praktisch vollständig innerhalb des Tubus 15 befestigt, z. B. verschweißt ist, der die Brennerrohres 7 oder in dessen konischem Über- Brennstoffzuleitung 9 aufnimmt und durch welchen gangsstück zum Ofenraum erfolgen. Bei einer an- diese Zuleitung in Längsrichtung frei bewegt werden deren für spezielle Zwecke günstigen Ausführungs- kann, um die Lage der Düse 10 einzustellen. Ist die form der Erfindung ist die Düse 10 so geartet und in 35 richtige Lage erreicht, so kann sie durch Anziehen bezug auf die Austrittsöffnung des Rohres 7 so der Stellschraube 16 fixiert werden. Damit diese Einangeordnet, daß das Vermischen und die Ver- stellung möglich ist, muß das äußere Ende der Zubrennung in der eben beschriebenen Zone nicht voll- leitung 9 durch eine flexible Verbindung 17 mit einer ständig ablaufen, sondern mindestens ein Teil des geeigneten Brennstoffversorgungsleitung verbunden Brennstoffes auf den Sprühstrahl des zu zersetzenden 4° sein. Die Luftzuleitung 8 mündet in tangentialer Kohlenwasserstoffes trifft, der von der Zerstäuber- Richtung in das Brennerrohr 7 ein, wie aus F i g. 6 düse 6 ausgeht. Auf diese Weise kann der zu zer- genauer zu ersehen ist. Der aus feuerfestem Material setzende Kohlenwasserstoff beim Eintritt in den bestehende Gasbrennerblock 12 ermöglicht die An-Ofenraum durch das Brenngas eingehüllt werden, so bringung geeigneter Vorrichtungen zum Befestigen daß er gegen eine Reaktion mit noch nicht umge- 45 der gesamten Anordnung an der Außenwand des setztem freiem Sauerstoff geschützt ist, der zur Ver- Ofens,
brennung des Brennstoffes eingeführt wurde. An Stelle von Luft als oxydierend wirkendem Gas

Bei jeder dieser Ausführungsformen der Erfindung kann auch ein anderes, Sauerstoff enthaltendes Gas bildet sich im Ofenraum 1 ein rotierender Körper von oder die Verbrennung unterhaltendes gasförmiges heißen Verbrennungsgasen in Form eines Vortex- 50 Medium für die Bildung des spiraligen Gasstromes ringes aus, d. h., die Gase, die sich in der Nähe der verwendet werden, der sich unter Vermischen mit Ofenwand 2 befinden, führen diese Kreis- bzw. dem Brennstoff durch das Brennerrohr 7 bewegt. Spiralbewegung mit einer beträchtlich höheren Ge- Wenn erwünscht und soweit es die Verhältnisse zuschwindigkeit aus als die Gase, welche den Raum in lassen, kann ein gasförmiger Brennstoff, z. B. Naturunmittelbarer Nähe der Längsachse des Ofens aus- 55 gas, durch die Leitung 8 der Anordnung zur Ausfüllen, bildung des spiraligen Gasstromes im Brennerrohr 7 Der zu zersetzende Kohlenwasserstoff wird in den zugeführt werden, während die Luft oder das andere Ofenraum durch den Sprühkopf 6 entweder radial die Verbrennung unterhaltende Gas durch die nach außen — wie gezeigt — oder in Form eines Leitung 9 eingeführt wird. Es können dagegen, wie sich erweiternden Konus eingeführt, so daß die feinen 60 schon oben erwähnt, zur Zersetzung des Kohlen-Tröpfchen durch die von den heißen Gasen auf- Wasserstoffs zu Ruß auch vorgebildete heiße Vergenommene Wärme verdampft werden und in dieser brennungsgase von der erforderlichen Temperatur Dampfform in die Zone der Verbrennungsgase ge- durch die Leitung 8 der Anordnung zugeführt werlangen, die sich in der Nähe der Ofenwand 2 befinden den; in diesem Fall braucht die Anordnung nicht mit und sich sehr rasch bewegen. Eine andere Möglich- 65 der Innenleitung 9 und dem Düsenkopf 10 ausgekeit ist, den zu zersetzenden Kohlenwasserstoff durch stattet zu sein.

den Sprühkopf 6 praktisch in Längsrichtung direkt in Obwohl die Erfindung in verschiedenerlei Weise

das Zentrum oder in den Kern des Wirbelringes ein- modifiziert werden kann, zeigt es sich doch, daß es

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besonders günstig ist, wenn die Düse 10 sich nahe am einem üblichen Kühlungs- und Rußabscheidungs-

Übergangskonus 13 oder sogar in diesem befindet, system führt. Die ganze Konstruktion kann z. B. von

so daß das Vermischen und Verbrennen des Brenn- Metallstützen 26, die auf einem Betonfundament

Stoffs und des sauerstoffhaltigen Gases weitgehend stehen, getragen werden.

im Innern des Ofenraumes und nicht im Brenner- 5 Zwölf Brennereinrichtungen, die z.B. den Fig. 5, 6

rohr 7 selbst erfolgt. und 7 entsprechen, sind unten am Ofen, gleichmäßig

Wie weiter oben beschrieben, entweicht der spi- über den Umfang verteilt, angebracht. Der Brenn-

ralige Gasstrom, der sich im Brennerrohr 7 bildet, aus stoff wird den Brennstoffzuleitungen 9 durch die

dem sich erweiternden Übergangskonus 13 in einer Ringleitung 28 und die flexiblen Verbindungen 17

mehr oder weniger radialen Richtung in bezug auf io mit einer Strömungsgeschwindigkeit zugeführt, die

das Brennerrohr 7. Diese Gase strömen jedoch nicht durch die Ventile 29 reguliert werden kann. Durch

gleichmäßig aus, d. h., ein größerer Anteil des aus- das Rohr 30 wird der Brennstoff von einem der üb-

strömenden Gases entweicht durch ein bestimmtes liehen Vorratsbehälter der Ringleitung 28 zugeführt.

Segment des Austrittsquerschnitts. Der Austritt des In die Brennerrohre 7 wird die Luft durch die tan-

Gases in radialer Richtung aus dem Konus erfolgt 15 gential einmündenden Zuleitungen 8 eingeführt, die

also unsymmetrisch, so daß die bewegte Masse des ihrerseits durch die Leitung 32 über die Ringleitung

Gasstromes nicht gleichmäßig verteilt, sondern in 31 zugebracht wird.

einer speziellen Richtung bevorzugt in den Ofenraum Der zu zersetzende Kohlenwasserstoff wird durch übertritt; diese Richtung wird, wie oben beschrieben, die Leitung 33 senkrecht nach oben in den Ofenkontrolliert und eingestellt. 20 raum 18 eingesprüht. Die Leitung 33, die in einer

Es ist somit möglich, das Segment des Austritts- Zerstäuberdüse 34 endigt, wird zur Vermeidung einer querschnitts festzulegen oder auszuwählen, durch Überhitzung mit Wasser gekühlt,
welches die Hauptmasse des spiralig strömenden In manchen Fällen ist es erwünscht, die Eigen-Gases entweicht, und es ist auch innerhalb gewisser schäften des Rußes, der in suspendierter Form durch Grenzen möglich, das Volumen des Segments und 25 die Ableitung 25 abzieht, dadurch zu ändern, daß somit die Bewegungsenergie sowie auch die Bewe- die Suspension mit einem besonderen Behandlungsgungsrichtung der in den Ofenraum eintretenden gas, z. B. mit zusätzlichen heißen Verbrennungs-Gase einzuregeln, so daß die im Ofenraum befind- produkten oder mit einem Sauerstoff enthaltenden liehen Gase zur Rotation um die Achse dieses Ofen- Gas, vermischt wird. Für die Zuführung eines derraumes mit kontrollierter Geschwindigkeit und Tür- 30 artigen Hilfsgases ist der Stutzen 35 vorgesehen,
bulenz gebracht werden können. Bei einer solchen Arbeitsweise erwies es sich als

Die Erfindung betrifft auch Arbeitsweisen, bei besonders günstig, wenn die Brennstoffdüse 10 so

welchen nach anderen Verfahren und Mitteln als angeordnet ist, daß die brennbare Mischung min-

denen der vorliegenden Erfindung zusätzliche Gase destens teilweise im Ofenraum 18 gebildet wird und

in den Ofenraum eingeführt werden, um — gleich, 35 in diesem verbrennt, damit sich ganz in der Nähe der

welchen Ursprungs — zu bewirken, daß diese durch konischen Austrittsöffnungen ein rotierender Flam-

Einblasen von nur einem Teil davon, wie hier vor- menkranz bildet. Nachdem der Ofen vorgeheizt ist,

gesehen, in rotierende Bewegung geraten. vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen ungefähr

Eine besonders günstige Ausführungsform der Er- 870 und 1480° C, wird der zu zersetzende Kohlenfindung sei nun an Hand der F i g. 3 und 4 beschrie- 40 wasserstoff mit konstanter und gemessener Geschwinben. Diese spezielle Ausführungsform der Erfindung digkeit nach oben in die von dem sich drehenden ist besonders auf solche schon früher beschriebene Flammenkranz gebildeten kreisenden Verbrennungs-Verfahren anwendbar, die in einem längeren, auf- gase eingesprüht. Die Zerstäuberdüse 34 für den zu recht stehenden Ofenraum durchgeführt werden, in zersetzenden Kohlenwasserstoff ist günstigerweise welchem ein verhältnismäßig ruhiger, sich langsam 45 von der Art, daß die Flüssigkeit zu einem Konus nach oben bewegender Körper von heißen Ofengasen feinster Tröpfchen zerteilt wird; der Öffnungswinkel hervorgerufen und aufrechterhalten wird, in welchen des Konus sollte weit sein, doch sollten die Flüssigder zu zersetzende Kohlenwasserstoff senkrecht und keitströpfchen keinesfalls mit der Ofenwand 19 in koaxial eingeführt wird. Die Erfindung betrifft Ver- Berührung kommen. Der öffnungswinkel des Konus fahren und Vorrichtungen, um eine langsame, eine 50 kann jedoch verkleinert werden, wenn gewünscht mäßig rasche oder eine verhältnismäßig sehr rasche wird, daß die Tröpfchen höher in den Ofenraum Rotation der Ofengase in einem solchen Ofenraum hineingespritzt werden, um das Volumen in diesem hervorzurufen, während andere Bedingungen der Ofenraum, das für die Rußbildungsreaktion in An-Ofenatmosphäre vorgesehen sind, als für die Her- sprach genommen wird, zu verringern,
stellung eines Rußes mit den erwünschten Eigen- 55 Bei dieser Verfahrensweise müssen die Tröpfchen schäften erforderlich sind. im Sprühstrahl des zu zersetzenden Kohlenwasser-

In den F i g. 3 und 4 ist ein senkrechter längerer Stoffs sich mit einer ausreichend hohen Geschwindig-Ofenraum 18 wiedergegeben, der von einer aufrecht keit bewegen, daß sie im Ofenraum 18 genügend stehenden zylindrischen Wand 19 aus feuerfestem weit noch oben gelangen, um damit sicherzustellen, Material gebildet wird, die nach oben konisch zu- 60 daß sie durch die von den heißen Gasen aufgenomsammenläuft, wie mit 20 angedeutet ist, und nach mene Wärme verdampft werden, bevor sie auf die unten durch die Bodenplatte 21 abgeschlossen ist. Bodenplatte 21 des Ofens zurückfallen können. Im Das Ganze ist mit einer Schicht 22 von thermisch Idealfall sollte die Aufwärtsströmung aller Bestandisolierendem Material umhüllt und befindet sich in teile im Ofenraum so langsam sein, daß die verhälteinem Metallgehäuse 23. Das obere Ende des Ofen- 65 nismäßig schweren Dämpfe des zu zersetzenden raumes ist durch das Abzugsrohr 24 mit der Ablei- Kohlenwasserstoffs nach unten in Richtung auf die tung 25 verbunden, die in ähnlicher Weise isoliert Bodenplatte absinken können und dabei zu Ruß zer- und in ein Gehäuse eingeschlossen ist und die zu setzt werden. Andererseits sollte diese Geschwindig-

keit aber ausreichend hoch sein, damit die bei der thermischen Zersetzung gebildeten Rußteilchen, die in den Gasen suspendiert sind, im Ofenraum nach oben getragen werden und mit verhältnismäßig gleichbleibender Geschwindigkeit durch das Abzugsrohr 24 den Ofen verlassen. Die optimale Geschwindigkeit, die einzuhalten ist, hängt von verschiedenen zulässigen Variationen der Arbeitsbedingungen ab; es hat sich jedoch gezeigt, daß Geschwindigkeiten

Rußen, deren Struktur mehr im üblichen Maß ausgebildet ist, mit erstaunlich hohen Geschwindigkeiten und Ausbeuten ermöglichen.

Bei Anwendung der oben beschriebenen Brenner-5 anordnung in einem senkrecht stehenden Ofen ist es möglich, eine Berührung zwischen dem zu zersetzenden Kohlenwasserstoff und den Verbrennungsgasen dadurch zu vermeiden, daß der »Nebel« in eine drehende Bewegung versetzt wird. Diese Wirkungen

im Bereich zwischen ungefähr 1,5 und 4,5 m/sec in io können durch Einblasen entweder von heißen Verden meisten Fällen geeignet sind. brennungsgasen oder von einer brennbaren Mischung

Bei besonders günstigen Probebetrieben dieser Art oder von einem Bestandteil davon in den senkrecht wurde als Kohlenwasserstoff für die Zersetzung ein stehenden Ofenraum in der oben beschriebenen Weise schwerer, hocharomatischer Erdölrückstand aus erreicht werden, so daß die heißen Verbrennungseinem Krackprozeß verwendet. Wie schon früher 15 gase in kreisender Bewegung entlang der Ofenwand beschrieben worden ist, läßt sich dieses Ausgangs- nach oben steigen. Wird der zu zersetzende Kohlenmaterial gut in den senkrecht stehenden Ofenraum wasserstoff axial nach oben in die Mitte des Ofens einsprühen, damit sich eine Schicht von aufsteigen- eingesprüht, kann eine Berührung mit den heißen den Dämpfen und verdampfenden Tröpfchen bildet. Gasen weitgehend vermieden werden, mindestens bis Diese Bewegungsenergie geht jedoch bald verloren, 20 der Kohlenwasserstoff schon teilweise pyrolysiert ist. und wenn die Dämpfe und Tröpfchen ausreichend Die aus dem verwendeten Ausgangsmaterial erzielte schwer sind, fallen sie durch den Ofenraum zurück, Rußausbeute kann wesentlich gesteigert werden, da m welchem sie beim Fall durch die leichteren, nach die Einwirkung des Sauerstoffs, der mit der Verbrenoben steigenden Dämpfe und Gase zersetzt werden. nungsmischung zugeführt wird, dadurch sehr herab-Die Verdampfung der Kohlenwasserstofftröpfchen 25 gesetzt wird.

erfolgt rasch, da die Temperatur der Ofengase erheb- Die spiralige Bewegung, die den einströmenden

lieh über dem Siedepunkt des zu zersetzenden Verbrennungsgasen erteilt wird, überträgt sich auf Kohlenwasserstoffs liegt; sie wird so hoch gehalten, den »Nebel« im Ofenraum und versetzt ihn in kreium die thermische Zersetzung der Kohlenwasserstoff- sende Bewegung um die senkrechte Achse dieses dämpfe beim Aufsteigen und Absinken im Ofenraum 30 Raumes. Auf diese Weise kann eine ausreichende sicherzustellen. Bevor die Dämpfe bis zum Boden Turbulenz erzeugt werden, um sicherzustellen, daß des Ofenraumes abgesunken sind, ist ihre Uberfüh- sich die Bestandteile des »Nebels« völlig durchrang in Ruß vollständig geworden. Der gebildete Ruß mischen, wie es zur Erzielung einer raschen und ist von sehr leichter und flockiger Form und wird gleichmäßigen thermischen Zersetzung des Kohlenvon den aufsteigenden Gasen leicht mitgenommen 35 Wasserstoffs, wobei sich Ruß und reduzierende Gase und durch das Abzugsrohr 24 aus dem Ofenraum bilden, erforderlich ist. Da die Turbulenz sehr regelausgetragen, mäßig ist, verläuft der unter Bildung des Kohlenstoffs Als ein Ergebnis dieser Erscheinung bildet sich im vor sich gehende Prozeß ungewöhnlich glatt und Ofenraum eine Rauchwolke oder ein »Nebel«, der ruhig, außerdem läßt er sich leicht reproduzieren und aus den aufsteigenden Gasen der Verbrennung und 40 ist genügend stabil, um deutliche Variationen in den der Zersetzung und Ruß sowie aus den hochsteigen- Eigenschaften des gebildeten Rußes zuzulassen. Die den Tröpfchen des versprühten Kohlenwasserstoffs hier beschriebenen Verfahren für den Betrieb des und dessen absinkenden Dämpfen besteht. Das Ver- senkrecht stehenden Ofens ermöglichen auch die fahren der vorliegenden Erfindung wurde in Probe- thermische Zersetzung von zu spaltenden Kohlenbetrieben der eben beschriebenen Art zur Erzeugung 45 Wasserstoffen zu hochwertigen Rußen mit weit höheder heißen Verbrennungsgase angewandt, und es ren Geschwindigkeiten und Ausbeuten als bei der zeigte sich, daß die Eigenschaften des gebildeten
Rußes durch die spezielle Art der Turbulenz, die in
diesem »Nebel« durch die ihm erteilte Rotation erzeugt wird, in sehr günstiger Weise beeinflußt werden 50
können. Außerdem konnten besonders günstige Ergebnisse bei Anwendung des oben beschriebenen
Verfahrens zur Abschirmung des Sprühstrahls der
Tröpfchen des zu zersetzenden Kohlenwasserstoffs

gegen eine Reaktion mit Sauerstoff erzielt werden; 55 ändern. Richtet man es so ein, daß sich der verdiese Abschirmung des Sprühstrahls erfolgte durch sprühte Kohlenwasserstoff mit der Brennstoff-Luft-Einführung eines Teils des Brennstoffs in den Ofen- Mischung oder mit heißen Verbrennungsgasen, die raum. freien Sauerstoff enthalten, vermischen kann, bevor

Während diese schon früher vorgeschlagenen Ar- die Tröpfchen den »Nebel« erreichen, so ist die Ölbeitsweisen sich besonders gut zur Herstellung von 60 aufnahme des gebildeten Rußes höher als dann, Rußen mit ungewöhnlich hoher oder niedriger wenn ein derartiges Vermischen vermieden wird. Es Strukturentwicklung eignen, läßt sich die vorliegende ist innerhalb gewisser Grenzen möglich, die Öl-Erfindung auch auf einen waagerecht liegenden Ofen aufnahme des Rußes dadurch zu beeinflussen, daß anwenden, um den »Nebel« in rotierende Bewegung der Kontakt zwischen diesen Gasen und dem einzu versetzen, während die Tröpfchen des zu zer- 65 tretenden Kohlenwasserstoff kontrolliert wird. Wenn setzenden Kohlenwasserstoffs gegen das Verbrennen die untere Grenze des »Nebels« nahe an der Spitze geschützt werden. Auf diese Weise werden kombi- der Kohlenwasserstoffdüse 34 gehalten wird, so ist nierte Wirkungen erzielt, welche die Herstellung von die Wirkung im Sinn einer Verringerung der Öl-

Verwendung der früheren Methoden, bei welchen die Zersetzung in einem ruhenden »Nebel« vorgenommen wird.

Die Höhe der unteren Grenze des »Nebels« über der Austrittsöffnung des Sprühstrahls des zu zersetzenden Kohlenwasserstoffs 34 ist variabel; ihre Beeinflussung stellt eine Möglichkeit dar, um die Rußeigenschaften, speziell die Ölaufnahme, zu ver-

aufnahme am größten, während bei einer Vergrößerung dieses Abstandes innerhalb gewisser Grenzen auch die ölaufnahme zunimmt. Der Gasdruck im Ofenraum 18 kann mittels einer Drosselklappe und eines Sauggebläses in der Abtrennanlage (in den Figuren nicht wiedergegeben) genau reguliert werden, und wenn der Ofenraum unter einem geringen Unterdruck gehalten wird, so hält sich der untere Rand des »Nebels« gut über dem Sprühkopf. Durch Steigerung des Drucks läßt sich der »Nebel« nach unten verlagern, und es ist möglich, die Spitze der Zerstäuberdüse vollständig in den »Nebel« einzutauchen, so daß die Erniedrigung der Ölaufnahme ihr Maximum erreicht.

Ein Vorteil, der sich bei der Anwendung der oben beschriebenen Brenneranordnung in Verbindung mit der Arbeitsweise im stehenden Ofen ergibt, besteht — wie schon oben erwähnt — darin, daß ein Teil des Brennstoffs in den Sprühstrahl des zu zersetzenden Kohlenwasserstoffs eingeblasen werden kann, während sich die Luft mehr radial von den Austrittsöffnungen der Leitungen 9 in den Ofenraum hineinbewegt. Wenn nun eine Reihe von solchen Brennern verwendet wird, die in der Höhe der Spitze der Kohlenwasserstoffdüse gleichmäßig über den Umfang des Ofenraumes verteilt sind, ist es möglich, einen langsamer crackenden Brennstoff, wie Naturgas, zu verwenden, um die Tröpfchen des zu zersetzenden Kohlenwasserstoffs einzuhüllen und eine schützende Abschirmung zu bilden, welche eine Reaktion des zu zersetzenden Kohlenwasserstoffs mit nicht umgesetztem Sauerstoff der Brennmischung oder der daraus entstandenen Verbrennungsgase verhindert. Auf diese Weise können nicht nur die Eigenschaften des Rußes zusätzlich beeinflußt werden, es wird dadurch vielmehr auch die Rußausbeute aus dem Kohlenwasserstoff erheblich gesteigert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können praktisch alle normalerweise flüssigen oder leicht zu verflüssigenden Kohlenwasserstoffe als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Ruß verwendet werden, doch ergeben sich besondere Vorteile, wenn hocharomatische Rückstände und Teere aus der Verarbeitung des Erdöls, der Kohle u. dgl. verwendet werden, besonders dann, wenn der Aromatengehalt mindestens 65 % beträgt, das Molekulargewicht im Bereich zwischen ungefähr 100 und ungefähr 400 und der UOP-Kennzeichnungsfaktor (K) zwischen ungefähr 9 und 10,5 liegt.

Zur Bildung der brennbaren Mischungen, die zur Erzeugung der heißen Verbrennungsgase dienen, können als Gas, das freien Sauerstoff enthält, Luft, Sauerstoff oder Mischungen von beiden verwendet werden. Als Brennstoff lassen sich entweder gasförmige oder normalerweise flüssige Kohlenwasserstoffe verwenden, doch ist bei geeigneter Modifikation der Arbeitsweise auch die Benutzung von anderen Gasen, wie Kohlenmonoxid oder Wasserstoff, möglich.

Die Erfindung und die damit verbundenen Vorteile werden nun an Hand einiger charakteristischer Anwendungsbeispiele auf Verfahren, die in einem stehenden Ofen der oben beschriebenen Art ausgeführt werden, noch weiter erläutert.

Beispiel I

Der zur Bildung von Kohlenstoff führende Arbeitsgang wurde in einem stehenden Ofen der in den Figuren wiedergegebenen Art vorgenommen. Der innere Durchmesser des Ofenraumes betrug ungefähr 2,60 m, die Höhe seines zylindrischen Abschnitts war ungefähr 6,10 m. In einer Höhe von etwa 45 cm über dem Boden des Ofenraumes waren über dessen Umfang insgesamt zehn Brennereinrichtungen in gleichmäßigen Abständen verteilt. Jeder Brenner bestand aus einem zylindrischen Brennerrohr, durch welches Luft in den Ofenraum eingeführt wurde, und jede dieser

ίο Zuleitungen war so angebracht, daß die Verlängerung ihrer Längsachse die vertikale Mittellinie des Ofenraumes im rechten Winkel schnitt. Der innere Durchmesser dieser Brennerrohre betrug ungefähr 12,7 cm, ihre Länge ungefähr 48,3 cm. Jedes Brennerrohr lief in einen sich erweiternden Austrittskonus aus, der sich auf einer Strecke von ungefähr 11,4 cm auf eine Austrittsöffnung von ungefähr 33,0 cm erweiterte. Jedem Brennerrohr wurde durch eine tangential einmündende Zuleitung mit einem lichten Querschnitt von ungefähr 40 cm² Luft in einer Menge von ungefähr 775Nm^s/h zugeführt. Durch die koaxial im Brennerrohr angebrachten Leitungen, die mit Zerstäuberdüsen versehen waren, wurde Naturgas in den Ofenraum eingeblasen. Jede Zerstäuberdüse war mit einer Austrittsöffnung mit einem Durchmesser von etwa 7,95 mm versehen, durch welche ungefähr 68 Nm³ Naturgas pro Stunde in axialer Richtung eingeblasen wurden. Die Austrittsöffnungen der Düsen befanden sich jeweils im Übergangskonus des jeweils dazugehörenden Brennerrohres, und zwar ungefähr 76,2 mm vom Austritt in den Ofenraum entfernt.

Von jedem Brenner wurde die Luft radial und unsymmetrisch ausgestoßen, wobei sich ein Teil des durch die Zerstäuberdüsen eingeblasenen Naturgases damit vermischte, so daß sich ein kreisender Flammenring bildete, von dem ein rotierender und im Ofenraum aufsteigender Körper von Verbrennungsgasen ausging. Ein anderer Teil des durch die Zerstäuberdüsen eingeblasenen Naturgases gelangte nach innen zur Mittellinie des Ofenraumes, wo es den Konus der Tröpfchen des zu zersetzenden Kohlenwasserstoffs einhüllte und sich mit diesen vermischte. Der zu zersetzende Kohlenwasserstoff wurde aus einer Kohlenwasserstoffdüse mit einer Austrittsöffnung, die ungefähr 2,54 cm in den Boden des Ofenraumes eingelassen war, in axialer Richtung nach oben in den Ofenraum eingespritzt. Der lichte Durchmesser der Austrittsöffnung der Kohlenwasserstoffdüse war ungefähr 3,97 mm, und der von ihr ausgestoßene Konus der Kohlenwasserstofftröpfchen hatte einen Öffnungswinkel von ungefähr 75°. Der zu zersetzende Kohlenwasserstoff war ein Erdölrückstand, der auf ungefähr 175° C vorgeheizt war, und von dem ungefähr 1,375 m³/h in den Ofenraum eingesprüht wurden. Die Eigenschaften des Erdölrückstandes sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

ASTM-Bestimmungen

API-Dichte 1,1

Brechungsindex 1,659

Molekulargewicht 306

Viskosität in Sayboltsekunden

bei 54°C 359,5

bei 99° C 63,5

Claims (1)

15 16

Errechnete Eigenschaften Der eingespritzte Kohlenwasserstoff verdampfte

TTOP K V Vt in 13 ^unt^ ^{zersetzte s}i^cn ^n Ofenraum und bildete dabei

^or ΐν,Ιά einen kreisenden »Nebel« von heißen reduzierenden

BMCI 117,0 Gasen, mit welchen sich die Kohlenwasserstoff-Mittlerer Siedepunkt ° C 432 ⁵ dämpfe vermischten und sich dabei unter Rußbil-

' dung thermisch zersetzten. Die untere Grenze dieses

Spezifisches Gewicht 1,0671 »Nebels« hielt sich ungefähr 15,2 bis 30,5 cm über

. dem Boden des Ofenraumes.

Chemische Analyse jy_ie Temperaturen im Ofenraum lagen zwischen

Kohlenstoff 88 25^Ό/ο ^{10 un}S^efähr 1425° C in der Nähe des Bodens und ungefähr 1290° C im oberen Teil in der Nähe des sich

Wasserstoff 8,22% verjüngenden Abschnitts.

Schwefel 1,89 °/o Die Anlage erzeugte unter diesen Bedingungen

a I_{n n Π}ςο/ ungefähr 1,881 Ruß pro Stunde, was einer Ausbeute ^{e υ}'^{υ:> /0} 15 von ungefähr 0,683 kg Ruß je Liter Kohlenwasser-Rest 1,59 % stoff, der in den Ofen eingespritzt wurde, entsprach.

Der Ruß wurde wie oben untersucht; seine Eigen-

Der Petroleumrückstand wurde im Ofenraum schäften entsprachen ungefähr denen des Rußes von

unter Bildung eines »Nebels«, der um die senkrechte Beispiel I.

Achse des Raumes kreiste, verdampft und thermisch 20 Patentansprüche·

zersetzt. Die Rotation des »Nebels« führte in diesem ^p

zu turbulenten Strömungen, die zu einer guten Durch- 1. Verfahren zur Herstellung von Ruß durch

mischung der Kohlenwasserstoffdämpfe und der thermische Zersetzung von Kohlenwasserstoffen

heißen reduzierenden Gase des Nebels führten. Die in einem röhrenförmigen Ofen, in welchem die

untere Grenze des Nebels hielt sich ungefähr 15,3 bis 25 koaxial zur Ofenachse eingespritzten Kohlen-

30,6 cm über dem Boden des Ofenraumes. Wasserstoffe durch einen heißen, um die Längs-

Die Temperatur im Ofenraum bewegte sich zwi- achse des Ofens rotierenden Strom von Verbren-

schen ungefähr 1230° C in der Nähe des Bodens und nungsgasen, die in den Ofenraum über mindestens

ungefähr 1120° C in der Nähe des sich verjüngenden ein Brennerrohr eintreten, zersetzt werden, da-

oberen Abschnitts. 3° durch gekennzeichnet, daß das Verbren-

In diesem Ofen wurden unter den angegebenen nungsgas dem Ofenraum aus einem in radialer

Betriebsbedingungen ungefähr 11 Ruß pro Stunde Richtung zum Umfang des Ofens angebrachten

erzeugt; dies entspricht einer Ausbeute von ungefähr Brennerrohr zugeführt wird, wobei sich das Ver-

0,727 kg Ruß je Liter Kohlenwasserstoff, der zur brennungsgas in Form einer Spirale durch das

Zersetzung dem Ofen zugeführt wurde. Die Unter- 35 Brennerrohr bewegt und der am Umfang des

suchung des so gewonnenen Rußes ergab: Farbkraft Ofens in den Ofenraum eintretende Brenngas-

56%, bezogen auf einen FF-Standardruß; Öl- strom bezüglich seiner Eintrittsrichtung gegen-

aufnahme ungefähr 1,34 l/kg Ruß; ASTM-Jodadsorp- über der Ofenachse durch Variation der Gang-

tionszahl 33. höhe der Gasspirale einstellbar ist.

Beispiel II ⁴° ^^- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-

kennzeichnet, daß mehrere solcher spiralförmigen

Bei diesem Beispiel wurden der gleiche Ofen und Gasströme in den Ofenraum eingeführt werden,

die gleichen Hilfseinrichtungen verwendet und weit- wobei die Bewegungsrichtungen der Mehrzahl der

gehend die gleichen Arbeitsbedingungen eingehalten Ströme beim Eintritt in den Ofenraum auf einer

wie bei Beispiel I. Die einzigen Ausnahmen davon 45 neuen Spirale liegen.

waren: Die Brenner wurden mit ungefähr 1246 Nm³ 3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah-

Luft und ungefähr 109 Nm³ Naturgas pro Stunde be- rens nach Anspruch 1, bestehend aus einem

schickt; die Öffnungen der Brennstoffzerstäuberdüsen wärmeisolierten röhrenförmigen Ofenraum, der

hatten einen Durchmesser von ungefähr 9,5 mm und an seinem oberen Ende in ein Abzugsrohr mün-

befanden sich jeweils im Übergangskonus der 50 det und an seinem unteren Ende mit Einrichtun-

Brermerrohre, und zwar ungefähr 25,4 mm von der gen versehen ist, mit deren Hilfe ein zu zer-

Austrittsöffnung der letzteren in den Ofenraum ent- setzender Kohlenwasserstoff koaxial nach oben

fernt. in den Ofenraum eingespritzt werden kann, und

Die Luft wurde von den Brennern radial und un- an dessen Umfang mindestens ein zylindrisches

symmetrisch eingeblasen, so daß der Brennstoff wie 55 Brennerrohr mit einem Ende einmündet, in dem

im Beispiel I verwendet wurde, um die von der die Verbrennungsgase entweder erzeugt oder

Kohlenwasserstoffdüse nach oben in den Ofenraum über das sie in den Ofenraum eingeblasen

eingespritzten Tröpfchen zu umhüllen und einen werden, dadurch gekennzeichnet, daß das zylin-

spiraligen Ring von Flammen- und Verbrennungs- drische Brennerrohr radial in den Ofenraum

gasen zu bilden. In diesem Fall hatte die Austritts- 60 einmündet und eine am äußeren Ende des

öffnung der Kohlenwasserstoffdüse einen Durch- Brennerrohres in tangentialer Richtung angeord-

messer von ungefähr 5,16 mm; der Öffnungswinkel nete Gaszuleitung sowie gegebenenfalls eine

des Konus der versprühten Tröpfchen war ungefähr koaxial zum Brennerrohr angeordnete, in ihrer

75°. Der zur Zersetzung gebrachte Kohlenwasser- Längsrichtung verschiebbare Einspritzvorrichtung

stoff war der gleiche Erdölrückstand wie im Bei- 65 aufweist, wobei zum Zweck der Regulierbarkeit

spiel I; er wurde vor dem Einspritzen in den Ofen- der Ganghöhe der sich im Brennerrohr spiralen-

raum auf ungefähr 175° C vorerhitzt, die Beschik- förmig bewegenden Gase entweder der Eintritts-

kungsrate war ungefähr 2,75 m^s/h. winkel der in tangentialer Richtung angeordneten

Gaszuleitung oder — durch Verkürzen oder Verlängern des Brennerrohres — der Abstand zwischen der tangentialen Zuleitung und der Einmündung des Brennerrohres in den Ofenraum wariiert werden kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Brennerrohr an der Verbindungsstelle mit dem Ofenraum symmetrisch erweitert.

5. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die tangential angeordnete Gaszuleitung ein oxydierend wirkendes Gas und durch die Einspritzvorrichtung ein Brennstoff eingeführt wird.

6. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die tangential angeordnete Gaszuleitung ein gasförmiger Brennstoff und durch die Einspritzvorrichtung ein oxydierend wirkendes Gas eingeführt wird.

7. Vorrichtung nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die tangential angeordnete Gaszuleitung die zuvor gebildeten heißen Verbrennungsgase eingeführt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 781250.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 588/400 7.68 G Bundesdruckerei Berlin