DE1467426A1 - Verfahren zur Russherstellung - Google Patents

Description

PATENTANWÄLfE -J 467426

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHONWALD DR.-ING. TH.MEYER DR. FUES DR. EGGERT DIPL.-PHYS. GRAVE

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

öln, den 12.6.1964 Eg/Ax

Cabot Corporation, 125 High Street, Boston, Massachusetts

(V.St.A.).

Verfahren zur Rußherstellung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ruß bei ungewöhnlich hohen Temperaturen und die dabei erhaltenen neuartigen Produkte.

Großtechnisch wird Ruß durch thermische Zersetzung von kohlenstoffhaltigen Materialien, gewöhnlich Kohlenwasserstoffen, hergestellt. Die thermische Zersetzung des kohlenstoffhaltigen Materials kann nach verschiedenen Verfahren durchgeführt werden, z.B. Zersetzung in der offenen Flamme (impingement- oder Channel-Prozeß), direkte Zersetzung in eingehüllter Flamme (Furnace-Verfahren), Zersetzung an außen beheizten Oberflächen (kontinuierliches Thermalverfahren) oder durch Detonation unter Verwendung von Verbrennungskraftmaschinen (Motoren oder Energieausnutzungssysteme) usw. Bei allen vorstehend genannten Verfahren übersteigt die Temperatur selten etwa l65O°C. Die Grundeigenschaften von Rußen und damit ihr Verhalten bei ihrer Verwendung hängen weitgehend von der Jeweiligen Herstellungsart ab. Beispielsweise zeichnen sich Channel-Ruße oder Impingement-Ruße, die in Gegenwart von Luft bei Temperaturen von etwa 930⁰C erzeugt werden, allgemein durch große Oberfläche, niedrige Struktur, hohen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen und niedrigen p_H-Wert aus. Sie eignen sich insbesondere als Farbruße und Verstärkungsmittel in Naturkautschuk. Dagegen lassen sich die Teilchengrößen von Rußen, die in einer geschlossenen Umwandlungs-

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zone bei Temperaturen von etwa 1370⁰C, z.B. nach dem Purnace-Verfahren hergestellt werden, innerhalb eines weiten Bereichs genau einstellen. Diese Ruße eignen sich demgemäß als Füllstoffe für die verschiedensten Kunstkautschuktypen und Kunststoffe. Angesichts der vielen bekannten Anwendungen von Rußen als feinteilige Füllstoffe und/oder Pigmente würde jedes Verfahren, das eine gleichmäßige Erzeugung neuer Ruße mit erwünschten Eigenschaften gewährleistet, einen erheblichen technischen Fortschritt darstellen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur selektiven Herstellung von Rußen, die sich als Füllstoffe und Pigmente eignen und neue, ungewöhnliche, erwünschte und genau eingestellte Eigenschaften haben, unter Verwendung von kohlenwasserstoffhaltigen Ausgangsstoffen bei fast vollständiger Gewinnung des in diesen enthaltenen Kohlenstoffs.

Gemäß der Erfindung werden die oben genannten Vorteile durch Zersetzung von fließfähigen Kohlenwasserstoffen in einer Zone erreicht, in der eine extrem hohe Temperatur herrscht, die durch Ionisation von Gasen erzeugt wird. Vorzugsweise werden hierbei fließfähige Kohlenwasserstoffe in eine Zone eingeführt, in der ein Gas einer solchen elektrischen Energie ausgesetzt wird, daß es im thermischen Plasmazustand gehalten wird.

Der Ausdruck "thermischer Plasmazustand" bedeutet im Rahmen der Erfindung den Zustand, der sich einstellt, wenn ein einatomiges Gas, wie Helium, Neon, Xenon, Radon und am zweckmäßigsten Argon oder ein zweiatomiges Gas, wie Stickstoff, Wasserstoff usw., bei einem Druck von etwa einer Atmosphäre oder mehr in eine Zone eingeführt wird, in der es einem Hochfrequenzstrom von solcher Stärke ausgesetzt wird, daß etwa 10 bis etwa 50$ der Atome darin ionisiert werden. Wenn diese Gase im thermischen Plasmazustand vorliegen, stellen sich Temperaturen von etwa 6000 bis 20.000⁰K oder etwas mehr in Teilen der Plasmazone ein. Von üblichen Plasmen, die in Neonlicht usw. auftreten, unterscheidet sich demgemäß der

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thermische Plasmazustand eindeutig durch seine extrem hohen Temperaturen, die durch den höheren Druck des Gases während seiner Ionisierung bedingt sind.

Viele Methoden sind bekannt, nach denen einatomige oder zweiatomige Oase ionisiert und im thermischen Plasmazustand gehalten werden können. Nach der besten bekannten Methode wird beispielsweise der Plasmazustand ausgelöst, indem ein Wechselstrom oder Gleichstrom von vielen tausend Ampdre durch das Gas geleitet wird, das einen Bereich zwischen zwei Elektroden einnimmt. Nach einer anderen Methode zur Erzeugung eines thermischen Plasmas wird eine mit Elektroden arbeitende Plasmapistole verwendet, in der das Gas rings um eine der Elektroden geführt und dann durch ein Loch in der zweiten Elektrode geleitet wird, wodurch ein Plasma erzeugt wird, das aus der Elektrodenzone heraus nach außen gerichtet werden kann. Es wurde gefunden, daß der Plasmazustand für die Zwecke der Erfindung am vorteilhaftesten nach einer elektrodenlosen Entladungsmethode eingestellt wird. Hierbei wird der thermische Plasmazustand erreicht, indem das Gas mit - -lfe elektrischer Induktion, die vorzugsweise durch eine umgebende, von Hochfrequenzstrom durchflossene Spule erzeugt wird, auf Ionisationstemperaturen erhitzt wird. Bei diesem Verfahren wird eine endliche Zone innerhalb des Reaktors gebildet, in der das einatomige Gas, wenn es durchgeleitet wird, im thermischen Plasmazustand vorliegt. Durch Einstellung und Aufrechterhaltung der zugeführten Gasmenge und der zugeführten Leistung kann die Größe der Zone, in der das Gas im Plasmazustand vorliegt, verändert und/oder ausgedehnt werden, so daß sie effektiv einen wesentlichen Querschnittsteil des Reaktors einnimmt. Der thermische Plasmazustand wird also an einer bestimmten Stelle im Reaktor ausgebildet und aufrecht erhalten, und die Kohlenwasserstoffe können unmittelbar in diese Zone in einer Weise eingeführt werden, bei der beste Kontaktbedingungen zwischen dem Kohlenwasserstoff und dem energiereichen thermischen

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Plasma sichergestellt sind. Diese bevorzugte Methode zur Ausbildung des thermischen Plasmazustandes wird nachstehend näher erläutert.

Es wurde festgestellt, daß die Art des Ausgangskohlenwasserstoffs, der in die Plasmazone eingeführt wird, und die Art der Atmosphäre in der Plasmazone entscheidende Paktoren sind, die die Rußerzeugung gemäß den Lehren der Erfindung bestimmen. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde gefunden, daß nur die als fließfähige Kohlenwasserstoffe bezeichneten kohlenstoffhaltigen Materialien verwendet werden können, um Rußprodukte in hohen Ausbeuten herzustellen, die ungefähr der theoretischen Kohlenstoffmenge im Ausgangsmaterial entsprechen. Beispielsweise hat sich gezeigt, daß kohlenstoffhaltige Verbindungen, die wesentliche Sauerstoffoder Schwefelmengen enthalten, nicht zu geeigneten Rußausbeuten führen, wenn sie mit Hilfe der aus dem thermischen Plasmazustand stammenden Energie zersetzt werden. Wenn jedoch Rohstoffe, die Verbindungen enthalten, die im wesentlichen aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen, gemäß der Erfindung in Abwesenheit wesentlicher Sauerstoff- oder Schwefelmen|jen (gleichgültig, ob diese Substanzen aus Verbindungen im Brennstoff stammen oder anderen Ursprungs sind) zersetzt werden, nähert sich die erhaltene Rußausbeute dicht der Gesamtmenge an Kohlenstoff im Ausgangsmaterial. Natürlich können fließfähige Kohlenwasserstoffe, die gewöhnlich von Natur aus geringe Mengen der genannten Verbindungen enthalten, für die Zwecke derErfindung gegebenenfalls verwendet werden, besonders wenn die Verringerung der Ausbeute keine umständlichen Verfahren, die zur Entfernung der störenden Verunreinigungen oder der sie enthaltenden Verbindungen erforderlich sind, rechtfertigen würde. Zu den geeigneten Brennstoffen für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gehören demgemäß Methan, Äthan, Äthylen, Butan, Butylen und die höheren Homologen der gesättigten und ungesättigten Kohlenwasserstoffe und Brennstoffe, die diese in hohen Konzentrationen enthalten.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Abbildung beschrieben, die eine apparative Anordnung darstellt, die sich zur Durchführung der Erfindung eignet. Die dargestellte Vorrichtung umfasst eine lokalisierte Reaktionszone 10, die zur Durchführung kleintechnischer Versuche von einem Quarzrohr von fast jedem Innendurchmesser, z.B. von etwa 25 mm bis etwa 40 mm oder noch etwas mehr, umschlossen sein kann. Bei einer Erzeugung im größeren Maßstab kann die Reaktionszone eine andere Querschnittsform haben und auch von anderen feuerfesten Materialien umgeben sein, wobei die Wahl des jeweiligen Werkstoffs weitgehend von den an den Wänden der Reaktionszone auftretenden Temperaturen und von der Fähigkeit des Materials abhängt, die wirksame übertragung von genügend elektrischer Energie für die Ionisation des Gases zu ermöglichen. Ein Rohr 12 von einem Außendurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Rohrs 11, ist coaxial zur lokalisierten Reaktionszone 10 angeordnet und, genauer gesagt, führt konzentrisch zum unteren Teil dieser Zone. Das Rohr 12, das vorzugsweise aus Quarz oder einem anderen hochtemperaturbeständigen Werkstoff besteht, muß einen solchen Außendurchmesser haben und im Rohr 11 konzentrisch so befestigt sein, daß ein Ringraum zwischen den Innenwänden des Rohrs 11 und den Außenwänden des Rohrs 12 gebildet wird. Im Rohr 12 ist das Rohr l4 konzentrisch angeordnet, das im allgemeinen kurz vor dem oberen Ende des Rohrs 12 endet und einen erheblich kleineren Durchmesser hat als das Rohr 12. Das Rohr l4, das aus Metall bestehen kann, ist durch den Boden 17 der Vorrichtung geführt und ist luftdicht mit der Kohlenwasserstoffzuführungsleitung l6 verbunden. Wenn das Rohr l4 aus Metall besteht, sind zweckmäßig Einrichtungen vorzusehen, die es in der Reaktionszone heben und senken. Durch das Rohr l8 wird das Gas dem unteren Teil des Raums zugeführt, der zwischen den Rohren 11 und 12 vorhanden ist. Die Zuführung erfolgt vorzugsweise tangential. Das Gas strömt auf diese Weise durch den Ringraum aufwärts und nach dem Verlassen dieses Raums weiter einem allgemein spiralförmigen Weg entlang

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durch das Rohr 11 nach oben, wobei der größere Teil des Gases dicht an den Innenwänden des Rohrs 11 bleibt. Auf diese Weise wird ein Bereich niedrigen Drucks in der Mitte ausgebildet. Dies trägt zur Stabilisierung des Plasmas bei und ermöglicht die Zuführung eines größeren Teils des einzuführenden Kohlenwasserstoffs in den mittleren Teil des Rohrs 11. Oberhalb des Rohrs 12 ist um die Außenwand des Rohrs 11 eine zylindrische Spule 24 gelegt, die gewöhnlich aus Kupfer besteht und vorzugsweise hohl ist, um eine Kühlflüssigkeit durchleiten zu können. Die Spule 24 in der dargestellten Vorrichtung kann je nach Größe und Form der Reaktionszone und dem dafür verwendeten Hochfrequenzstrom aus etwa 4 bis 7 oder 8 Windungen bestehen. Wenn beispielsweiseein zweiatomiges Gas ionisiert wird, ist eine höhere Energie erforderlich, um zuerst das Gas zu dissoziieren und dann die dissoziierten Teilchen zu ionisieren. Die erforderliche Energie ist bei einatomigen Gasen geringer, die zwar höhere Ionisationstemperaturen haben, jedoch nicht dissoziieren, sondern direkt ionisiert werden. Die Spule ist an eine Hochfrequenzstromquelle, z.B. einen (nicht dargestellten ) Generator, angeschlossen. Im allgemeinen genügen Frequenzen von etwa 3-5 MHz zur Erzielung guter Ergebnisse mit einatomigen Gasen in der dargestellten Vorrichtung.

Zur Rußerzeugung in der beschriebenen Vorrichtung wird das Gas - im allgemeinen Argon - tangential unter einem geeigneten Überdruck (im allgemeinen mehr als etwa 1 Atm.) in den Raum zwischen der Außenwand des Rohrs 12 und der Innenwand des Rohrs 10 eingeführt. Wenn die gewünschte Durchflußmenge erreicht ist, wird der Hochfrequenzstrom an die Spule 24 gelegt. Wenn das Rohr l4 aus Metall besteht, kann es in den Bereich der Spule 24 gehoben werden und wird dort durch das Hochfrequenzfeld erhitzt. Das erhitzte Metall seinerseits erhitzt das umgebende Gas und macht es leitfähiger und konzentriert das Feld. Die Wärme reicht aus, um ein lokalisiertes Plasma zu bilden, das seinerseits sofort die Temperatur des Gases in der Reaktionszone auf die

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Ionisierungstemperatüren erhöht, wodurch ein thermisches Plasma innerhalb des Spulenbereichs gebildet wird. Nach einer anderen Methode wird das Plasma ausgelöst, indem ein Tantaldraht oder ein Draht aus einem anderen Metall oder ein Kohlestab in die Mitte der Spule 24 eingeführt und nach der Auslösung des Plasmas herausgezogen wird. Nach der Bildung des Plasmas in der Reaktionszone wird das Rohr 3.4 in ungefähr die Stellung gebracht, die in Fig. 1 dargestellt ist. Anschließend wird ein fließfähiger Kohlenwasserstoff durch das Rohr 14 in der gewünschten Menge in die Plasmazone eingeführt. Aufgrund des Wirbels, der durch die bevorzugte Art der Einführung des Argons in die Reaktionszone gebildet wird, strömt fast der gesamte Kohlenwasserstoff durch die mittleren Teile des Plasmas.

Es wird angenommen, daß der Kohlenwasserstoff während seines Durchgangs durch die Plasmazone eine praktisch vollständige Dissoziation und Ionisation erfährt. Solange wesentliche Mengen an Sauerstoff oder anderen ähnlichen Verunreinigungen von der Reaktionszone und dem ihr unmittelbar vorgelagerten Ber^ch ausgeschlossen werden, sind die mit den meisten Kohlenwasserstoffen erzielten Rußausbeuten hoch und entsprechen in einigen Fällen ungefähr der theoretischen Kohlenstoffgewinnung daraus. Es ist zu bemerken, daß der Ausschluß von Sauerstoff und Luft gemäß der Erfindung teilweise durch die Art der Einführung des Gases in die Reaktionszone sichergestellt wird. Durch Einführung des Argons in einer Weise, bei der praktisch unverdünntes Argon als Schicht an den verhältnismäßig kühlen Umfangsbereichen der Reaktionszone gehalten wird, werden die Dissoziationsprodukte des Kohlenwasserstoffs unmittelbar nach dem Durchgang durch die Reaktionszone schlagartig gekühlt, wodurch die Reaktion unter Bedingungen, die für die Bildung hoher Kohlenstoffausbeuten am günstigsten sind, abgebrochen wird.

Gemäß den Lehren der Erfindung wurden durch die Anmelderin die verschiedensten Rußtypen hergestellt. Einige von ihnen ähneln

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etwas den konventionellen Rußtypen, aber die meisten sind absolut einzigartig und haben Eigenschaften, die bei keinem der bisher bekannten Rußtypen bekannt sind. Beispielsweise ist es bei Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung unter Bedingungen, bei denen die Zuführung eines größeren Teils des Ausgangsbrennstoffs zu den Bereichen höherer Temperatur in der Plasmazone sowie eine ausreichende Verweilzeit des Ausgangskohlenwasserstoffs in diesen Bereichen sichergestellt sind, möglich, aus den meisten Kohlenwasserstoffen einen Ruß herzustellen, der sich durch geringe Teilchengröße auszeichnet und aus Kristalliten besteht, die große Kristallitabmessungen aufweisen, denen aber überraschend die kristalline Ordnung fehlt. Mit anderen Worten, die Ruße, die in dem Bereich des Plasmas gebildet werden, in dem die höheren Temperaturen herrschen, zeichnen sich durch geringe Teilchengröße bei großen Abmessungen der Einzelkristallite aus. Diese Ruße enthalten also verhältnismäßig wenig Kristallite pro Teilchen, wobei jedoch die Kristallflächen keine Ordnung zueinander haben oder, mit anderen Worten, .turbostratisch sind. Angesichts des Standes der Technik ist dies völlig überraschend. Beispielsweise sind die meisten Ruße bekanntlich stark graphitiert (oder in Kristallitanordnung geordnet), wenn sie Temperaturen von mehr als etwa 2700°C ausgesetzt worden sind. Im Gegensatz dazu zeigt der

zum überwiegenden Teil gemäß der Erfindung erhaltene Ruß/keine merkliche Graphltierung, obwohl er bei Temperaturen gebildet wird, die wahrscheinlich über etwa 8000°K und in einigen Fällen sogar bei etwa 15.000⁰K liegen. Diese Peststellung wurde durch.Röntgenuntersuchungen der erfindungsgemäßen Ruße bestätigt, bei denen das Fehlen von Modulationen in der (hk)-Reflektion erkennen lässt, daß keine Graphitierung oder bevorzugte Kristallitordnung vorhanden ist. Ferner lassen Untersuchungen der erfindungsgemäß hergestellten Ruße mit dem Elektronenmikroskop erkennen, daß ihre Teilchenform ungewöhnlich ist, nämlich flach und dünn ähnlich gekräuseltem Filmmaterial, wie Celiophan, und doch mit veitiältnismäßig kleinem mittlerem

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äquivalentem Teilchendurchmesser, der selten etwa J55 übersteigt. Sehr überraschend lassen sich jedoch die Ruße trotz ihrer geringen Teilchengröße leicht in ölen, Druckfarben, Polymeren, Farben usw. dispergieren.

Eine präzise Erklärung, warum diese ungewöhnlichen Eigenschaften die gemäß der Erfindung hergestellten Ruße charakterisieren sollen, kann nicht gegeben werden, jedoch wird angenommen, daß diese Eigenschaften eine direkte Folge der ungewöhnlichen Umgebung sind, in der sie gebildet werden. Wie bereits erwähnt, ist diese Umgebung in erster Linie durch das praktische Fehlen von Sauerstoff oder Schwefel und das Vorhandensein von energiereichen ionisierten Teilchen gekennzeichnet, die bei Rekombination ungewöhnlich hohe Temperaturen z.B. von wenigstens etwa 8000°K erzeugen. Die Temperaturen liegen weit über denen, die bei bekannten Rußherstellungsverfahren einschließlich der Verfahren, bei denen mit Lichtbögen gearbeitet wird, auftreten. Die gemäß der Erfindung erhaltenen Ruße werden somit unter Bedingungen gebildet, die weit jenseits der Grenzen liegen, die für übliche Rußherstellungsverfahren charakteristisch sind. Daß diese ungewöhnlichen Umgebungsbedingungen den darin gebildeten Rußen neue Eigenschaften verleihen, ergibt sich eindeutig aus der folgenden Tabelle, in der die Kristallitanordnung und die verwandten Eigenschaften dieser Ruße und der üblichen Ruße einander gegenübergestellt sind. Die Dimensionen für die L- und L -Peaks in der Tabelle wurden aus Röntgenstrahlenbeugungsbildern von repräsentativen Rußen ermittelt. Die L -Peakdimension ist ein Maßstab für den mittleren Durchmesser der Kristallite, während die L -Dimension ein Maß ihrer mittleren Dicke ist.

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Repräsentative Abmessungen von Rußen

Oberfläche Mittlere Mittlere Mittleres Mittl. Mittl.

aus Np-

p L -Größe L -Größe Verhältnis Teil- Teil-Adsprgtion, ^a L /L₀

nr/ß a A chen- chen-■durchm. yqI.
a

Mittleres Durchschnittl. Kristal- Kristallitzahl litvolu- pro Teilchen

op Channel-Ruß
2 "Spheron 6^M

-»Furnace-Ruß
"Vulcan 3^M

roSterling S
° Thermal-Ruß

110

74
23

PB 21
PB 23

91,5
76,6

13

15

37

53

280

5,2xlO

290 4,7xlO⁷ 6,35xlO² 800 2,68xlO⁸ 8 χ 10⁵ '

"Sterling FT"	13	17	6	28	VJl	1	,61	2150	5	,14x1
Shawinigan-Acetylen	-	26,		47,		1	,79	500	65	,3x10
Plasmaruße

352 2,3x10'

7,5x10

422 3,9xlO⁷ 2 χ 10⁵

2100

7400 33400

500.000 i4oo

300

200

Die Tabelle zeigt eindeutig, daß die Plasmaruße gemäß der Erfindung sich in den Kristallitparametern stark von üblichen Rußen unterscheiden. Beispielsweise haben die Plasmaruße lVl -Verhältnisse unter etwa 1,5* während diese Vera c

hältnisse bei den meisten Rußen zwischen etwa 1,6 und 2,0 oder etwas höher liegen. Ferner zeigt die Tabelle, daß ein weiterer Unterschied der erfindungsgemäßen Ruße gegenüber bekannten Rußtypen darin besteht, daß die ersteren eine sehr geringe durchschnittliche Kristallitzahl pro Teilchen enthalten. Die geringe Zahl der Kristallite pro Teilchen dürfte eine der ungewöhnlichsten Eigenschaften der erfindungsgemäßen Ruße sein, da diesen hierdurch Eigenschaften verliehen werden, durch die sie für ganz spezielle Verwendungszwecke besonders geeignet sind.Bekanntlich hängt die Reaktionsfähigkeit eines Rußes weitgehend von der Zahl der Kristallite pro Rußteilchen ab, weil wahrscheinlich die Kohlenstoffatome im Innern eines Kristallite nicht so reaktiv sind wie diejenigen an den Rändern oder Kanten des Kristallite. Beispielsweise enthalten die meisten feinteiligen Ruße, z.B. Channel-Ruße, im allgemeinen viele Kristallite pro jilchen und semit viel mehr aktive Stellen, die für die Reaktion verfügbar sind. Im Gegensatz dazu haben die erfindungsgemäßen Plasmaruße, die im Durchschnitt weniger als 1000 Kristallite pro Teilchen enthalten, weniger aktive Stellen, so daß sie bei gleicher Teilchengröße weniger reaktionsfähig sind. Demgemäß haben die Plasmaruße, insbesondere diejenigen mit durchschnittlich weniger als etwa 500 Kristalliten pro Teilchen, eine höhere Sauerstoffbeständigkeit. Sie nehmen nicht leicht Feuchtigkeit auf und sind verträglich mit Reagenzien, wie Vulkanisationsmitteln, Trockenmitteln o.dgl., die in die Produkte eingearbeitet werden, in denen der Ruß als Füllstoff oder Pigment verwendet wird. Neben den vorstehend beschriebenen Eigenschaften haben die erfindungsgemäßen Ruße eine genügend geringe Teilchengröße, um als wirksame Verstärkungsmittel in Polymeren oder als farbkräftige Pigmente in Farbbindemitteln

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verwendet werden zu können. Die gemäß der Erfindung hergestellten Ruße sind also besonders wertvoll und vorteilhaft für Zwecke, bei denen ein feines, aber inertes Pigment oder Füllmaterial erforderlich ist.

In den folgenden Beispielen wurden ähnliche Vorrichtungen verwendet, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind. Zur Lieferung von Strom durch eine Kupferspule mit 7 Windungen und 6,4 mm Außendurchmesser, die als Kupferrohr ein Silicarohr 11 von 40 mm Außendurchmesser umgab, wurde ein 20 kW-Lepal-Hochfrequenz transformator verwendet. Ein (nicht dargestelltes) Pyrexglasrohr von 76 mm Durchmesser war über dem Quarzrohr mit einem senkrechten Abstand von 6,4 mm aufgehängt. Das Pyrexrohr war wiederum an einer Abscheidevorrichtung aus Pyrexcyclonen und einem Beutelfilter befestigt. Durch das Abscheidesystem wurdenmit einem Gebläse, das einen verminderten Druck von etwa 200 mm ΗρΟ erzeugte, Abgase und der gebildete Ruß gedrückt. Als einatomiges Gas wurde in allen Fällen Argon verwendet, das mit einem Rohr ähnlich dem Rohr 18 tangential in das Quarzrohr 11 eingeführt wurde. Die Übtrschlagspannung des durch die stromführende Zone 10 strömenden Argons wurde gesenkt, indem ein leitender Draht durch die senkrechte Trennung zwischen dem Quarzrohr 11 und dem 76 mm-Pyrexrohr eingeführt wurde. Mit der Einführung des Drahts ionisiert das Argon und koppelt dann, wodurch eine thermische Plasmazone hoher Temperatur im Quarzrohr entsteht. Der Draht wurde dann entfernt. Der Ausgangskohlenwasserstoff wurde getrennt vom Argon mit Rohren ähnlich den Rohren 16, l4 und 12 in die Plasmazone eingeführt. Das Rohr l4, aus dem der Kohlenwasserstoff austritt, hatte einen Innendurchmesser vpn etwa 8 mm. Der Kohlenwasserstoff trat aus diesem Rohr mit einer Geschwindigkeit, von etwa 39 mm/Sek. aus, die sich als besonders geeignet erwies, um eine genügende Verweilzeit für die Kohlenwasserstoffe in der Plasmazone sicherzustellen.

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Beispiel 1

In der beschriebenen Vorrichtung wurde Argon kontinuierlich tangential in einer Menge von etwa 0,57 - 0,85 nr/Std. in das Rohr eingeführt. Nach Ausbildung einer thermischen Plasmazone innerhalb des Rohrs wurde Buten-1 kontinuierlich in einer Menge von etwa 7 l/Std. in die Zone eingeführt. Die Versuchsdauer betrug eine Stunde. Nach Abschluß des Versuchs wurden 15 g Ruß aus dem Abscheidungssystem gewonnen.

Die Analyse des Rußes ergab folgende Eigenschaften:

Teilchendurchmesser aus elektronenmikroskopischer Aufnahme 35 mja

Oberfläche aus Stickstoffadsorption 91,5 m /g Nigrometerwert (Scale) 87

ölabsorption . 1,82 cm^/g

Die Röntgenstrahlenbeugungsbilder des Rußes zeigten keine Spur von Graphitierung. Die L_a-Dimension betrug 51 S, während die L -Dimension 37 S betrug. Das L_Q/L -Verhältnis betrug somit 1,38.

Beispiel 2

Der in Beispiel 1 beschriebene Versuch wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß Äthan anstelle von Buten in die Plasmazone eingeführt wurde. Die Versuchsdauer betrug etwa eine Stunde. Bei Abschluß des Versuchs wurden 7 g Ruß aus dem Abscheidungssystem gewonnen. Folgende Eigenschaften des Rußes wurden ermittelt:

Teilchendurchmesser aus elektronenmikroskopischer Aufnahme 42 mu

Oberfläche aus Stickstoffadsorption 76,6 m²/g Nigroraeterwert (Scale) 88

ölabsorption 1,62 cnrVg

Die Röntgenstrahlenbeugungsbilder des Rußes zeigten keine Spur von Graphitierung. Die L -Dimension betrug 70 S, die L -Dimension 53 Ä und das Verhältnis L /L somit etwa 1,3.

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Claims (8)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Ruß, dadurch gekennzeichnet, daß ein fließfähiger Kohlenwasserstoff in eine Zone eingeführt wird, in der ein Inertgas im ionisierten Zustand gehalten wird.

2. Verfahren zur Herstellung von Ruß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) ein Inertgas kontinuierlich in eine geschlossene Zone in einer solchen Menge einführt, daß der Druck dieses Gases in der Zone wenigstens etwa 1 Atmosphäre beträgt,

b) das Inertgas kontinuierlich auf seine Ionisierungstemperatur erhitzt,

c) einen Kohlenwasserstoff in die Zone einführt und

d) den gebildeten Ruß abscheidet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas durch elektrische Induktionsheizung erhitzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas selektiv in die Umfangsbereiche der Umwandlungszone eingeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) ein Inertgas kontinuierlich tangential in die inneren Umfangsbereiche einer eingeschlossenen Zone in einer solchen Menge einführt, daß der Druck dieses Gases in dieser Zone wenigstens 1 Atmosphäre beträgt,

b) um die äußere Randzone der genannten Zone kontinuierlich einen genügend starken Hochfrequenzstrom leitet, um das Gas auf seine Ionisierungstemperatur zu erhitzen,

c) einen Kohlenwasserstoff in die zentralen Teile der Zone einführt und

d) den gebildeten Ruß abscheidet.

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6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenwasserstoff mit einer Geschwindigkeit von nicht mehr als etwa 80 mm/Sekunde in die zentralen Teile der Zone eingeführt wird.

7· Verfahren nach Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Inertgas ein einatomiges Gas ist.

8. Ruß mit einem mittleren L /L -Verhältnis von weniger

el O

als etwa 1,5 und durchschnittlich 100 - 1000, vorzugsweise 100 - 500 Kristalliten pro Teilchen.

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