DE1592840A1

DE1592840A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Oxydation von Russ

Info

Publication number: DE1592840A1
Application number: DE1966C0038553
Authority: DE
Inventors: Deery Hugh J
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 1965-03-23
Filing date: 1966-03-22
Publication date: 1971-07-01
Also published as: DE1592840C3; DE1592840B2; US3398009A; FR1472490A; BE749548Q; GB1135277A; NL6603767A

Description

PATENTANWÄLTE
DR.-ING.VON KREISLER DR.-ING. SCHDNWALD

DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES 1592840

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

Köln, den 19.3.1966 Kl/Ax

₁ Oorporation, 125 Vi^h itreet, !Boston, Las-qaohuaetts 02110 (Y. 3 t. A.) .

Die Erfindung bezieht sich auf die Oxydation von Ruß bei erhöhten Temperaturen.

Ruß ist ein allgemein bekanntes und wichtiges Handelsprodukt· Ruß wird auf zahlreichen verschiedenen Gebieten verwendet, z.B. als Verstärkerfüllstoff in Kautschuk und Elastomeren, als Pigmente für Kunststoffe, Farben, Lacke, Druckfarben usw. Offensichtlich ist ein einzelner Ruß nicht für alle Anwendungen geeignet. Daher wurden verschiedene Rußherstellungsverfahren entwickelt, z.B. das Thenaalverfahren, das Öl-Furnace-Verfahren, das Gas-Furnace-Verfahren und das Channel-Verfahren. Bei diesen Verfahren werden Ruße mit wesentlich verschiedenen Eigenschaften gebildet, ferner können gewisse Eigenschaften der Ruße nach ihrer Herstellung verändert werden.

Ein besonders wichtiges ITachbehandlungsverfahren besteht aua der Oxydation von Rußen mit stickstoffhaltigen Oxydationsmitteln bei erhöhten Temperaturen«, Diese Verfahren erwiesen sich als besonders vorteilhaft für die Behandlung von Purnace-Rußön» Durch die Veränderungen der Eigenschaften der oxydierten Ruße erhalten diese im allgemeinen eine bessere Eignung für gewisse Verwendungszwecke, ζ_οΒ, als Verstär-

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kerfüllstoffe für vulkanisierbare Kautschukmischungen mit geringer Neigung zu vorzeitiger Anvulkanisation und als Pigmente für Druckfarben mit langen Fließeigenschaften.

Bisher wurde dieses ^erfahren im allgemeinen so durchgeführt, daß man einen Ruß in einer Zone, die bei der gewünschten Temperatur gehalten wurde, mit einem stickstoffhaltigen Oxydationsmittel "behandelte. Um dieses Verfahren kontinuierlich zu gestalten, wird unbehandelter Ruß zusammen

" mit dem Oxydationsmittel kontinuierlich an einen Ende der Zone zugeführt und der behandelte Ruß vom anderen Ende abgezogen,, Vor der Verpackung und dem Gebrauch des behandelten Rußes müssen stickstoffhaltige Nebenprodukte der Oxydation und Rückstände, die sich auf dem Ruß abgesetzt haben und äußerst giftig sind, entfernt werden. "Diese Entfernung v/ird im allgemeinen so vorgenommen, daß man auf den Ruß Temperaturen von etwa 15O⁰O einwirken läßt, während man Luft durchleitet und die frei werdenden Gase vor der Abführung in die Atmosphäre durch eine umfangreiche V/aschapparatur leitet, lieben den Problemen, die die Beseitigung dieser giftigen Nebenprodukte und der Rückstände in sich schließt, undden

\ hierfür erforderlichen teuren Yfeischtürmen, Pumpen, leitungen, Auslaugefeldern u.dgl. stellt der Verlust dieccr nebenprodukte einen weiteren großen wirtschaftlichen Nachteil der bekannton Verfahren dar.

Diese Probleme werden durch die Erfindung gelotst. Gegenstand der Erfindung ist ein neues Vorfahren zur Oxydation von Ruß, wobei die Wiedergewinnung und die Wiederverwendung wertvoller stickstoffhaltiger Oxydationsmittel in wirtschaftlicher Weise erfolgt, und wobei als Produkt ein oxydierter Ruß erhalten wird, an dem stickstoffhaltige Oxydationsmittel oder Nebenprodukte der Oxydation nur in sehr geringen Konzentrationen haften« Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Oxydation von Ruß mi.b stickstoffhaltigen Oxydationsmitteln lot dadurch gekennzeichnet, daß man den Ruß zuerst mit dom stickatoffhulfct/;r>n-Oxydationsmittel in einer ersten, bei Tenueraturen

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zwischen etwa 65 und 15O⁰C gehaltenen Zone behandelt und dann kontinuierlich durch eine angrenzende Zone führt, in der die Temperatur bei einem etwas höheren Wert als in der ersten Zone, nämlich allgemein im Bereich von etwa 120-205 gehalten wird und durch, die ein Gas, das freien Sauerstoff enthält, kontinuierlich im Gegenstrom zur Bewegungsrichtung des Rußes geleitet wird·

1 zeigt ale schematißche Seitenansicht eine Vorrichtung, die β ich für die Zwecke der Erfindung eignet.

]?ig.2 zeigt schematisch als Seitenansicht eine bevorzugte Aupführungsform der Apparatur, die für die Zwecke der Erf ir dang besonder!-, gut geeignet ist.

Bei der in Fi£»1 dargestellten Vorrichtung wird der Ruß durch die Leitung 11 und die Schnecke 12 in das rotierende Gehäuse 9 eingeführt, das sich um seine Längsachse drehte Den Gehäuce ο v'ird 'Tärme derart zugeführt, daß die Temperatur im Gehäuse auf einen \7ert von etv/a 38-65⁰C und darüber erhöht v/ird und die Temperatur über die Länge der Trommel allmählich steigt, bis Temperaturen von wenigstens etwa 15O-2O5°C am Austrittsende, an dem der behandelte Ruß durch den Austritt 17 abgezogen wird, erreicht werden<>

Der Eintrittsabsichnitt des rotierenden Gehäuses 9» der in der Abbildung mit "1" bezeichnet ist und nachstehend als "Zone 1" bezeichnet wird, ist somit die Zone von niedrigerer Temperatur, während der Austrittsabschnitt, der mit "2" bezeichnet und nachstehend "Zone 2" genannt wird, die Zone von höherer Temperatur ist. Die Ubergnngszone von Zone 1 nach Zone 2 liegt in dem Bereich, λνο die Temperatur in den Bereich von 120-15O⁰C steigt. Dies muß der mittlere Abschritt, des Gehäuses 9 sein. Ein stickstoffhaltiges Oxydationsmittel, auf das nachstehend näher eingegangen wird,

eine a der
wird 'lurch Bee linden des Gehäuses 9 entweder in flüsniger Forr- euer in Dampf form eingeführt und in der Zone 1 freigegeben, wobpi es er.itma]. 0 mit dem TMP boj ninor '.Feümerutur

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unter etwa 15O⁰O in Berührung kommt, oder es kann vorher am ItxiBf der in die Zone 1 durch die Schnecke 12 eintritt, adsorbiert werden. Bei der in Fig.1 dargestellten Vorrichtung wird das' stickstoffhaltige Oxydationsmittel ungefähr am Ende (in Strömungsrichtung gesehen) der Zone 1 rii.-fc Hilfe der Leitung 13 freigegeben, die sich durch das Austrittsende des Gehäuses 9 erstreckt. Hierbei wird das Oxydationsmittel im Gegenstrom zur Bewegungsrichtung des Rußes geleitet. Es ist wichtig, daß das stickstoffhaltige Oxydationsmittel und der Büß in der Zone 1, wo die Temperaturen für die gewünschte Reaktion günstig sind, in innige Berührung gebracht werden,,

Gleichzeitig wird ein Gas, das freien Sauerstoff enthält, in der Nähe des Austritteendes der Zone 2, in der die höhere Temperatur herrscht, beispielsweise durch den Ringraum 15 eingeführt. Durch die Einführung dieses Gases an dieser Stelle wird es im Gegenstrom zur Bewegungsrichtung des Rußes durch die Zone 2 geführt, wo es die Desorption von nicht umgesetztem stickstoffhaltigem Oxidationsmittel und von absorbierten Nebenprodukten aus der vorherigen Reaktion zwischen dem Ruß und dem stickstoffhaltigen Oxydationsmittel vom Ruß unterstützt. Gleichzeitig wird dem darin enthaltenen freien Sauerstoff die größtmögliche Gelegenheit gegeben, sich chemisch mit einem Teil dieser Nebenprodukte zu vereinigen, wobei eine Rückbildung oder Regenerierung von aktiven stickstoffhaltigen Oxydationsmitteln erfolgt. Diese neugebildeten stickstoffhaltigen Oxydationsmittel strömen dann weiter im Gegenstrom zur Bewegungsrichtung des Rußes in die Zone 1, wo sie mit weiterem unbehandeitern oder teilweise behandeltem Ruß in Berührung kommen und hierdurch die Menge an frischem oder zur Ergänzung verwendetem stickstoffhaltigem Oxydationsmittel verringern, das dem Prozess kontinuierlich zugeführt werden muss, \7enn der behandelte Ruß abschließend durch den Austritt 17 abgezogen wird, ist er somit praktisch frei von nicht umgesetzten Oxydationsmitteln, oder restlichen Nebenprodukten, go daß praktisch keine restlichen Oxydationsmittel oder Nebenprodukte durch den "Austritt 17 entweichen.

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Als stickstoffhaltige Oxydationsmittel werden Salpetersäure und Stickstoffoxyde verwendet. Oxydierende Stickstoffoxyde sind allgemein bekannt. Beispiele hierfür sind Stickstoffdioxyd, Stickstoffetroxyd und Stickstoffpentoxydc Wenn Salpetersäure als Oxydationsmittel verwendet werden soll, kann rauchende, konzentrierte oder verdünnte Salpetersäure in flüssiger lOrm oder in Dampfform gebraucht werden» Im allgemeinen wird jedoch Salpetersäure einer Konzentration von wenigstens 40 G-ew.-^ HtJOo bevorzugt«

Die Art und Weise, wie das stickstoffhaltige Oxydationsmittel eingeführt wird, ist nicht sehr wesentlich. Beispielsweise wird es normalerweise in einen beliebigen !eil der ersten Zone eingeführt oder dem Büß vor seiner Einführung in die erste Zone zugemischt. Bs kann sogar in die zweite Zone eingeführt werden, muß aber in diesem Pall an einer Stelle freigegeben werden, die wenigstens etwas oberhalb (in Strömungsrichtung gesehen) der Eintrittsstelle des G-aees, das den freien Sauerstoff enthält, liegt. Vorzugsweise wird jedoch das stickstoffhaltige Oxydationsmittel in Dampfform in den mittleren Teil des Gehäuses 9 eingeführt, d.h. in den letzten Teil der ersten Zone oder in den oberen Teil (in Bewegungsrichtung des Rußes gesehen) der zweiten Zone, weil hierdurch ein besserer Kontakt des Oxydationsmittels mit dem Ruß erzielt und eine maximale Verweilzeit bei günstigen Reaktionstemperaturen für die erhaltenen Gemische erreicht wird. 7/enn Salpetersäure als Oxydationsmittel verwendet werden soll, kann sie vor ihrer Einführung beispielsweise durch Erhitzen verdampft werden.

Wie bereits erwähnt, muß die Temperatur der ersten Zone im allgemeinen im Bereich zwischen etwa 65 und 150⁰O liegen. Vorzugsweise werden die Temperaturen in dieser Zone zwischen etwa 93 und, 120⁰O gehalten« Bei Temperaturen, die wesentlich unter etwa 65⁰G, z.B. bei etwa 49⁰C liegen, verläuft die Oxydation des Rußes gewöhnlich mit sehr geringer Geschwindigkeit«, Bei Temperaturen, die wesentlich über etwa 150⁰O

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liegen, wird die Geschwindigkeit, mit der die Desorption stattfindet, im Vergleich zur Geschwindigkeit der Reaktion mit dem Ruß sehr stark erhöht, und der Behandlungsgrad wird ■ geringer.

Die !Temperatur der zweiten Zone muß im Bereich zwischen etwa 120 (vorzugsweise 149⁰O) und etwa 205⁰C gehalten werden, um freie Nebenprodukte und Rückstände vom Ruß zu desorbiereno Bei Temperaturen, die erheblich über etwa 205, z.B. bei 260⁰C liegen, werden die Oberfläche und die übrigen Eigenschäften des behandelten Rußes stark beeinträchtigt. Dies ™ ist normalerweise unerwünscht. Beispielsweise wird die Oberfläche eines Rußes durch Behandlung mit Oxydationsmitteln bei solchen erhöhten Temperaturen wesentlich vergrößert.

Es i3t zu bemerken, daß die vorstehend beschriebene Unterteilung der erhitzten Zonen in gewissem Grade theoretisch ist und lediglich zur Erläuterung des Mechanismus des Verfahrens gemäß der Erfindung dienen soll. Eine gewisse Oxydation des Rußes findet in der zweiten Zone statt, während eine gewisse Desorption in der ersten Zone stattfindet» Bei den in der zweiten Zone herrschenden Temperaturen verläuft die Desorption von Oxydationsrückständen und Nebenprodukten k jedoch viel schneller als in der ersten Zone, und der Gesamteffekt in der zweiten Zone ist eine Unterdrückung der Oxydation des Rußes, Die Erfindung kann somit in erhitzten Zonen, die physikalisch getrennt sind, oder in einem einzigen Gehäuse durchgeführt werden, das in der Nähe des Eintrittsendes selektiv auf die Temperaturen der ersten Zone und zum Austrittsende hin auf die Temperaturen der zweiten Zone erhitzt wird.

Für die Zwecke der Erfindung eignen sich als Gase, die freien Sauerstoff enthalten, im allgemeinen beliebige Gase, die molekularen Sauerstoff enthalten. Natürlich ist es im allgemeinen wichtig, daß andere Substanzen, die außer dem freien molekularen Sauerstoff anwesend sind, im wesentlichen

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chemisch inert gegenüber dem Ruß, den stickstoffhaltigen Oxydationsmitteln und den Nebenprodukten der Oxydationsreeiktion sind. Bevorzugt für das Verfahren gemäß der Erfind i ng wird trockene Luft, da sie in großen !!engen leicht verfügbar ist und keine wesentlichen Kengen an schädlichen Substanzen enthält, natürlich können jedoch auch andere Gase, die freien Sauerstoff enthalten, z.B. Gemische von Helium und Sauerstff oder von Stickstoff und Sauerstoff, oder Sauerstoff allein verwendet v/erden.

Die !.!enge des fi^eien Sauerstoff enthaltenden Gases, die in das Austrittsende der zweiten Zone einzuführen ist, ist sehr unterschiedlich. Die für einen bestimmten Betrieb erforderliche Lenge hängt weitgehend von Parametern, wie den Typ des zu behandelnden Rußes, den Anteilen an frischen oder zur Srgänzung dienenden stickstoffhaltigen Oxydationsmitteln, die in die erste Zone eingeführt v/erden, den in der ersten und zweiten Zone aufrecht erhaltenen !Temperaturen, den Verweilaeiten den Rußes in diesen Zonen, dem Volumen und der Länge der Zone usw. ab. "niere · en^e läßt eich daher am besten während des tatsächlicher B^'i'-iebes bestimmen. Allgemein gilt jedoch, daß so viel Gas, das freien Sauerstoff enthält, der zweiten Zone zuzuführen ist, dass a) wenigstens die T.Ienge an molekularem Sauerstoff vorhanden ist, die stöchiometrisch erforderlich ist, um praktisch sämtliche als Nebenprodukte gebildeten niederen Stickstoffoxyüe, die aus dem stickstoffhaltigen Oxydationsmittel gebildet wer ,en körnen, z.B. 110, wieder in dreiwertiges Stickstoffoxid oder otickstoffoxyle -"-on höherer Wertigkeit surückzuverwandeln, und b) die Umgebung un <len Rußaustritt praktisch vollständig frei von Stickstoffoxyden und/oder Salpetersäuredämpfen gehalten wird. Vorzugsweise wird das freien Sauerstoff enthaltende Gas im Überschuß zugeführt.

Die Eintrittsstelle des freien Sauerstoff enthaltenden Gases und die Richtung, in der es in die zweite, bei höherer Temperatur gehaltene Zone 2 eingeführt wird, muß so gewählt

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werfen, daß sie in Strömungsrichtung hinter der Stelle liegt, an der das stickstoffhaltige Oxydationsmittel austritt, und. daß a) die Umgehung um den Rußaustritt praktisch vollständig gespült und b) eine Strömung entgegengehe Kst zur Bewegungsrichtung des Rußes ausgebildet wird. Als ideale SuführungG-at-slle erwies sich in allgemeinen das Aaotrittaende der Zone 2 in der Nähe dee Rußaustritts 17=. Das den freien Sauerstoff enthaltende Gas wird vor der Einführung in die Zone 2 vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen etwa 120 und 205⁰O vorgewärmt.

Zwar können Vorteile erzielt werden, wenn der Ruß ohne besondere zusätzliche Bewegung oder Rührung durch die erhitzten Zonen gefördert wird, jedoch wird eine im wesentlichen konstante Bewegung des Rußes in beiden erhitzten Zonen stark bevorzugt« Diese Bewegung läßt sich in beliebiger geeigneter ',Veise erreichen, z.B₀ mit Hilfe von rotierenden Rührern in Stiftform, Hubschaufeln oder durch Schütteln des Rußes, während er die Zonen durchläuft.

Eine Festlegung auf eine Theorie ist nicht beabsichtigt, jedoch wird angenommen, daß während der Oxydation eines Rußes mit einem stickstoffhaltigen Oxydationsmittel, wie Salpetersäure, bei erhöhten Temperaturen die folgenden Reaktionen stattfinden können:

a)	4	HNO₃
b)	2	NO₂
c)	2	NO₂
a)	IT₉	°4
e)	4	HNO₃

4 NO₂ + 2 H₂O + O₂

N₂O₄

2 NO + O₂

2 NO +O₂

2 N₀ +2 H₀O + 5 0,

Bs wird darauf verwiesen, dass die durch die Gleichung (β) dargestellte Reaktion normalerweise irreversibel ist und zu unwiederbringlich verlorenem stickstoffhaltigem.Oxydationsmittel führt, dessen Ergänzung unerlässlich ist. Der bei dieser Reaktion gebildete naszierende Sauerstoff reagiert leicht mit dem Ruß, wodurch die Reaktionen nach rechts ge-

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trieben werden. Wenn, jedoch gemäß der Erfindung ein Gas, das freien Sauerstoff enthält, der zweiten Zone zugeführt wird, verlaufen diese Reaktionen, insbesondere die Reaktionen (c) und (d), wahrscheinlich umgekehrt, wodurch die ursprünglichen stickstoffhaltigen Oxydationsmittel zur Wiederverwendung in der Zone 1 für die Zwecke der Erfindung rückgebildet werden. Wenn außerdem Wasser vorhanden ist, kann die Rückbildung von Salpetersäure erfolgen:

f) 3 UO₂ + H₂O => 2 HNO₃ + NO.

Es wird jedoch darauf verwiesen, daß in Fällen, in denen über längere Zeit große Mengen verdünnter Salpetersäure als Oxydationsmittel verwendet werden, oder in denen große Feuchtigkeitsmengen an dem behandelten Ruß adsorbiert sind, Vorkehrungen zur Entfernung der feuchtigkeit vom System getroffen werden müssen, da andernfalls die Feuchtigkeit im System sich bis zu einer Konzentration anreichern kann, bei der schließlich der Oxydationsprozess gestört wird. ' Die Entfernung der Feuchtigkeit läßt eich leicht erreichen, indem beispielsweise die in Fig«2 dargestellte Vorrichtung verwendet wird, die in wesentlichen in der gleichen Wei3e wie die in-Fig.1 dargestellte Vorrichtung ausgebildet ist mit der Ausnahme, daß der mit dem Wassermantel 22 versehene Kühler 20 vorgesehen ist, um Gase aus der Zone 1 mit Hilfe der Leitung 24 abzuziehen, die Feuchtigkeit durch Kondensation daraus zu entfernen und die Gase durch die Leitung zurückzuführenο Die aus den Gasen entfernte Feuchtigkeit wird durch die Falle 28 abgeführt„ Natürlich können die Leitungen 24 und 26 in einer anderen Lage zum Gehäuse 9 angeordnet werden.- Beispielsweise kann die Leitung 24 weiter abwärts (in Bewegungsrichtung des Rußes gesehen) am Gehäuse angebracht werden. Vorzugsweise werden die Gase aus der Leitung 26 jedoch immer zum eintretenden Rußstrom zurückgeführt, da hierdurch überaus v/irksamer Betrieb erreicht wird.

Der in den folgenden Beispielen genannte Grad der Oxydation des behandelten Rußes wurde durch Bestimmung des Gehalte an

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flüchtigen Bestandteile des Rußes ermittelte liese Analysenmethode besteht darin, daß man eine gewogene Menge des trockenen Hußes kurzzeitig auf 954⁰C erhitzt und die Susspro be nach Abkühlung erneut wiegt. Die ermittelten Gewichte werden in die folgende Formel eingesetzt;

Gewicht vor dem Erhitzen -

fo flüchtige Bestandteile = _{χ 1(χ)}

Gewicht vor dem Erhitzen

Beispiel 1

Eine Vorrichtung der in Fig_o1 dargestellten Art| die einen Glaszylinder 9 von etwa 120 cm länge und etwa 10 cm Innen« durchmesser enthält, wird von außen (nicht dargestellt) auf eine durchschnittliche Innentemperatur von etwa 120⁰C in der Zone 1, die eine Länge von etwa 75 cm hat, und auf eine durchschnittliche Temperatur von 177⁰C in der Zone 2, die eine Läjtige von etwa 50 cm hat, vorgewärmt. Der Zylinder wird dann mit etwa 5 UpM mit einer (nicht dargestellten) außen angeordneten Vorrichtung gedreht. Anschließend wird ein verperlter SAF-Ö'l-Furnace-Ruß der Handelsbezeichnung "Vulcan 9" (hergestellt durch die Anmelderin), der einen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von etwa 1,5$ hat, durch die Leitung 11 und mit Hilfe der Schnecke 12 in einer Menge von etwa 750 g/Std. kontinuierlich in die Zone 1 eingeführt. Gleichzeitig wird in die Zone 1 durch Leitung 13 dampfförmige 70$ige Salpetersäure, die auf etwa 135⁰C vorgewärmt ist, in einer Menge von etwa 45 g/Std. eingeführte Gleichzeitig wurde auf 121⁰C vorgewärmter Stickstoff kontinuierlich durch die Leitung 15 in einer Menge von etwa 85 1/Stdo in die Zone 2 eingeführt. Es konnte beobachtet werden, daß die Umgebung unmittelbar um den Austritt 17 und etwa 15 cm in Bewegungsrichtung des Rußes aufwärts davon keine rostfarbenen Dämpfe aufwies und während der gesamten Dauer des Versuches von 24 Stunden klar blieb,, Das Produkt wurde am Austritt 17 aufgefangen,, In stündlichen Abständen wurden Prodi ktproben vom Austritt 17 genommen. Jede Probe wurde

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der vorstellend beschriebenen Analyse auf flüchtige Bestandteile unterworfen. Der durchschnittliche Gehalt des behandelten Rußes an flüchtigen Bestandteilen betrug etwa 3,8 + 0,15$. Ferner war der Säurerückstand am behandelten Ruß so gering, daß er nicht meßbar war.

Beispiel 2

I)er in Beispiel 1 beschriebene Versuch wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß auf 121⁰C vorgewärmte Luft an Stelle von Stickstoff kontinuierlich in einer Menge von etwa 85 l/Stdo durch Leitung 15 in die Zone 2 eingeführt wurde., Der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen im behandelten Ruß betrug durchschnittlich etwa 4,5 + 0,15$> und der Gehalt an restlicher Säure war so gering, daß er nicht meßbar war»

Bei einer Wiederholung des vorstehend beschriebenen Versuchs, wobei jedoch die Zone 2 nicht bei 171⁰C, sondern bei 121⁰O gehalten wurde, hatte der behandelte Ruß einen durchschnittlichen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von etwa 4»6$>, jedoch auch einen Gehalt an restlicher Säure von etwa 1 Gew.-$ des behandelten Rußes, ein Zeichen, daß die Säurerückstände nicht vom Ruß desorbiert, sondern darauf verblieben waren.

Beispiel 3

Der in Beispiel 2 beschriebene Versuch wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß die zugeführte Menge an dampfförmiger 7Obiger Schwefelsäure auf etwa 20 g/Std. gesenkt wurde« Der erhaltene Ruß hatte im wesentlichen den gleichen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen und den gleichen Säurerückstand wie der gemäß Beispiel 1 erhaltene Ruß. Demgemäß braucht für einen gegebenen Grad der Oxydationsbehandlung beim Verfahren gemäß der Erfindung nur eine wesentlich geringere Menge an Oxydationsmittel als bei den bekannten Verfahren verwendet zu werden_e

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Beispiel 4

Der in Beispiel 2 beschriebene Versuch wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß keine HNO-,-Dämpfe in die Zone 1 eingeführt wurden, sondern der zu behandelnde Ruß vor seiner Einführung in die Zone 1 mit 70$iger Salpetersäure in einer Menge von etwa 6 Teilen 7Obiger Säure/1 OO Gew.-Seile Ruß benetzt wurde₀ Die Analyse des behandelten Rußes ergab, daß er etwa 4,0$ flüchtige Bestandteile und einen Säurerest enthielt, der so gering war, daß er nicht gemessen werden konnte.

Beispiel 5

Der in Beispiel 2 beschriebene Versuoh wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß als Ruß das Produkt "Black Pearls 74", ein verperlter Channel-Ruß (hergestellt durch die Anmelderin) mit einem mittleren Teilchendurchmesser von etwa 17 mu und einem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von etwa 5$ in die Zone 1 eingeführt wurde, die auf 1O7°C erhitzt wurde. Nach Beginn der Drehung des Zylinders 9 mit etwa 5 UpM wurde durch Leitung 13 in einer Menge von etwa 28 l/Std₀

eingeführte Die Zone 2 wurde auf etwa 190⁰C erhitzt. Am Austrittsende der Zone 2 wurde Luft durch Leitung 15 in einer Menge von 141 1/Std. eingeführt. Der behandelte Ruß wurde durch den Austritt 17 abgezogen. Der Gehalt des behandelten Rußes an flüchtigen Bestandteilen wurde mit etwa ermittelt.

Bei einer Wiederholung des vorstehend beschriebenen Versuchs unter Verwendung von gasförmigem Stickstoff an Stelle von luft betrug der Gehalt des behandelten Rußes an flüchtigen Bestandteilen etwa

Im Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Änderungen möglich. Beispielsweise wurden in den Versuchen, die in den vorstehenden Beispielen beschrieben wurden, nur Öl-ihirnace- und Channel-Ruße behandelt, jedoch können auch andere Rußtypen nach dem Verfahren gemäß der Erfindung behandelt werden.

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Ferner kann das den freien Sauerstoff enthaltende Gas in einer anderen Weise, als sie in den Abbildungen dargestellt oder in den Beispielen beschrieben ist, in die zweite erhitzte Zone eingeführt werden. Beispielsweise kann dieses Gas durch den Austritt 17 eingeführt werden«,

Die beheizten Zonen können ferner räumlich getrennt sein, z.B. durch Verwendung von zwei hintereinander geschalteten Vorrichtungen der in Fig,1 dargestellten Art. Es ist jedoch wichtig, daß diese Zonen in offener Verbindung miteinander stehen, damit 1) der Ruß von der einen zur anderen Zone fließen und 2) die in der Zone 2 desorbierten Gase in die Zone 1 strömen können.

Ferner kann natürlich die Verweilzeit des Rußes in einer gegebenen Vorrichtung der in den Fig.1 und 2 dargestellten Art geregelt werden, indem die Zuführungsmenge des Rußes und/oder die Neigung und die Drehgeschwindigkeit des Zylinders 12 geregelt werden_e

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Claims

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Patentansprüche

1) Verfahren zur Oxj/xlatlon von Ruß mit stickstoffhaltigen Oxydationsmitteln, dadurch gekennzeichnet, daß man den Ruß zuerst mit dem stickstoffhaltigen Oxydationsmittel Ln einer ersten, bei Temperaturen zwischen etwa 65 und If)O C gehaltenen Zone behandelt und dann kontinuierlich durch eine angrenzende Zone führt, in der die Temperatur bei einem etwas höheren Viert als in dor ersten Zone, nämlich allgemein Lm " Bereich von etwa 120 b.^; s 205°C gehalten wird und durch d.i.ο ein Gas, das freien ,Sauerstoff enthält, kontinuierlich La Gegenstrom zur Bewegungsrichtung des Ilußes ^e leitet v/i fr].

H) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da.U man die Temperaturen in der ersten Zone zwischen etwa yji und 12O°C und die Temperaturen in der zweiten Zone zwischen etwa I30 und 205⁰C hält.

j) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als stickstoffhaltige Oxydationsmittel entweder Salpetersäure oder Stickstoffoxyde verwendet, in denen der St LnIck stoff eine Durchschnittswertigkeit von wenigstens j> hat.

4) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß n.au als freien Sauerstoff enthaltendes Gas Luft vor- endet.

5) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekeimt i chi u;t, dafl die beiden Zonen in direkter Vorbindung miteinander stehen, und der Ruß, während er durch beide hindurchgeführt wird, kontinuierlich in Bewegung gehalten wird.

6) Vorfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gasförmige Nebenprodukte aus dem Prozeß entfernt werden und in die erste Zoriu zurückgeführt werden :air fleadsorptLon durch frischen Ruß.

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V) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß von den gasförmigen Hebenprodukten, bevor sie zur Readsorption zurückgeführt «erden, die Feuchtigkeit entfernt wird.

8) Vorrichtung zu·.¹ Oxydation von Ruß, bestehend aus einein erhitzten rotierenden Gehäuse, das Vorrichtungen zur Einführung von Rui3 an einem Ende und zum Entfernen des behandelten Rußes aw anderen Ende hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Tempera-' tu,¹, ειυ." die das Gehäuse erhitzt wird, kontinuierlich von der Eintrittsstelle bis zu der Austritts.stelle des Rußes gesteigert '.¹Ii¹U, und Vorrichtungen zum Einführen eines stickstof fha'i ti; en Oxydationsmittels an einer Stelle in dein Abschnitt de·:; Gehäuses, in dem die Temperatur von der niedrigsten zur r,"j V-tieren steigt, und wife Vorrichtungen zum Einführen eines freien Sauerstoff enthaltenden Gases nahe dem Punkt der höchsten Temperatur in dem Gehäuse, wobei das den Sauerstoff enthaltende Gas im Gegenstrom zur Bewegungsrichtung

τ-, λ -,>**.·* vorhanden . , des Rußes geleitet wird, veeeefeeH sind.

J) Vorrichtung nach Anspruch S, gekennzeichnet durch Vorrichtungen, die an einer Stelle liegen, die in Strömungsrichtung gesehen \-;c;?Gütlich oberhalb des Eintrittes des den freien Sauerstoff enthaltenden Gases liegen,· zur Entfernung von gasförmigen Nebenprodukten.

Ift) Vo ι'richtung nach Anspruch 9* gekennzeichnet durch Vorrichtungen suia Entfernen von Feuchtigkeit von rückgewonnenen gasförmigen Ilebenprodukten, bevor diese wieder in Kontakt mit frischerem Ruß gelangen, wenn dieser durch das Gehäuse geführt wird.

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