DE1592938B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Russ - Google Patents

Description

3 4

net. Es besteht eine gute Beziehung zwischen der Struk- Struktureigenschaften des entstehenden Rußes be-

tur eines Rußes und dem Modul eines Kautschuk- wirkt.

Produktes, das mit diesem Ruß kompoundiert ist. Bei Ein zweites in der deutschen Auslegeschrift 1 027 347 vergleichbaren übrigen Eigenschaften ergibt ein hoher beschriebenes Verfahren besteht darin, zwei Kohlen-Strukturruß normalerweise einen Kautschuk mit 5 Wasserstoffausgangsmaterialien mit verschiedener Zuhohem Modul und ein niedriger Strukturruß normaler- sammensetzung und verschiedenem Molekulargewicht weise einen Kautschuk mit niedrigem Modul. zuzuführen und die Struktureigenschaften des erzeug-

Unter dem Ausdruck »Struktur«, wie er hierin auf ten Rußes durch Ändern der Zusammensetzung der

Ruß angewandt wird, werden die Eigenschaften der Ausgangsmaterialien zu steuern. Dieses Verfahren hat

Rußteilchen verstanden, die sich auf das Ausflocken ίο den Nachteil, daß verschiedene Ausgangsmaterialien

dieser Teilchen beziehen. Die Struktur wird hoch verwendet werden müssen, wobei zur Steuerung der

genannt, wenn eine starke Neigung für die Teilchen Struktureigenschaften noch komplizierte Vorgänge

besteht, Ketten der Teilchen zu bilden. Umgekehrt zum Auswählen und Herstellen der verschiedenen

wird die Struktur als niedrig bezeichnet, wenn eine Ausgangsmaterialien erforderlich sind. Dadurch wird

geringe Neigung besteht, solche Ketten zu bilden. Da 15 dieses Verfahren aufwendig und die Steuerung der

die Klassifikationen alle relativ sind, so kann der im Struktureigenschaften verhältnismäßig ungenau.

Handel erhältliche Ruß im allgemeinen mit »Hoch- Erfindungsgemäß wird das Problem dagegen in

Struktur«, »Normalstruktur« und »Niedrigstruktur« vorteilhafter Weise dadurch gelöst, daß bei einem

klassifiziert werden. Verfahren, wie es anfangs beschrieben wurde, 90 bis

Ofenruße, die hohe Struktureigenschaften besitzen, 20 0% des Ausgangsmaterials axial in die Reaktionshaben mehrere Vorteile bei der Kompoundierung von zone (II) und 10 bis 100 % des Ausgangsmaterials in Kautschuk. Zum Beispiel sind sie »leicht verarbeitbar«, die Verbrennungszone (I) strömungsabwärts von dem d. h., sie sind schnell in dem Kautschuk einzumischen. Punkt eingeleitet werden, an dem der Brennstoff und Ein anderer Vorteil besteht darin, daß Kautschuk, der das freien Sauerstoff enthaltende Gas eingeleitet wermit einem Hochstrukturruß kompoundiert ist, bessere 25 den, wobei die Struktureigenschaften des erzeugten Strangpreßeigenschaften besitzt. Für viele der An- Rußes durch Festlegung des Verhältnisses der in die Wendungen, in denen Hochstruktur-Ofenruße bevor- Zonen (I) und (II) eingeleiteten Mengen an Kohlenzugt werden, wäre es wünschenswert, einen Ruß mit Wasserstoff ausgangsmaterial eingestellt werden,
höherer Struktur zu haben, als normalerweise durch Die Menge des Kohlenwasserstoff ausgangsmaterials, Ofenverfahren erhalten werden können. 30 die in diese Verbrennungszone (I) eingeführt wird,

Kürzlich wurden Ofenruße, die eine für Ofenruße liegt im allgemeinen in einem Bereich von 10 bis verhältnismäßig niedrige Struktur besitzen, hergestellt 100 Volumprozent des gesamten Kohlenwasserstoffdurch Einlagerung bestimmter Zusätze in das Kohlen- ausgangsmaterials, das dem Ofen zugeführt wird. Wasserstoffausgangsmaterial vor seiner Einführung in Wird eine Zunahme der Struktureigenschaften des die Rußbildungszone. Diese Ruße haben sich in man- 35 Rußproduktes gewünscht, so sollten gewöhnlich wenigehen Fällen bei Anwendungen als nützlich erwiesen, stens etwa 30, vorzugsweise etwa 35 Volumprozent die vorher mit channel-black-Rußen gearbeitet haben, des Kohlenwasserstoffausgangsmaterials in diese Zone z. B. bei der Verstärkung von natürlichen Kautschuk- (I) zugeführt werden. Werden 100 % desKohlenwasserprodukten und bei besonderen Verwendungen, z. B. Stoffausgangsmaterials dieser Zone (I) zugeführt, so bei nichtsingenden, weichlaufenden Reifen. Diese 40 erhält man einen Ruß mit einer höheren Struktur, Ruße werden oft als »Niedrigstruktur«-Ofenruße be- als wenn nur ein Teil des Kohlenwasserstoffausgangszeichnet, selbst wenn ihre Strukturwerte oder Öl- materials dieser Zone (I) zugeführt wird. Es erweist absorptionswerte in den Bereich für Ruße fallen, die sich als vorteilhaft, diesen einen Teil des Ausgangsmit »normak-Struktur bezeichnet werden, oder in den materials in wenigstens zwei solche Verbrennungs-Bereich zwischen »normal«- und »hoch«-Struktur 45 zonen (I) zuzuführen, die tangential mit dem Umfang fallen, da ihre Ölabsorptionswerte niedriger liegen, der Zone (II) in Verbindung stehen. Die Menge an als für Ruße, die durch ein Ofenverfahren hergestellt Ausgangsmaterial, die diesen Zonen (I) zugeführt worden sind, normal ist. Deshalb ist es für viele An- wird, kann dabei gleich sein. Sind zwei solche Zonen Wendungen wünschenswert, über einen Ofenruß ver- (I) vorgesehen, so hat sich jedoch gezeigt, daß die fügen zu können, der für einen Ruß, der durch ein 50 größte Zunahme der Struktur des Rußes erhalten Ofenverfahren hergestellt worden ist, eine relativ wird, wenn das Ausgangsmaterial in diese zwei niedrige Struktur besitzt. Zonen (I) in ungleichen Mengen zugeführt wird, d. h.

So ist es wünschenswert, ein Ofenrußverfahren zu ein größerer Teil in die eine dieser Zonen und ein

besitzen, bei dem die Struktur des Rußproduktes kleinerer Teil in die andere.

gesteuert und/oder variiert werden kann, um den 55 Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver-

Marktanforderungen gerecht zu werden. fahrens eignet sich eine Vorrichtung mit einer im

Zu diesem Zweck wurde in der USA.-Patentschrift allgemeinen zylindrischen Reaktionszone (II), die ko-

2 781 247 vorgeschlagen, einen Teil des Kohlenwasser- axial zusammenhängend und in offener Verbindung

Stoffausgangsmaterials in die dritte Zersetzungsreak- mit einer im allgemeinen zylindrischen Zersetzungs-

tionszone einzuleiten, um dadurch die Struktur- 60 reaktionszone (III) mit geringerem Durchmesser als die

eigenschaften des erzeugten Rußes zu steuern. Die Zone (II) steht, mit einer axialen Zuführleitung in

Nachteile dieses bekannten Verfahrens bestehen darin, diese Zone (II), mit wenigstens einer peripheren

daß zusätzliche Zuführleitungen in dem Rußofen Zone (I) an dieser Reaktionszone (II) und Einrichtun-

vorgesehen werden müssen und daß außerdem eine gen für die Zuführung von Brennstoff und freien

nicht vollkommene Durchmischung des Ausgangs- 65 Sauerstoff enthaltendem Gas in diese periphere Zone (I),

materials mit dem mit hoher Geschwindigkeit durch wobei diese Vorrichtung erfindungsgemäß durch Ein-

diese Zone (III) strömenden Verbrennungsgas er- richtungen gekennzeichnet ist, um Ausgangsmaterial

folgt, was eine schlechte Ausbeute und schwankende in diese periphere Zone oder Zonen (I) strömungs-

5 6

abwärts von der Stelle der Zuführung des Brennstoffes Diese Zone (II) 18 mit größerem Durchmesser ist im und des freien Sauerstoff enthaltenden Gases zuzu- wesentlichen eine Reaktionszone, in der die Verbrenführen, wobei die Einrichtungen zum Zuführen des nung einer brennbaren Mischung eines Brennstoffes, Brennstoffs, des freien Sauerstoff enthaltenden Gases wie etwa Naturgas, und eines freien Sauerstoff ent- und des Ausgangsmaterials in die periphere Zone (I) 5 haltenden Gases, wie etwa Luft, durchgeführt bzw. eine äußere Leitung, die ein Einlaßende und ein vervollständigt oder abgeschlossen wird. Der bei der Auslaßende besitzt, eine erste innere Leitung, die mit Bildung dieser brennbaren Mischung verwandte wenigstens einem Teil ihrer Länge in Längsrichtung Brennstoff kann jeder geeignete Brennstoff, entweder in der äußeren Leitung angeordnet ist, wobei das flüssig, fest oder gasförmig sein. Im allgemeinen wird Auslaßende dieser ersten inneren Leitung sich über io gasförmiger Brennstoff, wie etwa Naturgas, bevorzugt, das Auslaßende dieser äußeren Leitung erstreckt, Die hiernach am meisten bevorzugten Brennstoffe sind eine zweite innere Leitung, die in der ersten inneren flüssige Kohlenwasserstofföle. Das freien Sauerstoff Leitung in Längsrichtung angeordnet ist, wobei das enthaltende Gas ist gewöhnlich Luft, kann jedoch aus Auslaßende der zweiten inneren Leitung sich über das hauptsächlich reinem Sauerstoff oder anderen Gasen Auslaßende der ersten inneren Leitung hinaus er- 15 gebildet werden, die mit hauptsächlich reinem Sauerstreckt, eine Abschlußeinrichtung, die das Auslaß- stoff versetzt sind.

ende der ersten inneren Leitung verschließt, und meh- Bei dem Betrieb dieses Ofens in der herkömmlichen

rere Umfangsöffnungen in der ersten inneren Leitung Art wird diese brennbare Mischung mit Hilfe eines stromauf von und in der Nähe dieser Abschlußein- herkömmlichen Brenners (nicht gezeigt) in wenigstens richtung enthalten. 20 eine Brenngasröhre oder Verbrennungszone (I) 20

Zur Klarstellung seien hier noch einige Bezeich- oder 20' eingeführt, die so in bezug auf die Reaktionsnungen erläutert, die bei der Beschreibung der Erfin- zone 18 angeordnet ist, daß Gase, die in dieser dung verwendet werden: Mit »Brennstoff« werden Röhre 20 oder 20'gebildet werden, in diese Reaktions-Materialien, im allgemeinen Kohlenwasserstoff, be- zone 18 in einer tangentialen Richtung zu deren zeichnet, die im Verfahren weitgehend verbrannt 25 zylindrischer Wand eintreten. Für die Einführung der werden, um die für die pyrolytische Spaltung erf order- brennbaren Mischung in die Brenngasröhre oder liehe Energie zu liefern. »Ausgangsmaterial« werden Zone (I) 20 oder 20' kann jede geeignete Einrichtung die Kohlenwasserstoffe genannt, die thermisch unter verwandt werden, wie z. B. die in der USA.-Patent-Rußbildung gespalten werden. Mit »Verbrennungs- schrift 2 780 529 gezeigte Einrichtung. Wie im folgenreaktion« wird die Oxydation des Brennstoffs und mit 30 den diskutiert wird, sind der Brenner und die Kohlen- »Zersetzungsreaktion« die Spaltung des Ausgangs- wasserstoffausgangsmaterialeinlaßanordnung, wie sie materials bezeichnet. Die Reaktionszonen werden in den Fig. 1 und 2 gezeigt sind, nicht Teil des »axial« genannt, wenn sie in der Hauptrichtung der Standes der Technik. Die Verbrennung dieser brenn-Ofenachse liegen und »peripher« bzw. »tangential«, baren Mischung beginnt in der Zone (I) 20 und/oder 20' wenn sie in einem Abstand zur Hauptachse des Ofens 35 und wird hier im wesentlichen abgeschlossen. Teile und unter einem Winkel zu dieser Achse, bzw. in dieser Mischung, die nicht in dieser Zone 20 und/oder Richtung einer Tangente liegen. »Brenngasröhre« 20' verbrannt werden, werden entlang dem Umfang wird der Reaktionsraum genannt, in dem die Ver- der Reaktionszone 18 verbrannt. Während fortgebrennungsreaktion zumindest eingeleitet wird. setzter Einspritzung bzw. Einführung der brennbaren

Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise 4° Mischung in die Verbrennungszone (I) 20 und/oder 20' an Hand der Zeichnung näher erläutert. tritt die sich ergebende Verbrennungsmischung (Flam-

F i g. 1 ist eine Darstellung teils im Schnitt eines men- und Verbrennungsprodukte), die hieraus ausTyps eines Rußofens, der bei der Durchführung der treten, in die Reaktionszone 18 ein und folgt einer Erfindung verwandt werden kann; spiralenförmigen Bahn um und auf die Achse dieser

F i g. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie 2-2 von 45 Zone 18 zu. Wenn die Spirale kleiner als der Durch-Fig. 1; messer der Zersetzungsreaktionszone (III) Il wird,

F i g. 3 ist eine Ansicht, teils im Schnitt, die ein ändert sich der Gasfluß von einer Spiralform in eine Detail der Vorrichtung der F i g. 2 zeigt; Schraubenform und tritt, dieser letzteren Bahn folgend,

F i g. 4 zeigt schematisch die Zufuhr der Ausgangs- in die Zone (III) 11 ein. Ein umzusetzendes Kohlenstoffe zum Reaktor. 5° wasserstofföl, von einer nicht gezeigten Quelle, wird Im folgenden soll die Erfindung an Hand der gewöhnlich durch einen Vorwärmer, ebenfalls nicht Zeichnung, in der gleiche Elemente mit gleichen gezeigt, und schließlich durch die Leitung 22 geleitet, Bezugszeichen bezeichnet sind, näher erläutert werden. die so axial angeordnet ist, daß das hierdurch zuge-F i g. 1 zeigt den allgemeinen Aufbau und die allge- führte Kohlenwasserstoffausgangsmaterial entlang der meine Form eines im Augenblick bevorzugten Typs 55 Achse dieser Zone (II) 18 eingeführt, hier hindurcheines Rußofens, der mit 10 bezeichnet ist, der bei der geleitet wird und in die Mitte der Zone (III) Il einDurchführung der Erfindung verwandt werden kann. tritt. Die Bildung von Ruß beginnt in der Zone (II) 18 In F i g. 1 ist eine Zersetzungsreaktionszone (III) 11 und wird in der Zone (III) 11 abgeschlossen, und der gezeigt, die eine feuerfeste Auskleidung 12 besitzt, die gebildete Ruß gelangt von hier suspendiert in Veraus hochfeuerfestem Material, wie etwa Sillimanit, 60 brennungsgasen in die Ruß-Gewinnungseinrichtung Aluminiumoxyd oder einem anderen feuerfesten Ma- (nicht gezeigt). Bevor die Reaktionsmischung (Rauch) terial, das sich für diesen Zweck eignet, hergestellt ist. jedoch die Zersetzungsreaktionszone (III) Il verläßt, Eine Stahlummantelung 14, die isolierendes Material 16 wird diese schnell auf eine Temperatur unterhalb enthält, umgibt diese feuerfeste Auskleidung 12. An derjenigen Temperatur abgekühlt, bei der Rußbildung dem Einlaßende des Ofens befindet sich eine kurze 65 einsetzt bzw. stattfindet. Dieses Abkühlen wird in Zone (II) 18, die einen Durchmesser besitzt, der größer bekannter Art und Weise mit Hilfe von Wasser als ihre Länge ist und deren Durchmesser beträchtlich bewirkt, das durch Leitungen 15 oder 17 eingeleitet größer als der Durchmesser der Zone (III) 11 ist. wird, die hier schematisch gezeigt sind, die sich jedoch

in das Innere der Zone (III) 11 in bekannter Art und Leitung 30, 30' in die Zone (I) 20, und das Einlaßende Weise erstrecken. Die Bildung von Ruß findet durch dieser äußeren Leitung ist mit einer Luftversorgungseine pyrolytische Zersetzung und/oder teilweises Ver- quelle verbunden. Eine Bundbuchse 34, die eine Hülse brennen des Kohlenwasserstoffausgangsmaterials unter 36 besitzt, die an deren stromabwärtiger Stirnseite den Ruß-Erzeugungsbedingungen statt, die in der 5 befestigt ist, ist zwischen diesen Abschnitten 30 und 30' Zone (II) 18 und der Zone (III) 11 bestehen. dieser äußeren Leitung angebracht. Eine Austritts-

Die Zuführleitung 22 ist von einer größeren Lei- öffnung 38 ist an dem stromabwärtigen Ende dieser tung 24 umgeben, die in Vorrichtungen der herkömm- Hülse 36 gebildet.

liehen Art als »Lufthülse bzw. -umhüllung« bezeichnet Eine erste innere Leitung 40·, die in Längsrichtung

wird. Eine kleine Menge Luft wird durch den Ring- io innerhalb dieser äußeren Leitung über wenigstens raum zwischen den Leitungen 22 und 24 geleitet. einen Teil ihrer Länge angeordnet ist, und das Aus-Diese Luft ist nicht wesentlich. Es wird lediglich laßende dieser inneren Leitung 40 erstrecken sich genügend Luft verwandt, um zu verhindern, daß sich über das Auslaßende dieser äußeren Leitung, d. h. Kohlenstoff auf dem Auslaß der Leitung 22 nieder- Abschnitt 30'. Wie hier dargestellt ist, erstreckt sich schlägt und/oder um diese Leitungen vor der hohen 15 das Einlaßende dieser ersten inneren Leitung 40 durch Temperatur in der Zone (II) 18 zu schützen. eine Wand des Abschnitts 30 dieser äußeren Röhre

Es ist nicht wesentlich, daß der stromabwärtige und durch eine Stopfbuchseneinsatzanordnung 42, die Endteil der Zone (III) 11 einen konstanten Durch- eine Einrichtung vorsieht, um diese erste innere Leimesser besitzt, wie es dargestellt ist. Gegebenenfalls tung 40 gleitend zu bewegen und um so die Stellung kann der stromabwärtige Endteil dieser Zone (III) 20 ihres Auslaßendes in der Zone (I) 20 zu verändern,
mit einem vergrößerten Durchmesser ausgestattet Eine zweite innere Leitung 44 ist in Längsrichtung

werden, um eine erhöhte Verweilzeit unter den Ruß- in dieser ersten inneren Leitung 40 angeordnet und Erzeugungsbedingungen ohne eine unangemessene Er- erstreckt sich mit ihrem Auslaßende über das Auslaßhöhung der Länge dieser Zone (III) zu erreichen. ende dieser ersten inneren Leitung 40 hinaus. Ein Zum Beispiel kann der stromabwärtige Teil der Zone 25 zweiter Stopfbuchseneinsatz 46 ist an dem Einlaßend-(III) 11 einen inneren Durchmesser von 31 cm und teil dieser ersten inneren Leitung 40 befestigt, und das eine beliebige geeignete Länge, z. B. bis zu 3 oder 3,4 m Einlaßende dieser zweiten inneren Leitung 44 erstreckt Länge besitzen, und der stromabwärtige Teil dieser sich dort hindurch, um eine Einrichtung vorzusehen, Zone (III) kann einen inneren Durchmesser von um diese zweite innere Leitung 44 gleitend zu bewegen 46 cm und irgendeine geeignete Länge, z. B. bis zu 30 und um so die Stellung ihres Auslaßendes in der Zone 3 oder 3,4 m besitzen. Da in bezug auf das Volumen (I) 20 und in bezug auf das Auslaßende dieser ersten 30 cm des 46 cm inneren Durchmesserteils 68,5 cm inneren Leitung 40 zu verändern,
des 31 cm Durchmesserteils entsprechen, so dürfte Das Auslaßende dieser ersten inneren Leitung 40 ist

klar sein, wie die Gesamtlänge variiert werden kann. durch eine Verschlußeinrichtung 48 (s. F i g. 3) ver-Die Reaktionszone (II) 18 kann 30,5 cm lang sein und 35 schlossen, die hier durch eine Unterlegscheibe oder einen Durchmesser von 94 cm besitzen. Die obigen ein ringförmiges Glied dargestellt ist, das am Ende Dimensionen sind nicht kritisch und sind lediglich als dieser ersten inneren Leitung 40 und zwischen dieser ein Beispiel angeführt, und die Dimensionen können und der Außenwand dieser zweiten inneren Leitung 44 bei der Ausführung der Erfindung geändert werden. angeordnet ist. Jede geeignete Einrichtung kann vor-Weitere Einzelheiten in bezug auf den Aufbau und die 40 gesehen werden, um den Auslaß oder das strom-Betriebsweise dieses Ofens sind aus dem Patent abwärtige Ende dieser ersten inneren Leitung 40 zu 2 564 700 ersichtlich. verschließen. Mehrere radial angeordnete Öffnungen50

In den F i g. 2 und 3 ist im einzelnen eine Form der sind auf dem Umfang des stromabwärtigen Endteiles Anordnung aus Brenner und Kohlenwasserstoff aus- dieser ersten inneren Leitung 40 nahe dieser Vergangsmaterialeinlaß gemäß der Erfindung gezeigt, 45 Schluß- bzw. Abschlußeinrichtung 48 angeordnet. Eine die bei der Durchführung der Erfindung verwendet Düseneinrichtung 52 ist an dem Auslaßende dieser werden kann. Es versteht sich, daß, obgleich dieser zweiten inneren Leitung 44 angeordnet. Jede geeignete Ofen mit zwei tangentialen Brenngasröhren oder Düseneinrichtung kann bei der Ausführung der Verbrennungszonen (I) 20 und 20' dargestellt ist, auch Erfindung verwandt werden. Diese erste innere Leiein Ofen in den Rahmen dieser Erfindung fällt, der 50 tung 40 wird in der Hülse 36 mit Hilfe eines leicht lediglich mit einer solchen tangentialen Röhre oder eingepaßten Bundes 54 gehalten, der von der Innen-Zone (I) ausgestattet ist. Diese tangentialen Zonen (I) wand der Hülse 36 durch mehrere Stäbe oder beliebige 20 und 20' sind einander gegenüberliegend angeordnet, andere geeignete Mittel getragen wird,
undjede steht tangential mit der Reaktionszone (II) 18 Beim Betrieb der Vorrichtung wird ein freien

an gegenüberliegenden Flächen auf ihrem Umfang in 55 Sauerstoff enthaltendes Gas, wie etwa Luft, von der Verbindung. In jede dieser Zonen (I) 20 und 20' ist eine Leitung 29 durch wenigstens eine äußere Leitung 30, Anordnung aus einem Brenner und einem Kohlen- 30' geleitet, und ein Brennstoff, wie etwa Naturgas, wasserstoffausgangsmaterialeinlaß gemäß der Erfin- wird von der Leitung 39 durch wenigstens eine erste dung angeordnet. Wie hier dargestellt ist, enthält innere Leitung 40 und Öffnungen 50 in das stromdiese Anordnung einen Lufteinlaß oder eine äußere 60 abwärtige Ende hiervon in den Luftstrom geleitet, der Leitung, die gemäß der vorliegenden Darstellung aus durch wenigstens eine Hülse 36 fließt. Die sich erzwei Abschnitten 30 und 30' gebildet wird. Zwischen gebende Mischung wird gezündet, und die Flamme der Außenwand dieses Abschnittes 30' und der Wand ist eine turbulente, nichtlaminare Flamme, die in der Zone (I) 20 ist eine Büchse 32 angeordnet, die einer turbulenten Zone liegt bzw. festliegt, die durch hier als aus Metall bestehend dargestellt ist, die 65 die Auslaßöffnung 38 und/oder die Stufe, die durch jedoch in manchen Fällen vorzugsweise aus einem das Ende der Hülse 32 gebildet wird, erzeugt wird, keramischen Material gebildet sein kann. Wie darge- Die Verbrennung ist vollständig oder im wesentlichen stellt ist, erstreckt sich das Auslaßende dieser äußeren vollständig, bevor das brennende Verbrennungs-

gemisch die Verbrennungszone (I) 20 oder 20' verläßt und in die Reaktionszone (II) 18 eintritt. Wenigstens ein Teil des Kohlenwasserstoffausgangsmaterials von der Leitung 22 wird über die Leitung 56 (s. F i g. 4) und in wenigstens eine zweite innere Leitung 44 geleitet und wird in die Zone (I) 20 und/oder 20' mit Hilfe einer Sprühdüse 52 an einem Punkt stromabwärts von dem Eintritt der Luft und des Brennstoffgases eingeführt. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Auslaßenden dieser zweiten inneren Leitungen 44 Röhren mit offenen Enden sind. Wenn eine offenendige Röhre verwandt wird, so sollte das Kohlenwasserstoffausgangsmaterial im wesentlichen im gas- oder dampfförmigen Zustand sein. Vorzugsweise wird eine Sprühdüseneinrichtung 52 verwandt, um das Kohlenwasserstoffausgangsmaterial wirksamer als durch einen konisch geformten Austritt in die brennende Mischung aus Brennstoffgas und Luft in der Zone (I) 20 und/oder 20' einzuführen. Das so eingeführte Kohlenwasserstoffausgangsmaterial wird mit diesem Verbrennungsgemisch in die Zone (II) 18 mitgerissen und vermischt sich mit der rotierenden Masse der heißen Verbrennungsgase. Das sich ergebende Gemisch tritt sodann in die Zersetzungsreaktionszone (III) 11 in einem im allgemeinen schraubenförmigen Fluß ein, wie er oben beschrieben wurde.

Gegenwärtig ist nicht gewiß, ob überhaupt Ruß in dieser Verbrennungszone (I) [Brenngasröhre 20 und/ oder 20'] gebildet wird. Da jedoch nicht beabsichtigt ist, die Erfindung durch irgendwelche Theorien in bezug auf den Reaktionsmechanismus zu beschränken, so wird im Augenblick angenommen, daß die Bildung des Rußproduktes zumindest eingeleitet bzw. begonnen wird, d. h., der erste oder die ersten Schritte im Hinblick auf die Bildung dieses Rußproduktes finden in dieser ersten Zone (I) statt, die Bildung des Rußproduktes wird wahrscheinlich wenigstens in diese zweite Zone (II) 18 mitgerissen und wird wahrscheinlich in dieser dritten Zone (III) Il vollendet. Auf diese Weise wird im gesamten Verfahren das Rußprodukt durch pyrolytische Zersetzung und/oder teilweise Verbrennung des Kohlenwasserstoffausgangsmaterials unter Rußherstellungsbedingungen in dieser ersten, zweiten und dritten Zone gebildet.

Wie oben ausgeführt wurde, wird die größte Erhöhung in den Struktureigenschaften des Rußes erhalten, wenn das ganze Kohlenwasserstoffausgangsmaterial in die zwei ersten Zonen (20 und 20') in ungleichen Mengen eingeführt wird. So können, in einer zur Zeit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, von ungefähr 7,5 bis ungefähr 40, und vorzugsweise von ungefähr 10 bis ungefähr 20 Volumprozent dieser Beschickung in eine dieser Zonen eingeführt werden, während der restliche Teil in die andere Zone eingeführt wird.

Die in dem Beispiel angegebenen Versuchsläufe wurden in einem Reaktor ausgeführt, der die wesentlichen Merkmale des in den F i g. 1 und 2 gezeigten Reaktors besaß. Bei dem verwendeten Reaktor hatte die Reaktionszone (II) 18 einen Durchmesser von 94 cm und eine Länge von 30,5 cm. Die Zersetzungsreaktionszone (III) Il besaß einen Durchmesser von 30,5 cm. Die röhrenförmigen Verbrennungszonen 20 und 20' besaßen einen Durchmesser von 30,5 cm und eine Länge auf der kurzen Seite von annähernd 61 cm. Der Auslaß der Düse 52 lag annähernd 8,25 cm stromabwärts von den Öffnungen 50, und diese Öffnungen 50 lagen annähernd 5,1 cm stromabwärts von dieser Auslaßöffnung 38. Die obigen Dimensionen sind lediglich als Beispiel angegeben. Die Ausgangsöle, die in den verschiedenen Läufen verwandt wurden, hatten die in Tabelle I unten angegebenen Eigenschaften.

Tabelle I
Eigenschaften der Ausgangsmaterialien

IO	API-Schwere	Öl-Nummer	10,8	B	3C	89,1	4
	ASTM-Vakuum-Destilla-	A		10,8
	tion (auf 760 mm korrigiert)			3C	9,
	2% destilliert bei	2380C (erster		3C
15		Tropfen'	293	3C
	5% destilliert bei	295° C		3C
	10% destilliert bei	313°C	306	3C
	20% destilliert bei ....	3280C	314	1C
	30% destilliert bei	342° C	324	'C
20	40% destilliert bei	353 0C	339	'C
	50% destilliert bei	366° C	349	1C
	60% destilliert bei	3780C	359'	C
	70% destilliert bei	399 0C	369'	C
	80% destilliert bei	4240C	383'
35	90% destilliert bei	464° C (88%)	401c
	95% destilliert bei		432C
	Bureau of Mines Correla		458c
	tion Index	90,5
	Kohlenstoff, Gewichtspro		91
30	zent	89,2
	Wasserstoff, Gewichtspro
	zent	9,5
		i el e
	B ei sp
35

Eine Reihe von Versuchen wurde durchgeführt, bei denen aromatisches Konzentrat-Öl B als Kohlenwasserstoffausgangsmaterial verwandt wurde. Dieses Ausgangsmaterial ist ein herkömmliches handelsmäßiges Material, das durch die flüssige Schwefeldioxyd-Extraktion von Umlaufölen hergestellt wird, die bei der katalytischen Crackung von Gasölen erhalten werden. Die Betriebsbedingungen, die Ausbeuten an Ruß und die Tests an den Rußprodukten sind weiter unten in Tabelle II angegeben. Ein anderer Versuch, Durchlauf Nr. 1, war ein Kontrollversuch, der mit aromatischem Konzentratöl A als Ausgangsmaterial durchgeführt wurde. Bei diesem Kontrollversuch wurde nichts von dem Kohlenwasserstoffausgangsmaterial tangential über die Zonen (I) 20 und 20' eingeführt, und die brennbare Mischung aus Luft und Brennstoffgas, die diesen Zonen (I) 20 zugeführt wird, wurde durch eine herkömmliche Brenneranordnung eingeführt, die ähnlich der in dem USA.-Patent 2 780 529 dargestellten Brennanordnung war. Aus Tabelle II und insbesondere aus den Versuchen 1, 2 und 3 kann entnommen werden, daß in den Versuchen 2 und 3, in denen das gesamte Kohlenwasserstoffausgangsmaterial tangential in die Verbrennungszonen (I) 20 und 20' eingeführt wurde, das Rußprodukt einen größeren Ölabsorptionswert (höhere Struktureigenschaften) besitzt als das Rußprodukt aus Versuch 1, in dem das gesamte Kohlenwasserstoffausgangsmaterial axial durch die Leitung 22 in herkömmlicher Weise eingeführt wurde.

Tabelle II

Versuchsnummer
5 6

ölausgangsmaterial

Zuordnung

BMCI

Gesamtmenge (1/Std.) ...
tangentiale Menge, gesamt

(1/Std.)

Obere Zone (I) 20' (1/Std.)
Untere Zone (I) 20 (1/Std.)

axiale Menge (1/Std.)

Vorerhitzung, tangentiales

Öl (⁰C)

Vorerhitzung, axiales Öl

Ofenbedingungen

tangentiale Luft

(m³/Std.. 1O-³)

tangentiales Gas

(m³/Std. · 10-³)

Umhüllungsluft

(m³/Std. · ΙΟ-³)

Rußprodukt

Ausbeute (kg/1)

Photelometer

N₂ Oberfläche, m²/g

Ölabsorption, cm³/g

* = Kontrollversuch.

A 91 830	B 91 757	B 91 749	B 91 765	B 91 761	B 91 755	B 91 703	B 91 685	B 91 556
0 0 0 830	757 379 379 0	749 374 374 0	296 148 148 470	266 133 133 496	190 95 95 566	703 626 75,8 0	685 628 57 0	556 500 57 0
—	274	285	60	60	60	38	41	41
293	—	—	410	410	410	—	—	—
4,25	3,96	3,96	3,96	3,96	3,96	3,96	3,96	3,96
0,283	0,263	0,263	0,263	0,263	0,263	0,263	0,263	0,263
0,113	0,113	0,113	0,113	0,113	0,113	0	0	0
0,464 87 83,5 1,32	0,474 80 61,8 1,41	0,419 62,9 1,42	0,489 79 71,4 1,35	95 82,1 1,36	93 70,9 1,21	0,484 88 63,6 1,50	0,491 91 62,3 1,47	0,408 96 79,4 1,47

In den Versuchen 4, 5 und 6 wurde ein Teil des Kohlenwasserstoffausgangsmaterials tangential über die Zonen (I) 20 und 20' eingeführt, während der restliche Teil axial über die Leitung 22 in herkömmlicher Weise eingeführt wurde. In Versuch 6, bei dem lediglich ungefähr 25 Volumprozent dieses Ausgangsmaterials tangential eingeführt wurden, war der Ölabsorptionswert (Struktur) des Rußproduktes geringer als der Ölabsorptionswert (Struktur) des Rußproduktes, das in Versuch 1 erzeugt wurde, bei dem das gesamte Ausgangsmaterial axial durch die Leitung 22 eingeführt wurde. In den Versuchen 4 und 5, in denen ungefähr 39 bzw. 35 Volumprozent des Kohlenwasserstoffausgangsmaterials tangential eingeführt wurde, wurde ein leichter Anstieg in dem Ölabsorptionswert (Struktur) des Rußproduktes im Vergleich zu dem Rußprodukt im Kontrollversuch 1 erhalten.

In den Versuchen 7 bis 10 wurde das gesamte Kohlenwasserstoffausgangsmaterial tangential über die Zonen (I) 20 und 20', wie es oben beschrieben wurde, eingeführt, jedoch ein Teil dieses eingeführten Ausgangsmaterials wurde in die obere Zone (I) 20' eingeführt, während der Rest in die untere Zone (I) 20 eingeführt wurde. In diesen Versuchen war die Aufteilung des Kohlenwasserstoffausgangsmaterials zwischen den Zonen (I) 20 und 20' ungleich, d. h. ein größerer Teil wurde über eine dieser Zonen (I) und ein kleinerer Teil wurde über die andere dieser Zonen (I) eingeführt. Ein Vergleich dieser Versuche 7 bis 10 mit den Versuchen 2 bis 6, in denen ebenfalls das gesamte Kohlenwasserstoffausgangsmaterial durch diese Zonen (I) 20 und 20' eingeführt wurde, in denen dieses jedoch gleichmäßig zwischen diesen beiden Zonen (I) aufgeteilt war, zeigt, daß das Rußprodukt mit der höchsten Struktur erhalten wird, wenn das gesamte Kohlenwasserstoff ausgangsmaterial über diese tangentialen Zonen (I) eingeführt wird, wenn jedoch eine ungleiche Aufteilung zwischen diesen Zonen (I) besteht.

Die oben beschriebenen aromatischen Konzentratöle des Beispiels stellen ein im Augenblick bevorzugtes Ausgangsmaterial zur Verwendung bei der Ausführung der Erfindung dar. Jedoch können die herkömmlichen

aromatischen Öle, die bei der Herstellung von Ofenruß verwandt werden, die auch andere Öle als die Extraktöle enthalten, die durch die flüssige Schwefeldioxyd-Extraktion von Umlaufölen erzeugt werden. Typische Eigenschaften der herkömmlichen aromatischen öle sind: Siedebereich, 204 bis 538°C; BMCI, 75 bis 150; und eine API-Schwere von ungefähr 0 bis ungefähr 20°.

Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung von

aromatischen Konzentratölen beschränkt. Andere Öle, wie etwa Kerosen, Kohlenwasserstoffe im Gasolin-Siedebereich, schwere oder leichte Naphtha oder Öle, die sogar schwerer als Umlaufgasöle sind, können verwandt werden. Solche Kohlenwasserstoffmaterialien wie Naturgas, sowohl trockenes Gas, nasses oder rohes Naturgas, wie es aus einer Gasbohrung austritt, ebenso wie Gasolin-Extraktions-Betriebs- oder Raffinerierückstandsgas können verwandt werden. Weiterhin können Kohlenwasserstoffe, die schwerer als diese Gase sind, als Ausgangsmaterial verwandt werden,

wie etwa Butan, Pentan od. dgl. Im weiten Sinne kann nahezu jeder Kohlenwasserstoff als Ausgangsmaterial verwandt werden. Jedoch werden normalerweise die flüssigen Kohlenwasserstoffe bevorzugt, und normalerweise werden die flüssigen aromatischen Kohlen-Wasserstoffe besonders bevorzugt, wegen ihrer hohen Erträge, die man aus ihnen erhält. Das Ausgangsmaterial kann als eine Flüssigkeit durch einen Versprüher oder Zerstäuber injiziert werden oder als Dampf eingeleitet werden. Kohlenwasserstoffe aus anderen Ausgangsprodukten als Mineralöl sind gleichfalls geeignet, wie z. B. Niedrig-Temperatur-Kokereigas, Köhlenteerdestillate, Schieferöl und Destillate können verwendet werden. Diese Ausgangsmaterialien können nahezu jede Klasse von Kohlenwasserstoffzusammensetzungen enthalten, wie z. B. gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe, Paraffine, Olefine, Aromaten, Naphthene od. a.

Der BMCI-Beziehungsindex (correlation index), auf den Bezug genommen ist, ist ein Beziehungsindex, der durch das US. Bureau of Mines entwickelt worden ist und verwandt wird, um den Aromatengehalt eines Öls zu kennzeichnen; ein hoher numerischer Index kennzeichnet ein höher aromatisches Öl. Der Index wird aus der Formel berechnet:

K.
wobei :

CI. = Bureau of Mines correlation index,
K = durchschnittlicher Siedepunkt (°K),
G = spezifisches Gewicht Θ 60°F/60⁰F.

Die Ölabsorption wird gemessen, indem wenige Tropfen Öl zu einer Zeit zu einem Gramm der Rtißprobe auf einem Mischstein oder eine Glasplatte gegeben werden. Nach jeder Zugabe wird das Öl sorgfältig mit einem Spatel unter Anwendung von mäßigem Druck vermischt. Winzige Kügelchen werden gebildet, die allmählich an Größe zunehmen, je mehr Öl zugegeben wird. Der Endpunkt, dem man sich nähert, indem jeweils nur ein Tropfen Öl zugegeben wird, wird erreicht, wenn ein einziger Ball aus steifer Paste gebildet wird. Die Ergebnisse werden angegeben in cm³ Öl/g Ruß oder umgerechnet auf gallons Öl pro 100 pounds Ruß.

Der Photelometer-Test ist eine Messung des Teergehaltes des Rußes. Weitere Einzelheiten in bezug auf diesen Test können aus der USA.-Patentschrift 3 009 784 ersehen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 Ausgangsmaterials in diese periphere Zone (I) eine Patentansprüche: äußere Leitung (30), die ein Einlaßende (29) und ein Auslaßende (38) besitzt, eine erste innere Leitung (40), die mit wenigstens einem Teil ihrer

1. Verfahren zur Erzeugung von Ofenruß mit 5 Länge in Längsrichtung in der äußeren Leitung (30) vorgegebenen Struktuieigenschaften, bei dem ein angeordnet ist, wobei das Auslaßende dieser

Brennstoff und ein freien Sauerstoff enthaltendes ersten inneren Leitung (40) sich über das Auslaß-

Gas in eine röhrenförmige Verbrennungszone (I) ende (38) dieser äußeren Leitung (30) erstreckt,

eingeleitet werden, die mit einer im allgemeinen eine zweite innere Leitung (44), die in der ersten

zylindrischen Reaktionszone (II), deren Durch- io inneren Leitung (40) in Längsrichtung angeordnet messer größer als deren Länge ist, durch deren ist, wobei das Auslaßende (52) der zweiten inneren

Umfang in Verbindung steht, wobei der Brennstoff Leitung (44) sich über das Auslaßende der ersten

in dieser Zone (I) im wesentlichen vollständig ver- inneren Leitung (40) hinaus erstreckt, eine Ab-

brannt wird und das entstehende Gemisch der Schlußeinrichtung (48), die das Auslaßende der

heißen Verbrennungsgase tangential in die Reak- 15 ersten inneren Leitung (40) verschließt, und tionszone (II) eingeleitet wird, um darin eine Masse mehrere Umfangsöffnungen (50) in der ersten

von heißem Verbrennungsgas zu bilden, dort sich inneren Leitung (40) stromauf von und in der Nähe

spiralförmig nach innen auf die Längsachse dieser dieser Abschlußeinrichtung (48) enthalten.

Reaktionszone (II) zu bewegt und in eine koaxial
angeordnete Zersetzungsreaktionszone (III), deren 20
Länge größer als ihr Durchmesser ist und deren

Durchmesser kleiner als der der Zone (II) ist,

eintritt, und ein normalerweise flüssiges Kohlenwasserstoffausgangsmaterial durch die Mitte der
Zone (II) hindurch in die Zersetzungsreaktions- 25
zone (ΙΙΓ) geleitet wird, wobei Ruß in diesen

Zonen (II) und (III) durch Pyrolyse des Ausgangs- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vormaterials erzeugt wird, und der Ruß von dem aus richtung zur Erzeugung von Ofenruß mit vorgegebenen dieser Zone (III) ausströmenden Gas gewonnen Struktureigenschaften, bei dem ein Brennstoff und ein wird, dadurch gekennzeichnet, daß 30 freien Sauerstoff enthaltendes Gas in eine röhren-90 bis 0 % des Ausgangsmaterials axial in die förmige Verbrennungszone (I) eingeleitet werden, die Reaktionszone (II) und 10 bis 100 % des Ausgangs- mit einer im allgemeinen zylindrischen Reaktionsmaterials in die Verbrennungszone (I) strömungs- zone (II), deren Durchmesser größer als deren Länge abwärts von dem Punkt eingeleitet werden, an dem ist, durch deren Umfang in Verbindung steht, wobei der Brennstoff und das freien Sauerstoff enthaltende 35 der Brennstoff in dieser Zone (I) im wesentlichen voll-Gas eingeleitet werden, wobei die Struktureigen- ständig verbrannt wird und das entstehende Gemisch schäften des erzeugten Rußes durch Festlegung des der heißen Verbrennungsgase tangential in die Reak-Verhältnisses der in die Zonen (I) und (II) einge- tionszone (II) eingeleitet wird, um darin eine Masse leiteten Mengen an Kohlenwasserstoffausgangs- von heißem Verbrennungsgas zu bilden, dort sich material eingestellt werden. 40 spiralförmig nach innen auf die Längsachse dieser

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Reaktionszone (II) zubewegt und in eine koaxial anzeichnet, daß der zweite Teil des Ausgangs- geordnete Zersetzungsreaktionszone (III), deren Länge materials in wenigstens zwei Verbrennungszonen (I) größer als ihr Durchmesser ist und deren Durchmesser eingeleitet wird. kleiner als der der Zone (II) ist, eintritt, und ein

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn- 45 normalerweise flüssiges Kohlenwasserstoff ausgangszeichnet, daß die relativen Mengen von Ausgangs- material durch die Mitte der Zone (II) hindurch in die material, die in die zwei verschiedenen Verbren- Zersetzungsreaktionszone (III) geleitet wird, wobei nungszonen (I) eingeleitet werden, nicht gleich Ruß in diesen Zonen (II) und (III) durch Pyrolyse des sind. Ausgangsmaterials erzeugt wird, und der Ruß von

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens 50 dem aus dieser Zone (III) ausströmenden Gas gewonnach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit nen wird. Ein solches Verfahren ist in der USA.-einer im allgemeinen zylindrischen Reaktionszone Patentschrift 2 564 700 beschrieben.

(II), die koaxial zusammenhängend und in offener Der größte Teil des heute erzeugten Rußes wird als

Verbindung mit einer im allgemeinen zylindrischen ein Verstärkungsmittel für Kautschuk verwandt. Bei Zersetzungsreaktionszone (III) mit geringerem 55 weitem der größte Teil des kompoundierten Kau-Durchmesser als die Zone (II) steht, mit einer tschukmaterials, das Ruß enthält, ist besonders für axialen Zuführleitung in diese Zone (II), mit Reifenlaufflächen oder Reifenkarkassen bestimmt, wenigstens einer peripheren Zone (I) an dieser Der Stand der Kautschuk-Kompoundierungstechnik Reaktionszone (II) und Einrichtungen für die hat sich in einem solchen Maße entwickelt, daß die Zuführung von Brennstoff und freien Sauerstoff 60 Eigenschaften des Rußes, der in einer solchen Komenthaltendem Gas in diese periphere Zone (II), poundierung verwandt wird, in engen Grenzen kongekennzeichnet durch Einrichtungen (44, 52), um trolliert bzw. gesteuert werden muß. Eine solche Ausgangsmaterial in diese periphere Zone (I) oder Kontrolle all der gewünschten Eigenschaften des Rußes Zonen (20, 20') strömungsabwärts von der Stelle ist oft schwer zu erreichen.

der Zuführung des Brennstoffes und des freien 65 Eine der wichtigsten Eigenschaften eines Rußes, Sauerstoff enthaltenden Gases zuzuführen, wobei wenn dieser bei der Kompoundierung von Kautschuk die Einrichtungen zum Zuführen des Brennstoffs, für die Verwendung bei der Herstellung von Reifen des freien Sauerstoff enthaltenden Gases und des verwandt wird, wird allgemein als »Struktur« bezeich-