DE2033103C3

DE2033103C3 - RuBerzeugu ngsanl age

Info

Publication number: DE2033103C3
Application number: DE2033103A
Authority: DE
Inventors: Charles Richard Bartlesville Okla. Venable Jun. (V.St.A.)
Original assignee: Phillips Petroleum Co
Current assignee: Phillips Petroleum Co
Priority date: 1969-07-30
Filing date: 1970-07-03
Publication date: 1975-10-02
Also published as: DE2033103A1; US3560164A; JPS4912839B1; DE2033103B2; GB1322214A; ES381465A1; FR2055306A5; DE7025109U; SE416676B

Description

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Die Erfindung betrifft eine Rußerzeugungsanlage, die insbesondere zur Herstellung großer Rußteilchen geeignet ist. 4;.

Bei der Herstellung von Ruß mit großer Teilchengröße erwies es sich als wesentlich, eine Anlage von besonders großem Durchmesser zu verwenden, um niedrige Geschwindigkeiten beim Durchtritt durch die Verbrennungs- oder Reaktionszone zu erhalten. Infol- ?."■ ge der großen Abmessungen der Anlage und der verwendeten hohen Temperaturen entstanden jedoch Schwierigkeiten bezüglich der thermischen Ausdehnung. Fs vurde auch gefunden, daß mit geringen Durchtrittsgeschwindigkeiten eine Neigung zur Hoch- ff. tempei aturzersetzung des Teils der Anlage, in den die Verbrennungszusatzstoffe eingeleitet werden, verbunden ist. Diese Probleme werden erfindungsgemäß durch eine Anlage gelöst, die einen hohen Grad an Beweglichkeit der von der Ausdehnung durch die hohe 6c Temperatur betroffenen Teile aufweist.

Die Erfindung betrifft eine vertikal angeordnete Rußerzeugungsanlage mit einer Beschickungszone an ihrem oberen Ende, einer Reaktionszone in ihrem Mittelteil und einer Abkühlzone an ihrem unteren Ende, fz die koaxial aneinander anschließen, wobei diese Anlage von feuerfesten Wänden und einer vergießbaren Isolierung umschlossen ist und Verbrennungszusatzstoff-Einlässe, die mit der Rohstoffzuführungszone in Verbindung stehen, und ein Endproduki-Auslaßrohr, das mit der Abkflhlzone in Verbindung steht, besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfesten Wände aus einer Vielzahl von Schichten aufgebaut sind und wenigstens zwei innere Schichten (16, 17) der Reaktionszone (4) und der Abkühlzone (5) aus vergießbarem Isolationsmaterial gebildet sind und wenigstens zwei innere Schichten (26, 27) der Rohstoffzuführungszone (3) aus vorgeformten feuerfesten Teilen bestehen, wobei die Rohstoffzuführungszone (3) mit einem abnehmbaren Abschluß (7) am oberen Ende versehen ist, der eine Vielzahl von Schichten aus vergießbarem feuerfestem Material enthält und die innerste (29) dieser Schichten an einer anderen derartigen Schicht aufgehängt ist und mit der nächsten anschließenden Schicht (30) dieses Abschlusses nicht verbunden ist und wobei die periphere Randfläche dieser innersten Schicht (29) auf einem feuerfesten Ring sitzt (46), der auf dem oberen Ende der innersten Schicht (27) aus vorgeformten feuerfesten Teilen in dor Rohstoffzuführungszone (3) liegt und eine Dichtung bildet.

Es sind zwar bereits Reaktoren bekannt, die aus mehreren Lagen feuerfester und isolierender Schichten aufgebaut sind. Derartige Reaktoren sind in den USA-Patentschriften 2 917 370 und 3 079 236 beschrieben. Im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Rußerzeugungsanlage ist der Wandaufbau in diesen Patentschriften über die gesamte Länge des Reaktors der gleiche. Weiterhin handelt es sich dort um ein anderes Rußherstellungsverfahren, bei dem die Durchtrittsgeschwindigkeit der Reaktionsstoffe relativ hoch ist und bei dem der Rußreaktor waagrecht angeordnet ist.

Reaktoren, die eine Beschaffenheit wie die der vorstehenden USA.-Patentschriften aufweisen, sind auch in der britischen Patentschrift 967 885 und in der USA.-Patentschrift 3 202 486 beschrieben. In diesen bestehen die Reaktionsgefäße aus mehreren Schichten feuerfesten Materials, das auch aus vorgeformten Teilen und gegebenenfalls anderem Material bestehen kann. Jedoch ist auch hier die Innenauskleidung des Reaktors über die gesamte Reaktorlänge gleich aufgebaut. Weiterhin ist der Reaktor nicht für die R'ißerzeugung bestimmt, sondern insbesondere für die Herstellung von Synthesegas oder für Prozesse der Papierindustrie.

Aus den britischen Patentschriften 715 403. 840 504 und 881 185 sind Reaktoren bekannt, bei denen zwischen der Innenauskleidung und der äußeren Reaktorhülle ein vergießbares Isolationsmaterial eingebracht ist. Auch hier ist die gesamte Länge der Reaktionszone sowie auch der Einlaßzone mit dem hochgradig feuerfesten Material ausgekleidet. Ferner ist der Reaktor für ein Verfahren zur Herstellung von Ruß bestimmt, bei dem die Gesamtdurchflußgeschwindigkeit durch den Reaktor relativ hoch ist.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Anlage anhand der Zeichnungen in einer beispielsweisen Ausführungsform erläutert.

F i g. 1 zeigt einen Aufriß der erfindungsgemäßen Rußerzeugungsanlage;

F i g. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie 2-2 der F i g. 1;

F i g. 3 zeigt einen Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 1;

F i g. 4 zeigt einen Scnnitt längs der Linie 4-4 der F i g. 1;

F i g. 5 zeigt einen Schnitt längs der Linie 5-5 der Fig. 1.

F i g. 1 zeigt eine Rußerzeugungsanlage 1 mit einem äußeren Mantel 2, die axial aneinander anschließend eine Rohstoffzuführungszone 3, eine Reaktionszone 4, eine Abkühlzone 5 und ein Auslaßrohr 6 enthält

Die Rohstoffzuführungszone 3 ist mit einem abnehmbaren Abschluß 7 ausgestattet, der yiit Brenner oder Olzuführungsöffnung 8 und öffnung 9 versehen ist. Die Wand 10 der Zone 3 ist mit Einlaßöffnungen 1 f versehen.

Die Abkühlzone 5 ist mit einer Vielzah! von Einlaßöffnungen 12 für Abkühlmittel versehen, die in jeder geeigneten Höhe diametral angeordnet sind.

Die Wand 13 der Zone 4 und die Wand 14 der Zone 5 sind in drei Schichten aus geeignetem feuerfestem Material zusammengesetzt Die äußere Schicht 15, die an den äußeren Mantel 2 anliegt, reicht von der Zone 3 bis zum Auslaßstutzen und ist für Temperaturen bis zu 1038⁰C geeignet Sie wird an der Innenseite des Mantels 2 mit Hilfe von angeschweißten Stiften 40 und einem sich zwischen den Stiften befindenden Netz 60 - wie in F i g. 1 und 5 gezeigt — gehalten.

An die Schicht 15 liegt in den Wänden 13 und 14 eine vergießbare Isolierung 16 an, die für eine maximale Betriebstemperatur von 1538° C geeignet ist Die innere Schicht 17 ist für einen Betrieb bis zu 1760⁰C geeignet. Zur Befestigung zwischen den äußeren und inneren Schichten sind feuerfeste Verankerungen 18 vorgesehen, die an ihrem einen Ende mit der Innenwand des Stahlmantels 2 verschweißt sind und versetzt angeordnet sind, wie in F i g. 1 gezeigt.

In der Nähe des Bereiches der Zone 6, im Bereich der Abkühlung und an der Stelle, wo sich die Wände nach innen biegen, um das Auslaßrohr 6 zu bilden, werden die Schichten 16 und 17 durch eine einzelne Schicht 41 aus vergießbarem Isolationsmaterial ersetzt, die für Temperaturen bis 1650° C geeignet ist.

Die an den äußeren Mantel 2 befestigten feuerfesten Verankerungen 18. die die Schichten 16 und 17 in ihrer Lage halten, sind für einen Betrieb bei etwa 1700°C geeignet.

Um zur Zone 5 Zugang zu haben, wie durch die öffnungen 12 für Abkühlmittel, durchdringen keramische l· >hren 42 die Wände der Anlage, die eine zulässige Betriebstemperatur von etwa 1790° C haben.

Die Konstruktion der Zone 3 unterscheidet sich merklich von der von Zone 4 und Zone 5.

Eine Lage von verkeilten Ziegeln 19, die mit ihrer Längsachse senkrecht zur Längsachse der Anlage angebracht sind, trennt Zone 3 und Zone 4, wie in F i g. 4 gezeigt. Diese Ziegel 19 sind für eine Betriebstemperatür von etwa 1760°C geeignet und sind auf eine Länge geschnitten, die gleich ist der Dicke der daraufgesetzten Wand 10 in der Zone 3 und der darunterliegenden Wand 13 der Zone 4. Sie werden auf der Wand 13 der Zone 4 durch einen Stützring 61 getragen, der auf Eckplatten 20 sitzt, wobei ein Winkelring 52 auf den Ziegeln 19 angebracht ist, um ihr Festhalten zu erleichtern. Die Wand 10 der Zone 3 wird durch die Ziegel 19 getragen. Diese Wand besteht aus einer äußeren Schicht 25 aus Isoliermaterial für eine Temperatur von 1040°C, einer mittleren Schicht 26 aus isolierenden feuerfesten Ziegeln für eine Temperatur von 1540⁰C und einer inneren Schicht 27 aus feuerfesten Ziegeln für eine Temperatur von 1760⁰C. Die mittlere Schicht 26 und die innere Schicht 27 sind gleich dick.

Die öffnung 11 durch die Wand 10 wird hergestellt, indem man das vergießbare Isolationsmaterial 43 der Zwischenwand um eine die Wand durchdringende Rohrform gießt und anschließend die Form entfernt Die so entstehende Zugangsöffnung zeigt F i g. 3. Die äußere Form 44 in der Nähe der öffnung 11 ist ein Isolationsblock für 1040⁰C, die innere Form 45 ist vorgegossen, und die Zwischenwand 43 ist aus vergießbarem Isolationsmaterial für 1540° C hergestellt

Der Abschlußteil der Zone 3 besteht aus einer aufgehängten Deckenkonstruktion. Die mittlere Schicht 26 der Zone 3 ragt über die innere Schicht 27 hinaus und

ίο bildet ein zurückspringendes Teil, in welches das Auflageteil 29, das die innere oder Auflageschicht des Dekkels 7 bildet, paßt. Diese Auflageschicht 29 besteht aus vergießbarem feuerfestem Material mit einer maximal zulässigen Betriebstemperatur von 1816°C Sie sitzt auf einem Isolationsring 46 für 1480⁰C, der auf der inneren Schicht 27 angebracht ist Sie wird von der vergießbaren Zwischenschicht 30 durch feuerfeste Aufhänger 31 für 1700° C Betriebstemperatur gehalten, die wiederum an der äußeren Deckplatte 47 des Deckels 7 befestigt sind. Insoweit als die Zwischenschicht 30 und die Auflageschicht 29 einzeln gegossen und sonst nicht miteinander verbunden sind, bildet die Auflageschicht 29 eine aufgehängte Decke, die sich, wenn nötig, frei ausdehnen kann und die eine Undichtigkeit an der Fuge 32 zwischen der Auflageschicht 29 und der Zwischenschicht 26 der Zone 3 und zwischen der senkrechten Kante 28 der Auflageschicht 29 und der Zwischenschicht 26 verhindert. Die Zwischenschicht 30 wird mit Hilfe von Verankerungen 33 getrennt von der äußeren Deckplatte 47 gehalten. Hierbei sind sowohl die Aufhänger 31 als auch die Verankerungen 33 an der Unterseite des Deckels 7 befestigt, und zwischen der Schicht 30 und dem Deckel 7 befindet sich eine Schicht von vergießbarem feuerfestem Material 48, das für e<ne Temperatur von 1038°C geeignet ist

Die innere Schicht 27 an der Wand 10 der Zone 3 ist aus feuerfesten Ziegeln für eine Temperatur von 176O⁰C hergestellt. Unter Betriebsbedingungen dehnt sie sich nach oben aus, wobei sie den Ring 46 fest gegen das Auflageteil 29 drückt und so eine lecksichere Dichtung zwischen Zone 3 und ihrem Abschlußteil bildet.

Der Grad der Ausdehnung der inneren Schicht 27 ist von erheblicher Bedeutung für die Erleichterung der Ausbildung dieser lecksicheren Dichtung unter Be-

4> triebsbedingungen mit erhöhter Temperatur. Deshalb besteht die innere Schicht 27 aus Ziegeln mit einer vergleichsweise dichten Struktur und mit einem niedrigen Ausdehnungskoeffizienten, aber mit einem Ausdehnungskoeffizienten, der im Vergleich zu dem der ver-

5c gießbaren Isolation 17 in den Zonen 4 und 5 hoch ist Dementsprechend wird die Höhe der Zone 3 zur Begrenzung der Ausdehung der Wand 27 minimal gehalten, damit der Grad der Ausdehnung der Wand 27 mit beträchtlicher Genauigkeit vorausgesagt werden kann.

Die Höhe der Zone 3 wird hauptsächlich durch die Flammencharakteristik der in ihr durchgeführten Verbrennung bestimmt. Es wurde festgestellt, daß eine Zonenhöhe von etwa 1,2 m ohne Rücksicht auf die Höhe der übrigen Teile des Ofens oder auf dessen Gesamthö-'.ie diesen Anforderungen genügt.

Die Konstruktion dieses ausdehnbaren Deckelteils aus einem Stück erlaubt nicht nur die Ausdehnung der feuerfesten Schicht 29 unter Betriebsbedingungen, sondern erlaubt auch das Entfernen des angeflanschten Deckels 7 und der damit verbundenen feuerfesten Teile als eine Einheit. Zusätzlich wird die Aufhängung der Auflageschicht 29 nicht nur durch die Aufhänger 31 und den Deckel 7 getragen, sondern auch noch durch die

Wand 10 der Zone 3 gestützt. Die Zuführung 8 und die öffnung 9 des Deckels 7 werden vorteilhaft aus keramischen röhrenförmigen Öffnungen 49 und 50 hergestellt, um die die vergießbaren Materialien, die die Dekkelschichten 29,30 und 48 bilden, gegossen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Eine vertikal angeordnete Rußerzeugungsanlage mit einer Beschickungszone an ihrem oberen Ende, einer Reaktionszone in ihrem Mittelteil und einer Abkühlzone an ihrem unteren Ende, die koaxial aneinander anschließen, wobei diese Anlage von feuerfesten Wänden und einer vergießbaren Isolierung umschlossen ist und Verbrennungszusatzstoff-Einlässe, die mit der Rohstoffzuführungszone in Verbindong stehen, und ein Endprodukt-Auslaßrohr, das mit der Abkühlzone in Verbindung steht, besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die feuerfesten Wände aus einer Vielzahl von Schichten (16, 17) der Reaktionszone (4) und der Abkühlzone (5) aus vergießbarem Isolationsmateriat gebildet sind und wenigstens zwei innere Schichten (26, 27) der Rohsloffzuführungszone (3) aus vorgeformten feuerfesten Teilen bestehen wobei die Rohstoffzuführungszone (3) mit einem abnehmbaren Abschluß (7) am oberen Ende versehen ist, der eine Vielzahl von Schichten aus vergießbarem feuerfestem Material enthält und die innerste (29) dieser Schichten an einer anderen derartigen Schicht aufgehängt ist und mit der nächsten anschließenden Schicht (30) dieses Abschlusses nicht verbunden ist und wobei die periphere Randfläche dieser innersten Schicht (29) auf einem feuerfesten Ring sitzt (46), der auf dem oberen Ende der inner· sten Schicht (27) aus vorgeformten feuerfesten Teilen in der Rohstoffzuführungszone (3) liegt und eine Dichtung bildet.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Schichten (26,27) der Rohstoff- .v, Zuführungszone (3) auf waagerecht angebrachten Ziegeln (19) lagern, die an einem äußeren Teil (10) der Reaktorwand befestigt sind.