DE2050059B2

DE2050059B2 - Verfahren zur Herstellung von Ofenruß

Info

Publication number: DE2050059B2
Application number: DE19702050059
Authority: DE
Inventors: John William Perrysburg Ohio Byron (V.St.A.)
Original assignee: Phillips Petroleum Co
Current assignee: Phillips Petroleum Co
Priority date: 1969-10-27
Filing date: 1970-10-12
Publication date: 1979-05-31
Also published as: SE367008B; BE758008A; DE2050059A1; DE2050059C3; FR2065263A5; CA922491A; ES383968A1; JPS4938996B1; GB1319154A; NL158833B; NL7015645A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ruß in Form großer Teilchen nach dem Ofen-Verfahren, wobei die Eigenschaften des so hergestellten Ruß sehr den Eigenschaften von Ruß ähneln, der gemäß dem sogenannten thermischen Verfahren hergestellt wurde.

Im allgemeinen besteht das Ofen-Verfahren für die Herstellung von Ruß in Form großer Teilchen darin, daß man ein Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterial als stark konzentrierte Masse von fein verteilten Teilchen in einem im wesentlichen vertikal angeordneten Reaktor bei Temperaturen im unteren Bereich der Rußbildungstemperatur umsetzt, und indem man die heiße, konzentrierte Masse der Reaktionsteilnehmer durch den Reaktor mit niedrigen Geschwindigkeiten führt, um so Ruß in Form großer Teilchen und niedriger Struktur herzustellen.

Als Beschickungsmaterial werden bei diesem Verfahren Brennstoff und Oxydationsmittel und Reaktionsteilnehmer, im allgemeinen solche Materialien, die üblicherweise zur Herstellung von Ruß verwendet werden, in solchem Zustand, wie diese Reaktionsteilnehmer im allgemeinen verwendet werden, eingesetzt. Obgleich die vertikale Anordnung des Reaktors für das Verfahren nicht wesentlich ist, ist sie bevorzugt, da das scheinbare Abwärtsfließen des als Ausgangsmaterial verwendeten Öls Gravitationswirkungen auf den Ruß bewirkt und die Rezirkulation innerhalb des Reaktors gering hält.

Bei dem Verfahren wird ein Gesamt-Luft-zu-öl-Verhältnis von ungefähr 1,87 zu 3,36 m³/l verwendet Die Geschwindigkeiten der Reaktionsteilnehmer innerhalb des Reaktors sind geringer als 4,6 m/sek, berechnet auf ihre chemische Zusammensetzung, wenn sie in den Reaktor eingefüllt werden, und auf die Temperatur und den Druck innerhalb des Reaktors. Die Temperatur, die man zur Rußbildung verwendet, beträgt ungefähr 1316 bis 137TC bei einem Druck von ungefähr 1 bis 2 bar.

ίο Die Nachbehandlung des Rußes wird vorzugsweise durchgeführt, um einen Ruß zu erhalten, der einen Photelometerwert von ungefähr 90 besitzt, einen Stickstoff-Oberflächenbereich von ungefähr 5 bis 20 mVg und eine Struktur von ungefähr 35 bis 110 cm³

is Dibutylphthalat pro 100 g Ruß.

Bisher wurde das als Ausgangsmaterial verwendete öl vertikal abwärts in den Reaktor eingefübr«. Es wurde nun gefunden, daß die Eigenschaften des Rußes beeinflußt werden können, wenn man mindestens einen

2n Teil des als Ausgangsmaterial verwendeten Öls in eine

Richtung in den Reaktor einführt, die zu der vertikalen Richtung in einem Winkel steht Die erfindungsgemäße Methode liefert ein solches Verfahren. Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur

Herstellung von Ofenruß mit relativ großer Teilchengröße durch Versprühen eines Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterials abwärts in einer Atmosphäre von Verbrennungsgas in einer vertikalen Reaktionszone, bei der die kontinuierliche lineare Flußgeschwindigkeit der

jo Reaktionsteilnehmer geringer als 4,6 m/sek. ist, unter Bildung von Ruß durch Pyrolyse bei einer Temperatur im Bereich von 1316 bis 137I°C, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das als Beschickungsmaterial verwendete öl in die Reaktionszone in Form einer Vielzahl von nach innen gerichteten Strömen in Richtung der Achse der Reaktionszone eingesprüht wird auf solche Weise, daß sie gegenseitig zusammenfließen bzw. aufeinanderstoßen.
Die US-PS 30 03 855 beschreibt einen von dem erfindungsgemäßen Verfahren vollkommen verschiedenen Verfahrenstyp. Die Strömung ist hier nicht abwärts gerichtet, sondern vielmehr wird die Beschickung in einen aufwärts fließenden Strom von Verbrennungsgas eingeführt. Weiterhin wird die Beschickung koaxial zu

4> dem Ofen eingebracht und konvergiert nicht wie im erfindungsgemäßen Fall.

Gemäß der US-PS 33 40 010 werden verschiedene Sorten von Ruß durch Einspritzen von öl in Abwärtsrichtung in ein Verbrennungsgas, das durch verschiedene Kombinationen von verschiedenen Brennern erzeugt wurde, hergestellt. Die Beschickung wird in eine vergrößerte Verbrennungskammer eingespritzt, die sich oberhalb einer kleineren Reaktionskammer befindet, die ihrerseits von der Verbrennungskammer durch eine Verengung getrennt ist. Im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Verfahren wird die Beschickung axial eingeführt, und zwar offensichtlich durch eine einzige Düse. Weiterhin ist der US-PS im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Fall keine Konvergenz der verschiedenen Beschickungsströme zu entnehmen.

Die US- PS 28 95 804 beschreibt eher die Verwendung eines horizontalen als die eines vertikalen Ofens. Weiterhin werden höhere Strömungsgeschwindigkeiten angewendet als im erfindungsgemäßen Fall. Aus diesem

6ϊ Grunde ist mit dem Verfahren der US-PS eine wesentlich höhere Turbulenz verbunden als im erfindungsgemäßen Fall. Die US-PS zeigt zwar Beschikkungsdüsen 18. die so angeordnet sind, daß die sich nach

innen erstreckenden Symmetrieachsen an einem stromabwärts gelegenen Punkt der Achse der Kammer konvergieren. Jedoch werden die einzelnen Ströme der Beschickung als sich verbreiternder flüssiger Staub eingespritzt Im erfindungsgemäQen Fall hingegen konvergieren die eingespritzten Beschickungsströme bei der Achse der Reaktionskammer. Im Falle der US-PS konvergieren jedoch lediglich die Achsen der eingesprühten Beschickung. Dessenungeachtet rufen im Falle der Entgegenhaltung die hohen Strömungsgeschwindigkeiten hohe Turbulenz hervor, so daß eine Konzentrierung der Beschickung zu einer zentralen Masse wie im Falle der vorliegenden Erfindung wahrscheinlich gar nicht möglich sein dürfte.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Ruß mit hoher Struktur und niedrigem Oberflächenbereich. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Düse für das Ausgangsmaterial verwendet, die gleichzeitig einen Teil des Öls und dessen Dispersionsmittels oder Zerstäubungsflüssigkcit in den Reaktor in Form einer einheitlichen Mischung einführt, wobei die Mischung in Form einer Vielzahl von Strömen zerstäubt wird, die in solchem Winkel angeordnet sind, daß sie innen zusammenfließen und zusammenstoßen.

Obgleich jedes Dispersionsmittel verwendet werden kann, wird Luft bevorzugt, und sie wird in solchen Mengen verwendet, wie man es im allgemeinen für Zerstäubungszwecke verwendet, d. h. von ungefähr 0,037 bis 0,45 m³/l Ausgangsmaterial. Peripher zu der Einführungsdüse ^vann Luft axial in jeder Menge eingeführt werden, aber vorzugsweise in Mengen, die ausreichen, um ein Verkoken der Düse zu verhindern.

Die Flüssigkeit zum Zerstäub2n und der Kohlenwasserstoff können in die Düse eingeführ. und dort auf jede Weise vermischt werden. Bei einer der bevorzugten Methoden wird die Luft durch eine zentral angeordnete Leitung eingeführt, und das öl wird ringförmig durch eine Leitung eingeführt, die peripher zu der Lufteinlaßleitung liegt, wobei das Mischen vor dem Versprühen der Mischung aus einer Düse bewirkt wird. Die Düse enthält eine Vielzahl von Öffnungen, die peripher zu ihrer longitudinalen Achse angeordnet sind, und die durchtretenden Materialien sind auf die Längsachse gerichtet. Die Geschwindigkeit der Mischung durch Auslaßöffnungen der Düse beträgt zwischen ungefähr 60 bis ungefähr 460 m/sek., berechnet auf die Mengen des Öls und Dispersionsmittels unter Bezugnahme auf Standard-Temperatur- und Druckbedingungen, wobei die Schallgeschwindigkeit nicht überschritten wird.

Die Ströme werden gegeneinander bei einem inneren Winkel von ungefähr 3 bis ungefähr 45°, bezogen auf die vertikale Richtung, zusammenfließen. Ein innerer Winkel von ungefähr 5 bis ungefähr 15°, bezogen auf die vertikale Richtung, ist bevorzugt.

Dad Zusammenstoßen der Ströme miteinander ist darauf ausgerichtet, eine hochkonzentrierte Masse von fein verteilten Teilchen zu ergeben. Vorzugsweise wird das Ausströmen in den Reaktor durch Düsenöffnungen bei einem Druck zwischen etwa 1,8 bis 10,5 kg/cm² durchgeführt.

Das Zusammenstoßen der Ströme miteinander wird vorzugsweise mit allen Strömen bei oder nahe dem Impaktmoment bzw. Stoßmoment durchgeführt. Z',u diesem Zweck werden die Ströme aus den öffnungen der Düse mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 350 bis 630 kg/h an Luft und öl pro cm² Öffnungsfläche eingeführt

Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die folgenden Versuche näher erläutert

Versuch I wurde durchgeführt, wobei man eine vertikal abwärts einführende Düse verwendete, bei der das als Ausgangsmaterial verwendete öl und die Luft zum Zerstäuben durch Öffnungen eingeführt wurden, ίο die jeweils einen Durchmesser von 3,74 mm (0,147 inch) besaßen. Es gab sechs öffnungen.

Versuch II wurde unter im wesentlichen gleichen Bedingungen durchgerührt mit der Ausnahme, daß das als Ausgangsmaterial verwendete öl und die Luft zum Ztrstäuben abwärts eingeführt wurden, und daß sie innen in Richtung auf das Zentrum der Düse durch sechs Öffnungen zusammenliefen, wobei jede der öffnungen der Düse einen Durchmesser von 3,74 mm besaß.

Somit war zwischen den Versuchen der einzige wesentliche Unterschied nur der des Einführungiwinkcls der Düsen.

	Ausströmen aus der Oüse	Versuch Nr.	Il
25		1	10°
		vertikal	zusammen
	Öl zu Düse, l/h		laufend
	Luft zum Zerstäuben		345
30	zu Düse, m³/h	345	2U
	Düsendruck, kg/cm²	21,2
	Abgabe der Düse, kg/h/cm²		2,8
		7,0	550
35	Axiale Luft mVh	550	7800
	tangentiale Luft, mVh	7800	141
	tangentialer Brennstoff, m^J/h	141	566
	sekundäre Luft, rnVh	566	37
	Alkalimetallsalz in öl.	37	272
40	(K⁺) ppm	272	1375
	Eigenschaften des Rußes:	1253
	Struktur, DBP, cmVIOOg
	N₂ Oberflächenbereich,		62
45	mVg	38,2	13.1
	Photelometer	13.8
	Ausbeute an Ruß, g/l		90
	88	670
50	670

Die obigen Ergebnisse zeigen die Zunahme in der Struktur des Rußes, wenn man das erfindungsgemäße

Verfahren verwendet. Man bemerkt, daß die Zunahme

in der Struktur selbst dann stattfindet, wenn die Menge des Alkalimetallsalzes, die in den Reaktor eingeführt wird, erhöht wird.

Bei den obigen Versuchen wurde Luft als Flüssigkeit

bo zum Zerstäuben verwendet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch anwendbar, unabhängig von der Art des Dispersionsmittels oder der Flüssigkeit, die zum Zerstäuben verwendet wird. Man kann Dampf, Stickstoff, Rauchgas bzw. Abgas, Naturgas und ähnliches

t>5 beisetzen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Ofenruß mit relativ großer Teilchengröße durch Versprühen eines Kohlenwasserstoffbeschickungsmaterials abwärts in einer Atmosphäre von Verbrennungsgas in einer vertikalen Reaktionszone, bei der die kontinuierliche lineare Flußgeschwindigkeit der Reaktionsteilnehmer geringer als 4,6 m/sek ist, unter Bildung von Ruß durch Pyrolyse bei einer Temperatur im Bereich von 1316 bis 137TC, dadurch gekennzeichnet, daß das als Beschickungsmaterial verwendete öl in die Reaktionszone in Form einer Vielzahl von nach innen gerichteten Strömen in Richtung der Achse der Reaktionszone eingesprüht wird auf solche Weise, daß sie gegenseitig zusammenfließen bzw. aufeinanderstoßen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das öl in einem Winkel im Bereich von 3 bis 45° in bezug auf die Achse versprüht wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Versprühen des Öls durch Verwendung von Luft als Dispersionsmittel in einem Durchsatz von 0,037 bis 0,45 m¹ pro Liter Öl bewirkt wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das öl in die Reaktionszone mit einem Durchsatz eingeführt wird, die im Bereich von 350 bis 360 kg öl plus Dispersionsmittel pro Std. pro cm² Einlaßöffnungsfläche liegt.

5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl in den Reaktor durch die Einlaßsprühöffnungen mit einem Druck im Bereich von 1,8 bis 103 kg/cm² versprüht wird.