DE2144250C3 - Brenner- und Einsatzguteinspritzanordnung für einen RuBreaktor - Google Patents
Brenner- und Einsatzguteinspritzanordnung für einen RuBreaktorInfo
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Description
einspritzanordnung bezeichnet. Das Einsatzgut wird «Jurch ein Mittelrohr 2 zugeführt, das in einem Axialrohr
3 verschiebbar gelagert und gegenüber diesem dureh geeignete Stopfbuchsen abgedichtet ist, die sich
in einem Verschluß 4 befinden. An seinem stromabwärtigen Ende ist das Mittelronr2 mit einer geeigneten
Sprühdüse 5 versehen, für die jede geeignete handelsübliche Düse verwendet werden kann.
Am stroisaufwärtigen Ende des Axialrohrs 3 ist ein
Rohr 3a zum Einleiten von Luft in den Ringraum zwischen dem Mittelrohr und dem Axialrohr vorgesehen,
damit kein Einsatzgut in diesen Ringraum gelangen kann. Oh Spitze der Sprühdüse 5 ist mit dem
Austrittsende des Axialrohrs 3 annähernd bündig.
Ein Rohr 6, das Axialrohr 3, eine rohrförmige
Trennwand 7 und eine Endplatte 8 bilden einen Kühlmantel, durch den ein Kühlmittel strömen kann, das
vorzugsweise durch ein Rohr 9 ein- und durch ein Rohr 10 austritt, jedoch auch umgekehrt durch das
Rohr 10 ein- und durch das Rohr 9 austreten kann. Um diese Strömung zu ermöglichen, endet die Trennwand
7 in einem kleinen Abstand von der Endplatte 8.
Ein Ringraum zwischen einem Rohrstück 11 und einem Rohr 12 stellt einen Kanal für einen Kohlenwasserstoff-Brennstoff,
z. B. Brenngas, dar. Dieser Brennstoff %"ird durch ein Rohr 13 eingeleitet und tritt
durch eine Ausnehmung 14 in einen Reaktor ein, in dem er mit der Verbrennungsluft in Berührung
gelangt.
Zwischen dem Rohr 6 und der Trennwand 7 ist eine Leitschnecke 15 eingebaut, die das Kühlmittel verwirbelt,
den Wärmetausch verbessert und so eine Bildung von zu Beschädigungen führenden, überhitzten
Stellen verhindert. Diese Leitschnecke 15 fungiert auch als Abstandhalter. Obgleich es bevorzugt wird,
die Leitschnecke 15, wie gezeichnet, zwischen dem Rohr 6 und der Trennwand 7 anzuordnen, könnte sie
auch zwischen dem Axialrohr 3 und der Trennwand 7 vorgesehen werden.
An den Rohren 11 und 12 ist eine kreisförmige Scheibe 18 starr befestigt, die vor allem den Zweck hat,
im Betrieb ein Ausblasen der Flamme zu verhindern.
Mit Hilfe eines Verschlusses 19 ist das Rohr 6 in der Anordnung verschiebbar gelagert, so daß die ganze
aus dem Mittelrohr 2 und dem Mantel bestehende Anordnung in den Reaktor vorgeschoben werden kann,
bis sich die Sprühdüse 5 in ihrer normalen Stellung an einer vorbestimmten Stelle stromabwärts von der
Scheibe 18 in dem Reaktor befindet.
Infolge dieser Einstellbarkeit der Sprühdüse in dem Reaktor kann man einen Ruß mit einer optimalen
Verstärkungswirkung und der gewünschten Korngröße erhalten. Innerhalb von bestimmten Grenzen
sind Farbkraft und Abriebfestigkeit des erhaltenen Rußes um so höher und ist seine Korngröße um so
kleiner, je weiter die Sprühdüse 5 m den Reaktor vorsteht. Die Anordnung des Kühlmittelmantels 5, 6 bis 8
ermöglicht eine Veränderung dieser Eigenschaften in einem größeren Bereich, weil die Sprühdüse 5 weiter
in die Brennzone eingefahren werden kann, ohne daß das Axialrohr 3 und die Sprühdüse 5 verbrennen.
F i g. 2 und 3 zeigen die bevorzugte Anordnung der Brenner- und Einsatzguteinspritzanordnung im stromaufwärtigen
Endteil eines langgestreckten rohrförmigen Rußreaktors 20. Die Anordnung ist in dem Reaktor
vorzugsweise verschiebbar gelagert, damit die Anordnung in dem Reaktor in die Stellung gebracht werden
kann, in der entsprechend der Form des Reaktors und der Gesamtcharge aus Brennstoff und sauerstoffhaltigem
Gas eine optimale Verbrennung erhalten wird.
Die Ausbildung des langgestreckten, rohrförmigen Rußreaktors ist für die Anwendung der Erfindung
nicht kritisch, doch wird die in Fig.? oP7P.\pte. Anordnung
zum Erzeugen von Ruß zur Verwendung in den Laufflächen von Luftreifen bevorzugt. Man kann
aber den Reaktor gemäß F i g. 3 verwenden, der zur Erzeugung von Ruß für die Karkasse von Luftreifen
dient.
Gemäß F i g. 2 strömt vorerwärmte Luft durch einen Ringraum 21 zwischen einem Außenrohr 22
und einem Innenrohr 23. Teile dieser Luft treten durch Schütze 24 in einer Einrichtung 25 zum Einleiten der
Verbrennungsluft in das Innere des Reaktors. Ein anderer Teil der Verbrennungsluft gelangt durch eine
ringförmige Öffnung 26 in den Reaktor 20. Das stromabwärtige Ende des Reaktors kann jede geeignete Ausbildung
haben.
In den Reaktor gemäß F i g. 3 tritt die Verbrennungsluft in der dort gezeigten Weise ein. Das stromabwärtige
Ende des Reaktors gemäß F i g. 3 kann in jeder geeigneten Weise ausgebildet sein.
Wenn die aus den Mittelrohr 2 und dem Doppelmantel bestehende Baugruppe gemäß F i g. 1 in den
Brenner zurückgezogen ist, braucht man keine Wasserkühlung. Je weiter dagegen diese Baugruppe in den
Reaktor vorsteht, desto wichtiger wird das Umwälzen des Kühlwassers und desto größer wird die erforderliche
Kühlwassermenge.
Versuch | Nr. | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
1 | 2 | ||||||||
Qualität | HAF | HAF-HS | HAF-HS | SAF | SAF | SAF | ISAF | ISAF | |
HAF | ΗΑΓ | ||||||||
91
107
Ausladung1), cm 56
Kühlmitteltemperatur,
Eintrittstemperatur —
Austrittstemperatur 57
Kühlmittelumwälz- 45,4
menge, l/min
Kühlmitteldruck, 2,2
kp/cm2
Umgebungstempe- 13
ratur, 0C
Jodzahl 89
DBP 123,8
M Abstand von der Scheibe 18 zur Spitze der Düse 5.
41
74
102
107
51
102
96 45,8 |
119 42 |
43 60 |
88 93 |
58 61 |
84 107 45,4 |
116 45,4 |
42 48 |
7 | 90 95 |
2,7 | 3,4 | 2,5 | 4,8 | 4,9 | 2,3 | 2,7 | — | 116,3 125,4 |
4,9 |
22 | 21 | 31 | 37 | 35 | 11 | 13 | 34 | ||
85 122,4 |
68 122,3 |
91 153,9 |
90 121,3 |
140,1 113,4 |
146 116 |
114 116,6 |
122,0 113,0 |
In der vorstehenden Tabelle I sind Betriebsbedingungen angegeben, die in einer Versuchsanlage in
einem mit der Brenner- und Einsatzguteinspritzanordnung gemäß F i g. 1 versehenen Reaktor im wesentlichen
gemäß F i g. 2 bei Dauerbetrieb mit gutem Erfolg angewendet wurden. Das als Kühlmittel verwendete
Wasser wurde zum Abkühlen durch einen Kräftfahrzeugkühler geführt und dann wieder in den
Kühlmantel geführt. Als Brennstoff wurde Erdgas verwendet. Das Luft-Gas-Verhältnis betrug etwa 14,5:1
und die Gesamt-Verbrennungsluftmenge etwa
5700 Nm'/h. Als Einsatzgut wurde ein übliches Rußöl 15 3,3 bestand.
Verwendet, das aus einem hocharomatischen Pyrolyse-Teer (thermal tar) bestand.
Aus den nachstehenden Tabellen II und III geht der Einfluß der Ausladung auf verschiedene Eigenschaften
des im Versuchsbetrieb erhaltenen Rußes hervor. Dabei wurde als Kühlmittel wie im Beispiel 1
Wasser umgewälzt. Als Brennstoff wurde Erdgas verwendet. Das Luft-Gas-Verhältnis betrug etwa 15:1
und die Gesamt-Verbrennungsluftmenge etwa 5700 Nm3/h. Als Einsatzgut wurde ein übliches Rußöl
verwendet, das aus einem hocharomatischen Pyrolyse-Teer mit einem spezifischen Gewicht (nach API) von
HAF-HS, Versuch Nr. 1028
97
36
Ausladung, cm
Kühlmitteltemperatur, 0C
Kühlmitteltemperatur, 0C
Eintrittstemperatur
Austrittstemperatur
Kühlmittelumwälzmenge, l/min
Kühlmitteleintrittsdruck, kp/cm*
Umgebungstemperatur, "C
Einsatzölmenge, l/min bei 15,5° C
Zum Einsatzgut zugesetztes Kalium
zur Beeinflussung des DBP, ppm
Jodzahl
DBP-Absorption
Kühlmitteleintrittsdruck, kp/cm*
Umgebungstemperatur, "C
Einsatzölmenge, l/min bei 15,5° C
Zum Einsatzgut zugesetztes Kalium
zur Beeinflussung des DBP, ppm
Jodzahl
DBP-Absorption
Anmerkung: In den Versuchen A und B wurde der Kühler mit Wasser besprüht, um die Abkühlung des aus dem Kühlmantel kommenden
Wassers vor seiner Wiederverwendung zu unterstützen.
83 | 59 | 70 | 61 |
93 | 66 | 75 | 64 |
148 | 148 | 148 | 148 |
5,2 | 5,0 | 5,0 | 5,1 |
36 | 31 | 34 | 39 |
840 | 870 | 875 | 870 |
— | — | 2 | 5 |
89,5 | 90,5 | 88,5 | 89,5 |
118,2 | 121,2 | 121,2 | 121,1 |
ISAF-HM, Versuch Nr. 1029
A | B | 97 | C | D | |
Ausladung, cm | 127 | 66 | 36 | ||
Kühlmitteltemperatur, 0C | 67 | ||||
Eintrittstemperatur | 85 | 75 | 71 | 52 | |
Austrittstemperatur | 94 | 148 | 75 | 55 | |
Kühlmittelumwälzmenge, l/min | 148 | 5,1 | 148 | 148 | |
Kühlmitteleintrittsdruck, kp/cm* | 5,3 | 37 | 5,1 | 5,1 | |
Umgebungstemperatur, 0C | 37 | 790 | 32 | 31 | |
Einsatzölmenge, l/min bei 15,5° C | 690 | 5,0 | 720 | 680 | |
Zum Einsatzgut zugesetztes Kalium | — | 2,4 | 15,0 | ||
zur Beeinflussung des DnP, ppm | 123,5 | ||||
Jodzahl | 119,5 | 115,3 | 124,5 | 123,5 | |
DBP-Absorption | 112,6 | 116,4 | 114,2 |
Anmerkung: In den Versuchen A und B wurde der Kühler mit Wasser besprüht, um die Abkühlung des aus dem Kühlmantel kommenden
Wassers vor seiner Wiederverwendung zu unterstützen.
In der nachstehenden Tabelle IV sind Betriebsbedingungen angegeben, die bei der großtechnischen
Erzeugung von HAF-Ruß in einem mit der Brennerund Einsatzguteinspritzanordnung nach F i g. 1 versehenen
Reaktor im wesentlichen gemäß F i g. 2 angewendet wurden. Als Kühlmittel wurde Wasser unter
einem Druck von 3,2 bis 3,9 kp/cm3 und mit einer
Eintrittstemperatur von etwa 49 bis 52° C und einer Austrittstemperatur von etwa 61 bis 63 0C verwendet.
Vor dem Wiederverwenden in dem Kühlmantel wurde
das Wasser in einem Wärmetauscher gekühlt. Als 5 Pyrolyse-Teer bestand.
Brennstoff wurde Erdgas verwendet. Das Luft-Gas-Verhältnis betrug etwa 15: 1 und die Verbrennungsluftmenge
etwa 6800 Nma/h. Das Einsatzgut war ein übliches Rußöl, das aus einem hocharomatischen
Versuch Nr.
1
1
Ausladung, cm | 61 | 71 | 81 | 91 | 102 | 112 | 123 |
Einsatzölmenge, l/h | 1180 | 1150 | 1140 | 1120 | 1120 | 1100 | 1095 |
Jodzahl des frei rieselfähigen | 83 | 83 | 85 | 85 | 82,5 | 95 | 85 |
Rußes |
Ohne Wasserkühlung verbrennen die Düse 5 und Bei Verwendung des wassergekühlten Mantels kanr
das Axialrohr 2 in wenigen Stunden oder sogar Mi- man mit den in den vorstehenden Tabellen angegebe
nuten, wenn die Ausladung größer ist als etwa 50 cm. 20 nen Ausladungen fast unbegrenzt lange arbeiten.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
«09611/:
Claims (1)
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einePatentanspruch: Brenner- und .Einsatzguteinspritzanordnung der ein-Brenner- und Einsatzguteinspritzanordnung für gangs definierten Gattung zu schaffen, bei der mit einen langgestreckten, im wesentlichen rohrförmi- einfachen baulichen Mitteln eine eine optimale Kuhgen Rußreaktor, mit einem Mittelrohr zum Ein- 5 lung ergebende Kuhlmittelstromung im Kuhlmantel leiten von Einsatzgut, das Mittelrohr konzentrisch erreicht und auch über längere Betriebszeiten aufrechtumgebenden Kanälen zum Zuführen von Brenn- erhalten wird.stoff rand um das Austrittsende des Mitcelrohrs Diese Aufgabe wird erfindungsgemiß dadurch und von Verbrennungsluft, ferner mit einem das gelöst, daß in den Kühlmantel zwischen dessen Auß m-Mittelrohr umgebenden Kühlmantel, der cioppel- -° oder dessen Innenwand und die Trennwand e.ne e.ne wandig und gegenüber dem Reaktor im Bereich Verwirbelungseinnchtung und einen Abstandhalter des Austrittsendes des Mittelrohres abgeschlossen für die Trennwand bildende Leitschnecke eingesetzt ist. ist sowie eine rohrförmige Trennwand enthält, Die Leitschnecke hat bei der erfindungsgemäßen welche sich bis kurz vor das abgeschlossene Ei;de Anordnung nicht nur die Funktion, eine Verwirbelung des Kühlmantels erstreckt, und nut Zu- und Ab- 15 der Strömung des Kühlmittels zu gewährleisten und laufanschlüssen am Kühlmantel, die inner- bzw. die Gesamtdurchströmungsgeschwindigkeit so zu veraußerhalb der Trennwand münden, dadurch langsamen, daß das Kühlmittel genug:nd Zeit hat, gekennzeichnet, daß in den Kühlmantel die Wärme aufzunehmen; sie hat vielmehr die zusätz-(3, 6, 7, 8) zwischen dessen Außen- oder dessen liehe Aufgabe, die Trennwand in dem langm Kühlinnenwand und die Trennwand (7) eine eine Ver- *<> mantel genau zentnsch zwischen Außen- und Innenwirbelungseinrichtung und einen Abstandhalter wand zu halten, und zwar auch über längere Betnebsfür die Trennwand bildende Leitschnecke (15) Zeiträume hinweg. Eia besonderer Vorteil der erfineingesetzt ist. dungsgemäßen Anordnung ist dann zu sehen, daß ineinem der beiden Ringkanäle das Kühlmittel über dieDie Erfindung bezieht sich auf eine Brenner- und »5 gesamte Kanallänge mit wärmeübertragenden FachenEinsatzguteinspritzanordnung für einen langgestreck- in Verbindung steht und dadurch op'imal Wä-rnetert, im wesentlichen rohrförmigen Rußreaktor, mit übergehen kann. Nur im anderen der beiden R;ng-einem Mittelrohr zum Einleiten von Einsatzgut, das kanäle ist die Leitschnecke vorgesehen, die zwar denMittelrohr konzentrisch umgebenden Kanälen zum funktionellen Vorteil der Verwirbelung und einerZuführen von Brennstoff rund um das Austrittsende 30 dadurch bedingten Verbesserung der WärmeüSer-des Mittelrohrs und von Verbrennungsluft, ferner mit tragung hat, die Wärmedurchtrittsflächen aber etwaseinem das Mittelrohr umgebenden Kühlmantel, der verkleinert. Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weisedoppelwandig und gegenüber dem Reaktor im Bereich eine optimale Kühlung des Brenners möglich ist. Diedes Austrittsendes des Mittelrohres abgeschlossen ist Strömungsquerschnitte der beiden konzentrischensowie eine rohrförmige Trennwand enthält, welche 35 Ringkanäle bleiben auch über längere Betriebsdau?rsich bis kurz vor das abgeschlossene Ende des Kühl- unverändert, weil die Leitschnecke die Trennwand inmantels erstreckt, und mit Zu- und Ablaufanschlüssen genauem Abstand von den beiden Wänden des Kühl-am Kühlmantel, die inner- bzw. außerhalb der Trenn- mittelkanals hält.wand münden. Es ist zwar aus der US-PS 25 49 687 bei einem reinen Bei einem Rußreaktor muß das Kühlmittel von der 4° Gegenstrom-Wärmetauscher, bei dem in konzen-Rückseite her über eine verhältnismäßig lange Strecke trischen Ringkanälen die Wärmeträger nur jewe 1 ·. in bis zur Sprühdüse und dann um dieselbe Strecke einer Richtung fließen, bekannt, in den Ringkinälen wieder zurück zum rückwärtigen Ende geführt werden. Leitschnecken anzuordnen, die die Wärmeträger ver-Dies wird durch die in den Kühlmantel eingesetzte wirbeln; diese Leitschnecken haben je loch nicht die Trennwand gewährleistet. Da diese im Abstand von 45 zusätzliche Funktion, eine Trennwand in gena-irm dem geschlossenen Ende des Kühlmantels enden muß, Abstand von der Außen- und der Innenwand eines kann sie trotz ihrer großen Länge nur am rückwärtigen Kühlmittelkanals zu halten. Dieser Vorveröffent-Ende eingespannt sein. Eine lange Trennwand im lichung ist daher kein Hinweis in der Richtung zu entKühlmantel bringt ein zweifaches Problem mit sich: nehmen, daß man einen durch eine Trennwand untf r-Einmal besteht die Gefahr, daß in den. verbleibenden, 50 teilten Kühlmantel eines Rußbrenners in einen Ringengen Ringkanälen zwischen der Trennwand und der raum mit völlig freier Durchströmung und einen Außen- bzw. Innenwand des Kühlmantels, sich eine weiteren Ringraum mit durch eine Leitschnecke ver- !aminare, rasch fließende Strömung des Kühlmittels wirbelter Strömung aufteilen kann,
ausbildet, so daß nicht genügend Wärme übergehen Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Verkann. Zum anderen ist es sehr schwierig, die Trenn- 55 bindung mit zwei Anwendungsfällen in der Zeichnung wand genau konzentrisch zur Außen- und Innenwand dargestellt. Es zeigtanzuordnen. Gelingt eine konzentrische Anordnung F i g. 1 eine Ansicht, teilweise im Schnitt, einer nicht oder geht diese Anordnung während des Be- bevorzugten Ausführungsform der Brenner- und triebs verloren, ergibt sich in dem einen Ringkanal Einsatzguteinspritzanordnung nach der Erfindung,
eine Querschnittsverringerung, die als Drosselstelle 6° F i g. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer wirkt und die Kühlmittelzirkulation stark behindern Ausführungsform eines mit der Brenner- und Einsatzoder sogar fast zum Erliegen bringen kann. guteinspritzanordnung gemäß der bevorzugten Aus-Bei einer bekannten Brenner- und Einsatzgutein- führungsform versehenen Rußreaktors undspritzanordnung der eingangs beschriebenen Art Fi g. 3 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer(DT-OS 18 17 457) ist das vorstehend geschilderte 65 anderen Bauart eines Rußreaktors mit der bevorzugtenProblem nicht gelöst. Dort ist der gesamte Kühlmantel Ausführungsform der Brenner- und Einsatzgutein-durchströmbar, und die Trennwand ist ausschließlich spritzanordnung.durch ihre Lagerung am rückwärtigen Ende zentriert. In F i g. 1 ist mit 1 eine Brenner- und Einsatzgut-
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19712144250 DE2144250C3 (de) | 1971-09-03 | Brenner- und Einsatzguteinspritzanordnung für einen RuBreaktor | |
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FR7143622A FR2161847A1 (en) | 1971-09-03 | 1971-12-03 | Carbon black prodn plant - with cooled burner/injector nozzle |
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DE2144250A1 DE2144250A1 (de) | 1973-03-22 |
DE2144250B2 DE2144250B2 (de) | 1975-07-31 |
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