DE2216155C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Ruß­ teilchen aus einer wäßrigen Rußsuspension durch Zusatz einer mit Wasser nicht mischbaren Hilfsflüssigkeit zu der Suspension und Abtrennung einer praktisch rußfreien wäßrigen Phase. Die wäßrige Rußsuspension wird dabei in einer Mischstufe unter kräftigem Rühren mit der Hilfsflüssigkeit in Berührung ge­ bracht und die gebildeten Agglomerate aus Ruß und Hilfsflüs­ sigkeit, welche in der wäßrigen Phase dispergiert sind, werden einer Trennstufe zugeführt, in welcher die wäßrige Dispersion der Rußagglomerate mit einer stationären Phase einer gleich­ falls mit Wasser nicht mischbaren Hilfsflüssigkeit kontaktiert wird. Die Agglomerate gehen in diese stationäre Phase über, schließlich wird eine praktisch rußfreie wäßrige Phase abge­ zogen und die Agglomerate werden aus der stationären Phase der Hilfsflüssigkeit mittels mechanischer Hilfsmittel in sol­ cher Weise entfernt, daß möglichst wenig der Hilfsflüssigkeit mit übergeht. Etwa aus der Trennstufe mitgerissene Mengen an Hilfsflüssigkeit werden durch Zusatz von Hilfsflüssigkeit zur Trennstufe ersetzt.

Wäßrige Rußlösungen erhält man z. B. bei der Wasserwäsche von Ruß enthaltenden Gasen. Insbesondere sind erhebliche Rußmengen in Gasen vorhanden, die als Verbrennungsprodukte bei der un­ vollständigen Verbrennung von bei normalen oder erhöhten Tem­ peraturen flüssigen Kohlenwasserstoffen, wie z. B. Heizöl oder Propanasphalt, erhalten werden.

Ein typisches Beispiel ist Synthesegas, das hauptsächlich aus Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid besteht und aus der partiellen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen mit Luft oder Sauerstoff, gegebenenfalls in Anwesenheit von Dampf, erhalten werden kann. Ein solches Gas enthält jedoch eine für seine weitere Verwen­ dung nicht akzeptable Rußmenge, die durch Waschen des Rohgases mit Wasser entfernt wird. Die Anwesenheit von Ruß in Synthese­ gasen ist schon deshalb unerwünscht, weil diese Gase üblicher­ weise einer oder mehreren aufeinanderfolgenden katalytischen Umwandlungen unterworfen werden. Rußablagerungen auf dem Kata­ lysator würden die Aktivität des Katalysators sehr schnell auf einen unannehmbar niedrigen Wert vermindern, und darüber hinaus kann sich das Katalysatorbett verstopfen.

Durch partielle Verbrennung von schweren Ölen in Anwesenheit von Dampf hergestellten Rohsynthesegas enthält üblicherweise 1 bis 10 Gewichsprozent Ruß und die beim Waschen des Gases erhaltene Rußsuspension enthält 0,5 bis 5 Gewichtsprozent Ruß.

Aus Gründen des Umweltschutzes kann die beim Waschen erhaltene wäßrige Rußsuspension nicht ohne weitere Behandlung abgelas­ sen werden; außerdem ist es aus wirtschaftlichen Gründen eben­ falls wünschenswert, den Ruß aus der vorstehenden Suspension zurückzugewinnen, so daß der erhaltene Ruß aufgrund seines Heizwertes und seiner anderen Eigenschaften weiter nutzbar gemacht werden kann.

Ein aus der US-PS 30 97 081 bekanntes Verfahren zur Entfer­ nung von Ruß aus einer wäßrigen Phase nutzt die Eigenschaft einiger organischer Flüssigkeiten aus, wie z. B. leichter Koh­ lenwasserstoffe, den Ruß aus der wäßrigen Phase zu extrahie­ ren, wobei eine Rußsuspension in der organischen Flüssigkeit gebildet wird. Diese Rußsuspension wird anschließend mit einem erwärmten schweren Kohlenwasserstofföl, wie z. B. Heizöl, kon­ taktiert, wodurch die leichten Kohlenwasserstoffe verdampfen und eine Rußsuspension in schwerem Kohlenwasserstofföl erhalten wird. Bei diesem bekannten Verfahren werden deshalb die leich­ ten Kohlenwasserstoffe als eine Hilfsflüssigkeit verwendet, wobei es möglich ist, die im schweren Kohlenwasserstofföl er­ haltene Rußsuspension z. B. als Zuspeisung zum vorstehend er­ wärmten Verfahren zur Herstellung von Synthesegasen zu ver­ wenden.

Wenn auch bei diesem vorstehend beschriebenen Verfahren der Ruß nicht zur Umweltverschmutzung beiträgt, weist das Ver­ fahren doch einige Nachteile technischer und wirtschaftlicher Art auf. Zum Beispiel sind verhältnismäßig große Mengen rela­ tiv teurer Hilfsflüssigkeit erforderlich, und um die auf die Lösung der Hilfsflüssigkeit im schweren Kohlenwasserstofföl zurückgehenden Verluste möglichst gering zu halten, soll die Verdampfung dieser Hilfsflüssigkeit so vollständig wie möglich durchgeführt werden. Wegen der verhältnismäßig großen Menge an Hilfflüssigkeit erfordert diese Verdampfung große Wärme­ mengen. Nach der Verdampfung muß die Hilfsflüssigkeit vor der neuerlichen Kontaktierung mit der wäßrigen Rußsuspension abge­ kühlt und kondensiert werden. Wegen der Anwesenheit von Was­ ser wird außerdem während der Verdampfung der Hilfsflüssigkeit häufig ein Schäumen beobachtet. Auch wird der Ruß bei Anwen­ dung dieses Verfahrens nicht als solcher gewonnen.

Ziel dieser Erfindung ist es, eine Lösung für diese und ähn­ liche Probleme durch Zurverfügungstellen eines Verfahrens zu bieten, bei dem der Ruß hauptsächlich in Form von Rußagglome­ raten erhalten wird, die praktisch frei von Hilfsflüssigkeit sind bzw. nur sehr kleine Mengen davon enthalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Abtrennung von Rußteilchen aus einer wäßrigen Rußsuspension durch Zusatz einer mit Wasser nicht mischbaren Hilfsflüssigkeit zu der Suspension und Abtren­ nung einer praktisch rußfreien wäßrigen Phase, wobei die wäß­ rige Rußsuspension in einer Mischstufe unter kräftigem Rühren mit der Hilfsflüssigkeit in Berührung gebracht wird und die dabei gebildeten Agglomerate aus Ruß und Hilfsflüssigkeit, welche in der wäßrigen Phase dispergiert sind, einer Trenn­ stufe zugeführt werden, in welcher die wäßrige Dispersion der Rußagglomerate mit einer stationären Phase einer gleich­ falls mit Wasser nicht mischbaren Hilfsflüssigkeit kontak­ tiert wird und die Agglomerate in die stationäre Phase über­ gehen, eine praktisch rußfreie wäßrige Phase abgezogen wird, die Agglomerate aus der stationären Phase der Hilfsflüssigkeit mittels mechanischer Hilfsmittel entfernt werden und etwa aus der Trennstufe mitgerissene Hilfsflüssigkeit ersetzt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis der pro Zeiteinheit zur Mischstufe und zur Trennstufe zugespeisten Hilfsflüssigkeiten einen Wert größer als 1 hat.

Ein ähnliches Verfahren ist Gegenstand des älteren Rechts gemäß DE-PS 20 50 073.

Gemäß dem dort beschriebenen und beanspruchten Verfahren kann eine gute Trennung der sich bildenden Rußagglomerate aber nur erreicht werden, wenn man der Mischstufe nur eine geringe An­ teilsmenge an Hilfsflüssigkeit zuführt und den größeren Anteil in die Trennstufe einspeist.

Die Lehre der vorliegenden Erfindung sieht demgegenüber vor, daß die Mengenverteilung der Hilfsflüssigkeit zwischen diesen beiden Stufen gerade umgekehrt ist, d. h. daß der größere An­ teil der Hilfsflüssigkeit der Mischstufe zugeführt wird. Diese Maßnahme bietet den Vorteil, daß geringere Mengen an Hilfs­ flüssigkeit verbraucht werden.

Als Hilfsflüssigkeit sollte eine Flüssigkeit verwendet wer­ den, mit der sich die Rußteilchen agglomerieren lassen und die gleichzeitig die wäßrige Phase abweist. Weiter wird vor­ zugsweise eine Hilfsflüssigkeit mit einem niedrigeren spezi­ fischen Gewicht als Wasser verwendet. Leichte Kohlenwasser­ stoffe, wie Benzin oder Naphtha, sind für diesen Zweck beson­ ders geeignet. Einfache Kohlenwasserstoffe, wie Toluol oder Benzol, oder chlorierte Kohlenwasserstoffe, wie Tetrachlor­ kohlenstoff, können, wenn erwünscht, ebenfalls verwendet wer­ den. Die stationäre Phase aus wasserunlöslicher Hilfsflüssig­ keit sollte vorzugsweise aus der gleichen Hilfsflüssigkeit bestehen, die in der Mischstufe verwendet wird.

Um einen innigen Kontakt zwischen den Rußteilchen und der eingespeisten Hilfsflüssigkeit in der Mischstufe zu gewähr­ leisten, wird die wäßrige Rußsuspension in turbulenter Bewegung gehalten. Eine Rührkraft von 1103 bi 7355 W/m³ ist für diesen Zweck geeignet.

Der Kontakt der suspendierten Rußteilchen mit der Hilfsflüssig­ keit in der Mischstufe führt dazu, daß die feine Verteilung des Rußes gebrochen wird und eine Dispersion von verhältnis­ mäßig großen Teilchen oder Agglomeraten mit Dimensionen von etwa 1 mm oder mehr in Wasser erhalten wird. Es wird auch dann keine Emulsion gebildet, wenn die Hilfsflüssigkeit emulsions­ fördernde Verbindungen, wie z. B. Naphtensäuren oder Phenole, enthält. Vorzugsweise wird nur eine solche Menge an Hilfs­ flüssigkeit in die Mischstufe eingespeist, daß die Rußteilchen gebunden und Agglomerate gebildet werden, ohne daß dabei freie Hilfsflüssigkeit zurückbleibt. Die zu diesem Zweck erforder­ liche Menge an Hilfsflüssigkeit ist üblicherweise etwas größer als dem gesamten Porenvolumen des zu agglomerierenden Rußes entspricht. Die Hilfsflüssigkeit wird üblicherweise in einem Gewichtsverhältnis von 2 : 1 bis 6 : 1, bezogen auf die Ruß­ teilchen, in die Mischstufe eingespeist.

Ein bedeutender Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens ist die Herstellung von Gas durch partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen. Die beim Waschen des Verbrennungs­ gases mit Wasser erhaltenen wäßrigen Rußsuspensionen fallen im allgemeinen bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck an. Der tatsächliche Druck und die tatsächliche Temperatur dieser Rußsuspension hängt in gewissem Ausmaß von dem verwendeten Vergasungsdruck ab; die Temperatur bewegt sich jedoch üblicherweise zwischen 110 und 160°C und der Druck zwischen 25 und 110 kg/cm². In der Regel wird die Rußsuspension zunächst durch ein Flashverfahren auf At­ mosphärendruck gebracht, was den Vorteil hat, daß die in dem Ruß­ wasser gelösten Gase freigesetzt werden und das erfindungsgemäße Verfahren nicht stören. Die sich ergebende heiße Rußsuspension kann dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann demgemäß bei erhöhten Tempe­ raturen von 40 bis 160°C durchgeführt werden. Die vorherrschen­ den Drücke werden durch die Partialdrücke der im Einzelfall verwendeten Hilfsflüssigkeit und des Wassers bestimmt. Im allgemeinen liegen die Drücke zwischen 1 und 15 kg/cm².

Wie vorstehend erwähnt, wird in der Mischstufe unter turbulenten Bedingungen eine Dispersion von Rußagglomeraten und Hilfsflüssig­ keit in Wasser gebildet. Die daraus erhaltenen Agglomerate ent­ halten ihrerseits sehr wenig Wasser. Die pro Zeiteinheit der Trenn­ stufe zugeführte Menge dieser wäßrigen Dispersion ist vorzugs­ weise so groß, daß sie praktisch der Summe der als Agglomerate aus der Trennstufe pro Zeiteinheit abzuziehenden Menge an Hilfsflüssigkeit und Ruß und rußfreiem Wasser entspricht. Indem man eine verhältnismäßig große Menge an Hilfsflüssigkeit (die, wie vorstehend erwähnt, nicht mit der in der Mischstufe verwende­ ten Hilfsflüssigkeit identisch sein muß) in der Trennstufe als stationäre Phase hält, gelangen die Rußagglomerate schließlich mit einem Überschuß an Hilfsflüssigkeit in der Trennstufe an. Die Agglomerate sind dann vollständig von Hilfsflüssigkeit um­ geben, wodurch gewährleistet ist, daß Wasser in der unmittelbaren Umgebung dieser Agglomerate zum großen Teil durch Hilfsflüssig­ keit ersetzt ist.

Die stationäre Phase der Hilfsflüssigkeit macht vorzugsweise 30 bis 80 Prozent der in der Trennstufe vorhandenen flüssigen Phase aus. Gute Ergebnisse erhält man mit einer stationären Phase, die etwa 50 Prozent der in der Trennstufe vorhandenen flüssigen Phase ausmacht. Unter den Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt die Verweilzeit der Hilfsflüssigkeit in der stationären Phase in etwa mindestens 30 Minuten.

Wenn eine Hilfsflüssigkeit mit einem niedrigen spezifischen Ge­ wicht verwendet wird, ist in der Trennstufe unterhalb der sta­ tionären Phase eine wäßrige aus praktisch rußfreiem Wasser beste­ hende Phase vorhanden. Es zeigt sich, daß an der Grenzfläche zwischen den beiden Phasen keine Emulsion gebildet wird, was für eine einwandfreie Trennung von Agglomeraten und Wasser von großem Vorteil ist. Das rußfreie Wasser kann gegebenenfalls nach einer weiteren Behandlung, wie z. B. nach einer zur Entfernung gegebenen­ falls darin enthaltener Aschebestandteile durchgeführten Flota­ tion, wieder zum Waschen von Ruß enthaltendem Gas verwendet wer­ den.

Bei ihrer Entfernung reißen die Rußagglomerate in der Regel eine bestimmte Menge an Hilfsflüssigkeit mit sich. Zur Trennstufe wird deshalb vorzugsweise an oder in der Nähe der Grenzfläche zwischen der wäßrigen und der stationären Phase Ersatzhilfsflüs­ sigkeit zugesetzt.

Die Agglomerate werden mit mechanischen Mitteln aus der stationä­ ren Phase der Hilfsflüssigkeit so entfernt, daß die geringst­ mögliche Menge an Hilfsflüssigkeit mit den Agglomeraten abgezogen wird. Eine Archimedische Schraube ist besonders zum Abtransport der Agglomerate aus der Hilfsflüssigkeit geeignet. Eine Schraube dieses Typs kann als ein Rohr mit einem positiven Neigungswinkel definiert werden, in dem sich eine Pumpschraube befindet. Diese Pumpschraube taucht auf einer Seite in die Flüssigkeit der vor­ stehend beschriebenen stationären Phase ein und führt auf der anderen Seite über die Flüssigkeitsoberfläche und die Trennstufe hinaus. Ein gewisser Abstand zwischen der Pumpschraube und dem Rohr ermöglicht es der gegebenenfalls von den Agglomeraten mitge­ führten Hilfsflüssigkeit, automatisch zur stationären Flüssigkeits­ schicht zurückzufließen.

So wird ein kontinuierliches Verfahren angestrebt, bei dem pro Zeiteinheit zur Trennstufe weniger Hilfsflüssigkeit als zur Mischstufe eingespeist wird, so daß das Gewichtsverhältnis der pro Zeiteinheit zur Mischstufe und zur Trennstufe zugespeisten Hilfsflüssigkeit zwischen 1 : 1 und 1 : 0 beträgt.

Gemäß einer vorzugsweise verwendeten Ausführungsform der Erfin­ dung werden die wäßrige Rußsuspension und die Hilfsflüssigkeit gesondert in der Nähe des Bodens der Mischstufe eingespeist, die vorzugsweise aus einer senkrechten länglichen Mischzone besteht, während die Rußagglomerate in Wasser aus dem oberen Teil der Mischstufe entfernt werden. Dies ermöglicht es, die wäßrige Dis­ persion der Rußagglomerate in Wasser direkt aus der turbulenten Mischzone in eine unmittelbar oberhalb der Mischzone angeordnete Trennzone zu leiten, so daß eine Entmischung der Dispersion nicht stattfindet. Die Dispersion der Rußagglomerate in Wasser wird deshalb vorzugsweise in der Nähe des Bodens in die Trennstufe eingespeist, die vorzugsweise aus einer senkrecht angeordneten länglichen Trennzone besteht. Auf diese Weise legen die Rußagglo­ merate eine solche Entfernung durch die stationäre Phase der Hilfsflüssigkeit zurück, daß möglichst wenig anhaftendes Wasser von den Agglomeraten mitgerissen wird. Die wäßrige rußfreie Phase wird vorzugsweise in der Nähe des Bodens der Trennstufe aus die­ ser abgezogen. Um zu verhindern, daß die wäßrige Dispersion der Rußagglomerate unmittelbar nach ihrer Einleitung in die Trennzone in diesem Wasserauslaß verschwindet, wird die wäßrige Phase vor­ zugsweise von einer Stelle aus der Trennzone abgezogen, die un­ terhalb der Stelle liegt, an der die wäßrige Dispersion von Ruß­ agglomeraten in die Trennzone eingeleitet wird.

Die mechanisch aus der stationären Phase entfernten Rußagglome­ rate sind zur weiteren Verarbeitung zu trockenem Ruß oder trocke­ nen Rußpellets besonders geeignet. Zu diesem Zweck werden die Rußagglomerate bei erhöhter Temperatur von anhaftender und gebun­ dener Hilfsflüssigkeit befreit. Dies kann geeigneterweise durch im Gegenstrom erfolgende Kontaktierung der Agglomerate mit über­ hitztem Dampf erfolgen, so daß die Hilfsflüssigkeit abgedampft wird.

Diese Entfernung der Hilfsflüssigkeit mittels Verdampfung kann in einem Wirbelbett von Rußagglomeraten erfolgen, wobei die Ver­ wirbelung durch Verwendung eines heißen Gases oder von Dampf mit 150 bis 350°C erfolgen kann. Eine andere Möglichkeit ist die Überleitung der Agglomerate und von gegebenenfalls mitgerissener Hilfsflüssigkeit bei erhöhter Temperatur und/oder vermindertem Druck über eine oder mehrere horizontale oder geneigte Platten, die in einer Verdampfersäule angeordnet sind. Solche Platten können auch zusammen mit einem Wirbelbett verwendet werden.

Der zur Verdampfung der Hilfsflüssigkeit und zum Trocknen der noch feuchten Rußagglomerate verwendete Druck kann gleich oder niedriger sein als der in der Mischstufe und in der Trennstufe verwendete Druck.

Der in Form von Rußpellets erhaltene trockene Ruß besitzt eine sehr hohe Porosität, eine sehr kleine Teilchengröße und eine große spezifische Oberfläche. Seine Dichte beträgt 0,01 bis 0,16 g/cm³. Er ist insbesondere zur Behandlung oder Reinigung von Wasser, im allgemeinen als Aktivkohle, zur Verwendung als schwarzes Pigment für z. B. Gummi, Kunststoffe und Druckerschwär­ ze, und u. a. zur Verwendung in Batterien geeignet.

Es ist ebenfalls möglich, die mit mechanischen Mitteln abgezoge­ nen Agglomerate einem schweren Kohlenwasserstofföl zuzusetzen, das als Brennstoff beim Verfahren der partiellen Oxidation zur Herstel­ lung von Synthesegas verwendet wird. Hier ist es ein großer Vor­ teil, daß die Agglomerate praktisch wasserfrei sind, so daß das früher immer wieder vorkommende störende Schäumen vermieden wird. Weiter enthalten die Agglomerate, wenn sie wie vorstehend be­ schrieben, vor dem im unteren Tei der Verdampfersäule erfolgen­ den Zusatz zu dem bezeichneten Öl über eine Reihe horizontaler oder geneigter, in diesem Verdampfer angeordneter Platten geleitet werden, sehr wenig Hilfsflüssigkeit.

Das schwere Kohlenwasserstofföl besitzt einen höheren Siedepunkt als die Hilfsmittelflüssigkeit. Das zu verwendende schwere Kohlenwasser­ stofföl kann ein Heizöl oder ein Asphalt sein und ist im allge­ meinen ein als Zuspeisung für die Herstellung von Synthesegas geeignetes Kohlenwasserstofföl.

Die verdampfte Hilfsflüssigkeit kann durch Kondensation zurück­ gewonnen und wieder in die Mischstufe und/oder in die Trennstufe eingespeist werden.

Die Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf die folgenden Fi­ guren und Beispiele erläutert.

Fig. 1 ist ein Fließdiagramm einer Anlage zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei wel­ chem eine Aufschlämmung von Rußteilchen in einem schweren Öl erhalten werden kann.

Fig. 2 ist ein Fließdiagramm einer anderen Anlage zur Herstellung von Rußaufschlämmungen in Öl gemäß einer anderen Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, und

Fig. 3 ist ein Fließdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem Ruß als solcher her­ gestellt wird.

In Fig. 1 sind ein Mischbehälter 1 und ein Trennbehälter 2 in ein längliches Gehäuse eingebaut und durch eine trichterartige Trennwand 3 mit einem zentralen Durchlaß 4 getrennt. Durch den Boden dieses Gehäuses führt eine von einem außerhalb des Gehäu­ ses angeordneten Motor 5 angetriebene Welle 6, die innerhalb des Mischbehälters 1 einen Führer mit Blättern 7 bildet. In der Nähe des Bodenendes des Mischgefäßes werden über die Zuleitungen 8 bzw. 9 eine wäßrige Rußsuspension bzw. eine Hilfsflüssigkeit zu­ gespeist. Diese beiden Flüssigkeiten werden unter turbulenten Bedingungen verrührt, wobei Agglomerate aus Ruß und Hilfsflüssig­ keit gebildet werden, die in Wasser dispergiert bleiben. Diese wäßrige Dispersion aus Rußagglomeraten fließt unter dem Einfluß der beiden flüssigen Zuspeisungen aus dem Mischbehälter über den Durchlaß 4 in den Trennbehälter 2 ein. Aus diesem Behälter 2 wird von einer unterhalb des Durchlasses 4 liegenden Stelle eine praktisch rußfreie wäßrige Phase über Leitung 10 abgezogen, während die Rußagglomerate durch eine stationäre Wasserschicht 11 zu einer stationären Schicht von Hilfsflüssigkeit 12 auf­ steigen. Die stationäre Wasserschicht wird durch Zuspeisung der wäßrigen Dispersion von Rußagglomeraten über Durchlaß 4 aufrecht­ erhalten und die stationäre Schicht von Hilfsflüssigkeit, soweit erforderlich, durch Zuspeisung von Ersatzhilfsflüssigkeit über eine Leitung 13, die in den Trennbehälter 2 etwa in der Mitte, d. h. in der Nähe oder direkt unterhalb der Grenzfläche 14 zwischen den beiden stationären Schichten 11und 12 einspeist, aufrechterhalten. Bei dem betreffenden Beispiel hat die Hilfs­ flüssigkeit ein niedrigeres spezifisches Gewicht als Wasser. Die Rußagglomerate, die aus Ruß und einer bestimmten Menge absorbier­ ter Hilfsflüssigkeit bestehen, die vorzugsweise etwas größer ist als das Porenvolumen der Rußteilchen, sollten darüber hinaus mit ausreichender Geschwindigkeit zur stationären Schicht der Hilfs flüssigkeit 12 aufsteigen, um ihren Abzug mit der wäßrigen Phase über Leitung 10 zu verbinden.

Die in der stationären Schicht der Hilfsflüssigkeit 12 aufgenom­ menen Rußagglomerate werden aus dieser stationären Schicht mit Hilfe einer Archimedischen Schraube 15 abtransportiert und aus dem Trenngefäß 2 entfernt. Die Schraube 15, deren Welle von einem Motor 16 angetrieben wird, ist in einem hohlen Rohr 17 angeordnet, das oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 18 der stationären Schicht der Hilfsflüssigkeit in den Ternnbehälter 2 mündet und von dieser Stelle aus schräg aufsteigt. Dieses hohle Rohr führt vorzugsweise über den oberen Teil des Behälters 2 hinaus und hat einen Innen­ durchmesser, der größer als der Durchmesser der Schraube 15 ist, so daß praktisch die gesamte von den Rußagglomeraten mitgerissene Hilfsflüssigkeit längs der Wände des Rohres 17 in den Behälter 2 zurückfließt. Die Schraube 15 taucht etwas in die stationäre Schicht 12 ein.

Die durch die Schraube 15 abtransportierten Agglomerate werden praktisch frei von mitgerissener Hilfsflüssigkeit in eine Abzweig­ leitung 19 des hohlen Rohrs 17 ausgetragen. Wenn gewünscht, kann durch entsprechende Dimensionierung des hohlen Rohrs 17 und der Schraube 15 und durch entsprechende Festsetzung der Drehzahl des Motors 16 eine Mitnahme einer bestimmten Menge freier Hilfsflüs­ sigkeit bewirkt werden, um dadurch z. B. das Verstopfen des Rohres durch die Agglomerate zu verhindern.

Die aus Rußteilchen und absorbierter Hilfsflüssigkeit bestehenden feuchten Rußagglomerate werden zusammen mit gegebenenfalls mitge­ rissener freier Hilfsflüssigkeit über die Abzweigleitung 19 in eine Verdampfersäule 20 eingespeist, deren oberer Teil 21 zur Ge­ währleistung einer geeigneten Verteilung und Ausbreitung der in den unteren Teil 23 der Verdampfersäule fallenden Agglomerate geneigte Platten 22 in Zickzack-Anordnung enthält.

Die Agglomerate werden vorzugsweise bei erhöhter Temperatur mit den Platten 22 kontaktiert, so daß zumindest die gegebenenfalls mitgerissene freie Hilfsflüssigkeit und möglichst auch zumindest ein Teil der absorbierten Hilfsflüssigkeit aus den Agglomeraten abgedampft wird.

Im unteren Teil 23 der Verdampfersäule befindet sich eine durch Leitung 24 gespeiste Sprüheinrichtung 25, durch die heißes schwe­ res Öl versprüht wird. Die Temperatur dieses Öls liegt vorzugs­ weise über dem Siedepunkt oder dem Siedebereich der Hilfsflüssig­ keit, so daß die gesamte absorbierte Hilfsflüssigkeit bei Kontak­ tierung der Agglomerate mit den heißen, in die stationäre Ölschicht 26 fallenden Öltröpfchen, verdampft wird. Die verdampfte Hilfs­ flüssigkeit wird über eine Saugleitung 27 vom Kopf der Verdamp­ fersäule abgezogen und der so erhaltene Dampf vorzugsweise zum Erhitzen der Platten 22 und zum Aufheizen im Gegenstrom der auf ihnen vorhandenen Agglomerate verwendet. Wenn gewünscht, können die Platten auch mit anderen Mitteln (nicht gezeigt), wie z. B. überhitztem Dampf, erhitzt werden. Die in die sich laufend selbst ergänzende Ölschicht 26 gefallenen Agglomerate können teilweise zerfallen und über Leitung 28 wird schließlich ein rußhaltiges Öl abgezogen, das als solches oder möglichst nach Zerreiben der nicht vollständig zerfallenen Agglomerate als Zuspeisung für die durch partielle Oxidation erfolgende Herstellung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltendem Synthesegas verwendet werden kön­ nen.

Wenn trockener Ruß erhalten werden soll - im Gegensatz zu dem Verfahren gemäß Fig. 1 - kann z. B. der untere Teil 23 des Ver­ dampfers 20 weggelassen und z. B. durch ein Wirbelbett ersetzt werden, in das die Agglomerate über die Platten 22 eingespeist werden.

In Fig. 2 wird schematisch ein Verfahren erläutert, bei dem, so­ weit es die Agglomerationsanlage betrifft, die Bezugszahlen von 1 bis 19 inklusive, mit denen von Fig. 1 identisch sind. Auch der Betrieb in diesem Teil der Anlage ist mit dem Betrieb von Fig. 1 identisch. In der Mitte des hohlen Rohres 17 führt eine andere Leitung 29 zur Leitung 13, mit der das Rohr 17 im Fall einer Ver­ stopfung freigeblasen werden kann. Weiter können Verschlußventile in alle Zu- und Ableitungen der in den Fig. 1, 2 und 3 ge­ zeigten Anlagen eingebaut werden, die möglicherweise mit Flüssig­ keitsströmungsmeß- und Kontrolleinrichtungen zur automatischen Re­ gelung der Ventile versehen sind.

Die Leitung 10 zum Abzug der rußfreien wäßrigen Phase ist mit einem Puffergefäß 30 verbunden, aus dem eine wäßrige Phase über Leitung 31 abgezogen wird. Ebenso wie die zur Anhebung des Druckes im Trennbehälter vorgesehene Stickstoffleitung 33 mündet eine Leitung 32 in der Nähe des oberen Endes in das hohle Rohr 17, so daß im Behälter 30 und im Behälter 2 der gleiche Druck herrscht.

Die zur Zuspeisung der Hilfsflüssigkeit in den Mischbehälter 1 bzw. den Trennbehälter 2 angebrachten Pumpen 34 und 35 sind in die Leitungen 9 bzw. 13 eingebaut und mit der Leitung 36 zur Rückleitung der regenerierten Hilfsflüssigkeit verbunden.

An die Abzweigleitung 19 ist eine Schleuse 37 angeschlossen, die die Agglomerate und gegebenenfalls mitgerissene freie Hilfs­ flüssigkeit zum Verbindungsteil 38 und damit zur Verdampfer­ säule durchläßt, ohne daß der zwischen dem Trennbehälter 2 und dem hohlen Rohr 17 auf der einen Seite und der Verdampfersäule 39 auf der anderen Seite herrschende Druckunterschied ausgeglichen wird. Die Verdampfersäule 39 wird bei einem niedrigeren Druck als der Trennbehälter 2 betrieben, in welchem über dem Flüssig­ keitsspiegel eine Atmosphäre inerten Gases oder z. B. von Hilfs­ flüssigkeitsdampf aufrechterhalten wird.

Der Verbindungsteil 38 mündet in eine umgekehrte ringförmige Rinne 40, die einen möglichen direkten Abflusses der Rußteilchen über die zum Abzug der Hilfsflüssigkeit dienende Leitung 41 aus dem Verdampfer verhindert.

Eine erhebliche Menge heißen schweren Öls wird dem Strom der Ruß­ agglomerate in dem Verbindungsteil 38 zur Verdampfersäule über Leitung 42 zugesetzt, wodurch die relativ leichte Hilfsflüssigkeit im Verdampfer 39 aus dem sich ergebenden Gemisch von Ruß und Öl ausgetrieben und über Leitung 41 abgeleitet wird. Das jetzt prak­ tisch von Wasser und Hilfsflüssigkeit freie Gemisch aus Ruß und Öl wird über Leitung 43 abgezogen und im Gerät 44 homogenisiert. Dieses Gemisch wird teilweise zurückgeleitet und der Rest zwecks Ent­ fernung von gelöster Hilfsflüssigkeit vor seinem Abzug aus der Anlage als Produkstrom mit Dampf abgestreift.

Der über Leitung 45 zurückgeleitete Teil des Gemisches wird zu­ sammen mit dem aus Leitung 46 kommenden frischen heißen Öl in die vorstehend erwähnte Leitung 42 eingespeist.

Die über Leitung 41 abgeleitete dampfförmige Hilfsflüssigkeit und der Rest des vorstehend genannten Gemisches aus Ruß und Öl in Leitung 47 werden zum mittleren Teil eines mit Böden ver­ sehenen Abstreifers 48 geleitet und dort zur Gewinnung einer relativ reinen Dampfphase aus Dampf und dampfförmiger Hilfsflüs­ sigkeit (vom Kopf über Leitung 49 abgezogen), und eines Gemisches aus Ruß und schwerem Öl (vom Bodenteil des Abstreifers 48 über eine Leitung 50 abgezogen) mit Dampf abgestreift. Dieser aus einer Suspension von Ruß in Öl bestehende Produktstrom wird über eine Leitung 51 abgezogen und kann an anderer Stelle z. B. als Brennstoff verwendet werden.

Ein Behälter 53 dient zur Kondensierung der von Leitung 49 kom­ menden dampfförmigen Fraktion und zu ihrer Auftrennung in einen Wasserstrom (über Leitung 54 abgezogen) und einen Strom von Hilfsflüssigkeit (über Leitung 55 abgezogen). Ein Teil dieser Hilfsflüssigkeit wird über Leitung 56 zum Abstreifer 48 zurückge­ leitet und der Rest nach Abkühlung in die Leitung 36 eingespeist.

Fig. 3 zeigt eine Agglomerationsanlage aus einem senkrecht ange­ ordneten Mischbehälter 1, der im wesentlichen den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Mischbehälter entspricht. Der Trennbehälter 2 befindet sich jedoch nicht mit dem Mischbehälter 1 in einem Ge­ häuse, sondern ist in schrägem Winkel auf diesen aufmontiert, so daß eine bessere Anpassung an den Neigungswinkel der Schraube 15 erreicht wird. Die beiden Trennbehälter 1 und 2 sind zur Durch­ leitung der Dispersion der Rußagglomerate in Wasser über den Durchlaß 4 direkt miteinander verbunden.

Ein Teil des hohlen Rohres 17 ist durch ein Drahtgazerohr 57 er­ setzt, das zur Ableitung von mit den Agglomeraten mitgerissener Hilfsflüssigkeit aus dem Rohr 17 mit einem Mantel 58 umge­ ben ist, aus dem die Hilfsflüssigkeit über eine Rückleitung 59 zum Trennbehälter 2 zurückgeleitet wird. Davon abgesehen ist diese Agglomerationsanlage, soweit es ihre Arbeitsweise betrifft, mit den Agglomerationsanlagen gemäß den beiden vorstehenden Figuren identisch.

Die Leitung 38, in welche durch die Schleuse 37 praktisch troc­ kene Agglomerate einfließen, steht mit dem oberhalb des Gitters 61 eines Behälters 62 befindlichen Raum 60 in Verbindung, in welchem ein Wirbelbett von Agglomeraten 63 aufrechterhalten wird. Die Ver­ wirbelung wird vorzugsweise mittels überhitzten Dampfes mit einer Temperatur von z. B. 350°C durchgeführt, der über eine Leitung 64 eingespeist und über den Zyklon 65 und eine Leitung 66 abgezogen wird. Eine schraubenförmige Schlange für heißes Öl 67 gewährlei­ stet einen Wärmeaustausch mit dem Bett 63 und nach einer genügend langen Verweilzeit werden getrocknete Rußpellets über einen Raum hinter einem Abdeckblech 68 und über eine Leitung 69 zur weiteren Verarbeitung abgezogen. Diese getrockneten Rußpellets sind prak­ tisch frei von absorbierter Hilfsflüssigkeit.

Der Betrieb der in den Fig. 1, 2 und 3 schematisch gezeigten An­ lagen wird jetzt anhand von Beispielen weiter erläutert.

Beispiel 1

In einer Anlage wie in Fig. 2 gezeigt wird eine wäßrige Rußsus­ pension mit einer Temperatur von 100°C in einer Menge von 1500 kg/h an Wasser und 25 kg/h an Ruß über Leitung 8 in den Mischbe­ hälter 1 eingespeist. Benzin mit einem Endsiedepunkt von 90°C (spezifisches Gewicht 0,65) wird über Leitung 9 in einer Menge von 100 kg/h und über Leitung 13 in einer Menge von 50 kg/h in den Trennbehälter 2 eingespeist. Sowohl im Mischbehälter 1 wie im Trennbehälter 2 herrscht ein Druck von 5,5 kg/cm².

Im Trennbehälter 2 befindet sich eine stationäre Schicht von et­ wa 50 Litern Benzin, die etwa 50 Prozent der gesamten in diesem Behälter vorhandenen flüssigen Phase ausmacht. Die Verweilzeit des Benzins in dieser Phase beträgt über 30 Minuten. Über Leitung 10 wird aus dem Trennbehälter 2 Wasser in einer Menge von 1475 kg/h und über die Archimedische Schraube 15 werden 200 kg feuchter Agglomerate pro Stunde, die zu 75 Gewichtsprozent aus Benzin, zu 12,5 Gewichtsprozent aus Wasser und zu 12,5 Gewichtsprozent aus Ruß bestehen, abgezogen.

Diese Agglomerate werden über Leitung 19 und die rotierende Schleuse 37 in das Mischrohr 38 eingespeist, wo ihm ein Rücklauf­ strom von 2000 kg/h eines rußenthaltenden heißen Heizöls mit einer Temperatur von 280°C zugesetzt wird. Heißes Öl und die Ag­ glomerate werden dann in den Verdampfer eingespeist, in dem ein Druck von 4 kg/cm² herrscht und das gesamte Wasser zusammen mit dem größeren Teil des Benzins aus den Agglomeraten abdampft. Aus dem Verdampfer wird über Leitung 41 ein Gemisch aus 25 kg/h an Wasserdampf mit einer Temperatur von 130°C sowie ein Strom von 2050 kg/h des heißen Öls mit einer Temperatur von 250°C, das etwa 4,5 Gewichtsprozent Ruß und etwa 4,5 Gewichtsprozent Benzin enthält, abgezogen.

Eine Menge von etwa 1500 kg/h dieser Suspension von Ruß in Öl wird über Leitung 45 zu der vorstehend erwähnten Leitung 42 zu­ rückgeleitet, in die außerdem eine Menge von 500 kg/h frischen rußfreien Heizöls mit einer Temperatur von 290°C über Leitung 46 eingespeist wird. Die verbleibenden 550 kg/h der Suspension von Ruß in Öl werden über Leitung 47 in den Abstreifer 48 eingeleitet, der praktisch bei Atmosphärendruck mit Dampf betrieben wird. Die 550 kg/h der Suspension von Ruß in Öl mit einer Temperatur von 250°C enthalten 25 kg/h Ruß und 25 kg/h Benzin. Das Gemisch von Benzindampf und Dampf in Leitung 41 wird ebenfalls zum Abstreifer 48 geleitet, in den eine Menge von 25 kg/h an überhitztem Dampf mit einer Temperatur von 350°C über Leitung 52 eingespeist wird.

Ein Gemisch von 200 kg/h an Benzindampf und 50 kg/h an Dampf wird über Leitung 49 vom Kopfteil des Abstreifers abgezogen und im Behälter 53 bei einer Temperatur von 40°C aufgetrennt. 50 kg/h an Wasser werden über Leitung 54 und 200 kg/h an Benzin über Leitung 55 abgezogen, von denen 50 kg direkt über Leitung 56 als Rückstrom zum Abstreifer und 150 kg über Leitung 36 zu den Pumpen 34 und 35 geleitet werden.

Ein Produktstrom von 525 kg/h einer Suspension von Ruß in Öl mit einer Temperatur von 253°C, der 25 kg/h an Ruß und noch etwa 0,5 Gewichtsprozent Benzin enthält, wird über Leitung 50 und 51 aus dem Bodenteil abgezogen.

Beispiel 2

In der auf der linken Seite von Fig. 3 gezeigten Agglomerations­ anlage werden 1000 kg/h an Wasser und 20 kg/h an Ruß in Form einer wäßrigen Rußsuspension über Leitung 8 in den Mischbehäl­ ter 1 eingespeist und mit 80 kg/h an Benzin vermischt, das über Leitung 9 in den Mischbehälter eingespeist wird. Eine Menge von 20 kg/h an Benzin wird über Leitung 13 in den Trennbehälter 2 ein­ gespeist, während 50 kg/h an Benzin über Leitung 59 in den Be­ hälter 2 zurückfließen. 980 kg/h an Wasser werden über Leitung 10 abgezogen.

Die vom Behälter 2 über die Archimedische Schraube 15 abgezoge­ nen 140 kg/h an feuchten Agglomeraten enthalten 20 kg/h an Was­ ser und 20 kg/h an Ruß, während der Rest aus Benzin besteht. Der Druck im Trennbehälter beträgt von etwa 1 bis 5 kg/cm².

Die Agglomerate werden über Leitung 19 und die rotierende Schleu­ se 37 in den Behälter 62 eingespeist, wo sie bei annähernd At­ mosphärendruck als Wirbelschicht über dem Gitter 61 mittels über­ hitztem Dampfes bei einer Temperatur von 350°C getrocknet werden. Eine Menge von etwa 20 kg/h an Benzin in dem überhitzten Dampf wird über Leitung 66 abgezogen, während 20 kg/h an trockenen Ruß­ pellets über den Überlauf 68 und die Leitung 69 aus dem Wirbel­ bett 63 abgezogen werden. Diese Rußpellets sind granular und kle­ ben nicht. Unter leichtem Druck können sie zu trockenem Ruß pulve­ risiert werden.

Claims (3)

1. Verfahren zur Abtrennung von Rußteilchen aus einer wäß­ rigen Rußsuspension durch Zusatz einer mit Wasser nicht misch­ baren Hilfsflüssigkeit zu der Suspension und Abtrennung einer praktisch rußfreien wäßrigen Phase, wobei die wäßrige Ruß­ suspension in einer Mischstufe unter kräftigem Rühren mit der Hilfsflüssigkeit in Berührung gebracht wird und die dabei ge­ bildeten Aggolmerate aus Ruß und Hilfsflüssigkeit, welche in der wäßrigen Phase dispergiert sind, einer Trennstufe zuge­ führt werden, in welcher die wäßrige Dispersion der Rußagglome­ rate mit einer stationären Phase einer gleichfalls mit Wasser nicht mischbaren Hilfsflüssigkeit kontaktiert wird und die Agglomerate in die stationäre Phase übergehen, eine praktisch rußfreie wäßrige Phase abgezogen wird, die Agglomerate aus der stationären Phase der Hilfsflüssigkeit mittels mechanischer Hilfsmittel entfernt werden und etwa aus der Trennstufe mitge­ rissene Hilfsflüssigkeit ersetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis der pro Zeiteinheit zur Mischstufe und zur Trennstufe zugespeisten Hilfsflüssigkeiten einen Wert größer als 1 hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsflüssigkeit der Mischstufe in einer Menge zugesetzt wird, welche dem Porenvolumen der zu agglomerierenden Rußteil­ chen im wesentlichen entspricht oder wenig darüber liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsflüssigkeit der Mischstufe in einer Menge zuge­ setzt wird, welche einem Gewichtsverhältnis von Flüssigkeit zu Ruß von 2 : 1 bis 6 : 1 entspricht.