DE2507021C3

DE2507021C3 - Verfahren zur Herstellung von RuB

Info

Publication number: DE2507021C3
Application number: DE2507021A
Authority: DE
Inventors: Merrill Edmund Walpole Jordan; Allan Clark Sudbury Morgan
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 1974-02-25
Filing date: 1975-02-19
Publication date: 1979-08-30
Also published as: FR2262090A1; AU7808375A; BR7501111A; JPS50119788A; JPS5410358B2; CA1025178A; NL177694B; IN143791B; GB1502633A; FR2262090B1; NL7501789A; HK25983A; BE825956A; DE2507021A1; DD117240A5; CS198160B2; IL46603A; IL46603A0; IT1030208B; US3922335A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ruß in einem Ofen, wobei in einem umschlossenen Strom heißer Verbrennungsgase, der sich mit einer zur Dispergierung und Feinstverteilung von flüssigem Rußrohstoff ausreichenden Lineargeschwindigkeit bewegt, der flüssige Rußrohstoff im wesentlichen quer zur Strömungsrichtung des Brenngasstromes eingeleitet und das aus der Rußbildungsreaktion resultierende Gemisch unter Bildung der festen Rußpartikel abgeschreckt wird, worauf der Ruß abgetrennt wird.

Verfahren zur Herstellung von Ruß, die ähnliche Merkmale aufweisen, sind unter anderem in der US PS 51 337 und der US-PS 35 95 618 beschrieben. Bei dem Verfahren nach der erstgenannten Patentschrift wird der Rußrohstoff in einen mit hoher Geschwindigkeit sich bewegenden Strom von Verbrennungsgasen von außen her eingeführt. Vorwiegend wird dabei der Ausgangsstoff in Form von gasförmigen Kohlenwasserstoffen verwendet. Soweit die Benutzung von flüssigem Rußrohstoff in Betracht gezogen wird, soll dieser mit Hilfe besonderer Zerstäubungsmittel vor Eintritt in den Strom der Verbrennungsgase fein zerteilt werden. In der US-PS 35 95 618 findet sich zwar der Hinweis, daß bei der hohen Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsgase der Ausgangsstoff nicht mittels einer Vorrichtung zum Atomisieren oder mittels einer Sprühdüse eingeführt zu werden braucht, sondern einfach durch eine unverengte kapillare Öffnung und unter einem zur Aufrechterhaltung der gewünschten Strömungsgeschwindigkeit ausreichenden Druck mit dem Strom der Verbrennungsgase vereinigt werden kann. Dies kann gemäß der älteren Patentschrift auch senkrecht zur Strömungsrichtung der Verbrennungsgase erfolgen, doch wird dem Fachmann hier die Lehre vermittelt, daß die Zuführung des Rußrohstoffes in Querrichtung als durchaus äquivalent mit der tangentialen oder axialen Einleitung angesehen werden kann.

In der US-PS 36 19 140 und der DE-OS 21 28 030

■55 steht im Vordergrund die Lösung der Aufgabe, ein schnelles und wirksameres Dispergieren der Ausgangsstoffe zu erreichen. In beiden Fällen wird der Rußrohstoff in Form eines oder mehrerer zusammenhängender Flüssigkeitsströme dem Brenngasstrom in

w) Querrichtung zugeführt.

Es hat sich nun gezeigt, daß bei der Durchführung der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ein Problem auftreten kann, das im folgenden als »Kerneffekt« bezeichnet werden soll. Diese Erscheinung beruht

b> darauf, daß beim praktisch transversalen Einspritzen eines flüssigen Rohstoffes ausschließlich in einer Vielzahl von zusammenhängenden Strahlen, entweder vom äußeren oder vom inneren Umfang des Verbren-

nungsgasstromes sich keine wirksame Ausbreitung und Einmischung in den gesamten Querschnitt des Verbrennungsgasstromes ergeben kann. Es entsteht in solchen Fällen in dem Strom der Verbrennungspase gewissermaßen ein Hohlraum oder toter Kern von Gasen, die nicht unmittelbar für die Dispergierung und Zerstäubung des Rußrohstoffes nutzbar gemacht werden. Dieser »Kerneffekt« bedeutet also einen Verlust der in den ungenutzten Gasanteilen des Verbrennungsgasstromes enthaltenen thermischen und kinetischen Energie, ι ο

Erfinduiigsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der flüssige Rußrohstoft in Form einer Mehrzahl von zusammenhängenden einzelnen Strömen praktisch quer in den Brenngasstrom sowohl von dessen äußerem Umfang als auch von mehreren Stellen von dessen Inneren her und so eingeleitet wird, daß jeder der zusammenhängenden Ströme in den Strom der Verbrennungsgase bis zu einer Tiefe eindringt, die ausreicht, um eine nennenswerte Berührung zwischen der Apparatewand und dem Rußrohstotf vor dessen Mischung mit dem heißen Verbrennungsgasstrom und der Bildung der Rußpartikel darin zu vermeiden. Auf diese Weise wird praktisch der gesamte Querschnitt des Brenngasstromes für die Dispergierung und Feinzerstäubung des Rußrohstoffes nutzbar gemacht

Das radiale Einleiten eines feinzerteilten Stromes von Rußrohstoff in das Innere eines Brenngasstromes ist in der US-PS 30 46 096 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird ein in Wirbelbewegung versetzter Strom von Verbrennungsgasen durch eine langgestreckte Reak- jo tionskammer geleitet und der Rußrohstoff von einem Punkt in der Nähe der Längsachse der Kammer in den Verbrennungsgasstrom eingesprüht Um das Eindringen des Rußrohstoffes in den Brenngasstrom zu verbessern, wird koaxial zur Längsachse der Reaktionskammer eine s^r> Zone niedriger Gasgeschwindigkeit gebildet Aus der Patentschrift ist zu entnehmen, daß eine radiale Einführung des Rußrohstoffes von außen nach innen vermieden werden soll; sie gibt, ebenso wie die weiter oben behandelten Patentschriften keinerlei Hinweis auf den »Kerneffekt« und irgendwelche Maßnahmen zu seiner Vermeidung.

Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Geschwindigkeit des Verbrennungsgasstromes an den Einleitungsstellen für den Rußrohstoff in weiten Grenzen den jeweiligen Verfahrenserfordernissen angepaßt werden, vorausgesetzt, daß die Lineargeschwindigkeit zur intensiven Dispergierung und Feinstzerstäubung des Rußrohstoffes ausreicht. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, die Geschwindigkeit des >o Verbrennungsgasstromes auf mindestens 0,35 Mach und vorzugsweise auf 0,4 bis 0,8 Mach zu halten. Als »Mach« ist hier bezeichnet der Quotient aus der linearen Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsgase und der Schallgeschwindigkeit in ihnen, die in einem v> gegebenen Gasstrom von der Temperatur der Zusammensetzung dieses Gasstromes abhängig ist.

Der Strom der Verbrennungsgase weist im allgemeinen einen kreisförmigen Querschnitt ai.'f, in den die Ströme des Rußrohstoffes mit hoher kinetischer w> Energie eingeleitet werden. Nach einer anderen Ausführungsform des Verfahrens kann der Strom der Verbrennungsgase auch einen praktisch rechteckigen Querschnitt ausweisen. Schließlich ist es auch möglich, mehrere Ströme von Verbrennungsgasen mit ringförmi- o> gem Querschnitt zu bilden und in jeden dieser Ströme den Rußrohstoff von außen und innen einzuführen. Die Einleitung der Ströme des Rußrohstoffes in den Strom der Verbrennungsgase erfolgt vorteilhafterweise aus in einer Ebene angeordneten Einlassen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die Ströme des von innen zugeführten Rußrohstoffes an Stellen in den Strom der Verbrennungsgase eingeleitet, die zwischen den Einlaßöffnungen für die Einleitung des Rußrohstoffes von außen angeordnet sind.

Die Erfindung wird an Hand der F i g. 1 bis 4, in denen für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtungen und Vorrichtungsteile beispielsweise dargestellt sind, weiterhin erläutert

Nach den F i g. 1 und 2 wird zur Durchführung des Verfahrens in die Mischkammer 3 durch die Leitung 1 ein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff eingeführt und durch die Leitung 5 und den Ring 7 ein gasförmiges Oxydationsmittel Das entstandene gasförmige Verbrennungsgemisch strömt durch den perforierten Flammenhalter 9 in die Verbrennungskammer 11, wo die Entzündung und die praktisch vollständige Verbrennung des Gemisches aus dem Brennstoff und dem Oxydationsmittel stattfinden. Die entstandenen Verbrennungsgase strömen aus dem stromabwärts liegenden Ende der Verbrennungskammer und gelangen durch die ringförmige Zone 13 zur Einführung des Ausgangsstoffes. Der äußere Umfang dieser ringförmigen Zone 13 ist gebildet durch die innere Wandung der Leitung 17, der innere Umfang der ringförmigen Zone 13 ist gebildet durch die äußere Oberfläche 20 der axial orientierten Sonde 19 zum Einführen des Ausgangsstoffes.

In den mit hoher Geschwindigkeit strömenden Gasstrom der Verbrennungsgase mit einem ringförmigen Querschnitt wird ein flüssiger. Kohlenstoff bildender Ausgangsstoff praktisch senkrecht zur Strömungsrichtung des Gasstromes von dem inneren und dem äußeren Umfang dieses Gasstromes eingeführt Zur Einführung des flüssigen Ausgangsstoffes, der in der Regel vorzugsweise auf eine Temperatur vorgewärmt wird, bei welcher ein Verkoken noch nicht stattfindet, werden mehrere, praktisch quer orientierte und praktisch unverengte Mundstücke 21 verwendet Zu diesen Mundstücken 21 wird der Ausgangsstoff unter Druck durch die Leitung 23 und die Verteilerleitung 25 geführt, welche die Mundstücke 21 speist Entsprechend wird der flüssige Ausgangsstoff von innen in den ringförmigen Gasstrom dadurch eingeführt, daß man ihn unter Druck durch die axiale Sonde 19 einführt, die zweckmäßigerweise mittels einer Flüssigkeit gekühlt ist. Die Sonde endet in einer Kappe 27 mit mehreren quer angeordneten und praktisch unverengten Mundstücken 29.

Nach dem Einführen des Ausgangsstoffes ist es notwendig, das entstandene Umsetzungsgemisch so lange unter solchen Bedingungen zu halten, daß sich Rußteilchen bilden können. Das kann dadurch geschehen, daß man das Umsetzungsgemisch aus der Injektionszone 13 in einen geeigneten Reaktionsraum 31 führt Nach F i g. 1 kann die Reaktionskammer 33 mit dem unteren Ende der Injektionszone 13 durch aufeinanderpassende Flansche 35 und 37 verbunden sein, die durch eine Reihe von Bolzen 39 zusammengehalten werden. Der Reaktionsraum 31 der Kammer 33 sollte keine Hindernisse enthalten. Im allgemeinen ist es vorzuziehen, daß er plötzlich einen größeren Querschnitt erhält, als das AuslaDende der Injektionszone 13. Bei Berücksichtigung dieser Grundsätze ist gewährleistet, daß der eingeführte Ausgangsstoff schnell dispergiert wird in der strömenden Masse der heißen

Verbrennungsgase, ohne daß der Ausgangsstoff vorzeitig mit den Wandungen der Vorrichtung in Berührung kommt.

Die Verweilzeit für die Bildung von Ruß in Vorrichtungen großen Maßstabes ist abhängig von der Länge der Reaktionskammer 33 und außerdem von den jeweiligen Umsetzungsbedingungen und den Eigenschaften des herzustellenden Rußes. Um die Bildung von Ruß zum gewünschten Zeitpunkt abzubrechen, und damit die Verweilzeit zu regeln, ist eine geeignete Vorrichtung zum Abschrecken vorgesehen, beispielsweise in Form einer Sprühdüse 41 nach Fig. 1, der das Abschreckmittel durch die Leitung 43 zugeführt wird. Um bei einem gegebenen Durchsatz die Verweilzeit regeln zu können, können auch mehrere Sprühdüsen vorgesehen sein. Man kann beispielsweise zusätzliche Düsen 41 in Abständen entlang der ganzen Länge der Kammer 33 anordnen. Da die Bildung von Ruß in der Regel durch das Abschrecken beendet wird, enthält das Umsetzungsgemisch, das die Reaktionskammer 33 durch den Auslaß 45 verläßt, in der Regel ein heißes Aerosol von Ruß, der in den Gasen suspendiert ist. Nach dem Verlassen des Auslasses 45 wird das heiße Aerosol in üblicher Weise weiter bearbeitet und durch Abkühlen, Abtrennen und Sammeln der Rußteilchen.

In F i g. 3 ist eine Vorrichtung dargestellt, die für die Ausführungsform der Erfindung mit rechteckigem Querschnitt — anstelle eines kreis- oder ringförmigen oder ovalen Querschnitts — geeignet ist. Die Wandung 114 der Einleitungszone 113 bildet zusammen mit der axial angeordneten Sonde 115 für die Zuführung von Rußrohstoff, die ebenfalls einen rechtwinkligen Querschnitt hat, eine ringförmige, rechtwinklige Injektionszone 113.

Die F i g. 4 zeigt eine Injektionszone 213 mit einer die ganze Zone umgebenden zylindrischen äußeren Wandung 214 und mehreren einzelnen, axial angeordneten Sonden 215 zur Einführung von Ausgangsstoff, die sich in Abständen voneinander und von der Wandung 214 befinden. Bei dieser Ausführungsform entstehen mehrere, praktisch ringförmige Zwischenräume 216 zwischen den inneren und äußeren Sonden 215 und der umgebenden Wandung 214.

Für die Durchführung des Verfahrens gemäß Erfindung kann ein gasförmiger, dampfförmiger oder flüssiger Brennstoff gewählt werden, beispielsweise Wasserstoff, Kohlenmonoxyd, Methan, Acetylen, Alkohole, Kerosin usw. Bevorzugt werden hierbei Brennstoffe mit einem verhältnismäßig hohen Gehalt an Kohlenstoff, insbesondere Kohlenwasserstoffe. Beispielsweise sind an Methan reiche Gase, wie Erdgas und modifiziertes oder angereichertes Gas ausgezeichnete Brennstoffe, ebenso wie andere, an Kohlenwasserstoffen reiche Gemische, wie Erdölgase, Flüssigkeiten und Nebenprodukte der Raffinerien, wie Fraktionen mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen im Molekül, Heizöle usw.

Als Oxydationsmittel, die beim Mischen in geeigneten Mengen mit dem Brennstoff ein mit hoher Energie verbrennendes Gemisch ergeben, können Luft, Sauerstoff oder Chlor oder Mischungen von praktisch nicht-oxydierenden oder inerten Gasen, wie Stickstoff, Kohlendioxyd, Argon, usw. mit einem oder mehreren der oxydierenden, oben erwähnten Stoffe verwendet werden, wobei der Gehalt an diesen oxydierenden Stoffen in dem Gesamtgemisch bei wenigstens etwa 20 Volum-% liegen soll.

Das Mengenverhältnis des oxydierenden Gases zu dem Brennstoff soll im allgemeinen auf der an Brennstoff reichen Seite liegen, so daß die adiabatische Flamme eine Temperatur von wenigstens etwa 1300° hat.

Es können aber auch brennstoffarme Gemische, die adiabatische Flammen mit einer Temperatur unter 1300° erzeugen, verwendet werden, vorausgesetzt, daß durch Anwendung eines bestimmten flüssigen Ausgangsstoffes mit einer bestimmten Geschwindigkeit oder Zusammensetzung die erwähnte Temperatur

ίο schließlich erreicht wird, wenn der Ausgangsstoff mit dem überschüssigen oxydierenden Gas in dem heißen Strom der Verbrennungsgase reagiert.

In der Regel werden also die für das Verfahren erforderlichen Temperaturen während der Verbrennung erreicht. Wenn aber ein brennstoffarmes Gemisch verwendet wird, wird die maximale Temperatur bei dem Verfahren erreicht, wenn der flüssige Ausgangsstoff eingeführt ist und teilweise sich umgesetzt hat mit dem restlichen Oxydationsmittel in dem Strom der heißen Verbrennungsgase. Das Gemisch kann zwar etwa 50 bis etwa 500 % der für die vollständige Verbrennung theoretisch erforderlichen Mengen des oxydierenden Gases enthalten, vorzugsweise soll aber diese Menge bei etwa 70 bis etwa 350% gehalten werden.

Um die zusammenhängenden Ströme des flüssigen Ausgangsstoffes, die in den ringförmigen Strom der Verbrennungsgase eingeführt werden, wirksam zu versprühen und zu dispergieren, und hohe Durchsätze zu erreichen, ist es vorteilhaft, daß der ringförmige Strom der Verbrennungsgase dort, wo der flüssige Ausgangsstoff eingeführt wird, eine Strömungsgeschwindigkeit von wenigstens 035 Mach, vorzugsweise von 0,4 bis 0,8 Mach hat Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können verschiedene Methoden angewendet werden, um eine solche Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsgase zu erreichen, daß sie die zum Dispergieren des eingeführten Ausgangsstoffes erforderliche kinetische Energie aufweisen.

AO Man kann z.B. die Verbrennung selbst durch Bemessung der Zufuhr des Brennstoffes und/oder des oxydierenden Gases so regeln, daß ein Strom der Verbrennungsgase entsteht, der beim Durchströmen der ringförmigen Einführungszone 13 eine Strömungs-5 geschwindigkeit von wenigstens 0,35 Mach hat. Auch die Form der verwendeten Vorrichtung hat einen weitgehenden Einfluß auf die schließlich erreichte Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsgase dort, wo der flüssige Ausgangsstoff eingeführt wird. Man kann beispielsweise die Verbrennungsgase aus der Kammer 11 durch eine verengte, ringförmige Injektionszone 13 führen, wodurch eine erhebliche Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit erreicht werden kann.

Als Rußrohstoffe finden vorteilhafterweise Stoffe mit einem Kohlenstoffgehalt von wenigstens 75 Gew.-%, vorzugsweise über etwa 85 Gew.-% Verwendung. Hierzu gehören beispielsweise flüssige oder verflüssigbare, Kohlenstoff enthaltende Stoffe, wie Benzol, Toluol, Xylol, Mesithylen, Cumol, Durol; lineare oder alicyclische Kohlenwasserstoffe, wie Hexan, Octan, Dodecan, Cyclohexan und Cyclopentan, paraffinische öle, Erdöl-Destillate, Wachse, bevorzugt aromatische oder äthylenische Teere, Erdöl-Destillate oder Stoffe, die bei der Fraktionierung und/oder Destillation beim Raffinieren anfallen.

Bei der Einleitung des Rußrohstoffes in den Brenngasstrom kommt es, unabhängig von der Anzahl

der verwendeten Mundstücke 21 und 29 für eine gesicherte Prozeßführung und für eine gute Qualität des Endproduktes darauf an, daß jeder einzelne Strom des Ausgangsstoffes derart in den Strom der heißen Verbrennungsgase eingeführt wird, daß er die Wandun- s gen der Vorrichtung praktisch nicht berührt, bevor der Ausgangsstoff innig gemischt ist mit den heißen Verbrennungsgasen und bevor Ruß gebildet ist. Daher soll jeder der eingeführten Ströme des Ausgangsstoffes anfänglich zusammenhängend bleiben und in den ι ο ringförmigen Strom der Verbrennungsgase ohne wesentliche Verdünnung bis auf eine Tiefe von wenigstens 15% des Querschnittes des Stromes der Verbrennungsgase eindringen. Ferner sollen diese zusammenhängenden eindringenden Ströme des flüssigen Ausgangsstoffes, die von außen und von innen in den Strom der Verbrennungsgase gelangen, möglichst nicht unmittelbar aufeinander und auch nicht auf die gegenüberliegende Wand der Verbrennungszone 13 auftreffen. Die Eindringtiefe dieser Ströme des Ausgangsstoffes sollte daher in der Regel nicht mehr als 50% des Querschnitts des Gasstromes betragen. Es ist ferner erwünscht, wie die gestrichelten Linien der F i g. 2 es zeigen, daß Projektioner, der Mittellinien der inneren Mundstücke 29 zu dem äußeren Umfang des ringförmigen Gasstromes an Punkten enden, die zwischen benachbarten äußeren Mundstücken 21 liegen. Bei dieser Beachtung Vorschriften für die Einführung des flüssigen Ausgangsstoffes und bei der Verwendung des oben beschriebener ringförmigen Stromes der Verbrennungsgase mit hoher Strömungsgeschwindigkeit wird ein sehr wirksames und schnelles Aufbrechen der anfänglich zusammenhängenden Ströme des Ausgangsstoffes zu winzigen Tröpfchen erreicht, gleichzeitig mit der wirksamen und schnellen Dispergierung dieser Tröpfchen in dem Strome der Verbrennungsgase, so daß sehr schnell ein praktisch homogenes Umsetzungsgemisch entsteht. Dabei wird die thermische und kinetische Energie der Verbrennungsgase wirksam ausgenutzt, was wesentlich dazu beiträgt, daß mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens Ruße hoher Qualität mit großem Durchsatz und hoher Ausbeute erzeugt werden können. Das Verhalten der eingeführten Ströme des Ausgangsstoffes hängt von verschiedenen Parametern ab, wie der Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsgase an der Einspritzstelle, der Form und den Abmessungen der Vorrichtung, den Abmessungen und der Anzahl der Mundstücke 21 und 29 zur Einführung des Ausgangsstoffes, der Geschwindigkeit und dem Druck des Ausgangsstoffes. Die Eindringtiefe der einzelnen in sich zusammenhängenden Ströme des Ausgangsstoffes in die heißen Verbrennungsgase kann geregelt werden durch geeignete Abstimmung einiger oder mehrerer der verschiedenen Variablen des Verfahrens und/oder durch die Form der Vorrichtung. Die Kriterien für die Einführung der anfänglich zusammenhängenden Ströme des Ausgangsstoffes können auch vorausbestimmt oder bei der Durchführung des Verfahrens direkt beobachtet und geregelt werden.

Bei der Herstellung einer gegebenen Art von Ruß mit einem gegebenen, flüssigen Kohlenstoff bildenden Ausgangsstoff hängt die Zuführungsgeschwindigkeit des Ausgangsstoffes weitgehend ab von der Menge der verfügbaren Wärme und von dem gegebenen, falls vorhandenen, noch nicht reagierten Oxydationsmittel in dem Strom der heißen Verbrennungsgase. Für die meisten Arten von Ruß ist es besonders wichtig, daß die Menge an Ausgangsstoff angepaßt wird an die Menge des Brennstoffes und des oxydierenden Gases, so daß die gesamte prozentuale Verbrennung unter Voraussetzung der theoretisch vollständigen Oxydation aller Bestandteile zu Kohlendioxyd, Wasser und dergleichen zwischen etwa 20 bis 50% liegt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch erfolgreich durchgeführt werden bei Verwendung der entsprechenden Stoffe bei Verbrennungswerten bis hinunter zu etwa 15% oder bis hinaus zu etwa 65%, wobei ebenfalls brauchbare Ruße gewonnen werden.

Bei der eigentlichen Bildung des Rußes sind wichtige Parameter die Abmessungen und die Form des Umschlossenen Reaktionsraumes 31 zwischen der Einführungszone für den Ausgangssloff und der Abschreckungszone des Reaktionsgemisches. Für ein gegebenes Volumen des Durchsatzes des Reaktionsgemisches ist also der gesamte Inhalt des Raumes zwischen der Einführung des Ausgangsstoffes und dem Abschrecken des Reaktionsgemisches bestimmend für die Verweilzeit in der Rußbildungszone. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Ruße hoher Qualität in unüblich kurzen Verweilzeiten gewonnen werden, d. h. bei Yerweilzeiten bis hinab zu 0,5 Millisekunden oder sogar darunter. Für die meisten Arten von Ruß verlangen die optimalen Bedingungen in der Regel eine Verweilzeit von etwa 1 bis etwa 100 Millisekunden. Natürlich können gewünschtenfalls auch längere Verweilzeiten bis hinauf zu etwa 500 Millisekunden oder sogar bis hinauf zu mehreren Sekunden angewendet werden, was mitunter hilfreich ist zur Gewinnung bestimmter Eigenschaften des Endproduktes.

Die Beispiele erläutern weiterhin einige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beispiel 1

Es wurde eine Vorrichtung nach der F i g. 1 mit den nachstehenden wichtigsten Abmessungen verwendet:

Verbrennungskammer 11
Zylindrische Leitung 17

Mundstücke 21

Reaktionskammer 33

Mittel zum Abschrecken

Volumen 1131.
Länge 28,0 cm,
innerer Durchmesser
26,4 cm,

Neun quer orientierte
Mundstücke mit Durchmessern von 1,17 mm in gleichwinkligen Abständen auf einer einzigen Ebene um den Umfang der Leitung 17. Die Mundstücke 21 waren etwa 14 cm stromaufwärts von dem Auslaßende 28 der Leitung 17 angeordnet
Ein wärmeisolierter,
feuerfester, zylindrischer Tunnel mit einer Länge von 5,5 m und einem inneren Durchmesser von 46 cm.

Mehrere Düsen 41 zum
Versprühen von Wasser in der Kammer 33 in einem Abstand von 1 m stromabwärts von dem Auslaßende 28 der Leitung 17.

Bei einem Vergleichsversuch, der hier als Vergleichsversuch A bezeichnet wird, wurde keine axiale Sonde 19 verwendet. Der Brennstoff war ein Erdgas mit einem Methangehalt von 95,44% und einem Heizwert von 8400 kg-Kal. je Nm³. Als gasförmiges Oxydationsmittel wurde Luft verwendet. Der flüssige Rußstoff war gewonnen beim Raffinieren von Erdöl durch Cracken (Enjay A.C.). Dieser Ausgangsstoff hatte die nachstehende Zusammensetzung:

Kohlenstoff (%) 89,4; 89,5	S 0,005
Wasserstoff (%) 9,19; 8,08	0,663
H/C 1,08	0,005
Schwefel (%) 1,8	0,181
Asphaltene 1,5; 1,4	0,849


	1,068

Spez. Gewicht
(15,6/15,6°C)	+ 0,9
(ASTM D-287)
A.P.I.-Schwere
(15,6/15,6°C)	266,264
(ASTM D-287)
Viskosität	52,0; 52,
SUS bei 54° C	0,30
(ASTM D-88)	0,002
SUS bei 99° C	0,94
(ASTM D-88)	0,04
Sediment (%)
Asche (%)	346
Natrium (ppm)	426
Kalium (ppm)
GLC simulierte Destillation:	120
anfänglicher Siedepunkt, ° C
50%Siedepunkt,°C	119
BMCI (aus der Schwere und der
Viskosität)	7,4
BMCi (aus der Schwere und dem	24,0
50% Siedepunkt)	16,7
UV Ringverteilung:	25,9
2-Ring-Verbindungen (%)	0,0
3-Ring-Verbindungen (%)
Pyrene (%)
andere 4-Ring-Verbindungen (%)
5-Ring-Verbindungen (%)

Der Versuch A wurde so durchgeführt, daß das Erdgas in einer Menge von 10301/Std. und die Luft in einer Menge von 11 6001/Std. in die Verbrennungskammer 11 eingeführt wurden. Die Luft wurde vor dem Eintritt in die Verbrennungskammer 11 auf etwa 370° C vorgewärmt Die entstandenen Verbrennungsgase wurden durch die Leitung 17 geführt und hatten in der Ebene der Mundstücke 21 eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 0,53 Mach. Der auf etwa 260° C vorgewärmte flüssige Rußstoff wurde durch die Mundstücke 21 in einer Gesamtmenge von etwa 15301/Std. unter einem Druck von etwa 21,7 kp/cm² eingeführt Dann wurde das entstandene Umsetzungsgemisch ausgelassen und durch die Reaktionskammer 33 geführt Mittels der Sprühdüsen 41 wurde das Gemisch mit Wasser auf etwa 745° C abgeschreckt Dann wurde es in üblicher Weise weiterbehandelt durch Kühlen mittels indirekten Wärmeaustausches, durch Abtrennen und Sammeln des Rußes mittels Sackfiltern. Durch ein nicht abgebildetes Schauloch am rückwärtigen Ende der Verbrennungskammer 11 konnte das Einführen der Ströme des Ausgangsstoffes aus den Mundstücken 21 beobachtet werden. Es wurde hierbei festgestellt, daß jeder dieser Ströme zusammenhängend bis in etwa 20 bis 25% des Durchmessers der zylindrischen Leitung 17 eindrang. Unter diesen Bedingungen wurden stündlich etwa 900 kg Ruß gewonnen, wobei die gesamte Verbrennung bei diesem Verfahren bei etwa 41,3% der Theorie lag. Der so erhaltene Ruß wurde nach verschiedenen Richtungen geprüft, wobei die Einzelheiten und Ergebnisse dieser Analysen unten angegeben sind.

Färbekraft

Die Färbekraft ist die relative Deckkraft eines pelletisierten Rußes im Gemisch mit einem Standard-Zinkoxyd (Florence Green Seal No. 8 der New Jersey Zinc Co.) in einem Gewichtsverhältnis von 1 :37,5. Dieses Gemisch wird in einem Weichmacher aus epoxydiertem Sojabohnenöl dispergiert (Paraplex G-62 von Rohm und Haas Co.). Verglichen wird dieses Gemisch mit einer Serie von Standard-Rußen, die unter

2¹) den gleichen Bedingungen geprüft werden. Im einzelnen werden der Ruß, das Zinkoxyd und der Weichmacher in solchen Mengen zusammengewalzt, daß das Verhältnis von Ruß zu Zinkoxyd bei 1 :37,5 liegt. An einem Film, der auf einer Glasplatte ausgegossen ist, werden dann

jo Reflexionsmessungen unter Verwendung der Vorrichtung Welch Densichron ausgeführt, die abgelesenen Werte werden verglichen mit denen von Standard-Ruß bekannter Färbekraft Die Färbekraft von Standard-Rußen wird bestimmt unter Verwendung eines willkürlichen Wertes von 100% für die Färbekraft eines Standard-SRF-Rußes. Dieser Standard-SRF-Ruß mit dem willkürlichen Wert für die Färbekraft von 100% ist ein Ofenruß Sterling S oder Sterling R mit halbverstärkenden Eigenschaften der Cabot Corporation. Jeder dieser beiden Ruße Sterling R und Sterling S hat eine BET-Oberfläche für Stickstoff von etwa 23 m²/g, einen Absorptionswert für Dibutylnaphthalatöl von etwa 65 bis 70 g DibutylphthaIat/100 g Ruß, und einen mittleren Teilchendurchmesser von etwa 800 Ä, bestimmt im Elektronenmikroskop. Der einzige bemerkenswerte Unterschied zwischen diesen beiden Rußen besteht darin, daß der Ruß Sterling R flockig ist während der Ruß Sterling S pelletisiert ist Dementsprechend dient der verwendete Vergleichsruß zur Bestimmung der Färbekraft von unbekannten Rußen jeweils in flockigem oder pelletisiertem Zustand. Die Ruße Sterling R und Sterling S werden demnach als die primären Vergleichsmuster zur Bestimmung von Färbekraft von anderen Rußen betrachtet

Es können auch andere Ruße verwendet werden als Vergleichsstandard zur Bestimmung der Färbekraft innerhalb eines Bereiches von etwa 30% bis etwa 250%. Die Färbekraft von solchen sekundären Standard-Rußen werden bestimmt im Verhältnis zu dem primären SRF-Standard mit dem willkürlichen Wert für die Färbekraft von 100%. In dieser Art kann eine ganze Reihe von Rußen innerhalb eines weiten Bereiches der Färbekraft als Vergleichsmuster verwendet werden, um dem zu vergleichenden Ruß möglichst nahe zu kommen.

es Solche Ruße als hilfsweise Standard-Ruße zur Bestimmung der Färbekraft werden von der Cabot Corporation hergestellt Die analytischen Eigenschaften dieser Ruße gehen aus der nachstehenden Tabelle hervor.

Analytische Eigenschaften

Sterling MT Sterling
(Medium (Fine

Thermal) Thermal)

Vulcan 611 Vulcan 9

Färbekraft % des SRF-Standard
Jod-Oberfläche mVg
DBP-Absorption cmVlOOg

31	56	220	252
5,0	8,4	109,6	118,5
33,6	35,9	131,4	116,9

15

20

25

Bei Verwendung dieser Testmethode wurde bei dem bei Versuch A gewonnenen Ruß eine Färbekraft von 278% festgestellt

DBP-Absorption

Nach dem Verfahren gemäß ASTM D-2414-65T, jetzt ASTM D-2414-70, wurde die Absorptionsfähigkeit von pelletisiertem Ruß festgestellt Der Versuch besteht darin, daß man Dibutylphthalat (DBP) einem pelletisierten Ruß zusetzt, bis dieser aus einem frei fließenden Pulver in ein halbplastisches Agglomerat übergeht Der Wert wird ausgedrückt in cm³ Dibutylphthalat (DBP) je 100 g Ruß. Der beim Versuch A erhaltene Ruß hatte nach dem Pelletisieren einen Wert der DBP-Absorption vonl29cm³/100gRuß.

Jod-Oberfläche

Bei diesem Verfahren wird ein Muster des Rußes in einem Porzellantiegel mit einem lose aufsitzenden Deckel während 7 Minuten bei 925°C in einem Muffelofen entgast und dann abgekühlt. Die obere Schicht des calzinierten Rußes bis zu einer Tiefe von etwa 6 mm wird verworfen. Ein Teil des restlichen Rußes wird gewogen. Zu diesem Muster gibt man 100 ml einer 0,01-normalen Jodlösung und rührt das Gemisch 30 Minuten lang. 50 ml dieses Gemisches werden dann zentrifugiert, bis die Lösung klar ist. Anschließend werden 40 ml mit einer l°/oigen Lösung von löslicher Stärke als Indikator mit einer 0,01-normalen Lösung von Natriumthiosulfat titriert bis das freie Jod absorbiert ist Der Anteil an adsorbiertem Jod wird quantitativ bestimmt durch Titrierung eines Blindmusters. Anschließend wird die Jodoberfläche ausgedrückt in mVg entsprechend der Formel

(% adsorbiertes Jod χ 0,937-4,5) . , _, ... ,

τ-—: ; — = Jod-Oberflache .

Gewicht des Musters

Dieses Verfahren zur Bestimmung der Jod-Oberfläche von pelletisiertem Ruß wird als Cabot Test Procedure No. 23,1 bezeichnet, da es hierfür noch keine offizielle ASTM-Vorschrift gibt In der Veröffentlichung der Cabot-Corporation TG-70-1 »Industry Reference Black No. 3« von Juengel und O'Brien vom 1. April 1970 ist gezeigt, daß der Ruß IRB Nr. 3 (Industry Reference Black No. 3) eine Jod-Oberfläche von 66,5 mVg hat, bestimmt nach dem oben beschriebenen Verfahren. Nach diesem Verfahren wurde festgestellt, daß die Jod-Oberfläche des beim Versuch A gewonnenen Rußes bei 105 m²/g lag.

Färbefaktor

In der US-PS 37 25 103 sind verschiedene wertvolle Ruße beschrieben. Eine der Eigenschaften dieser Ruße besteht darin, daß die Beziehung (hier als Färbefaktor bezeichnender b5

[Färbekraft+ 0,6 (Z?.)]
bei wenigstens etwa 317 liegt Hierbei bedeutet D, den scheinbaren Durchmesser der Rußteilchen in Millimikron. Dieser Wert kann erhalten werden bei Verwendung der Formel:

35

40

50

55 60

D₁, =

2270 + 63,5 (DBP-Absorption)
Jod-Oberfläche

In den obigen Gleichungen wird die Färbekraft in Prozenten der Färbekraft von SRF ausgedrückt, der Wert für die DBP-Absorption in cmVlOO g Ruß, und die Jod-Oberfläche in mVg. Entsprechend kann bei Kenntnis der Färbekraft des Wertes für die DBP-Absorption und der Jod-Oberfläche für den Ruß aus dem Versuch A der Färbefaktor errechnet werden durch Einsetzen der bekannten Werte in die Gleichung:

Färbefaktor = Färbekraft + _W{

I J

Jod-Oberflache

Hiernach beträgt der Färbefaktor des Rußes aus dem Vergleichsversuch A 338.

pH-Wert

Der pH-Wert eines Rußes kann festgestellt werden gemäß ASTM D-1512-60. Nach diesem Verfahren wurde der pH-Wert des Rußes aus dem Versuch A zu über 4,0 festgestellt.

Beispiel 2

Bei dem Versuch B wurde praktisch der Versuch A wiederholt mit der Ausnahme, daß innerhalb der Leitung 17 eine wassergekühlte Sonde 19 zur Einführung des Ausgangsstoffes angeordnet war. Die Sonde hatte einen Durchmesser von 5 cm. Sie war ausgerüstet mit einer Kappe 27 aus einem Rohr von 3 mm mit drei Mundstücken 29 mit Durchmessern von 1,05 mm, die senkrecht und gleichwinklig um den Umfang herum angeordnet waren. Die Mundstücke 29 der axialen Sonde 19 waren innerhalb der Leitung 17 in Längsrichtung so angeordnet daß sie sich in einer Ebene mit den äußeren Mundstücken 21 befanden. Jedes der drei Mundstücke der axialen Sonde 19 war so orientiert, daß es auf einen Punkt zwischen zwei benachbarten Mundstücken 21 am äußeren Umfang gerichtet war. Unter Berücksichtigung der Verringerung des gesamten Querschnittes durch die Sonde 19 wurde die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsgase an den Mundstücken 21 und 29 zu 0,53 Mach bestimmt

Bei Verwendung dieser Vorrichtung und ohne wesentliche Änderungen gegenüber dem Versuch A bei der Zuführung von Erdgas und Luft in die Verbrennungskammer 11 oder beim Abschrecken wurde flüssiger Rußrohstoff durch die Mundstücke 21 in einer Menge von 14201/Std. und durch die Mundstücke 29 in einer Menge von 3561/Std, insgesamt von 17761/Std. eingeführt Der Druck wurde bei etwa 21,7kp/cm² gehalten. Unter diesen Bedingungen wurde beobachtet,

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daß die Stiöme des Rußrohstoff es zusammenhängend bis auf 20 bis 25% des Querschnittes in den Verbrennungsgasstrom eindrangen.

Es wurden etwa 1050 kg Ruß/S td. gewonnen, wobei die gesamte Verbrennung nur etwa 37,5% ausmachte. Der erhaltene Ruß wurde analysiert, und es wurden die nachstehenden Eigenschaften festgestellt:

Färbekraft	273% SRF
Jod-Oberfläche	108 m²/g
DBP-Absorption	129cm³/100g
Färbefaktor	331
pH-Wert	>4,0

Der Vergleich der Versuche A und B zeigt, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren wichtige Vorteile erzielt werden. Diese Vorteile bestehen darin, daß mehr Ruß gewonnen wird, ohne Verschlechterung der Eigenschaften, daß die Ausbeute an einem gegebenen Ruß entweder je Einheit des verwendeten Brennstoffes bei der Verbrennung oder je Einheit des flüssigen Rußrohstoffes erheblich erhöht wird. Darüber hinaus werden nach dem Versuch B Ruße gewonnen, die neu und insbesondere zum Verstärken von Kautschuk und Elastomeren brauchbar sind.

Beispiel 3

Bei diesem Beispiel, Versuch C, wurde der flüssige Ausgangsstoff nur von außen in die zylindrische Injektionszone eingeführt Die Vorrichtung war ähnlich der nach Beispiel 1. Bei diesem Beispiel hatte aber die Leitung 17 neun Mundstücke 21, mit Durchmessern von 1,5 mm, und die Düse 41 zum Abschrecken war etwa 2,14 m stromabwärts von dem Auslaßende 28 der Leitung 17 angeordnet Als flüssiger Rußrohstoff wurde ein Decant-Öl der nachstehenden Zusammensetzung und mit den nachstehenden Eigenschaften verwendet:'

vorgewärmte Luft und 9101 Erdgas in die Verbrennungskammer 11 eingeführt Die entstandenen Verbrennungsgase hatten an den Mundstücken 21 der Leitung 17 eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 0^2 Mach. Auf etwa 260⁰C vorgewärmten Rußrohstoff wurde unter einem Druck von etwa 20 kp/cm² durch die Mundstücke in einer Menge γόη etwa 24601/Std. in den Gasstrom eingeführt Ebenso wurde gemäß der US-PS 10 794 in die Verbrennungskammer 11 eine wäßrige

ίο Lösung von Kaliumchlorid in einer solchen Menge eingeführt, daß auf 1001 des flüssigen Rußrohstoffes etwa 1,4 g KCl entfielen. Eine Beobachtung zeigte, daß jeder der Ströme aus den Mundstücken 21 seinen Zusammenhang behielt bis auf eine Tiefe von 20 bis 25% des Durchmessers der Leitung 17. Abgeschreckt wurde so, daß durch die Düsen 41 Wasser eingesprüht wurde in einer solchen Menge, daß das Umsetzungsgemisch auf etwa 750 bis 760⁰C abgekühlt wurde. Ruß wurde erhalten in einer Menge von etwa 0,65 kg/1 Ausgangsstoff. Die Gesamtverbrennung bei dem Versuch C lag bei etwa 31,8%. Der erhaltene Ruß hatte die nachstehenden Eigenschaften:

Färbekraft

Jod-Oberflächi

DBP-Absorption

Färbefaktor

pH-Wert

246% SRF

75 m²/g

113cm³/100g

321

>4,0

Wasserstoff (%)	8,04;8,03	40	Verfahren	55
Kohlenstoff (%)	90,7; 91,0
H/C	1,05
Schwefel (%)	U
Asphaltene (%)	2,1; 2,0	45
API-Schwere (bei 15,6/15,6°C)	+ 0,9		60
Spez. Gewicht (bei 15,6/15,6° C) Viskosität	1,069
SUS bei 54° C	150,6; 151,0
SUS bei 99° C	44,6; 44,7
Sediment (%)	0,035	50
Asche (%)	0,014
Natrium (ppm)	5,7
Kalium (ppm)	0,54
GLC-Ring-Analyse (% von Aromaten):
1 -Ring-Verbindungen (%)	0,9
2-Ring- Verbindungen (%)	6,8
3-Ring-Verbindungen (%)	193
4-Ring-Verbindungen (%)	60,0
5-Ring- und höhere
Verbindungen (%)	13,0
Wasser (VoL-%)	<0,05
Flammpunkt (° C, C.O.C.)
(Cleveland Open Cup)	166
Brennpunkt (°C, CO.C)	190
kg/1	0,97

Es wurde ein Erdgas mit einem Methangehalt von 96,61% verwendet, das einen Heizwert (flüssiges Wasser) von 8400 kg-Kal/N-m³ hatte.

Unter Verwendung dieser Stoffe und dieser Vorrichtung wurden stündlich 119001 auf etwa 375° C

Beispiel 4

Dieser Versuch (D) entsprach dem Versuch C mit den nachstehenden Änderungen der Vorrichtung und des Verfahrens:

Vorrichtung (a) Mundstücke 21 mit Durchmessern von 1,4 mm,

(b) eine koaxiale, mit Wasser gekühlte Sonde 19 zur Einführung des Rußrohstoffes mit einem äußeren Durchmesser von 5 cm wurde zusätzlich verwendet Sie hatte eine Kappe 27 mit drei gleichwinklig und radial angeordneten Mundstücken 29 mit Durchmessern von 1,17 mm. Diese Mundstücke 29 waren in einer Ebene mil den Mundstücken 21 angeordnet

(c) Die Düse 41 zum Abschrecken war etwa 2,75 m stromabwärts von dem Auslaßende 28 der Leitung 17 angeordnet

(d) Flüssiger Rußrohstoff wurde durch die Mundstücke 21 unter einem Druck von etwa 19,6 kp/cm² in einer Menge von etwa 24001/Std. und zusätzlich durch die Mundstücke 29 unter einem Druck von etwa 18,2 kp/cm² in einer Menge von etwa 5101/Std. eingeführt

(e) Die Verbrennungsluft für die Verbrennungskammer wurde auf eine Temperatur von etwa 360⁰C vorgewärmt, und

(f) in die Verbrennungskammer 11 wurde eine wäßrige Lösung von Kaliumchlorid in einer solchen Menge zugeführt, daß auf 1001 des Ausgangsstoffes etwa 2,06 g KCl entfielen.

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Wesentliche Änderungen gegenüber dem Versuch C wurden weder hinsichtlich des Erdgases noch der Mengen der Luft in der Verbrennungskammer II vorgenommen. Die Verbrennungsgase hatten eine Strömungsgeschwindigkeit von etwa 0,52 Mach. Die Ströme des Rußrohstoffes aus den Mundstücken 21 oder 29 in der Injektionszone 13 behielten ihren Zusammenhang beim Eindringen bis auf 20 bis 25% des Querschnittes des Brenngasstromes. Ruß wurde gewonnen in einer Ausbeute von etwa 0,65 kg je Liter des flüssigen Rußrohstoffes. Die Gesamtverbrennung beim Versuch D !ag bei etwa 30,8%. Der erhaltene Ruß bei dem Versuch D hatte die nachstehenden Eigenschaften:

Färbekraft	246% SRF
Jod-Oberfläche	70 m²/g
DBP-Absorption	112cmV100g
pH-Wert	>4,0.

Beispiel 5

Die Vorrichtung bei diesem Versuch entsprach der nach der Fig. 1 und hatte die nachstehenden Abmessungen:

Verbrennungskammer 11 Zylindrische Leitung 17

Mundstücke 21 Reaktionskammer 33

Volumen 1251. Länge 28,0 cm, innerer Durchmesser 31,5 cm,

Zwölf radial orientierte Mundstücke mit Durchmessern von 1,78 mm gleichwinklig in einer Ebene um den Umfang der Leitung 17. Die Ebene dieser Mundstücke 21 befand sich etwa 14 cm stromaufwärts von dem Auslaßende 28 der Leitung 17.

Ein wärmeisolierter, feuerfest ausgekleideter, zweistufiger zylindrischer Tunnel mit einer Gesamtlänge von etwa 9,2 m. Der innere Durchmesser des 6,1 m langen Abschnittes am Auslaßende 28 der Leitung 17 betrug 46 cm, der innere Durchmesser des zweiten 3 m langen Abschnittes in Verbindung mit dem ersten Abschnitt betrug 69 cm. Mehrere Düsen 41 zum Versprühen von Wasser in einem Abstand von 8,9 m von dem Auslaßende 28 der Leitung 17.

Butan wurde als Brennstoff verwendet. Ein Teer, der bei der Herstellung von Olefin als Nebenprodukt beim Dampferacken anfiel, wurde als flüssiger Rußrohstoff verwendet. Bei dem Vergleichsversuch, dem Versuch E, wurden der Verbrennungskammer stündlich 17 200 1 auf etwa 370^cC vorgewärmte Luft und 3261 Butan zugeführt. Der Brenngasstrom hatte in der Leitung 17 bei den Mundstücken 21 eine lineare Strömungsgeschwindigkeit von etwa 0,54 Mach. Der auf 150⁰C

Abschreckmittel

vorgewärmte flüssige Rußrohstoff wurde den Mundstücken 21 unter einem Druck von etwa 21,7 kp/cm² in einer Menge von etwa 40301/Std. zugeführt In die Verbrennungskammer 11 wurde eine Lösung von Kaliumchlorid in einer solchen Menge eingeführt, daß auf 1001 des Ausgangsstoffes 48,5 g KCl entfielen. Die Ströme des Rußrohstoffes aus den Mundstücken 21 drangen zusammenhängend in den Brenngasstrom bis auf eine Tiefe von 20 bis 25% des Durchmessers der Leitung 17 ein. Unter diesen Bedingungen wurden stündlich 2500 kg Ruß gewonnen, mit einer Ausbeute von 0,62 kg/1 des flüssigen Rußrohstoffes. Die Gesamtverbrennung bei diesem Versuch E lag bei etwa 30,1%. Der erhaltene Ruß hatte die nachstehenden Eigenschaften:

Jod Zahl (ASTM 1510) 94 DBP-Absorption 90 cmVl 00 g

Färbekraft 225% SRF Beispiel 6

Dieser Versuch F ist eine Fortsetzung des Versuches E mit den folgenden Änderungen der Vorrichtung und des Verfahrens:

Vorrichtung (a) eine koaxiale Sonde 19 zur Einführung des Ausgangsstoffes gemäß Beispiel 2 wurde zusätzlich verwendet Die Sonde hatte einen äußeren Durchmesser von 5 cm. Die Kappe 27 hatte sechs radial orientierte Mundstücke 29 mit Durchmessern von 132 mm, die gleichwinklig um den Umfang herum angeordnet waren. Die Sonde war so tief angeordnet, daß die Mundstücke 29 praktisch in der gleichen Ebene mit den Mundstücken 21 lagen.

Verfahren (b) Der flüssige Rußrohstoff wurde durch die Mundstücke 21 unter einem Druck von etwa 15,0 kp/cm² in einer Menge von etwa 37001 je Stunde und durch die Mundstücke 29 unter einem Druck von etwa 15,0 kp/cm² in einer Menge von etwa 9101 je Stunde, also insgesamt mit stündlich 46101 eingeführt.

(c) die der Verbrennungskammer 11 zugeführte Luft wurde auf etwa 330" C vorgewärmt.

(d) die Lösung von Kaliumchlorid wurde in einer solchen Menge zugeführt, daß auf 1001 des flüssigen Ausgangsstoffes etwa 42,5 g KCl entfielen.

Die Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsgase an den Mundstücken 21 und 29 lag bei etwa 0,54 Mach, unter Berücksichtigung der Verringerung des Querschnittes durch die Sonde 19. Die Ströme des Rußrohstoffes aus den Mundstücken 21 und 29 drangen zusammenhängend in den ringförmigen Brenngasstrom bis auf etwa 20 bis 25% des Durchmessers ein. Bei dem

bo Versuch F wurden stündlich etwa 2830 kg Ruß mit einer Ausbeute von etwa 0,63 kg/1 flüssigen Rußrohstoffes erhalten. Die Gesamtverbrennung bei diesem Versuch lag bei nur etwa 26,9%. Der erhaltene Ruß hatte die folgenden Eigenschaften:

Jod ZaM(ASTM 1510) DBP-Absorption Färbekraft

U7cm³/10Og 205% SRF

Beispiel 7

Der Versuch G ist eine Fortsetzung des Versuches F mit folgenden Änderungen des Verfahrens:

(a) Die wäßrige Lösung von Kaliumchlorid wurde in einer solchen Menge zugeführt, daß auf 1001 des flüssigen Rußrohstoffes 132 g KCl entfielen.

(b) Die der Brennkammer 11 zugeführte Luft wurde nurauf315°CvorerwärmL Unter diesen Umständen wurden stündlich etwa 2830 kg Ruß in einer Ausbeute von etwa 0,63 kg/1001 des flüssigen Rußrohstoffes gewonnen. Die gesamte Verbrennung bei dem Versuch G lag nur bei etwa 27,0%. Der erhaltene Ruß hatte die nachstehenden Eigenschaften:

Jod Zahl

DBP-Absorption

Färbekraft

77cmV100g
229% SRF

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Ruß in einem Ofen, wobei in einen umschlossenen Strom heißer Verbrennungsgase, der sich mit einer zur Dispergierung und Feinstverteilung von flüssigem Rußrohstoff ausreichenden Lineargeschwindigkeit bewegt, der flüssige Rußrohstoff quer zur Strömungsrichtung des Brenngasstromes eingeleitet und das aus der Rußbildungsreaktion resultierende Gemisch unter Bildung der festen Rußpartikel abgeschreckt wird, worauf der Ruß abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Rußrohstoff in Form einer Mehrzahl von zusammenhängenden einzelnen Strömen in den Brenngasstrom sowohl von dessen äußerem Umfang als auch von mehreren Stellen von dessen Inneren her nach auswärts so eingeleitet wird, daß jeder der zusammenhängenden Ströme in den Strom der Verbrennungsgase bis zu einer Tiefe eindringt, die ausreicht, um eine nennenswerte Berührung zwischen der Apparatewand und dem Rußrohstoff vor dessen Einmischung mit dem heißen Verbrennungsgasstrom und der Bildung der Rußpartikel darin zu vermeiden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Verbrennungsgasstroms an den Einleitungsstellen für den Rußrohstoff auf mindestens 0,35 Mach gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ströme des Rußrohstoffes auf eine Tiefe von jeweils 15 bis 50% in den Ringquerschnitt des Stromes der Verbrennungsgase eingeleitet werden.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der Verbrennungsgase auf eine lineare Geschwindigkeit von 0,4 bis 0,8 Mach beschleunigt wird.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ströme des Rußrohstoffes aus in einer Ebene angeordneten Einlassen in den Strom der Verbrennungsgase eingeleitet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Strom der Verbrennungsgase einen praktisch kreis(ring)förmigen Querschnitt gibt

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Strom der Verbrennungsgase einen praktisch rechteckigen Querschnitt gibt

8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit des Reaktionsgemisches in der Rußbildungszone auf 1 bis 100 Millisekunden gehalten wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verbrennung des Brennstoffes mehrere Ströme von Verbrennungsgas mit ringförmigem Querschnitt gebildet werden und in jeden dieser Ströme der Rußrohstoff von außen und innen eingeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ströme des von innen zugeführten Rußrohstoffes an Stellen in den Strom der Verbrennungsgase eingeleitet werden, die zwischen den Einlaßöffnungen für die Einleitung des Rußrohstoffes von außen angeordnet sind.