DE2629204C3

DE2629204C3 - Rußherstellungsverfahren

Info

Publication number: DE2629204C3
Application number: DE2629204A
Authority: DE
Inventors: Nikolai Kalistratovitsch Korenyak; Michail Ivanovitsch Romanov; Gennady Vasilievitsch Saschin; Vitaly Fedorovitsch Surovikin
Original assignee: VSESOJUZNYJ NAUTSCHNO-ISSLEDOVATELSKIJ INSTITUT TECHNITSCHESKOGO UGLERODA OMSK (SOWJETUNION)
Current assignee: VSESOJUZNYJ NAUTSCHNO-ISSLEDOVATELSKIJ INSTITUT TECHNITSCHESKOGO UGLERODA OMSK (SOWJETUNION)
Priority date: 1975-06-30
Filing date: 1976-06-29
Publication date: 1979-11-15
Also published as: DE2629204A1; YU158676A; DE2629204B2; US4101639A; FR2316299A1; FR2316299B1; IN143377B; GB1492346A

Description

Die Erfindung betrifft ein Rußherstellungsverfahren und kann bei der Herstellung von verschiedener Rußqualität sowie technischem Wasserstoff als gasförmiges Begleitprodukt Verwendung finden.

Die Erfindung kann bei der Herstellung von Reifen und technischen Gummiwaren, in der grafischen, Elektronen-, Kabel-, Lack- und Farbenindustrie sowie überall dort, wo Verstärkungs- und Pigmenteigenschaften von Ruß erforderlich sind. Verwendung finden.

Bekannt ist ein sogenanntes Furnace- oder Ofenverfahren zur Rußherstellung, das darin besteht, daß Luft und Kohlenwasserstoff-Brennstoff der Brennkammer eines Reaktors zugeführt werden. Der Brennstoff verbrennt unter Bildung von Verbrennungsprodukten, die eine Temperatur von etwa 1500 bis 1600⁰C aufweisen. In die Verbrennungsprodukte des Brennstoffes wird mit Luft zerstäubter Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoff (kurz Kohlenwasserstoff genannt) eingespritzt. Ein Teil des Kohlenwasserstoffs verbrennt, der andere zersetzt sich zu Ruß. Die Reaktionsprodukte werden bis auf eine Temperatur von 700⁰C abgeschreckt, und der Ruß wird nach einem beliebigen bekannten Verfahren abgeschieden. Das erwähnte Verfahren ist wenig produktiv. Die Rußausbcute beträgt nicht über 60 Gew.-%.

Die zur Zeit verwendbaren plasmochemischen Rußherstellungsverfahren bieten die Möglichkeit, den Zerselzungsgrad von Kohlenwasserstoff zu Ruß beträchtlich zu steigern (die Rußausbeute erreicht 97 Gew.-o/o).

So ist ein Rußherstellungsverfahren bekannt, das darin besteht, daß der Kohlenwasserstoff der Reaktionskammer, in der ein mit irgendeinem Edelgas stabilisierter Hochstrombogen brennt, zugeführt wird. Unter dem Einfluß der hohen Lichtbogentemperatur zersetzt sich der Kohlenwasserstoff in Kohlenstoff, d. h. Ruß und gasförmige Begleitprodukte. Dann werden die Zersetzungsprodukte des Rohstoffes bis auf eine Temperatur von 700° C abgeschreckt (abgekühlt), der Ruß wird nach bekannten Verfahren abgeschieden (US-PS34 20 632).

Bekannt ist auch ein Plasma-Rußherstellungsverfahren, nach dem der Kohlenwasserstoff in die Reaktionskammer eingegeben wird, wohin der im Plasma erwärmte Stickstoff zugeführt wird, unter dem Einfluß der Hochtemperatur zersetzt sich der Kohlenwasserstoff zu Ruß, danach werden die Reaktionsprodukte bis auf eine Temperatur von 700 bis 800° C abgeschreckt (abgekühlt), und der Ruß wird auf übliche Weise abgeschieden (US-PS 32 88 696 aus dem Jahre 1966).

2-5 Außerdem ist ein Rußherstellungsverfahren bekannt, bei dem der Kohlenwasserstoff in den Plasmastrahl mit einer Temperatur von 9000⁰K zwecks dessen Zersetzung zu Azethylen eingeführt, dann die Reaktionsprodukte im Laufe einiger Zeit in der Zone mit einer

κ» Temperatur von ca. 900⁰C bis zur Zersetzung in Kohlenstoff (Ruß) und Wasserstoff abgelagert, danach das Gemisch bis auf eine Temperatur von 300 bis 700° C abgeschreckt und der Ruß auf übliche Weise ausgeschieden werden (US-PS 34 09 403).

'"> Ferner ist auch ein Rußherstellungsverfahren bekannt, nach dem die Kohlenwasserstoffgase (Dämpfe oder Flüssigkeit) einem Plasmatron als Ausgangsstoff und gleichzeitig zur Stabilisierung des Bogens zugeführt werden. Im Plasmastrahl werden die Gase (Dämpfe) bis

¹⁽¹ auf eine Temperatur von über 5000° K erwärmt und zersetzen sich in Kohlenstoff und Wasserstoff. Als plasmabildendes Gas können die Abgase des Verfahrens nach deren Reinigung (Rußabscheidung bzw. -abtrennung) Verwendung finden. In diesem Fall wird > der Kohlenwasserstoff (Gas und Flüssigkeit) dem Kanal zugeführt, wo der Plasmastrahl brennt.

Ein Nachteil von allen erwähnten RuQherstellungsverfahren besteht darin, daß der Ruß in sehr heterogener Teilchengröße entsteht, weil in der Zone,

><· wohin der Kohlenwasserstoff zugeführt wird, unvermeidlich ein sehr hoher Gradient des Temperaturabfalls von Achse zum Umfang vorliegt. Außerdem weist der nach diesen Verfahren hergestellte Ruß einen großen Rauhigkeitskoeffizienten auf, hat Schuppen und Graphi-

">> teinschlüsse, was sich auf sein Verhalten in Gummi bzw. Kautschuk nachteilig auswirkt: Bei der Einführung dieses Rußes in den Kautschuk beginnt der Gummi zu brennen, die Abrieb- und Reißfestigkeitswerte nehmen ab. Das unumgängliche Vorhandensein nicht völlig

'·" zersetzter Reaktionsprodukte im Ruß (falls — wie erwähnt — die Wärmeenergie auf dem Umfang der Reaktionszone für die vollständige Zersetzung des Kohlenwasserstoffes nicht ausreicht) führt zu einem sehr beschränkten Anwendungsbereich des Rußes nur

''""' bei Farbstoffen. Die Verwendung von Xenon, Argon, Wasserstoff, Stickstoff und anderen Edelgasen bei den obengesagten Verfahren als plasmabildende Gase macht diese Verfahren in großtechnischem Maßstab

praktisch undurchführbar, weil es wirtschaftlich ungünstig ist, d h. die Selbstkosten von Ruß sind sehr hoch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unier Beseitigung der erwähnten Nachteile ein derartiges Verfahren so weiterzuentwickeln, daß bei vereinfachter Technologie Ruß mit verbesserten physikalisch-chemischen Eigenschaften hergestellt werden kann.

Die Aufgabe wird bei einem Rußherstellungsverfahren, bei dem Ausgangs-Kohlenwasserstoff unter Temperatureinwirkung eines als Plasmastrahl in °ine Reaktionskammer einströmenden Wärmeträgers in der Reaktionskammer zu Ruß zersetzt wird, worauf die Zersetzungsprodukte abgeschreckt werden, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zersetzung zu Ruß bei der Kohlenwasserstoff-Zufuhr zum mit Wasserdampf vorgesättigten Wärmeträger in der Reaktionskammer erfolgt, wobei der Wärmeträger durch die Wasserdampfzufuhr zum als Plasmastrahl in die Reaktionskammer einströmenden Wärmeträger gesättigt wird.

Das erfindungsgemäße Rußherstelluiigsverfahren bietet die Möglichkeit, die RuO-Polydispersität herabzusetzen, d.h. das Verhältnis von oberflächen-mittlerem Teilchendurchmesser (d_m„i) zu arithmetisch-mittlerem Durchmesser (dmir) beträgt 1,12 -h 1,15, sowie Ruß mit spezifischer geometrischer Oberfläche von 50 m²/g bis 250 m²g herzustellen, ohne daß die Reaktorkonstruktion geändert werden muß. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Bildung von Schuppenstrukturen, Pyrokohlenstoff und Graphit im Ruß vollkommen ausgeschlossen, was ein verbessertes Betriebsverhalten von Gummi unter Verwendung dieser Rußarten bei Abrieb- und Reißbelastung bewirkt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, die Rußbildungsreaktion während ΙΟ-² bis 10-" s durchzuführen.

Erfindungsgemäß ist es zweckmäßig, daß der Wasserdampf radial und tangential zu den Wänden der Reaktionskammer jeweils im Verhältnis 3:1 dem Wärmeträger zugeführt wird.

Das erfinduiigsgemäße Verfahren ermöglicht die Polydispersität des herzustellenden Rußes unabhängig von dessen spezifischer Oberfläche zu steuern. So beträgt z. B. beim Ruß mil S_ipi-_Z. = 100 m²/g das Verhältnis d_moi/d_ma_rbe\ verschiedenen Verhältnissen der Bedingungen der Dampfzuführung 1,12 bis 1,21. Die Dampfbeaufschlagung des Wärmeträgers mit Radial- und Tangentialstrahlen in einem Verhältnis von weniger als 3 : 1 führt zur Erhöhung der Ruß-Polydispersität. Es wird außerdem durch das erwähnte Verhältnis von radialen zu tangentialen Strahlen möglich, die Rußbildung zu beschleunigen und eine Zwangskühlung der Reaktionskammerwände an der Plasmastrahl-Einführungsstelle vollkommen wegzulassen.

Es wurde festgestellt, daß die Einführung des Kohlenwasserstoffes in den Wärmeträger an der im Patentanspruch 3 genannten Stelle optimal ist, weil dabei die optische Dichte des Ruß-Benzinextraktes 0,0015 beträgt. Bei einer Verringerung des genannten Abstandes (unter 5 Durchmesser) nimmt die optische Dichte des Ruß-Benzinextraktes zu. So nimmt z. B. die Rußausbeute bei der Zufuhr des Kohlenwasserstoffes zum Wärmeträger in einem Abstand von 3,5 Durchmessern von der Sättigungsstelle des letzteren mit Wasserdampf bis 71 Gew.-% (optische Dichte = 0,7) ab. Bei einer Vergrößerung des genannten Abstandes über 5 Durchmesser nimmt der Wärmewirkungsgrad des Verfahrens ab.

Zur Herstellung von Kanalruß, an dessen Teilchenoberfläche sauerstoffhaitige Gruppen vorhanden sind, wird mit Wasserdampf vorgemischter Kohlenwasserstoff verwendet

Die Lehre nach dem Patentanspruch 5 ist zweckmä-Big zur Beschleunigung des Wirxme-Stoff-Austauschs und zur vollkommensten Ausnutzung der Enthalpie des Wärmeträgers.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer eingehenden Beschreibung des Rußherstellungsverfahrens und Ausführungsbeispielen dieses Verfahrens und der Zeichnung, die (im Längsschnitt) einen Reaktor zur Durchführung des Rußherstellungsverfahrens zeigt, näher erläutert

Das Rußherstellungsverfahren gemäß der Erfindung beruht auf Zersetzung des Kohlenwasserstoffs in der Reaktionskammer unter dem Einfluß der hohen Temperatur eines in Form eines Plasmastrahls in d'e Reaktionskammer einströmenden Wärmeträgers.

Als Wärmeträger finden Argongas, Xenon, Wasserstoff. Luft Kohlenwasserstoffgase, entrußte Abgase der Rußherstelfung oder Gemische aus diesen Gasen Verwendung.

Die erwähnten Gase werden der Bogenkammer eines Wechsel- bzw. Gieichstromplasmatrons I zugeführt, wo

.'Ί die Gase durch die Joulesche Wärme des Bogens erhitzt werden.

Das im Plasmatron 1 erhitzte Gas mit einer Massenmittleren Temperatur von etwa 2000° K bis 5000° K strömt mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit

ίο von 200 bis 450 m/s in die Reaktionskammer 2 eines plasma-chemischen Reaktors 3 ein. Die Gasmenge wird derart variiert, daß die für den technologischen Sollzustand erforderliche Massenmittlere Temperatur des Plasmastrahls und dessen Durchschnittsgeschwin-

n digkeit auf dem Querschnitt der Reaktionskammer 2 mit Rücksicht auf ein stabiles Arbeiten des Plasmatrons aufrechterhalten wird.

In die Reaktionskammer 2, in die der Wärmeträger in Plasmastrahlform eingeführt wird, wird der Wasser-

■lo dampf über Dampfeinsatzkanäle 4 und 5 in radialen und tangentialen Strahlen relativ zu den Wänden der Reaktionskammer 2 eingeführt Die Geschwindigkeit der Wasserdampfzuführung in Radialstrahlen muß für die Schaffung einer hohen Geschwindigkeit turbulenten

π Vermischens des Wasserdampfes mit dem Wärmeträger ausreichend sein.

Der Wasserdampf wird in Tangentialstrahlen mit einer solchen Geschwindigkeit zugeführt, daß eine Dampfschicht entsteht, die die Wände der Reaktions-

·')() kammer 2 gegen hohe Temperaturen des Wärmeträgers zuverlässig schützt.

Unter Verwendung von Kohlenwasserstoffgasen zur Erzeugung des Wärmeträgers in Form eines Plasmastrahls beugt der der Reaktionskammer 2 über die

■">·) Kanäle 5 zugeführte Wasserdampf außerdem der Ablagerung des kondensierten Kohlenstoffes an den Wänden der Kammer 2 vor.

Es wurde festgestellt, daß es zweckmäßig ist, den Wasserdampf in radialen und tangentialen Strahlen

u> relativ zu den Wänden der Reaktionskammer 2 jeweils im Verhältnis 3 :1 dem Wärmeträger zuzuführen. Die Änderung des genannten Verhältnisses der Wasserdampfzuführung ermöglicht, die Polydispersität des herzustellenden Rußes unabhängig von dessen spezifi-

■·. scher Oberfläche zu steuern. So beträgt z.B. das Verhältnis c/_m„//c/_marbei dem Ruß mit S_ip€/ = 100 m²/gbei verschiedenen Verhältnissen der Bedingungen der Wasserdampfzuführung 1,12 bis 1,21.

Die Dampfbeaufschlagung des Wärmeträgers in Radial- und Tangenlialstrahlen in einem Verhältnis von weniger als 3 : 1 führt zur Erhöhung der Ruß-Polydispersität.

Es wurde festgestellt, daß es vorzuziehen ist, den Wasserdampf unmittelbar in den Plasmastrahl des Wärmeträgers, d. h. in den Wärmeträger an dessen Austritt aus dem Plasmatron 1, einzuführen. Der Wasserdampf kann in einem beliebigen Punkt der Reaktionskammer 2, jedoch innerhalb des Bereiches bis zur Einführungsstelle 6 des Kohlenwasserstoffes in die Reaktionskammer 2 in den Wärmeträger eingeführt werden. Bei der unmittelbaren Einführung des Wasserdampfes in den Plasmastrahl werden die Wärme-Stoffaustauschvorgänge beschleunigt, und die Enthalpie, über die der Wärmeträger verfügt, wird am wirksamsten ausgenutzt.

Der Wasserdampf schafft milde Bedingungen für den Rußbildungsvorgang, die Bildungsmöglichkeit von Schuppenstrukturen, Pyrokohlenstoff und Graphit ist vollkommen ausgeschlossen. Bei der Einführung selbst unbedeutender Wasserdampfmengen in den Wärmeträger nimmt die Menge an den oben beschriebenen Bildungen stark ab, während Pyrokohlenstoff-, Graphit- und Schuppenstrukturen bei der Dampfzuführung in optimalen Mengen für jeden gegebenen Vorgang vollständig verschwinden. Außerdem bot das Variieren des Verhältnisses QH^Qwirme (Qh₂O — Wasserdampfverbrauch, Qwärmc-Wärmeträger-Gas-Verbrauch) die Möglichkeit, die Polydispersität des Rußes unabhängig von dessen spezifischer Oberfläche zu steuern. So ging das Verhältnis d_moi/d_mBr bei der Herstellung des Rußes mit 140 m²/g spezifischer geometrischer Oberfläche bei einer Erhöhung des Verhältnisses QH2o/Qwärme von 0,32 bis 1,0 (Volumenteile) von 1,27 auf 1,12 zurück.

Nachdem der Wasserdampf in den Wärmeträger eingeführt und dieses Gemisch gleichmäßig in Konzentration und Temperatur auf dem Querschnitt der Reaktionskammer 2 verteilt wurde, wird der Kohlenwasserstoff über eine Düse durch den Kanal 6 eingeführt.

Es ist dabei zweckmäßig, den Kohlenwasserstoff in einem Abstand von mindestens 5 Durchmessern der Reaktionskammer 2 von der Einführungsstelle des Wasserdampfes in den Wärmeträger einzuführen.

Eine Verringerung des Abstandes zwischen der Wasserdampf-Einführungsstelle und der Einführungsstelle des Kohlenwasserstoffes in die Reaktionskammer 2 (unter 5 Durchmesser) führt dazu, daß der Kohlenwassertoff in einen Wärmeträger eingeführt wird, der noch keine vollständige Homogenität in Temperatur, Wasserdampfkonzentration und Geschwindigkeit auf dem Querschnitt der Reaktionskammer 2 erreicht hat was sich auf das erfindungsgemäße Rußherstellungsverfahren, wie weiter unten gezeigt wird, nachteilig auswirkt

Eine Vergrößerung des genannten Abstandes (über 5 Durchmesser) ist infolgedessen unzweckmäßig, da, wie Versuche zeigten, der zur Durchführung des Verfahrens völlig fertige wasserdampfgesättigte Wärmeträger einen beträchtlichen Enthalpievorrat durch die Wände der Reaktionskammer 2 verlieren würde, was wiederum die Herabsetzung des Wärmewirkungsgrades des Verfahrens mit sich bringen würde.

Es ist auch möglich, die Einführungsstelle des Kohlenwasserstoffes zum Wärmeträger in einem Abstand von mehr als 5 Durchmessern von der Wasserdampf-Einführungsstelle anzuordnen, obwohl dies zu gewissen Wärme- und sonstigen Verlusten führt, So muß der wasserdampfgesättigte Wärmeträger bei der Herstellung des Rußes mit erhöhter spezifischer geometrischer Oberfläche (gleich 350 m²/g) auf eine ο Geschwindigkeit gebracht werden, die die des Wärmeträgers in Anfangsabschnitt der Reaktionskammer 2, wo (im wesentlichen) die vollständige Wärmeträger-Wasserdampf-Durchmischung vor sich geht, überschreitet.
Damit der wasserdampfgesättigte Wärmeträger eine

in Geschwindigkeit von etwa 320 m/s erreicht, wird der Abstand zwischen der Kohlenwasserstoff-Einführungsstelle und der Wasserdampf-Einführungsstelle auf bis zu 7,5 Durchmesser der Reaktionskammer 2 erhöht. Unter diesen Bedingungen wird Ruß mit 200 m²/g spezifischer geometrischer Oberfläche erzeugt. Bei einem Abstand zwischen der Einführungsstelle des Kohlenwasserstoffes in den Wärmeträger und der Wasserdampf-Einführungsstelle von 5 Durchmessern der Reaktionskammer und einer Geschwindigkeit des Wärmeträgers von 250 m/s wird Ruß mit 110 m²/g spezifischer Oberfläche erzeugt. In beiden angeführten Beispielen ist die Temperatur des wasserdampfgesättigten Wärmeträgers gleich. Im ersten Fall ist der Wärmewirkungsgrad fast um 7% kleiner geworden.

>> Als Kohlenwasserstoff finden sowohl gasförmige Verbindungen mit einer Kohlenstoffatomanzahl bis vier wie Methan, Äthan, Propan, Butan als auch flüssige Verbindungen mit einem hohen Kohlenstoffgehalt in dem Kohlenwasserstoff molekül Verwendung.

m So ist es zweckmäßig, Kohlenwasserstoffe von Steinkohlen- bzw. kokschemischer Herkunft, schwere Erdölverarbeitungsfraktionen oder deren Gemische mit einem Korrelationsindex von 90 bis 130 sowie solche Kohlenwasserstoffe wie z. B. Benzol, Toluol, Paraffine

r> einzusetzen.

Das in der Erfindung vorgeschlagene Verfahren bietet die Möglichkeit, hochwertige Ruße aus einem Serienproduktion-Ausgangsstoff zu erzeugen, der zur Zeit beim herkömmlichen, d. h. Ofen-Rußherstellungs-

4(1 verfahren verwendet wird. Das sind solche Arten von Kohlenwasserstoff-Ausgangsstoff wie thermisches Gasöl, grünes öl, Anthrazenöl, Pechdestillate, thermische Krackfurfurolextrakte, katalytische Gasöle. Alle aufgezählten Arten des Kohlenwasserstoffes beeinflussen

■**> nicht die Ausbeute an dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellenden Ruß, sondern bestimmen nur die Produktivität des Vorganges. Zugleich sind die physikalisch-chemischen Kennwerte des Rußes von der Art des zu verwendenden Kohlenwasserstoffes

vi abhängig. So wird z. B. unter den gleichen Bedingungen der Prozeßdurchführung beim Einsatz des Kohlenwasserstoffes mit einem Korrelationsindex von 100 der Ruß mit etwa 110 m²/g spezifischer geometrischer Oberfläche erzeugt, während der herzustellende Ruß beim

ο ο Obergang zum Kohlenwasserstoff mit einem Korelationsindex von 120 eine spezifische geometrische Oberfläche von 140 m²/g aufweist Außerdem beeinflußt die Art des zu verwendenden Kohlenwasserstoffes die Polydispersität des Rußes. So ist z. B. das Verhältnis

<i) dmof/dma/m dem ersten obenangeführten Fall gleich 1,17, während im zweiten Fall dieses Verhältnis 1,15 beträgt

Es ist am zweckmäßigsten, aromatisierten Kohlenwasserstoff (mit einem hohen Korrelationsindex) zu verwenden. Bei Herstellung von Ruß von identischer

i.i Qualität aus Ausgangsstoffen mit unterschiedlichem Korrelationsindex muß weniger Energie für jenen Vorgang aufgewandt werden, bei dem Kohlenwasserstoff mit einem erhöhten Korrelationsindex Verwen-

dung fand. Man verwendet ζ. B. bei der Herstellung des Rußes mit 160 m²/g spezifischer geometrischer Oberfläche den Kohlenwasserstoff mit einem Korrelationsindex von 100 und 120. Im ersten Fall betrug der Energieverbrauch 5 kWh/kg Kohlenwasserstoff, im zweiten Fall nahm der Energieverbrauch auf 4 bis 4,2 mWh/kg Kohlenwasserstoff ab.

Es wurde festgestellt, daß es zweckmäßig ist, den mit Wasserdampf vorgemischten Kohlenwasserstoff in den wasserdampfgesättigten Wärmeträger einzuführen, um Ruß mit erhöhtem Gehalt an sauerstoffhaltigen Gruppen an dessen Oberfläche herzustellen.

Die Erhöhung des Gehaltes an sauerstoffhaltigen Gruppen (Chinon-, Lakton-, Karboxylgruppen) an der Rußoberfläche hängt offenbar damit zusammen, daß der im Kohlenwasserstoff vorhandene Wasserdampf in der Anfangsperiode der intensiven Rußbildung unmittelbar an der Rußfläche zu dissoziieren beginnt. Die an der Rußfläche befindlichen aktiven Zentren binden den Sauerstoff in Form von Chinon-, Lakton- bzw. Karboxylgruppen. Bei Rußherstellung aus dem Kohlenwasserstoff ohne Wasserdampf betrug z. B. der Gehalt an Chinongruppen an der Rußteilchenfläche ungefähr 0300 ml/g, Laktongruppen 0,110 ml/g. Bei Verwendung von im Verhältnis 10:3 mit Wasserdampf vorgemischten Kohlenwasserstoffs betrug der Gehalt an Chinongruppen an der Rußteilchenfläche 1,27 ml/g, Laktongruppen aber 0,36 ml/g.

Der wie oben beschrieben aufbereitete Kohlenwasserstoff wird also dem Wärmeträger zugeleitet, der aus dem Plasmatron 1 in die Reaktionskammer 2 eintritt. Unter dem Einfluß der Hochtemperatur des Wärmeträgers zersetzt sich der Kohlenwasserstoff thermisch in Kohlenstoff (Ruß) und gasförmige Begleitprodukte, deren Grundbestandteil Wasserstoff ist. Nach entsprechender Reinigung kann dieser Wasserstoff in einer Reihe von chemischen Industriezweigen z. B. Ammoniakgewinnung, Stickstoffdüngererzeugung als Zielprodukt benutzt werden.

Nachdem die vollständige Zersetzungsreaktion des Kohlenwasserstoffes bei einer Temperatur von 1000 bis 1500° C unter dem Einfluß des wasserdampfgesättigten Wärmeträgers abgelaufen war, wird das Reaktionsgemisch durch die Einführung von Kühlmitteln (Wasser, Wasserdampf, leichtsiedende Kohlenwasserstoff-Flüssigkeit) in der Reaktionsgemisch plötzlich abgekühlt (abgeschreckt). Der Zeitpunkt des Abschreckens und dessen Geschwindigkeit werden nach bekannten Formeln berechnet Wird jedoch vor dem Abschluß der Zersetzungsreaktion abgeschreckt, so führt dies zur starken Herabsetzung nicht nur der Ausbeute an Endprodukt, sondern auch der Qualität des herzustellenden Rußes (sein Verölungsgrad). Die Verwirklichung des Abschreckens nach der Reaktionsschwelle wird zu Rußabbrand führen, was wiederum die Herabsetzung der Ausbeute an Ruß und die Erhöhung seines Rauhigkeitskoeffizienten mit sich bringt

Bei dem vorliegenden Verfahren erfolgt das Abschrecken mit einer Geschwindigkeit von etwa 10⁵ bis 10⁶ groVs. Die Abschreckzeit wird in Abhängigkeit von der Art des herzustellenden Produkts (Ruß) variiert und liegt innerhalb 10~³bis 10~² s.

Nachdem das Reaktionsgemisch bis auf eine Temperatur von 200 bis 700°C abgekühlt wurde, wird es einer Auffangvorrichtung (Zyklon, Filter) zugeführt wo das disperse Produkt (Ruß) auf bekannte Weise abgelagert und ausgeschieden wird.

Es ist zu betonen, daß die Erfinder die Qualität des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Rußes durch elektronenmikroskopische, chemische oder spektroskopische Analyse überprüfen konnten.

Beispiel 1

Wärmeträger: plasmabildendes Gas-Propan-Butan.
Kohlenwasserstoff: grünes öl (Gemisch von hochmolekularen polyzyklischen Kohlenwasserstoffen).

ίο Plasmatron: Lichtbogen-, Gleichstrom-Plasmatron, von ca. 25 kW Leistung, mit Wirbelstabilisierung der Lichtbogenentladung.

Der im Plasmatron 1 erhitzte Wärmeträger (Propan-Butan) tritt in Form eines Plasmastrahls, dessen Durchsatz 5,57 nmVh beträgt, mit einer Massen-mittleren Temperatur von 400° K in die Reaktionskammer 2 ein. Unmittelbar in dem Plasmastrahl des Wärmeträgers wird der Wasserdampf in bezug auf die Wände der Reaktionskammer 2 in vier radialen Strahlen in einer Menge von 4,1 nmVh und in zwei tangentialen Strahlen in einer Menge von 1,38 nmVh eingeblasen. Die Temperatur des Wasserdampfes beträgt 500⁰C. In 50 μβ wird der Kohlenwasserstoff (grünes öl) in einer Menge von 2,4 kg/h diesem Strom zugeführt. Nach der Zersetzungsreaktion des Kohlenwasserstoffes in Kohlenstoff (Ruß) und gasförmige Begleitprodukte wird das Ruß-Gas-Gemisch in versprühtem Wasser bis auf eine Temperatur von 200 bis 250⁰C abgeschreckt und einem Glasfasergewebefilter zugeführt wo der Ruß von den gasförmigen Produkten abgetrennt wird. Die Rußausbeute beträgt 82 Gew.-% des Ausgangsstoffs.

Der hergestellte Ruß hat folgende physikalisch-chemischen Kennwerte:

1. Spezifische geometrische Oberfläche = 220 m²/g
2. ölzahl = 130ml/100g

3. Spezifische Adsorptionsfläche = 230 m²/g

4. d_mof/d_m,r= 1,13, mit

dmof= mitteloberflächlicher Rußteilchendurchmesser [Ä] nach elektronenmikroskopischer Analyse
d_mir= mittelarithmetischer Rußteilchendurchmesser [A] nach elektronenmikroskopischer Analyse.

5. Vollständiges Fehlen von Pyrokohlenstoff, Graphit und Schuppenstrukturen.

Beispiel 2

Das Rußherstellungsverfahren ist ähnlich dem Beispiel 1.

Der Verbrauch an Wärmeträger mit einer Massenmittleren Temperatur von 3500° K beträgt 8,2 nmVh.
so In 55 μ5, d. h. in einer Zeit, die der Wärmeträger zum Durchströmen des Abstandes von etwa 5 Durchmessern der Reakiiünskammer brauchte, wird der Kohlenwasserstoff — grünes öl — in den Wärmeträger eingeführt der in einer Menge von 1,5 kg/h dem Wärmeträger zugeführt wird.

Die Rußausbeute beträgt 70 Gew.-% des Ausgangsstoffs.

Der hergestellte Ruß hat folgende physikalischchemischen Kennwerte:
1. Spezifische geometrische Oberfläche = 180 m²/g

2. Ölzahl = 180mI/100g

3. Spezifische Adsorptionsfläche = 250 m²/g

5. Ca. 27% Kohlenstoffmaterial ist im Ruß in Form von Pyrokohlenstoff- und Graphitfäden vorhanden, es gibt Rückstände von nicht zersetztem Kohlenwasserstoff sowie schuppenförmige Kohlenstoffstrukturen.

Beispiel 3

Das Rußherstellungsverfahren ist ähnlich dem Beispiel 1.

Der Verbrauch an Wärmeträger mit einer massenmittleren Temperatur von 3500⁰K beträgt 3,5 nmVh. Der Verbrauch an Wasserdampf, der in radialen Strahlen in den Wärmeträger eingeblasen wird, beträgt 1,5nm³/h, in tangentialen Strahlen 0,5 nmVh. Die Temperatur des Wasserdampfes beträgt 450⁰C. In 60 μβ wird dem Wärmeträger der Kohlenwasserstoff (grünes öl) zugeführt, dessen Verbrauch 1,2 kg/h beträgt.

Die Rußausbeute beträgt 75 Gew.-% des Ausgangsstoffs.

Der hergestellte Ruß hat folgende physikalisch-chemischen Kennwerte:

1. Spezifische geometrische Oberfläche =190 mVg

2. Spezifische Adsorptionsfläche = 210 m²/g

3. ölzahl = 160 ml/100 g

4. <WcU-=l,19

5. Vollständiges Fehlen von Pyrokohlenstoff, Graphit und Schuppenstrukturen. Eine kleine Menge von nicht zersetztem Kohlenwasserstoff ist vorhanden.

Beispiel 4

Das Rußherstellungsverfahren ist ähnlich dem Beispiel 1.

Der Verbrauch an Wärmeträger (Propan-Butan) mit einer Massen-mittleren Temperatur von 4500⁰K beträgt 4 nm³/h. Der Verbrauch an Wasserdampf, der in radialen Strahlen in den Wärmeträger eingeblasen wird, beträgt 2,27 nm³/h, in tangentialen Strahlen 0,7 nmVh. Die Temperatur des Wasserdampfes beträgt 400⁰C. In 50 μβ wird dem Wärmeträger der Kohlenwasserstoff (grünes öl) zugeführt, dessen Verbrauch 1,5 kg/h beträgt

Die Rußausbeute beträgt 78 Gew.-% Kohlenwasserstoff.

Der hergestellte Ruß hat folgende physikalisch-chemischen Kennwerte:

1. Spezifische geometrische Oberfläche = 190 m²/g

2. Spezifische Adsorptionsfläche = 200 mVg

3. ölzah! = !4OmIZiOOg

4. £/_mo//£/_mi,r=l,17

5. Vollständiges Fehlen von Pyrokohlenstoff, Graphit und Schuppenstrukturen. Kohlenwasserstoff ist vorhanden.

Beispiel 5

Das Rußherstellungsverfahren ist ähnlich dem Beispiel 1.

Der Verbrauch s η Wärmeträger (Propan-Butan) mit einer Massen-mittleren Temperatur von 4500° K beträgt 3,8 nmVh. Der Verbrauch an Wasserdampf, der in radialen Strahlen in den Wärmeträger eingeblasen wird, beträgt 3 nm³/h, in tangentialen Strahlen 1 nmVh. Die Temperatur des Wasserdampfes beträgt 420⁰C. In 30 μβ wird dem Wärmeträger der Kohlenwasserstoff (grünes öl) zugeführt, dessen Verbrauch 1,7 nm³/h beträgt

Die Rußausbeute beträgt 52 Gew.-% des Ausgangsstoffs.

Der hergestellte Ruß hat folgende physikalisch-chemischen Kennwerte:

1. Spezifische geometrische Oberfläche=200 mVg

2. Spezifische Adsorptionsfläche=230 m²/g

3. ölzahl=150 ml/100 g

5. Vollständiges Fehlen von Pyrokohlenstoff, Graphit und Schuppenstrukturen. Ca. 20% nicht zersetzter Kohlenwasserstoff und kohlenstoffhaltige gasförmige Produkte (Methan, Äthan, Azethylen u. a.).

Beispiel 6

Das Rußherstellungsverfahren ist ähnlich dem Beispiel 1.

Der Verbrauch an Wärmeträger (Propan-Butan) mit

ίο einer Massen-mittleren Temperatur von 3000⁰K beträgt 7,2 nm³/h. Der Verbrauch an Wasserdampf, der in radialen Strahlen in den Wärmeträger eingeblasen wird, beträgt 5,1 nmVh, in tangentialen Strahlen 1,7 nmVh. Die Temperatur des Wasserdampfes beträgt 580⁰C. In

is 37 \is wird dem Wärmeträger der Kohlenwasserstoff (grünes öl) zugeführt, dessen Verbrauch 2,8 nrnVh beträgt.

Die Rußausbeute beträgt 70 Gew.-% des Ausgangsstoffs.

Der hergestellte Ruß hat folgende physikalisch-chemischen Kennwerte:

1. Spezifische geometrische Oberfläche = 160 m²/g

2. Spezifische Adsorptionsfläche = 180 m²/g

3. ölzahl = 140 ml/100 g
4. dnu,i/d_mar=\,\9

5. Vollständiges Fehlen von Pyrokohlenstoff, Graphit und Schuppenstrukturen. Nicht zersetzter Kohlenwasserstoff und kohlenstoffhaltige gasförmige Produkte betragen ca. 11 Gew.-%.

Beispiel 7

Das Rußherstellungsverfahren ist ähnlich dem Beispiel 1.

Der Verbrauch an Wärmeträger (Propan-Butan) mit einer Massen-mittleren Temperatur von 4000⁰K beträgt 53 nm³/h. Der Verbrauch an Wasserdampf, der in radialen Strahlen in den Wärmeträger eingeblasen wird, beträgt 3,6 nmVh, in tangentialen Strahlen 1,25 nmVh. Die Temperatur des Wasserdampfes beträgt 500°C. In 45 μβ wird dem Wärmeträger der Kohlenwasserstoff (grünes öl) zugeführt, dessen Verbrauch 2 kg/h beträgt. Die Rußausbeute beträgt 87 Gew.-% des Ausgangsstcffs.

Der hergestellte Ruß hat folgende physikalisch-chemischen Kennwerte:

1. Spezifische geometrische Oberfläche = 200 m²/g

2. Spezifische Adsorptionsfläche = 210 m²/g

3. ölzahl = 150 ml/100 g

4. cWcU·= 1,12

so 5. Vollständiges Fehlen von Pyrokohlenstoff, Graphit und Schuppenstrukturen.

Beispiel 8

Das Rußherstellungsverfahren ist ähnlich dem Beispiel 1.

Der Verbrauch an Wärmeträger (Propan-Butan) mit einer Massen-mittleren Temperatur von 4000⁰K beträgt 6,3 nm³/h. Der Verbrauch an Wasserdampf, der in radialen Strahlen in den Wärmeträger eingeblasen wird, beträgt 4,5nm³/h. in tangentialen Strahlen I,5nm³/h. Die Temperatur des Wasserdampfes beträgt 500⁰C In 60 us wird dem Wärmeträger der Kohlenwasserstoff (grünes öl) zugeführt, dessen Verbrauch 2,4 kg/h beträgt.

Die Rußausbeute beträgt 86 Gew.-°/o des Ausgangsstoffs.

Der hergestellte Ruß hat folgende physikalisch-chemischen Kennwerte:

1. Spezifische geometrische Oberfläche =190m²/g

2. Spezifische Adsorptionsfläche = 190 m²/g

3. ölzahl = 150ml/100g

4. dmotldmar= 1,12

5. Vollständiges Fehlen von Pyrokohlenstoff, Graphit und Schuppenstrukturen.

Beispiel 9

Das Rußherstellungsverfahren ist ähnlich dem Beispiel 1. ίο

Der Verbrauch an Wärmeträger (Propan-Butan-Luft) mii einer Massen-mittleren Temperatur von 4000° K beträgt 5 nm³/h. Der Verbrauch an Wasserdampf, der in radialen Strahlen in den Wärmeträger eingeblasen wird, beträgt 3,75 nmVh, in tangentialen Strahlen 1,25 nmVh. Die Temperatur des Wasserdampfes beträgt 470°C. In 51 μβ wird dem Wärmeträger der Kohlenwasserstoff (thermisches Gasöl) ohne Vorvermischen des letzteren mit dem Wasserdampf zugeführt. Der Verbrauch an Kohlenwasserstoff beträgt 2 kg/h.

Der hergestellte Ruß hat folgende physikalisch-chemischen Kennwerte:

1. Spezifische geometrische Oberfläche = 165 m.²/g

2. Spezifische Adsorptionsfläche= 180 m²/g

3. ölzahl = 160 ml/100 g

4. «WcW= 1,13

5. Chemie der Rußfläche:

1) Gehalt sn Chinogruppen: 0,312 ml/g

2) Gehalt an Laktongruppen: 0,1 ml/g.

30

Beispiel 10

Das Rußherstellungsverfahren ist ähnlich dem Beispiel 1.

Der Verbrauch an Wärmeträger (Propan-Butan-Luft) mit einer Massen-mittleren Temperatur von 4000° K beträgt 43 nm³/h. Der Verbrauch an Wasserdampf, der in radialen Strahlen in den Wärmeträger eingeblasen wird, beträgt 3 nmVh, in tangentialen Strahlen 1 nmVh. Die Temperatur des Wasserdampfes beträgt 400° C. In 50 μ$ wird dem Wärmeträger der Kohlenwasserstoff (thermisches Gasöl) zugeführt, wobei das thermische Gasöl mit dem in einer Menge von 1,5 Gew.-% des Kohlenwasserstoffs genommenen Wasserdampf vorvermischt wird. Dieser Wasserdampf weist eine Temperatur von 470⁰C auf. Der Verbrauch an « Kohlenwasserstoff (thermisches Gasöl) beträgt 1.7 kg/h.

Der hergestellte Ruß hat folgende physikalisch-chemischen Kennwerte:

1. Spezifische geometrische Oberfläche = 210 m²/g

2. Spezifische Adsorptionsfläche = 200 m²/g

3. Ölzahl = 110 ml/100 g

4. 4WtW=I₁IS

5. Chemie der Rußfläche:

1) Gehalt an Chinongruppen: 0,479 ml/g

2) Gehalt an Latongruppen: 0,17 ml/g.

Beispiel 11

Das Rußherstellungsverfahren ist ähnlich dem Beispiel 1.

Der Verbrauch an Wärmeträger (Propan-Butan-Luft) mit einer Massen-mittleren Temperatur von 3500⁰K beträgt 7,2 nm³/h. Der Verbrauch an Wasserdampf, der in radialen Strahlen in den Wärmeträger eingeblasen wird, beträgt 5,2IUnVh, in tangentialen Strahlen 1,7 nms/h. Die Temperatur des Wasserdampfes beträgt 500° C In 50 ]is wird dem Wärmeträger der mit dem in einer Menge von 2,7 Gew.-% des Kohlenwasserstoffs genommenen Wasserdampf vorvermischte Kohlenwasserstoff (thermisches Gasöl) zugeführt. Dieser Dampf weist eine Temperatur von 520⁰C auf. Der Verbrauch an Kohlenwasserstoff beträgt 2,64 kg/h.

Der hergestellte Ruß hat folgende physikalischchemischen Kennwerte:

1. Spezifische geometrische Oberfläche = 140 m²/g

2. Spezifische Adsorptionsfläche = 160 m²/g

3. ölzahl= 120 ml/100 g

4. cU/<W=U4

5. Chemie der Rußfläche:

1) Gehalt an Chinogruppen: 1,425 ml/g

2) Gehalt an Laktongruppen: 0365 ml/g

6. Vollständiges Fehlen von Pyrokohlenstoff, Graphit und Schuppenstrukturen.

Beispiel 12

Das Rußherstellungsverfahren ist ähnlich dem Beispiel 1.

Der Verbrauch an Wärmeträger (Propan-Butan) mit einer Massen-mittleren Temperatur von 4000⁰K beträgt 3,4 nmVh. Der Verbrauch an Wasserdampf, der in radialen Strahlen in den Wärmeträger eingeblasen wird, beträgt 2,4 nnWh, in tangentialen Strahlen 0,8 nmVh. Die Temperatur des Wasserdampfes beträgt 430⁰C.

Die Wasserdampfsättigung des Plasmawärmeträgers erfolgt im Anfangsabschnitt des Plasmastrahlkernes. In \is wird dem Wärmeträger der Kohlenwasserstoff (grünes öl) zugeführt, dessen Verbrauch 1,3 kg/h beträgt

Der hergestellte Ruß hat folgende physikalisch-chemischen Kennwerte:

1. Spezifische geometrische Oberfläche = 160 m²/g

2. Spezifische Adsorptionsfläche = 170 m²/g

3. ölzahl = 110 ml/100 g

4. <WtW=U6

5. Vollständiges Fehlen von Pyrokohlenstoff, Graphit und Schuppenstrukturen.

6. Wärmewirkungsgrad des Verfahrens: 45%.

Beispiel 13

Das Rußherstellungsverfahren ist ähnlich dem Beispie! 1.

Der Verbrauch an Wärmeträger (Propan-Butan) mit einer Massen-mittleren Temperatur von 4500° K beträgt 4 nm-Vh.

Der Verbrauch an Wasserdampf, der in radialen Strahlen in den Wärmeträger eingeblasen wird, beträgt nmVh, in tangentialen Strahlen 1 nmVh. Die Temperatur des Wasserdampfes beträgt 400⁰C

Die Wasserdampfsättigung des Plasmawärmeträgers erfolgt durch die Einführung des Wasserdampfes in den Endabschnitten des Plasmastrahlkernes.

In 50 μ5 wird dem Wärmeträger der Kohlenwasserstoff (grünes Öl) zugeführt, dessen Verbrauch 1,5 kg/h beträgt

Der hergestellte Ruß hat folgende physikalisch-chemischen Kennwerte:

1. Spezifische geometrische Oberfläche = 140 m²/g

2. Spezifische Adsorptionsfläche= 150 m²/g

3. ölzahl= 120ml/100g

4. tWtW= U5

5. Vollständiges Fehlen von Pyrokohlenstoff, Graphit und Schuppenstrukturen.

6. Wärmewirkungsgrad des Verfahrens: 41%.

Beispiel 14

Das Rußherstellungsverfahren ist ähnlich dem Beispiel 1.

Der Verbrauch an Wärmeträger (Propan-Butan) mit einer Massen-mittleren Temperatur von 3100⁰K beträgt 5,2 nmVh. Der Verbrauch an Wasserdampf, der in radialen Strahlen in den Wärmeträger eingeblasen wird, beträgt 3,7 nnWh, in tangentialen Strahlen I,3nm³/h. Die Temperatur des Wasserdampfes beträgt 430⁰C.

Die Wasserdampfsättigung des Wärmeträgers erfolgt durch die Einführung des Wasserdampfes in die Reaktionszone außerhalb der Existenzgrenze des Plasmastrahlkernes. In 50 us wird dem Wärmeträger der Kohlenwasserstoff (grünes öl) zugeführt, dessen Verbrauch 2 kg/h beträgt

Der hergestellte Ruß hat folgende physikalisch-chemischen Kennwerte:

1. Spezifische geometrische Oberfläche = 110 m²/g

2. Spezifische Adsorptionsfläche = 100 m²/g

3. ölzahl= 140 ml/100 g

4. <Wd,wr=U4

5. Vollständiges Fehlen von Pyrokohlenstoff, Graphit und Schuppenstrukturen.

6. Wärmewirkungsgrad des Verfahrens: 33%.

Beispiel 15

Das Rußherstellungsverfahren ist ähnlich dem Beispiel 1.

Der Verbrauch an Wärmeträger (Propan-Butan) mit einer Massen-mittleren Temperatur von 3500⁰K beträgt 3,7 nmVh. Der Verbrauch an Wasserdampf, der in radialen Strahlen in den Wärmeträger eingeblasen wird, beträgt 3 nmVh, in tangentialen Strahlen 1 nmVh. Die Temperatur des Wasserdampfes beträgt 500⁰C.

In 47 μς wird dem Wärmeträger der Kohlenwasserstoff (grünes öl) zugeführt, dessen Verbrauch 1,5 kg/h beträgt.

Der hergestellte Ruß hat folgende physikalisch-chemischen Kennwerte:

1. Spezifische geometrische Oberfläche = 120 mVg

2. Spezifische Adsorptionsfläche = 120 m²/g

3. ölzahl = 100 ml/100 g

4. dmol/dmir— IJ3

5. Vollständiges Fehlen von Pyrokohlenstoff, Graphit und Schuppenstrukturen.

6. Optisch«· Dichte von Benzinextrakt = 0,0015, d.h. innerhalb des Standards.

Beispiel 16

Das Rußherstellungsverfahren ist ähnlich dem Beispiel 1.

Der Verbrauch an Wärmeträger (Propan-Butan) mit einer Massen-mittleren Temperatur von 3500⁰K beträgt 4,2 nm'/h. Der Verbrauch an Wasserdampf, der in radialen Strahlen in den Wärmeträger eingeblasen wird, beträgt 2,5 nm³/h, in tangentialen Strahlen l,5nmVh. Die Temperatur des Wasserdampfes beträgt 460⁰C.

In 45 μ5 wird dem Wärmeträger der Kohlenwasserstoff (grünes öl) zugeführt, dessen Verbrauch 1,6 kg/h beträgt.

Der hergestellte Ruß hat folgende physikalisch-chemischen Kennwerte:

1. Spezifische geometrische Oberfläche = 120 m²/g

2. Spezifische Adsorptionsfläche = 120 m²/g

3. ölzahl = 140 ml/100 g

4. d_mJd_mtr=\M

5. Vollständiges Fehlen von Pyrokohlenstoff, Graphit und Srhuppenstrukturen

6. Optische Dichte von Benzinextrakt: 0,52.

Beispiel 17

Das Rußherstellungsverfahren ist ähnlich dem Bei spiel 1.

Der Verbrauch an Wärmeträger (Propan-Butan) mil einer Massen-mittleren Temperatur von 3700⁰K be trägt 4 nmVh.

Der Verbrauch an Wasserdampf, der in radialer Strahlen in den Wärmeträger eingeblasen wird, betrag! nmVh, in tangentialen Strahlen 2 nmVh. Die Temperatür des Wasserdampfes beträgt 450⁰C

In 50 ps wird dem Wärmeträger der Kohlenwasserstoff (grünes Öl) zugeführt, dessen Verbrauch 1,6 kg/h beträgt.

Der hergestellte Ruß hat folgende physikalisch-chemischen Kennwerte:

1. Spezifische geometrische Oberfläche = 100 m²/g

2. Spezifische Adsorptionsfläche= 120 m²/g

3. ölzahl= 140ml/100g

4. d_mot/d_mu.= U\

5. Vollständiges Fehlen von Pyrokohlenstoff, Graphit und Schuppenstrukturen.

6. Optische Dichte von Benzinextrakt: 0,63.

Beispiel 18

Das Rußheruellungsverfahren ist ähnlich dem Beispiel 1.

Der Verbrauch an Wärmeträger (Propan-Butan) mit einer Massen-mittleren Temperatur von 370O⁰K beträgt 4 nmVh. Der Verbrauch an Wasserdampf, der in radialen Strahlen in den Wärmeträger eingeblasen wird, beträgt I^nm³/h, in tangentialen Strahlen 2,5nmVh. Die Temperatur des Wasserdampfes beträgt 450⁰C.

In 50 μ5 wird dem Wärmeträger der Kohlenwasserstoff (grünes öl) zugeführt, dessen Verbrauch 1,6 kg/h beträgt.

Der hergestellte Ruß hat folgende physikalisch-chemischen Kennwerte:

1. Spezifische geometrische Oberfläche = 100 m²/g

2. Spezifische Adsorptionsfläche = 130 m²/g

3. ölzahl = 140 ml/100 g
4.

5. Vollständiges Fehlen von Pyrokohlenstoff, Graphit und Schuppenstrukturen.

6. Optische Dichte von Benzinextrakt: 0,84.

Beispiel 19

Das Rußherstellungsverfahren ist ähnlich dem Beispiel 1.

Der Verbrauch an Wärmeträger (Propan-Butan) mit einer Massen-mittleren Temperatur von 4000⁰K beträgt 5,2 nmVh. Der Verbrauch an Wasserdampf, der in radialen Strahlen in den Wärmeträger eingeblasen wird, beträgt 3,9 nmVh, in tangentialen Strahlen 0,2 nmVh. Die Temperatur des Wasserdampfes beträgt 370°C.

In 48 μβ wird dem Wärmeträger der Kohlenwasserstoff (grünes öl) zugeführt, dessen Verbrauch 2 kg/h beträgt.

Der hergestellte Ruß hat folgende physikalisch-chcmischen Kennwerte:

1. Spezifische geometrische Oberfläche = 130 m²/g

2. Spezifische Adsorptionsfläche = 160 m²/g

3. ölzahl =110 ml/100 g

4. <y_mo//c/_m._r=l,26

b5 5. Wenig Ruß-Schuppenstrukturen (2%).

6. Optische Dichte von Benzinextrakt: 0,37.

7. Nach 0,5 h Betriebszeit waren die Wände der Reaktionskammer zerstört.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rußherstellungsverfahren, bei dem Ausgangs-Kohlenwasserstoff unter Temperatureinwirkung eines als Plasmastrahl in eine Reaktionskammer einströmenden Wärmeträgers in der Reaktionskammer zu Ruß zersetzt wird, worauf die Zersetzungsprodukte abgeschreckt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zersetzung zu Ruß bei der Kohlenwasserstoff-Zufuhr zum mit Wasserdampf vorgesättigten Wärmeträger in der Reaktionskammer (2) erfolgt, wobei der Wärmeträger durch die Wasserdampfzufuhr zum als Plasmastrahl in die Reaktionskammer (2) einströmenden Wärmeträger gesättigt wird.

2. Rußherstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf radial und tangential zu den Wänden der Reaktionskammer (2) jeweils im Verhältnis 3: 1 dem Wärmeträger zugeführt wird.

3. Rußherstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem wasserdampfgesättigten Wärmeträger der Kohlenwasserstoff in einem Abstand von mindestens 5 Reaktionskammer-Durchmessern (d)von der Einführungsstelle (4, 5) des Wasserdampfs in den Wärmeträger in der Reaktionskammer (2) zugeführt wird.

4. Rußherstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kohlenwasserstoff mit Wasserdampf vorvermischt wird.

5. Rußherstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserdampfsättigung des Wärmeträgers durch Zufuhr des Wasserdampfes zum Plasmastrahl an dessen Austritt aus der Plasmastrahlquelle (1) erfolgt.