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Vorrichtung zur Herstellung von Ruß
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Ruß mit
einer beheizbaren Reaktionskammer, in die wenigstens eine Zuführung für ein Oxydationsmittel
und wenigstens eine Zuführung für Kohlenwasserstoffe münden.
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Bei der Herstellung von Ruß werden ein Oxydationsmittel, insbesondere
Luft und gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe, gegebenenfalls nach Aufbereitung,
d.h. Erwärmung und/oder Vergasung, in einer Reaktionskammer unter reduzierender
Atmosphäre zur Reaktion gebracht. Der dabei entstehende Ruß wird anschließend von
dem entstandenen Reaktionsgas abgeschieden. Die Qualität des hergestellten Rußes
hängt einerseits von den stöchiometrischen Verhältnissen der Reaktionspartner und
andererseits von den Temperaturen ab, bei denen die Reaktionen ablaufen. Dabei ist
es wichtig, daß auch die Wandungen der Reaktionskammer die gewünschten Temperaturen
aufweisen, weil sonst eine unerwünschte Abkühlung oder Uberhitzung wenigstens eines
Teiles
der Reaktionspartner eintritt, wodurch im Ergebnis die Rußqualität in unerwünschter
Weise beeinflußt wird. - Bekannte Vorrichtungen weisen deshalb gesonderte Brenner
zur Beheizung der Reaktionskammer auf (z.B. die DL-PS 108 109).
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Das erfordert zusätzlichen konstruktiven und technischen Aufwand,
weil diese Brenner insbesondere beim Anfahren einer Vorrichtung oder Anlage so gesteuert
werden müssen, daß die gewünschte Betriebstemperatur erreicht wird. Anschließend,
d.h. während des Produktionsbetriebes, werden die Brenner nicht mehr benötigt und
sie können auch nicht während des Produktionsbetriebes z.B. für die Zufuhr eines
Oxydationsmittels verwendet werden, weil es für die Herstellung eines einwandfreien
Rußes erforderlich ist, das Oxydationsmittel mit einem erheblichen Impuls zuzuführen,
damit eine einwandfreie Durchmischung von Oxydationsmittel und Kohlenwasserstoff
erreicht wird.
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Das läßt sich jedoch mit derartigen Brennern nicht erreichen, weil
die zum Anheizen benötigte Oxydationsmittelmenge in der Regel bis zu siebenmal so
hoch ist wie die während der RuBproduktion benötigte Oxydationsmittelmenge.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen
Gattung konstruktiv zu vereinfachen und ihre Funktionsfähigkeit zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß wenigstens zwei Zuführungen
für das Oxydationsmittel vorgesehen sind, wobei eine dieser Zuführüngen im
Mündungsbereich
der Zuführung für die Kohlenwasserstoffe endet und für die Zufuhr des Oxydationsmittels
zum Zwecke überstöchiometrischer Verbrennung ausgelegt ist, während eine oder mehrere
weitere Zuführungen für das Oxydationsmittel stromabwärts in die Reaktionskammer
münden und für die unterstöchiometrische Rußherstellung ausgelegt sind.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auf die Anordnung zusätzlicher
Brenner zum Anheizen insbesondere der Reaktionskammer verzichtet werden, weil die
erforderliche Wärme durch Reaktion zwischen dem Kohlenwasserstoff und dem Oxydationsmittel
erzeugt wird. Die Trennung bzw. Anordnung mehrerer Zuführungen für das Oxydationsmittel,
wobei die verschiedenen Zuführungen entsprechend ihren unterschiedlichen Zwecken
auch unterschiedlich ausgelegt sind, läßt es zu, die Zufuhr des Oxydationsmittels
jeweils in einer solchen Menge und an den Ort zu steuern, wie es der jeweils gewünschte
Zweck erfordert. Dazu kann die Oxydationsmittelzuführung für die überstöchiometrische
Verbrennung ein regelbares Absperrorgan aufweisen.
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Eine einfache Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Oxydationsmittel-Zuführung für die überstöchiometrische Verbrennung ein die Kohlenwasserstoff-Zuführung
umgebendes Rohr ist. Der Querschnitt des Rohres kann den gegebenen Umständen so
angepaßt werden, daß die Oxydationsmittelmenge für die überstöchiometrische Verbrennung
während der Anheizzeit ohne Schwierigkeiten zugeführt werden
kann.
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Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich dann, wenn die Oxydationsmittel-Zuführung
und die Kohlenwasserstoff-Zuführung in einer zur Reaktionskammer hin offenen Vorkammer
enden.
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Dann erst findet nämlich die Verbrennung hauptsächlich in der Vorkammer
statt, während die Reaktionskammer nur noch von den heiBen Gasen durchströmt wird.
- Die Vorkammer ist aber auch vorteilhaft für den Produktionsbetrieb, weil dann
der Vorkammer auch noch nicht vergaste Kohlenwasserstoffe zugeführt werden können,
die bei gedrosselter Zuführung des Oxydationsmittels in die Vorkammer teilweise
verbrennen, so daß die dabei entstehende Wärme zur Vergasung der restlichen Kohlenwasserstoffe
dienen kann. Dies hat den Vorteil, daß die Kohlenwasserstoffe bei Eintritt in die
Reaktionskammer bereits in Dampfform vorliegen und die gewünschte Reaktionstemperatur
aufweisen, wenn die eigentliche Rußbildung beginnt. Erst dann, d.h. nach vollständiger
Verdampfung der Kohlenwasserstoffe, wird der restliche Teil des Oxydationsmittels
über die in die Reaktionskammer mündenden Zuführungen zugeführt, so daß die Zerlegung
des Kohlenwasserstoffes erfolgen kann. Dafür sind keine besonderen zusätzlichen
Einrichtungen erforderlich, wenn die in die Vorkammer mündende Oxydattonsmittelzuführung
für die überstöchiometrische Verbrennung ein regelbares Absperrorgan aufweist.
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Um die Durchmischung des vergasten Kohlenwasserstoffes mit dem in
die Reaktionskammer zugeführten Oxydationsmittel zu verbessern, empfiehlt es sich,
wenn die Oxydationsmittel-Zuführungen für die unterstöchiometrische Rußherstellung
in verschiedenen Ebenen der Reaktionskammer und/oder der Vorkammer orthogonal zur
Hauptströmungsrichtung münden.
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Der erzeugte Ruß hat nach seiner Entstehung nicht immer die gewünschten
Eigenschaften.
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In manchen Fällen sind noch flüchtige Kohlenwasserstoffe an ihn gebunden,
in anderen Fällen wäre eine Aufoxydation der Oberfläche wünschenswert. Damit der
herzustellende Ruß bereits während seiner Herstellung die gewünschten Eigenschaften
hat, können in die Reaktionskammer bzw. die Vorkammer oder in einen nachgeschalteten
Kanalabschnitt eine oder mehrere Reaktbonsmittel-Zuführungen münden. Bei dem Reaktionsmittel
kann es sich um ein Oxydationsmittel oder um ein Reduktionsmittel handeln.
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Insbesondere kann es sich dabei um das bei der Rußherstellung anfallende
Reaktionsgas handeln, das gegebenenfalls durch Zumischung von Luft oder einem anderen
Oxydationsmittel im Hinblick auf die gewünschte oxydierende oder reduzierende Wirkung
eingestellt wird. Die Zufuhr dieses Reaktionsmittels kann erfindungsgemäß über eine
das bei der Rußherstellung anfallende Reaktionsgas führende Leitung, die in die
Reaktionskammer bzw. die Vorkammer mündet, erfolgen. Insbesondere kann an die das
Reaktionsgas führende Leitung eine ein Oxydationsmittel
führende
Zweigleitung mit regelbarem Absperrorgan angeschlossen sein.
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Da auch die Temperatur des zugeführten Reaktionsmittels die Qualität
des hergestellten Rußes beeinflussen kann, empfiehlt es sich, wenn jede Reaktionsmittel-Zuführung
eine Heizeinrichtung aufweist.
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Es versteht sich, daß die Oxydationsmittel-bzw. Reaktionsmittel-Zuführungen
regelbare Absperrorgane aufweisen können, mit denen sich die Zufuhr von Oxydationsmitteln
bzw. Reaktonsmitteln drosseln oder vermehren läßt, so daß im Ergebnis die betrieblichen
Parameter so eingestellt werden können, daß Ruß in der jeweils gewünschten Qualität
hergestellt werden kann.
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Das ermöglicht im übrigen auch eine problemlose Umstellung von einer
Rußqualität auf eine andere, ohne daß die Vorrichtung bzw. eine zu dieser Vorrichtung
gehörende Anlage deswegen abgestellt werden muß.
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Im Folgenden werden in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele
der Erfindung erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch
einen Teil einer Vorrichtung zur Herstellung von Ruß, Fig. 2 eine andere Ausführungsform
des Gegenstandes nach Fig. 1,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform
des Gegenstandes nach Fig. 1.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile.
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Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung dient zur Herstellung von Ruß.
Sie weist eine beheizbare Reaktionskammer 1 auf, die z.B. eine zylindrische Form
aufweisen kann. Stirnseitig schließt an die Reaktionskammer 1 eine zu dieser hin
offene Vorkammer 2 an, die koaxial zur zylindrischen Reaktionskammer 1 angeordnet
ist.
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In der Vorkammer 2 befindet sich ein dazu koaxiales Rohr 3, das im
Übergangsbereich zwischen Vorkammer 2 und Reaktionskammer 1 endet und das ein regelbares
Absperrorgan 4 aufweise. Uber das Rohr 3 wird ein Oxydationsmittel, beim dargestellten
Ausführungsbeispiel Luft, zugeführt.
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Eine mit einem regelbaren Absperrorgan 5 versehene Leitung 6 ist bis
in das Rohr 3 hineingeführt und erstreckt sich koaxial zu diesem bis zum freien
Ende des Rohres 3. Dort endet die Leitung 6 in einer Düse 7. Uber die Leitung 6
und die Düse 7 wird der bei der Rußherstellung verwendete Kohlenwasserstoff z.B.
ein flüssiger Kohlenwasserstoff zugeführt.
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Der zwischen dem Rohr 3 und der Vorkammer 2 gebildete Ringraum 8 dient
ebenfalls der Zufuhr eines Oxydationsmittels, insbesondere für die unterstöchiometrische
Rußherstellung. Dazu weist der Ringraum 8 einen Anschlußstutzen 9 mit einem regelbaren
Absperrorgan 10 auf, an das eine nicht
dargestellte, luftführende
Leitung angeschlossen ist.
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Die dargestellte Vorrichtung funktioniert wie folgt: Zum Aufheizen
der Reaktionskammer 1 vor dem eigentlichen Produktionsbetrieb wird über die Leitung
6 Kohlenwasserstoff zugeführt und durch die Düse 7 zerstäubt. Gleichzeitig wird
über das Rohr 3 bei entsprechender Einstellung des Absperrorgans 4 Luft in einer
solchen Menge zugeführt, daß die zugeführten Kohlenwasserstoffe mit Luftüberschuß
verbrennen können. Die dabei frei werdende Wärme dient zur Aufheizung der Reaktionskammer
1. Wenn die Reaktionskammer 1 die gewünschte Temperatur erreicht hat, wird die Luftzufuhr
durch das Rohr 3 so weit gedrosselt, daß die bei der Reaktion zwischen der zugeführten
Luft und den Kohlenwasserstoffen entstehende Wärme gerade ausreicht, um die Kohlenwasserstoffe
vollständig zu verdampfen. Ferner wird über das Absperrorgan 10 und den Anschlußstutzen
9 sowie den Ringraum 8 weiteres Oxydationsmittel, nämlich Luft, zugeführt, die mit
den vergasten Kohlenwasserstoffen reagiert und unter Zerlegung des Kohlenwasserstoffes
zur Rußbildung führt.
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Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vorkammer
2 etwas länger ausgebildet und befindet sich der Anschlußstutzen 9 für die Zuführung
des Oxydationsmittels zur unterstöchiometrischen Rußbildung zwischen dem Ende des
Rohres 3 und dem Beginn der Reaktionskammer 1. In die Reaktionskammer 1
münden
weitere Zuführungen 11, 12 für die Zufuhr eines Oxydationsmittels oder eines Reduktionsmittels,
wobei die durch die Zuführung gen 11 bzw. 12 zugeführten Mittel dazu dienen können,
die Eigenschaften des in der Reaktionskammer 1 erzeugten Rußes zu verbessern, insbesondere
flüchtige Kohlenwasserstoffe, die an den Ruß gebunden sind, zu entfernen oder die
Oberfläche des Rußes aufzuoxydieren. Da die Wirkung des zugeführten Oxydationsmittels
bzw. Reduktionsmittels von der jeweiligen Temperatur abhängt, können die entsprechenden
Zuführungen 11 bzw. 12 nicht dargestellte Heiz-oder Kühleinrichtungen aufweisen,
um die gewünschten Reaktionen zu erzeugen. Bei geringer Temperatur ist nämlich Ruß
relativ oxydationsträge, so daß die Wirkung eines zugeführten Reaktionsmittels eine
völlig andere ist als die Wirkung des z.B. über den Anschlußstutzen 9 zugeführten
Oxydationsmittels.
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Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der als Reaktkonsmittel das
während der Rußherstellung entstehende Reaktionsgas verwendet wird, das über eine
an das Ende der Reaktionskammer oder einen weiterführenden Kanalabschnitt 13 angeschlossene
Rückführungsleitung 14 entweder wie beim dargestellten Ausführungsbeispiel in den
Ringraum 8 oder unmittelbar in die Reaktionskammer z.B. über die Zuführungen 11,
12 eingeleitet wird. Die Rückführungsleitung 14 weist dazu ein Gebläse 15 auf. Im
übrigen ist an die Rückführungsleitung 14, die wiederum Heiz- oder
Kühleinrichtungen
aufweisen kann, eine Oxydationsmittel- bzw. luftführende Zweigleitung 16 mit einem
Absperrorgan 17 angeschlossen, so daß dem Reaktionsgas bestimmte Mengen eines Oxydationsmittels
beigemischt werden können, um die oxydierenden bzw. reduzierenden Eigenschaften
des Reaktionsgases einstellen zu können.
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