DE3916981A1

DE3916981A1 - Verfahren zur herstellung von russ

Info

Publication number: DE3916981A1
Application number: DE3916981A
Authority: DE
Inventors: Shinichi Kanamaru; Shusichi Yoshimura; Hideyuki Hisashi; Akinori Sakaue
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1988-05-24
Filing date: 1989-05-24
Publication date: 1989-12-07
Anticipated expiration: 2009-05-25
Also published as: KR890017172A; US4976945A; JP2888487B2; KR970001931B1; JPH0249072A; DE3916981B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ruß. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem Ruß vom "low structure"-Typ, d. h. mit wenigen Zusammenlagerungen von Einzelpartikeln, und/oder mit einer großen Oberfläche in einem Zustand mit geringem Aschegehalt hergestellt wird, ohne daß es zu Beschädigungen der Ofenwand in einer Hochtemperaturatmosphäre kommt.

Ruß wird nach verschiedenen Verfahren hergestellt, beispielsweise einem Channelverfahren, einem Thermalverfahren, einen Furnaceverfahren (Gas uns Öl), einem Acetylenruß-Verfahren, einem Verfahren der teilweisen Oxidation von Schweröl (Shell-Verfahren, Texaco-Verfahren, Fauzer-Verfahren, usw.). Das wirtschaftlichste und am häufigsten angewendete Verfahren ist dabei das Furnaceverfahren.

Bei dem Furnaceverfahren wird ein Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial in einen Hochtemperatur-Verbrennungsgasstrom, der durch Verbrennen eines Brennstoffs mit einem sauerstoffhaltigen Gas, wie Luft, erhalten wurde, eingespeist, wobei unter teilweiser Verbrennung und/oder thermischer Zersetzung des Ausgangsmaterials Ruß gebildet wird. Der in dem Hochtemperatur-Verbrennungsgas nach Beendigung der Reaktion suspendierte Ruß wird auf herkömmliche Weise abgekühlt, z. B. mit einem Wassersprühverfahren, und anschließend mittels eines Zyklons oder mit einem Sackfilter abgetrennt und gesammelt.

Der so erhalten Ruß wird vielfältig verwendet, wie als Kautschukverstärkungsmaterial für z. B. Automobilreifen, als Pigment für Harze, Beschichtungsmaterialien und Tinten oder als Material, um Harzen und Kautschuken elektrische Leitfähigkeit zu verleihen.

Das Furnaceverfahren zeichnet sich dadurch aus, daß man die Eigenschaften des resultierenden Rußes, wie die Oberflächengröße, die Teilchengröße und die Struktur, einstellen kann durch Änderung der Reaktionsbedingungen für das Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial in dem Rußerzeugungsofen. Beispielsweise kann man die Position für die Einführung des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials und dessen Strömungsgeschwindigkeit verändern, die Art und Weise der Einspeisung und die Strömungsrate des sauerstoffhaltigen Gases für die Umsetzung mit dem Brennstoff sowie die Konfiguration des Reaktors.

Die Änderung der Reaktionsbedingungen oder die Änderung der Gestalt des Produktionsofens führt jedoch leicht zu Nachteilen, wie einer Verringerung der Rußausbeute oder einem engen Einstellbereich der Eigenschaften. Zur Vermeidung derartiger Nachteile hat man vorgeschlagen, Additive einzusetzen.

Beispielsweise wird in JA-AS 3 168/1961 zur Einstellung der Struktur und des Elastizitätsmoduls des resultierenden Rußes vorgeschlagen, eine Lösung eines Alkalimetalls in die Hochtemperaturatmosphäre einzuführen, und zwar allein oder gemeinsam mit einem Brennstoff für den das Hochtemperatur-Verbrennungsgas erzeugenden Brenner, einem sauerstoffhaltigen Gas oder dem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial.

Ferner wird in den JA-AS 28 104/1964 und 3 365/1969 vorgeschlagen, die Oberfläche und den Elastizitätsmodul des Rußes einzustellen durch Einführung eines Erdalkalimetalls, wie Barium, Calcium, Magnesium oder Strontium, auf die gleiche oben beschriebene Weise.

Durch Steigerung der Menge der Additive wird die Struktur kontrolliert (oder verkleinert) und die Oberfläche vergrößert. Ein Teil der Additive verbleibt jedoch in dem gebildeten Ruß, wodurch der Aschegehalt, zusammengesetzt hauptsächlich aus einem Alkalimetall oder Erdalkalimetall, zunimmt, was wiederum die physikalischen Eigenschaften bei der praktischen Anwendung nachteilig beeinflußt. Ein weiteres Problem besteht darin, daß das Alkalimetall oder Erdalkalimetall sich in der Hochtemperaturatmosphäre auf der Ofenwand ablagert und die feuerfesten Steine der Ofenwand beschädigt (dieses Phänomen wird als "Sporling" bezeichnet).

Die Menge des Alkalimetalls oder Erdalkalimetalls, die zugesetzt werden kann, ist somit beschränkt. Demgemäß besteht auch eine Beschränkung hinsichtlich des Ausmaßes, mit dem die Struktur, die Oberfläche usw. eingestellt werden kann.

Ausgehend von diesem Stand der Technik, haben die Erfinder umfangreiche Untersuchungen im Hinblick auf ein Verfahren durchgeführt, das sich zur raschen und wirtschaftlichen Herstellung von Ruß mit einer niedrigeren Struktur oder einer größeren Oberfläche mit einem niedrigen Aschegehalt eignet, ohne daß die Ofenbausteine in der Hochtemperaturatmosphäre beschädigt werden. Als Ergebnis dieser Untersuchungen wurde festgestellt, daß man bei einem herkömmlich angewandten Verfahren der Rußerzeugung, wie einem Furnaceverfahren, die Struktur des resultierenden Rußes in bemerkenswerter Weise erniedrigen kann und/oder die Oberfläche des resultierenden Rußes in bemerkenswerter Weise vergrößern kann, indem man

(A) eine Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung aus einem Brenner, der speziell für die Zwecke der Ionisierung der Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung eingerichtet ist, in den Reaktor gemeinsam mit einem Brennstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas einspeist oder
(B) eine Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung, welche durch einen Ionisationsofen, der speziell für die Ionisierung der Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung eingerichtet ist und von dem Reaktor unabhängig ist, ionisiert wurde, in den Reaktor eingespeist. Es wurde festgestellt, daß man bei Anwendung dieser Maßnahme mit der gleichen Menge der Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung oder für die gleiche Struktur oder Oberfläche des resultierenden Rußes einen Ruß mit bemerkenswert niedrigen Aschegehalt erhalten kann. Das Verfahren hat den weiteren Vorteil, daß man zur Erzielung eines Produkts mit dem Aschegehalt von herkömmlichen Produkten eine geringere Menge der Alkalimetallverbindung oder Erdalkalimetallverbindung einsetzen muß. Ferner bedeutet die Tatsache, daß man keine Ablagerung der Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung auf der Wandoberfläche beobachtet, den Vorteil, daß die Beschädigung der feuerfesten Bausteine, z. B. der Sporling-Effekt, durch die Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung verhindert werden kann. Die vorliegende Erfindung beruht auf diesen Untersuchungsergebnissen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit die Schaffung eines Verfahrens zur Erzeugung von Ruß mit einer niedrigen Struktur oder einer großen Oberfläche mit einem niedrigen Aschegehalt, wobei es zu keinen Beschädigungen der Ofenwand im Bereich einer Hochtemperaturatmosphäre kommt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von Ruß durch thermische Zersetzung eines Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials in einem Reaktor, wobei das Ausgangsmaterial in eine Hochtemperatur eingeführt wird, welche durch ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas aufgeheizt wird, das gebildet wurde durch das Verbrennen eines Brennstoffs und eines sauerstoffhaltigen Gases mittels eines Hochtemperatur-Verbrennungsgas erzeugenden Brenners, dadurch gekennzeichnet, daß eine Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung

(A) aus einem Alkali-Brenner, d. h. einem Brenner, speziell eingerichtet für die Zwecke der Ionisierung der Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung, eingesetzt wird, um ein Gemisch eines Brennstoffs und eines sauerstoffhaltigen Gases unabhängig von dem erwähnten, Hochtemperatur-Verbrennungsgas erzeugenden Brenner zu verbrennen, oder
(B) in einem Ionisationsofen, der speziell für die Ionisierung der Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung eingerichtet ist, ionisiert wird und anschließend in den Reaktor eingespeist wird.

Die Erfindung wird durch die Zeichnungen erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, vertikale Schnittansicht eines Ofens zur Erzeugung von Ruß nach einem Furnaceverfahren;

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie A-A′ in Fig. 1;

Fig. 3 eine Ausführungsform eines Alkali-Brenners, wie er bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 4-1 und 4-2 Ausführungsformen, wobei der Alkalibrenner in einem Verbrennungsraum des Ofens zur Erzeugung von Ruß nach einem Furnaceverfahren eingebaut ist;

Fig. 5-1 einen transversalen Querschnitt, in dem der Zustand der Beschädigung des Ofens erläutert wird und der Zustand der Ablagerung der Alkalimetallverbindung in einem Fall, in dem die Alkalimetallverbindung durch die Luft zum Verbrennen eines Brennstoffs begleitet wurde;

Fig. 5-2 einen Querschnitt, der den Beschädigungszustand in dem Ofen und den Zustand in der Ablagerung der Erdalkalimetallverbindung in einem Fall zeigt, in dem die Erdalkalimetallverbindung in den Ofen, begleitet von dem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial aus der Düse zum Einführen des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials, eingespeist wurde;

Fig. 6 einen Ionisationsofen vom Verbrennungstyp;

Fig. 7 einen Ionisationsofen vom elektrischen Ofentyp; und

Fig. 8 einen Querschnitt, in dem der Beschädigungszustand innerhalb des Ofens und der Zustand der Ablagerung der Erdalkalimetallverbindung in einem Fall dargestellt sind, bei dem die Erdalkalimetallverbindung in den Ofen als Begleitung des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials aus der Düse zum Einspeisen des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials eingeführt wurde.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert.

Als Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial für die Herstellung von Ruß kann jede beliebige Ausgangsmaterial eingesetzt werden, welches herkömmlicherweise verwendet wird. Beispielsweise seien erwähnt: aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol, Xylol, Naphthalin oder Anthracen, oder zersetzte Schweröle vom Teer-Typ oder Petroleum-Typ, wie Kreosotöl, Anthracenöl, Naphthalinöl, Pechöl oder Ethylenrückstandsöl.

Als Brennstoff zur Erzielung der erforderlichen Hitze für die Zersetzung des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials kann man ein beliebiges Brennstoffgas einsetzen, wie natürliches Gas (Erdgas), Propan, Buten oder Koksofengas, oder einen beliebigen flüssigen Brennstoff, wie Kerosin, Leichtöl oder Schweröl. Es kommt lediglich darauf an, daß der Brennstoff leicht und vollständig verbrannt werden kann und in der Lage ist, die zur Zersetzung des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials erforderliche Hitze zu liefern.

Als das sauerstoffhaltige Gas zum Verbrennen des Brennstoffs wird im allgemeinen Luft eingesetzt, Sauerstoff kann jedoch auch in einer beliebigen Proportion der Luft zugemischt werden oder einem anderen Gas als Luft, je nach den Erfordernissen des Falls.

Der Brennstoff wird in den Reaktor allein oder zusammen mit einem Teil des sauerstoffhaltigen Gases mittels eines Hochtemperatur-Verbrennungsgas erzeugenden Brenners eingespeist und mit dem sauerstoffhaltigen Gas vermischt und verbrannt, das auf die gleiche Weise eingeführt wurde, wobei ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas gebildet wird. Das Verhältnis des Brennstoffs zu dem sauerstoffhaltigen Gas wird derart gewählt, daß die Temperatur des Hochtemperatur-Verbrennungsgasstroms 1400 bis 2000°C, vorzugsweise 1600 bis 1900°C, beträgt. Falls die Temperatur niedriger ist als dieser Bereich wird die Zersetzung des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials schwierig. Falls andererseits die Temperatur höher ist als der obige Bereich, kommt es zu einer Beschädigung der feuerfesten Ofenbausteine durch die Hitzeeinwirkung, was unerwünscht ist. Falls ein Alkali-Brenner eingesetzt wird, sollte dessen Wärmekapazität in Betracht gezogen werden bei der Bestimmung des Verhältnisses von dem Brennstoff zu dem sauerstoffhaltigen Gas.

Das Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial wird in das Hochtemperatur-Verbrennungsgas eingespeist und dabei teilweise verbrannt und/oder thermisch zersetzt, wobei Ruß gebildet wird.

Die Alkalimetallverbindung, die erfindungsgemäß eingesetzt wird, kann ein anorganisches Salz sein, wie ein Hydroxid, Chlorid, Sulfat oder Carbonat, oder ein Salz einer organischen Säure einschließlich einer Fettsäure, oder eine organische Metallverbindung, wie ein Metallalkyl von einem Alkalimetall, wie Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium oder Francium, d. h. einem Element der Gruppe Ia des Periodensystems. In ähnlicher Weise kann die Erdalkalimetallverbindung ein anorganisches Salz sein, wie ein Hydroxid, Chlorid, Sulfat oder Carbonat, ein Salz einer organischen Säure einschließlich einer Fettsäure oder eine organische Metallverbindung, wie ein Metallalkyl von einem Erdalkalimetall, wie Magnesium, Calcium, Strontium oder Barium, d. h. einem Element der Gruppe IIa des Periodensystems. Eine derartige Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung wird in einer Menge von 500 bis 50 000 TpM, vorzugsweise von 500 bis 20 000 TpM, als das Alkalimetall oder Erdalkalimetall, bezogen auf das Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial, zugesetzt.

Bei der vorliegenden Erfindung ist es wichtig, daß die Alkalimetallverbindung und/oder die Erdalkalimetallverbindung gemäß der Ausführungsform (A) gemeinsam mit einem Brennstoff und/oder einem sauerstoffhaltigen Gas eingeführt wird, und zwar mittels eines Brenners, der speziell zum Zwecke der Ionisierung der Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung eingerichtet ist. Die Einführung erfolgt ohne Vermischung mit dem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial oder mit dem Brennstoff oder Luft für die Bildung der Hochtemperaturatmosphäre oder unter alleiniger Einführung in den Ofen und Ionisation. Gemäß der Verfahrensalternative (B) wird die Alkalimetallverbindung oder Erdalkalimetallverbindung mittels eines Ionisierungsofens, der speziell für die Ionisierung der Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung eingerichtet ist, ionisiert, und zwar ohne Vermischung mit dem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial oder mit dem Brennstoff oder Luft zur Bildung der Hochtemperaturatmosphäre oder ohne alleinige Einführung in den Ofen, und anschließend in den Reaktor eingespeist.

(A) Der Fall, bei dem der Alkalibrenner (speziell zum Zwecke der Ionisierung der Metallverbindung eingesetzte Brenner) verwendet wird

Die Verbrennungszone des Alkali-Brenners wird gewöhnlich bei einer Temperatur gehalten, welche höher ist als die Temperatur der Hochtemperatur-Verbrennungsgas erzeugenden Brenners. Damit wird bezweckt, eine effiziente Ionisierung der Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung zu erreichen. Eine geeignete Temperatur der Verbrennungszone des Alkali-Brenners variiert in Abhängigkeit von der zuzusetzenden Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung. Im allgemeinen beträgt die Temperatur jedoch mindestens 1500°C, vorzugsweise mindestens 1900°C. Der Alkali-Brenner dient in erster Linie zur Ionisierung der Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung. Daher ist die von ihm erzeugte Wärmekapazität im allgemeinen klein, obwohl seine Temperatur höher ist als die des Hochtemperatur-Verbrennungsgas erzeugenden Brenners. Der Brennstoff und das sauerstoffhaltige Gas, die in den Alkali-Brenner eingespeist werden, können der oben erwähnte Brennstoff und das oben erwähnte sauerstoffhaltige Gas sein, die für den Hochtemperatur-Verbrennungsgas erzeugenden Brenner brauchbar sind.

Die Alkalimetallverbindung und/oder die Erdalkalimetallverbindung kann sowohl von den sauerstoffhaltigen Gas als auch von dem Brennstoff oder von beiden getragen werden. Die Verbindungen können auch über eine unabhängige Speiseleitung, die in dem Alkali-Brenner vorgesehen ist, eingespeist werden. Falls diese Speiseleitung als äußerste Schicht des Alkali-Brenners vorgesehen wird, wird ein Teil der Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung beim Einstrahlen von der Vorderseite des Brenners um die Peripherie herum verstreut, was unerwünscht ist. Die Speiseleitung wird daher im allgemeinen innerhalb der Leitung für das sauerstoffhaltige Gas und/oder den Brennstoff vorgesehen, so daß diese die äußerste Schicht bilden. Die Zentrumsposition ist bevorzugt. Fig. 3 erläutert beispielsweise einen Alkali-Brenner, bei dem die Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung zusammen mit einem sauerstoffhaltigen Gas eingespeist wird.

Es bestehen keine spezielle Beschränkungen hinsichtlich der Richtung für die Einführung des Alkali-Brenners in einen Ofen. Genauer gesagt, wird der Alkali-Brenner in einer transversalen Richtung oder in einer koaxialen Richtung bezüglich der Richtung für die Einführung des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials gerichtet.

Man kann einen einzigen Alkali-Brenner oder eine Vielzahl von Alkali-Brennern einsetzen. Falls man eine Alkalimetallverbindung und eine Erdalkalimetallverbindung in den gleichen Reaktionsofen einspeist, ist es vorteilhaft, sie über gesonderte Alkali-Brenner einzuspeisen. Die Position für das Einstrahlen der Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung aus dem Alkali-Brenner ist vorzugsweise bei dem gleichen Niveau wie die Einstrahlposition des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials oder an der stromaufwärts gelegenen Seite bezüglich dieser Einstrahlposition. Falls die Einstrahlposition der Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung an der stromabwärts gelegenen Seite bezüglich des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials liegt, gelangen nach Verfestigung und Carbonisierung Flüssigkeitstropfen des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials in Kontakt mit Alkalimetallionen und/oder Erdalkalimetallionen, wodurch der Kontrolleffekt auf z. B. die Struktur und die Oberfläche geringer wird, was unerwünscht ist. Es ist wichtig, daß das ionisierte Alkalimetall und/oder Erdalkalimetall mit dem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial in Kontakt gebracht wird, bevor es zur Verfestigung und Carbonisierung kommt. Ferner ist die Einstrahlposition vorzugsweise innerhalb des Hochtemperatur-Verbrennungsgasstroms, der durch den oben erwähnten Hochtemperatur-Verbrennungsgas erzeugenden Brenner gebildet wird.

(B) Der Fall, bei dem ein Ionisierungsofen, der speziell für die Ionisierung von Metall eingerichtet ist und unabhängig von dem Produktionsofen ist, eingesetzt wird

Die optimale Temperatur für den Ionisierungsofen variiert in Abhängigkeit von der Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung, welche zugesetzt werden soll. Im allgemeinen beträgt die Temperatur jedoch mindestens 1300°C, vorzugsweise mindestens 1500°C.

Für den Ionisierungsofen kann man ein herkömmliches Heizsystem verwenden, z. B. ein System, bei dem ein Brennstoff und ein sauerstoffhaltiges Gas verbrannt werden, oder ein elektrisches Ofensystem oder ein Infrarotsystem.

Die ionisierte alkalische Substanz wird in den Rußerzeugungsofen zusammen mit dem Verbrennungsgas des Ionisierungsofens oder zusammen mit einer Trägersubstanz, wie Wasser, Dampf oder Luft, die zum Einsprühen der alkalischen Substanz in den Ionisierungsofen eingesetzt wurde, eingespeist.

Es ist hierbei wichtig, daß die ionisierte alkalische Substanz auf hoher Temperatur gehalten wird, beispielsweise mit einem wärmeisolierenden Material, so daß während des Einspeisungsverfahrens keine Abkühlung eintritt. Die Richtung der Einspeisung der ionisierten alkalischen Substanz in den Ofen ist nicht kritisch. Die Einspeisung kann in einer transversalen Richtung oder in einer koaxialen Richtung, bezogen auf die Richtung für die Einführung des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials, erfolgen.

Für die Einspeisung der ionisierten alkalischen Substanz kann ein einziger Einlaß oder eine Vielzahl von Einlässen vorgesehen sein. Falls eine Alkalimetallverbindung und eine Erdalkalimetallverbindung in den gleichen Reaktionsofen eingespeist werden sollen, ist es bevorzugt, sie über gesonderte Einlässe einzuspeisen.

Die Position für das Einstrahlen der Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung ist vorzugsweise auf dem gleichen Niveau wie die Einstrahlposition des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials oder an der stromaufwärts gelegenen Seite bezüglich dieser Position. Falls die Einstrahlposition der Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung auf der stromabwärts gelegenen Seite bezüglich der Einstrahlposition der Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials liegt, gelangt das Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial nach Verfestigung und Carbonisierung mit den Alkalimetallionen und/oder Erdalkalimetallionen in Kontakt, wodurch die Einstelleffekte auf z. B. die Struktur und Oberfläche geringer werden, was unerwünscht ist. Es ist wichtig, daß das ionisierte Alkalimetal und/oder Erdalkalimetall mit dem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial in Kontakt gebracht wird, bevor Verfestigung und Carbonisierung eintreten. Es ist ferner bevorzugt, daß die Einstrahlposition sich im Hochtemperatur-Verbrennungsgasstrom befindet, der durch den oben erwähnten Brenner zur Erzeugung des Hochtemperatur-Verbrennungsgases gebildet wird.

Der bei den obigen Verfahrensalternativen (A) oder (B) gebildete Ruß wird am stromabwärts gelegenen Ende der Reaktionszone gekühlt, z. B. mit Wasser, und anschließend abgetrennt und gesammelt, z. B. mittels eines Zyklons oder Sackfilters.

Das Verfahren zur Herstellung von Ruß gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem eine Alkalimetallverbindung zugesetzt wird, ist besonders effektiv für die Herstellung von Ruß, bei dem die DBP-Absorption als Index der Struktur höchstens 90 ccm/100 g beträgt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen erläutert, ohne daß damit einen Beschränkung der Erfindung beabsichtigt ist.

Die Fig. 1 bis 4 erläutern eine Ausführungsform eines Furnace-Rußreaktors für die Durchführung der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Querschnittsansicht des Ofens, und Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie A-A′ von Fig. 1.

In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 1 den Ofenkörper, mit 2 ist ein Verbrennungsraum bezeichnet, mit 3 eine Drossel, mit 4 ein Reaktionsraum, mit 5 eine Düse zum Einspeisen des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials mit einem Rohr 6 als Innenrohr und einem Kühlrohr 7 als Außenrohr. Mit 8 ist ein Einlaß zum Einspeisen eines Verbrennungsgases bezeichnet, umfassend Luft, eingespeist aus einem Einlaß 9 für sauerstoffhaltiges Gas, und einen Brennstoff, eingespeist aus einem Brennstoff-Einspeisungsrohr 10. Bezugszeichen 11 und 12 bezeichnen Rohre zum Einspeisen von Kühlwasser zur Abkühlung des passierenden Stroms, und Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Kamin.

Fig. 3 erläutert eine Ausführungsform des Alkali-Brenners. Fig. 4 erläutert den Zustand, bei dem der Alkali-Brenner in den Verbrennungsraum eingesetzt ist.

14 bezeichnet einen Einlaß für Luft zur Verbrennung, 15 einen Einlaß für das Alkalimetallsalz, 16 einen Einlaß für das Verbrennungsgas, 17 ein Kühlrohr für den Alkali-Brenner und 18 bezeichnet den Zustand, bei dem der Alkali-Brenner eingebaut ist.

In den Fig. 6 und 7 werden Ausführungsformen des Ionisierungsofens zur Ionisierung der Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung erläutert.

Beispiele 1 und 2

In den Beispielen 1 und 2 werden KOH bzw. NaOH als Alkalimetallverbindung verwendet. Eine derartige Alkalimetallverbindung wird in den Ofen mittels eines Alkali-Brenners eingespeist, um Ruß mit einer niedrigen DBP (Dibutylphthalat)-Absorption zu erzeugen. Wie aus dem Vergleich mit den weiter unten beschriebenen Vergleichsbeispielen 1 und 3 deutlich wird, kann ein Ruß mit einer bemerkenswert niedrigen Struktur und mit einem niedrigen Aschegehalt erhalten werden, falls man bei gleicher Zugabemenge die Alkalimetallverbindung mittels des Alkali-Brenners in den Ofen einspeist.

Beispiele 3 und 4

In den Beispielen 3 und 4 werden CaCl₂ bzw. (CH₃CO₂)₂CaH₂O als Erdalkalimetallverbindung eingesetzt. Eine derartige Erdalkalimetallverbindung wird in den Ofen mittels eines Alkali-Brenners eingespeist, um Ruß mit einer großen Oberfläche zu erzeugen. Unter Verwendung des Alkali-Brenners kann mit der gleichen Menge des Zusatzes Ruß mit einer großen Oberfläche erhalten werden, welcher einen niedrigeren Aschegehalt aufweist. Darüber hinaus kann, wie aus einem Vergleich mit Vergleichsbeispiel 4 hervorgeht, in Beispiel 3 das gleiche Niveau der Oberfläche mit einer kleineren Zusatzmenge erhalten werden, wodurch eine Beschädigung des Ofens vermieden wird. Ein rußhaltiges Gas, das durch Umsetzung in einem Rußerzeugungsofen der beschriebenen Struktur unter den in Tabelle 1 angegebenen Produktionsbedingungen erhalten wurde, wird einer bekannten Sammlungsvorrichtung, wie einem Zyklon oder einem Sackfilter, zugeleitet, um den Ruß zu isolieren. Die physikalischen Eigenschaften des Rußes sind in Tabelle 1 angegeben.

In der Tabelle ist die angegebene Teilchengröße ein Durchschnittswert, der mit einem Elektronenmikroskop beobachtet wurde, die DBP-Absorption ist ein gemäß JIS K6221-1982 bestimmter Wert und der Aschegehalt und die Jodadsorption sind Werte, die gemäß JIS K6221-1982 bestimmt wurden.

Beispiele 5 und 6

In den Beispielen 5 und 6 wird die Struktur und die Oberfläche jeweils kontrolliert unter Verwendung von KOH als Alkalimetallverbindung und CaCl₂ als Erdalkalimetallverbindung. Die beiden Typen der Additve werden mittels zweier Alkali-Brenner auf die in Fig. 4-2 gezeigte Weise eingespeist. Auf diese Weise werden die Struktur und die Oberfläche des Rußes gesteuert, und es wird ein niedriger Aschegehalt erzielt.

Vergleichsbeispiele 1 bis 3

In Vergleichsbeispiel 1 wird Ruß unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 erzeugt, mit der Ausnahme, daß die Alkalimetallverbindung aus den Rohr 6 für die Einspeisung des Kohlenwaserstoffmaterials zusammen mit dem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial eingespeist wird.

In Vergleichsbeispiel 2 wird Ruß unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 erzeugt, mit der Ausnahme, daß das Alkalimetallsalz aus dem Einlaß 9 für sauerstoffhaltiges Gas zusammen mit der Luft für die Verbrennung eingespeist wird.

In Vergleichsbeispiel 3 wird Ruß unter den gleichen Bedingungen wie in Vergleichsbeispiel 1 erzeugt, mit der Ausnahme, daß NaOH als Alkalimetallverbindung verwendet wird und die Menge der Zugabe zu dem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial geändert wird.

Vergleichsbeispiel 4

In Vergleichsbeispiel 4 wird Ruß unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 3 erzeugt, mit der Ausnahme, daß die Erdalkalimetallverbindung aus dem Rohr 6 zur Einspeisung des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials zusammen mit dem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial eingespeist wird und die Menge des Zusatzes des Erdalkalimetalle, relativ zu den Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial, geändert wird.

Vergleichsbeispiel 5

In Vergleichsbeispiel 5 wird Ruß unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 4 erzeugt, mit der Ausnahme, daß die Alkalimetallverbindung aus dem Rohr 6 zum Einspeisen des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials zusammen mit dem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial eingespeist wird.

In den folgenden Tabellen 1 und 2 werden die nachstehenden Abkürzungen verwendet:

AM - Alkalimetall
EAM - Erdalkalimetall
KWA - Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial
AB - Alkali-Brenner.

Tabelle 1

Tabelle 1 (Forts.)

Beispiel 7

In Beispiel 7 wird KOH als Alkalimetallverbindung verwendet. Die Alkalimetallverbindung wird in einem Ionisierungsofen vom Verbrennungstyp, wie er in Fig. 6 gezeigt ist, ionisiert und anschließend in den Ofen eingespeist, um Ruß mit einer niedrigen DBP-Absorption zu erzeugen. Aus dem Vergleich mit Vergleichsbeispiel 6 wird deutlich, daß bei dem gleichen Niveau der Menge des Zusatzes erfindungsgemäß ein Ruß mit bemerkenswert niedriger Struktur mit niedrigem Aschegehalt erhalten wird.

Ferner wird weder eine Ablagerung der alkalischen Substanz in dem Ofen noch eine Beschädigung des Ofens beobachtet.

Beispiele 8 und 9

In den Beispielen 8 und 9 wird CaCl₂ bzw. (CH₃CO₂)₂-CaH₂O als Erdalkalimetallverbindung verwendet. Eine derartige Erdalkalimetallverbindung wird in einem Ionisierungsofen ionisiert und dann in den Rußerzeugungsofen eingespeist, um Ruß mit einer großen Oberfläche zu bilden.

Aus der nachstehenden Tabelle 2 wird deutlich, daß, verglichen mit der herkömmlichen Technik, Ruß mit einer großen Oberfläche und mit einem niedrigen Aschegehalt bei dem gleichen Niveau der Menge des Zusatzes erhalten wird. Man kann somit Ruß mit einer großen Oberfläche bei Verwendung geringerer Mengen des Zusatzes erhalten. Ferner beobachtet man weder eine Ablagerung in dem Ofen noch eine Beschädigung des Ofens.

Beispiel 10

In Beispiel 10 werden die Struktur und die Oberfläche simultan kontrolliert unter Verwendung von KOH als Alkalimetallverbindung und CaCl₂ als Erdalkalimetallverbindung.

Vergleichsbeispiel 6

In Vergleichsbeispiel 6 wird Ruß unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 7 erzeugt, mit der Ausnahme, daß die Alkalimetallverbindung aus dem Rohr 6 für die Einspeisung des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials gemeinsam mit dem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial eingespeist wird.

Vergleichsbeispiel 7

In Vergleichsbesipiel 7 wird Ruß unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 7 erzeugt, mit der Ausnahme, daß das Alkalimetallsalz aus dem in Fig. 2 dargestellten Einlaß 9 zum Einspeisen des sauerstoffhaltigen Gases zusammen mit der Luft für die Verbrennung eingespeist wird.

Vergleichsbeispiel 8

In Vergleichsbeispiel 8 wird Ruß unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 8 erzuegt, mit der Ausnahme, daß die Erdalkalimetallverbindung aus dem Rohr 6, das zum Einspeisen des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials dient, zusammen mit dem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial eingespeist wird und die Menge des Zusatzes des Erdalkalimetalls zu dem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial geändert wird.

Vergleichsbeispiel 9

In Vergleichsbeispiel 9 wird Ruß unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 10 erzeugt, mit der Ausnahme, daß die Alkalimetallverbindung aus dem Rohr 6, das zum Einspeisen des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials dient, zusammen mit dem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial eingespeist wird.

Das Gas, in dem der Ruß suspendiert ist und das in jedem der Beispiele 7 bis 10 und Vergleichsbeispiele 6 bis 9 erhalten wurde, wird einer bekannten Sammlungseinrichtung zugeleitet, wie einem Zyklon oder einem Sackfilter, um den Ruß zu isolieren. Die physikalischen Eigenschaften des Rußes sind in Tabelle 2 angegeben.

In der Tabelle ist die Teilchengröße ein Durchsschnittswert, wie er durch ein Elektronenmikroskop beobachtet wird, die DBP-Absorption, der Aschegehalt und die Jodadsorption sind Werte, die gemäß JIS K6221-1982 bestimmt wurden.

Tabelle 2

Tabelle 2 (Forts.)

Wie vorstehend erläutert, kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Effizienz des Zusatzes der Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung in bemerkenswerter Weise verbessert werden, wodurch es gelingt, Ruß, dessen Struktur oder Oberfläche durch die obigen Verbindungen kontrolliert ist, mit einem bemerkenswert niedrigen Aschegehalt zu erhalten. Dennoch ist es möglich, die Beschädigung des Ofens zu vermeiden und zu verhindern, daß in dem Ofen Ablagerungen gebildet werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Ruß durch thermische Zersetzung eines Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials in einem Rußerzeugungsofen durch Einführung des Ausgangsmaterials in eine Hochtemperaturzone, die aufgeheizt ist durch ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas, gebildet durch das Verbrennen eines Brennstoffs und eines sauerstoffhaltigen Gases mittels eines Hochtemperatur-Verbrennungsgas erzeugenden Brenners, dadurch gekennzeichnet, daß eine Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung

(A) aus einem unabhängig von dem erwähnten, Hochtemperatur-Verbrennungsgas erzeugenden Brenner vorgesehenen Alkali-Brenner, der speziell zum Zwecke der Ionisierung der Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung eingerichtet ist, eingespeist wird oder
(B) in einem Ionisierungsofen, der speziell zur Ionisierung der Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung eingerichtet ist, ionisiert wird und anschließend in den Rußerzeugungsofen eingespeist wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstrahlposition des Alkali-Brenners sich im gleichen Bereich wie die Einstrahlposition des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials befindet oder an einer stromaufwärts gelegenen Seite bezüglich dieser Position.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstrahlposition der ionisierten Alkalimetallverbindung und/oder Erdalkalimetallverbindung sich im gleichen Bereich wie die Einstrahlposition des Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterialien befindet oder an einer stromaufwärts gelegenen Seite bezüglich dieser Position.