DE69929902T2

DE69929902T2 - Verfahren zur herstellung von ofenruss

Info

Publication number: DE69929902T2
Application number: DE69929902T
Authority: DE
Inventors: H. Frederick Billerica RUMPF; W. Roscoe Ayer TAYLOR; Alvin E. Phippsburg TOOMBS
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 1998-12-04
Filing date: 1999-12-03
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2019-12-04
Also published as: ATE317876T1; JP2002531625A; US7431909B1; CA2353392A1; US7655209B2; DE69929902D1; CA2353392C; WO2000032701A1; AU2041400A; US20080226538A1; EP1144514A1; EP1144514B1

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Ruß. Die Erfindung ist insbesonders geeignet für die Herstellung von verschiedenen Typen oder Sorten von Ruß, die bei der Herstellung von Gummiartikeln wie Reifen etc., in der Polygraphie, Elektrotechnik und Kabelummantelungen, zur Herstellung von Firnissen und Farben verwendet werden, einschließlich solchen Anwendungen, in denen eine Verstärkung und/oder die Pigmenteigenschaften von Ruß notwendig sind.
HINTERGRUND
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene unterschiedliche Verfahren und Techniken zur Herstellung von Ruß bekannt. In einem dieser Verfahren, welches manchmal auch als der Ofenprozess zur Rußherstellung bezeichnet wird, wird ein Ofen eingesetzt, der eine Verbrennungs- oder Veraschungskammer, der ein Reaktor folgt, aufweist. Ein Verbrennungs- bzw. Veraschungsgasbeschickungsstrom, der typischerweise ein Kohlenwasserstoffgasstrom wie ein natürliches Gas oder ähnliches ist, wird im Brennerbereich des Ofens unter Zufuhr eines oxidierenden Gasstromes wie Luft oder Sauerstoff verbrannt, wobei heiße Verbrennungsgase entstehen, welche dann dem Reaktorteil des Ofens zugeführt werden. Im Reaktor wird das Kohlenwasserstoffausgangsmaterial den heißen Verbrennungsgasen ausgesetzt, wobei ein Teil des Ausgangsmaterials verbrennt, während der Rest sich zu Ruß zersetzt. Die Reakti onsprodukte werden typischerweise auf eine Temperatur von etwa 230°C abgeschreckt, worauf der Gehalt an Ruß mittels verschiedener herkömmlicher Methoden aufgefangen wird. Es ist allgemein bekannt, dass das Ofenverfahren zur Herstellung von Ruß nicht mit einem wünschenswerten Wirkungsgrad durchführbar ist. Werden Luft und natürliches Gas dem Brenner zugeführt, überschreitet im brennstoffarmen Betrieb, das ist ein Betriebsmodus, in dem das natürliche Gas in einer geringeren als der stöchiometrischen Menge bezogen auf den Sauerstoffgehalt der Luftzufuhr eingespeist wird, der Wirkungsgrad typischerweise die sechzig Prozent (60%) Marke nicht.
Es ist erstrebenswert, dass die heißen Verbrennungsgase im Brenner bei Temperaturen erzeugt werden, die hoch genug sind, um eine wirkungsvolle Pyrolyse des Kohlenwasserstoffausgangsmaterials, das auch als das „Herstellungskohlenwasserstoff" („make hydrocarbon") zur Herstellung von Ruß bezeichnet wird, zu erreichen, wobei jedoch die Temperatur des Verbrennungsgases nicht übergebührlich hoch sein soll, da dies zu Schäden an der feuerfesten Verkleidung der Verbrennungs- und/oder der Reaktionszone führen kann. Beim Betrieb unter annähernd stöchiometrischen Bedingungen mit Zuführraten, die groß genug sind, um den geforderten Durchsatz und andere notwendige Betriebsbedingungen zu erreichen, können außergewöhnlich hohe Temperaturen entstehen. Beim Betrieb unter brennstoffreichen Bedingungen, d. h. bei Verwendung eines Überschusses an natürlichem Gas, bezogen auf die Luft oder eine andere oxidierende Gaszufuhr, können tolerierbare Verbrennungsgastemperaturen mit verbesserter Ausbeute erreicht werden, sogar einer Ausbeute, welche sechzig Prozent (60%) übersteigt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass unter solchen Betriebsbedingungen die Kosten des Rohmaterials im Allgemeinen unökonomisch groß sind. Aus diesem Grund wird die Verbrennung typischerweise mittels der Strategie der brennstoffarmen Verbrennung durchgeführt, um adäquate Durchsatzraten und tolerierbare Rohmaterialkosten zu erreichen, trotz der daraus resultierenden geringen Rußausbeute.
Bekannte Verfahren zur Herstellung von Ruß umfassen auch das Verfahren, das in der US-A-5,527,518 beschrieben ist, und das die Zufuhr von vorgeheiztem natürlichen Gas und/oder Methanbrennstoffen zu einer Plasmafackel umfasst, um die Temperatur des Brennmaterials in einer ersten Stufe auf etwa 1600°C zu erhöhen und dann in einer zweiten Stufe die Zersetzung des Brennmaterials zu Ruß und Wasserstoff zu vervollständigen, wobei in der zweiten Stufe zusätzliches Rohmaterial zugesetzt wird, um ein Abschrecken und eine Reaktion mit bereits gebildetem Ruß zu bewirken.
Es ist seit langem bekannt, dass das Abgas oder Restgas, das aufgrund der Vorgehensweise beim Rußherstellungsverfahren im Brennofen zusammen mit dem Ruß entsteht, noch einen hohen Energiewert aufweist. So beschreibt z. B. die US-A-2,672,402 ein Rußherstellungsverfahren, bei dem das erzeugte Restgas getrocknet und dann dem Rußbrennofen wieder zugeführt wird. Beim Herstellungsverfahren von Ruß im Brennofen enthält das vom Reaktorfiltersystem kommende Restgas, d. h. Restgas, von dem der Ruß bereits abgetrennt worden ist, typischerweise verbrennbare Gasbestandteile. Es ist seit langem bekannt, dass es erstrebenswert ist, den Energiegehalt eines solchen Abgases auszunutzen. Es wurde bereits verwendet, um beispielsweise die Brenngaszufuhr für den Brenner im Ofenprozess zur Herstellung von Ruß zu erwärmen. Es ist auch bereits verwendet worden, um das Kohlenwasserstoffausgangsmaterial für den Reaktor vorzuwärmen. Darüber hinaus wurde das Restgas aus dem Ofenprozess zur Herstellung von Ruß verbrannt, um einen Generator zur Erzeugung von Elektrizität zu betreiben, die in der Rußherstellungsanlage selbst gebraucht oder aus der Anlage exportiert wird.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, ein solches Restgas als vollständige bzw. alleinige Zufuhr an Verbrennungsgas oder als Teil davon zusammen mit dem Oxidationsgasstrom in den Brenner des Ofens zur Rußherstellung einzuleiten, d. h. es wurde vorgeschlagen, den Energiegehalt des Abgases durch Zufuhr von Oxidationsgas in der Verbrennungskammer des Rußofens zu verbrennen, um so Verbrennungsgase für die Pyrolyse des Kohlenwasserstoffausgangsmaterials zu erzeugen. Beim Versuch, Ruß in einer Verbrennungskammer aus solchen Abgasen zu erzeugen, entsteht eine Vielzahl von Problemen, einschließlich der Probleme bei der Kontrolle der Verbrennungsgastemperatur, dem Sauerstoffgehalt der Verbrennungsgase und der Strömgeschwindigkeit der Verbrennungsgase. Diese Probleme haben dazu geführt, dass die Herstellung von Ruß mittels einem Brennofenverfahren, bei dem Brennofenabgase als Verbrennungsgaszufuhr zum selben oder einem unterschiedlichen Ruß produzierenden Ofen verwendet werden, bisher, sofern überhaupt, nur geringfügig kommerziell angewendet worden ist. Beispiele solcher Versuche des Standes der Technik sind im US-Patent 2,796,332 von Pollock beschrieben, worin ein Abgas aus einem Rußofen in seine eigene Verbrennungskammer rückgeführt wird. Das Ab- oder Restgas wird vorgewärmt und zur Entfernung von Kohlendioxid behandelt. Die Entfernung von Kohlendioxid erzeugt Kosten und macht das Herstellungsverfahren komplexer. Im US-Patent 4,261,964 von Scott IV et al. werden aus dem Abgas des Rußofens Wasserstoffgas und Kohlenmonoxidgas entfernt und dazu verwendet, die natürliche Gaszufuhr zur Verbrennungskammer des selben Rußofens zu ersetzen. Im US-Patent 3,645,685 von Crouch wird Abgas aus einem Rußofen in den Reaktorteil des selben Rußofens zurückgeleitet. Im US-Patent 4,315,894 von Austin wird Abgas aus dem gleichen oder einem anderen Rußofen als Fluid zum Abschrecken bzw. Quenchen verwendet. Gemäß der Lehre eines solchen Standes der Technik wird typischerweise Abgas in einer Verbrennungsstrategie mit einem brennstoffarmen Gemisch verwendet, die offensichtlich der brennstoffarmen Strategie folgt, wie sie mit natürlichem Gas oder anderen hohen BTU-enthaltenden Verbrennungsgasen angewendet wird. Ein Beispiel hierfür ist das US-Patent 4,393,034 von Smith, bei dem entwässertes Abgas in einer brennstoffarmen Verbrennungsstrategie eingesetzt wird.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, einige der Probleme zu überwinden, die bisher entstanden sind, wenn Abgas aus einem Ofen zur Herstellung von Ruß als Verbrennungsgaszufuhr bzw. Beschickungsgasstrom für die Verbrennungszone im Rußofen verwendet worden ist. Die Erfindung hat insbesonders zum Ziel, eine kommerziell praktikable Verwendung von Abgasen aus einem Ruß erzeugenden Ofen als Verbrennungsgas zum Brenner des selben oder eines verschiedenen Rußofens bereit zu stellen und so ein Rußherstellungsverfahren mittels eines Ofens zu betreiben.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ruß in einem Brennofen gemäß Anspruch 1. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird Abgas aus einem Verfahren zur Herstellung von Ruß in einem Brennofen als Verbrennungsgas in der Verbrennungszone des gleichen oder eines anderen Ofens zur Herstellung von Ruß verwendet. Dabei bedeutet der Ausdruck „Rückführung" oder „Abgasrückführung" oder ähnliche Ausdrücke, wie sie hier verwendet werden, das Einleiten des Ofenabgases in die Verbrennungszone des gleichen oder eines anderen Ofens zur Rußherstellung, sofern dies nicht im Kontext anders beschrieben ist. Diesbezüglich wird gemäß einigen bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen Abgas aus einem Rußofen als Verbrennungsgaszufuhr in einem zweiten Ofen verwendet. Der Energiewert des Ab- bzw. Restgases hängt zum großen Teil vom Rußtyp ab, der im Ofen erzeugt wird. In verschiedenen Ausführungsformen ist es daher ökonomisch vorteilhaft, Abgas mit dem höchsten Heizwert einzusetzen, wie es aus vielen verschiedenen Rußöfen erhältlich ist. Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein geeignetes Leitungs- und Ventilsystem bereitgestellt, um Abgas (aus dem der Ruß im Wesentlichen entfernt worden ist) aus einem oder mehreren multiplen unterschiedlichen Rußöfen dem Verbrennungsgaseinlass eines Rußofens bzw. einer Brennkammer zuzuführen. Die Auswahl der Abgase aus verschiedenen Öfen kann von Zeit zu Zeit, wenn sinnvoll, geändert werden, um jeweils dasjenige Abgas zu verwenden, das sich am besten eignet. Durch das Ermöglichen, Abgas aus mehreren verschiedenen Rußöfen auszuwählen und zu mischen, kann eine wesentlich verbesserte Produktionsflexibilität und Wirtschaftlichkeit erreicht werden, da der jeweilige, in vielen verschiedenen Öfen erzeugte Rußtyp von Zeit zu Zeit durch entsprechende Änderung im Energiewert des Abgases geändert werden kann.
Erfindungsgemäß wird in einem Verfahren zur Herstellung von Ruß in einem Ofen Abgas aus dem gleichen oder einem verschiedenen Rußofen eingesetzt, wobei das Abgas entwässert und erhitzt wird und in einer brennstoffreichen Verbrennungsstrategie eingesetzt wird. Es wurde nämlich gefunden, dass ein ökonomischer Einsatz der Abgasrückführung durch diese Merkmalskombination erreicht werden kann. Die Kosten der Abtrennung von Kohlendioxid und anderen Gasen im Abgas kann vermieden werden, wodurch die Abgasrückführung noch wirtschaftlicher wird. Hier und im Folgenden sollte unter der Rückführung von Abgas als Verbrennungsgas ein Abgas verstanden werden, aus dem im Wesentlichen der gesamte Ruß entfernt worden ist.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung von Ruß in einem Ofen mit Abgas aus dem gleichen oder einem verschiedenen Rußofen mittels einer brennstoffreichen Verbrennungsstrategie durchgeführt. Im Besonderen ist die Menge des Zustromes an Oxidationsgas, das mit dem Zustrom von Verbrennungsgas kombiniert wird, weniger als achtzig Prozent (80%) derjenigen Menge, die für die vollständige Verbrennung der verbrennbaren Komponenten eines solchen Zustroms von Verbrennungsgas benötigt wird. Diese radikale brennstoffreiche Verbrennungsstrategie verwendet Abgas, wie dies direkt zuvor beschrieben ist. D. h., es wird erwärmtes, entwässertes Abgas eingesetzt, aus dem der Ruß im Wesentlichen entfernt worden ist. Dabei werden durch den Verzicht auf das Entfernen von Kohlendioxid und anderen Gasen aus dem erhitzten, entwässerten Abgas erhöhte Kostenvorteile erreicht.
Gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Rußherstellungsverfahren in einem Ofen mit Erhitzen eines Plasmas durchgeführt. Gemäß einigen bevorzugten Ausführungsformen wird das Erhitzen des Plasmas durchgeführt, um den zugeführten entflammbaren Brennstoff zum Brenner vorzuwärmen. Der entflammbare Brennstoff kann Abgas aus den gleichen oder verschiedenen Rußöfen sein, wobei das Abgas vor seiner Verwendung als Verbrennungsgaszufuhr mittels Plasma erhitzt wird. Gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen wird das Erhitzen mittels Plasma verwendet, um das zum Brenner zugeführte Oxidationsgas vorzuwärmen. Gemäß weiteren Ausführungsformen wird das Heizen mittels Plasma verwendet, um den Kohlenwasserstoff für die Rußherstellung (make hydrocarbon feedstock) vorzuwärmen. Gemäß weiteren Ausführungsformen wird das Erhitzen mittels Plasma verwendet, um zwei oder mehrere dieser Zufuhrströme vorzuheizen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Erhitzen mittels Plasma eingesetzt, um die Temperatur der Verbrennungsgase zu erhöhen, die im Brenner erzeugt werden, wenn diese zum Reaktor geleitet werden. Das Heizen mittels Plasma kann mittels dem Fachmann bekannten Verfahren durchgeführt werden. Dabei kann im Allgemeinen eine Plasmafackel gemäß den Prinzipien eingesetzt werden, wie sie im US-Patent Nr. 5,725,616 von Lynum et al. und gemäß dem US-Patent Nr. 5,486,674 ebenfalls von Lynum beschrieben sind. Darüber hinaus sind andere Prinzipien der Verwendung von Plasmaheizungen in Verbindung mit der Rußproduktion im US-Patent Nr. 4,101,639 von Surovikin et al. beschrieben.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird zur Herstellung von Ruß in einem Brennofen eine tiefe, brennstoffreiche Verbrennungsstrategie eingesetzt, d. h. die Verwendung eines Oxidationsgasstromes, der weniger als achtzig Prozent (80%) der stöchiometrischen Sauerstoffmenge bereit stellt, wobei die Verbrennungsgaszufuhr zur Verbrennungszone im Ofen im Wesentlichen vollständig aus Abgas des gleichen oder eines anderen Rußofens besteht und wobei das Abgas (aus dem der Ruß im Wesentlichen entfernt worden ist) entwässert und mittels einem Plasmaheizverfahren vorerhitzt ist und wobei der Oxidationsgasstrom Luft ist und gegebenenfalls sauerstoffangereichert ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird Ruß, gegebenenfalls unter Erhitzen mit Plasma, mittels einem brennstoffreichen Rückführungsverfahren hergestellt, wobei Kontrolleinrichtungen verwendet werden, die eine Sonde zum Überwachen des Verbrennungswertes des Abgases umfassen, das der Verbrennungskammer oder dem Brennraum des Rußofens zugeführt wird. Derartige Kontrolleinrichtungen umfassen vorzugsweise darüber hinaus Kontrolleinrichtungen für die Verbrennung, z. B. Einrichtungen zur Kontrolle des Gasstromes, die durch ein Kontrollsignal gesteuert werden, das von der Sonde entsprechend dem Verbrennungswert erzeugt wird, um das Verhältnis der Zufuhr von Abgas- und/oder das Verhältnis der Zufuhr des Oxidationsstromes einzustellen. Gemäß einiger bevorzugter Ausführungsformen steuern die Durchflusskontrolleinrichtungen die Zuführrate der Sauerstoffanreicherung zum Brenner. Geeignete Sonden umfassen handelsüblich erhältliche Vorrichtungen, die für den Fachmann mittels dieser Beschreibung sofort ersichtlich sind. Bevorzugte Sonden umfassen ein kommerziell erhältliches Wobble-Meter. Weitere bevorzugte Ausführungsformen umfassen die Kontrolleinrichtungen, Temperaturfühler zum Bestimmen der Verbrennungstemperatur im Brenner und/oder im Reaktor des Rußofens und Verbrennungskontrolleinrichtungen zur Einstellung der Verbrennungsparameter als Antwort auf ein Temperaturkontrollsignal des Temperaturfühlers. Geeignete Verbrennungskontrolleinrichtungen, die mit dem Temperaturfühler verwendbar sind umfassen z. B. Vorrichtungen zur Durchflussregelung wie sie zuvor beschrieben sind. Geeignete kommerziell erhältliche Temperaturfühler umfassen ein Infrarotpyrometer (Infraview Pyrometer).
Zusätzliche Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch die vorliegende Offenbarung ein schließlich der folgenden detaillierten Beschreibung bestimmter bevorzugter Ausführungsformen offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm eines Herstellungsverfahrens von Ruß in einem Brennofen gemäß der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BESTIMMTER BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende detaillierte Beschreibung bestimmter bevorzugter Ausführungsformen zeigt verschiedene Aspekte der im folgenden beschriebenen Erfindung sowie Prinzipien der Handhabung der Erfindung. Mit Unterstützung der vorhergehenden Offenbarung sowie der folgenden detaillierten Beschreibung werden dem Fachmann eine Vielzahl alternativer oder modifizierter Anwendungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes offensichtlich.
In 1 wird die Rußherstellung in einem Ofenprozess und eine Vorrichtung gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Erfindung gezeigt, einschließlich bestimmter optionaler Elemente gemäß bevorzugten Ausführungsformen. Dabei ist ein Rußofen 10 zu sehen, der einen Brennerbereich bzw. Brennerabschnitt 12 und einen Reaktorbereich 14 umfasst. Der Brennbereich bzw. Brennerabschnitt 12 ist mit Gaszufuhrstutzen versehen, um einen Oxidationsgasbeschickungsstrom aufzunehmen, und zwar im Besonderen Verbrennungsluft via der Zufuhrleitung 16, sowie einen Verbrennungsgasstrom, der in der Ausführungsform, wie sie in 1 dargestellt ist, ein Abgas ist, das via der Zufuhrleitung 18 vom Brenner 10 und/oder einem anderen Rußofen stammt, wie dies weiter unten beschrieben ist und ggf. um via Zuleitung 20 zusätzlichen Brennstoff, z. B. natürliches Gas, Öl, etc. und via Zuleitung 22 einen Sauerstoffanreicherungsstrom aufzunehmen. Ventil 24 in Zufuhrleitung 22 ist angepasst, um den Zufluss der Sauerstoffanreicherung via Zuleitung 28 von einer Sauerstoffquelle 30 zu kontrollieren. Die Sauerstoffquelle 30 steuert vorzugsweise einen Druck-Wechsel-Adsorptionsprozess (pressure-swing-adsorption, PSA) unter Berücksichtigung seiner relativ geringen Betriebskosten zur Herstellung von angereichertem Sauerstoff für die Oxidationsgaszufuhr. Wahlweise kann via Zuleitung 22 zusätzlicher Sauerstoff mit der Verbrennungsluft in Zuleitung 16 gemischt werden, anstatt separat in die Brennkammer 12 eingeleitet zu werden.
Die im Brenner 12 erzeugten heißen Verbrennungsgase werden durch die Passage 32 zum Reaktor 14 geleitet. Das für die Herstellung eingesetzte Kohlenwasserstoffausgangsmaterial (make feedstock) wird via Zuleitung 34 zur Passage 32 geführt, wonach es mittels den heißen Verbrennungsgasen in den Reaktor 14 getragen und dort zu Ruß und Abgas umgesetzt wird. Wahlweise kann an einer geeigneten stromabwärts gelegenen Stelle via der Quenchwasserzuleitung 36 zur Abschreckung Wasser in den Reaktor 14 eingeleitet werden. Rußbeladenes Abgas strömt vom Reaktor 14 durch den Wärmetauscher 38, in dem es vorzugsweise durch Vorheizen der Verbrennungsluft abgekühlt wird, die dem Brenner via Zuleitung 16 zugeführt wird. Das noch mit Ruß beladene Abgas wird vorzugsweise durch einen zweiten Wärmetauscher 40 geleitet, in dem es durch Wärmeübertragung auf das Kohlenwasserstoffausgangsmaterial abgekühlt wird, das dem Ofen 10 via Zuleitung 34 zu geführt wird. Wahlweise wird dem Abgas via Zuleitung 32 beim Ventil 44 zusätzliches Wasser zugesetzt. Ruß wird mittels einem Rußfilter in einem Gehäuse 46 oder einer anderen dem Fachmann bekannten geeigneten Vorrichtung zur Entfernung von Ruß abgetrennt. Das nun gekühlte Abgas, aus dem das Ruß im Wesentlichen entfernt wurde, kann nun zur weiteren Behandlung oder zur anderen Verwendung via Zuleitung 48 geleitet oder kann alternativ via Zuleitung 50 zur weiteren Bearbeitung gemäß der vorliegenden Erfindung geleitet werden. Im Besonderen führt die Abgaszuleitung 50 zur Entwässerungseinrichtung 52. In der bevorzugten dargestellten Ausführungsform umfasst die Entwässerungseinrichtung 52 eine bepackte Säule eines Sprühturmes 54 und eines Kühlturmes 56, die mit einem Föhn 58 gemäß üblichen bekannten Anordnungen und Kühltechniken ausgerüstet ist. Wahlweise wird eine zweite Entwässerungseinheit verwendet, um das Abgas vor seiner Weiterführung zur Pumpe 70 oder zum Wärmetauscher 74 zu entwässern. Dem Fachmann werden hinsichtlich der vorliegenden Offenbarung alternative Entwässerungsverfahren- und -vorrichtungen sofort ersichtlich, insbesonders sog. „Fin-Fan-Kühler", alternative Wärmetauscher, etc.
Gemäß einem optionalen Aspekt der Erfindung wird in bestimmten besonders bevorzugten Ausführungsformen ein Ventilsystem 60 verwendet, das ausgestaltet ist, um selektiv Abgas aus einem oder mehreren anderen Rußöfen zum Brenner 12 des Rußofens 10 zu leiten. Auf diese Weise können Abgase aus anderen Rußöfen wahlweise als Verbrennungsgaszufuhr zum Brenner 12 eingesetzt werden und zwar zusammen mit oder anstatt dem Abgas des Brenners 10. Wie dies in 1 ersichtlich ist, weist das Ventilsystem 60 Abgaszuleitungen 62, 64 und 66 auf, die jeweils Abgas aus einem zweiten, dritten oder vierten Rußofen führen. Solche Abgase aus anderen Rußöfen werden gemäß der vorliegenden Beschreibung behandelt, d. h. aus ihnen wird Ruß im Wesentlichen entfernt und sie werden entwässert. Darüber hinaus wird das Abgas erwärmt, wie dies in Bezug auf 1 nun beschrieben wird. Die Pumpe 70 pumpt Abgas, das gekühlt und entwässert und von dem der Ruß im Wesentlichen entfernt worden ist, durch Zuleitung 70 zu einer Schnellheizung 74 (booster heater). In der Schnellheizung 74 wird das Ab- bzw. Restgas erhitzt, beispielsweise auf ungefähr 750°C. Vorzugsweise wird ein Teil des Abgases via Zuleitung 76 zur Schnellheizung geführt und die Verbrennungsluft wird zur Schnellheizung via Zuleitung 78 geleitet, wobei eine Verbrennungstemperatur von typischerweise etwa 1100°C erzeugt wird. Das Austrittsgas des Schnellheizers 74 kann via Leitung 80 zu einem Trockenkamin geführt werden. Das erhitzte, entwässerte Abgas, aus dem Ruß im Wesentlichen entfernt worden ist, wird zum Brenner oder einer Verbrennungskammer 12 des Ofens 10 geführt, wie dies zuvor besprochen ist. Es ist ein signifikanter Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die ökonomische Verwendung von Abgas als Verbrennungsgaszufuhr zu einem Rußofen verwirklicht werden kann, wenn der Ruß im Wesentlichen hieraus entfernt wird, entwässert wird und erhitzt wird, wie dies zuvor besprochen ist. Es wurde gefunden, dass eine kommerziell akzeptable Wirtschaftlichkeit dadurch erreicht werden kann, dass die Kosten und die Komplexität der Entfernung von Kohlendioxid und anderen Gaskomponenten aus dem entwässerten Abgas vermieden werden können. Wie dies im Folgenden weiter besprochen ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung das Abgas in einer tiefen oder sehr brennstoffreichen Verbrennungsstrategie benutzt. Wie zuvor schon erwähnt, wird der Ausdruck „tief brennstoffreich" bzw. „sehr brennstoffreich" verwendet, um die großen vorteilhaften Bedingungen zu bezeichnen, in denen Abgas verwendet wird, und zwar vorzugsweise ohne natürliches Gas und anderer zusätzlicher Brenngaszufuhr, mit einer Oxidationsgaszufuhr, die Sauerstoff in einer Menge bereitstellt, die weniger als achtzig Prozent (80%) der stöchiometrischen Menge bereitstellt. Vorzugsweise werden die tiefen bzw. sehr brennstoffreichen Prozesse erfindungsgemäß bei einer Menge von fünfzig Prozent (50%) bis weniger als achtzig Prozent (80%) der stöchiometrischen Sauerstoffmenge betrieben, im Besonderen von zweiundsechzig Prozent (62%) bis achtundsiebzig (78%). Bei solchen ganz besonders bevorzugten Ausführungsformen kann ein wirtschaftlicher Gebrauch des Abgases eines Rußofens zusammen mit der Herstellung von kommerziell wertvollen Rußsorten bzw. -arten erreicht werden. Gemäß bestimmter bevorzugter Ausführungsformen wird Ruß unter Verwendung von vorerhitzter, entwässerter Abgase in einem tiefen brennstoffreichen Verbrennungsprozess in einem Primärverbrennungsverhältnis (PC) von siebzig Prozent (70%) bis weniger als achtzig Prozent (80%) hergestellt. Es wurde gefunden, dass mit solchen bevorzugten Ausführungsformen wahlweise auch geringe Rohmaterialkosten erreicht werden können.
Gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen wird Ruß unter Verwendung von vorerwärmtem bzw. vorerhitztem Abgas, das vorzugsweise entwässert ist, mittels eines tiefen brennstoffreichen Verbrennungsprozess bei einem PC-Verhältnis von weniger als siebzig Prozent (70%) hergestellt. Es wurde gefunden, dass mit solchen bevorzugten Ausführungsformen ein optimaler Produktdurchsatz bei geringsten handhabbaren PC-Verhältnissen erreicht werden kann.
Es wurde gefunden, dass die erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren von Brennkammmerruß bzw. Ofenruß mit einer vorgegebenen Oberfläche bei einer besseren Produktionsökonomie höhere Rußausbeuten erzeugen, und zwar durch Vorwärmen bzw. Vorerhitzen einiger oder sämtlicher Reaktorgasströme auf die höchste handhabbare Temperatur, einschließlich z. B. der Luft und jeglicher Sauerstoff erhöhender Zufuhrströme zum Brenner, jegliches natürliches Gas oder andere zusätzliche Verbrennungsgaszufuhrströme, jeglicher Abgaszufuhr zum Brenner, der Verbrennungsgase, die innerhalb der Brennkammer vom Brenner in den Reaktor geleitet werden und/oder des Kohlenwasserstoffausgangsmaterials. Solche zusätzliche Wärme kann mittels eines Brennstoffheizers, Wärmetauschers, elektrischer Heizelemente und/oder gemäß einer ganz besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Elektrobogens oder einer Plasmaheizeinheit erreicht werden. Gemäß bestimmten bevorzugter Ausführungsformen wird somit eine Plasmaheizung eingesetzt, um den ökonomischen Betrieb des Rußofens zu verbessern, wobei erhitzte, entwässerte Abgase aus der Verbrennungsgaszufuhr eingesetzt wird. Plasmaheizen wird am meisten bevorzugt, um Abgase, die bereits bis zu einem gewissen Grad mittels geeigneten Wärmetauschern erhitzt worden sind, noch stärker zu erhitzen, wie Hochtemperaturwärmetauscher, die am oder nahe an der Austrittstemperatur des Abgases des Rußofens bzw. der Rußbrennkammer betrieben werden. Bezugnehmend auf 1 wird eine Plasmaheizeinheit 84 zum Erhitzen von Abgas in der Zuleitung 42 gezeigt, ehe das Abgas in die Verbrennungskammer 12 eingeleitet wird. Die Plasmaheizeinheit 84 kann zusammen mit oder anstatt einem Schnellheizers (booster heater) 74 eingesetzt werden. Eine Plasmaheizeinheit 86 wird in der Zufuhrleitung 16 zum Erhitzen der Verbrennungsluftzufuhr zur Verbrennungszone 12 gezeigt. In bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen, in denen eine Plasmaheizung zum Aufheizen von Verbrennungsluft eingesetzt wird, kann die Plasmaheizung entweder anstatt oder zusätzlich zum Erhitzen via eines Wärmetauschers 38 eingesetzt werden. In jedem Fall ist es erstrebenswert, einen Wärmetauscher 38 zum Erwärmen der Verbrennungsluftzufuhr via Leitung 88 zum Schnellheizer 74 einzusetzen. Gemäß bestimmten bevorzugten Ausführungsformen wird eine Plasmaheizeinheit 90 zum Vorheizen der zusätzlichen Verbrennungsgaszufuhr via Leitung 20 zur Verbrennungskammer 12 bereitgestellt. Auch kann eine Plasmaheizeinheit 92 verwendet werden, um die Zufuhr der Sauerstoffanreicherung zur Verbrennungskammer 12 via Zuleitung 22 und Ventil 24 aufzuheizen. Auch kann die Plasmaheizeinheit 94 vorgesehen sein, um Verbrennungsgase, die von der Verbrennungskammer 12 zum Reaktor 14 geleitet werden, noch weiter zu erhitzen. Gemäß bestimmten bevorzugten Ausführungsformen wird die Plasmaheizeinheit 96 eingesetzt, um das Kohlenwasserstoffausgangsmaterial (make hydrocarbon feedstock) zu erhitzen, das via Zuleitung 34 zur Brennkammer 10 geleitet wird.
Wie bereits zuvor bemerkt, sind in der Vergangenheit viele Versuche unternommen worden, um die Wirtschaftlichkeit der Herstellung von Ofenruß durch die Verwendung von Abgasen aus der gleichen oder einer verschiedenen Brennkammer als Verbrennungsgas im Brennbereich des Ofens zu verwenden. In den meisten Fällen wurde dabei vorgeschlagen, das Abgas in einer Menge einzusetzen, die bis zum Punkt der stöchiometrischen Mischung mit dem Oxidationsgasstrom reicht. Bislang ist keine kommerziell erfolgreiche Umsetzung bekannt, bei der Abgas in einem brennstoffarmen Verbrennungsprozess eingesetzt wird. Es ist auch nicht bekannt, dass die wenigen Vorschläge, welche die Verwendung von Abgas in einer brennstoffreichen Verbrennung, die auch manchmal als substöchiometrisch bezeichnet wird, zu kommerziell erfolgreichen Verfahren geführt haben. Ein solcher Vorschlag aus dem bereits zuvor erwähnten US-Patent Nr. 3,645,685 von Crouch schlägt die Rückführung von Abgas vor, aus dem der Ruß zuvor noch nicht entfernt worden ist. Im US-Patent Nr. 4,490,346 von Cheng wird vorgeschlagen, Oxidationsgase in Mengen zu verwenden, die nahe dem stöchiometrischen Verhältnis liegen, die durch Zugabe von Verdünnungsgasen, ausgewählt aus Luft und zusätzlichen Abgasen, temperiert werden. Das Cheng-Patent lehrt, dass der Begriff „nahe dem stöchiometrischen Verhältnis" bedeutet, dass die Menge an Oxidationsmittel, das mit dem Brenngasstrom zusammengeführt wird, im Bereich von etwa zwanzig Prozent (20%) derjenigen Menge beträgt, die notwendig ist, um die brennbaren Komponenten im Brenngas vollständig zu verbrennen. Im Gegensatz zu diesen bisherigen erfolglosen Strategien wird nun erfindungsgemäß entwässertes, erhitztes Abgas in einer tiefen brennstoffreichen Verbrennungsstrategie eingesetzt. Tief oder auch sehr brennstoffreich bedeutet, dass die Menge an Oxidationsmittel, das mit dem erhitzten, entwässerten Abgasstrom zusammengeführt wird, weniger als achtzig Prozent (80%) derjenigen Menge entspricht, die zur vollständigen Verbrennung der verbrennbaren Komponenten des Abgases zusammen mit jeglichem zusätzlichen Brenngas verbrannt wird, das zusammen zur Brennkammer des Rußofens eingeleitet wird. Gemäß diesen bevorzugten Ausführungsformen wird ein verbesserter wirtschaftlicher Nutzen erreicht, der für eine erfolgreiche wirtschaftliche Durchführung ausreicht, und zwar durch die Verwendung einer tiefen brennstoffreichen Verbrennungsstrategie, in der ausschließlich Abgase aus dem Rußofen des gleichen oder einer oder mehreren verschiedenen Rußöfen eingesetzt werden, wobei die Abgase erhitzt und entwässert werden, wie dies zuvor offenbart und beschrieben ist und wobei die Abgase wenig oder kein Kohlendioxid enthalten. Im Gegensatz zu bisherigen Vorschlägen, die Kosten und die Komplexität dadurch zu erhöhen, indem Abgase vor der Rückführung in den Brenner einem Ver fahren zur Abtrennung von Kohlendioxid unterworfen werden, wurde nun gefunden, dass die erfindungsgemäße tief brennstoffreiche Verbrennungsstrategie Abgase erzeugt, welche im Wesentlichen kohlendioxidfrei sind. Ohne an die Theorie gebunden zu sein, wird derzeit angenommen, dass Kohlendioxid und Wasser das Kohlenwasserstoffausgangsmaterial unter Bildung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff oxidieren. Die Verwendung von Abgas in einer tief brennstoffreichen Verbrennungsstrategie reduziert die Konzentration dieser Spezies im Ofenabgas substantiell. Ebenso wird der gesamte Sauerstoff aus der Verbrennungsluft und der Sauerstoffanreicherung im Wesentlichen verbraucht. Folglich wurde nun gefunden, dass die Anwendung von erhitztem, entwässertem Abgas in einer tief brennstoffreichen Verbrennungsstrategie die Konzentration von Kohlendioxid und Wasser wesentlich verringert und die Ausbeute an Ruß aus dem Kohlenwasserstoffausgangsmaterial wesentlich erhöht.
Vorzugsweise wird das stärkste erhältliche Abgas, d. h. Abgas, welches den höchsten Heiz- oder Energiewert aufweist, als Verbrennungsgas verwendet. Typischerweise wird z. B. Abgas mit einem hohen Verbrennungswert aus einem Rußofen erhalten, der Ruß mit einer geringen Oberfläche erzeugt, im Besonderen Ruß, welches eine Iodabsorptionszahl von weniger als 60 aufweist.
Dementsprechend wird in bestimmten besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen erhitztes, entwässertes Abgas aus der Produktion von Ruß mit geringer Oberfläche als die alleinige Verbrennungsgaszufuhr zum Brenner eines anderen verschiedenen Rußofens in einer tief brennstoffreichen Verbrennungsstrategie verwendet. Wahlweise wird gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform eine Menge eines zusätz lichen Brennstoffes wie natürliches Gas etc. eingesetzt, um die Verbrennungswärme der gesamten Brennstoffmischung im Brennraum zu erhöhen.
Gemäß bestimmten alternativen Ausführungsformen kann das Kohlendioxid aus dem rückgeführten Abgas entfernt werden. Wahlweise kann eine Druckwechselabsorptionseinheit (pressure swing absorption, PSA) für ein derartiges Entfernen bzw. für ein solches Strippen eingesetzt werden. Wie bereits zuvor festgestellt, ist es ein signifikanter Vorteil bestimmter bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen, die unter einer tief brennstoffreichen Verbrennungsstrategie durchgeführt werden, dass geringe Menge an Kohlendioxid im entstehenden Abgas vorliegen. Durch die Verwendung eines solchen Abgases wird im Rußherstellungsverfahren eine vorteilhafte Verbesserung erreicht, ohne dass die Entfernung von Kohlendioxid aus einem derartigen Abgas notwendig ist.
Eine analytische Berechnung der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen zeigen eine Verringerung der Rohmaterialkosten (RMC) mit einer guten Ausbeute und einer gewünschten Rußoberfläche und gutem Durchsatz. Es wurde gefunden, dass ganz allgemein die Zufuhr von Wärme zum Verbrennungsprozess, wie dies zuvor offenbart ist, in praktisch allen Ausführungsformen die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens verbessert. Es wurde gefunden, dass die Zufuhr von Wärme mittels elektrischem Heizen oder einem Plasmabogen zu einem vorteilhaft hohen Produktdurchsatz bei geringfügig höheren Rohmaterialkosten führt. Eine Serie von berechneten Herstellungsverfahren für Ofenruß ist in der Tabelle 1 weiter unten angegeben. Insbesonders sind sechs Prozesse gezeigt, einschließlich eines Kontrollprozesses „NG", bei dem nur natürliches Gas als Brenngaszufuhr zum Brennofen eingesetzt wur de. Ebenfalls sind fünf erfindungsgemäße Verfahren gezeigt, die erwärmtes, entwässertes Abgas aus einem Brennofen einsetzen, der Ruß einer geringen Oberfläche erzeugt. Vier von diesen fünf Beispielen verwenden eine tief brennstoffreiche Verbrennungsstrategie ohne zusätzliches natürliches Gas. Diese vier Verfahren sind als „DFROG-1" bis „DFROG-4" aufgelistet. Im letzten der fünf erfindungsgemäßen Verfahren, das als FROG-5 aufgelistet ist, wird erhitztes, entwässertes Abgas aus einem Brennofen verwendet, der Ruß mit niedriger Oberfläche erzeugt, wobei auch hier kein zusätzliches natürliches Gas eingesetzt wird. Alle relevanten Prozess- bzw. Verfahrensparameter sind für die in Tabelle 1 verglichenen sechs Verfahren gleich. In allen Fällen wird das Abgas bis auf einen Wassergehalt von fünf Prozent (5%) entwässert. Bei den in Tabelle 1 angegebenen Verfahren wird davon ausgegangen, dass sie Ruß des Typus N339 erzeugen. In allen in Tabelle 1 angegebenen Verfahren wird als Oxidationsgas auf 550°C vorerwärmte Luft eingesetzt. Höhere Vorwärmtemperaturen, wie sie zuvor beschrieben sind, werden vorzugsweise unter Verwendung kommerziell erhältlicher Heizeinrichtungen erzeugt. In den tief brennstoffreichen Abgasverfahren wird der Luft zur Anreicherung Sauerstoff zugesetzt, um die in Tabelle 1 angegebenen Sauerstoffprozentgehalte zu erreichen. Wie daraus entnommen werden kann, erhöhen sich die Rohmaterialkosten bei steigendem Sauerstoffgehalt. In Tabelle 1 (ebenso wie in Tabelle 2) sind die angegebenen Rohmaterialkosten (RMC) in Werten angegeben, die bezüglich der Rohmaterialkosten des Vergleichprozesses „NG" normalisiert sind. Somit betragen die Rohmaterialkosten des Kontrollbeispieles „NG" 100% und beispielsweise die Rohmaterialkosten für DROG-4 (bei einer primären Verbrennungsrate von achtundsiebzig Prozent (78%)) betragen nur 69,6% der Rohmaterialkosten im Vergleich zum Kontrollbeispiel „NG". Jedes der vier tief brennstoffreichen Abgasverfahren und des FROG-5-Verfahrens zeigen Rohmaterialkosten, die wesentlich geringer sind als die Rohmaterialkosten des Verfahrens mit natürlichem Gas. Das primäre Verbrennungsverhältnis ist für jedes der fünf Verfahren angegeben. Das natürliche Gas wird in einem brennstoffarmen Verfahren bei einem primären Verbrennungsverhältnis von 125 durchgeführt, wohingegen die tief brennstoffreichen Abgasverfahren bei einem primären Verbrennungsverhältnis durchgeführt werden, das von fünfundsechzig (65) bis achtundsiebzig (78) Prozent und das FROG-5-Verfahren bei einem Verhältnis von fünfundachtzig Prozent (85%) des stöchiometrischen Verhältnisses durchgeführt wird. Das Abgas, das in allen der tief sauerstoffreichen Abgasverfahren eingesetzt wurde, war mittels elektrischer Heizelemente auf eine Temperatur von 550°C vorgewärmt. Bei der Berechnung der Prozesse wurde ein Preis für das natürliche Gas von 0,10 US$ pro Normalkubikmeter (Nm³), ein Sauerstoffpreis von 0,06 US$/Nm³ und für das Kohlenwasserstoffausgangsmaterial zur Rußherstellung ein Preis von 0,11 $/kg und ein Elektrizitätspreis von 0,045 US$/KWh zugrunde gelegt. Ein Fachmann erkennt, dass unterschiedliche Preise auch unterschiedliche optimale Verfahrensbedingungen ergeben, wobei bei den zugrunde liegenden Preisen die folgende Tabelle 1 deutlich zeigt, dass die Verwendung von entwässerten, erwärmten Abgasen in einer tief brennstoffreichen Verbrennungsstrategie ohne zusätzliche Zuführung von Verbrennungsgas zu den geringsten Kosten in Rohmaterial für die Herstellung eines vorgegebenen Grades bzw. Typus von Ruß und vorgegebenen Durchsatz führt. Es muss gewürdigt werden, dass eine weiter erhöhte Ausbeute durch das Entfernen von Kohlendioxid aus dem Abgas erreicht werden kann. Diesbezüglich hat es sich gezeigt, dass die Verwendung von Abgas als eine Verbrennungsgaszufuhr zu einem Brenner eines Rußofens wirtschaft lich erfolgreich ist, ohne Kapital und Betriebskosten der Kohlendioxidentfernung zu beeinträchtigen. Im Allgemeinen können solche Kosten die potentielle höhere Ausbeute übersteigen, die ein geringerer Kohlendioxidgehalt erzeugt hätte.
Es ist ein Vorteil von zumindest bestimmten bevorzugten Ausführungsformen, dass eine Sauerstoffanreicherung in der Oxidationsgaszufuhr zum Brenner durchgeführt werden kann, um den Durchsatz zu erhöhen sowie eine zusätzliche Kontrolle der Rußqualität bereitzustellen, einschließlich der Oberfläche und der Struktur. Trotz der in Tabelle 1 angegebenen höheren Rohmaterialkosten erzeugt der Einsatz einer Sauerstoffanreicherung im Oxidationsgasstrom gemäß bestimmter bevorzugter Ausführungsformen einen signifikanten zusätzlichen wirtschaftlichen Vorteil. Anstatt oder zusätzlich zum Einsatz der Sauerstoffanreicherung kann ebenso die Verwendung von eigenem Abgas aus dem Rußofen dadurch erleichtert werden, dass ein zusätzlicher Brennstoff verwendet wird, wie z. B. natürliches Gas etc., und/oder ein zusätzliches Erhitzen des Abgases, des Oxidationsgases, des Kohlenwasserstoffausgangsmaterials oder sogar des Verbrennungsgases, das im Brenner erzeugt wird, und zwar im Besonderen durch die Verwendung von Elektrizität, z. B. in einer Plasmaheizeinheit. Eine derartige zusätzliche Flexibilität zusammen mit der zusätzlichen Kontrolle über die Produktqualitäten kann in bestimmten bevorzugten Ausführungsformen die etwas höheren Rohmaterialkosten rechtfertigen, insbesonders da Rohmaterialkosten gemäß der vorliegenden Erfindung wesentlich reduziert werden.
Tabelle 1 Kontrollverfahren unter Verwendung von natürlichem Gas sowie Verfahren unter Verwendung von Abgas
Die folgende Tabelle 2 zeigt ein Experiment in einer Pilotanlage, bei dem drei Ofenruß erzeugende Verfahren verglichen werden. In den ersten beiden wird natürliches Gas als Verbrennungsgaszufuhr eingesetzt. Im Verfahren „NG arm" wird natürliches Gas in einer brennstoffarmen Verbrennungsstrategie eingesetzt. Beim Verfahren „NG tief reich" wird natürliches Gas in einer tief brennstoffreichen Verbrennungsstrategie bei 70%, und im Prozess „OG tief brennstoffreich" wird erhitztes, entwässertes (5% H₂O) Abgas (aus dem Ruß gemäß der vorliegenden, zuvor beschriebenen Erfindung im Wesentlichen entfernt worden ist) eingesetzt, und zwar in einer tief brennstoffreichen Verbrennungsstrategie bei 75%. Der NG tief reiche Prozess war ein tief brennstoffreicher Prozess zum Zwecke des Vergleichs. In der folgenden Tabelle 2 bedeutet OC der Gesamtverbrennungslevel. In allen Fällen wurde Ruß des Typus N339 erzeugt.
Tabelle 2 Experimenteller Vergleich in einer Pilotanlage
Wie sich entnehmen lässt, sind die Rohmaterialkosten für den erfindungsgemäßen tief brennstoffreichen Abgasprozess im Vergleich zu demjenigen Prozess wesentlich reduziert, in dem natürliches Gas als Zufuhr in den Brenner eingespeist wird. Im besonderen Maße wird dies dennoch unter Einsatz der Sauerstoffanreicherung in der Oxidationsgaszufuhr zum Brenner erreicht. Es ist auch zu erwähnen, dass das Abgas gemäß den Prinzipien der hier offenbarten Erfindung auf eine Temperatur von 577°C vorerwärmt wurde. Besonders vorteilhafterweise wurden auch die geringeren Materialkosten im erfindungsgemäßen tief brennstoffreichen Abgasprozess erreicht, der in Tabelle 2 angegeben ist, wobei gleichzeitig signifikant höhere Ausbeuten in jedem der natürlichen Gasprozesse erreicht worden sind. Im Besonderen war die Ausbeute im „OG tief brennstoffreichen Prozess" von 19,7% höher als diejenige im „NG armen Prozess" und war im Wesentlichen größer als die Ausbeute des „NG tief reichen Prozesses". Auf diese Weise wurden im Vergleich zum Prozess mit natürlichem Gas höhere Ausbeuten bei verringerten Materialkosten erreicht, wobei im Wesentlichen das gleiche Rußprodukt erzeugt worden ist.
Unter Berücksichtigung der vorliegenden Offenbarung wird der Fachmann sofort erkennen, dass durch die Verwendung einer Plasmaheizung, wie sie hier offenbart ist, wesentliche Vorteile erreicht werden, d. h. dem Plasmaheizen von rückgeführten Abgas und/oder Abgasrecycling (wobei hier wieder der Begriff „Recycling" die Verwendung im gleichen oder verschiedenen Rußofen bedeutet), im Vergleich zum Verbrennen in „Flairs" oder Verbrennungsöfen. Aufgrund der höheren Rußausbeuten wird in bestimmten Ausführungsformen des Prozesses weniger Kohlenwasserstoffausgangsmaterial verbraucht.
Aus der vorausgehenden Beschreibung entnimmt der Fachmann, dass ein signifikanter Vorteil durch die hier beschriebene Erfindung erreicht wird. Verschiedene Modifikationen und Zusätze vom zuvor beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Ofenruß sind dem Fachmann unter Ausnutzung dieser Offenbarung erkenntlich. Ebenso sind Modifikationen und Zusätze, die in den Umfang der Beschreibung fallen, werden als im Rahmen der Erfindung liegend betrachtet und von den folgenden Ansprüchen mit umfasst.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Ofenruß, bei dem Abgas aus einem Rußofen entwässert und erhitzt wird, nachdem der Ruß im Wesentlichen daraus entfernt worden ist, und als Verbrennungsgas-Beschickungsstrom in einen Brennerabschnitt desselben oder eines anderen Rußofen unter Anwendung einer sehr brennstoffreichen Verbrennungsstrategie eingeführt wird, bei der die Menge des Oxidationsmittels, das mit dem erhitzten, entwässerten Abgasstrom kombiniert wird, weniger als 80% der Menge beträgt, die erforderlich ist, um die verbrennbaren Komponenten des Abgases zusammen mit einem mit diesem in den Brennerabschnitt des Rußofens eingeführten ergänzenden Brennstoffgas vollständig zu verbrennen.
Verfahren zur Herstellung von Ofenruß nach Anspruch 1, bei dem das erhitzte, entwässerte Abgas unter Anwendung einer sehr brennstoffreichen Verbrennungsstrategie ohne andere Brennstoffgas-Beschickungsströme in den Brenner verwendet wird.
Verfahren zur Herstellung von Ofenruß nach Anspruch 1, bei dem das erhitzte, entwässerte Abgas durch Druckwechselabsorption entwässert wird.
Verfahren zur Herstellung von Ofenruß nach Anspruch 1, bei dem das Abgas nach der Entfernung des Rußes und vor dem Einführen in den Brenner einer Plasmaerhitzung unterworfen wird.
Verfahren zur Herstellung von Ofenruß nach Anspruch 1, bei dem ein Oxidationsmittel-Gasbeschickungsstrom, der in den Brenner eingeführt wird, vor dem Einführen in den Brenner einer Plasmaerhitzung unterworfen wird.
Verfahren zur Herstellung von Ofenruß nach Anspruch 1, bei dem das Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial vor dem Einführen in den Ofen einer Plasmaerhitzung unterworfen wird.
Verfahren zur Herstellung von Ofenruß nach Anspruch 1, bei dem die Verbrennungsgase, die durch Verbrennung des erhitzten, entwässerten Abgases mit einem Oxidationsmittelgas-Beschickungsstrom gebildet werden, einer Plasmaerhitzung unterworfen werden, bevor sie mit dem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial in dem Reaktor des Rußofens in Kontakt gebracht werden.
Verfahren zur Herstellung von Ofenruß nach Anspruch 1, bei dem der Oxidationsmittelgas-Beschickungsstrom, der in den Brenner eingeführt wird, Luft und eine Sauerstoff-Anreicherung umfasst, wobei die Sauerstoff-Anreicherung durch Anwendung eines Druckwechsel-Adsorptionsverfahrens erzeugt wird.