DE976236C

DE976236C - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Russ

Info

Publication number: DE976236C
Application number: DEP3740A
Authority: DE
Inventors: Joseph Charles Krejci
Original assignee: Phillips Petroleum Co
Current assignee: Phillips Petroleum Co
Priority date: 1941-12-22
Filing date: 1950-09-29
Publication date: 1963-05-16
Also published as: US2375795A; FR938796A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Ruß Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Ruß durch unvollständiges Verbrennen kohlenstoffhaltiger Gase und Dämpfe oder/und durch Spalten derselben unter Kontakt mit heißen Gasen.
Die meisten Ha.ndelsrußsorten werden bis heute nur nach sehr wenigen Verfahren hergestellt. Diese Rußsorten können nach ihrem Verhalten in Kautschukmischungen und vulkanisiertem Kautschuk in verschiedene Klassen eingeteilt werden. Eine weiche Rußsorte führt bei Zugabe zu einer herkömmlichen Kautschukmischung zu einem Vulkanisationsprodukt, das weicher, elastischer und dennoch zäh ist, während ein harter Ruß in der gleichen Kautschukmischung steifere, zähere und weniger elastische Vulkanisate liefert.
Diese zwei Arten von Ruß kann man im wesentlichen als Grenzfälle betrachten. Die meisten der hergestellten Rußsorten ergeben dazwischenliegende Härteeigenschaften des Vulkanisats.
Nach dem bekannten Kanalverfahren erhält man eine harte Rußsorte, die sich besonders zur Herstellung von Kraftfahrzeugreifen eignet, die hohe Abriebfestigkeit und weitere gute physikalische Eigenschaften aufweisen. Die Rußausbeute beim Kanalverfahren beträgt jedoch nur etwa 3,5°/o, des aufgegebenen Kohlenstoffes. Einige andere Bußherstellungsverfahren ergeben zwar höhere Erträge an Kohlenstoff als das Kanalverfahren, aber im wesentlichen sind diese Rußarten weicher und weniger zur Herstellung von Qualitätsreifen geeignet. Diese Rußarten finden jedoch andere und mannigfache Anwendungen.
Die Schwierigkeit bei der Rußherstellung durch unvollständige Verbrennung oder durch thermische Zersetzung in einer Reaktionskammer liegt im wesentlichen darin, daß einmal eine gute Durchmischung der miteinander reagierenden Gase erreicht werden muß, um eine hohe Ausbeute an Ruß mit einwandfreier Qualität zu erhalten, während andererseits der Reaktionsgasstrom möglichst geschlossen und ohne Berührung mit der Wandfläche der Reaktionskammer durch diese geführt werden muß, um eine Ablagerung von Ruß an der Wandfläche zu verhindern, die in relativ kurzer Zeit die Notwendigkeit ergeben würde, die Herstellung zu unterbrechen und die Kammer zu reinigen.
Es sind eine Reihe vori Verfahren und Vorrichtungen zur Rußherstellung bekannt, bei denen die beim allgemeinen Brennerbau bekannte Sekundärgaszuführung in Form eines Gasmantels um die Primär-Brennerflamme verwendet wird, um einen Schutzgasmantel um den eigentlichen Reaktionsgasstrom in der Reaktionskammer zu legen. Kohlenwasserstoff und/oder Luft als Schutzgas bei Verfahren zur Rußherstellung sind bekannt.
Bei diesen bekannten Verfahren strömt jedoch das Schutzgas parallel zum Reaktionsgasstrom. Wenn bei dieser Anordnung die Strömungsgeschwindigkeiten des Reaktionsgases und des Schutzgases etwa gleich sind und das Reaktionsgas laminar strömt, wird eine Vermischung beider Gasströme relativ Zweitgehend verhindert. In diesem Falle ist jedoch die Umsetzung im Reaktionsgasstrom relativ ungenügend, da nur eine relativ geringe Durchwirbelung stattfindet. Wenn, was z. B. durch entsprechende, vom Brennerbau bekannte Ausbildung der Düse möglich ist, der Reaktionsgasstrom stark durchwirbelt wird, überträgt sich diese Turbulenz auf den Schutzgasstrom, und es tritt sehr schnell eine Vermischung des Schutzgases mit dem Reaktionsgas ein. Diese Erscheinung wird beim Bau von Brennern, z. B. Ölbrennern, mit Sekundärgaszuführung allgemein ausgenutzt, um eine möglichst gleichförmige vollständige Reaktion der gesamten zugeführten Gase in einer möglichst kurzen Flamme zu erreichen.
Mit diesen bekannten Vorrichtungen läßt sich daher die oben geschilderte kombinierte, nur bei der Rußherstellung gegebene Aufgabe - einmal möglichst intensive Durchwirbelung des Reaktionsgasstromes und zum anderen möglichst weitgehende Verhinderung einer Durchmischung des Schutzgasstromes mit dem Reaktionsgasstrom - nicht lösen.
Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen, bei der beide Erfordernisse in zufriedenstellendem Maße erfüllt werden. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der trennende Schutzgasstrom in einer schraubenförmigen Bewegung um den Reaktionsgasstrom gehalten wird, wobei der Schutzgasstrom aus heißen Verbrennungsgasen oder einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas oder einer Mischung eines derartigen Gases mit gasförmigen Brennstoffen besteht, und daß die Reaktionsprodukte in an sich bekannter Weise gekühlt werden und der gebildete Ruß aus dem Restgas abgeschieden wird.
Die schraubenförmige Strömung des Schutzgases kann auf beliebige, dem Fachmann geläufige Art erreicht werden. Vorzugsweise wird das Schutzgas tangential wenigstens im Bereich der Reaktionsgaszuführung in die Reaktionskammer aufgegeben.
Der Kohlenwasserstoffbestandteil des Schutzgases kann die gleiche Zusammensetzung wie der in die Kammer eingeführte Kohlenwasserstoffbestandteil des Reaktionsgases aufweisen. Vorzugsweise ist die Zusammensetzung des Schutzgases jedoch so, daß der Anteil an freiem Sauerstoff ausreicht, um eine vollständige Verbrennung des Schutzgases in der Reaktionskammer zu ermöglichen. Dabei können die Bestandteile des Schutzgases, nämlich der gasförmige Brennstoff und der Sauerstoffträger, vorzugsweise Luft, nach einer getrennten Vorerhitzung auf eine Temperatur zwischen 530 und i3oo° C, vorzugsweise etwa iioo° C, kontinuierlich gemischt werden.
Die Reaktionsvorgänge in der Reaktionskammer werden vorzugsweise so eingestellt, daß die Temperatur in der Reaktionskammer zwischen iioo und i8oo° C gehalten wird.
Das Reaktionsgas wird in die Kammer vorzugsweise mit einer solchen Geschwindigkeit zugeführt, daß dessen Verweilzeit in der Reaktionskammer weniger als i Sekunde beträgt. Das Reaktionsgas kann z. B. dadurch hergestellt werden, daß Gasöl in vorerhitztes Erdgas eingeführt und dadurch verdampft wird. Dabei kann das Gasöl dem Erdgas während seiner Überleitung aus einem Vorerhitzer zur Reaktionskammer zugeführt werden. Das Reaktionsgas wird vorzugsweise auf etwa iioo° C vorerhitzt.
Vorzugsweise enthält das Reaktionsgas ein im Normalzustand flüssiges, Kohlenwasserstoffe aufweisendes Öl.
Durch die erfindungsgemäße Führung des Schutzgasstromes in einer schraubenförmigen Bewegung an .der Wandung der Reaktionskammer um den Reaktionsstrom herum wird einmal eine sehr günstige Strömungsführung des Reaktionsgasstromes selbst erreicht, während andererseits der Schutzgasstrom geschlossen die Kammerwand abdeckt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine außerordentlich günstige Reaktion und damit eine hohe Ausbeute an Ruß mit hervorragender Qualität erreicht. Es ist möglich, die Bedingungen des Verfahrens entsprechend den gewünschten Eigenschaften des herzustellenden Rußes zu variieren. Es können durch entsprechende Änderungen der Temperatur- und Strömungsbedingungen, insbesondere der Strömungsgeschwindigkeiten und der Zusammensetzung der Gase, die Reaktionsbedingungen in weiten Grenzen abgewandelt werden, ohne daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichte hohe Wirtschaftlichkeit der Anlage und die hohe Qualität des erzeugten Rußes beeinträchtigt wird, wobei jedoch der schraubenlinienförmige Verlauf des die Kammerwand abdeckenden Schutzgasstromes aufrechterhalten werden muß.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einer langgestreckten Reaktionskammer mit einer feuerfesten, wärmeisolierten Wandung, an der an einer Stirnseite eine Zuführöffnung für das Reaktionsgas zentral und axial angeordnet ist, wobei wenigstens ein im Bereich der Reaktionsgaszuführung tangen.-tia1 zum Innenumfang mündender Einlaß für das Schutzgas vorgesehen ist. Am Ende der Reaktionszone ist eine Vorrichtung zum Abkühlen des erzeugten Rußes unter Reaktionstemperatur und eine Vorrichtung zum Abtrennen des Rußes aus dem Restgas angeordnet. Die Zuführung des Reaktionsgases erfolgt vorzugsweise in einem nach der Reaktionskammer zu offenen inneren Ringraum mit geringerem Durchmesser als dem der Reaktionskammer, wobei eine Zuführung für Schutzgas tangential an den Innenumfang dieses inneren Ringraumes vorgesehen sein kann.
Es können auch mehrere tangential an den Innenumfang der Reaktionskammer mündende Zuführöffnungen für das Schutzgas über die Länge der Reaktionskammer verteilt angeordnet sein.
Die Reaktionskammer kann in zwei Teile unterteilt sein, wobei der von der Zuführvorrichtung für das. Reaktionsgas mit zunächst gleichbleibendem Querschnitt sich erstreckende erste Teil vor seinem Übergang in den zweiten Teil konisch verengt ist, während sich der zweite Teil an diesen verengten Teil anschließt. Die konische Verengung zwischen dem ersten und zweiten Teil der Reaktionskammer besteht vorzugsweise aus einem besonders hitzebeständigen Einsatzstück. Die die Teilung der Reaktionskammer bewirkende konische Verengung liegt vorzugsweise etwa in der Mitte der Reaktions-Kammer. Dabei kann hinter der konischen Verengung am Anfang des zweiten Teiles der Brennkammer wenigstens eine weitere, tangentia1 an den Innenumfang mündende Zuführung für Schutzgas vorgesehen sein.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Brennstoffgemisch, z. B. Erdgas und Luft, mit entsprechender Geschwindigkeit durch eine oder mehrere, vorzugsweise tangentiale Zuführungen in die Reaktionskammer so. eingeführt, daß die Flamme schraubenförmig entlang der Innenfläche der Kammer verläuft und einen Schutzgasmantel über die ganze Länge der Kammerwand bildet. Die Geschwindigkeiten des einströmenden Schutzgases können sich in weiten Grenzen ändern, aber sie müssen notwendigerweise ziemlich hoch sein, falls als Schutzgas eine Mischung von gasförmigem Brennstoff und Luft in einem explosiblen Verhältnis dient. In diesem Falle muß die Strömungsgeschwindigkeit dieses Gemisches schneller als die lineare Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Flamme im Brennstoffgemisch sein, um ein Zurückschlagen der Flamme zu verhüten. Es wurde ermittelt, daß diese Geschwindigkeit der schraubenförmigen Schutzgasströmung zwischen 9 m/Sek. und darunter und 6o m/Sek. und darüber liegen kann. Bei einem Versuch wurden beste Ergebnisse mit einer Schutzgasgeschwindigkeit im Bereich von 30 bis 45 m/Sek. erzielt. Wenn Luft allein als Schutzgas verwendet wird, läßt sich ein Niederschlagen von Kohlenstoff auf die Kammerwand sogar bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten sicher verhindern.
Es hat sich herausgestellt, daß man die Zusammensetzung des Schutzgases weitgehend ändern kann, und zwar von Luft allein über das theoretische Gemisch von brennbarem Gas und Luft bis zu einem sauerstoffärmeren als dem theoretischen Gemisch, vorausgesetzt, daß das Gemisch nicht so viel Überschuß an Brennstoffen enthält, daß eine Kohlenstoffablagerung auf der Kammerinnenwand auftritt.
Die Schutzgasgeschwindigkeit soll so hoch sein, d.aß durch die Zentrifugalkraft ein Schutzgasmantel an der Kammerinnenwand aufrechterhalten bleibt. Der schraubenförmige Schutzgasstrom geht von der vorzugsweise tangentialen Zuführung im Bereich des Reaktionsgaseintritts bis zum Auslaßende der Reaktionskammer auf einer schraubenlinienförmigen Bahn in unmittelbarer Nähe der Innenwand der Reaktionskammer und bildet hierbei die im wesentlichen ununterbrochene Schicht bzw. den Mantel aus der Flamme und den Verbrennungsprodukten des Schutzgases an der Innenwand.
Eine gasförmige Kohlenstoffverbindung, z. B. Erdgas, oder ein Gemisch eines oder mehrerer solcher Gase wird mit einem gasförmigen Sauerstoffträger mit einer für eine vollständige Verbrennung unzureichenden Menge Sauerstoff als Reaktionsgas durch eine Einspritzöffnung axial in die Reaktionskammer eingeführt.
Werden der Kohlenstoff- und der Sauerstoffträger bereits vor Einführung in die Reaktionskammer gemischt und kann daher der Sauerstoffträger nicht als vorüberhitzter Reaktionspartner die zur Einleitung der Reaktion bzw. Spaltung erforderliche Wärme zuführen, so kann. diese erforderliche Reaktionswärme durch das Schutzgas geliefert werden. Wird der Sauerstoffträger mit der gasförmigen Kohlenstoffverbindung erst in der Einspritzöffnung gemischt, so muß diese hinreichend groß sein, um die Komponenten wirksam zu mischen, jedoch nicht so groß, daß die Verweilzeit des Reaktionsgases in der Einspritzöffnung so lang ist, daß die Spaltung in merklichem Umfang schon hier verläuft und zu einer wesentlichen Ablagerung von Ruß führt.
Versuche, bei denen als Sauerstoffträger Luft verwendet wurde, ergaben, daß Verweilzeiten von weniger als o,oo5 Sekunden in der Mischzone der Einspritzöffnung ausreichen, während eine vorzeitige Kohlenstoffablagerung in der Regel verhindert wurde, wenn die gasförmigen Kohlenstoffverbindungen und die Luft auf eine Temperatur von annähernd iioo° C vorerhitzt wurden, wobei das Gas ein Erdgas mit 5,9 kg Kohlenstoff pro Nms war.
Die Vorerhitzung kann in einem Röhrenofen oder in einem anderen Wärmetauscher geeigneter Konstruktion erfolgen, der die Gase gleichförmig auf vorbestimmte Temperaturen im Bereich von 5oo bis 16oo° C und darüber erhitzt, so daß die Reaktion gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren genau geführt werden kann. Es wurden auch Versuche durchgeführt, bei denen die Komponenten des Reaktionsgases der Mischerzone in der Einspritzöffnung im wesentlichen bei Atmosphärentemperatur, d. h. ohne Vorerhitzung, zugeführt wurden. Die Rußerträge waren unter diesen Bedingungen höher als bei bekannten Verfahren. Trotzdem ist aber die Vorerhitzung der Reaktionsgase vorzuziehen, um maximale Rußerträge zu erzielen.
Bei einem Versuch, bei dem das gleiche Erdgas sowohl- als Brennstoffkomponente des Schutzgases als auch des Reaktionsgases verwendet wurde, enthielt das Schutzgas zum Freihalten der Kammerwand von Ruß mindestens 25 bis 40'/o mehr Erdgas, als mit dem Reaktionsgas zugeführt wurde. Der Betrag an Schutzgas, der erforderlich war, um Rußablagerungen zu verhüten, nahm zu mit der Abnahme des Verhältnisses von Sauerstoffträger zu Kohlenstoffträger im Reaktionsgas. Bei diesem Versuch betrug die Verweilzeit in der Reaktionskammer annähernd o,i Sekunden. Wenn sich auch diese Verweilzeit von ungefähr o,i Sekunden bewährt hat, so wurde doch gefunden, daß die Verweilzeit, abhängig von anderen Bedingungen, zwischen o,oo5 und 0,4 Sekunden oder sogar bis zu i Sekunde variiert werden kann und dabei doch hohe Ausbeuten an hochwertigem Ruß erhalten werden können. Auch die Temperatur in der Reaktionskammer kann in weiten Grenzen variieren. So wurde z. B. die Temperatur der Kammer im obigen Versuch in dem Bereich von iioo bis 18oo° C variiert. Gute Ausbeuten an ausgezeichnetem hartem Ruß wurden bei Temperaturen zwischen 125o und 1450° C erzielt, wenn auch Kammertemperaturen von 1700 und von i2oo° C schon zufriedenstellende Ausbeuten lieferten. Bei allen erwähnten Temperaturen und Temperaturbereichen waren die Rußausbeuten höher als bei bekannten Verfahren.
Die hier erwähnte, schraubenlinienförmige Schutzgasströmung dient verschiedenen Zwecken, und ihre richtige Einstellung ermöglicht ein kontinuierliches Arbeiten der Vorrichtung, ohne daß sich Ruß an den Kamtnerwandungen ablagert. Die Reaktionskammer muß auf einer verhältnismäßig hohen Temperatur gehalten werden, um die Reaktien stattfinden zu lassen. Beim Einleiten eines Gas- und Luftgemisches als Schutzgas durch tangentiale Zuführungen bedeckt ein Flammenmantel die Wandungen, und ein Ablagern von Ruß wird durch Verbrennen und/oder die Wassergasreaktion verhütet. Noch wichtiger ist, daß die tangential zugeführten Gase, die die Wände abdecken, als mechanische Schutzsicht wirken und einen Kontakt der Reaktionsgase mit der Kammerinnenwand verhindern.
Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens werden im nachfolgenden an Hand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. i zeigt einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Reaktionskammer entlang der Linie i-i in Fig. 2; Fig. 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. i ; Fig.3 zeigt, teilweise im Schnitt entlang der Linie 3 in Fig@4, eine Seitenansicht auf eine andere Ausführungsform der Reaktionskammer; Fig.4 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 3.
Bei den in den Zeichnungen dargestellten Vorrichtungen besitzt die zylindrische Reaktionskammer i o ein Futter i i aus hochhitzebeständigem Material wie Sillimanit oder Tonerde. Zwischen diesem hitzebeständigen Futter i i und dem zylindrischen Stahlmantel 13 befindet sich eine Isolationsschicht 12. Das Verhältnis der Länge zum Durchmesser der Kammer ist nicht entscheidend. Es wurde gefunden, daß Verhältnisse für Länge zu Durchmesser von 2 bis io gute Ergebnisse geben. Die Kammer ist gemäß Fig. i und 2 mit einem Schutzgaseinlaß 15 ausgerüstet, der sich durch die Kammerwand hindurch erstreckt und etwa tangential an deren Innenumfang in einer ovalen Öffnung mündet, so daß das durch diese hereinströmende Schutzgas in die Reaktionskammer tangential zur zylindrischen Innenfläche der Kammer und senkrecht zu ihrer Längsachse eintritt. Die Temperatur innerhalb der Kammer kann durch eine oder mehrere Öffnungen 2o gemessen werden. Am Einlaßende ist die Kammer mit einer Reaktionsgaseinspritzöffnung 16 ausgerüstet, die in der Kammerlängsachse liegt. Wenn nur ein Gas an der Einspritzöffnung zugeführt wird, besteht diese aus einem durch den Stahlmantel 13, die Isolation 12 und das hitzebeständige Futter i i geführten Rohr. Werden dagegen als Reaktionsgas zwei Gase getrennt zugeführt, ,benutzt man ein gabelförmiges Rohrstück i9, wobei eines der Gase durch den Rohrzweig 17 und das andere Gas durch den Rohrzweig i8 der Einspritzöffnung 16 zugeführt wird, die in diesem Falle auch als Mischrohr dient. Den Gabelrohren 17, 18 werden über Rohre 2i aus dem nicht dargestellten Vorheizofen die Komponenten des Reaktionsgases zugeführt.
Fig. 3 und 4. zeigen eine Reaktionskammer, die im wesentlichen der in Fig. i und 2 dargestellten ähnlich ist. Dabei sind jedoch zwei bzw. drei zusätzliche, tangentiale Schutzgaszuführungen 15 vorgesehen, die eine fast gleichförmige Verteilung des Schutzgases und damit der Wärme über die ganze Kammerlänge gestatten und zusätzlich den. Gesamtbrennstoffbedarf, um die Kammerwandungen frei von Kohlenstoff zu halten, um ungefähr 30'/m verringern. Wenn zwei oder mehr Schutzgaszuführungen 15 verwendet werden, brauchen diese nicht notwendig von gleicher Größe zu sein. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, am Einlaßende der Kammer eine größere Schutzgasmenge einzuführen und verschiedene kleinere Zuführungen über dieLänge derKammer anzuordnen.
Beider in Fig. 3 und.4dargestellten Ausführungsform weist ein Abschnitt der Kammerinnenwand eine konische Form 22 auf, um die gegenseitige Beeinflussung des Reaktionsgases mit dem Schutzgas zu verbessern.
Die Anordnung eines inneren Ringraumes 23 rund um die Einspritzöffnung 16 und die tangentiale Einführung von Schutzgas mittels eines Rohres 24 in den inneren Ringraum 23 nach Fig. 3 und q. hat sich als geeignete Maßnahme zur Verhütung von Kohlenstoffablagerung auf der Kammerrückwand erwiesen. Durch die Zentrifugalkraft infolge der tangentialen Bewegung breitet sich die Luft beim Austreten aus dem inneren Ringraum 23 aus und deckt die Kammerrückwand ab, so daß das Reaktionsgas nicht mit der Wand in Berührung kommt. Der äußere Ringraum 26, der an der Außenseite der Ringwand 25 liegt, kannn gegebenenfalls mit einem hitzebeständigen Material ausgefüllt sein.
Die Reaktionsprodukte strömen aus dem der Reaktionsgaszuführung gegenüberliegenden offenen Ende der Reaktionskammer ab und werden unmittelbar abgekühlt. Es wurde festgestellt, daß eine Wasserzerstäubung hinreichend Wärme absorbiert, um die Produkte auf eine Temperatur abzukühlen, bei der Ruß nicht mehr reagiert. Ein Wasserzerstäuber 14 ist schematisch in den Fig. i und 3 angedeutet.
Die in den Zeichnungen dargestellte Reaktionskammer braucht z. B. nicht notwendigerweise zylindrisch zu sein, sondern kann oval oder sogar rechteckig bis quadratisch sein. Falls eine kleine Kammer Verwendung findet, kann nur eine tangentiale Schutzgaszuführung, bei größeren Kammern zwei oder mehr vorgesehen sein. Werden mehrere Schutzgaszuführungen verwendet, so können diese längs der Kammer oder am Einlaßende rund um die Kammer verteilt sein. Es kann dann wünschenswert sein, dem Schutzgas einen Bewegungsimpuls stromabwärts der Kammer zu erteilen, indem die Zuführungen mit einem Winkel kleiner als 9o° gegen die Längsachse der Kammer gerichtet werden. Auch die Zuführöffnungen können beliebige, z. B. runde, ovale oder rechteckige Gestalt aufweisen. Eine rechteckige Zuführung hat gegenüber der runden den Vorteil, daß ein größerer Teil des Schutzgasstromes tangential an der Innenfläche der Kammer eintritt. Dies gilt insbesondere für Zuführungen mit großem rechteckigem Querschnitt, bei denen die längere Seite des Querschnittes parallel zur Kammerlängsachse liegt. Auch kann eine große Anzahl tangentialer Zuführöffnungen imKammerfutter vorgesehensein, und diese können mit Schutzgas aus einem das Futter umgebenden, ringförmigen Zwischenraum gespeist werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine einzige rechtwinklige Zuführung, die sich über die ganze Kammerlänge erstreckt, benutzt werden.
Die die Kammer io verlassenden Produkte können auf übliche Weise gekühlt werden, z. B. durch Mischen mit einem kühlen, inerten Gas, wie Stickstoff, oder durch Einsprühen von Wasser. Die Einführungsstelle der Kühlgase oder des Sprühwassers hängt von der mindest erforderlichen und der noch statthaften Verweilzeit des Rußes im heißen Restgas ab. Ist eine besondere Abschreckkammer für jede Reaktionskammer vorgesehen, so sollte diese vorzugsweise etwa den gleichen Durchmesser wie die Kammer selbst aufweisen und gleichachsig mit dieser liegen. Bei dieser Anordnung kann sich der schraubenförmige Schutzgasstrom bis in die Abschreckkammer hinein erstrecken und das Restgas mit dem Ruß im Kern halten, ohne daß dieser vor der Kühlung feste Flächen berührt.
Es können auch andere Sauerstoffträger als Luft beim Reaktionsgas und beim Schutzgas verwendet werden, z. B. Sauerstoffangereicherte Luft oder reiner Sauerstoff. Das Verfahren ist auch nicht auf die Verwendung von Erdgas als gasförmige Kohlenstoffverbindung beschränkt. Es können unter anderem auch Rohgas, wie es aus dem Bohrloch kommt, Abgase aus Extraktionsanlagen, Raffinerie-Rückstandsgas oder schwerere gasförmige Kohlenwasserstoffe, z. B.Butan oder höherwertigeKohlenwasserstoffprodukte bzw. -fraktionen verwendet werden. Auch im Normalzustand flüssige Kohlenwasserstoffe können benutzt werden, z. B. das erwähnte Gasöl, oder Öle, die schwerer als Handelsgasöle sind, ebenso leichtere Öle, wie Kerosinfraktionen, schwere und leichte Erdöle oder sogar Kohlenwasserstoffe im Benzinbereich. Zusätzlich können auch solche Stoffe wie Tieftemperatur-Steinkohlengas., Kohlenteerdestillate und Ölgase und Destillate aus, Schieferton als Beimischung benutzt werden.
Die Luft oder das Gas oder beide Komponenten des Schutzgases können vorerhitzt werden, um der Kammer mehr Wärme zuzuführen. An einer oder allen Zuführungen können luftreiche Gemische oder Luft allein als Schutzgas verwendet werden. Es hat sich gezeigt, daß eine Anreicherung des Schutzgases mit Luft die für das Freihalten der Kammerwände von Ruß benötigte Gasmenge verringert. Wird nur Luft als Schutzgas verwendet, ist das Produkt grauer als echter Kanalruß, jedoch ist die Rußausbeute hoch. Falls gewünscht, kann man das Schutzgas auch in einer besonderen Verbrennungsvorkammer verbrennen, wobei dann die heißen Verbrennungsgase in die Kammer eingeleitet werden. Die wesentliche Wirkung des Schutzgases besteht darin, auf die Kammerinnenwand Wärme zu übertragen und Rußablagerungen auf ihr zu vermeiden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von Ruß durch thermische Zersetzung und/oder unvollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen in einer Reaktionskammer, in die die Kohlenwasserstoffe gegebenenfalls mit einem Sauerstoffträger in einer Menge, daß der Sauerstoffgehalt nicht für eine vollständige Verbrennung ausreicht, axial eingeführt werden und in der ein die Kohlenwasserstoffe von der Kammerwand trennender Schutzgasstrom aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der aus heißen Verbrennungsgasen oder einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas oder aus einer Mischung eines derartigen Gases mit gasförmigen Brennstoffen bestehende Schutzgasstrom in einer schraubenförmigen Bewegung um den Reaktionsgasstrom gehalten wird und daß in an sich bekannter Weise die Reaktionsprodukte gekühlt werden und der gebildete Ruß aus dem Restgas abgeschieden wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas tangential in die Reaktionskammer eingeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, d'aß der Kohlenwasserstoffbestandteil des Schutzgases die gleiche Zusammensetzung wie der Kohlenwasserstoffbestandteil des eingeführten Reaktionsgases aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas freien Sauerstoff wenigstens in solcher Menge enthält, daß der im Schutzgas enthaltene gasförmige Brennstoff im wesentlichen vollständig verbrennt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung des Schutzgases gasförmiger Brennstoff und Luft nach getrennter Vorerhitzung auf eineTemperatur zwischen 530 und 1300° C, vorzugsweise ungefähr iioo° C, kontinuierlich gemischt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Reaktionskammer zwischen i ioo und i8oo° C gehalten wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas mit solcher Geschwindigkeit zugeführt wird, daß seine Verweilzeit in der Reaktionskammer unter einer Sekunde liegt. B.
Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas vorerhitztes Erdgas ist, in welches Gasöl eingeleitet und verdampft ist. g.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdgas auf ungefähr iioo° C vorerhitzt wird. io.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasöl dem Erdgas während dessen Überleitung aus einem Vorerhitzer zur Reaktionskammer zugeführt wirdi i.
Verfahren nach einem der Ansprüche i bis io, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas ein im Normalzuständ flüssiges, Kohlenwasserstoffe aufweisendes Öl enthält.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche i bis i i mit einer langgestreckten Reaktionskammer, die durch eine zylindrische, feuerfeste und wärmeisolierte Wandung gebildet ist, und in der an einem Ende zentral und axial zur Kammer eine Zuführöffnung für das Reaktionsgas angeordnet ist, gekennzeichnet durch wenigstens einen im Bereich der Reaktionsgaszuführung (16) angeordneten Einlaß (24) für ein Schutzgas, der durch die Seitenwand tangential an den Innenumfang der Reaktionskammer führt, und durch eine Kühlvorrichtung (14) für das am anderen Ende der Reaktionskammer austretende Gas-Ruß-Gemisch, sowie durch eine Anordnung zur Abtrennung des Rußes aus dem gekühlten Restgas.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch einen nach dem Inneren der Reaktionskammer zu offenen inneren Ringraum (23) um die Reaktionsgaszuführung (16) und durch einen oder mehrere tangential in diesen Ringraum (23) mündende Schutzgaszuführungen (24).
14. Vorrichtung nach Anspruch i2 oder 13, gekennzeichnet durch eine Anzahl von symmetrisch und tangential durch die Seitenwandung führenden, über die Länge der Reaktionskammer in Abstand liegenden Schutzgaszuführungen (15, Fig. 3 und 4).
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (io) in zwei Teile unterteilt ist, wobei der sich von der Reaktionsgaszuführung (16) an mit zunächst gleichbleibenden Querschnitt erstreckende erste Teil vor seinem Übergang in den zweiten Teil konisch verengt ist (22), während sich der zweite Teil mit dem ursprünglichen Querschnitt des ersten Teiles an diesen verengten Teil anschliegt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Verengung (22) zwischen dem ersten und zweiten Teil der Reaktionskammer (io) aus einem besonders hitzebeständigen Einsatzstück besteht.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß sich die konische Verengung (22) ungefähr in der Mitte der Reaktionskammer (io) befindet.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Schutzgaszuführungen (15), in Stromrichtung gesehen, unmittelbar hinter der konischen Verengung (22) angeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 684 527; USA.-Patentschriften Nr. 1438 032, 1618 8o8, 1765 99i, 1807 321, 1892 534, 1925131 2 o39 981, 2153 951, -- 163 639.