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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.
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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.
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Diese zwei Arten von Ruß kann man im wesentlichen als Grenzfälle betrachten.
Die meisten der hergestellten Rußsorten ergeben dazwischenliegende Härteeigenschaften
des Vulkanisats.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Reaktionsvorgänge in der Reaktionskammer werden vorzugsweise so
eingestellt, daß die Temperatur in der Reaktionskammer zwischen iioo und i8oo° C
gehalten wird.
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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.
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Vorzugsweise enthält das Reaktionsgas ein im Normalzustand flüssiges,
Kohlenwasserstoffe aufweisendes Öl.
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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.
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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.
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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.
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Es können auch mehrere tangential an den Innenumfang der Reaktionskammer
mündende Zuführöffnungen für das Schutzgas über die Länge der Reaktionskammer verteilt
angeordnet sein.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens werden im nachfolgenden
an Hand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.