DEC0006836MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 17. Dezember 1952 Bekanntgemacht am 2. Februar 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die vorliegende Erfindung <betrifft die Herstel-' lung von Ruß und schafft ein verbessertes Verfahren, durch das Ofenrußsorten mit äußerst wünschenswerten Eigenschaften bei ungewöhnlich hohen Ausbeuten erhalten werden.

Es wurden bisher zahlreiche Verfahren für die Herstellung von Ofenruß durch partielles Verbrennen oder thermisches Zersetzen normalerweiser gasförmiger Kohlenwasserstoffe, zum Beispiel Erdgas, vorgeschlagen. Einige dieser vorgeschlagenen Verfahren umfaßten ein äußerst schnelles Vermischen der zu zersetzenden Kohlenwasserstoffe mit heißen Verbrennungsgasen, während andere ein partielles Verbrennen von Kohlenwasserstoffen durch allmähliches Vermischen mit Luft bei erhöhter Temperatur vorsahen,

Die Eigenschaften des anfallenden Rußes werden weitgehend durch die Umgebung, in der die Kohlenstoffteilchen entstehen, das Ausmaß der Verteilung und die Art der Kohlenwasserstoffe, aus denen ao sie gebildet werden, beeinflußt.

In neuerer Zeit wurde vorgeschlagen, schwerere, normalerweise flüssige Kohlenwasserstoffe einschließlich hochmolekularer Erdölrückstände und dergleichen für die Herstellung von Ofenruß entweder zusätzlich zu oder als Ersatz für das bis dahin fast ausschließlich verwendete Erdgas zu ver-¹ wenden. Frühere Verfahren, in denen solche normalerweise flüssigen Kohlenwasserstoffe verwendet wurden, führten zu einem groben Kohlenstoff ρ igment von der Art des Lampenrußes, und as traten viele Schwierigkeiten auf, als versucht wurde, feinere Ofenruße, die für die Einmischung in Kautschuk geeignet sind, aus schwereren Kohlenwasserstoffen, insbesondere aus Erdölrückständen, herzustellen.

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Eine primäre Schwierigkeit bestand darin, eine hinreichend feine Unterteilung oder Dispersion der Kohlenwasserstoffe vor ihrer Zersetzung unter Bildung von Kohlenstoff teilchen (Ruß) zu erzielen. Schwere Kohlenwasserstoffrückstände verdampfen gewöhnlich erst bei einer Temperatur oberhalb derjenigen, bei der schon eine Zersetzung unter Abscheidung von Kohlenstoff eintritt. Daher kann eine adäquate Dispersion dieser Kohlenwasserstoffe

ίο nicht allein durch vorheriges Verdampfen erzielt werden. Ferner tritt, wenn die Zersetzung durch fortschreitendes partielles Verbrennen bewirkt wird, wie es normalerweise erfolgt, wenn die Kohlenwasserstoffe allmählich mit Luft oder Flammen-' is gasen vermischt werden, ein ungleichmäßiges Erhitzen auf, das bereits zu einer Zersetzung von mindestens einem Teil der Kohlenwasserstoffe unter Kohlenstoffbildung führt, bevor eine ausreichende Verdünnung erreicht ist.

Es wurde bereits vorgeschlagen, die Qualität des anfallenden Ofenrußes dadurch zu vierbessern, daß man die hochmolekularen Kohlenwasserstoffe einer partiellen Pyrolyse unterwirft, bevor ihre Dispersion in heißen Verbrennungsgasen erfolgt. Wenn diese partielle Pyrolyse in Erhitzerrohren durchge-.führt wird, muß äußerste Sorgfalt angewandt werden, um ein Verkoken in den Röhren zu vermeiden; wird sie in Berührung mit Flammengasen durchgeführt, ist ein außerordentlich schnelles Vermisehen erforderlich, um ein ungleichmäßiges Erhitzen zu vermeiden.

Die vorliegende Erfindung schafft ein verbessertes Verfahren für die Herstellung von feinem Ofenruß als Kautschukfüllmittel aus flüssigen Kohlenwasserstoffen, bei dem ein ausreichender Disper- * sionsgrad der normalerweise flüssigen Kohlenwasserstoffe vor einer kohlenstoffbildenden Zersetzung oder einer wesentlichen partiellen Verbrennung erreicht wird und bei dem die Kohlenwasserstoffe gleichmäßig erhitzt, verdampft und teilweise innerhalb einer Ofenkammer gespalten werden, im wesentlichen allein durch intensive Wärmestrahlung ohne wesentliche Verbrennung und solange sie noch außer Berührung mit heißen Flammengasen sind.

Im breiteren Sinne umfaßt die Erfindung ein Verbrennen von gasförmigem Brennstoff, z.B. Erdgas, in Gegenwart eines freien Sauerstoff enthaltenden Gases, z. B. Luft, an der Peripherie einer mittleren Zone einer senkrechten, langgestreckten Kammer und das Unterwerfen dieser intermediären Zone einer intensiven strahlenden Hitze aus der resultierenden Flamme. Die zu verrußenden flüssigen Kohlenwasserstoffe werden in Richtung nach oben in die intermediäre Zone eingespritzt, ohne dabei mit der Flamme in Berührung zu kommen und ohne wesentliche Verbrennung zu erleiden, und werden im Aufwärtsströmen durch diese Zone der intensiven strahlenden Hitze unterworfen, die ein Verdampfen und eine teilweise Pyrolyse der flüssigen Kohlenwasserstoffe bewirkt. Diese verdampften und teilweise gespaltenen Kohlenwasserstoffe ziehen weiter nach oben durch die Brennkammer und werden an einer. Stelle der Brennkammer unmittelbar oberhalb der intermediären Zone einer partiellen Verbrennung unter Ausbildung· einer hochgewölbten leuchtenden Flamme, aus der die intermediäre Zone weiterer intensiver strahlender Hitze ausgesetzt ist, unterworfen. Ih dieser oberen Zone werden die Kohlenwasserstoffe unter Bildung von in den Feuergasen suspendiertem Ruß zersetzt. Die rußhaltigen Feuergase werden von dem oberen Ende der Brennkammer abgezogen. Aus ihnen wird dann der Ruß in üblicher Weise abgetrennt und gewonnen. Die Flamme an der Peripherie der intermediären Kammer braucht nicht eine kontinuierliche Wand zu sein, sie kann vielmehr mit Vorteil aus einer Vielzahl von Flammen zusammengesetzt sein.

Diese Flammen an der Peripherie der intermediären Zone können mit Vorteil durch Verbrennen eines gasförmigen Brennstoffs aus einer Vielzahl von Brennermündungen erzeugt werden, die gleichmäßig am Umkreis der intermediären Zone im Abstand voneinander angebracht sind, während die Luft für die Verbrennung oder partielle Verbrennung in üblicher Weise zugeführt wird. Um der Intensität der Wärmestrahlung zu verstärken, ist es besonders vorteilhaft, beide, Gas und Luft, vor dem Vermischen wesentlich vorzuheizen. Dies kann erreicht werden, indem das Brenngas aufwärts zu den entsprechenden Brennermündungen durch langgestreckte Brennerrohre strömt, die sich nach oben an der Peripherie des unteren Teiles der intermediären Zone erstrecken, und die Luft für die Verbrennung nach oben um diese Rohre herum strömt, so daß beide, die Rohere und die Luft, der intensiven Wärmestrahlung ausgesetzt sind.

Mit besonderem Vorteil werden für diesen Zweck feuerfeste Brennerrohre mit einem inneren Durchmesser von etwa 0,24 bis 2,5 cm und mit einer Wandstärke von etwa 0,6 cm verwendet. Man läßt die Luft nach oben um diese Rohre mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit strömen.

Der gasförmige Brennstoff kann aus normalerweise gasförmigen Kohlenwasserstoffen, zum Beispiel Erdgas, bestehen, oder aus normalerweise gasförmigen Kohlenwasserstoffen, die durch Vermischen mit höhersiedenden Kohlenwasserstoffen in Gas- oder Dampf form angereichert sind, oder kann ganz oder teilweise aus Raffineriegasen oder anderen Brenngasen bestehen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform. der Erfindung läßt man den gasförmigen Brennstoff nach oben als Vielzahl begrenzter Ströme von verhältnismäßig kleinem Durchmesser, d. h. etwa 0,24 bis 2,5 cm, durch die Brennerrohre strömen, die senkrecht um den unteren Teil der mittleren Zone der Ofenkammer angeordnet sind, wobei die Rohre gleichmäßig und in kurzem Abstand voneinander an der Peripherie der Kammer angeordnet und, wie zuvor beschrieben, der Wärmestrahlung ausgesetzt sind. Die Verbrennungsluft läßt man nach oben um die Birennerrohre mit einer Geschwindigkeit von vorteilhaft etwa 90 cm je Sekunde nicht überschreitend strömen, um eine

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Turbulenz auf ein Mindestmaß herabzudrücken und damit sie hoch erhitzt wird.

Die Brennerrohre sollen hohen Temperaturen widerstehen können und haben einen inneren Durchmesser im angegebenen Bereich und sind von einer solchen Länge, daß ihre oberen Enden in einer wesentlichen Entfernung, etwa von der Größenordnung 90 bis 120 cm, vom oberen Ende der Ofenkammer einmünden.

Am oberen Ende dieser Brennerrobre entzünden sich die Brenngasströme infolge der hohen Temperatur in der Ofenkammer und der Gegenwart der Luft und verbrennen, zumindest teilweise, so daß sie Wärme in andere Teile der Ofenkammer, insbesondere in die oben beschriebene intermediäre Zone, ausstrahlen.

Die Brennerrohre sind, wie bereits erwähnt, so angeordnet, daß sie der strahlenden Hitze der Flammen ausgesetzt sind und rückbestrahlt werden von den heißen Flächen innerhalb der Ofenkammer. Dadurch werden die Brenngasströme beim Durchgang durch die Brennerrohre stark vorerhitzt, vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 760 bis 1316⁰. De.r nach oben durch die Brennkammer strömende Luftstrom wird gleicherweise stark vorerhitzt, bevor er in Berührung mit dem heißen Brenngas kommt. Auf Grund dieser Vorerhitzung verbrennt der gasförmige Brennstoff mit einer äußerst heißen Flamme, wodurch die eben beschriebene Wärmestrahlung intensiviert wird. In dieser Weise wird innerhalb der Ofenkammer eine intermediäre Zone gebildet, die intensiver Wärmestrahlung ausgesetzt ist.

Ein flüssiger Kohlenwasserstoff wird nach oben in diese Wärmestrahlungszone zerstäubt mit Hilfe von Sprühdüsen, die symmetrisch innerhalb der Brennkammer, vorteilhaft etwas unterhalb der Oberkante der Brennerrohre, angeordnet sind. Dieser Ölsprühregen wird gleich hoch erhitzt, verdampft und durch die intensive Wärmestrahlung gespalten, während er nach oben durch die Zone der Wärmestrahlung zieht, d. h. er wird während seines Durchganges durch die Ofenkammer in der Zone der partiellen Verbrennung unter Bildung von in den Ofengasen suspendiertem Ruß zersetzt. Die Ofengase mit dem in ihnen suspendierten Ruß werden vom oberen Ende der Ofenkammer abgezogen, wonach der Ruß aus ihnen in üblicher Weise abgetrennt und gewonnen wird.

Der ölsprühregen wird in die Ofenkammer mit einer sehr hohen Anfangsgeschwindigkeit, oberhalb von etwa 150m je· Sekunde, vorteilhaft in der Größenordnung von etwa 240 m je Sekunde, eingespritzt. Anfangsgeschwindigkeiten oberhalb von etwa 420 m je Sekunde sind im 'allgemeinen nicht zu empfehlen. Dies kann erreicht werden mit Hilfe von Sprühdüsen entweder mit einem einzelnen oder einem doppelten Sprühregen. Es ist gewöhnlich vorteilhafter, eine Sprühdüse mit zwei Sprühregen zu verwenden, insbesondere wenn' der flüssige Kohlenwasserstoff ein hochviskoser Rückstand ist. Auch ist es bei Verwendung solcher schweren Rückstände gewöhnlich vorteilhaft, das öl vorzuwärmen, um die Viskosität auf etwa 35 bis 40 S.F.V.· (Saybolt-Furol-Viskosität) bei etwa γτ° herabzusetzen, und dadurch das Versprühen zu erleichtern. Jedoch soll durch die Vorwärmung die Öltemperatur nicht so hoch gesteigert werden, daß bereits eine Zersetzung unter Rußbildung eintritt. Es wurde für diesen Zweck mit besonderem Vorteil eine Sprühdüse mit zwei Sprühregen verwendet, wobei das Öl der Düse mit einem Druck von 0,35 bis 1,05 atü zugeführt wurde und ein Zerstäubungsstrom oder Luft mit einem Druck von etwa 2,1 bis 5,6 atü zugeführt wurde.

Mit Vorteil wurde als öl ein. aromatischer Erd- * ölrückstand aus der. thermischen Spaltung eines Kreislauföles einer katalytischer! Spaltung oder eine äquivalente Fraktion verwendet, jedoch kann jede flüssige Kohleiiwasserstoffölfraktion mit einer maximalen Viskosität von 100 S.F.V. bei etwa 71° verwendet werden. , '

Der flüssige Sprühregen, der in die Ofenkammer eintritt, ist über eine wesentliche Strecke oberhalb der Sprühdüse deutlich sichtbar, aber ohne siehtbare Flamme. Oberhalb dieser Zone der Sichtbarkeit wird der Sprühregen zu einem transparenten Dampf, aber es tritt über eine weitere wesentliche Strecke nach oben durch die Kammer noch keine sichtbare Verbrennung des Kohlenwasserstoffes auf. Oberhalb der letzterwähnten Zone und gewöhnlich in einem Abstand von etwa 45 bis 60 cm oberhalb der Sprühdüse entwickelt sich ein Dach (Baldachin) aus einer hochleuchtenden Flamme, aus der die Wärmestrahlung diejenige der vorerwähnten peripheren Flammen ergänzt und zum Beheizen der Brennerrohre und des hindurchströmenden Gases sowie des eintretenden ölsprühregens und der Luft dient.

Es wurde gefunden, daß es besonders vorteilhaft ist, die Ölspfühdüsen etwas unterhalb oder abschließend mit der Oberseite einer horizontal verlaufenden, flachen Steinplatte oder eines Blocks aus feuerfestem Material oder einer Metallplatte, die mit einem feuerfesten Überzug bedeckt ist, die symmetrisch zum Querschnitt der Ofenkammer angeordnet sind und sich über eine Fläche von etwa 20 bis 30 °/o des Querschnitts der Ofenkammer erstrecken, anzuordnen. Hierbei reicht die Sprühdüse in Richtung nach oben durch oder bis dicht unter- no halb einer zentral in der Steinplatte angeordneten Öffnung. Diese Steinplatte wird durch die Wärmestrahlung, wie vorher beschrieben ist, stark erhitzt und dient als Rückstrahlfläche. Die Luft "wird unterhalb der Steinplatte in die Ofenkammer eingeführt und steigt zunächst durch den Ringraum zwischen dem Rand der Steinplatte und der Innenwand der Öfenkammer empor. Die Steinplatte dient also dazu, das Ölzufuhrrohr vor der intensiven Wärmestrahlung zu schützen und die nach oben steigende Luft in Richtung auf die peripheren Flammen zu leiten und von dem ölsprühregen fernzuhalten.

Der Austritts- oder Anfangswinkel des Sprühregens ist vorteiilhafterweise verhältnismäßig klein, zum Beispiel etwa 5⁰. Ein beträchtlich weiteres Ausbreiten des Sprühregens wird durch thermische

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Wirkungen hervorgerufen, jedoch soll das Ausbreiten des Sprühregens nicht so groß sein, daß der Sprühregen gegen die peripheren Flammen, die Brennerrohre oder die Seitenwände der Ofenkammer aufschlägt. Dies kann durch Veränderung des Abstandes der Sprühdüsen unterhalb der Oberkante der Brennerrohre und Einstellen der Größe des Sprühregens auf den Querschnitt der Kammer oder der intermediären Zone geregelt werden. Das

ίο Ausmaß der Vorheizung der durch die Brennerrohre strömenden Brenngasströme kann durch Veränderung der Länge der Brennerrohre und auch des * Duchmessers der Gasströme geregelt werden. Die Wanddicke der Brennerrohre beeinflußt ebenfalls etwas das Ausmaß der Vorwärmung, jedoch ist diese von relativ geringerer Bedeutung. Brennerrohe, die bei der Durchführung des Verfahrens mit besonderem Vorteil verwendet werden, bestehen aus Siliciumcarbid, Tonerde, Mullit oder ähnlichen hochfeuerfesten Stoffen und sind etwa 15 bis 45 cm lang. Rohre von etwa 30 cm Länge sind, wie gefunden wurde, unter den meisten Arbeitsbedingungen besonders vorteilhaft. Rohre dieser Art haben am besten eine Wanddicke von etwa 0,6 cm,

Die Ofenkammer kann rund oder rechteckig sein. Quadratische und auch rechteckige Ofenkammern mit einem Querschnitt von etwa 60 X 90 cm wurden als äußerst befriedigend gefunden. Wenn die Ofenkammer rund oder quadratisch ist, kann mit Vorteil eine einzige Reihe peripherer Brenner verwendet werden. Wenn eine rechteckige, nichtquadratische Kammer benutzt wird, zum Beispiel von größerer Breite als Länge, ist. es gewöhnlich wünschenswert, eine doppelte Brennerreihe an den kurzen Wänden und nur eine Reibe entlang den langen Wänden zu haben, um die größere Entfernung vom ölsprühregen durch eine größere Wärmeerzeugung auszugleichen.

Die Erfindung sei eingehender beschrieben und erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, die in üblicher Weise und etwas schematisch eine besonders vorteilhafte Art der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens darstellen.

Fig. ι ist ein senkrechter Schnitt des Ofens und der Hilfsausrüstung entlang der Linie 1-1 der Fig. 3; Fig. 2 ist eine Endteilansicht, deren linke Seite

entlang der Linie A-A der Fig. 1 und deren rechte Seite entlang der Linie B-B der Fig. 1 geschnitten ist;

Fig. 3 ist ein Horizontalschnitt, dessen obere Hälfte entlang der Linie C-C der Fig. 1 und dessen untere Hälfte entlang der Linie D-D verläuft.
Die Vorrichtung enthält eine Ofenkammer 1 mit einer Vorderwand 2, einer Rückwand 3 und Sekenwänden 4, die aus einer Ofenauskleidung aus feuerfesten Steinen 5 oder anderen geeigneten feuerfesten Stoffen hergestellt sind, die auf der Außenseite mit zwei Schichten von Wärmeisolierstoffen 6 überzogen sind, das ganze eingefaßt mit einer harte'n, luftdichten Zementhülle oder vorzugsweise in einem Metallblechgehäuse 7, wie deutlich in Fig. 2 gezeigt ist. Das obere Ende der Kammer 1 ist eingezogen durch die hängenden Dachteile 8 und 9 und eine Schulter 10, die eine enge Stelle 11 bildet, die einen Durchweg 12 in die Leitung 13 öffnet, die zur üblichen Kühl- und Sammelvorrichtung führt und in der Wassersprühdüsen angeordnet sein können, wie bei 14 angedeutet ist.

Wie deutlicher in der Fig. 2 gezeigt ist, ist die Kammer 1 durch eine Trennwand 15, die von der Vorderwand 2 zur Rückwand 3 der' Kammer 1 verläuft und aus feuerfesten Steinen od. dgl. errichtet ist, unterteilt, um den Ofen in zwei rechtwinklige Kammern 16 zu unterteilen, die sich an ihren oberen Enden in den oberen Teil der Kammer 1 öffnen und durch die enge Stelle 11 mit dem Durchtrittsweg 12, wie oben beschrieben, verbunden sind. Die Trennwand 15 und auch die Außenwände des Ofens werden von horizontalen Eisenschienen 17 getragen, die wiederum von senkrechten Stahlträgern 18 getragen werden. .

Die Kammern 16 erstrecken sich nach unten unterhalb der Ofenwandung, deren untere Enden von einem Metallgehäuse 19 umgeben sind. Die unteren Teile der Kammer sind durch geneigte, perforierte Metallbleche 20 unterteilt, die von vorn nach hinten durch die Kammern verlaufen und eine trogähnliche Unterteilung bilden, die an ihrem unteren Ende in die Reinigungsleitung 21 mündet.

Angeordnet in jeder Kammer 16 oberhalb der perforierten Platten 20 ist ein Verteiler oder eine Sammelleitung 22, die an der Peripherie der Kammer verläuft und von Haltegliedern 23 getragen wird, wobei der gasförmige Brennstoff der Sammelleitung durch die Zufuhrleitung 24 zugeführt wird.

In Abständen voneinander sind auf dem Verteiler 22 nach aufwärts gerichtete Nippel 25 angebracht, auf jedem von denen entfernbar ein Brennerrohr 26 eingepaßt ist.

Symmetrisch angeordnet ist in jeder Kammer 16 eine horizontal gelagerte Steinplatte 27 aus feuerfestem Material, getragen von den Haltegliedern 28. Ein ölzuflußrohr 29 führt in die Ofenkammer und aufwärts durch eine Öffnung 30, die zentral in der Platte angeordnet ist, wobei das obere Ende des Ölzuflußrohres mit einer Sprühdüse, dargestellt bei 31, versehen ist.

Luft zur Unterhaltung der partiellen Verbrennung der gasförmigen Brennstoffe wird unter Druck aus einem geeigneten Gebläse durch- die Luftleitung 32 dem Verteiler 33 zugeführt, aus dem die Luft durch die Venturirohre 34 -und Verbindungen.35 in das untere Ende der Kammern 16 unterhalb der perforierten Unterteilung 20 eintritt. Die Venturirohre sind mit der üblichen Ausrüstung, die nicht gezeigt ist, versehen zum Messen der hindurchgehenden Luft. Die Verbindungen 35 sind mit Drosselklappen 36 zum Regulieren und Steuern der in die einzelnen Kammern zugeführten Luftmengen ausgerüstet. Die Luft strömt durch die perforierten Teilwände 20 nach oben und wird durch diese über den Querschnitt der Kammer gleichmäßig verteilt. Die Luft strömt dann aufwärts um die Steinplatte 27 herum und in die Kammer 16, wie im vorhergehenden beschrieben wurde.

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Im Betrieb wird Erdgas oder ein anderer gasförmiger Brennstoff, gegebenenfalls angereichert oder nicht angereichert oder gegebenenfalls mit Wasserdampf verdünnt, durch die Leitung 24 dem Gasverteiler 22 zugeführt und strömt von dort nach oben durch die Nippel 25 und die entsprechenden Brennerrohre 26, von deren Oberkante das Gas in die Ofenkammer in Berührung mit dem aufsteigenden Luftstrom eintritt und dort einer, gegebenen-' falls teilweisen, Verbrennung unterworfen wird.

Wie oben angegeben, werden die Brennerrohre und die hindurchströmenden Gasströme durch die Wärmestrahlung aus dem verbrennenden Brennstoff stark erhitzt und wird die intermediäre Zone

15, der Ofenkammer, die oberhalb der Steinplatte 27 liegt, in gleicher Weise der intensiven Wärmestrahlung ausgesetzt. Gleichzeitig mit der, gegebenenfalls partiellen, Verbrennung der Brenngasströme wird der zu verrußende, flüssige Kohlenwasserstoff, der durch die Ölzufuhrleitung 29 der Sprühdüse 31 zugeführt wird, nach oben in diese Zone der intensiven Wärmestrahlung versprüht. Zur Vereinfachung ist eine Sprühdüse mit einem Sprühregen dargestellt, es sei aber verstanden, daß auch Sprühdüsen mit zwei Sprühregen mit Erfolg verwendet werden können. Wenn nötig, kann diese Sprühdüse gegen Überhitzung durch einen Wassermantel od. dgl. geschützt werden.

Wenn die Kammer einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt besitzt, wie in den Zeichnungen dargestellt, kann man mit Vorteil nur eine Brennerrohrreihe an der Peripherie der Kammer entlang, wie gezeigt, verwenden. Wird jedoch eine Kammer mit größerer Tiefe als Breite verwendet, dann wird an den kurzen Kammerseiten mit Vorteil eine doppelte Brennerreihe und an den längeren Kammerseiten eine einfache Brennerreihe angeordnet.

Die Erfindung sei weiter durch das folgende Beispiel des Verfahrens erläutert, das in der Vorrichtung, wie sie im wesentlichen in der Zeichnung wiedergegeben ist, durchgeführt wurde, mit der Abweichung, daß sie eine einzelne Ofenkammer von etwa 60 cm Breite und etwa 90 cm Tiefe aufwies. Bei dieser Arbeitsweise war die Ölsprühdüse eine Sprühdüse mit zwei Sprühregen. Dieser Ofen war mit 38 Brennerrohren von 1,25 cm Durchmesser und etwa 30 cm Länge ausgerüstet, die gleichmäßig in Abständen am Umfang der Kammer zwei Reihen entlang an jedem Ende und einer Reihe entlang jeder Seite verteilt waren. Die feuerfeste Steinplatte, durch die der ölsprühregen in die Ofenkammer eintrat, war ungefähr 6,25 cm stark und maß etwa 23 X 34 cm. Die Öffnung, die sich durch den Mittelpunkt dieser Steinplatte erstreckte, betrug 10 bis 12,5 cm im Durchmesser, wobei eine im wesentlichen ringförmige Öffnung die Sprühdüse umgab.

Dem unteren Ende der Ofenkammer wurde Luft in einer Menge von etwa 710 m³ je Stunde undErdgas den Brennerrohren in einer Menge von etwa 71m³ je Stunde zugeführt. Ein aromatischer Rückstand aus der thermischen Spaltung eines Kreislauföles einer katalytischen Spaltung wurde in die Ofenkammer in einer Menge von etwa 79,5 Litern je Stunde unter Verwendung von Zerstäubungsdampf mit einem Druck von 3,9 atü und einem Öldruck von etwa 0,7 atü zugeführt. Das Öl wurde der Düse mit einer Temperatur von ungefähr ioo° und der Dampf in einer Menge von etwa 24 m³ je Stunde zugeführt. Die Luft im unteren Teil der Ofenkammer, unterhalb der feuerfesten Steinplatte, wurde zu etwa 260⁰ gemessen, und die Luft, die nach oben um die Kanten der Steinplatten strömte, hatte etwa 538⁰. Die Temperatur der Ofenkammer in der Zone in, der Höhe der oberen Enden der Brennerrohre betrug etwa 1260⁰, während die Temperatur an der Ofenenge, die aus der Ofenkammer abführt, ungefähr i.370⁰ betrug.

Bei diesem Betrieb wurden etwa 57,15 kg Ofenruß je. Stunde erzeugt, mit einem ^ißC-Farbwert von 90, einer Deckkraft von 73 °/o der Deckkraft eines handelsüblichen Rußes und einer Ölabsorption von etwa 1,49 l/kg. Bei dieser Arbeitsweise war über eine Entfernung von etwa 38 bis 46 cm oberhalb der Sprühdüse kein brennendes Öl sichtbar.

Das Verhältnis von zugeführtem Öl zu zugeführtem Gas kann etwas verändert werden im Hinblick auf die erforderlichen Mengen pro Zeiteinheit und deren Verhältnis zu einander. Das Gas-Luft-Verhältnis wurde mit Vorteil innerhalb eines Bereiches von 7 : ι bis 15 : 1 variiert, aber im allgemeinen ist ein Verhältnis von etwa 10 : 1 am vorteilhaftesten. Es ist gewöhnlich wünschenswert, die Ölzufuhr auf etwa 0,107 bis 0,120 1 je m³ Luft zu halten, bezogen auf normale Temperatur und normalen Druck. Jedoch kann dieser Bereich mit Vorteil variiert werden von etwa 0,067 bis 0,267 1 je m³. Bei dem eben beschriebenen Versuch wurde die Menge, der Ölzufuhr über einen Bereich von 68 bis 91 1 je Stunde ohne merkliche Änderung der Eigenschaften des Produktes, aber mit meßbarer Veränderung der Ausbeute variiert. Auch kann bei derartigen Betriebsweisen Zerstäubu-ngsdampf verwendet werden in einer Menge von 31 m³ je Stunde, ohne den Betrieb nachteilig zu beeinflussen.

Die peripheren Brenngasströme können, wenn sie aus Erdgas bestehen, auf etwa 760⁰ oder höher, aber.nicht über etwa 1315⁰, erhitzt werden. Sind weniger beständige Kohlenwasserstoffe zugegen, muß sorgfältig gearbeitet werden, um ein Verkoken der Brennerrohre zu verhindern, hohe Temperaturen sind gewöhnlich nicht zulässig. Der Abstand zwischen benachbarten peripheren Brennerrohren kann beträchtlich variieren, soll aber im allgemeinen zwischen etwa dem 3,4- bis etwa dem 8,25-fachen des Innendurchmessers der Rohre liegen.

Bei der Durchführung des Verfahrens ist es nicht notwendig, daß die peripheren Flammen an ihren entsprechenden Brennermündungen entzündet werden. Durch Steuerung der Mengen.und der relativen Geschwindigkeiten von gasförmigem Brennstoff und aufsteigendem Luftstrom, so daß die Aufwärtsgeschwindigkeit der Luft ungefähr 90 cm je Sekunde nicht überschreitet und die Geschwindigkeit des aus dem Brenner austretenden Gasstromes ia5 mindestens I2mal so groß ist wie die des Luft-

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stromes, kann man die Gasströme eine merkliche Strecke oberhalb der Brennermündung aufsteigen lassen, bevor eine sichtbare Verbrennung der Gas-■ ströme eintritt. Auf diese Weise kann das Erhitzen des gasförmigen Brennstoffs und des aufsteigenden Luftstromes, bevor eine merkliche, sichtbare Verbrennung in Gang kommt, gefördert werden. Unter solchen Bedingungen braucht sich der leuchtende Teil der peripheren Flammen nur über eine kurze ,ίο Entfernung unter die. Hülle der leuchtenden Flamme zu erstrecken. In der Tat wurde das Verfahren erfolgreich unter Bedingungen durchgeführt, bei denen eine sichtbare Verbrennung der peripheren Flammen erst direkt unterhalb der Flammenhülle einsetzte, und die Erfindung umfaßt in ihrem breiteren Sinn auch diese Arbeitsweise.

Wenn man auch zur Zeit die bei der Durchführung des vorliegenden Verfahrens auftretenden Erscheinungen nicht mit Sicherheit deuten kann, so

ao scheint es doch, daß die als flüssiger Sprühnebel eingeführten Kohlenwasserstoffe nacheinander drei verschiedene Zustände durchlaufen. Eintretend als sichtbarer, flüssiger Sprühnebel werden sie schnell in einen transparenten, gasförmigen Strom umgewandelt, der eine im wesentlichen vollständige Verdampfung anzeigt. Daß diese Verdampfung nahezu ohne rußbildende Zersetzung verläuft, wird durch das Fehlen von glühendem oder anderweitig sichtbarem Kohlenstoff in diesem Strom angezeigt.

Wenn dieser Strom von Dämpfen sich nach oben durch die intermediäre Zone der Ofenkammer bewegt, wird jedes seiner Moleküle einer andauernden strahlenden Erhitzung unterworfen, die im wesentlichen gleichmäßig, sowohl der Intensität als auch der Dauer nach, ist, so daß eine nahezu gleich-■ mäßige Pyrolyse verläuft. Es bildet sich eine überraschend scharfe untere Grenze des darüberiiegertden Baldachins aus leuchtenden Flammen, deren Leuchten naturgemäß ein Anzeichen der Anwesenheit glühender Kohlenstoffteilchen ist, aus. Unterhalb dieser Grenze erfolgt noch keine sichtbare Verbrennung der Kohlenwasserstoffe des Ölsprühregens. Es scheint daher, daß die rußbildende Zersetzung der Kohlenwasserstoffe des ÖLsprühregens . erst in Gang kommt, wenn die Kohlenwasserstoffe plötzlich und gleichmäßig in diesen Baldachin aus leuchtenden Flammen geraten. Die Zersetzung schließt sich also an das gleichmäßige Erhitzen, Verdampfen und die Pyrolyse der Kohlenwasserstoffe an, die nahezu allein durch das intensive Erhitzen durch Wärmestrahlung bewirkt werden.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Verfahren zur Herstellung von Ofenruß, dadurch gekennzeichnet, daß flüssige Kohlenwasserstoffe aufwärts in einer Zone einer senkrechten langgestreckten Kammer, die einer intensiven Wärmestrahlung unterworfen, ist, in ' Richtung nach oben eingespritzt, hocherhitzt, verdampft und innerhalb dieser Zone fast nur durch Wärmestrahlung ohne wesentliche Verbrennung und ohne Berührung mit Flammengasen gespalten werden, eine partielle Verbrennung der Kohlenwasserstoffe des Stromes in einer Zone der Kammer oberhalb der Zone der Wärmestrahlung unter Bildungeines Baldachins von stark leuchtenden Flammen bewirkt wird, die in die erstgenannte Zone Wärme ausstrahlen, die Kohlenwasserstoffe in der Zone der partiellen Verbrennung unter Bildung einer Ruß suspension in den Ofengasen zersetzt werden, die Suspension vom oberen Ende der Ofenkammer abgezogen und der suspendierte Ruß aus den Gasen abgetrennt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlende Wärme der ' ersten Zone teilweise durch Verbrennen eines gasförmigen Brennstoffes in Gegenwart eines freien Sauerstoff aufhaltenden Gases am Rande dieser Zone erzeugt wird.
3. 3. Verfahren, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gasförmige Brennstoff ein Kohlenwasserstoff ist und durch eine Vielzahl von praktisch senkrechten Brennerrohren, die am Rande der Kammer angebracht sind, nach oben strömt, daß Luft nach oben durch die Kammer um die Brennerrohre herumgeleitet wird und das aus den oberen Rohrenden austretende Brenngas verbrannt wird, um die Strahlungswärme für diese Zone zu liefern.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Kohlenwasserstoff in die Zone der intensiven Wärmestrahlung mit einer Anfangsgeschwindigkeit von der Größenordnung von etwa 240 m/sec in Richtung nach oben eingesprüht wird. '
5. 5. Verfahren nach einemderAnsprüche2bis4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur und die Wärmestrahlung aus den peripheren Flammen durch Vorerhitzen des Brenngases und des Sauerstoff anhaltenden Gases vor der Berührung miteinander verstärkt werden.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß . als flüssiger Kohlenwasserstoff ein schwerer Erdölrückstand verwendet wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Erdölrückstand ein aromatischer Rückstand verwendet wird, der aus . der thermischen Spaltung des Kreislauföls. aus der katalytischen Erdölspaltung stammt.
8. 8. Verfahren nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß das Brenngas auf eine Temperatur von etwa 760 bis 1315⁰ vorerhitzt wird, bevor es. in Berührung mit der Verbrennungsluft gebracht wird.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Zone der intensiven Wärmestrahlung etwa 45 bis 60 cm beträgt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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