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Publication number: DEC0007401MA
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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 8. April 1953 Bekamitgemacht am 2. August 1956Registration date: April 8, 1953 Published on August 2, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Ruß mit neuen Eigenschaften und verbesserten Ausbeuten aus flüssigen Kohlenwasserstoffen. In gewisser Hinsicht ist die Erfindung eine Verbesserung des Verfahrens und der Vorrichtung, die in der Patentanmeldung C 832 IVb/22f beschrieben sind. Um Ruß gewünschter Eigenschaften bei großer Produktionsgeschwindigkeit und hohen Ausbeuten zu erhalten, ist es erforderlich, die zur Dissoziation der flüssigen Kohlenwasserstoffe erforderliche Wärme in besonders sorgfältig geregelter Weise zuzuführen. Zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen sind bereits zur Herstellung von Ruß bekannt, und alle arbeiten gemäß dieser Grundforderung. , Von den bekannten Verfahren und Vorrichtungen ähneln sich viele, aber die häufig nur sehr geringen Unterschiede sind von grundlegender Wichtigkeit. - ■ '■· ^! The invention relates to a method and an apparatus for producing carbon black with new properties and improved yields from liquid hydrocarbons. In some respects the invention is an improvement on the method and apparatus described in patent application C 832 IVb / 22f. In order to obtain carbon black with the desired properties at high production rates and high yields, it is necessary to supply the heat required to dissociate the liquid hydrocarbons in a particularly carefully controlled manner. Numerous methods and devices are already known for the production of carbon black, and all of them work in accordance with this basic requirement. Many of the known methods and devices are similar, but the often only very minor differences are of fundamental importance. - ■ '■ · ^!

In der Rußindustrie kann eine Verbesserung eines bekannten Verfahrens oder einer bekannten Vorrichtung, die nur sehr geringfügig zu sein scheint, in Wirklichkeit aber zu einem unerwarteten und wichtigen Ergebnis führen, sei es, daß die Ausbeute an Ruß bekannter Sorten bedeutend erhöht wird, oder sei es auch, daß neue Arten von Ruß, die bisher nicht bekannt waren, erzeugt werden können. Beides ist der Fall bei dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung.In the carbon black industry, an improvement in a known method or apparatus, which appears to be very minor, may in fact lead to an unexpected and important result, either or as a significant increase in the yield of carbon black of known grades also that new types of soot not heretofore known can be generated. Both are the case with the method and the device according to the invention.

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C 7401 IVa/22 fC 7401 IVa / 22 f

Der Mechanismus der Rußbildung ist sehr verwickelt und noch nicht voll aufgeklärt. Es ist jedoch bekannt, daß ein Kohlenwasserstoff unter Hitzeeinwirkung sich nicht sofort in die Bestandteile Kohlenstoff und Wasserstoff aufteilt, sondern eine Reihe von Umwandlungen durchläuft und eine Polymerisierung im Verfahren stattfindet. Dementsprechend ist es von großer Bedeutung, wie und wo die Hitze den Kohlenwasserstoffen zugeführt wird.The mechanism of soot formation is very complex and not fully understood. However, it is known that a hydrocarbon does not immediately convert to its constituent parts carbon under the influence of heat and hydrogen divides, but undergoes a series of conversions and polymerization takes place in the process. Accordingly, how and where the heat is of great importance is fed to the hydrocarbons.

to Allgemein gesprochen, hängt also die Teilchengröße und damit die verstärkende Wirkung des Rußes von der Geschwindigkeit und Dauer der Dissoziationsreaktion und von der Umgebung, in der die Reaktion abläuft, ab.To generally speaking, depends on the particle size and thus the reinforcing effect of the Soot on the speed and duration of the dissociation reaction and on the environment in which the reaction takes place, from.

So ist es zur Steigerung der Rußqualität durch Reduktion seiner Teilchengröße oder zur Ausbeuteverbesserung eines bekannten Rußes bestimmter Teilchengröße erforderlich, daß sich kleine Teilchen bilden und das Wachstum verhindert wird, während nicht umgesetzter Kohlenwasserstoff in der Reak-,tionszone verbleibt, und zwar ohne daß wesentliche Mengen des Rohmaterials verbrennen. Dies wird durch das neue Verfahren und die neue Vorrichtung gemäß der Erfindung erreicht.So it is to increase the soot quality by reducing its particle size or to improve the yield A known carbon black of certain particle size required that small particles form and the growth is prevented, while unreacted hydrocarbon in the reaction, reaction zone remains without burning substantial amounts of the raw material. this will achieved by the new method and device according to the invention.

Es sind bereits verschiedene Versuche unternommen worden, um das Rohmaterial aus fremden Quellen zu erhitzen und zu verdünnen. Ein erfolgreiches Verfahren, ist in der USA.-Patentschrift 2 419 565 beschrieben, gemäß welcher der Kohlenwasserstoff in den Reaktionsraum in Dampfform eingespritzt wird. Auch das bereits erwähnte Verfahren der Patentanmeldung C 832 IVb/22f ist mit Erfolg angewendet worden, wenn Ruß aus dem in flüssigem Zustand in den Ofen eingespritzten Rohmaterial hergestellt wird. Beide Verfahren haben jedoch gewisse Grenzen hinsichtlich der Qualität und Ausbeute des erzeugten Rußes, und die Erfindung betrifft die Herstellung gleicher oder verschiedener Rußarten mit höheren Erzeugungsgeschwindigkeiten und Ausbeuten.Various attempts have already been made to remove the raw material from strangers Heat sources and dilute them. One successful process is shown in the USA patent 2 419 565 described, according to which the hydrocarbon in the reaction space in vapor form is injected. The already mentioned method of patent application C 832 IVb / 22f is also included Success has been applied when carbon black is obtained from the raw material injected into the furnace in a liquid state will be produced. However, both methods have certain limits in terms of quality and Yield of the carbon black produced, and the invention relates to the production of the same or different ones Soot types with higher production rates and yields.

Die Erfindung betrifft sowohl die verbesserte Herstellung neuer Rußsorten als auch die Herstellung, verschiedener Rußsorten aus flüssigen Kohlenwasserstoffen mit besserer Ausbeute. Weiterhin lassen sich gemäß der Erfindung sowohl neue wie auch bekannte Rußsorten mit hoher Produktionsgeschwindigkeit und hohen Ausbeuten herstellen. Auch wird gemäß der Erfindung die erforderliche Menge an Wärme und Verdünnungsgasen auf den als flüssiger Nebel in den . 50 Ofen eingespritzten Kohlenwasserstoff übertragen. Schließlich betrifft, die Erfindung eine neue Vorrichtung, mit der die aufgezählten Wirkungen erzielt werden können.The invention relates to both improved manufacture new types of soot as well as the production of different types of soot from liquid hydrocarbons with better yield. Furthermore, according to the invention, both new and known Manufacture types of carbon black with high production speed and high yields. Also is according to the invention the required amount of heat and diluent gases on the as a liquid mist in the . 50 furnace injected hydrocarbon transferred. Finally, the invention relates to a new device, with which the listed effects can be achieved.

Ein charakteristisches Merkmal der Erfindung betrifft einen neuen, einfachen und billigen Einheitsbrenner für Kohlenwasserstoffe, mit dem einheitliche Bedingungen in der Ruß erzeugenden Reaktionszone erzielt werden können,A characteristic feature of the invention relates to a new, simple and inexpensive unit burner for hydrocarbons, with the unit Conditions can be achieved in the soot producing reaction zone,

Ganz allgemein besteht das Verfahren gemäß der Erfindung in der Einführung eines feinzerteilten Kohlenwasserstoffstrahles durch einen einzigen Injektor in einem Rußofen. Das Injektorrohr ist zentrisch an der Endwandung des Rußofens angebracht und erstreckt sich in der Längsachse des Ofens. Gleichzeitig wird ein Verbrennungsgas aus einer Reihe von Öffnungen eingeführt, die das Rohr des Kohlenwasserstoffinjektors dicht umgeben und sich vor der Stelle befinden, an der der Kohlenwasserstoff eingespritzt wird. Gleichzeitig strömt ein sauerstoff haltiges Gas an dem Brenngas und dem Kohlenwasserstoffnebel in genügender Menge vorbei, um das gesamte Brenngas und einen geringen Teil des Kohlenwasserstoffes zu verbrennen.In general, there is the method according to Invention in the introduction of a finely divided hydrocarbon jet through a single injector in a soot oven. The injector tube is attached centrally to the end wall of the soot furnace and extends in the longitudinal axis of the furnace. At the same time, a combustion gas is generated from a A series of openings were introduced, which tightly encircled the hydrocarbon injector tube and opened up in front of the point where the hydrocarbon is injected. At the same time, an oxygen-containing one flows Gas past the fuel gas and the hydrocarbon mist in sufficient quantities to prevent the burn all fuel gas and a small part of the hydrocarbon.

Dazu wird ein neuartiger Brenner verwendet, der gekennzeichnet ist durch ein zentrales Ölzuführungsrohr mit einer Strahldüse am Ende und ein Gasrohr, das das Ölrohr konzentrisch umgibt, ferner Mittel in dem Gasrohr, um das Gas in der Achsrichtung im Wärmeaustausch zum Reaktionsraum des Ofens hin- und zurückströmen und in den Ofen so eintreten zu lassen, daß der Gasstrom den Ölsprühnebel aus der Sprühdüse umgibt.A new type of burner is used for this, which is characterized by a central oil supply pipe with a jet nozzle at the end and a gas pipe concentrically surrounding the oil pipe, further means in the gas pipe to heat the gas in the axial direction to the reaction space of the furnace Flow back and forth and allow the furnace to enter so that the gas flow exits the oil spray surrounding the spray nozzle.

Es ist wichtig, daß das Brenngas in einem engbegrenzten Raum und einem genügenden Abstand von der Sprühdüse für den Kohlenwasserstoff eingeführt wird, damit das Brenngas möglichst vollständig verbrannt ist, bevor es den Kohlenwasserstoffstrahl erreicht. Damit vollständige Verbrennung sichergestellt ist, wird ein Überschuß an Luft über die theoretisch erforderliche Menge eingeführt. Dadurch wird auch eine geringe Menge des Kohlenwasserstoffs unvermeidlich mitverbrannt.It is important that the fuel gas is kept in a confined space and a sufficient distance is introduced from the spray nozzle for the hydrocarbon so that the fuel gas is as complete as possible is burned before it reaches the hydrocarbon jet. This ensures complete combustion is, an excess of air over the theoretically required amount is introduced. This will also a small amount of the hydrocarbon is inevitably co-burned.

Es ist einer der Vorteile der Erfindung, daß durch den entscheidenden Abstand der Punkte für die Einführung des Kohlenwasserstoffs, des Brenngases und der Luft die Arbeitsbedingungen in weiten Grenzen variiert werden können, so daß sich viele verschiedene Arten von Ruß in bisher nicht erreichter Ausbeute herstellen lassen. Da die Dissoziationsreaktion, durch die der Kohlenwasserstoff in Ruß umgewandelt wird, in der Hauptsache durch die Wärmeübertragung von den Verbrennungsprodukten des Heizgases bedingt ist und da das Sauerstoff enthaltende Gas Luft oder mit Abgasen oder anderen inerten Gasen verdünnter Sauerstoff ist, steht eine genügende Menge heißer Verdünnungsgase zur Verfügung, um mit dem Kohlenwasserstoff vermischt zu werden und das Anwachsen der Ruß teilchen zu verhindern.It is one of the advantages of the invention that the crucial distance between the points for the introduction the hydrocarbon, the fuel gas and the air, the working conditions within wide limits can be varied so that many different types of carbon black can be obtained in unprecedented yields can be produced. Since the dissociation reaction, by which the hydrocarbon is converted to soot, mainly due to the heat transfer from the combustion products of the heating gas and because the oxygen-containing gas is air or diluted with exhaust gases or other inert gases If there is oxygen, a sufficient amount of hot diluent gases is available to work with the hydrocarbon to be mixed and to prevent the soot particles from growing.

Die gewünschte Atmosphäre wird durch Mischen des Brenngases und der Luft erzielt, indem das Gas in die sich verhältnismäßig langsam bewegende Luftmasse in einem beträchtlichen Abstand vom Injektor für den Kohlenwasserstoff in einem Kreis unmittelbar um das Injektionsrohr eingeblasen wird. Dadurch wird eine turbulente und sehr heiße Masse von Verbrennungsprodukten erzeugt, die hinter dem zerstäubten Kohlenwasserstoff herströmen, so daß eine Wärmeübertragung maximaler Wirksamkeit und gleichzeitig eine Verdünnung erfolgt.The desired atmosphere is achieved by mixing the fuel gas and the air by adding the gas into the relatively slow moving air mass at a considerable distance from the injector for the hydrocarbon is blown in a circle immediately around the injection tube. Through this a turbulent and very hot mass of combustion products is created behind the atomized Hydrocarbons flow in, so that a heat transfer of maximum efficiency and at the same time a dilution takes place.

Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich vorzugsweise für schwere Öle und Teere, die nachstehend kurz als »Rückstandsöle« bezeichnet werden. Solche Rückstandsöle werden bei den verschiedensten Destillationen und Krackungen von Kohlenwasserstoffen erhalten, ebenso wie bei der destruktiven Destillation von Kohlen. Sie sind dadurch gekenn-'The method according to the invention is preferably suitable for heavy oils and tars, hereinafter referred to for short as " residual oils " . Such residual oils are obtained from a wide variety of distillations and cracking of hydrocarbons, as well as from the destructive distillation of coals. They are known by it- '

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zeichnet, daß sie sich unter Atmosphärendruck nicht vollständig verdampfen lassen, und einige werden zu Kohlenstoff gekrackt, schon bevor 50% verdampft sind. Es werden beispielsweise Öle mit einem Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff von etwa 0,75 bis 1,25 und einem mittleren Molekulargewicht von etwa 225 bis 550 verwendet. Derartige Öle haben ein spezifisches Gewicht (20°/4°) von mindestens 0,99, eine Viskosität bei 99⁰ von im äußersten Falle i,2° Engler und einen Verkokungsrückstand nach Conrads ο η von mindestens 1,5. shows that they do not completely evaporate under atmospheric pressure, and some are cracked to carbon before 50% has evaporated. For example, oils with a hydrogen to carbon ratio of about 0.75 to 1.25 and an average molecular weight of about 225 to 550 are used. Such oils have a specific gravity (20 ° / 4 °) of at least 0.99, a viscosity at 99 of ⁰ in the extreme case, i, 2 ° Engler and a carbonization residue after Conrads ο η of at least 1.5.

Typische Rückstandsöle, die gemäß der Erfindung verarbeitet werden können, sind in Tabelle I aufgezählt. Typical residual oils that can be processed according to the invention are listed in Table I.

Table 1

Probesample Ausgangs
materialStarting
material Verhältnis
von H/Cratio
by H / C Mittleres
Molekular
gewicht .Middle
Molecular
Weight . Spezifisches
Gewicht
(2Ο°/4°)Specific
Weight
(2Ο ° / 4 °) Verkokungs
rückstand
nach
ConradsonCoking
Residue
after
Conradson Viskosität
bei 99°
in ° Englerviscosity
at 99 °
in ° Engler I
II
III
IV
V
VI
VII
VIIII.
II
III
IV
V
VI
VII
VIII Petroleum
Petroleum
Petroleum
Petroleum
Kohlenteer . .'.
Petroleum
Kohlenteer
Petroleum petroleum
petroleum
petroleum
petroleum
Coal tar . . '.
petroleum
Coal tar
petroleum 1,08
I,I
I,l6
1,05
1,09
I,O8
0,79
1.151.08
I, I
I, l6
1.05
1.09
I, O8
0.79
1.15 39I.O
310,5
250,0
440,0
277,0
314,0
399.0
227,039I.O
310.5
250.0
440.0
277.0
314.0
399.0
227.0 1,067
1,077
0,996
i,oo4
1,042
1.057
i,i68
1,0471.067
1.077
0.996
i, oo4
1.042
1,057
i, i68
1.047 17.0%
17.4%
5.o%
20,0%
2,0%
i5.3°/o
24,0%
4.0%17.0%
17.4%
5.o%
20.0%
2.0%
i5.3 ° / o
24.0%
4.0% 3.1
3,9
1,2
.9.6
1,2
2,5
3.2
1.43.1
3.9
1.2
.9.6
1.2
2.5
3.2
1.4

Die verschiedenen charakteristischen Merkmale der Erfindung werden am besten durch eine typische Ausführungsform der neuen Vorrichtung veranschaulicht, wie sie beispielsweise ausgewählt und in den Fig. ι bis 3 dargestellt ist, mit der das Verfahren gemäß der Erfindung vorteilhaft durchgeführt werden kann.The various characteristic features of the invention are best illustrated by a typical one Embodiment of the new device illustrates how it is selected, for example, and in the Fig. Ι to 3 is shown, with which the method according to the invention can be carried out advantageously can.

Fig. ι ist eine teilweise fortgeschnittene Seitenansicht der Vorrichtung,Fig. Ι is a partially cut-away side view the device,

Fig; 2 eine Draufsicht auf den Brenner undFig; 2 is a plan view of the burner and

Fig. 3 ein teilweiser Querschnitt durch den Brenner und zeigt den Gaskopf mit den Löchern am Umfang und die Zerstäubungsdüse.Fig. 3 is a partial cross-section through the burner and shows the gas head with the holes on the circumference and the atomizing nozzle.

Der Ofen besteht aus einem langgestreckten Reaktionsraum 10, der irgendeinen üblichen, bevorzugt zylindrischen Querschnitt aufweist. Er hat einen Stahhnantel 12, eine Schicht aus isolierenden Mauersteinen 14 und eine Auskleidung 16 aus hochfeuerfestem Material. Am linken, d. h. am Einlaßende ist der Reaktionsraum bei 18 konisch zu einem Hals 20 von geringerem Durchmesser verjüngt, der die einzige Zufuhrstelle zum Ofen ist. Der konische Absatz 18 ist wichtig, da er etwa dem Sprühkegel des zerstäubten Öles entspricht und dadurch die Wärmeübertragung auf das zerstäubte Öl erleichtert wird. Ein Brennerrohr 22 ist zentrisch in dem Hals 20 angebracht und erstreckt sich wenigstens bis zu dem konischen Teil 18 in den Ofen.The furnace consists of an elongated reaction space 10, which is any conventional one, preferred Has a cylindrical cross-section. He has a steel jacket 12, a layer of insulating Bricks 14 and a lining 16 made of highly refractory material. On the left, d. H. at the inlet end the reaction space is tapered conically at 18 to a neck 20 of smaller diameter, the is the only feed point to the furnace. The conical paragraph 18 is important because it is about the spray cone of the corresponds to atomized oil and thereby facilitates the transfer of heat to the atomized oil. A burner tube 22 is mounted centrally in the neck 20 and extends at least up to the conical part 18 in the oven.

Der Reaktionsraum 10 ist auf der dem Brenner gegenüberliegenden Seite offen. Das offene Ende geht in einen üblichen Rauchgaskanal 24 über, durch den die gasförmigen Verbfennungsprodukte und mitgeführter Ruß zu den Abscheidern und dann zum . Schornstein gehen.The reaction space 10 is open on the side opposite the burner. The open end goes into a conventional flue gas duct 24 through which the gaseous combustion products and entrained Soot to the separators and then to the. Go chimney.

Der Mehrfachbrenner gemäß der Erfindung, durch den das Kohlenwasserstofföl und das Brenngas in den Ofen eingeführt werden, ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Der Brenner besteht aus einem zentralen Ölrohr 21, das über einen Teil seiner Länge von dem größeren Gasrohr 22 und einer Verlängerung 23 mitThe multiple burner according to the invention, through which the hydrocarbon oil and the fuel gas in the Furnace are introduced is shown in Figs. The burner consists of a central one Oil pipe 21, which over part of its length from the larger gas pipe 22 and an extension 23 with

einer gasdichten Kappe 25 am Brennerende umgeben ist. Ein verhältnismäßig kurzes Rohr 26 ist konzentrisch in etwa gleichem Abstand zwischen der Gasrohrverlängerung 23 und dem Ölrohr 21 angeordnet und an der dem Reaktionsraum abgewandten Seite bei 28 gasdicht in das Rohr 22 eingeschraubt. Dieses mittlere Rohr 26 ist so angeordnet, daß es an der dem Reaktionsraum zugewendeten Seite offen ist. Dadurch streicht der Gasstrom zunächst über die Außenseite des Ölrohres 21 und strömt dann zurück an der Innenseite der Verlängerung 23.a gas-tight cap 25 is surrounded at the burner end. A relatively short tube 26 is concentric arranged at approximately the same distance between the gas pipe extension 23 and the oil pipe 21 and screwed gas-tight into the tube 22 at 28 on the side facing away from the reaction chamber. This mean one Tube 26 is arranged so that it is open on the side facing the reaction space. Through this the gas flow first sweeps over the outside of the oil pipe 21 and then flows back on the inside extension 23.

Das Rohr 22 und seine Verlängerung 23 sind durch den Gäskopf 30 verbunden, der mit einer Mehrzahl von Öffnungen 32 in gleichen Abständen voneinander rund um seine Peripherie versehen ist. Dieser Gaskopf 30 kann eine gewöhnliche Manschette sein oder ein Stück Rohr oder ein anderes Element. Das Gasrohr 21 ist an dem dem Reaktionsraum zugewandten Ende mit einem langen Nippel 34 versehen,.der innen in das Gasrohr eingeschraubt ist und am anderen die. aufgeschraubte Kappe 25 trägt. An der Ausflußdüse ist das Rohr 34 mit einem verengernden Ring 36 versehen.The pipe 22 and its extension 23 are connected by the Gäskopf 30, which has a plurality of openings 32 equidistant from one another around its periphery. That gas head 30 can be an ordinary sleeve or a piece of pipe or some other element. The gas pipe 21 is provided with a long nipple 34 at the end facing the reaction chamber, the inside is screwed into the gas pipe and on the other the. screwed cap 25 carries. At the outlet nozzle the tube 34 is provided with a narrowing ring 36.

Der Brenner ist also sehr einfach aufgebaut und kann zur Reinigung oder zum Austausch von Normteilen oder auch anderer Größe und Form leicht auseinandergenommen und wieder zusammengesetzt werden.The burner has a very simple structure and can be used for cleaning or for replacing standard parts or of other sizes and shapes, easily disassembled and reassembled will.

Im Rahmen der Erfindung kann die Konstruktion des Brenners modifiziert werden. Beispielsweise kann das Rohr 22 in einer Länge durchgehen und mit Gasöffnungen versehen sein, so daß der Gaskopf 28 · fortfällt. Auch das Gasrohr 21 kann aus einer Länge bestehen, so daß dann die Verlängerung durch den Nippel 34 überflüssig wird. Am Ende des Ölrohres 21 kann auch eine Zerstäubungsdüse mit einem Konus im Zufluß angebracht sein.The design of the burner can be modified within the scope of the invention. For example, can go through the pipe 22 in a length and be provided with gas openings so that the gas head 28 · no longer applies. The gas pipe 21 can also consist of a length so that the extension through the Nipple 34 is superfluous. At the end of the oil pipe 21 there can also be an atomizing nozzle with a cone be attached in the tributary.

Die Anzahl und Größe der Löcher 32 wird vorzugsweise durch die gewünschten Verbrennungsbedingungen bestimmt. Ganz allgemein ist es vorteilhaft, soThe number and size of the holes 32 is preferably determined by the desired combustion conditions definitely. In general it is beneficial that way

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viele Öffnungen als möglich . mit größtmöglichem Durchmesser vorzusehen. Wird jedoch extreme Turbulenz angestrebt, so werden weniger Öffnungen von geringerem Durchmesser angebracht. In Fig. 3 sind radial nach außen gehende Öffnungen dargestellt, sie können aber auch nach vorn, nach dem Brennerende, in einem Winkel gerichtet oder schraubenförmig ausgebildet sein, so daß die Gase eine Drehbewegung erhalten.many openings as possible. to be provided with the largest possible diameter. However, it becomes extreme If turbulence is sought, fewer openings with a smaller diameter are made. In Fig. 3 Radially outward openings are shown, but they can also be directed towards the front, after the end of the burner, directed at an angle or formed helically so that the gases rotate receive.

Das Ölrohr 21 endet außerhalb des Ofens in einer Mischkammer 40, in der die vorzugsweise zur Erhöhung ihrer Fluidität vorerhitzten Kohlenwasserstoffe,- die durch das Zufuhrrohr 42' durch Luft, Dampf oder andere gasförmige Zerstäubungsmittel oder deren Mischungen, die durch Rohr 44 zugeführt werden, angesaugt und mit diesen gemischt werden.The oil pipe 21 ends outside the furnace in a mixing chamber 40, in which the preferably to increase their fluidity preheated hydrocarbons, - the through the supply pipe 42 'by air, steam or other gaseous atomizers or mixtures thereof supplied through tube 44, sucked in and mixed with these.

Die Mischkammer 40 kann irgendeine übliche Form oder Ausgestaltung aufweisen.The mixing chamber 40 can have any conventional shape or configuration.

Das Gasrohr 22 umgibt das zentrale Ölrohr 21 nur auf einem Teil seiner ganzen Länge und endet außerhalb des Ofens in der gasdichten Abschlußkappe 46. Der Stutzen 48 dient zur Einführung eines brennbaren Gases in das Innere des Rohres 22.The gas pipe 22 surrounds the central oil pipe 21 only over part of its entire length and ends outside of the furnace in the gas-tight end cap 46. The nozzle 48 is used to introduce a combustible Gas into the interior of the tube 22.

Im Betrieb wird der Kohlenwasserstoff mit einem Gas, ζ. Β. Luft, Dampf, einem inerten oder brennbaren Gas, in Kammer 40 vermischt und durch Rohr 21 in den Ofen 10 in Form eiries konisch geformten, kleinste Öltröpfchen enthaltenden Nebels eingeblasen. Zu gleicher Zeit wird ,ein brennbares Gas, ζ. B. Naturgas, Koksofengas, Wasserstoff oder feinstzerteilter flüssiger Kohlenwasserstoff, in den Ofen durch den Gaskopf 30 eingeführt. Luft von niederem Druck (etwa 100 bis 200 mm Wassersäule) wird durch die Leitung 52 der Kammer 50 zugeführt und tritt dann durch den Ofenhals 20 an dem Gaskopf 30 vorbei in den Ofen. Die Luftgeschwindigkeit wird in erster Linie durch die Strömungsgeschwindigkeit des Brenngases und in zweiter Linie durch die des Kohlenwasserstoffs bestimmt. Es muß nur immer genügend Luft vorhanden sein, um das gesamte Brenngas und einen nur geringen Teil des Öles zu verbrennen. Der Gaskopf 30 muß weit genug von der Zerstäuberdüse entfernt sein, damit alles Gas verbrannt ist, bevor es mit dem Ölnebel in Berührung kommt. Die heißen Verbrennungsprodukte mischen sich dann innig mit dem Ölnebel, entsprechend den verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten, so daß die rußbildende Reaktion mit der Einführung des Öles in die Reaktionszone augenblicklich erfolgt. Ein Luftüberschuß, soweit dieser zur Verbrennung des Brenngases nicht benötigt wird, verbrennt naturgemäß eine geringe Menge Öl.In operation, the hydrocarbon is mixed with a gas, ζ. Β. Air, steam, an inert or combustible one Gas, mixed in chamber 40 and through tube 21 into furnace 10 in the form of eiries conically shaped, The mist containing tiny oil droplets was blown in. At the same time, it becomes a flammable Gas, ζ. B. natural gas, coke oven gas, hydrogen or finely divided liquid hydrocarbon, in the Furnace inserted through gas head 30. Low pressure air (about 100 to 200 mm water column) is fed through line 52 to chamber 50 and then passes through furnace neck 20 on the gas head 30 over in the oven. The air speed is determined primarily by the flow speed of the fuel gas and secondarily by that of the Hydrocarbon determined. There just has to be enough air to keep the whole Burn fuel gas and only a small part of the oil. The gas head 30 must be far enough from the The atomizer nozzle must be removed so that all of the gas is burned off before it comes into contact with the oil mist comes. The hot combustion products then mix intimately with the oil mist, according to the different flow rates, so that the soot-forming reaction with the introduction of the Oil into the reaction zone occurs instantaneously. An excess of air, as far as this is necessary for the combustion of the Fuel gas is not required, naturally a small amount of oil burns.

Der Abstand von der Ölrohrspitze bis zur Ebene durch die Öffnungen 32 kann in weiten Grenzen schwanken, je nach den für den Ruß geforderten Eigenschaften. Er soll gewöhnlich nicht kleiner als 150 mm sein und kann bis 560 mm betragen. Auf jeden Fall muß der Abstand groß genug sein, damit alles Gas verbrannt ist, bevor es den Ölnebel erreicht, darf aber auch nicht zu groß sein, damit die Gase nicht wesentlieh an Wärme verlieren, bevor sie sich mit dem Ölnebel vermischen.The distance from the oil pipe tip to the plane through the openings 32 can vary within wide limits, depending on the properties required for the carbon black. Usually it should not be smaller than 150 mm and can be up to 560 mm. In any case, the distance must be large enough so that all of the gas is burned is before it reaches the oil mist, but must not be too large so that the gases are not essential lose heat before they mix with the oil mist.

Ein wichtiges Merkmal des Brenners gemäß der Erfindung besteht darin, daß das Brenngas vor der Einführung in den Ofen durch den Gaskopf 30 zunächst hin zum Brennerkopf und dann zurück außen entlang dem Rohr 26 fließt, denn das Verlängerungsrohr 23 würde alsbald verzundern, wenn es der intensiven Hitze durch das verbrennende Öl ausgesetzt wäre, wenn es nicht durch das zirkulierende Brenngas dauernd gekühlt würde. Gleichzeitig wird das Brenngas vorerhitzt und erhält höhere Wirksamkeit durch die durch das Rohr 23 übertragene Wärme.An important feature of the burner according to the invention is that the fuel gas before Introduction into the furnace through the gas head 30 first towards the burner head and then back flows outside along the pipe 26, because the extension pipe 23 would soon scale if it would be exposed to the intense heat from the burning oil if it were not from the circulating one Fuel gas would be continuously cooled. At the same time, the fuel gas is preheated and becomes more effective by the heat transferred through the tube 23.

Versuchsergebnisse, wie sie bei der Durchführung der Erfindung erhalten wurden, sind in den folgenden beiden Tabellen II und III wiedergegeben. Verwendet wurden Öfen von 1720 und 3245 mm Länge. Es ist zu erkennen, daß bedeutende Ausbeuteerhöhungen durch das neue Verfahren und in dem neuen Ofen gemäß der Erfindung erzielt werden und daß die erhöhten Ausbeuten bei Erhaltung und sogar Verbesserung der Qualität des erhaltenen Produkts erzielt werden. In den Fällen, in denen eine Ausbeuteerhöhung nicht zu verzeichnen ist, ist gewöhnlich eine wesentliche Qualitätsverbesserung eingetreten, wie aus dem. Abriebwiderstand von Gummi ersichtlich ist.Experimental results as obtained in practicing the invention are as follows both Tables II and III reproduced. Ovens 1720 and 3245 mm long were used. It's closed recognize that significant increases in yield through the new process and in the new furnace according to FIG Invention can be achieved and that the increased yields while maintaining and even improving the Quality of the product obtained can be achieved. In those cases where an increase in yield is not too is recorded, there has usually been a substantial improvement in quality, such as from the. Abrasion resistance can be seen from rubber.

Table II

. Versuch
50. attempt
50 Ausgangsöl
in 1/Std.Starting oil
in 1 / hour Brenngas
in m³/Std.Fuel gas
in m ³ / hour Luft
in m³Xio~³/Std.air
in m ³ Xio ~ ³ / hour Verbranntes
Öl
in °/oBurned
oil
in ° / o Ausbeute
in g/lyield
in g / l Oberfläche
des Rußes*)
in m²/gsurface
of the soot *)
in m ² / g 12721272 228228 56,356.3 1,21.2 22,6o22.6o 520520 5757 956956 144144 82,582.5 1,11.1 14,5114.51 490490 7474 971971 148148 85,085.0 1,01.0 8,248.24 550550 5454 55 99255 992 152152 84,884.8 1,01.0 7,737.73 ,545, 545 5151 993993 152152 114,0114.0 i,3i, 3 7,497.49 465465 7373 959959 224224 113,0 '113.0 ' 1,41.4 6,126.12 640640 4444 11431143 230230 85,085.0 !,4!, 4 8,858.85 415415 6969 60 "4460 "44 152152 113,0113.0 i,3i, 3 7,947.94 463463 7171 "39"39 226226 113,0113.0 i,4i, 4 7,227.22 454454 4747 11381138 . 225. 225 113,0113.0 i,4i, 4 6,456.45 555555 4949

*) nach der Jodadsorptionsmethode bestimmt.*) determined according to the iodine adsorption method.

577/416577/416

C 7401 IYaI'22 fC 7401 IYaI'22 f

Versuchattempt Ausgangsöl
in 1/Std.Starting oil
in 1 / hour Brenngas
in mVStd.Fuel gas
in mVh. Luft
inm³Xio-³/Std.air
in ³ Xio- ³ / hour Verbranntes
ÖlBurned
oil Ausbeute
in g/1yield
in g / 1 Oberfläche
des Rußes*)
in m²/gsurface
of the soot *)
in m ² / g 13771377 264264 84,884.8 1,11.1 6,606.60 632632 3333 13411341 346346 84,784.7 1,21.2 6,356.35 663663 31 .31. 13711371 264264 84,884.8 0,960.96 2,022.02 ' 749'749 27 :27: 13231323 ' 227'227 85,085.0 0,920.92 o,97o, 97 658658 3030th 50865086 232232 85,085.0 5,305.30 678678 2828 50875087 234234 85,085.0 8,098.09 593593 3636 5223 ^l 5223 ^l 224224 85,285.2 8,648.64 656656 3636 52055205 226226 85,085.0 6,306.30 545545 3333 50885088 262262 85,085.0 11,7011.70 603603 3939 52435243 227227 85,085.0 9,209.20 670670 3939 ' 5244'5244 227227 85,085.0 9-159-15 634634 3737

Table III

Versuchattempt Ofenabmessungen
Länge und
Durchmesser
in mmFurnace dimensions
Length and
diameter
in mm Lochzahl und
. -durchmesser
im Gaskopf
in mmNumber of holes and
. -diameter
in the gas head
in mm Vergleichs
probeComparison
sample Ausbeute
erhöhung
gegenüber
der Vergleichs
probe in g/lyield
increase
opposite to
the comparison
sample in g / l Eigenschafte
Gummi in °/₀
pr
AbriebProperties
Rubber in ° / ₀
pr
Abrasion α von kaltem
der Vergleichs-
obe
Spannung
ffsoo in 7oα of cold
the comparative
above
voltage
ffsoo in 7o 12721272 1720; 4571720; 457 12; 3,17512; 3.175 HAFHAF 99,599.5 102102 125125 956956 desgl.the same desgl.the same -- 69,569.5 ΙΟΙΙΟΙ III .III. 971971 desgl.the same desgl.the same -- 132,0132.0 9292 109109 992992 desgl.the same desgl.the same 126,0126.0 ΙΟΙΙΟΙ 113113 993993 desgl.the same desgl.the same -- 45,545.5 113113 ^ZI4 ^ZI 4 959959 desgl.the same desgl.the same -- 222,0222.0 7878 112112 II43II43 3245; 4573245; 457 24; 3,17524; 3.175 HAFHAF -4,8-4.8 112112 9797 II44II44 desgl.the same desgl.the same -- 44,344.3 io6io6 9494 II39II39 desgl.the same desgl.the same -- i55,oi55, o 9.89.8 9595 II38II38 desgl.the same desgl.the same -- i35,oi35, o 9696 9090 . 1377 .-. 1377 .- 3245; 6863245; 686 12; 3,17512; 3.175 FEFFEF 123,0123.0 9797 116116 I34II34I desgl.the same desgl.the same -- i55,oi55, o 9292 103103 I37II37I desgl.the same desgl.the same -- 240,0240.0 9393 106106 13231323 desgl.the same desgl.the same -- 150,0150.0 105105 114114 50865086 3245; 6863245; 686 12; 3,17512; 3.175 FEFFEF 169,0169.0 9393 116116 50875087 desgl.the same desgl.the same -- 84,084.0 106106 117117 52235223 desgl.the same desgl.the same -- 147,0147.0 ΙΟΙΙΟΙ 119119 52055205 desgl.the same desgl.the same -- 36,036.0 103103 114114 50885088 desgl.the same desgl.the same -- 92,392.3 104104 108108 52435243 desgl.the same desgl.the same -- 162,0162.0 io6io6 118118 52445244 desgl.the same desgl.the same 125,0125.0 103103 113113

Anmerkung: Die verwendeten Vergleichsproben waren ein handelsüblicher HAF- und ein handelsüblicher FEF-Ruß, wobei es sich beim HAF-Ruß um einen »High-Abrasion-Furnace «-Ruß handelt, der dem Kautschuk also einen besonders hohen Abriebwiderstand verleiht, während der FEF-Ruß (»Fast-Extruding-Furnace«-Ruß) zu besonders gut spritzbaren Mischungen führt. Beide Rußsorten waren hergestellt worden nach dem Verfahren der deutschen Patentanmeldung C 832 IVb / 22 f. Die Ausbeuten bei den Vergleichsproben betragen 419,3 g/l Öl beim HAF- und 509,2 g/l Öl beim FEF-Verfahren.Note: The comparison samples used were a commercially available HAF and a commercially available one FEF carbon black, whereby the HAF carbon black is a »high abrasion furnace« carbon black which thus gives the rubber a particularly high level of abrasion resistance, while the FEF carbon black ("Fast Extruding Furnace" carbon black) leads to mixtures that are particularly easy to spray. Both types of carbon black were produced according to the method of the German patent application C 832 IVb / 22 f. The yields in the Comparative samples are 419.3 g / l oil for the HAF and 509.2 g / l oil for the FEF process.

Beim Verfahren gemäß der Erfindung werden mit Vorrichtungen in technischem Maßstab im Mittel 120 g/l Rohmaterial (= 20 °/₀) mehr Ruß als üblicherweise erzeugt. Ist in einem Fall die Ausbeute nicht wesentlich erhöht, so sind jedoch dafür der Modulus (σ₃₀₀) und der Abriebwiderstand wesentlich verbessert. In the process according to the invention, devices on an industrial scale produce an average of 120 g / l of raw material (= 20 ° / ₀ ) more soot than usual. If the yield is not significantly increased in one case, the modulus (σ ₃₀₀ ) and the abrasion resistance are, however, significantly improved.

Claims

Patent claims:

i. Process for the production of soot from hydrocarbon oils, characterized in that that in a thermally insulated heated reaction chamber a finely atomized jet of hydrocarbon oil and at the same time of a plurality of in a circle around the axis of the oil supply pipe in a distance from the spray nozzle for the oil arranged openings such an amount of one flammable gas in a relatively slow

609S7T / 416

C 7401 IVa/22 fC 7401 IVa / 22 f

flowing, free oxygen-containing gas are introduced that the fuel gas in the reaction chamber burns completely around the openings, and then the hot products of combustion of the fuel gas are mixed with the atomized oil, with the majority of the oil is converted into soot, and then the soot from those leaving the reaction chamber Exhaust gases is separated.

ίο 2. The method according to claim i, characterized in that that the fuel gas is introduced at such a distance from the atomized oil that all the gas containing the oxygen Gas reacted before it mixed with the oil mist.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a liquid fuel gas Hydrocarbon is used in a vaporous state.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the fuel gas is a finely divided liquid hydrocarbon.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the fuel gas before the introduction into the reaction chamber is preheated by first passing it through a duct next to it the oil supply pipe towards the nozzle and then back next to the outer pipe to the outflow openings to be led.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the combustion products of the fuel gas are thus fed to the oil mist that they envelop him from the outside.

7. Device for performing the method according to one of claims 1 to 6, consisting of an empty, elongated reaction chamber with parallel side walls, one centered on one Multi-burner arranged at the end, which extends in the direction of the axis into the furnace and at the front end has a fine oil mist forming nozzle, at a distance from the oil spray nozzle with provided annularly arranged holes for the passage of jets of gaseous fuel and means for introducing a gas containing free oxygen into the reaction chamber around the Burner and at the other end of the reaction chamber means for discharging the gaseous, soot-carrying products are arranged.

8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the multiple burner consists of a There is a plurality of concentrically arranged tubes, of which the inner one is at its outflow end carries a nozzle and is connected to a mixing device outside the reaction chamber is, the outer tube ends at the level of the nozzle in a cap and extends to the outside of the reaction chamber, a third and relatively short pipe, open at the outlet end, approximately equidistant between the inner and the outer tube is on the one hand gas-tightly connected to the inner wall of the outer tube and on the other hand from this connection point to just before the end cap of the outer tube extends with the outer tube at a location remote from the spray nozzle of the inner tube a gas head is provided with a plurality of openings on its periphery, the outer tube connected to a source of liquid fuel external to the combustion chamber, means are provided for the supply of the liquid hydrocarbon and the atomizing gas to the mixing chamber, furthermore means are provided for supplying the combustion-supporting Gas in the reaction chamber and an outlet opening in the reaction chamber opposite the burner is arranged through which the reaction products are discharged from the reaction chamber will.

1 sheet of drawings