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Publication number: DEP0003737MA
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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 28. September 1950 Bekanntgemacht am 19. Januar 1956Registration date: September 28, 1950. Advertised on January 19, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Die Erfindung. bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Ofenruß, insbesondere durch Spalten von Kohlenwasserstoffen im Kontakt mit heißen Verbrennungsgasen.The invention. refers to a procedure and a device for the production of furnace soot, in particular by splitting hydrocarbons in the Contact with hot combustion gases.

Die meisten der im Handel befindlichen Rußsorten werden zur Zeit nur nach sehr wenigen Verfahren hergestellt und können in Klassen eingeteilt werden, die von den Gummizusammensetzungen und dem vulkanisierten Gummi abhängen, bei denen die verschiedenen Rußsorten Verwendung finden. Weicher Ruß ergibt bei Beimischung zu einer üblichen Kautschukmischung und Vulkanisation einen Gummi, der weicher, elastischer und dennoch zäh ist, während im Gegensatz dazu harter Ruß in der gleichen Zusammensetzung dem vulkanisierten Gummi steifere, zähere Eigenschaften mit geringerer Elastizität verleiht.Most of the types of carbon black available on the market are currently only made after very few processes Manufactured and can be divided into classes by the rubber compositions and the depend on vulcanized rubber, in which the different types of carbon black are used. Softer When mixed with a conventional rubber mixture and vulcanized, carbon black results in a rubber that is softer, more elastic and yet tough, while, in contrast, hard carbon black is of the same composition gives the vulcanized rubber stiffer, tougher properties with less elasticity.

Diese zwei Rußarten können im wesentlichen als »Grenzfälle« angesehen werden, und viele der hefgestellten Rußsorten besitzen Härteeigenschaften, die zwischen diesen Grenzen liegen. .These two types of soot can essentially be viewed as "borderline cases," and many of those identified Types of carbon black have hardness properties that lie between these limits. .

Das wirtschaftliche »Kanal «-Verfahren erzeugt harten Ruß, der besonders für Kraftfahrzeug-Reifenlaufflächen geeignet ist, die abnutzungsfest sind und gute physikalische Prüf eigenschaften aufweisen. Die Ausbeute an Kohlenstoff bei diesem Verfahren beträgt jedoch nur ungefähr 3,5 °/₀ des Kohlenstoffgehaltes des Gases, aus dem der Ruß hergestellt wird. Einige andere Rußherstellungsverfahren ergeben höhere AusbeuteThe economical "channel" process produces hard carbon black that is particularly suitable for automobile tire treads that are wear-resistant and have good physical test properties. The carbon yield in this method is, however, only about 3.5 ° / ₀ of the carbon content of the carbon black is made of the gas. Some other carbon black making processes give higher yields

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an Kohlenstoff als das .»Kanal«-Verfahren; aber im wesentlichen sind in allen Fällen diese Rußarten weicher und weniger zur Verwendung in Qualitäts-Radreifenlaufflächen geeignet. Diese Rußarten finden andere und vielseitige Verwendungen, die jedoch im Vergleich zu den relativ großen Beträgen an Hartruß, die augenblicklich in die Reifenfabrikation gehen, unbedeutender sind. Daher ist ein Verfahren, das eine hohe Ausbeute an hartem Ruß ergibt, der ähnliche Eigenschaften ίο wie Kanalruß besitzt, sehr wünschenswert.on carbon as the "canal" process; but in essentially in all cases these types of soot are softer and less suitable for use in quality wheel tire treads suitable. These types of carbon black have different and varied uses, but they are compared less significant compared to the relatively large amounts of hard carbon black that are currently used in tire manufacture are. Therefore, a process which gives a high hard carbon black yield is of similar properties ίο like sewer soot, very desirable.

Ziele der Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Ruß von größerer Härte und besseren Verstärkungswerten, der mit dem Kanalruß vergleichbar oder sogar diesem in diesen Beziehungen überlegen ist.Objects of the invention are a method and an apparatus for producing carbon black of greater hardness and better gain values comparable to, or even in these respects, the sewer black is superior.

Ein weiteres Ziel dieser Erfindung besteht darin, die Rußherstellung durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zu verbessern, durch die dieser bessere Ruß ' in außerordentlich kurzer Reaktionszeit ohne Kontakt mit festen Flächen hergestellt wird, ohne von der Aufrechterhaltung von Strömungsbedingungen wie bei anderen Verfahren abhängig zu sein. 'Another object of this invention is to provide carbon black production by a method and apparatus to improve, through which this better soot 'in an extremely short reaction time without contact with solid surfaces is made without losing out on the maintenance to be dependent on flow conditions as in other processes. '

Die Zeichnung zeigt schematisch eine bevorzugte , Form einer Vorrichtung, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird.The drawing shows schematically a preferred form of a device in which the inventive Procedure is carried out.

Fig. ι ist ein Querschnitt eines erfindungsgemäßen Ofens längs der Linie 1-1 der Fig. 2;Fig. Ι is a cross section of an inventive Furnace taken along line 1-1 of FIG. 2;

Fig.. 2 ist ein senkrechter Längsschnitt des gleichen Ofens längs der Linie 2-2 der Fig. 1;
Fig. 3 ist ein Teil eines senkrechten Querschnitts eines abgeänderte^, erfindungsgemäßen Ofens mit einer anderen Form des tangentialen Brennstoffeinspritzaggregates; ....Fig. 2 is a vertical longitudinal section of the same oven taken along line 2-2 of Fig. 1;
Fig. 3 is part of a vertical cross-section of a modified furnace according to the invention with a different shape of the tangential fuel injector; ....

Fig. 4 zeigt ähnlich Fig. 3 eine dritte Form des tangentialen Brennstoffeinspritzaggregates;FIG. 4 shows, similar to FIG. 3, a third form of the tangential fuel injection unit;

Fig. 5 zeigt einen Teil der Fig! 2 in größerem Maßstab, und zwar insbesondere das Kohlenwasserstoff-Einlaßrohr 16 sowie benachbarte Teile, ausführlicher. Gleiche Zahlen in den Figuren beziehen sich auf gleiche Teile.Fig. 5 shows part of the figure! 2 on a larger scale, specifically, the hydrocarbon inlet pipe 16 and adjacent parts, in more detail. Like numbers in the figures refer to like parts.

Die Zeichnung ist nur schematisch, und es sind aus Gründen der Einfachheit Teile wie Speiseleitungen, Rohre für die Luftzuführung, Rohre für die Verbrennungsgase, Pumpen, Ventile, Zähler, Druckregler, Druckmesser, Temperaturmeßvorrichtungen und andere herkömmliche Apparate nicht gezeigt. Die Abschreck- und Kühlmittel sowie die Rußabscheider sind bereits ausführlicher, wenn auch mehr oder weniger allgemein, in den USA.-Patentschrift en 5.0 2 375 796, 2.375 797 und 2 375 798 beschrieben.The drawing is only schematic and, for the sake of simplicity, parts such as feed lines, Pipes for air supply, pipes for combustion gases, pumps, valves, meters, pressure regulators, Pressure gauges, temperature measuring devices and other conventional apparatus not shown. the Quenchants and coolants as well as the soot separators are already more detailed, albeit more or less less generally, described in U.S. Patents 5,0 2,375,796, 2,375,797 and 2,375,798.

Gemäß der Erfindung ,wird der Ruß durch ein verbessertes Verfahren hergestellt, bei dem ein Reaktions-' system von zwei zylindrischen Teilen verwendet wird, einem kurzen Teil mit großem Durchmesser, dem sogenannten Verbrennungsteil, und einem länglichen, ■ gleichachsigen Teil von beträchtlich kleinerem Durchmesser, dem sogenannten Reaktionsteil. Dabei wird; im allgemeinen ein Kohlenwasserstoff, der sogenannte Reaktionskohlenwasserstoff, zum Zwecke der Um-Wandlung in Ruß axial in den Verbrennungsteil eingeführt und anschließend durch den Reaktionsteil des Ofens geführt. Ein brennbares Gemisch von Luft" und Gasöl wird in den Verbrennungsteil in tangentialer Richtung zur zylindrischen Seitenwand eingeführt und zu Verbrennungsgasen verbrannt, bevor es mit dem Rußherstellungs- oder Reaktionskohlenwasserstoff in der Kammerachse in Berührung kommt. Die, Verbrennungsgase umhüllen den Reaktionskohlenwasserstoff auf dem Wege durch den Reaktionsteil, so daß Kohlenstoffabscheidungen auf den zylindrischen Wänden verhütet werden. Das tangential zugeführte Gemisch wird mit genügender Geschwindigkeit eingespritzt, um im Innern des Verbrennungsteiles spiralförmig und durch den Reaktionsteil im wesentlichen schraubenförmig zu strömen. Diese Gase sollen eine genügende Zentrifugalkraft besitzen, um eine Schicht von Verbrennungsgasen in unmittelbarer Nähe der Reaktionskammerwand aufrechtzuerhalten und demgemäß eine Ablagerung von Kohlenstoff auf dieser Wand zu verhüten. Der Reaktionskohlenwasserstoff wird in Ruß umgewandelt oder gespalten durch die Wärme, die auf ihn durch Mischen an der Berührungsfläche zwischen den Kohlenwasserstoffen und den Verbrennungsgasen und/oder durch Wärmerückstrahlung übertragen wird. Nach dem Herausströmen aus der Reaktionskammer wird der Gasstrom, der den Ruß führt, gekühlt und der Ruß durch übliche Mittel abgetrennt, indem z. B. der Gasstrom durch Filtersäcke oder vorzugsweise durch einen elektrischen Abscheider und/oder Zyklonabscheider geleitet wird. Enthält das tangential eingeführte Gemisch einen Luftüberschuß, so führt dies zur Verbrennung eines Teiles der axial eingeführten Kohlenwasserstoffe, und zwar derart, daß die Wärme, die sich bei dieser Verbrennung entwickelt, durch die endotherme Reaktion (Spaltung) von Kohlenwasser- ,95 stoff zu Kohlenstoff absorbiert und die Reaktionstemperatur und die Temperatur der Reaktionsteilnehmer gesteigert wird.According to the invention, the carbon black is improved by an Process made using a reaction system of two cylindrical parts, a short part with a large diameter, the so-called combustion part, and an elongated part, ■ equiaxed part of considerably smaller diameter, the so-called reaction part. In doing so, generally a hydrocarbon, the so-called reaction hydrocarbon, for the purpose of conversion in soot axially introduced into the combustion part and then through the reaction part of the furnace. A combustible mixture of "air" and gas oil is introduced into the combustion part in a tangential manner Introduced towards the cylindrical side wall and burned to combustion gases before it was with the Soot production or reaction hydrocarbon comes into contact in the chamber axis. The, combustion gases envelop the reaction hydrocarbon on the way through the reaction part, so that Carbon deposits on the cylindrical walls are prevented. The tangentially fed mixture is injected with sufficient speed to spiral and to flow substantially helically through the reaction part. These gases should be sufficient Have centrifugal force to create a layer of combustion gases in close proximity to the reaction chamber wall to maintain and accordingly to prevent a deposition of carbon on this wall. The reaction hydrocarbon is converted into soot or split by the heat generated on it by mixing at the interface between the hydrocarbons and the combustion gases and / or is transmitted by heat reflection. After flowing out of the reaction chamber the gas stream carrying the soot is cooled and the soot is separated by conventional means, e.g. B. the Gas flow through filter bags or preferably through an electrical separator and / or cyclone separator is directed. If the tangentially introduced mixture contains an excess of air, this leads to it for the combustion of part of the axially introduced hydrocarbons, in such a way that the heat, which develops during this combustion, through the endothermic reaction (splitting) of hydrocarbons, 95 substance to carbon absorbed and the reaction temperature and the temperature of the reactants is increased.

Nach der Zeichnung, die eine Ausführungsform einer Vorrichtung zeigt, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, besitzt die zylindrische Reaktionskammer 10 ein Futter n aus hochhitzebeständigem Material, wie Sillimanit, Tonerde, oder aus anderem zur Verfügung stehenden, für diesen Zweck geeigneten feuerbeständigen Material. Zwischen diesem feuerbeständigen Futter 11 und einem zylindrischen Stahlmantel 13 befindet sich- eine Isolationsschicht 12. Am Einströmende dieser Kammer liegt, ein kurzer zylindrischer Teil 14 mit ziemlich großem Durchmesser, die Verbrennungszone. Dieser Teil hat ein hitzebeständiges Futter 11, das die Fortsetzung des Futters 11 aus der Reaktionszone 10 bildet. Das Isoliermaterial 12 erstreckt sich auch rund um den Einströmungsteil zwischen dessem Futter 11 und dem Stahlmantel 13. Am Auslaßende des Ofens befinden sich ein Kühleraggregat 42, ein Rohrkühler 48 und eine Rußabtrenneinrichtung 49.According to the drawing, which shows an embodiment of a device in which the invention Process can be carried out, the cylindrical reaction chamber 10 has a lining n from Highly heat-resistant material such as sillimanite, alumina, or other materials available for fire-resistant material suitable for this purpose. Between this fire-resistant lining 11 and one cylindrical steel jacket 13 is an insulation layer 12. At the inflow end of this chamber is a short cylindrical part 14 with fairly large diameter, the combustion zone. This part has a heat-resistant lining 11, which is the continuation of the feed 11 from the reaction zone 10 forms. The insulating material 12 also extends around the Inflow part between its lining 11 and the steel jacket 13. Located at the outlet end of the furnace a cooler unit 42, a pipe cooler 48 and a soot separating device 49.

Bei einem verwendeten Ofen hatte die Verbrennungszone 14 einen Durchmesser von 84 cm bei 30,5 cm Länge, während die Reaktionszone 10 im Durchmesser 38 cm und 335 cm lang war. Bei einem anderen Ofen betrug der Durchmesser der Verbrennungszone 84 cm "und die Länge 30,5 cm, und die Reaktionszone hatte eine Länge von 335 cm bei einem Durchmesser von 30,5 cm. Diese Abmessungen seien nur als Beispiel angegeben, und es können einige oder alle AbmessungenIn one furnace used, the combustion zone 14 was 84 cm in diameter by 30.5 cm Length, while the reaction zone 10 was 38 cm in diameter and 335 cm long. With a different oven the diameter of the combustion zone was 84 cm "and the length was 30.5 cm, and the reaction zone was a length of 335 cm with a diameter of 30.5 cm. These dimensions are only given as an example specified, and some or all of the dimensions

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nach Wunsch geändert werden. Bei einer Änderung der Ofenkonstruktion ist es jedoch notwendig, daß die Verbrennungskammer einen, verhältnismäßig großen Durchmesser im Vergleich zu ihrer Länge erhält, während für die Reaktionszone das Umgekehrte gilt.can be changed as required. When changing the furnace construction, however, it is necessary that the The combustion chamber has a relatively large diameter compared to its length, while the reverse is true for the reaction zone.

An der Einström- und Einlaßendwand der Verbrennungszone 14 des Ofens ist eine Speiseleitung 16 axial derart angeordnet, daß die hierdurch eingeführte Zufuhr axial durch den Ofen hindurchgeht. Dieses Speiserohr 16 (Fig. 2 und 5) ist von einem größeren Rohr 17 umgeben, das als Luftmantel bezeichnet wird. Die Anordnung dieser zwei Rohre 16 und 17 bestimmt einen ringförmigen Zwischenraum 18, durch den Luft in den Ofen zugeführt wird. Die Luftführung durch diesen ringförmigen Zwischenraum 18 soll das innere Ende des Speiserohres kühlen, um einen Niederschlag von Kohlenstoff zu verhindern. Natürlich wird, falls sich etwas Kohlenstoff auf das innere Ende des Speiserohres ablagern sollte, diese Mantelluft oder Ringluft das Entfernen desselben durch Verbrennen unterstützen. Diese Ringluft ist für das Verfahren nicht wesentlich.At the inflow and inlet end walls of the combustion zone 14 of the furnace, a feed line 16 is arranged axially such that the introduced thereby Feed passes axially through the furnace. This feed pipe 16 (FIGS. 2 and 5) is of a larger one Surrounding tube 17, which is referred to as the air jacket. The arrangement of these two tubes 16 and 17 determines an annular space 18 through which air is fed into the furnace. The air flow through this annular space 18 is intended to cool the inner end of the feed tube to prevent precipitation to prevent from carbon. Of course, in case there is any carbon on the inner end of the feed tube should deposit, this jacket air or ring air support the removal of the same by burning. This ring air is not essential for the process.

In der Verbrennungszone 14 sind einige Einlasse 15 (Fig. ι und 3) derart angeordnet, daß das Gas, das dort in die Verbrennungszone geleitet wird, in tangentialer Richtung zur zylindrischen Wand einströmt. Jeder Gaseinlaß 15 besteht aus einem kleinen Kanal 21 (Fig. 1) und einem anschließenden größeren Kanal 22,In the combustion zone 14 are some inlets 15 (Fig. Ι and 3) arranged such that the gas that is passed into the combustion zone there in tangential Direction to the cylindrical wall flows in. Each gas inlet 15 consists of a small channel 21 (Fig. 1) and a subsequent larger channel 22,

der als Öffnung im feuerbeständigen Futter 11 der Verbrennungskammer endigt. Ein Rohr 20 ragt ein Stück in den kleineren Kanal 21 hinein.as the opening in the fire-resistant lining 11 of the Combustion chamber ends. A tube 20 protrudes a little into the smaller channel 21.

Die bei den Versuchen, die später in den Tabellen I und II erläutert werden, benutzten tangentialen Brennstoffeinlässe 15 sind in Fig. 3 der Zeichnung dargestellt. Dieses Aggregat unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeigten dadurch, daß die Ölleitung '26 ungefähr bis zur Hälfte der Erweiterung 22 hineinragt. Durch diese Brenneranordnung wird ein verbrennbares Gemisch von Brennstoffgas, z. B. Naturgas, und einem Sauerstoff enthaltenden Gas, z. B. Luft, eingeführt. Dieses brennbare Gemisch soll, ,sobald es das innere Ende des Zuleitungsrohres 26 verläßt, zu brennen beginnen. Brennendes Gas und die Flamme sowie Luft und heiße Verbrennungsprodukte strömen dann rings um die Wand der Verbrennungszone 14. Bei fortgesetzter Zuführung des brennbaren Gemisches legen die Flamme und die Verbrennungsprodukte einen schraubenlinienförmigen Weg zurück bis zu der Stelle, an der der Durchmesser der Schraube kleiner als der Durchmesser der Reaktionszone 10 wird. Dann soll im wesentlichen der ganze gasförmige Brennstoff verbraucht sein, insbesondere dann, wenn Ölgas und Luft annähernd in stöchiometrischen Verhältnissen oder mit Luftüberschuß eingespritzt wurde. Die heißen Verbrennungsprodukte legen darauf einen ebenfalls schraubenlinienförmigen Weg in unmittelbarer Nähe der zylindrischen Wand durch die Reaktionszone zurück. Der Durchtritt dieser Verbrennungsgase durch die Reaktionszone wird durch die ununterbrochene Zufuhr weiteren Brennstoffs und Luft durch die tangen-The tangentials used in the experiments discussed later in Tables I and II Fuel inlets 15 are shown in Figure 3 of the drawings shown. This unit differs from that shown in Fig. 1 in that the oil line '26 protrudes approximately up to half of the extension 22. This burner arrangement makes a combustible one Mixture of fuel gas, e.g. B. natural gas, and an oxygen-containing gas, e.g. B. air introduced. This combustible mixture is intended to burn as soon as it leaves the inner end of the supply pipe 26 start. Burning gas and the flame as well as air and hot combustion products then flow around around the wall of the combustion zone 14. Lay with continued supply of the combustible mixture the flame and the products of combustion take a helical path back to the point where at which the diameter of the screw becomes smaller than the diameter of the reaction zone 10. Then should essentially all of the gaseous fuel will be consumed, especially if oil gas and air was injected approximately in stoichiometric proportions or with excess air. The hot ones Combustion products lay on it a likewise helical path in the immediate vicinity the cylindrical wall back through the reaction zone. The passage of these combustion gases through the reaction zone is closed by the uninterrupted supply of further fuel and air through the rod

... tialen Brenner 15 verursacht, und es verbleibt als einzige Öffnung für den Auslaß das offene Ausströmende des Ofens. Die tangentialen Öffnungen, 22 erstrecken sich im wesentlichen vom Ofenmantel durch dielsolation hindurch und enden am Rande der Verbrennungszone. Durch die Lage dieser Brennstoffeinlässe soll der durchgeleitete gasförmige Brennstoff in die . Verbrennungszone in einer Richtung eintreten, die im wesentlichen tangential zu den kreisförmigen Wandüngen liegt. Der Brennstoff wird ferner durch das Einlaßrohr 26 (Fig. 3) mit genügender Geschwindigkeit hindurchgepreßt, so daß der Brennstoff während des Brennens durch die Zentrifugalkraft in unmittelbarer Nähe der Wand der Verbrennungskammer gehalten wird. Da dauernd Brennstoff zugegeben wird, legen die wirbelnde Flamme und die Verbrenriüngsprodukte einen schraubenlinienförmigen Weg zurück, bis der Durchmesser der Schraube ungefähr gleich oder kleiner ist als der Durchmesser der Reaktionszone 10, so daß die sich drehenden Gase schraubenförmig durch diese hindurchgehen. Bei der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Ofens soll das brennbare Gasgemisch im wesentlichen vollständig verbrannt sein, und zwar bis zu dem Zeitpunkt, in dem die Gase in die Reaktionskammer 10 eintreten, oder bis zu dem Zeitpunkt, in dem das Brenngasgemisch bzw. die daraus entstandenen Verbrennungsgase mit dem Reaktionskohlenwasserstoff, der durch das Speiserohr 16 zugeführt wird, in Berührung kommen. ;... tial burner 15 and it remains as the only opening for the outlet is the open discharge end of the furnace. The tangential openings 22, 22 extend essentially from the furnace shell through dielectric insulation through and end at the edge of the combustion zone. Due to the location of these fuel inlets, the gaseous fuel passed into the. Combustion zone enter in a direction substantially tangential to the circular walls located. The fuel is also through the Inlet tube 26 (Fig. 3) pushed through at sufficient speed so that the fuel during the Burning held by centrifugal force in close proximity to the wall of the combustion chamber will. As fuel is added continuously, the swirling flame and the combustion products settle back a helical path until the diameter of the screw is approximately equal to or less is than the diameter of the reaction zone 10, so that the rotating gases pass through them in a helical manner. In the operation of the invention Oven the combustible gas mixture should be substantially completely burned, namely up to at the time the gases enter the reaction chamber 10 or until the time in the fuel gas mixture or the resulting combustion gases with the reaction hydrocarbon, which is fed through the feed tube 16 come into contact. ;

Die Abgase und der in ihnen suspendierte Ruß gelangen aus dem Auslaßende der Reaktionskammer 10 unmittelbar in ein Kühlaggregat, das aus einem Wasserkühlmantel 42 Und einem Wasserzerstäuber 46 besteht. Der Innendurchmesser dieses Kühlmantels kann vorzugsweise der gleiche wie der Durchmesser _s der Reaktionskammer 10 sein, um die schraubenförmige Bewegung des umhüllenden Gasmantels, der zwischen dem zentralen Kern und den Reaktionswänden 11 liegt, nicht zu stören. Auf diese Weise werden die Metallwände des Kühlers im wesentlichen kohlenstofffrei gehalten. Das Rohr 44 führt Kühlwasser aus einer nicht gezeigten Quelle dem Wassermantel zu, und das Wasser geht durch den Zwischenraum 43 und aus dem Auslaßrohr 45 zu einer gewünschten Anordnung. Das Rohr 47 leitet Wasser von einer nicht gezeigten Quelle der Sprühdüse 46 zu. Aus dieser Wasserkühlzone gelangen die Gase und der Ruß durch das Rohr 48 -zu einem Rußabscheider 49. Das Rohr 48 kann genügend lang sein, um sowohl als Hilfskühler als auch als Leitung zu dienen. Wenn dieses Rohr als Kühler dient; wird die Hitze an die Atmosphäre übertragen, wodurch die erforderliche Sprühwassermenge wesentlich verringert werden kann. Diese Arbeitsweise vermindert auch den Arbeitsanfall beim Abscheidersystem 49. Das vom Ruß befreite Gas strömt aus dem Abscheider durch das Rohr 50, während der Ruß durch das Auslaßrohr 51 nach Wunsch dem Lager oder weiterer Behandlung zugeführt wird. :The exhaust gases and the soot suspended in them pass from the outlet end of the reaction chamber 10 directly into a cooling unit, which consists of a water cooling jacket 42 and a water atomizer 46. The inner diameter of this cooling jacket can preferably be the same as the diameter _{s of} the reaction chamber 10 in order not to disturb the helical movement of the enveloping gas jacket, which lies between the central core and the reaction walls 11. In this way the metal walls of the cooler are kept essentially carbon free. The pipe 44 supplies cooling water from a source not shown to the water jacket, and the water passes through the space 43 and out the outlet pipe 45 to a desired location. The pipe 47 supplies water to the spray nozzle 46 from a source not shown. From this water cooling zone, the gases and the soot pass through the pipe 48 to a soot separator 49. The pipe 48 can be long enough to serve both as an auxiliary cooler and as a line. If this pipe serves as a cooler; the heat is transferred to the atmosphere, which can significantly reduce the amount of spray water required. This mode of operation also reduces the workload of the separator system 49. The gas freed from the soot flows out of the separator through the pipe 50, while the soot is fed through the outlet pipe 51 to the storage or further treatment as desired. :

Nachstehend wird die Herstellung einer besseren Rußsorte in einem Ofen beschrieben, bei dem fein Öl mit folgenden Eigenschaften zu Ruß gespalten wurde:The following describes the production of a better type of carbon black in an oven using fine oil split into soot with the following properties:

Destillation "Distillation "

(durchgeführt nach »Distillation of gasoline, naphtha,(carried out after »Distillation of gasoline, naphtha,

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kerosene, etc.« im Teil D 86-38 der »American Society for Testing Materials [Standards 1939]«, S. 117 u. ff.)kerosene, etc. " in part D 86-38 of the" American Society for Testing Materials [Standards 1939] ", p. 117 and ff.)

Erster Tropfen ...' 2i6°First drop ... '2i6 °

5%
10%
20%
3o⁰/C
40%
5o°/o
6o°/o
70%
80%
90%5%
10%
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6o ° / o
70%
80%
90%

232" 236° 241⁰ 246⁰ 232 "236 ° 241 ⁰ 246 ⁰

251⁰ 254° 263⁰ 273° 293° 332°251 ⁰ 254 ° 263 ⁰ 273 ° 293 ° 332 °

Endpunkt 356⁰ End point 356 ⁰

Ausbeute 96 °/₀ Yield 96 ° / ₀

Fließpunkt — 40 °Pour point - 40 °

Kohlenstoffrückstand (Conradsori) 0,20Carbon residue (Conradsori) 0.20

Spezifisches Gewicht 0,936Specific gravity 0.936

Anilin-No. ⁰C*) , o°Aniline no. ⁰ C *), o °

Flammpunkt ⁰C 93⁰ Flash point ⁰ C 93 ⁰

Berechnungsindex 1,5342Calculation index 1.5342

*) Der Ausdruck »Anilin-No.« bezieht sich auf eine bestimmte Prüfung, bei der das Öl im Gemisch mit Anilin erhitzt und anschließend abgekühlt wird. Die angegebene Temperatur ist die, bei der sich das Gemisch in zwei getrennte Phasen (Öl und Anilin) zerlegt. Es handelt sich um eine Kennzeichnung des Gehaltes an aromatischen Stoffen im Öl. Je mehr aromatische Stoffe das Öl enthält, um so niedriger ist die Temperatur, bei der diese Trennung eintritt, und je mehr paraffinische Stoffe das Öl enthält, desto höher muß das Gemisch erwärmt sein, um eine einzige Phase zu bilden. Dies läßt sich damit erklären, daß Anilin eine aromatische Substanz ist und einander ähnliche Substanzen ineinander leichter löslich sind als unähnlichere.*) The expression »Aniline-No.« Refers to a certain test in which the oil is heated in a mixture with aniline and is then cooled. The temperature given is that at which the mixture divides into two separate phases (oil and aniline). It is a marking of the content of aromatic substances in the oil. The more aromatic Substances the oil contains, the lower the temperature at which this separation occurs and the more paraffinic Substances the oil contains, the more heated the mixture must be in order to form a single phase. This leaves explain themselves by the fact that aniline is an aromatic substance and substances similar to one another are more easily intertwined are more soluble than more dissimilar.

Beim Betrieb des Ofens zur Herstellung von hpchverstärkendem Ruß mit dem oben beschriebenen, schweren Kohlenwasserstofföl wird die Ölzufuhr auf ungefähr 375 ° vorgewärmt und bei dieser Temperatur durch das Rohr 16 in das Verbrennungsende des Ofens eingeführt. Dieses Rohr 16 kann einen Innendurchmesser von 2,5 cm aufweisen und ist in einem Luftmantelrohr 17, dessen Innendurchmesser 3,7 cm beträgt, zentriert. Luft wird dem Ofen durch den Ringraum 18 zugeführt, und zwar etwa 113,3 m³/h. Jedoch kann die Menge der so zugeführten Luft nach Wunsch geändert werden. Die Hauptsache ist, daß das Austrittsende der Rohre 16 und 17 hinreichend kühl gehalten wird, um auf ihm eine Kohlenstoffablagerung zu verhüten, oder daß für den Fall, daß sich Kohlenstoff gebildet hat, die Luft den Kohlenstoff durch Verbrennen entfernt. 'In operation of the furnace to produce reinforcing carbon black with the heavy hydrocarbon oil described above, the oil supply is preheated to approximately 375 ° and at that temperature is introduced through pipe 16 into the combustion end of the furnace. This tube 16 can have an inside diameter of 2.5 cm and is centered in an air jacket tube 17, the inside diameter of which is 3.7 cm. Air is supplied to the furnace through the annulus 18 at about 113.3 m ³ / h. However, the amount of air thus supplied can be changed as desired. The main thing is that the exit end of the tubes 16 and 17 be kept cool enough to prevent carbon deposition thereon, or, in the event that carbon has been formed, that the air removes the carbon by burning it. '

Bei den weiter unten angegebenen Beispielen wurde der tangentiale Öleinlaß 15 der Fig. 3 benutzt.' Die Öffnungen 22 hatten einen Durchmesser von etwa 15 cm, und die Rohre ragten ungefähr, wie gezeigt, bis zur Hälfte in die Öffnungen 22 hinein. Es wurden Rohre 26 von verschiedenen Durchmessern benutzt, die vom kleinsten, 6,7 cm, dem mittleren von 8,5 cm bis zum größten von 12,7 cm gingen.In the examples given below, the tangential oil inlet 15 of FIG. 3 was used. the Openings 22 were about six inches in diameter, and the pipes protruded approximately as shown up to halfway into the openings 22. Pipes 26 of different diameters were used, which went from the smallest, 6.7 cm, the middle one from 8.5 cm to the largest one from 12.7 cm.

Nachstehend ist die Analyse des tangential eingespritzten Brennölgases angegeben:The analysis of the tangentially injected fuel oil gas is given below:

Zusammensetzung in °/₀ Composition in ° / ₀

N₂
C₁
C₂
C₃
C₄
C₅ N ₂
C ₁
C ₂
C ₃
C ₄
C ₅

8,148.14

82,53
5.7582.53
5.75

2,99
o,55
0,042.99
o, 55
0.04

(N₂ ist. Stickstoff und C₁, C₂ usw. sind Kohlenwasserstoffe mit i, 2 usw. Kohlenstoffatomen je Molekül).(N ₂ is. Nitrogen and C ₁ , C ₂ etc. are hydrocarbons with 1, 2 etc. carbon atoms per molecule).

Dieses Brennölgas, und die Luft wurden in Verhält- _go nissen gemischt, die in der folgenden Aufstellung angegeben sind, und das sich ergebende brennbare Gemisch wurde durch die tangentialen Einlasse 15 mit größerer Geschwindigkeit als die Flammengeschwindigkeit eingespritzt. Durch . diese schnelle gg Gemischeinspritzung wird die Gefahr einer Explosion in den Ölgasleitungen vermieden,This fuel oil gas and the air were mixed Nissen _go in proportionality which are indicated in the following table, and the resulting combustible mixture is injected through the tangential inlets 15 at a greater speed than the flame speed. Through . this fast gg mixture injection avoids the risk of an explosion in the oil gas lines,

In den folgenden Beispielen wurde die Ölgaszufuhr auf 357⁰ vorgewärmt, während die Mantel- oder Ringluftzufuhr 113,3 m⁸/h betrug; der Abstrom aus der Reaktionskammer wurde mit Wasser auf ungefähr 677° abgeschreckt, und zwar unmittelbar nach dem Verlassen der Reaktionskammer. Die Temperatur in der Verbrennungskammer betrug bei allen Versuchen ungefähr 1650⁰ und in der Reaktionskammer ungefähr. _1Oj 1425⁰. Die Verbrennungskammer 14 war 84 cm im Durchmesser bei einer Länge von 30,5 cm. Der Durchmesser der Reaktionszone betrug 38 cm bei einer Länge von 3,35 m.In the following examples, the oil gas supply was preheated to 357 ⁰ , while the jacket or ring air supply was 113.3 m ⁸ / h; the effluent from the reaction chamber was quenched with water to approximately 677 ° immediately after exiting the reaction chamber. The temperature in the combustion chamber was approximately 1,650 ° ^C. and in the reaction chamber approximately in all tests. _1O j 1425 ⁰ . The combustion chamber 14 was 84 cm in diameter by 30.5 cm in length. The diameter of the reaction zone was 38 cm and the length was 3.35 m.

TabeUe ITable I

Versuch
Nr.attempt
No. Tang. Ölrohr
(26) 0 in cmTang. Oil pipe
(26) 0 in cm ÖlzufuhrOil supply Tang. LuftTang. Air Tang.'
BrennölgasTang. '
Fuel oil gas Verhältnis
Luftratio
air RußausbeuteSoot yield ■','l/h■ ',' l / h m³/hm ³ / h m³/hm ³ / h zu Brennölgasto fuel oil gas kg/1kg / 1 P2P2 .6,7.6.7 189189 "33"33 128128 8,98.9 0,5160.516 Pipi 6,76.7 227227 11331133 ΙΟΙΙΟΙ 11,211.2 0,4820.482 P3P3 . 8,5. 8.5 284284 17001700 igiigi 8,98.9 0,5600.560 P 4P 4 .8,5 ■.8.5 ■ 378378 22652265 206206 11,011.0 0,4520.452 P5P5 , 8,5, 8.5 473473 22652265 161161 14,014.0 o,475o, 475 P6P6 12,712.7 643643 34003400 309309 11,011.0 0,5370.537 P7P7 12,712.7 568568 42454245 385 .385. 11,011.0 0,3710.371 P8P8 I2;7I2; 7 663663 42454245 385 ■·385 ■ 11,011.0 0,3850.385

629/182629/182

P 3737 IVaI'22 fP 3737 IVaI'22 f

Den Proben des Rußes aus den vorstehenden Versuchen Pi bis P 8 wurden Kautschukmischungen beigegeben und diese zu fertigem Gummi vulkanisiert. Die Zusammensetzungsformel war ein übliches Rezept für Butadien-St3'rol-Copolymere und lautete:The samples of the carbon black from the above experiments Pi to P 8 were rubber mixtures added and these vulcanized into finished rubber. The composition formula was a common recipe for butadiene-St3'rol copolymers and read:

GewichtsteileParts by weight

Butadien-Styrol-Copolymef ΐοο,ΟButadiene-styrene copolymers ΐοο, Ο

Zinkoxyd '. 3,0Zinc oxide '. 3.0

Ruß 50,0Carbon black 50.0

Asphalt '.....- 6,0Asphalt '.....- 6.0

Schwefel 1,75Sulfur 1.75

Beschleuniger 0,8Accelerator 0.8

Diese Zusammensetzungen wurden 30 Minuten lang bei 153⁰ vulkanisiert und besaßen nach dem Vulkanisieren die in der Tabelle II angegebenen Eigenschaften. Es wurden jedoch die Werte der Reihen »Temperatursteigerung«, »Elastizität«, »Abnutzungsverlust« und »Abnutzungsindex« aus Proben erhalten, die zwar die gleiche, obenerwähnte Zusammensetzung hatten, aber 45 Minuten lang vulkanisiert und dann 24 Stunden lang bei 100° im Ofen gehalten wurden, bevor die Bestimmung der Temperatursteigerung und Elastizität erfolgte.These compositions were cured for 30 minutes at 153 ⁰ and after curing had given in Table II properties. However, the values of the series "rise in temperature", "elasticity", "wear loss" and "wear index" were obtained from samples which, although they had the same composition as mentioned above, were vulcanized for 45 minutes and then in the oven for 24 hours at 100 ° were held before the temperature increase and elasticity were determined.

Table II

Probe,Sample, 30 Minuten vulkanisiertVulcanized for 30 minutes Streckung
bei BruchElongation
in case of breakage Temperatur-
SteigerungTemperature-
increase Probe, 45 Minuten vulkanisiertSample, vulcanized for 45 minutes 00°00 ° in: gin: g Abriebindex
F 81 = tooAbrasion index
F 81 = too 0/
/00 /
/ 0 °C° C md 24 Stunden im Ofen gehaltenMd kept in the oven for 24 hours Elastizität AbriebverlustElasticity abrasion loss 3,903.90 300 «/₀
Modul300 "/ ₀
module 480480 26,726.7 bei ]at ] "Io"Io 3,673.67 Probesample kg/cm² kg / cm ² 483483 29,329.3 61,561.5 3,093.09 96,896.8 510510 29.329.3 60,560.5 2;492; 49 P2P2 I08,II08, I. 420420 30,230.2 60,560.5 2,382.38 PlPl 107,5107.5 450450 30,230.2 59,759.7 2,632.63 P3P3 114,5114.5 410410 31.I31.I 59-759-7 2/052/05 P4P4 126,5126.5 438438 34.4 -34.4 - 59,559.5 1,961.96 P5P5 111,0111.0 433433 33.833.8 57.557.5 2,322.32 P6P6 122,5122.5 443443 32,032.0 57.757.7 P7P7 124,5124.5 58,758.7 P8P8 131,0131.0 59,559.5 F 81F 81 Zerreiß
festigkeitTear
strength 66,866.8 kg/cm² kg / cm ² 45,o45, o 188188 93,293.2 197197 97,397.3 216216 89,289.2 183183 113,2113.2 206206 118,4118.4 169169 100,0100.0 201201 I95I95 202202

In den Tabellen II, IV und Vb bezieht sich der Ausdruck »300% Modul kg/cm²« auf den Zug in kg/cm² bei einer Dehnprobe, bei der das Probestück des vulkanisierten Gummis auf 300 % der ursprünglichen Länge gestreckt wurde. Die »Zerreißfestigkeit kg/cm²« stellt den Zug in kg/cm² beim Eintreten des Bruchs oder Reißens des Probestückes dar, wenn es der Dehnprobe weiter unterzogen wurde. Die »Streckung« stellt die Streckung oder Verlängerung im Augenblick des Bruchs oder Reißens dar. ■ Die »Temperatursteigerung« kann definiert werden als die Temperatursteigerung in ° C oberhalb 37,8° C einer Gummiprobe von genormter Größe, wenn sie schnellem Biegen unter genormten Bedingungen unterworfen wird. Die »Elastizität« ist die Ergänzung des Hystereseverlustes, oder einfacher ausgedrückt, es ist ein Maß der potentiellen Energie eines Gummi-. Stückes, die infolge der angewandten Spannung vorhanden ist, und die wiedergewonnen wird, wenn die Spannung beseitigt wird. »Abriebyerlust« kann definiert werden als der Gewichtsverlust (in g) eines Probestückes von genormter Größe, wenn es genormten Abnutzungsbedingungen ausgesetzt wird.In Tables II, IV and Vb, the expression "300% modulus kg / cm ² " refers to the tensile ^{strength in kg / cm 2} on a tensile test in which the test piece of vulcanized rubber was stretched to 300% of the original length. The “tensile strength kg / cm ² ” represents the tensile force in kg / cm ² when the test piece breaks or ruptures and was subjected to the tensile test. The "stretching" represents the stretching or elongation at the moment of breakage or tearing. ■ The "temperature increase" can be defined as the temperature increase in ° C above 37.8 ° C of a rubber specimen of standardized size when it is subjected to rapid bending under standardized conditions is subjected. The "elasticity" is the addition of the hysteresis loss, or more simply, it is a measure of the potential energy of a rubber. Piece that is present as a result of the applied tension and which is recovered when the tension is removed. "Abrasion loss" can be defined as the weight loss (in g) of a test piece of standardized size when exposed to standardized wear conditions.

Der Abnutzungsindex ist in der Tabelle II mit enthalten, da sich der Verlust in Gramm bei einerThe wear index is included in Table II, since the loss in grams is a

60' Norm von Gruppe zu Gruppe ändert. In der Tabelle II wurde ein Gummi mit der Rußsorte F 81 als Norm genommen und Gummi mit anderen Rußsorten damit verglichen, z. B. hatte das F-81-Muster einen Abnutzungsverlust von 2,32 g, während die P-2-Probe 3,90 g verlor. 100 X (2,32.geteilt durch 3,90) = 59,5. Die P-2-Probe war der F-81-Probe unterlegen, da der Gummi während der Abnutzung mehr Gramm verlor.60 'Standard changes from group to group. In Table II became a rubber with the carbon black type F 81 as standard and compared rubber with other types of carbon black, e.g. B. the F-81 sample had a wear loss of 2.32 g while the P-2 sample lost 3.90 g. 100 X (2.32 divided by 3.90) = 59.5. The P-2 sample was inferior to the F-81 sample because the rubber lost more grams with wear.

Es wurde die F-81-Probe als Abnutzungsindexnorm genommen, da diese Probe eine der am meisten verstärkend wirkenden Rußsorten ist, die durch ein Ofenverfahren hergestellt werden.The F-81 sample was taken as the wear index standard as this sample was one of the most common reinforcing types of carbon black that are produced by an oven process.

Es wurden ferner Versuche angestellt, bei denen Vorrichtungen mit' anderen Abmessungen benutzt wurden, als jene zeigten, die für die Herstellung der in den Tabellen I und II aufgeführten Rußsorten benutzt wurden.Tests have also been made in which devices of different dimensions are used than those indicated for the production of the carbon blacks listed in Tables I and II were used.

Die in der folgenden Tabelle III angegebenen Werte wurden mit Rußen erhalten, die in einem Ofen hergestellt wurden, dessen Verbrennungskammer einen Durchmesser von 84 cm und eine Länge von 30,5 cm hatte. Die Reaktionskammer hatte einen Durchmesser von 30,5 cm bei einer Länge von 3,35 m. Es wurden die tangentialen Brennölgaseinlässe 15 der Fig. ι bei diesen Versuchsreihen verwendet, die aus einer kurzen Öffnung 21 mit einem Durchmesser von ungefähr 10 cm und aus einer anschließenden längeren Öffnung 22 von ungefähr 20 cm im Durchmesser und einer Länge von 35 cm an der kurzen Seite bestanden. Ein Metallrohr 20 von ungefähr 9,5 cm Innendurchmesser wurde in die io-cm-Öffnung 21 etwa 5 cm vor Beginn der 20-cm-Abteilung entfernt eingesetzt. Das gesamte Aggregat war so angeordnet, daß das durch-The values given in Table III below were obtained with carbon blacks grown in an oven The combustion chamber has a diameter of 84 cm and a length of 30.5 cm had. The reaction chamber had a diameter of 30.5 cm and a length of 3.35 m The tangential fuel oil gas inlets 15 of FIG a short opening 21 with a diameter of approximately 10 cm and a subsequent longer one There was opening 22 approximately 20 cm in diameter and 35 cm in length on the short side. A metal tube 20 approximately 9.5 cm inside diameter was inserted into the 10 cm opening 21 approximately 5 cm Inserted at the beginning of the 20 cm section away. The entire unit was arranged in such a way that the

509 629/182509 629/182

P 3737 IVa/22 fP 3737 IVa / 22 f

geführte gasförmige Öl in die Verbrennungszone in einer zu der kreisrunden Wand tangentialen Richtung eintrat. Die Verbrennung sollte in der 20-cm-Durchmesserabteilung beginnen. Diese Reaktionskammer hatte ein 90 °/₀-Tonerdeziegelwerkfutter, das sich gut bewährte.guided gaseous oil entered the combustion zone in a direction tangential to the circular wall. The burn should begin in the 20 cm diameter section. This reaction chamber had a 90 ° / ₀ clay brickwork lining which performed well.

Die Mengen des zu verrußenden Öls und des Brennölgases, die Ölvorheiztemperatur, die Größe des Öleinlaßrohres und des Lufteinlaßrohres, die Menge der
umhüllenden Luft sowie die Art, die rußführenden
Abgase abzuschrecken, waren die gleichen wie bei
den Versuchen der Tabelle I.The amounts of the oil to be sooty and the fuel oil gas, the oil preheating temperature, the size of the oil inlet pipe and the air inlet pipe, the amount of
enveloping air as well as the kind that carries soot
Quenching exhaust fumes were the same as at
the experiments in Table I.

Table III

Versuch
Nr.attempt
No. ÖlzufuhrOil supply Tang. LuftTang. Air Tang.
BrennölgasTang.
Fuel oil gas Verhältnis
Luftratio
air RußausbeuteSoot yield Temperatur ⁰C
in VerbrennungsTemperature ⁰ C
in combustion ■ l/h■ l / h m³/hm ³ / h m³/hm ³ / h zu Brennölgasto fuel oil gas kg/fkg / f kammerchamber P 10P 10 378,5378.5 28322832 258258 IIII 0,3800.380 1649—17041649-1704 PnPn 436,0436.0 28322832 258258 IIII 0,4160.416 1649—^I7°41649— ^I 7 ° 4 P13P13 462,0462.0 28322832 258258 IIII o,473o, 473 1649—17041649-1704 P 14P 14 284,0284.0 21152115 - 193- 193 IIII 0.3150.315 1649—I7041649-1704 P15P15 322,0322.0 21152115 193193 IIII 0,4190.419 1649—17041649-1704 P 16P 16 417,0417.0 .2115.2115 193193 IIII o,495o, 495 1649—17041649-1704 Pi₇ Pi ₇ 455.0 ■455.0 ■ 28322832 258258 IOIO o,547 ■■■o, 547 ■■■ 1649—17041649-1704 P 19P 19 493.0493.0 28322832 236236 .12.12 0,4640.464 161O161O P 21P 21 493,0493.0 2832 - .2832 -. 218218 1313th 0,4190.419 15661566 P 23P 23 493,0493.0 28322832 203203 1414th 0,4240.424 14821482 P 25P 25 493.0493.0 28322832 188188 1515th 0,3860.386 14271427 P 27P 27 493.0493.0 28322832 177177 1616 o,344o, 344 14271427 P 20P 20 53o,o53o, o 28322832 236236 1212th 0,5030.503 16101610 P 22P 22 530,0530.0 28322832 218218 1313th 0,4700.470 15661566 P 24P 24 53o,o53o, o 28322832 203203 1414th 0,4630.463 1482.1482. P 26P 26 587,0587.0 28322832 188188 1515th 0,4660.466 14271427 P 28P 28 624,0624.0 28322832 177177 l6l6 o,449o, 449 1427 ,1427,

Die in Tabelle III verwendeten Rußproben wurden nach demselben, bereits beschriebenen Rezept für Kautschukmischungen beigemengt und die GemischeThe carbon black samples used in Table III were prepared using the same recipe previously described for Added rubber mixtures and the mixtures

Minuten lang bei 153⁰ vulkanisiert mit den in der
Tabelle IV zusammengestellten Ergebnissen.Vulcanized for minutes at 153 ⁰ with those in the
Results compiled in Table IV.

Tabelle IV 45 Minuten vulkanisiertTable IV cured for 45 minutes

Probe
Nr.sample
No. 300%
Modul300%
module ' Zerreiß
festigkeit'Tear
strength Streckung
bei BruchElongation
in case of breakage Temperatur
Steigerungtemperature
increase Elastizitätelasticity AbriebverlustAbrasion loss Abriebindex
F 81 = 100Abrasion index
F 81 = 100 kg/cm² kg / cm ² kg/cmkg / cm /0/ 0 °.C° .C 0/
/00 /
/ 0 in gin g PioPio 100,5100.5 209209 480480 30,630.6 59.559.5 1,911.91 72,072.0 PnPn 122,5122.5 232232 455455 31,131.1 58,358.3 1,301.30 106,0106.0 P 13P 13 Il8,0Il8.0 > 233> 233 465465 29,029.0 58,358.3 1,271.27 108,4108.4 Pi₄ Pi ₄ 121,0121.0 225225 450450 32,232.2 57.157.1 i,34i, 34 102,8102.8 ρ 15ρ 15 121,5121.5 227227 455455 31.O ,31.O, 58,5 ·58.5 1.411.41 97,797.7 P 16P 16 131,5131.5 221221 435435 ,31,8, 31.8 59.359.3 1,461.46 94.394.3 Pi₇ Pi ₇ 136,5136.5 217217 428428 31,231.2 58,758.7 1,251.25 110,0110.0 P.19P.19 121,0121.0 219219 443443 30,230.2 58,858.8 1,621.62 iii,3iii, 3 P 21P 21 128,5128.5 220220 435435 30,230.2 58,₄ 58, ₄ 1,631.63 110,5110.5 P 23P 23 133,0133.0 215215 425425 32,732.7 57.457.4 1.521.52 118,5118.5 P 25P 25 121,0121.0 22₇ 22 ₇ 460460 32,932.9 57.257.2 i,52i, 52 118,5118.5 : P 27: P 27 126,5126.5 209209 430430 32,232.2 " 58,4"58.4 1,631.63 110,5 .110.5. P 20P 20 133,5133.5 208208 423423 31,831.8 58,258.2 1,761.76 102,4102.4 P 22 ■:P 22 ■: 126,0126.0 221221 438438 32,732.7 57-257-2 1,531.53 117,6117.6 P 24P 24 126,5126.5 211 .211 420420 ' 31,7'31.7 57.857.8 1.591.59 113,2113.2 P26P26 132,0 '132.0 ' 201201 410 .410 30,130.1 58,358.3 1,761.76 102,4102.4 P 28P 28 135,5135.5 205205 .. 410;.. 410; 32,032.0 58,058.0 1.491.49 121,0121.0

629/182629/182

P 3737 IVa/22 f P 3737 IVa / 22 f

, Es ist bemerkenswert, daß alle Rußsorten, die geprüft wurden und in der Tabelle IV aufgeführt sind, mit Ausnahme von dreien (P io, P15 und P16), vom Gesichtspunkt des Abriebverlustes betrachtet, höher verstärkend wirken als Ruß F 81.It is noteworthy that all of the carbon blacks that were tested were listed in Table IV are, with the exception of three (P io, P15 and P16), From the point of view of abrasion loss, they have a higher reinforcing effect than carbon black F 81.

Bei allen hier beschriebenen Versuchen entstanden an den Wänden der Reaktionskammer 10 keine Kohlenstoffablagerungen. Die schraubenförmig sich bewegende Schicht der heißen Verbrennungsgase war ein wirksames Mittel, die Rußerzeugungszone nicht in Berührung mit den Wänden der Reaktionskammer kommen zu lassen.In all of the experiments described here, none were produced on the walls of the reaction chamber 10 Carbon deposits. The helical moving layer of the hot combustion gases was an effective means of keeping the soot generation zone out of contact with the walls of the reaction chamber to let come.

Alle in den Tabellen I und III angegebenen Rußausbeuten sind auf das ohne Abzug des Vergasungs-All soot yields given in Tables I and III are based on the

rückstandes benutzte Öl bezogen, das durch die tangentialen Öffnungen in die Verbrennungsabteilung des Ofens eingespritzt wurde. Wie oben erwähnt wurde, soll dieser Vergasungsrückstand vollständig oder praktisch vollständig verbrannt werden, bevor er mit den Reaktionskohlenwasserstofföldämpfen im zentralen (d. h. axialen) Teil der Verbrennungszone in Berührung kommt.residue related to used oil that passes through the tangential openings in the combustion compartment of the furnace was injected. As mentioned above, this gasification residue should be complete or practically completely burned before it is exposed to the reaction hydrocarbon oil vapors comes into contact with the central (i.e. axial) part of the combustion zone.

Das theoretische Verhältnis Luft zu Gas im tangential eingespritzten Ölgas-Luft-Gemisch beträgt 10.The theoretical ratio of air to gas in the tangentially injected oil gas-air mixture is 10.

Zur Ermittlung eines günstigen Verhältnisses wurden Versuche von unter 10 bis 16 gemacht. Ein Versuch wurde durchgeführt, bei dem das Luft-Gas-Verhältnis 9 betrug (gasreich); aber es wurden keine Rußsorten entnommen, obgleich die Arbeitsweise des Ofens zufriedenstellend war. Es wurden zwei Versuche P 2 und P 3 (Tafel I) gemacht, die ein Luft-Gas-Verhältnis von 8,9 benutzten. Bei diesen zwei Versuchen war zwar die Rußausbeute hoch, aber die Qualität desTests below 10 to 16 were made to determine a favorable ratio. One try was carried out with the air-gas ratio being 9 (gas rich); but there were no types of soot taken, although the operation of the furnace was satisfactory. There were two attempts P 2 and P 3 (Table I) using an air to gas ratio of 8.9. In these two attempts was the soot yield is high, but the quality of the

_λ Rußes war. nicht besonders gut, wenn man sie vom Gesichtspunkt des Gummiverstärkungswertes (Abriebwiderstand) betrachtete. _{λ was} soot. not particularly good when viewed from the viewpoint of rubber reinforcement value (abrasion resistance).

Dieses Verhältnis kann irgendwo, im wesentlichen innerhalb des entzündbaren Bereiches des verwendeten Brennölgases liegen. Es ist notwendig, daß das Gemisch innerhalb des entzündbaren Bereiches liegt, da sonst das Brennölgas nicht verbrannt werden würde, bevor es mit der Ölzufuhr in der Verbrennungskammer in Berührung kommt. Als das Luft-Gas-Verhältnis nach Tafel I von 10 bis 14 und nach Tafel III von 10 bis 16 zunahm, blieb die Qualität der erhaltenen Ruße ungefähr die gleiche; aber es nahm die Ausbeute wie erwartet leicht ab. Je höher die Verhältnisse über 10 liegen, desto tiefer waren die Verfahrenstemperaturen, was ein geringeres Abnutzen und Zerstören des Konstruktionsmaterials zur Folge hatte.This ratio can be anywhere, essentially within the flammable range of that used Fuel oil gas. It is necessary that the mixture is within the flammable range, otherwise the fuel oil gas would not be burned before it enters the combustion chamber with the oil supply comes into contact. As the air-gas ratio according to Table I from 10 to 14 and after Table III increased from 10 to 16, the quality of the carbon blacks obtained remained approximately the same; but it the yield decreased slightly, as expected. The higher the ratios are above 10, the lower they were the process temperatures, resulting in less wear and tear and destruction of the construction material resulted in.

Die Verbrennung des tangential eingespritztenCombustion of the tangentially injected

Ölgases während des Verfahrens beginnt innerhalbOil gas during the procedure starts within

. des Durchlasses 22, und zwar ziemlich dicht am Auslaß des Ölgaseinspritzungsrohres 26 der Fig. 3 oder dicht am Auslaßencie des reduzierten Raumes 21, wenn die tangentiale Öffnungsanordnung der Fig. 1 benutzt wird. Die Verbrennung eines Teiles des tangential zugeführten Ölgases in diesem Durchlaß 22 ist eine bevorzugte Arbeitsweise, zumal auf diese Weise eine gleichmäßigere Flamme aufrechterhalten werden kann.. of passage 22, fairly close to or close to the outlet of the oil gas injection tube 26 of FIG. 3 at the exterior of the reduced space 21 when using the tangential opening arrangement of FIG will. The combustion of part of the tangentially supplied oil gas in this passage 22 is one preferred mode of operation, especially since a more even flame can be maintained in this way.

Di'es ist jedoch kein wesentliches Merkmal desHowever, this is not an essential characteristic of the

Verfahrens, zumal die gesamte Verbrennung in das Innere der 85-cm-Verbrennungskammer verlegt werden kann, bevor ein Vermischen mit den zu verrußenden Öldämpfen beginnt.Procedure, especially since the entire combustion is relocated to the interior of the 85 cm combustion chamber before it starts to mix with the oil vapors to be sooty.

. Die grundsätzliche Trennung der hitzeliefernden Verbrennungsreaktionen von den rußbildenden Reaktionen haben das Verbrennungsproblem gelöst, das bei einigen herkömmlichen Rußofenverfahren mit hohen Durchsätzen auftrat. Bei dem erfindungsgemäßen Ofen war die Verbrennung bei allen hier berichteten Versuchen gleichmäßig, und es lagen ,-., keine Anzeichen dafür vor, daß bei noch höheren Öldurchsätzen die Verbrennung nicht ebenso gut gewesen sein würde.. The fundamental separation of the heat-producing combustion reactions from the soot-forming reactions have solved the combustion problem associated with some conventional soot furnace processes high throughputs occurred. In the furnace according to the invention, the combustion was here for everyone reported attempts evenly, and it was, -., there are no indications that the combustion is not as good at even higher oil throughputs would have been.

Fig. 4 zeigt schematisch eine abgeänderte Form einer Brenneranordnung zum Zwecke einer tangentialen Einspritzung des verbrennbaren Öl-Luft Gemisches in die Verbrennungskammer 14. Bei Ver-Wendung eines derartigen Brennerstutzeris ragt der Durchlaß 41 aus der Verbrennungskammer 14 ein ganzes Stück heraus. Gegebenenfalls kann sich der Durchlaß 41 ganz über die Ofenisolierung erstrecken oder an der in Fig. 4 veranschaulichten Stelle enden. Der Durchlaß kann durch ein feuerbeständiges Rohr 32 ausgefüttert sein. Das Maß k betrug bei dieser Brennerform 35 cm, c betrug 20 cm, d 15 cm, p 9 cm, e 0,6 cm, m 7,6 cm, η I2 cm und s 14 cm. Das Brennerrohr kann aus einem nichtrostenden Stahl (mit 18 °/₀ Crund 8% Ni; oder mit 27% Cr; oder mit 25% Cr und 20% Ni) oder einem anderen Metall oder einer anderen Legierung bestehen, die unter den beim Betrieb einer solchen Einrichtung herrschenden Verhältnissen geeignet ist. Die Abmessungen, die für das Brenneraggregat der Fig. 4 angegeben wurden, sind nur ein Beispiel und können gegebenenfalls in gewissen Grenzen abgeändert werden.4 shows schematically a modified form of a burner arrangement for the purpose of tangential injection of the combustible oil-air mixture into the combustion chamber 14. If necessary, the passage 41 can extend entirely over the furnace insulation or end at the point illustrated in FIG. The passage can be lined by a fire-resistant pipe 32. The dimension k for this burner shape was 35 cm, c was 20 cm, d 15 cm, p 9 cm, e 0.6 cm, m 7.6 cm, η I2 cm and s 14 cm. The burner tube can be made of a stainless steel (with 18 ° / ₀ Cr and 8% Ni; or with 27% Cr; or with 25% Cr and 20% Ni) or another metal or another alloy, which is among the operating conditions of a such facility is suitable for the prevailing conditions. The dimensions that were given for the burner assembly of FIG. 4 are only an example and can, if necessary, be modified within certain limits.

Wenn ein Gas, das im wesentlichen aus Methan besteht, als tangential einzuführendes Brennst off gas verwendet wird, sollte das Verhältnis der tangential zugeführten Luft zu diesem Brennstoffgas zwischen ungefähr 6,6 und ungefähr 20 Luft volumen je Gasvolumen liegen, um den Ofen für die Herstellung von Ruß befriedigend zu betreiben. Die besten Ergebnisse werden im allgemeinen erhalten, wenn das Luft-Gas-Verhältnis zwischen ungefähr 9 und ungefähr 16,5 Volumen Luft je Volumen Gas beträgt. In vielen Öfen ist ein Luft-Gas-Verhältnis von ungefähr 15 Volumen Luft auf 1 Volumen Gas das beste, da ein Heruntergehen von 15'auf 10 Luftvolumen je Gasvolumen zu einer Überhitzung führt, während bei mehr als 16,5 Volumen Luft je Volumen Gas leicht zerstörende Vibrationen auftreten.If a gas, which consists essentially of methane, is used as a tangential fuel gas is used, the ratio of tangentially supplied air to this fuel gas should be between approximately 6.6 and approximately 20 volumes of air per volume of gas are around the furnace for manufacture to operate satisfactorily from soot. The best results are generally obtained when that Air to gas ratio between about 9 and about 16.5 volumes of air per volume of gas is. In many ovens, the air to gas ratio is approximate 15 volumes of air to 1 volume of gas is the best, since a decrease from 15 'to 10 volumes of air per volume of gas leads to overheating, while more than 16.5 volumes of air per volume of gas easily destructive vibrations occur.

Als tangential zuzuführende Brennstoffe können bei dem hier beschriebenen Verfahren außer Methan Kohlenwasserstofföle (versprüht ■ oder als Dampf), andere Gasöle oder andere Kohlenwasserstofföle und/oder Gase, die mit Methan oder sogar mit pulverförmigen, festen Brennstoffen vermischt sind, verwendet werden, jedoch werden flüssige Brennstoffe bevorzugt. Öle, die an verbrennbaren Stoffen je Volumeneinheit reicher als Methan sind, erfordern eine größere Menge Verbrennungsluft. Wassergas, Generatorgas, Kohlendestillationsgas oder sogar Wasserstoff könnten, wenn auch nicht bevorzugt, verwendetIn addition to methane, fuels to be fed in tangentially in the method described here Hydrocarbon oils (sprayed ■ or as steam), other gas oils or other hydrocarbon oils and / or gases mixed with methane or even with powdered solid fuels are used however, liquid fuels are preferred. Oils containing combustible substances per unit volume richer than methane require a larger amount of combustion air. Water gas, generator gas, Carbon distillation gas or even hydrogen could, although not preferred, be used

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werden. Der Fachmann kann leicht die für die Verbrennung eines solchen Gases benötigte Menge Luft ' bestimmen oder berechnen, wenn die Zusammensetzung des Brennstoffs bekannt ist. Ist das theoretisehe Luft-Gas-Verhältnis bestimmt, dann können auch die besten Verfahrensgrenzen bestimmt werden. Die obere Grenze kann einfach durch Steigerung des Luftanteils festgestellt werden, bis eine Neigung zum Rückschlagen oder zum Ausgehen auftritt, und diewill. Those skilled in the art can easily find those for incineration of such a gas required amount of air 'determine or calculate if the composition of the fuel is known. If the theoretical air-gas ratio is determined, then you can the best procedural limits can also be determined. The upper limit can be set simply by increasing the Air content can be determined until a tendency to kick back or to run out occurs, and the

ίο untere Grenze kann dadurch ermittelt werden, daß man den Luftanteil verringert, bis man eine Ofen-ίο lower limit can be determined that the proportion of air is reduced until an oven

■ überhitzung beobachtet. Das erfindungsgemäße Verfahren soll nicht auf die Verwendung eines geringwertigen Rohgasöles als rußliefernden Ausgangsstoff■ overheating observed. The inventive method is not intended to be based on the use of an inferior one Crude gas oil as a starting material that produces soot

beschränkt sein, es können auch andere Öle, wie Kerosin, im Gasolinsiedebereich liegende Kohlen-limited, other oils can also be used, such as Kerosene, coal in the gasoline boiling range

⁽ Wasserstoffe, schwere oder leichte Erdöle, sogar schwerere Öle als die geringwertigen Rohgasöle, Verwendung finden. Es können auch gasförmige Kohlen-Wasserstoffe wie Methan', Trockengas, feuchtes oder rohes Naturgas, wie es aus der Gasquelle kommt, oder Gasolin einer Extraktionsanlage oder Gase aus Raffinationsrückständen verwendet werden. Ferner können schwerere Kohlenwasserstoffe als normale Gase als Ausgangsstoff verwendet werden, wie Butan, Pentan od. dgl. Im allgemeinen kann jeder Kohlenwasserstoff als rußliefernder Ausgangsstoff im erfindungsgemäßen Ofen Verwendung finden. ⁽ Hydrogen, heavy or light petroleum, even heavier oils than the inferior raw gas oils, are used. Gaseous hydrocarbons such as methane, dry gas, moist or raw natural gas, as it comes from the gas source, or gasoline from an extraction plant or gases can also be used In addition, hydrocarbons that are heavier than normal gases, such as butane, pentane or the like, can be used as starting materials.

Der rußliefernde Ausgangsstoff kann als Flüssigkeit durch einen Sprüher oder Zerstäuber eingespritzt werden, obwohl es vorzuziehen ist, den Ofen mitThe soot-producing raw material can be injected as a liquid using a sprayer or atomizer although it is preferable to use the oven with

; einem Ausgangsstoff arbeiten zu lassen, der dampfförmig eingespritzt wird. Es sind auch Kohlenwasserstoffe anderer Herkunft, als Erdöl geeignet, z. B. bei der Tieftemperaturverkokung von Kohle anfallende Gase, Kohlenteerdestillate, Ölschieferdestillationsgase und -destillate. Diese Ausgangsstoffe können jede Art von Kohlenstoffverbindungen enthalten, wie z. B. gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe, Paraffine, Olefine, aromatische, naphthenische und , andere Kohlenwasserstoffe. Das hier beschriebene Gasöl ist jedoch ein bevorzugter" Ausgangsstoff.; to make a starting material work, which is in vapor form is injected. There are also hydrocarbons of other origins than petroleum, z. B. at gases from the low-temperature coking of coal, coal tar distillates, oil shale distillation gases and distillates. These starting materials can contain any kind of carbon compounds, such as. B. saturated or unsaturated hydrocarbons, paraffins, olefins, aromatic, naphthenic and , other hydrocarbons. However, the gas oil described here is a preferred "feedstock".

Die Konstruktionsmaterialien, .z. B. die Vorheizofenrohre, Isolation und Futter der Reaktionskammer usw., lassen sich entsprechend ihrer Verwendung beliebig wählen.The construction materials, e.g. B. the preheating furnace tubes, Insulation and lining of the reaction chamber, etc., can be arbitrary according to their use Select.

Claims

PATENT CLAIMS:

i. Process for the production of furnace black with high reinforcing properties for rubber, characterized in that continuously in a. first cylindrical zone of a furnace whose diameter is greater than its length, centered in the axial direction of this zone, a jet of gas or vapor Hydrocarbons and at the same time a stream hotter in tangential direction, the Jet of gaseous or vaporous hydrocarbons enveloping combustion gases initiated and then by a second cylindrical zone adjoining the first zone in the axial direction Zone whose length is greater than its diameter and whose diameter is smaller than that of the first zone is, are passed, after which the second zone leaving, soot-carrying exhaust gases in known per se Way, and the soot is separated from them.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the flow of hot combustion gases by tangential introduction of a burning, a mixture consisting of a fuel and a gas containing free oxygen Composition and speed is generated that the combustion of the fuel is essentially terminated when the hot combustion gases with the axially introduced Come into contact with a jet of gaseous or vaporous hydrocarbons.

3. The method according to claim 2, characterized in that the free oxygen containing Gas is air.

4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the fuel is a sub normal conditions is gaseous hydrocarbon. '■. ■.

5. The method according to claim 4, characterized in that the fuel consists essentially of Methane exists.

6. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the fuel is a sub normal conditions is liquid hydrocarbon.

η. Process according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the gaseous or vaporous hydrocarbon to be introduced axially is a gas oil containing aromatic hydrocarbons.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the temperature in the first zone is kept ^{above 1420 0.}

9. Device for performing the method according to one of claims 1 to 8, characterized through a heat-resistant lined, thermally insulated furnace, consisting of a first cylindrical Zone (14), the diameter of which is greater than its length, and an adjacent one coaxially second cylindrical zone (10) whose length is greater than its diameter and whose Diameter is smaller than that of the first zone, means (16) for axially introducing a jet Gaseous or vaporous hydrocarbons in the first zone and means (15) for the tangential Introduction of a burning one, containing a fuel and a free oxygen Gas mixture into the first zone, and through connected to the outlet end of the furnace, means known per se for cooling the soot-carrying exhaust gases leaving the furnace and for separating them the soot from the exhaust gases.

1 sheet of drawings