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Vorrichtung zur Erzeugung von Thermalruß Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zur Erzeugung von Thermalruß durch Spaltung von Kohlenwasserstoff.
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Bei sämtlichen bekannten Verfahren zur Herstellung von Ruß aus Kohlenwasserstoffen
wird höchstens die Hälfte des Kohlenstoffs im Ausgangsmaterials als Fertigprodukt
gewonnen. Beim Channel-Verfahren werden bestenfalls etwa 32 kg Ruß (5,9,%) aus den
in 1000 m3 Erdgas enthaltenen 545 kg Kohlenstoff (1000/0) erhalten. Beim Gas-Furnace-Verfahren
können bis zu etwa 192 kg Ruß (35,2%) pro 1000 m3 Gas, beim Öl-Furnace-Verfahren
etwa 0,48 kg (50 bis 57,0/a) der je Liter Öl verfügbaren 0,84 bis 0,96 kg Kohlenstoff
gewonnen werden. Etwas höhere Rußausbeuten werden bei dem Thermal-Verfahren aus
natürlichen Gasen erhalten, aber selbst hier beträgt die Ausbeute nicht wesentlich
mehr als 50 %, d. h. etwa 304 bis 320 kg Ruß (56 bis 58,8 %) pro 10003 Gas.
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Demgegenüber handelt es sich bei dem Gegenstand der Erfindung um eine
Vorrichtung zur thermischen Spaltung von Kohlenwasserstoffen zu Ruß unter Gewinnung
wesentlich höherer Rußausbeuten als dies bisher möglich war.
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Es sind zwar bereits Vorrichtungen bekanntgeworden, die ebenfalls
der Erzeugung vonThermalruß dienen. Dabei werden Kohlenwasserstoffe thermisch an
einer hocherhitzten Fläche gespalten und der Ruß dann entweder an der hocherhitzten
Zersetzungsfläche oder auf einer kühleren Fläche abgeschieden. Demgegenüber erfolgt
bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung keine Abscheidung des gebildeten Thermalrußes
an der Spaltfläche oder einer anderen Fläche, sondern der Ruß wird mit den gasförmigen
Spaltprodukten schnellstens aus der Spaltzone abgeführt.
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Diese Vorrichtung zur Erzeugung von Thermalruß durch Spaltung von
Kohlenwasserstoff ist gekennzeichnet durch eine von Brennern 16 durchsetzte Wand
14 eines Rußofens 10 und eine nahe der Wand 14 und im wesentlichen
parallel zu dieser angebrachten feuerfesten Platte 20 sowie eine in den Spalt zwischen
der Wand 14 und der Platte 20 mündende Vorrichtung 22 für die Zuführung der
Kohlenwasserstoffe. Der Raum hinter der Platte ist leer und ist am Boden zur Abscheidung
des Rußes vorzugsweise trichterförmig ausgebildet. In den leeren Raum ragt eine
Abgasleitung. Außerdem ist es empfehlenswert, an den Seitenwänden des Rußofens in
den Raum hinter der Platte eine oder mehrere Leitungen parallel oder tangential
einzuführen, damit Gase zum Kühlen und zur Bewegung der Gase im Ofen zugeführt werden
können. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung zeichnet sich gegenüber den zur Durchführung
der bekannten Verfahren verwendeten Vorrichtungen durch eine wesentlich einfachere
Bauweise aus und erlaubt einen erhöhten Durchsatz und damit größere Ausbeuten an
Thermalruß ausgezeichneter Qualität.
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Die Erfindung wird an Hand der Figuren näher erläutert.
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F i g. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch einen Rußofen gemäß der
Erfindung; F i g. 2 ist ein Querschnitt entlang der Linie 2-2. der F i g. 1 und
F i g. 3 ein senkrechter Schnitt durch eine andere Ausführungsform eines Rußofens.
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Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem feuerfest
ausgekleideten vorzugsweise zylindrischen Rußofen 10 mit einem trichterförmigen
Boden 12. In der Wand 14, ist eine Reihe von Brennern 16 angeordnet, die durch die
Brennstoffleitung 18 gespeist werden. Eine feuerfeste Platte 20 ist nahe
der Wand 14 angebracht und hat einen etwas kleineren Querschnitt als der Rußofen,
damit die Gase zwischen ihr und der Seitenwand des Rußofens 10 hindurchfließen können.
Eine Einspritzleitung 22 für die Kohlenwasserstoffe verläuft durch die Wand 14 in
Richtung der Oberfläche der Platte 20. Ein Abzugsrohr 24 ist hmter der Platte
20 zur Entfernung
der Gase aus dem Ofen vorgesehen. Der Boden
12
ist durch ein Mehrkammerventil 26 abgeschlossen. Der aus dem Rußofen austretende
Ruß wird durch die Vorrichtung 28 wegbefördert. Wahlweise ist eine Leitung 30 tangential
zu der Seitenwand des Ofens 10 vorgesehen, durch die ein mit dem Kohlenwasserstoff
verträgliches kaltes Gas zugeführt wird, das die gasförmigen Verbrennungsprodukte
und den Ruß in kreisende Bewegung versetzt und die Rußabscheidung befördert.
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Die in F i g. 3 dargestellte Ausführungsform des Rußofens gleicht
der nach F i g. 1, jedoch die Platte 32 ist teilweise mit der Seitenwand des Ofens
verbunden und mit Brennern 34 versehen. Die Einspritzleitung 36 für die Kohlenwasserstoffe
geht durch die Seitenwand und verläuft parallel zu der Wand 14 und der Platte
32. Die Brenner 16 und 34
sind versetzt angeordnet, so daß die
Flammen sämtlicher Brenner auf eine feuerfeste Oberfläche treffen.
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Es können alle Arten von Brennern verwendet werden, in denen der Brennstoff
vollständig verbrannt wird. Besonders geeignet sind die nachfolgend beschriebenen
Brenner wegen ihrer hohen Strahlungsenergie und Heizkraft. Diese Brenner bestehen
aus einem feuerfesten Becher mit einer Zuleitung am Boden, in der axial ein Stöpsel
angebracht ist. Der Stöpsel ist etwas kleiner als die Zuführöffnung oder geriffelt,
damit der Brennstoff in den Becher einfließen und sich über seine innere Oberfläche
verteilen kann. Durch das brennende Gas wird die feuerfeste Becheroberfläche glühend
und strahlt Wärme auf das zu erhitzende Material ab. Natürlich soll aus dem verwendeten
Heizstoff möglichst viel Hitze erzeugt und dorthin überführt werden, wo sie gebraucht
wird, eine Forderung, die durch diese Brennerart gut erfüllt wird.
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In die Vorrichtung wird zunächst eine völlig verbrennende Mischung
aus Brennstoff und Luft den Brennern zugeführt und entzündet. Sobald die feuerfeste
Auskleidung ausreichend heiß, d. h. glühend geworden ist, werden Kohlenwasserstoffe
in die Spaltzone zwischen Wand und Platte geleitet. Bei den Arbeitstemperaturen
von mehr als 1100° C werden die Kohlenwasserstoffe sofort zu Ruß und vorwiegend
Wasserstoff gespalten. Der Ruß wird schnell aus der Reaktionszone mit den gasförmigen
Verbrennungsprodukten und den abgespaltenen Gasen abgeführt. Ruß und Gase fließen
um die Platte in den offenen Raum dahinter. Obgleich erhebliche Rußmengen mit den
Abgasen aus dem Bußofen ausgetragen werden, fällt der größere Teil infolge der Schwerkraft
in den trichterförmigen Boden des Bußofens, aus dem er durch das Drehventil leicht
entfernbar ist.
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Die Rußabscheidung im Ofen wird wesentlich verbessert, wenn zusätzliches
Gas in den Bußofen hinter der Platte tangential eingeblasen wird, so daß die Gase
in kreisende Bewegung versetzt werden. Der bevorzugte zylindrische Ofen wirkt so
als Zyklon, in dem die Bußteilchen agglomeriert und von den Gasen abgetrennt werden.
Vorzugsweise ist das zu -sätzliche Gas kalt, um die Temperatur von Ruß und Abgasen
etwas herabzusetzen.
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Die feineren Rußteilchen werden aus dem Rußofen mit dem Abgas fortgerissen..
Aus diesem Grunde werden- die Schwanzgase vorzugsweise durch die Abgasleitung
24 in eine übliche Trennvorrichtung gebracht und dort der restliche Ruß gewonnen.
Derartige Vorrichtungen sind jedem Fachmann bekannt und erfordern keine Beschreibung.
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In die Vorrichtung können außerdem hinter der Platte durch Leitung
30 beliebige zusätzliche Gase eingeführt werden, vorzugsweise werden aber die abgekühlten
zurückgeführten Schwanzgase, aus denen der Ruß entfernt ist, verwendet.
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Als Spaltmaterial können in der Vorrichtung gemäß der Erfindung natürliche
Gase (Erdgas) oder dampfförmige flüssige Kohlenwasserstoffe verwendet werden. Der
Ausdruck »gasförmige Kohlenwasserstoffe« umfaßt also dampfförmige sowie in natürlichem
Zustand gasförmige Kohlenwasserstoffe.
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Die Kohlenwasserstoffe können in die Reaktionszone allein oder in
Mischung mit einem inerten Verdünnungsgas eingeführt werden, das geringe Mengen
an Sauerstoff enthalten kann. In jedem Fall wird durch das Verdünnungsgas die Teilchengröße
des Rußes, und bei der Zufuhr von Luft infolge von Verbrennung auch die Ausbeute
verringert.