DE1282818B - Ofen zum Erzeugen von Russ - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES WT®& PATENTAMT Int. Cl.:

C09c

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 22f-14

Nummer: 1282818

Aktenzeichen: P 12 82 818.1-41 (S 102437)

Anmeldetag: 10. März 1966

Auslegetag: 14. November 1968

Die Erfindung betrifft einen Ofen zum Erzeugen von Ruß mit einer senkrechten Reaktionskammer mit einem im unteren Bereich angeordneten Einlaß für flüssige Kohlenwasserstoffe, bei dem die Kohlenwasserstoffe eine Flüssigkeitsansammlung bilden und an dessen oberem Ende ein Auslaß für die Verbrennungsprodukte vorgesehen ist.

Es sind öfen dieser Art bekannt, in deren unterem Teil eine Flüssigkeitsansammlung aus Kohlenwasserstoffen gebildet wird, oberhalb deren sich ein Gasvolumen bildet, wobei ein Teil des Gases jeweils unter Zuführung von Luft verbrannt wird. Dabei ist eine die Flüssigkeit ständig in Bewegung haltende Umlaufpumpe vorgesehen, die die Bildung einer oberflächlichen Kokskruste auf der Flüssigkeitsansammlung unter ständig durchgeführter gleichmäßiger Erwärmung der Flüssigkeit verhindert. Bei derartigen öfen ist die Verbrennung trotz des Umlaufsystems nicht gleichmäßig, da z. B. durch die seitliche Einleitung des Sauerstoffes die seitlichen Zonen des Verbrennungsraumes bevorzugt versorgt werden, während weniger Sauerstoff in die Mittelzone gelangt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gleichmäßig gute Verbrennung und damit eine gute Ausnutzung des Brennmaterials zu erreichen und gleichzeitig das Ansetzen von Rückständen im Ofen ohne eigens dafür benötigte Umwälzmittel zu verhindern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Boden der Reaktionskammer nach oben hin konvex ausgebildet ist und daß die Wände der Reaktionskammer mit an sich bekannten tangentialen Einlassen für das Verbrennungsgas versehen sind, wobei die Einlasse schräg nach unten gerichtet sind.

Die nach unten gerichteten Einlasse verhelfen der Flüssigkeit zu ständiger Bewegung, und es wird gleichzeitig durch sie eine gute Vermischung der Flüssigkeit mit dem Verbrennungsgas erzielt. Die Erfindung bezweckt also nicht nur die einfache Zuführung des Verbrennungsgases, sondern sie übernimmt gleichzeitig die Funktion der Umwälzung, die bei bekannten Verfahren durch eine Pumpe in einem gesonderten Umwälzsystem vollzogen werden muß. Darüber hinaus wird für eine gute und gleichmäßige Vermischung der zugeführten Anteile gesorgt, wobei eine Vorerwärmung vorgesehen sein kann.

Durch die konvexe Ausgestaltung des Bodens der Reaktionskammer entsteht eine etwa ringförmige Flüssigkeitsansammlung, in der über die schräggerichteten Einlasse das Verbrennungsgas hineingeleitet wird. Es kann somit eine gleichmäßige Verbrennung dadurch erreicht werden, daß der Abstand aller in der Flüssigkeitsansammlung befindlichen Kohlen-Ofen zum Erzeugen von Ruß

Anmelder:

Svenska Carbon Black Aktiebolag, Norrkoping

(Schweden)

Vertreter:

Dr.-Ing. A. ν. Kreisler, Dr.-Ing. K. Schönwald,
Dr.-Ing. Th. Meyer und Dr. J. F. Fues,
Patentanwälte, 5000 Köln 1, Deichmannhaus

Als Erfinder benannt:

Lennart Hugo Malmstrom,

Carl Olof Malmstrom, Norrkoping (Schweden)

Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 15. März 1965 (3320),
vom 16. Juni 1965 (7920)

Wasserstoffe zu einer der Austrittsöffnungen des Verbrennungsgases überall etwa der gleiche ist, so daß sich die Wirkungen der aus den Austrittsöffnungen austretenden Strömungen in bezug auf die Flüssigkeitsansammlung an keiner Stelle kompensieren.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zuführungsleitung für die flüssigen Kohlenwasserstoffe in der Kammerwand schraubenförmig angeordnet ist. Diese Maßnähme dient der Vorerwärmung des flüssigen Brennmaterials und gewährleistet eine gute Ausnutzung des Ofens sowie eine gleichmäßige Verbrennung. Das Verbrennungsgas kann ebenfalls vorgewärmt werden, indem es durch einen die Reaktionskammer umgebenden luftdichten Mantel eingeführt wird, wobei der Mantel durch die tangentialen Einlasse mit dem Inneren der Kammer verbunden ist. Das Verbrennungsgas kann irgendein sauerstoffhaltiges Gas einschließlich Sauerstoff selbst sein, besteht aber vorzugsweise aus Luft. Die Menge des Verbrennungsgases wird vorzugsweise so geregelt, daß 40 bis 60 Gewichtsprozent der flüssigen Kohlenwasserstoffe in Ruß umgewandelt werden.
Als Ausgangsmaterial kann irgendein flüssiger Kohlenwasserstoff verwendet werden. Der Ofen und das Verfahren gemäß der Erfindung sind jedoch besonders zum Erzeugen von Ruß aus schweren Koh-

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lenwasserstoffen des Petroleums geeignet. Das Ausgangsmaterial kann eine Petroleumfraktion sein, die oberhalb 150° C und vorzugsweise oberhalb 250° C siedet, mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von wenigstens 150. Beispiele der Ausgangsmaterialien sind Gasöle, Heizöle und Schmierölextrakte.

Entsprechende Ofentemperaturen liegen im Bereich von 1000 bis 1400° C, vorzugsweise von 1100 bis 1300° C. Auf die anfängliche Verbrennung in der eigentlichen Kammer folgt eine weitere Periode der gegenseitigen Einwirkung zwischen den Verbrennungsprodukten. Diese weitere gegenseitige Einwirkung kann im oberen Teil des Ofens selbst oder in einer getrennten sekundären Kammer erfolgen.

Nachdem die Verbrennung und die gegenseitige Einwirkung beendet sind, werden die Produkte auf eine solche Temperatur abgekühlt, daß die Abscheidung des Rußes möglich ist. In der üblichen betriebsmäßigen Praxis wird die Abkühlung ausgeführt, indem Wasser in die Verbrennungsprodukte eingespritzt wird. Gewünschtenfalls kann auch direktes Ablöschen mit Wasser verwendet werden. Die indirekte Abkühlung der Produkte hat jedoch gegenüber dem Ablöschen mit Wasser eine Anzahl von Vorteilen. Gemäß der Erfindung wird daher zum Abkühlen der Produkte des Verfahrens vorzugsweise ein Rohrkühler verwendet, der mit hin und her beweglichen Kratzeisen versehen ist, um die Ablagerung von festen Teilchen auf den Innenwänden des Kühlers zu verhindern.

Nach dem Abkühlen kann der Ruß in bekannter Weise z. B. mittels eines Elektrofilters abgeschieden und gesammelt werden. Beim Betrieb von Elektrofiltern ist es besonders wichtig, die Isolatoren für die Elektroden von Ablagerungen von Ruß festzuhalten.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Ofens gemäß der Erfindung im Längsschnitt dargestellt.

Der Ofen enthält eine Reaktionskammer 1 in Form eines aufrechten Zylinders, der mit feuerfestem Material ausgekleidet ist. Der Boden 2 der Kammer ist kegelförmig ausgebildet, und eine Leitung 3 führt vom Scheitel des Kegels zu einem Ventil 4. Diese Leitung und das Ventil können gewünschtenfalls zur Einführung von öl in die Kammer verwendet werden.

In einem Abstand von der äußeren Wand der Kammer 1 ist ein Mantel 5 angeordnet, so daß rund um die Kammer ein Raum 6 gebildet wird. Dieser ist mit einer Druckluftquelle verbunden, wie z. B. mit einem Gebläse 7. Aus dem Raum 6 ist eine Anzahl von Düsen 8 in tangentialer Richtung und durch die Kammerwand schräg nach unten auf den Boden 2 der Kammer gerichtet. Druckluft, die im Raum 6 durch die Kammerwand vorgewärmt wird, kann daher gegen den Boden 2 der Kammer eingeblasen werden, wo sie auf eine Ansammlung flüssiger Kohlenwasserstoffe auftrifft, welche dem Boden der Kammer durch eine Rohrleitung 9 zugeführt werden. Diese ist in der Kammerwand schraubenlinienförmig angeordnet, so daß die flüssigen Kohlenwasserstoffe

xo ebenfalls vorgewärmt werden, bevor sie in die Kammer eintreten. Die nach unten gerichteten, tangentialen Luftstrahlen aus den Düsen 8 bewirken innerhalb der Kammer eine Wirbelbewegung, so daß die durch die von der Kammerwand ausgestrahlte Hitze erzeugten Dämpfe teilweise zu Kohlenstoff, Kohlenoxyden und Wasserstoff verbrannt werden. Die Anzahl und Größe der Düsen 8 ist von den Abmessungen des Ofens abhängig. In einem Ofen mit einem Durchmesser von 0,8 m wurden zwölf Düsen mit einem Innendurchmesser von 2 cm als zufriedenstellend befunden. Eine weitere Reaktion und Verbrennung erfolgt, wenn die Produkte als ein Gemisch von Gas und festen Teilchen in einem Reaktionsschacht 10 nach oben steigen und durch denselben hindurch-

S5 gehen. Die aufwärts gerichtete Strömung der Reaktionsprodukte wird durch den Druckunterschied zwischen den verschiedenen Teilen des Reaktionssystems aufrechterhalten. Die Produkte werden in einem Rohrkühler 11 abgekühlt, der senkrechte Rohre 12 aufweist, welche von einem die Kühlflüssigkeit enthaltenden Mantel umgeben sind. Die Rohre 12 sind vorzugsweise mit (nicht dargestellten) hin und her beweglichen Kratzeisen versehen. Die abgekühlten Produkte gelangen dann in eine Gaskammer 14 und durch eine Leitung 15 nach außen zu (nicht dargestellten) Vorrichtungen, in welchen der Ruß abgeschieden und gesammelt wird. Die Abscheidevorrichtung besteht zweckmäßig aus einem Elektrofilter. Das Elektrofilter ist zweckmäßig mit einer Einrichtung versehen, welche einen kleinen Teil des vom Ruß befreiten austretenden Gases der Isolatorkammer des Elektrofilters zuführt.

Die Erfindung wird außerdem in dem folgenden Beispiel veranschaulicht.

Beispiel

Der in der Zeichnung dargestellte Ofen wurde während eines Zeitraumes von 25 Tagen versuchsweise betrieben, wobei die durchschnittliche Ausbeute an Ruß 11 pro Tag betrug.

Die verwendeten Ausgangsmaterialien waren Petroleumfraktionen mit den folgenden Eigenschaften:

Gasöl

Heizöl

Heizöl/
Schmierölextrakt

Schmierölextrakt

Aromatisches Gasöl

Dichte bei 20° C

Spezifisches Gewicht

bei 15,6° C/15,6⁰ C (berechnet)

Viskosität 20° C cSt

37,8° C cSt

(berechnet Redwood I) s ..

Schwefel, Gewichtsprozent

Flammpunkt, ⁰C

Stockpunkt, ⁰C

0,825

0,828

3,24

0,58 69

-24

0,941
0,943

146
595

2,70
85

+ 12

0,956
0,958

144
587

3,29
103

+ 12

1,005
1,006

161
656

5,25
186
0

0,943

0,945

3,47

0,19
30
-36

5	Gasöl	Heizöl	Heizöl/ Schmierölextrakt	6	Aromatisches Gasöl
	65,3 59	7,0 0,1	5,3 0,1	Schmieröl extrakt	2,6
Kohlenstoffrückstand, Gewichtsprozent Wasser, Gewichtsprozent				0,39 0,1	-22 — 1
Anilinpunkt, 0C					89 7 88 170 229
Dieselindex	6,06	8,12			300
FIA-Analyse Aromaten, Volumprozent Olefine, Volumprozent Destillation Siedeanfang, 0C	etwa 190	380 0,04	360	8,4	9,48
2%, 0C			295 0,004	etwa 160
50'Vo, 0C
95'Vo, 0C
Kohlenstoff-Wasserstoff-Gewichts verhältnis
Durchschnittliches Molekulargewicht (geschätzt)
Aschengehalt, Gewichtsprozent

Die Anlage wurde	unter den folgenden	atur	Bedingungen	betrieben:	Druck im Luftraum mm Wassersäule	Olströmung l/h
Ofenhauptteil	Temper Reaktoreinlaß		°c Kühlerauslaß	Elektrofilterauslaß	210 bis 470	149 bis 169
1140 bis 1300	1080 bis 1160	260 bis 320	120 bis 200

Ruß wurde mit einer Ausbeute von 40 bis 60 Gewichtsprozent erzeugt, bezogen auf das Gewicht des flüssigen Ausgangsmaterials. In regelmäßigen Abständen während des Vorganges entnommene Proben zeigten, daß der Ruß SRF-Qualität aufweist (semireinforcing furnace).

Claims (3)

40 Patentansprüche:

1. Ofen zum Erzeugen von Ruß mit einer senkrechten Reaktionskammer mit einem im unteren Bereich angeordneten Einlaß für flüssige Kohlen-Wasserstoffe, bei dem die Kohlenwasserstoffe eine Flüssigkeitsansammlung bilden und an dessen oberem Ende ein Auslaß für die Verbrennungsprodukte vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (2) der Reaktions- kammer (1) nach oben hin konvex ausgebildet ist und daß die Wände der Reaktionskammer (1) mit an sich bekannten tangentialen Einlassen (8) für das Verbrennungsgas versehen sind, wobei die Einlasse (8) schräg nach unten gerichtet sind.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitung (9) für die flüssigen Kohlenwasserstoffe in der Kammerwand schraubenförmig angeordnet ist.

3. Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionskammer (1) von einem luftdichten Mantel (6) umgeben ist, in den das Verbrennungsgas eingeführt werden kann, wobei der Mantel (6) durch die tangentialen Einlasse (8) mit dem Inneren der Kammer (1) verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 202 118.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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