DE3841285A1

DE3841285A1 - Verfahren zur herstellung von russ

Info

Publication number: DE3841285A1
Application number: DE3841285A
Authority: DE
Inventors: Kam Bor Lee
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 1987-12-10
Filing date: 1988-12-08
Publication date: 1989-06-22
Also published as: PT89184A; AU591618B2; JP2582879B2; BR8806415A; IT1227512B; KR890010129A; FR2624517A1; MY107373A; CN1035671A; GB2213477B; ES2010042A6; GB2213477A; TR23831A; AR245762A1; FR2624517B1; PT89184B; CA1336475C; IN171963B; GB8828651D0; NL8803035A

Description

Ruß wird durch unvollständige Verbrennung eines Kohlenwasserstoffs, wie z.B. Petroleum, Naturgas oder anderer bekannter Materialien bei hohen Temperaturen hergestellt. Beim Abtrennen von den Reaktionsgasen wird als Produkt ein flaumiges, leichtes Rußpulver erhalten.

In einem typischen Ofenverfahren (Furnace-Verfahren) zur Herstellung von Ruß werden ein Brennstoff und ein Oxidationsmittel, wie beispielsweise Luft, umgesetzt und ergeben einen Strom heißer Verbrennungsgase. In den Strom der heißen Verbrennungsgase wird unter Ausbildung von Ruß eine Kohlenwasserstoffbeschickung eingespritzt. Die Temperatur des rußhaltigen Gasstroms wird dann durch Abschrecken auf übliche Weise, z.B. durch Sprühen mit Wasser, herabgesetzt. Der Ruß wird dann aus dem Gasstrom, in dem er suspendiert ist, auf bekannte Weise, z.B. durch Zyklone und Filter, abgetrennt und dann pelletisiert und getrocknet.

Ruß wird in Gummizusammensetzungen eingearbeitet, um der Gummizusammensetzung Haltbarkeitseigenschaften zu verleihen. Eine der vielen Eigenschaften von Ruß, die für die Gummiindustrie wichtig ist, ist die Teilchengrößenverteilung des Rußes. In der Gummiindustrie wurde gefunden, daß für bestimmte Zwecke Ruße mit einer breiten Teilchengrößenverteilung sehr erwünscht sind.

Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Rußen zu schaffen, die eine weitere Teilchengrößenverteilung aufweisen, gemessen durch einen Anstieg der ΔD50-Werte der Ruße.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt das Einspritzen einer flüssigen Beschickung in Form von nicht voratomisierten kohärenten Strömen oder voratomisierten Strömen in einem Stufenverfahren (Modularverfahren) zur Herstellung von Ruß an zwei verschiedenen Punkten. Ein Teil der Beschickung wird, bevor der Strom der Verbrennungsgase seine maximale Geschwindigkeit erreicht hat, an einem Punkt, an dem in stromaufwärtige Richtung kein weiterer Anstieg des CDBP-Wertes des erhaltenen Rußes durch Einspritzen der Beschickung in den Strom der heißen Verbrennungsgase vor dem Punkt, an dem der Strom der Verbrennungsgase seine höchste Geschwindigkeit erreicht hat, beobachtet wird, und wo auch ein Anstieg der Breite der Teilchengrößenverteilung der Ruße erreicht wird, eingespritzt. Die restliche Beschickung wird an dem Punkt eingespritzt, an dem der Strom der Verbrennungsgase seine höchste Geschwindigkeit erreicht hat.

Die US-Patentanmeldung Ser.No. 6 26 704 vom 2. Juli 1984 offenbart zwar, daß die CDBP-Struktur von Ruß durch Einspritzen der flüssigen Beschickung in einen Strom von Verbrennungsgasen an einem Punkt, an dem die maximale Geschwindigkeit des Stroms des Verbrennungsgases erreicht ist, und einem Punkt, bevor die maximale Geschwindigkeit des Stroms der Verbrennungsgase erreicht ist, erhöht werden kann, es gibt dort aber keinen Hinweis, daß die CDBP-Struktur der nach diesem Verfahren hergestellten Ruße sich nicht unbegrenzt erhöht, wenn die Entfernung zwischen den Einspritzpunkten der Beschickung sich vergrößert.

Die Erfindung wird durch die folgende Beschreibung der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische zeichnerische Längsschnittansicht eines typischen Ofens zur Herstellung von Ruß, wie er in allen vorliegenden Beispielen verwendet wird.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm einer Größenverteilungskurve von Rußaggregaten, das die Δ D 50-Werte der Aggregatgrößenverteilung einer Rußkurve darstellt.

In Fig. 1 ist ein Ofen 1 gezeigt, der beispielhaft ist für die im vorliegenden Verfahren zur Herstellung von Ruß verwendeten Ofen. Der Ofen 1 besteht allgemein aus vier Zonen, nämlich einer Mischkammer 3, einer Verbrennungszone 10, einer Übergangszone 13 und einer Reaktionszone 31. Die Mischkammer 3 wird durch eine Wand 4, die äußere Seite der inneren Wandung 9 und die stromaufwärtige Wand 6 begrenzt. An der inneren Seite der Wandung 9 ist am stromaufwärtigen Ende der Wandung ein Flammenhalter 11 befestigt. Die Verbrennungszone 10 wird durch die innere Seite der Wandung 9, die stromabwärtige Seite des Flammenhalters 11 begrenzt und endet am stromabwärtigen Punkt 12. Durch die Wand 6 ist eine Leitung 8 geführt, durch die Brennstoff in die Mischkammer 3 eingeführt wird. Durch die Seitenwand 4 wird die Leitung 5 eingeführt, durch die ein Oxidationsmittel in die Kammer 3 eingeführt wird. Durch die Leitung 8 ist die innere Sonde 19 geführt, durch die Beschickung in den Ofen vor dem Punkt, an dem der Strom der heißen Verbrennungsgase seine höchste Geschwindigkeit erreicht, und an dem Punkt, an dem kein Anstieg in der CDBP-Struktur des erhaltenen Rußes durch das Einspritzen der Beschickung in den Strom der heißen Verbrennungsgase vor dem Punkt, an dem der Strom der heißen Verbrennungsgase seine maximale Geschwindigkeit erreicht, beobachtet wird, eingespritzt werden kann. Die Einspritzsonde 19 ist eine axial ausgerichtete Sonde, die durch Flüssigkeit gekühlt werden kann und die in einer Endkappe 27 endet. Die Endkappe 27 weist eine Vielzahl von Düsen 29 auf, die radial um deren Umfang orientiert sind. Stromabwärts von der Verbrennungskammer 10 befindet sich die Übergangszone 13, die durch die Wand 17 begrenzt wird. Um den Umfang der Wand 17 herum angeordnet befindet sich eine Vielzahl von im wesentlichen transversal orientierten Düsen 21, durch die Beschickung in die Zone 13 eingespritzt werden kann.

Stromabwärts von der Übergangszone 13 befindet sich die Reaktionszone 31, die durch die Wand 37 begrenzt wird. Die Zone 31 kann entsprechend den gewünschten Reaktionsbedingungen variable Länge und Querschnittsfläche aufweisen. Im vorliegenden Beispiel weist die Zone 31 einen inneren Durchmesser von 91,5 cm (36 inches) auf. Die Abschrecksonde 41 ist durch die Wand 37 in die Reaktionszone 31 geführt. Durch die Abschrecksonde 41 wird Wasser in die Reaktionszone 31 eingespritzt, um die rußbildende Reaktion zu beenden.

Im allgemeinen wird das Verfahren zur Herstellung von Ruß mit einer breiteren Aggregatgrößenverteilung wie folgt durchgeführt: In die Mischkammer des Ofens wird durch die Brennstoffleitung ein geeigneter Brennstoff und durch die Oxidationsmittelleitung ein geeignetes Oxidationsmittel, wie z.B. Luft, Sauerstoff, Mischungen von Luft und Sauerstoff oder dergl. eingeführt. Geeignete Brennstoffe zur Verwendung in der Reaktion mit dem Strom des Oxidationsmittels in der Verbrennungskammer zur Erzeugung der heißen Verbrennungsgase umfassen alle gut verbrennbaren Stoffe, entweder in gasförmiger, dampfförmiger oder flüssiger Form, wie z.B. Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Methan, Acetylen, Alkohole, Kerosin, flüssige Kohlenwasserstoffbrennstoffe und dergleichen.

Im folgenden wird die primäre Verbrennung ausgedrückt als Menge des Oxidationsmittels in der ersten Stufe des Stufenverfahrens, dividiert durch die Menge des theoretisch für die vollständige Verbrennung des in der ersten Verfahrensstufe vorhandenen Brennstoffs zur Ausbildung von Kohlendioxid und Wasser, wobei Multiplikation mit 100 eine Prozentangabe ergibt. Die Primärverbrennung kann im Bereich von 100 bis 500% liegen, die bevorzugte Primärverbrennung bzw. Verbrennung der ersten Stufe kann etwa 120 bis etwa 300% betragen. In diesen Fällen wird ein Strom heißer Verbrennungsgase erzeugt, der mit einer hohen Lineargeschwindigkeit fließt. Es wurde weiterhin gefunden, daß eine Druckdifferenz zwischen der Verbrennungskammer und der Reaktionskammer von mindestens 6,9 kPa (1,0 psi) und vorzugsweise von etwa 10,3 kPa (1,5 psi) bis 69 kPa (10 psi) erwünscht ist. Unter diesen Bedingungen wird ein Strom heißer Verbrennungsgasprodukte erzeugt, der eine hinreichende Energie besitzt, um eine flüssige rußbildende Kohlenwasserstoffbeschickung in die gewünschten Rußprodukte überführen kann. Die aus der Verbrennungsstufe austretenden erhaltenen Verbrennungsgase weisen eine Temperatur von mindestens 1350°C (2400°F) auf, wobei die bevorzugte Temperatur bei mindestens etwa 1650°C (3000°F) liegt.

Die heißen Verbrennungsgase werden in Abstromrichtung getrieben und treten am Abstromende der Verbrennungskammer mit einer hohen Lineargeschwindigkeit aus, die durch Eintreten der Verbrennungsgase in eine anschließende Übergangszone von kleinerem Durchmesser, der nach Wunsch verjüngt oder verengt sein kann, beschleunigt. Etwa am Mittelpunkt der Übergangszone im Ofen erreicht der Strom der heißen Verbrennungsgase die höchste Geschwindigkeit. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Menge der flüssigen Beschickung von etwa 20 bis etwa 80% und vorzugsweise von etwa 25 bis 75% der Gesamtmenge der benötigten flüssigen Kohlenwasserstoffbeschickung in Form von nicht voratomisierten kohärenten Strömen oder voratomisierten Strömen, vorzugsweise von nicht voratomisierten kohärenten Strömen, im wesentlichen transversal in einwärtige oder auswärtige Richtung in den Strom der Verbrennungsgase von dessen äußerer Peripherie vor dem Punkt, an dem die maximale Geschwindigkeit des Stroms der Verbrennungsgase erreicht wird, und an einem Punkt in stromaufwärtiger Richtung, an dem kein weiterer Anstieg der CDBP-Struktur durch Einspritzen eines Teils der Beschickung in den Strom der heißen Verbrennungsgase vor dem Punkt, an dem der Strom der Verbrennungsgase seine maximale Geschwindigkeit erreicht, beobachtet wird, und an dem eine weitere Aggregatgrößenverteilung erhalten wird, eingespritzt. Wenn die flüssige Beschickung transversal auswärts in den Strom der heißen Verbrennungsgase eingespritzt wird, bevor der Strom seine maximale Geschwindigkeit erreicht hat, wird die Beschickung vorzugsweise durch eine Einspritzsonde für die Beschickung eingespritzt. An dem Punkt, an dem der Strom der Verbrennungsgase seine maximale Geschwindigkeit erreicht hat, wird die verbleibende Restmenge der flüssigen Kohlenwasserstoffbeschickung in einer Menge von etwa 20 bis etwa 80% der gesamten Kohlenwasserstoffbeschickung und vorzugsweise in einer Menge von etwa 25 bis etwa 75% der gesamten Kohlenwasserstoffbeschickung eingespritzt. An diesem Punkt wird die flüssige Beschickung in Form einer Vielzahl von nicht voratomisierten kohärenten Strömen oder voratomisierten Strömen, vorzugsweise in Form von nicht voratomisierten Strömen, in einer Richtung, die im wesentlichen radial oder entgegengesetzt der Flußrichtung des Stroms der Verbrennungsgase von der äußeren oder inneren Peripherie des Stroms der Verbrennungsgase eingespritzt. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Beschickung an dem Punkt, an dem der Strom der Verbrennungsgase seine maximale Geschwindigkeit erreicht hat, durch eine Vielzahl von transversal orientierten Düsen innerhalb der Wand der Übergangszone des Ofens in eine Richtung radial einwärts zum Fluß des Stroms der Verbrennungsgase eingespritzt. Geeignete Kohlenwasserstoffbeschickungen sind ungesättigte Kohlenwasserstoffe, wie Acetylen, Olefine, wie Ethylen, Propylen, Butylen, Aromaten, wie Benzol, Toluol, Xylol, bestimmte gesättigte Kohlenwasserstoffe und verflüchtigte Kohlenwasserstoffe, wie z.B. Kerosine, Naphthaline, Terpene, Ethylenteere, Aromaten (aromatic cycle stocks) und dergleichen. Hinsichtlich der oben erwähnten Einspritzung der Beschickung an bestimmten Punkten können die Beschickungen gleich oder verschieden sein.

Die hier verwendeten Mengen an Beschickung, Brennstoffe und/oder Oxidationsmittel werden so eingestellt, daß sich eine prozentuale Gesamtverbrennung von etwa 15 bis etwa 60% und vorzugsweise von etwa 15 bis etwa 40% ergibt. Die Gesamtverbrennung wird dargestellt durch die Gesamtmenge des im rußbildenden Verfahren verwendeten Oxidationsmittels dividiert durch die für die vollständige Verbrennung der Gesamtmenge des Brennstoffs und der im Rußherstellungsverfahren eingesetzten Beschickung, wobei Kohlendioxid und Wasser erhalten wird, wobei die Multiplikation mit 100 eine Prozentangabe ergibt.

Es ist eine hinreichende Verweilzeit vorgesehen, so daß die rußbildenden Reaktionen vor der Beendigung der Reaktion durch Abschrecken stattfinden können. Das Abschrecken wird beispielsweise bewirkt durch Einspritzen von Wasser durch eine Abschreckdüse. Es gibt aber auch viele andere bekannte Verfahren zum Abschrecken während des Rußherstellungsverfahrens. Die heißen austretenden Gase, die die Rußprodukte suspendiert enthalten, werden dann den üblichen Schritten einer Abkühlung, Abtrennung und Gewinnung des Rußes unterworfen. Die Abtrennung des Rußes aus dem Gasstrom wird leicht durch übliche Mittel, wie z.B. durch Abscheider, Zyklonseparatoren, Sackfilter oder dergl. bewirkt.

Es wurde gefunden, daß durch das Einspritzen der Beschickung an zwei Punkten entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren Ruße mit einer breiteren Aggregatgrößenverteilung hergestellt werden können.

Die folgenden Untersuchungsverfahren werden zur Bestimmung der analytischen Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Ruße verwendet.

Jodadsorptionszahl

Die Jodadsorptionszahl einer Rußprobe wird entsprechend ASTM D-1510-81 bestimmt.

Färbekraft

Die Färbekraft einer Rußprobe wird gegenüber einem Industriereferenzruß entsprechend ASTM D-3265-76a bestimmt.

Dibutylphthalat-(DBP)-Absorption

Die DBP-Absorptionszahl eines Rußes wird entsprechend ASTM D-2414-84 bestimmt. Bei den Werten ist angegeben, ob der Ruß in flaumiger oder in Pelletform vorliegt.

Brech-(crushed)-DBP-Absorptionszahl (CDBP)

Die CDBP-Absorptionszahl eines Rußpellets wird entsprechend ASTM D-3493-84 bestimmt.

Aggregatgrößenverteilung (Δ D 50)

Die Aggregatgrößenverteilung (Δ D 50) einer Rußprobe wird auf folgende Weise bestimmt: Es wird ein Diagramm der Stokes-Durchmesser der Aggregate der Rußprobe gegen die relative Häufigkeit ihres Vorkommens in der gegebenen Probe aufgezeichnet. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird eine Linie (B) von der Spitze (A) des Diagramms in Richtung parallel zur Y-Achse gezeichnet, die auf der X-Achse am Punkt (C) des Diagramms endet. Der Mittelpunkt (F) der erhaltenen Linie (B) wird bestimmt und eine Linie (G) wird durch deren Mittelpunkt (F) parallel zur X-Achse gezogen. Die Linie (G) schneidet die Verteilungskurve des Diagramms an zwei Punkten D und E. Die Absolutwerte der Differenz der beiden Stokes-Durchmesser der Rußpartikel an den Punkten D und E ist der Δ D 50-Wert. Die zur Herstellung des Diagramms verwendeten Werte werden unter Verwendung einer Tischzentrifuge, wie z.B. des Herstellers Joyce Loebls Co. Ltd., Tyne and Wear, United Kingdom, bestimmt. Das folgende Verfahren ist eine Modifikation des in dem Handbuch der Joyce Loebl Tischzentrifuge DCF4.008 vom 1. Februar 1985 beschriebenen Verfahrens, dessen Offenbarung durch diese Bezugnahme in die vorliegende Beschreibung aufgenommen wird, und die zur Bestimmung der Werte verwendet wurde.

Verfahren

10 mg einer Rußprobe wurden in einem Wiegeschälchen abgewogen. Drei Tropfen eines oberflächenaktiven Mittels der Shell Chemical Co., Handelsmarke NONIDET P-40 wurden zum Ruß hinzugegeben und die erhaltene Mischung wurde zu einer gleichförmigen Paste verrührt. 50 cm³ einer Lösung von 20% absolutem Ethanol und 80% destilliertem Wasser wurden zur Paste hinzugegeben und mit Ultraschall 15 Minuten unter Verwendung eines Beschallungsgeräts Modell Nr. W385 der Heat Systems Ultrasonics Inc., Farmingdale, New York dispergiert.

Vor der Messung wurden die folgenden Daten in den Computer eingegeben, der die Daten der Tischzentrifuge aufnahm:

1. Die spezifische Dichte von Ruß, angenommen mit 1,86 g/cm³,

2. Das Volumen der Rußlösung, die in der oben angegebenen Lösung von Wasser und Ethanol dispergiert ist, die im vorliegenden Beispiel 0,5 cm³ beträgt,

3. Das Volumen der Zentrifugationsflüssigkeit (spin fluid), das im vorliegenden Fall 14 cm³ Wasser ist,

4. Die Viskosität der Zentrifugationsflüssigkeit, die in diesem Beispiel 0,933 Centipoises bei 23°C beträgt,

5. Die Dichte der Zentrifugationsflüssigkeit, die in diesem Beispiel 0,9975 g/cm³ bei 23°C beträgt,

6. Die Zentrifugationsgeschwindigkeit, die in diesem Beispiel 8000 UpM beträgt,

7. Das Datensammlungsintervall, das in diesem Beispiel eine Sekunde beträgt.

Die Tischzentrifuge wird mit 8000 UpM betrieben, wobei das Stroboskop in Betrieb ist. 14 cm³ Wasser werden als Zentrifugationsflüssigkeit auf die Zentrifugationsscheibe indiziert. Die Trübung wird auf 0 eingestellt und 1 cm³ einer Lösung von 20% absolutem Ethanol und 80% destilliertem Wasser werden als Pufferlösung injiziert. Dann werden die Beschleunigungs- und Bremsknöpfe (cut and boost buttons) der Tischzentrifuge in Betrieb genommen und ein schwacher Konzentrationsgradient zwischen der Zentrifugationsflüssigkeit und der Pufferlösung erzeugt und der Gradient visuell beobachtet. Wenn der Gradient so schwach wird, daß keine unterscheidbare Grenzzone zwischen den beiden Flüssigkeiten erkennbar ist, werden 0,5 cm³ in wässriger Ethanollösung dispergierter Ruß auf die Zentrifugationsscheibe injiziert und die Datensammlung sofort begonnen. Wenn ein Verströmen auftritt, wird die Messung abgebrochen. Nach der Injektion des in wässriger Ethanollösung dispergierten Rußes wird die Scheibe 20 Minuten lang gedreht. Nach 20 Minuten Drehung wird die Scheibe angehalten, die Temperatur der Zentrifugationsflüssigkeit gemessen und die Durchschnittstemperatur der Zentrifugationsflüssigkeit, gemessen am Beginn des Laufes und die Temperatur der Zentrifugationsflüssigkeit, gemessen am Ende des Laufes, wird in den Computer eingegeben, der die Daten der Tischzentrifuge aufnimmt. Die Werte werden entsprechend der Standard-Stokes-Gleichung analysiert und sind in einem Diagramm, wie in Fig. 2 gezeigt, dargestellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Ruß mit einer breiteren Aggregatgrößenverteilung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele näher erläutert. Aufgrund der offenbarten Erfindung sind dem Fachmann weitere Ausführungsformen der Erfindung zugänglich, und die folgenden Beispiele sind lediglich zu Zwecken der Erläuterung aufgeführt und sollen die Erfindung in keiner Weise beschränken.

Der in Fig. 1 gezeigte Ofen ist beispielhaft für die in den folgenden Beispielen verwendeten Ofen. In den Beispielen 1-3 wurde jeweils der gleiche flüssige Kohlenwasserstoff als Brennstoff verwendet. Weiterhin wurde in den Beispielen 1-3 ein flüssiger Kohlenwasserstoff als Beschickung verwendet, der verschieden war gegenüber dem als Brennstoff verwendeten.

Beispiel 1

Unter Verwendung des in Fig. 1 gezeigten Ofens wurde in die Mischkammer 3 mit einer Geschwindigkeit von 3,933 Nm³/sec (500 mscfh) Luft eingeführt, die auf eine Temperatur von 670°C (1238°F) vorerhitzt war, sowie flüssiger Kohlenwasserstoffbrennstoff mit einer Geschwindigkeit von 900 l/Std.

(238 Gallonen/Std.). Daraus wurde ein Strom heißer Verbrennungsgase erzeugt mit einer Primärverbrennung von 154%, der mit hoher Lineargeschwindigkeit in Abstromrichtung floß. Zu den Verbrennungsgasen wurde Kalium in Form einer wässrigen Lösung hinzugegeben, so daß 84 ppm Kalium, bezogen auf die Gesamtmenge der Beschickung, eingesetzt waren.

Danach wurden 25% der Gesamtbeschickung in Form eines nicht voratomisierten kohärenten Flüssigkeitsstroms radial auswärts in den Strom der heißen Verbrennungsgase durch die Sonde 19 vor dem Punkt, an dem der Strom der heißen Verbrennungsgase seine maximale Geschwindigkeit erreichte, eingeführt. Die Sonde 19 hatte einen äußeren Durchmesser von 5,1 cm (2 inches) und war ausgerüstet mit einer 0,64 cm (1/4 inch) NPT-Endkappe 27, die sechs Düsen eines Durchmessers von 1,78 mm (0,070 inch) aufwies, die senkrecht ausgerichtet und gleichwinklig um deren Umfang angeordnet waren. In diesem Beispiel wurde die Sonde 19 so angeordnet, daß die Endkappe 27 sich 30 cm (11,8 inches) stromaufwärts der Düsen 21 befand.

Die verbleibenden 25% der Beschickung wurden radial einwärts in Form von nicht voratomisierten kohärenten Strömen durch zwölf Düsen 21 an dem Punkt, an dem die Verbrennungsgase ihre maximale Geschwindigkeit erreicht hatten, d.h. am Mittelpunkt der Übergangszone 13, radial einwärts in den Strom der heißen Verbrennungsgase eingespritzt. Die Übergangszone 13 hatte eine Länge von 27,9 cm (11 inches) und einen inneren Durchmesser von 31,5 cm (12,4 inches). Die Düsen 21 waren transversal ausgerichtet, jede mit einem Durchmesser von 1,99 mm (0,078 inches) und gleichwinklig in einer einzigen Ebene um den Umfang der Wand 17 der Übergangszone 13 herum angeordnet. Die Gesamtmenge der Beschickung wurde mit einer Gesamtgeschwindigkeit von 5439 l/Std. (1437 Gallonen/Std.) eingespritzt.

Das Verfahren wurde so geleitet, daß die Gesamtverbrennung 20,5% betrug. Die Reaktionskammer 31 hatte einen Durchmesser von 91 cm (36 inches). Die Abschreckdüse 41 war an einem Punkt etwa 2,45 m (10 feet) stromabwärts der Düsen 21 gelegen. Die analytischen Eigenschaften der Ruße sind in der Tabelle zusammengestellt.

Beispiel 2

Unter Verwendung der Apparatur, Beschickung und des Verfahrens von Beispiel 1 wurde mit folgenden Abänderungen Ruß hergestellt: In diesem Beispiel war die Sonde so angeordnet, daß die Endkappe 27 50 cm (19,7 inches) stromaufwärts der Düsen 21 innerhalb der Übergangszone 13 lag und 123 ppm Kalium, bezogen auf die Gesamtmenge der eingesetzten Beschickung, in Form einer wässrigen Lösung zu dem Strom der heißen Verbrennungsgase hinzugegeben wurde. Die analytischen Eigenschaften des Rußes sind in der Tabelle zusammengestellt.

Beispiel 3

Unter Verwendung der Apparatur, Beschickung und des Verfahrens von Beispiel 1 wurde mit folgenden Abänderungen Ruß hergestellt: Die innere Sonde 19 war so angeordnet, daß die Endkappe 27 60 cm (23,6 inches) oberhalb der Düsen 21 war und 123 ppm Kalium, bezogen auf die Gesamtmenge der verwendeten Beschickung, in Form einer wässrigen Lösung zu dem Strom der heißen Verbrennungsgase hinzugegeben wurde. Die analytischen Eigenschaften der Ruße sind in der Tabelle zusammengestellt.

Tabelle

Die in der Tabelle angegebenen Werte zeigen, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren Ruße mit erhöhten Δ D 50-Werten erhalten werden, während die Werte der Struktur und Oberfläche im wesentlichen gleich blieben. Weiterhin ist den Werten und den Beispielen entnehmbar, daß die Δ D 50-Werte der Ruße weiter gesteigert werden können, wenn der Abstand zwischen den beiden Einspritzpunkten der Beschickung gemäß der vorliegenden Erfindung vergrößert wird.

In den Beispielen 1-3 wurden unterschiedliche Mengen an Kalium hinzugegeben, um bestimmte Strukturwerte des Rußes zu erzielen. Dabei ergibt sich die Wirkung der vorliegenden Erfindung indirekt dadurch, daß gleiche Mengen an Kalium in den Beispielen 2 und 3 erforderlich waren, die beide die in Beispiel 1 erforderliche Menge überstiegen, um einen bestimmten Strukturwert des Rußes zu erreichen. Die Zunahme der in den Beispielen 2 und 3 verwendeten Menge an Kalium, verglichen mit der in Beispiel 1 verwendeten Menge, zeigt, daß bei dem Abstand der Einspritzpunkte entsprechend Beispiel 1 der Strukturwert sich noch erhöhte hinsichtlich der wachsenden Entfernung zwischen den Einspritzpunkten der Beschickung. Beim weiteren Anstieg des Abstandes zwischen den Einspritzpunkten der Beschickung zeigen die konstanten Mengen des in den Beispielen 2 und 3 verwendeten Kaliums, daß kein weiterer Anstieg des CDBP-Wertes feststellbar ist, der durch die Einspritzung eines Teils der Beschickung in die heißen Verbrennungsgase vor Erreichung der maximalen Geschwindigkeit bei der Zunahme des Abstands zwischen den Einspritzpunkten der Beschickung in den Beispielen 2 und 3 verursacht wird.

Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben, sie ist nicht darauf begrenzt, dem Fachmann sind Abänderungen innerhalb des Erfindungsgedankens zugänglich.

Claims

1. Modulares Verfahren zur Herstellung von Ruß, in dem ein Brennstoff und ein Oxidationsmittel umgesetzt werden, so daß ein Strom heißer Verbrennungsgase mit einer Energie entsteht, die ausreicht zur Umwandlung der Ruß ergebenden Kohlenwasser stoffbeschickung in Ruß, wobei die Kohlenwasserstoffbeschic kung peripher in Form einer Vielzahl von nicht voratomisier ten Strömen oder voratomisierten Strömen in den Strom der heißen Verbrennungsprodukte, an einem Punkt, an dem der Strom der heißen Verbrennungsgase seine höchste Geschwindig keit erreicht hat, in einer Richtung, die im wesentlichen transversal zur Flußrichtung des Stroms der Verbrennungsgase ist, und unter einem Druck, bei dem die Beschickung einer Durchdringung unterworfen wird, die zu einer guten Abscherung und Vermischung der Beschickung erforderlich ist, eingespritzt wird, und wobei die Beschickung zersetzt und in Ruß umgewan delt wird, bevor die Kohlenstoff-bildende Reaktion durch Abschrecken beendet wird, und anschließendes Abkühlen, Ab trennen und Gewinnen des sich ergebenden Rußes, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Gesamtmenge der flüssigen Kohlenwasserstoff beschickung vor dem Punkt, an dem der Strom der Verbrennungs gase seine höchste Geschwindigkeit erreicht hat, und an einem Punkt, an dem in stromaufwärtiger Richtung kein weiterer Anstieg des CDBP-Wertes des erhaltenen Rußes durch Ein spritzen der Beschickung in den Strom der heißen Verbren nungsgase vor dem Punkt, an dem der Strom der Verbrennungs gase seine höchste Geschwindigkeit erreicht hat, beobachtet wird, in den Strom der Verbrennungsgase eingeführt wird, wodurch Ruße mit einer breiteren Teilchengrößenverteilung erhalten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 20 bis etwa 80% der Gesamtmenge der flüssigen Beschickung vor dem Punkt, an dem der Strom der Verbrennungsgase seine höchste Geschwindigkeit erreicht hat, und an einem Punkt, an dem in stromaufwärtiger Richtung kein weiterer Anstieg des CDBP-Wertes des erhaltenen Rußes durch Einspritzen der Be schickung in den Strom der heißen Verbrennungsgase vor dem Punkt, an dem der Strom der Verbrennungsgase seine höchste Geschwindigkeit erreicht hat, beobachtet wird, in den Strom der Verbrennungsgase eingespritzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 25 bis etwa 75% der Gesamtmenge der flüssigen Beschickung vor dem Punkt, an dem der Strom der Verbrennungsgase seine höchste Geschwindigkeit erreicht hat, und an einem Punkt, an dem in stromaufwärtiger Richtung kein weiterer Anstieg des CDBP-Wertes des erhaltenen Rußes durch Einspritzen der Be schickung in den Strom der heißen Verbrennungsgase vor dem Punkt, an dem der Strom der Verbrennungsgase seine höchste Geschwindigkeit erreicht hat, beobachtet wird, in den Strom der Verbrennungsase eingespritzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickung in Form von nicht voratomisierten, kohärenten Strömen an dem Punkt, an dem der Strom der heißen Verbren nungsgase seine höchste Geschwindigkeit erreicht hat, in den Strom der heißen Verbrennungsgase eingespritzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Kohlenwasserstoffbeschickung in einer Richtung, die im wesentlichen transversal zur Flußrichtung des Stroms der Verbrennungsgase ist, vor dem Punkt, an dem der Strom der Verbrennungsgase seine höchste Geschwindigkeit erreicht hat, und an einem Punkt, an dem in stromaufwärtiger Richtung kein weiterer Anstieg des CDBP-Wertes des erhaltenen Rußes durch Einspritzen der Beschickung in den Strom der heißen Verbrennungsgase vor dem Punkt, an dem der Strom der Ver brennungsgase seine höchste Geschwindigkeit erreicht hat, beobachtet wird, in Form von nicht voratomisierten kohären ten Strömen in den Strom der heißen Verbrennungsgase einge spritzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Kohlenwasserstoffbeschickung von der inneren Peripherie des Stroms der heißen Verbrennungsgase nach außen vor dem Punkt, an dem der Strom der Verbrennungsgase seine höchste Geschwindigkeit erreicht hat, und an einem Punkt, an dem in stromaufwärtiger Richtung kein weiterer Anstieg des CDBP-Wertes des erhaltenen Rußes durch Einspritzen der Be schickung in den Strom der heißen Verbrennungsgase vor dem Punkt, an dem der Strom der Verbrennungsgase seine höchste Geschwindigkeit erreicht hat, in den Strom der heißen Verbren nungsgase eingespritzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige Kohlenwasserstoffbeschickung in Form von nicht voratomisierten, kohärenten Strömen in im wesentlichen trans versaler Richtung von der inneren Peripherie des Stroms der heißen Verbrennungsgase nach außen vor dem Punkt, an dem der Strom der Verbrennungsgase seine höchste Geschwindigkeit er reicht hat, und an einem Punkt, an dem in stromaufwärtiger Richtung kein weiterer Anstieg des CDBP-Wertes des erhaltenen Rußes durch Einspritzen der Beschickung in den Strom der heißen Verbrennungsgase vor dem Punkt, an dem der Strom der Verbrennungsgase seine höchste Geschwindigkeit erreicht hat, beobachtet wird, und die flüssige Kohlenwasserstoffbeschickung in Form von nicht voratomisierten, kohärenten Strömen in im wesentlichen transversaler Richtung von der äußeren Peripherie des Stroms der heißen Verbrennungsgase nach innen an dem Punkt, an dem der Strom der heißen Verbrennungsgase seine höchste Geschwindigkeit erreicht hat, in den Strom der heißen Verbrennungsgase eingespritzt wird.