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Verfahren zur Herstellung von Ofenruß Die vorliegende Erfindung betrifft
die Herstellung von Ruß und schafft ein verbessertes Verfahren, durch das Ofenrußsorten
mit äußerst 'wünschenswerten Eigenschaften bei ungewöhnlich hohen Ausbeuten erhalten
werden.
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Es wurden bisher zahlreiche Verfahren für die Herstellung von Ofenruß
durch partielles Verbrennen oder thermisches Zersetzen normalerweiser gasförmiger
Kohlenwasserstoffe, zum Beispiel Erdgas, vorgeschlagen. Einige dieser vorgeschlagenen
Verfahren umfaßten ein äußerst schnelles Vermischen der zu zersetzenden Kohlenwasserstoffe
mit heißen Verhrennungs;gasen, während andere. ein partielles Verbrennen von Kohlenwasserstoffeh
durch allmähliches Vermischen mit Luft bei erhöhter Temperatur vorsahen.
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Die Eigenschaften des anfallenden Rußes werden weitgehend durch die
Umgebung, in der die Kohlenstoffteilchen entstehen, das Ausmaß der Verteilung und
die Art der Kohlenwasserstoffe, aus denen sie gebildet werden, becinflußt.
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In neuerer Zeit wurde vorgeschlagen, schwerere, normalerweise flüssige
Kohlenwasserstoffe einschließlich hochmolekularer Erdölrückstände und dergleichen
für die Herstellung von Ofenruß entweder zusätzlich zu oder als Ensatz für das bis
dahin fast ausschließlich verwendete Erdgas zu verwenden. Frühere Verfahren, in
d enen solche normalerweise flüssigen Kohlenwasserstoffe verwendet wurden, führten
zu einem graben Kohlenstoffpigment von der Art des Lampenrußes, und es traten viele
Schwierigkeiten auf, als versucht wurde, feinere Ofenruße, die -für die Einmischung
in Kautschuk geeignet sind, aus schwereren Kohlenwasserstoffeh, insbesondere aus
Erdölrückständen, herzustellen.
Eine primäre Schwierigkeit bestand
darin, eine hinreichend feine Unterteilung oder Dispersion der Kohlenwasserstoffe
vor ihrer Zersetzung unter Bildung von Kohlenstoffteilchen (Ruß) zu erzielen. Schwere
Kohlenwasserstoffrückstände verdampfen gewöhnlich erst bei einer Temperatur oberhalb
.derjenigen, bei der schon eine Zersetzung unter Abscheidung von Kohlenstoff eintritt.
Daher kann eine adäquate Dispersion dieser Kohlenwasserstoffe nicht allein durch
vorheriges Verdampfen erzielt werden. Ferner tritt, wenn die Zersetzung durch förtschreitendes
piartielles Verbrennen bewirkt wird, wie es normalerweise: erfolgt, wenn die Kohlenwasserstoffe
allmählich mit Luft oder Flammengasen vermischt werden, ein ungleichmäßiges Erhitzen
auf, das bereits zu einer Zersetzung von mindestens einem Teil der Kohlenwasserstoffe
unter Kohlenstoffbi:ldung führt, bevor eine ausreichende Verdünnung erreicht ist.
Es wurde bereits vorgeschlagen, die Qualität des anfallenden Ofenrußes dadurch zu
verbessern, daß man die hochmolekularen Kohlenwasserstoffe einer partiellen Pyrolyse
unterwirft, bevor ihre Dispersion in heißen Verbrennungsgasen erfolgt. Wenn diese
partielle Pyrolyse in Erhitzerrohren durchgeführt wird, muß äußerste Sorgfalt angewandt
werden, um ein Verkoken in den Rohren zu vermeiden; wird sie in Berührung mit. Flammengasen
durchgeführt, ist ein außerordentlich schnelles Vermischen erforderlich, um ein
ungleichmäßiges Erhitzen zu vermeiden. Die vorliegende Erfindung schafft ein verbessertes
Verfahren für die Herstellung von feinem Ofenruß als Kautschukfüllmittel aus flüssigen
Kahlenwasserstoffen, bei dem ein ausreichender Dispersionsgrad der normalerweise
flüssigen Kohlenwasserstoffe vor einer kohlenstoffbildenden Zersetzung oder einer
wesentlichen partiellen Verbrennung erreicht-wird und beidem die Kohlenwasserstoffe
gleichmäßig erhitzt, verdampft und teilweise innerhalb einer Ofenkammer gespalten
werden, im wesentlichen allein durch intensive Wärmestrahlung ohne wesentliche Verbrennung
und solange sie noch außer Berührung mit heißen Flammengasen sind. ' Inm breiteren
Sinne umfaßt die Erfindung ein Verbrennen von gasförmigem Brennstoff, z. B. Erdgas,
in Gegenwart eines freien Sauerstoff enthaltenden Gases, z. B. Luft, an der Peripherie
einer mittleren Zone einer senkrechten, langgestreckten Kammer und das Unterwerfen
dieser intermediären Zone einer intensiven strahlenden Hitze aus der resultierenden
Flamme. Die, zu verrußenden flüssigen Kohl enwasserätoffe werden in Richtung nach
oben in die intermediäre Zone eingespritzt; ohne dabei mit der Flamme in Berührung
zu kommen und ohne wesentliche Verbrennung zu erleiden, und werden im Aufwärtsströmen
durch diese Zone der intensiven strahlenden Hitze unterworfen, die ein Verdampfen
und eine teilweise-Pyrolyse der flüssigen Kohlenwasserstoffe bewirkt. Diese verdampften
und teilweise gespaltenen Kohlenwasserstoff e ziehen weiter nach oben durch die
Brennkammer und werden an einer Stelle der Brennkammer unmittelbar 'oberhalb der
intermediären Zone einer partiellen Verbrennung unter Ausbildung einer hochgewölbten
leuchtenden Flamme, aus der die intermediäre Zone weiterer intensiver strahlender
Hitze ausgesetzt ist, unterworfen. In dieser oberen Zone werden die Kohlenwasserstoffe
unter Bildung von in den Feuergasen suspendiertem Ruß zersetzt. Die rußhaltigen
Feuergase werden von dem oberen Ende der Brennkammer abgezogen. Aus ihnen wird dann
der Ruß in üblicher Weise abgetrennt und gewonnen. Die Flamme an der Peripherie
der intermediären Kammer braucht nicht eine kontinuierliche Wand zu sein, sie kann
vielmehr mit Vorteil aus einer Vielzahl von Flammen zusammengesetzt sein. Diese
Flammen an der Peripherie der inter m-ediären Zone können mit Vorteil durch Verbrennen
eines gasförmigen Brennstoffs aus einer Viel zahl von Brennermündungen erzeugt werden,
dif gleichmäßig am Umkreis der intermediären Zonz im Abstand voneinander angebracht
sind, während die Luft für die Verbrennung oder partielle Verbrennung in üblicher
Weise zugeführt wird. Um der Intensität der Wärmestrahlung zu verstärken; ist es
besonders. vorteilhaft, beide, Gas und Luft, vor dem Vermischen wesentlich vorzuheizen.
Dies kann erreicht werden, indem das Brenngas aufwärts zu den entsprechenden Brennermündungen
durch langgestreckte Brennerrohre strömt, die sich nach oben an d er Peripherie
des unteren Teiles der intermediären Zone erstrecken, und die Luft für die Verbrennung
nach oben um diese Rohre herum strömt, so daß beide, die Rohre und die Luft, der
intensiven Wärmestrahlung ausgesetzt sind.
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Mit besonderem Vorteil werden für .diesen Zweck feuerfeste Brennerrohre
mit einem. inneren Durchmesser von- etwa 0,24 bis 2,5 cm und mit einer Wandstärke
von etwa o,6 cm verwendet. Man. läßt die Luft nach oben um diese Rohre mit verhältnismäßig
geringer Geschwindigkeit strömen.
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Der gasförmige Brennstoff kann aus normalerweise gasförmigen Kohlenwasserstoffgin,
zum Beispiel Erdgas, bestehen; oder aus normalerweise gasförmigen Kohlenwasserstoffgin,
die durch Vermischen mit höhersiedenden Kohlenwasserstoffgin in Gas- oder Dampfform
angereichert sind, oder kann ganz öder teilweise aus Raffineriegasen oder anderen
Brenngasen bestehen.
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Nach einer bevorzugten der Erfindung läßt man den gasförmigen Brennstoff
nach oben als Vielzahl begrenzter Ströme von verhältnismäßig kleinem Durchmesser,
d. h. etwa 0,24 bis 2,5 cm, durch die Brennerrohre strömen, die senkrecht um den
- unteren Teil der mittleren Zone der Ofenkammer angeordnet sind, wobei die Rohre
gleichmäßig und. in kurzem Abstand voneinander an der Peripherie der Kammer angeordnet
und, wie zuvor beschrieben, der Wärmestrahlung ausgesetzt sind. Die Verbrennungsluft
läßt man nach oben um die 13xennerrohre mit einer Geschwindigkeit von vorteilhaft
etwa 9o cm je Sekunde nicht überschreitend strömen, um eine
Turbulenz
auf ein Mindestmaß herabzudrücken und damit sie hoch erhitzt wird.
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Die Brennerrohre sollen hohen Temperaturen widerstehen können und
haben einen inneren Durchmesser im angegebenen Bereich und sind von einer solchen
Länge, daß ihre oberen Enden in einer wesentlichen Entfernung, :etwa von der Größenordnung
9o bis 12o cm, vom oberen Ende der Ofenkammer einmünden.
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Am oberen Ende dieser Brennerrohre entzünden sich die Brenngasströme
infolge der hohen Temperatur in der Ofenkammer und der Gegenwart der Luft und verbrennen,
zumindest teilweise, so daß sie Wärme in andere Teile der Ofenkammer, insbesondere
in die oben beschriebene intermediäre Zone, ausstrahlen.
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Die Brennerrohre sind, wie bereits erwähnt, so angeordnet, daß sie
der strahlenden Hitze der Flammen ausgesetzt sind und rückbestrahlt werden von den
heißen Flächen innerhalb der Ofenkammer. Dadurch werden .die Brenngasströme beim
Durchgang durch die Brennerrohre stark vorerhitzt, vorzugsweise auf eine Temperatur
von etwa 76o bis 1316°. Der nach oben durch die Brennkammer strömende Luftstrom
wird gleicherweise stark vorerhitzt, bevor er in Berührung mit dem heißen Brenngas
kommt. Auf Grund dieser Vorerhitzung verbrennt der gasförmige Brennstoff mit einer
äußerst heißen Flamme, wodurch die eben beschriebene Wärmestrahlung intensiviert
wird. In dieser Weise wird innerhalb der Ofenkammer eine intermediäre Zone gebildet,
die intensiver Wärmestrahlung ausgesetzt ist.
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Ein flüssiger Kohlenwasserstoff wird nach oben in diese Wärmestrahlungszone
zerstäubt mit Hilfe von Sprühdüsen, die symmetrisch innerhalb der Brennkammer, vorteilhaft
etwas unterhalb der Oberkante der Brennerrohre, angeordnet sind. Dieser Ölsprühregen
wird gleich hoch :erhitzt, verdampft und durch die intensive Wärmestrahlung gespalten,
während er nach oben durch die Zone der Wärmestrahlung zieht, d. h. er wird während
seines Durchganges durch .die Ofenkammer in der Zone der partiellen Verbrennung
unter Bildung von in den Ofengasen suspendiertem Ruß zersetzt. Die Ofengase mit
dem in ihnen suspendierten Ruß werden vom oberen Ende der Ofenkammer abgezogen,
wonach der Ruß aus ihnen in üblicher Weise abgetrennt und gewonnen wird.
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Der Ölsprühregen wird in die Ofenkammer mit einer sehr hohen Anfangsgeschwindigkeit,
oberhalb von etwa 15o m je Sekunde, vorteilhaft in der Größenordnung von etwa 24o
m je Sekunde, eingespritzt. Anfangsgeschwindigkeiten oberhalb von etwa 42o
m je Sekunde sind im allgemeinen nicht zu empfehlen. Dies kann erreicht werden mit
Hilfe von Sprühdüsen entweder mit .einem einzelnen oder einem doppelten Sprühregen.
Es ist gewöhnlich vorteilhafter, eine Sprühdüse mit zwei Sprühregen zu verwenden,
insbesondere wenn der flüssige Kohlenwasserstoff ein hochviskoser Rückstand ist.
Auch ist es bei Verwendung solcher schweren Rückstände gewöhnlich vorteilhaft, das
Öl vorzuwärmen, um die Viskosität auf etwa 35 bis 40 S. F. V. (Saybolt-Furol-Viskosität)
bei etwa 71' herabzusetzen, und dadurch das Versprühen zu erleichtern. Jedoch soll
durch .die Vorwärmung die Öltemperatur nicht so hoch gesteigert werden, daß bereits
:eine Zersetzung unter Rußbildung eintritt. Es wurde für diesen Zweck mit besonderem
Vorteil eine Sprühdüse mit zwei Sprühregen verwendet, wobei das Öl der Düse mit
einem Druck von 0,35
bis 1,05 atü zugeführt wurde und ein Zerstäubungsstrom
oder Luft mit einem Druck von etwa 2,1 bis 5,6 atü zugeführt wurde.
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Mit Verteil wurde als Öl ein aromatischer Erdölrückstand aus der thermischen
Spaltung eines Kreislauföles einer katalytischen Spaltung oder eine äquivalente
Fraktion verwendet, jedoch kann jede flüssige Kohl.enwass:erstoffölfraktion mit
einer maximalen Viskosität von 1 oo S. F. V. bei etwa 71 ° verwendet werden.
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Der flüssige Sprühregen, der in die Ofenkammer eintritt, ist über
eine wesentliche Strecke oberhalb der Sprühdüse deutlich sichtbar, aber ohne sichtbare
Flamme. Oberhalb dieser Zone der Sichtbarkeit wird der Sprühregen zu einem transparenten
Dampf, aber es tritt über eine weitere wesentliche Strecke nach oben durch die Kammer
noch keine sichtbare Verbrennung des Kohlenwasserstoffes auf. Oberhalb der letzterwähnten
Zone und gewöhnlich in einem Abstand von .etwa 45 bis 6o cm oberhalb der Sprühdüse
entwickelt sich ein Dach (Baldachin) - aus einer hochleuchtenden Flamme, aus der
die Wärmestrahlung diejenige der vorerwähnten peripheren Flammen ergänzt und zum
Beheizen der Brennerrohre und des hindurchströmenden Gases sowie des eintretenden
Ölsprühregens und der Luft dient.
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Es wurde gefunden, daß :es besonders vorteilhaft ist, die ölsprühdüsen
etwas unterhalb oder abschließend mit der Oberseite einer horizontal verlaufenden,
flachen Steinplatte oder eines Blocks aus feuerfestem Material oder einer Metallplatte;
die mit einem feuerfesten überzug bedeckt ist, die symmetrisch zum Owe.rschnitt
der Ofenkammer angeordnet sind und sich über eine Fläche von etwa 2o bis 30 % des
Querschnitts der Ofenkammer erstrecken, anzuordnen. Hierbei reicht die Sprühdüse
in Richtung nach oben durch oder bis dicht unterhalb einer zentral in der Steinplatte
angeordneten Öffnung. Diese Steinplatte wird durch die Wärmestrahlung, wie vorher
beschrieben ist, stark erhitzt und dient als Rückstrahlfläche. Die Luft wird unterhalb
der Steinplatte in die Ofenkammer eingeführt und steigt zunächst durch den Ringraum
zwischen dem Rand der Steinplatte und der Innenwand der Ofenkammer empor. Die Steinplatte
dient also dazu, das Ölzufuhrrohr vor der intensiven Wärmestrahlung zu schützen
und die nach oben steigende Luft in Richtung auf die peripheren Flammen zu leiten
und von dem Ölsprühregen fernzuhalten.
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Der Austritts- oder Anfangswinkel .des Sprühregens ist vorteilhafterweise
verhältnismäßig klein, zum Beispiel etwa 5°. Ein beträchtlich weiteres Ausbreiten
des Sprühregens wird durch thermische
Wirkungen hervorgerufen, jedoch
soll das Ausbreiten des Sprühregens nicht so groß sein, daß der Sprühregen gegen
die peripheren Flammen, die Brennerrohre oder :die Seitenwände der Ofenkammer aufschlägt.
Dies kann durch Veränderung des Abstandes der Sprühdüsen unterhalb der Oberkante
der Brennerrohre und Einstellen der Größe des Sprühregens auf den Querschnitt der
Kammer oder der intermediären Zone geregelt werden. Das Ausmaß der Vorheizung der
durch die Brennerrohre strömenden. Brenngasströme kann@durch Veränderung der Länge
der Brennerrahre und auch des Duchmessers der Gasströme ,geregelt werden. Die Wanddicke
der Brennerrohre beeinflußt ebenfalls etwas das Ausmaß der Vorwärmung, jedoch ist
diese von relativ geringerer Bedeutung. Brennerrohe, die bei der Durchführung des
Verfahrens mit besonderem Vorteil verwendet werden, bestehen aus Siliciumcarbid,
Tonerde, Mullit oder ähnlichen hochfeuerfesten Stoffen und sind :etwa 15 bis 45
cm lang. Rohre von etwa: 30 cm Länge sind, wie gefunden wurde, unter den
meisten Arbeitsbedingungen besonders vorteilhaft. Rohre dieser Art haben am besten
eine Wanddicke von etwa o,6 cm. Die Ofenkammer kann rund oder rechteckig sein. Quadratische
und auch rechteckige Ofenkammern mit einem Querschnitt von etwa 6o X 9o cm wurden
als äußerst befriedigend gefunden. Wenn die Ofenkammer rund oder quadratisch ist,
kann mit Vorteil eine einzige Reihe peripherer Brenner verwendet werden. Wenn eine
rechteckige, nichtquadratische Kammer benutzt wird, zum Beispiel von größerer Breite
als Länge, is .t es gewöhnlich wünschenswert, eine doppelte Brennerreihe an .den
kurzen Wänden und nur eine Reihe entlang den langen Wänden zu haben, um die größere
Entfernung vo-a Ölsprühregen durch eine größere Wärmeerzeugt zg auszugleichen.
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Die Erfindung sei eingehender beschrieben und erläutert unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen, die in üblicher Weise und etwas schematisch eine besonders
vorteilhafte Art der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens darstellen. Fig.
i ist ein senkrechter Schnitt des Ofens und der Hilfsausrüstung entlang der Linie
"i-i der Fig: 3 ; Fig.2 ist eine Endtellansicht, deren linke Seite entlang der Linie
A-A der Fig. i und deren rechte Seite entlang der Linie B-B der Fig. i geschnitten
ist; Fig.3 ist ein Horizontalschnitt, dessen obere Hälfte entlang der Linie C-C
der Fig. i und dessen untere Hälfte entlang der Linie D-D verläuft.
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Die Vorrichtung enthält eine Ofenkammer i mit einer Vorderwand 2,
einer Rückwand 3 und Seitenwänden 4, die aus einer Ofenauskleidung aus feuerfesten
Steinen 5 oder anderen geeigneten feuerfesten Stoffen hergestellt sind, die auf
der Außenseite mit zwei Schichten von Wärmeisolierstoffen 6 überzogen sind, das
ganze eingefaßt mit einer harten, luftdichten Zementhülle oder vorzugsweise in einem
Metallblechgehäuse 7, wie deutlich in, Fig. 2 gezeigt ist. Das obere Ende der Kammer
i ist eingezogen durch die hängenden Dachteile 8 und 9 und eine Schulter io, die
eine enge Stelle i i bildet, die einen Durchweg 12 in die Leitung 13 öffnet, die
zur üblichen Kühl- und Sammelvorrichtung führt und in der Wassersprühdüsen angeordnet
sein können, wie bei 14 angedeutet ist.
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Wie deutlicher in der Fig. 2 gezeigt ist, ist die Kammer i durch eine
Trennwand 15, die von der Vorderwand :2 zur Rückwand 3 der Kammer i verläuft und
aus feuerfesten Steinen od. dgl. errichtet ist, unterteilt, um den Ofen in zwei
rechtwinklige Kammern 16 zu unterteilen, die sich an ihren oberen Enden in den.
oberen Teil der Kammer i öffnen und .durch die enge Stelle ii -mit dem Durchtrittsweg
i2, wie oben beschrieben, verbunden sind. Die Trennwand 15 und auch die Außenwände
des Ofens werden von horizontalen Eisenschienen 17 getragen, die wiederum von senkrechten
Stahlträgern 18 getragen werden.
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Die Kammern 16 erstrecken sich nach unten unterhalb der Ofenwandung,
deren untere Enden von einem Metallgehäuse i9 umgeben sind. Die unteren Teile der
Kammer sind durch geneigte, perforierte Metallbleche 2o unterteilt, die von vorn
nach hinten durch die Kammern verlaufen und eine trogähnliche Unterteilung bilden,
die an ihrem unteren-Ende in die Reinigungsleitung 2t mündet.
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Angeordnet in jeder Kammer i6 oberhalb der perforierten Platten 2o
ist ein Verteiler oder eine Sammelleitung 22, die an der Peripherie der Kammer verläuft
und von Haltegliedern 23 getragen wird, wobei der gasförmige Brennstoff der Sammelleitung
durch die Zufuhrleitung 24 zugeführt wird.
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In Abständen voneinander sind auf dem Verteiler 22 nach aufwärts gerichtete
Nippel 25 angebracht, atif jedem von denen entfernbar ein Brennerrohr 26 eingepaßt
ist.
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Symmetrisch- angeordnet ist in jeder Kammer 16 eine horizontal gelagerte
Steinplatte 27 aus feuerfestem Material, getragen von den Haltegliedern 28. Ein
ölzuflußrohr 29 führt in die Ofenkammer und aufwärts durch eine Öffnung 3o, die
zentral in der Platte angeordnet ist, wobei das obere Ende des Ölzuflußrohres mit
einer Sprühdüse, dargestellt bei 3 i, versehen ist. Luft zur Unterhaltung der partiellen
Verbrennung der gasförmigen Brennstoffe wird unter Druck aus einem geeigneten Gebläse
. durch die Luftleitung 32 dem Verteiler 33 zugeführt, aus dem die Luft durch die
Venturirohre 34,und Verbindungen 35 in das untere Ende der Kammern 16 unterhalb
der perforierten Unterteilung 2o eintritt. Die Venturirohre sind mit der üblichen
Ausrüstung, die nicht .gezeigt ist, versehen zum Messen der hindurchgehenden Luft.
Die Verbindungen 35 sind mit Drosselklappen 36 zum Regulieren und Steuern der in
die einzelnen Kammern zugeführten Luftmengen ausgerüstet. Die Luft strömt durch
die perforierten Teilwände 2o nach oben und wird durch diese über den Querschnitt
der Kammer gleichmäßig verteilt. Die Luft-strömt dann aufwärts um die Steinplatte
27 herum und ,in die Kammer 16, wie im vorhergehenden beschrieben wurde.
Im
Betrieb wird Erdgas oder ein anderer gasförmiger Brennstoff, .gegebenenfalls angereichert
oder nicht angereichert oder gegebenenfalls mit Wasserdampf verdünnt, durch die
Leitung 24 dem Gasverteiler 22 zugeführt und strömt von dort nach oben durch die
Nippel 25 und die entsprechenden Brennerrohre 26, von deren Oberkante das
Gas in die Ofenkammer in Berührung mit dem aufsteigenden Luftstrom eintritt. und
dort einer, gegebenenfalls teilweisen, Verbrennung unterworfen wird.
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Wie oben angegeben, werden die Brennerrohre und die hindurchströmenden
Gasgtröme durch die Wärmestrahlung aus dem verbrennenden Brennstoff stark erhitzt
und wird die intermediäre Zone der Ofenkammer, die oberhalb der Steinplatte 27 liegt,
in gleicher Weise der intensiven Wärmestrahlung ausgesetzt. Gleichzeitig mit der,
gegebenenfalls partiellen, Verbrennung der Brenngasströme wird der zu verrußende,
flüssige Kohlenwasserstoff, der durch die Ölzufuhrleitung 29 .der Sprühdüse 31 -zugeführt
wird, nach oben in diese Zone der intensiven Wärmestrahlung versprüht. - Zur Vereinfachung
ist eine Sprühdüse mit einem Sprühregen dargestellt, es sei aber verstanden, daß
auch Sprühdüsen mit zwei Sprühregen mit Erfolg verwendet werden können. Wenn nötig,
kann diese Sprühdüse gegen Überhitzung durch einen Wassermantel od.-dgl. geschützt
werden.
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Wenn die Kammer einen im wesentlichen quadratischen Ouerschnitt besitzt,
wie in den Zeichnungen dargestellt, kann man mit Vorteil nur eine Brennerrohrreihe
an der Peripherie der Kammer entlang, wie. gezeigt, verwenden. Wird jedoch eine
Kammer mit größerer Tiefe als Breite verwendet, dann wird an den kurzen Kammerseiten
mit Vorteil eine doppelte Bre-nnerreihe und an den längeren Kammerseiten eine einfache
Brennerreihe angeordnet.
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Die Erfindung sei weiter durch das folgende Beispiel des Verfahrens
erläutert, das in der Vorrichtung, wie sie im wesentlichen in der Zeichnung wiedergegeben
ist, durchgeführt wurde, mit der Abweichung, daß sie eine einzelne Ofenkammer von
etwa 6o cm Breite und etwa go.cm Tiefe aufwies. Bei dieser Arbeitsweise war die
Ölsprühdüse eine' Sprühdüse mit zwei Sprühregen. Dieser Ofen war mit 38 Brennerrohren
von 1,25 cm Durchmesser und etwa 30 cm Länge ausgerüstet, die gleichmäßig
in Abständen am Umfang der Kammer zwei Reihen entlang an jedem Ende und einer Reihe
entlang jeder Seite- verteilt waren. Die feuerfeste Steinplatte, durch die der Ölsprühregen
in die Ofenkammer eintrat, war ungefähr 6,25 cm stark und maß etwa 23 X 34 cm. Die
Öffnung, die sich durch den Mittelpunkt dieser Steinplatte erstreckte, betrug io
bis 12,5 cm im Durchmesser, wobei eine im wesentlichen ringförmige Öffnung die Sprühdüse
umgab.
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Dem unteren Ende der Ofenkammer wurde Luft in einer Menge von etwa
710 m3 je Stunde undErdgas den Brennerrohren in einer Menge von etwa 71 m3
je Stunde zugeführt. Ein aromatischer Rückstand aus der thermischen Spaltung eines
Kreislauföles einer katalytischen Spaltung wurde in die Ofenkammer in einer Menge
von etwa 79,5 Litern je Stunde unter Verwendung von Zerstäubungsdampf mit einem
Druck von 3,9 atü und einem Öldruck von etwa 0,7 atü zugeführt. Das Öl wurde
der Düse mit einer Temperatur von ungefähr ioo° und der Dampf in einer Menge von
etwa 24 m3 je Stunde zugeführt. Die Luft im unteren Teil der Ofenkammer, unterhalb
der feuerfesten Steinplatte, wurde zu etwa 26o° gemessen, und die Luft, die nach
oben um die Kanten der Steinplatten strömte, hatte etwa 538°. Die Temperatur der
Ofenkammer in der Zone in der Höhe der oberen Enden der Brennerrohre betrug etwa
126o°, während die Temperatur an der Ofenenge, die aus der Ofenkammer abführt, ungefähr
137o° betrug.
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Bei diesem Betrieb wurden etwa 57,15 kg Ofenruß je Stunde erzeugt,
mit einem ABC-Farbwert von 9o, einer Deckkraft von 73 % der Deckkraft eines handelsüblichen
Rußes und einer Olabsorption von etwa 1,491/kg. Bei dieser Arbeitsweise war über
eine Entfernung von etwa 38 bis 46 cm oberhalb der Sprühdüse kein brennendes Öl
sichtbar. .
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Das Verhältnis von zugeführtem Öl zu zugeführtem Gas. kann etwas verändert
werden im Hinblick auf die erforderlichen Mengen pro Zeiteinheit und deren Verhältnis
zu einander. Das Gas-Luft-Verhältnis wurde mit Vorteil innerhalb eines Bereiches
von 7 : i bis i'5 : i variiert, aber im allgemeinen ist ein Verhältnis von etwa
io : i am vorteilhaftesten. Es ist gewöhnlich wünschenswert, die Ölzufuhr auf etwa
0,1o7 bis o,i2o 1 je m3 Luft zu halten, bezogen auf normale Temperatur und normalen
Druck. Jedoch kann dieser Bereich mit Vorteil variiert werden von etwa 0,o67 bis
o,2671 je m3. Bei dem eben beschriebenen Versuch wurde die Menge der Ölzufuhr über
einen Bereich von 68 bis 9i 1 je Stunde ohne merklicheÄnderungder Eigenschaften
des Produktes, aber mit meßbarer Veränderung,der Ausbeute variiert. Auch kann bei
derartigen Betriebsweisen Zerstäubungsdampf verwendet werden in einer Menge von
31 m3 je Stunde, ohne den Betrieb nachteilig zu beeinflussen.
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Die peripheren Brenn.gasströme können, wenn sie aus Erdgas bestehen,
auf etwa 76o° oder höher; aber nicht über etwa 1315°, erhitzt werden. Sind weniger
beständige Kohlenwasserstoffe zugegen, muß sorgfältig gearbeitet werden, um ein
Verkoken der Brennerrohre zu verhindern, hohe Temperaturen sind gewöhnlich nicht
zulässig. Der Abstand -zwischen benachbarten peripheren Brennerrohren kann beträchtlich
variieren, soll aber im allgemeinen zwischen etwa dem 3,4- bis etwa dem 8,25-fachen
des Innendurchmessers der Rohre liegen.
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Bei der Durchführung des Verfahrens ist es nicht notwendig, daß die
peripheren Flammen an ihren entsprechenden Brennermüri.dungen entzündet werden.
Durch Steuerung der Mengen und der relativen Geschwindigkeiten von gasförmigem Brennstoff
und aufsteigendem Luftstrom, so daß die Aufwärtsgeschwindigkeit der Luft ungefähr
9o cm je Sekunde nicht überschreitet und die Geschwindigkeit .des aus dem Brenner
austretenden Gasstromes mindestens 12mal so groß ist wie die des Luft-
Stromes,
kann man die Gasströme eine merkliche Strecke oberhalb der B-rennermündung aufsteigen
lassen, bevor eine sichtbare Verbrennung der Gasströme eintritt. Auf .diese Weise
kann das Erhitzen des gasförmigen Brennstoffs und des aufsteigenden Luftstromes,
bevor eine merkliche, sichtbare Verbrennung in Gang kommt, gefördert werden. Unter
solchen Bedingungen braucht sich der leuchtende Teil der peripheren Flammen nur
über eine kurze Entfernung unter die. Hülle der leuchtenden Flamme zu erstrecken.
In .der Tat wurde das Verfahren erfolgreich unter Bedingungen durchgeführt, bei
denen eine sichtbare Verbrennung der peripheren Flammen erst direkt unterhalb.der
Flammenhülle einsetzte, und die Erfindung umfäßt in ihrem breiteren Sinn auch diese
Arbeitsweise.
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Wenn niän auch zur Zeit die bei .der Durchführung des vorliegenden
Verfahrens auftretenden Erscheinungen nicht mit Sicherheit deuten kann, so scheint
es doch, daß die als flüssiger Sprühnebel eingeführten Kohlenwasserstoffe nacheinander
drei verschiedene Zustände durchlaufen. Eintretend als sichtbarer, flüssiger Sprühnebel
werden sie schnell in einen transparenten, gasförmigen Strom umgewandelt, der eine
im wesentlichen vollständige Verdampfung anzeigt. Daß diese Verdampfung nahezu .
ohne rußbildende Zersetzung verläuft; wird durch das Fehlen von glühendem oder anderweitig
sichtbarem Kohlenstoff in diesem Strom angezeigt. Wenn dieser Strom von Dämpfen
sich nach oben durch die intermediäre Zone der Ofenkammer bewegt; wird jedes seiner
Moleküle einer andauernden strahlenden Erhitzung, unterworfen, die im wesentlichen
gleichmäßig, sowohl der Intensität als auch der Dauer nach, ist, so daß eine nahezu
gleichmäßige Pyrolyse verläuft. Es bildet sich eine überraschend scharfe untere
Grenze des darüberliegenden Baldachins aus feuchtenden Flammen, deren Leuchten naturgemäß
ein Anzeichen der Anwesenheit glühender Kohlenstoffteilchen ist, aus. Unterhalb
dieser Grenze erfolgt noch keine sichtbare Verbrennung der Käülenwasserstoffe des
Ölsprühregens. Es. scheint daher, daß die rußbildende Zersetzung der Kohlenwasserstoffe
des Ölsprühregens erst in Gang kommt, wenn .die Kohlenwasserstoffe plötzlich und
gleichmäßig in diesen Baldachin aus leuchtenden Flammen geraten. Die Zersetzung
schließt sich also an das gleichmäßige Erhitzen, Verdampfen und die Pyrolyse der
Kohlenwasserstoffe an, die nahezu allein durch das intensive Er- . hitzen durch
Wärmestrahlung bewirkt werden.