DE2842977A1 - Vorrichtung zur herstellung von russ - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Herstellung von Ruß
• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Ruß mit einer beheizbaren Reaktionskammer, in die wenigstens eine Zuführung für ein Oxydationsmittel und wenigstens eine Zuführung für Kohlenwasserstoffe münden.
• Bei der Herstellung von Ruß werden ein Oxydationsmittel, insbesondere Luft und gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe, gegebenenfalls nach Aufbereitung, d.h. Erwärmung und/oder Vergasung, in einer Reaktionskammer unter reduzierender Atmosphäre zur Reaktion gebracht. Der dabei entstehende Ruß wird anschließend von dem entstandenen Reaktionsgas abgeschieden. Die Qualität des hergestellten Rußes hängt einerseits von den stöchiometrischen Verhältnissen der Reaktionspartner und andererseits von den Temperaturen ab, bei denen die Reaktionen ablaufen. Dabei ist es wichtig, daß auch die Wandungen der Reaktionskammer die gewünschten Temperaturen aufweisen, weil sonst eine unerwünschte Abkühlung oder Uberhitzung wenigstens eines Teiles der Reaktionspartner eintritt, wodurch im Ergebnis die Rußqualität in unerwünschter Weise beeinflußt wird. - Bekannte Vorrichtungen weisen deshalb gesonderte Brenner zur Beheizung der Reaktionskammer auf (z.B. die DL-PS 108 109).
• Das erfordert zusätzlichen konstruktiven und technischen Aufwand, weil diese Brenner insbesondere beim Anfahren einer Vorrichtung oder Anlage so gesteuert werden müssen, daß die gewünschte Betriebstemperatur erreicht wird. Anschließend, d.h. während des Produktionsbetriebes, werden die Brenner nicht mehr benötigt und sie können auch nicht während des Produktionsbetriebes z.B. für die Zufuhr eines Oxydationsmittels verwendet werden, weil es für die Herstellung eines einwandfreien Rußes erforderlich ist, das Oxydationsmittel mit einem erheblichen Impuls zuzuführen, damit eine einwandfreie Durchmischung von Oxydationsmittel und Kohlenwasserstoff erreicht wird.
• Das läßt sich jedoch mit derartigen Brennern nicht erreichen, weil die zum Anheizen benötigte Oxydationsmittelmenge in der Regel bis zu siebenmal so hoch ist wie die während der RuBproduktion benötigte Oxydationsmittelmenge.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Gattung konstruktiv zu vereinfachen und ihre Funktionsfähigkeit zu verbessern.
• Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß wenigstens zwei Zuführungen für das Oxydationsmittel vorgesehen sind, wobei eine dieser Zuführüngen im Mündungsbereich der Zuführung für die Kohlenwasserstoffe endet und für die Zufuhr des Oxydationsmittels zum Zwecke überstöchiometrischer Verbrennung ausgelegt ist, während eine oder mehrere weitere Zuführungen für das Oxydationsmittel stromabwärts in die Reaktionskammer münden und für die unterstöchiometrische Rußherstellung ausgelegt sind.
• Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auf die Anordnung zusätzlicher Brenner zum Anheizen insbesondere der Reaktionskammer verzichtet werden, weil die erforderliche Wärme durch Reaktion zwischen dem Kohlenwasserstoff und dem Oxydationsmittel erzeugt wird. Die Trennung bzw. Anordnung mehrerer Zuführungen für das Oxydationsmittel, wobei die verschiedenen Zuführungen entsprechend ihren unterschiedlichen Zwecken auch unterschiedlich ausgelegt sind, läßt es zu, die Zufuhr des Oxydationsmittels jeweils in einer solchen Menge und an den Ort zu steuern, wie es der jeweils gewünschte Zweck erfordert. Dazu kann die Oxydationsmittelzuführung für die überstöchiometrische Verbrennung ein regelbares Absperrorgan aufweisen.
• Eine einfache Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydationsmittel-Zuführung für die überstöchiometrische Verbrennung ein die Kohlenwasserstoff-Zuführung umgebendes Rohr ist. Der Querschnitt des Rohres kann den gegebenen Umständen so angepaßt werden, daß die Oxydationsmittelmenge für die überstöchiometrische Verbrennung während der Anheizzeit ohne Schwierigkeiten zugeführt werden kann.
• Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich dann, wenn die Oxydationsmittel-Zuführung und die Kohlenwasserstoff-Zuführung in einer zur Reaktionskammer hin offenen Vorkammer enden.
• Dann erst findet nämlich die Verbrennung hauptsächlich in der Vorkammer statt, während die Reaktionskammer nur noch von den heiBen Gasen durchströmt wird. - Die Vorkammer ist aber auch vorteilhaft für den Produktionsbetrieb, weil dann der Vorkammer auch noch nicht vergaste Kohlenwasserstoffe zugeführt werden können, die bei gedrosselter Zuführung des Oxydationsmittels in die Vorkammer teilweise verbrennen, so daß die dabei entstehende Wärme zur Vergasung der restlichen Kohlenwasserstoffe dienen kann. Dies hat den Vorteil, daß die Kohlenwasserstoffe bei Eintritt in die Reaktionskammer bereits in Dampfform vorliegen und die gewünschte Reaktionstemperatur aufweisen, wenn die eigentliche Rußbildung beginnt. Erst dann, d.h. nach vollständiger Verdampfung der Kohlenwasserstoffe, wird der restliche Teil des Oxydationsmittels über die in die Reaktionskammer mündenden Zuführungen zugeführt, so daß die Zerlegung des Kohlenwasserstoffes erfolgen kann. Dafür sind keine besonderen zusätzlichen Einrichtungen erforderlich, wenn die in die Vorkammer mündende Oxydattonsmittelzuführung für die überstöchiometrische Verbrennung ein regelbares Absperrorgan aufweist.
• Um die Durchmischung des vergasten Kohlenwasserstoffes mit dem in die Reaktionskammer zugeführten Oxydationsmittel zu verbessern, empfiehlt es sich, wenn die Oxydationsmittel-Zuführungen für die unterstöchiometrische Rußherstellung in verschiedenen Ebenen der Reaktionskammer und/oder der Vorkammer orthogonal zur Hauptströmungsrichtung münden.
• Der erzeugte Ruß hat nach seiner Entstehung nicht immer die gewünschten Eigenschaften.
• In manchen Fällen sind noch flüchtige Kohlenwasserstoffe an ihn gebunden, in anderen Fällen wäre eine Aufoxydation der Oberfläche wünschenswert. Damit der herzustellende Ruß bereits während seiner Herstellung die gewünschten Eigenschaften hat, können in die Reaktionskammer bzw. die Vorkammer oder in einen nachgeschalteten Kanalabschnitt eine oder mehrere Reaktbonsmittel-Zuführungen münden. Bei dem Reaktionsmittel kann es sich um ein Oxydationsmittel oder um ein Reduktionsmittel handeln.
• Insbesondere kann es sich dabei um das bei der Rußherstellung anfallende Reaktionsgas handeln, das gegebenenfalls durch Zumischung von Luft oder einem anderen Oxydationsmittel im Hinblick auf die gewünschte oxydierende oder reduzierende Wirkung eingestellt wird. Die Zufuhr dieses Reaktionsmittels kann erfindungsgemäß über eine das bei der Rußherstellung anfallende Reaktionsgas führende Leitung, die in die Reaktionskammer bzw. die Vorkammer mündet, erfolgen. Insbesondere kann an die das Reaktionsgas führende Leitung eine ein Oxydationsmittel führende Zweigleitung mit regelbarem Absperrorgan angeschlossen sein.
• Da auch die Temperatur des zugeführten Reaktionsmittels die Qualität des hergestellten Rußes beeinflussen kann, empfiehlt es sich, wenn jede Reaktionsmittel-Zuführung eine Heizeinrichtung aufweist.
• Es versteht sich, daß die Oxydationsmittel-bzw. Reaktionsmittel-Zuführungen regelbare Absperrorgane aufweisen können, mit denen sich die Zufuhr von Oxydationsmitteln bzw. Reaktonsmitteln drosseln oder vermehren läßt, so daß im Ergebnis die betrieblichen Parameter so eingestellt werden können, daß Ruß in der jeweils gewünschten Qualität hergestellt werden kann.
• Das ermöglicht im übrigen auch eine problemlose Umstellung von einer Rußqualität auf eine andere, ohne daß die Vorrichtung bzw. eine zu dieser Vorrichtung gehörende Anlage deswegen abgestellt werden muß.
• Im Folgenden werden in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
• Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch einen Teil einer Vorrichtung zur Herstellung von Ruß, Fig. 2 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1, Fig. 3 eine weitere Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1.
• In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile.
• Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung dient zur Herstellung von Ruß. Sie weist eine beheizbare Reaktionskammer 1 auf, die z.B. eine zylindrische Form aufweisen kann. Stirnseitig schließt an die Reaktionskammer 1 eine zu dieser hin offene Vorkammer 2 an, die koaxial zur zylindrischen Reaktionskammer 1 angeordnet ist.
• In der Vorkammer 2 befindet sich ein dazu koaxiales Rohr 3, das im Übergangsbereich zwischen Vorkammer 2 und Reaktionskammer 1 endet und das ein regelbares Absperrorgan 4 aufweise. Uber das Rohr 3 wird ein Oxydationsmittel, beim dargestellten Ausführungsbeispiel Luft, zugeführt.
• Eine mit einem regelbaren Absperrorgan 5 versehene Leitung 6 ist bis in das Rohr 3 hineingeführt und erstreckt sich koaxial zu diesem bis zum freien Ende des Rohres 3. Dort endet die Leitung 6 in einer Düse 7. Uber die Leitung 6 und die Düse 7 wird der bei der Rußherstellung verwendete Kohlenwasserstoff z.B. ein flüssiger Kohlenwasserstoff zugeführt.
• Der zwischen dem Rohr 3 und der Vorkammer 2 gebildete Ringraum 8 dient ebenfalls der Zufuhr eines Oxydationsmittels, insbesondere für die unterstöchiometrische Rußherstellung. Dazu weist der Ringraum 8 einen Anschlußstutzen 9 mit einem regelbaren Absperrorgan 10 auf, an das eine nicht dargestellte, luftführende Leitung angeschlossen ist.
• Die dargestellte Vorrichtung funktioniert wie folgt: Zum Aufheizen der Reaktionskammer 1 vor dem eigentlichen Produktionsbetrieb wird über die Leitung 6 Kohlenwasserstoff zugeführt und durch die Düse 7 zerstäubt. Gleichzeitig wird über das Rohr 3 bei entsprechender Einstellung des Absperrorgans 4 Luft in einer solchen Menge zugeführt, daß die zugeführten Kohlenwasserstoffe mit Luftüberschuß verbrennen können. Die dabei frei werdende Wärme dient zur Aufheizung der Reaktionskammer 1. Wenn die Reaktionskammer 1 die gewünschte Temperatur erreicht hat, wird die Luftzufuhr durch das Rohr 3 so weit gedrosselt, daß die bei der Reaktion zwischen der zugeführten Luft und den Kohlenwasserstoffen entstehende Wärme gerade ausreicht, um die Kohlenwasserstoffe vollständig zu verdampfen. Ferner wird über das Absperrorgan 10 und den Anschlußstutzen 9 sowie den Ringraum 8 weiteres Oxydationsmittel, nämlich Luft, zugeführt, die mit den vergasten Kohlenwasserstoffen reagiert und unter Zerlegung des Kohlenwasserstoffes zur Rußbildung führt.
• Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vorkammer 2 etwas länger ausgebildet und befindet sich der Anschlußstutzen 9 für die Zuführung des Oxydationsmittels zur unterstöchiometrischen Rußbildung zwischen dem Ende des Rohres 3 und dem Beginn der Reaktionskammer 1. In die Reaktionskammer 1 münden weitere Zuführungen 11, 12 für die Zufuhr eines Oxydationsmittels oder eines Reduktionsmittels, wobei die durch die Zuführung gen 11 bzw. 12 zugeführten Mittel dazu dienen können, die Eigenschaften des in der Reaktionskammer 1 erzeugten Rußes zu verbessern, insbesondere flüchtige Kohlenwasserstoffe, die an den Ruß gebunden sind, zu entfernen oder die Oberfläche des Rußes aufzuoxydieren. Da die Wirkung des zugeführten Oxydationsmittels bzw. Reduktionsmittels von der jeweiligen Temperatur abhängt, können die entsprechenden Zuführungen 11 bzw. 12 nicht dargestellte Heiz-oder Kühleinrichtungen aufweisen, um die gewünschten Reaktionen zu erzeugen. Bei geringer Temperatur ist nämlich Ruß relativ oxydationsträge, so daß die Wirkung eines zugeführten Reaktionsmittels eine völlig andere ist als die Wirkung des z.B. über den Anschlußstutzen 9 zugeführten Oxydationsmittels.
• Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der als Reaktkonsmittel das während der Rußherstellung entstehende Reaktionsgas verwendet wird, das über eine an das Ende der Reaktionskammer oder einen weiterführenden Kanalabschnitt 13 angeschlossene Rückführungsleitung 14 entweder wie beim dargestellten Ausführungsbeispiel in den Ringraum 8 oder unmittelbar in die Reaktionskammer z.B. über die Zuführungen 11, 12 eingeleitet wird. Die Rückführungsleitung 14 weist dazu ein Gebläse 15 auf. Im übrigen ist an die Rückführungsleitung 14, die wiederum Heiz- oder Kühleinrichtungen aufweisen kann, eine Oxydationsmittel- bzw. luftführende Zweigleitung 16 mit einem Absperrorgan 17 angeschlossen, so daß dem Reaktionsgas bestimmte Mengen eines Oxydationsmittels beigemischt werden können, um die oxydierenden bzw. reduzierenden Eigenschaften des Reaktionsgases einstellen zu können.
• Leerseite

Claims (10)

1. Ansprüche 1. Vorrichtung zur Herstellung von Ruß mit einer beheizbaren Reaktionskammer, in die wenigstens eine Zuführung für ein Oxydationsmittel und wenigstens eine Zuführung für Kohlenwasserstoffe münden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Zuführungen (3, 9) für das Oxydationsmittel vorgesehen sind, wobei eine dieser Zuführungen (3) im Mündungsbereich der Zuführung (6) für die Kohlenwasserstoffe endet und für die Zufuhr des Oxydationsmittels zum Zwecke über-stöchiometrischer Verbrennung ausgelegt ist, während eine oder mehrere weitere Zuführungen (9, 11, 12) für Oxydationsmittel stromabwärts in die Reaktionskammer (1) münden und für die unterstöchiometrische Rußherstellung ausgelegt sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydationsmittel-Zuführung (3) für überstöchiometrische Verbrennung ein die Kohlenwasserstoff-Zuführung (6) umgebendes Rohr ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydationsmittel-Zuführung (3) und die Kohlenwaseerstoff-Zuführung (6) in einer zur Reaktionskammer (1) hin offenen Vorkammer (2) enden.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydationsmittel-Zuführung (3) für die überstöchiometrische Verbrennung ein regelbares Absperrorgan (4) aufweist.
5. 5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydationsmittel-Zuführungen (9, 11, 12) für die unterstöchiometrische Rußherstellung in verschiedenen Ebenen der Reaktionskammer (1) und/oder der Vorkammer (2) orthogonal zur Hauptströmungsrichtung münden.
6. 6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Reaktionskammer (1) bzw. die Vorkammer (2) oder in einen nachgeschalteten Kanalabschnitt (13) eine oder mehrere Reaktionsmittel-Zuführungen (11, 12, 14) münden.
7. 7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Reaktionsmittel-Zuführung (11, 12, 14) eine Heizeinrichtung aufweist.
8. 8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine das bei der Rußherstellung anfallende Reaktionsgas führende Leitung (14), die in die Reaktionskammer (1)bzw, die Vorkammer (2) mündet.
9. 9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an die das Reaktionsgas fuhrende Leitung (14) eine ein Oxydationsmittel führende Zweigleitung (16) mit einem regelbaren Absperrorgan (17) angeschlossen ist.
10. 10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxydationsmittel- bzw. Reaktionsmittel-Zuführungen (11, 12, 14) regelbare Absperrorgane aufweisen.