DE1242305B - Plant for the production of carbon black - Google Patents
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Description
DEUTSCHES GERMAN JfflVWt JfflVWt PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
DeutscheKl.: 22f-14 German class: 22f-14
Nummer: 1242 305Number: 1242 305
Aktenzeichen: C31260IVa/22f 1 242 303 Anmeldetag: 29.Oktober 1963File number: C31260IVa / 22f 1 242 303 Filing date: October 29, 1963
Auslegetag: 15. Juni 1967Open date: June 15, 1967
Gegenstand der Erfindung ist eine verbesserte Anlage zur Herstellung von Ruß und insbesondere eine verbesserte Anlage zur Herstellung von Rußsorten guter Abriebfestigkeit, die als Füllmaterial für Gummi Verwendung finden.The invention relates to an improved plant for the production of carbon black, and in particular one improved plant for the production of carbon blacks with good abrasion resistance, which are used as filler material for rubber Find use.
Die Herstellung von Ruß aus normalerweise flüssigen Kohlenwasserstoffen nach dem sogenannten Ölrußverfahren ist an sich bekannt. Sie beruht auf der unvollständigen Verbrennung von kohlenwasserstoffhaltigem Material mit Luft in einem wärmeisolierten Reaktor, wobei ein Teil des Brennstoffs durch die entwickelte Verbrennungswärme gekrackt wird. Verschiedene Modifikationen dieses allgemeinen Verfahrens sind beschrieben worden. Bei der allgemein geübten technischen Ausführungsform des Verfahrens wie auch bei dem dieser Erfindung zugrunde liegenden Verfahren wird ein Heiz- oder Brenngas, wie Erdgas, Propan, dampfförmiges Petroleumdestillat od. ä., mit ausreichender Menge eines freien Sauerstoff enthaltenden Gases, üblicherweise mit Luft, in einem Reaktor verbrannt und dabei das normalerweise flüssige Ausgangsprodukt für den Ruß in die resultierende Flamme oder deren Verbrennungsprodukte eingesprüht. Üblicherweise wird dem Rußofen etwas mehr als die zur vollständigen Verbrennung des Heizgases notwendige Menge Luft zugeführt, wodurch aber nur ein sehr geringer Teil des Rußöles mitverbrannt wird.The production of soot from normally liquid hydrocarbons according to the so-called The oil black process is known per se. It is based on the incomplete combustion of hydrocarbons Material with air in a thermally insulated reactor, with some of the fuel through the developed heat of combustion is cracked. Various modifications to this general procedure have been described. In the generally practiced technical embodiment of the method as in the process on which this invention is based, a heating or fuel gas, such as natural gas, propane, vaporous petroleum distillate od. Ä., With a sufficient amount of a free Oxygen-containing gas, usually with air, burned in a reactor and this normally liquid starting product for the soot is sprayed into the resulting flame or its combustion products. Usually the soot furnace slightly more than the amount of air necessary for complete combustion of the heating gas is supplied, however, only a very small part of the soot oil is also burned.
Bei dem mit der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang stehenden deutschen Patent 1 201 506 des Erfinders, handelt es sich im wesentlichen um einen Ganzmetallreaktor, bei dem die Pyrolysereaktion in einem mit einer wärmeleitenden, feuerfesten Auskleidung versehenen metallenen Reaktionsrohr durchgeführt wird, wobei die benötigte Verbrennungsluft zuvor um die Außenfläche des Reaktionsrohres fließt und dabei in vorteilhafter Weise vorgewärmt wird. Die vorgewärmte Verbrennungsluft wird dann durch eine als »Grieß-Eliminator« bezeichnete Verbrennungsleitvorrichtung mit dem Heizgas turbulent vermischt und das Gemisch im Reaktionsrohr verbrannt. Eine hervorragende Eigenschaft dieser Anlage, besonders im Hinblick auf die Anwendung der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, ist die relativ einfache Bauweise. Die verschiedenen Teile, aus denen der Rußofen besteht, sind so konstruiert, daß ungeachtet der hohen Reaktionstemperaturen jedes Element stillgelegt und gekühlt werden kann und dann in einem Bruchteil der Zeit, die bei anderen Anlagen zu entsprechenden Maßnahmen erforderlich ist, demontiert werden kann.In the German patent 1 201 506 related to the present invention of the inventor, it is essentially an all-metal reactor in which the pyrolysis reaction in a metal reaction tube provided with a heat-conducting, refractory lining is carried out, the required combustion air previously flowing around the outer surface of the reaction tube and thereby advantageously preheated will. The preheated combustion air is then referred to as a "semolina eliminator" Combustion guide device mixed with the heating gas in a turbulent manner and the mixture in the reaction tube burned. An excellent feature of this system, especially in terms of its application of the various embodiments of the present invention, is the relatively simple construction. the various parts that make up the carbon black furnace are designed so that regardless of the high reaction temperatures Each element can be shut down and cooled and then used in a fraction of the time Time that is required for corresponding measures in other systems can be dismantled can.
Anlage zur Herstellung von RußPlant for the production of carbon black
Anmelder:Applicant:
Continental Carbon Company, Amarillo, Tex.
(V.StA.)Continental Carbon Company, Amarillo, Tex.
(V.StA.)
Vertreter:Representative:
Dr. W. Gennershausen, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Gärtnerweg 28Dr. W. Gennershausen, patent attorney,
Frankfurt / M., Gärtnerweg 28
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Norman Royce Higgins, Bakersfield, Calif.Norman Royce Higgins, Bakersfield, Calif.
(V.StA.)(V.StA.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 30. Oktober 1962
(234 032),Claimed priority:
V. St. v. America October 30, 1962
(234 032),
vom 27. März 1963 (268 382)of March 27, 1963 (268 382)
Die Qualität des Rußes, der nach dem beschriebenen Verfahren gewonnen wird, hängt in erster Linie von der Turbulenz der zur Krackung verwendeten Flamme ab, die ihrerseits wieder durch die Konstruktion des Ofens bedingt ist. Allgemein gilt, daß die Partikelgröße des Rußes eine Funktion der Turbulenz ist, und zwar ist die Teilchengröße um so kleiner, je heftiger die Turbulenz ist.The quality of the soot that is obtained by the method described depends primarily Line from the turbulence of the flame used for cracking, which in turn is caused by the Construction of the furnace is conditional. In general, the particle size of the soot is a function of the Turbulence is, namely the smaller the particle size, the more violent the turbulence is.
Prinzipiell kennt man zwei Wege zur Erzeugung einer möglichst turbulenten Flamme in den derzeitig üblichen technischen Anlagen zur Rußerzeugung unter Verwendung eines zylindrischen Reaktors. Die eine Methode besteht in der Erzeugung einer kontinuierlichen zentrifugalen Flamme an dem einen Ende des Rußofens. Dabei wird das zur Krackung bestimmte Rußöl kontinuierlich axial in den Flammen- oder Verbrennungsgasstrudel eingesprüht. Bei der zweiten Methode wird eine turbulente und im wesentlichen longitudinal fortschreitende Flamme an dem einen Ende des Reaktors erzeugt und das Rußöl der Basis dieser Flamme kontinuierlich zugeführt. In principle, there are two ways of generating a flame that is as turbulent as possible at the moment customary technical systems for soot production using a cylindrical reactor. the one method is to create a continuous centrifugal flame on one End of the soot furnace. The soot oil intended for cracking is continuously fed axially into the flame or combustion gas vortex sprayed in. The second method uses a turbulent and im essentially longitudinally progressing flame generated at one end of the reactor and that Soot oil is continuously fed to the base of this flame.
Der Hauptvorteil der Zentrifugalflammenmethode liegt in der hohen Rußausbeute. Störende Kohleab-Scheidungen an der Innenwand des Reaktors treten bei diesem Verfahren nicht auf. Von Nachteil ist lediglich, daß die Zahl der Rußsorten, die auf dieseThe main advantage of the centrifugal flame method is the high soot yield. Interfering Kohleab- distinctions on the inner wall of the reactor do not occur in this method. The only disadvantage is that the number of types of carbon black that this
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Weise erzeugt werden können, begrenzt ist. Dagegen ist der prinzipielle Vorteil der LongitudinaIflammenmethode in der größeren Vielseitigkeit hinsichtlich der erzielbaren Rußqualitäten zu sehen. Andererseits verkohlen die mit longitudinaler Flamme arbeitenden bekannten Anlagen sehr leicht, und weiterhin ist bei gleicher Rußsorte die erzielbare Ausbeute geringer als bei dem Zentrifugalflammenverfahren.Way that can be generated is limited. On the other hand, the principle advantage of the longitudinal flame method is to be seen in the greater versatility with regard to the achievable carbon black qualities. on the other hand the known plants operating with longitudinal flame char very easily, and furthermore is at With the same type of carbon black, the achievable yield is lower than with the centrifugal flame method.
Die in der deutschen Patentschrift 1 201 506 beschriebene Anlage ist für den Betrieb mit der zentrifugalen Flamme konstruiert. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine verbessere Anlage zur Rußgewinnung, die wahlweise entweder nach der Zentrifugalflammenmethode oder der Longitudinalflammenmethode betrieben werden kann. Die erfindungsgemäße Anlage ist den bekannten Anlagen darin überlegen, daß bei Durchführung der Longitudinalfiammenmethode keine Verkohlung der Wände stattfindet und die zu erzielende Rußausbeute darüber hinaus wesentlich höher ist, als bei den bekannten mit der longitudinalen Flamme arbeitenden Anlagen und tatsächlich beinahe die bei der Zentrifugalflammenmethode realisierbaren Ausbeuten erreicht. Bei Betrieb der erfindungsgemäßen Anlage nach der Zentrifugalflammenmethode können Rußqualitäten hergestellt werden, die ausgezeichnete Abriebfestigkeitseigenschaften zeigen und von wesentlich verbesserter Strukturcharakteristik sind, als sie bisher nach der ZentrifugaIfiammenmethode erhalten wurden. Diese Rußsorten eignen sich vorzüglich als Füllmaterial für Gummiwaren.The system described in German Patent 1 201 506 is for operation with the centrifugal Constructed flame. The present invention is an improved system for Soot extraction, either by the centrifugal flame method or the longitudinal flame method can be operated. The system according to the invention is superior to the known systems in that when the longitudinal flame method is carried out no charring of the walls takes place and the soot yield to be achieved above is also much higher than in the known systems working with the longitudinal flame and in fact almost reached the yields attainable with the centrifugal flame method. When the system according to the invention is operated by the centrifugal flame method, soot qualities which show excellent abrasion resistance properties and of much improved Structural characteristics are as they were previously obtained by the centrifugal flame method. These types of carbon black are ideal as filling material for rubber goods.
Die aufgezählten Vorteile werden erzielt in der erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von Ruß durch turbulente Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen, bestehend aus einem Reaktionsrohr (11) F i g. 1, welches zur Zuführung und Vorwärmung der Verbrennungsluft im Gegenstromverfahren von einem röhrenförmigen Gehäuse (10) konzentrisch umgeben ist und vor dem einen Ende des Reaktionsrohres (11) eine Kammer (13) bildet, in welche die Vorrichtungen zum Einleiten von Heizgas, Kohlenwasserstoff und Luft axial hineinragen, wobei das Reaktionsrohr (11) ein Metallrohr mit glatter Außenfläche, einer feuerfesten, wärmeleitenden Innenauskleidung (12) und gleichen Öffnungsweiten an beiden Enden ist und ein innerhalb der Kammer (13) angebrachter, nach außen erweiterter kegelstumpfförmiger Fortsatz (36) mit mehreren Reihen radial verlaufender Schlitze (37 bzw. 32) als Leitvorrichtung für die Verbrennungsluft dient, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das dem Reaktor abgewendete Ende des kegelstumpfförmigen Fortsatzes (36) bis nahe an das Abschlußglied (16) des Gehäuses heranreicht und durch einen mit einer konzentrischen Öffnung versehenen Deckel (38) abgeschlossen ist und die wärmeleitende, feuerfeste Innenauskleidung des Reaktionsrohres in dem Anfangsteil des Rohres so ausgebildet ist, daß sie die Form eines Venturi-Rohres hat, wobei die Länge dieses venturirohrförmigen Abschnitts wesentlich geringer ist als die Gesamtlänge des Reaktionsrohres.The advantages listed are achieved in the system according to the invention for producing carbon black by turbulent pyrolysis of hydrocarbons, consisting of a reaction tube (11) FIG. 1, which is concentrically surrounded by a tubular housing (10) for supplying and preheating the combustion air in a countercurrent process and in front of one end of the reaction tube (11) forms a chamber (13) into which the devices for introducing heating gas, hydrocarbons and air axially protrude, wherein the reaction tube (11) is a metal tube with a smooth outer surface, a refractory, heat-conductive inner lining (12) and the same opening widths at both ends and mounted within the chamber (13) outwardly extended truncated cone-shaped extension (36) having a plurality Rows of radially extending slots (37 or 32) serve as a guide device for the combustion air, which is characterized in that the end of the frustoconical extension (36) facing away from the reactor reaches close to the end member (16) of the housing and is connected by one with a concentric opening provided lid (38) is completed and the thermally conductive, fire solid inner lining of the reaction tube in the initial part of the tube is designed so that it has the shape of a Venturi tube, the length of this Venturi tube-shaped section being substantially less than the total length of the reaction tube.
Wie bereits ausgeführt, sind die charakteristischen Eigenschaften der Flamme, die in solchen Anlagen die Krackung des Rußöls bewirkt, von großer Bedeutung; Ausbeute, Produktionsgeschwindigkeit und vor allem die Rußqualität werden durch den besonderen Typ und die allgemeinen Bedingungen wie Temperatur und Turbulenz der Flamme wesentlichAs already stated, these are the characteristic properties of the flame in such systems the cracking of the soot oil is of great importance; Yield, production speed and especially the soot quality is determined by the particular type and general conditions such as Temperature and turbulence of the flame are essential
beeinflußt. Der in der genannten Patentschrift beschriebene Rußofen ist mit einer Vorrichtung versehen, die dazu dient, den Eintritt der Verbrennungsluft in den Reaktionsraum zu regeln und somit die Flamme und die Krackbedingungen, die an der Stelle herrschen, an der die Dissoziation des Rußöles einsetzt, zu regeln.influenced. The soot furnace described in the cited patent is provided with a device which serves to regulate the entry of the combustion air into the reaction chamber and thus the The flame and the cracking conditions prevailing at the point where the dissociation of the soot oil begins, to regulate.
Ein weiteres Merkmal der verbesserten Anlage gemäß vorliegender Erfindung ist eine ModifikationAnother feature of the improved system of the present invention is a modification
ίο dieses, in der Patentschrift als »Grieß-Eliminator« und im folgenden als »Verbrennungsleitvorrichtung« bezeichneten Bauelements. Inwiefern sich die verbesserte Verbrennungsleitvorrichtung von der bisher verwendeten unterscheidet, geht am eindeutigsten aus der Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen hervor. Es wird insbesondere darauf hingewiesen, daß der physikalisch-technische Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen dieser Vorrichtung gering zu sein scheint, der dadurch erzielte Effekt ist aber, wie bereits ausgeführt, sehr wesentlich und erheblich. ίο this component referred to in the patent specification as the “grit eliminator” and in the following as the “combustion control device”. The extent to which the improved combustion control device differs from the previously used one can be seen most clearly from the description in connection with the drawings. It is pointed out in particular that the physical-technical difference between the two embodiments of this device appears to be slight, but the effect achieved thereby is, as already stated, very essential and considerable.
Die im folgenden gemachten Erläuterungen dienen zum besseren Verständnis des Wesens der erfindungsgemäßen Anlage und der Zeichnungen.The explanations given below serve for a better understanding of the nature of the invention Appendix and the drawings.
F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen auf den erfindungsgemäßen Erkenntnissen beruhenden Rußofen, wobei das durch Kombination des Heizbrenners mit Einspritzvorrichtung für das Rußöl entstandene Bauelement nur zum Teil aufgeschnitten ist und so die Konstruktionsmerkmale besser erkennen läßt;F i g. 1 shows a longitudinal section through one based on the knowledge according to the invention Soot furnace, which was created by combining the heating burner with an injection device for the soot oil Component is only partially cut open so that the design features can be better recognized leaves;
F i g. 2 ist ein Teil des Längsaufrisses des Ofens und soll ein Merkmal der Erfindung veranschaulichen; F i g. Figure 2 is part of the longitudinal elevation of the furnace and is intended to illustrate a feature of the invention;
F i g. 3 ist ein Querschnitt auf Höhe der Linie 3-3 der Fig. 2;F i g. Figure 3 is a cross-sectional view taken on line 3-3 of Figure 2;
F i g. 4 ist ein Teil des Längsaufrisses des Ofens und soll eine Ausführungsform desselben veranschaulichen. F i g. Figure 4 is part of the longitudinal elevation of the furnace and is intended to illustrate an embodiment thereof.
In F i g. 1 wie auch in den anderen Figuren kennzeichnet die ZifferlO ein längliches Metallgehäuse, das den Außenmantel der erfindungsgemäßen Rußofenanlage darstellt; konzentrisch darin angeordnet ist ein weiteres langgestrecktes Metallrohr oder Reaktionsrohrll von geringerem Durchmesser als dem des Gehäuses. Dieses Rohr 11 wird zweckmäßig durch mehrere auf seiner Außenseite aufgeschweißte Abstandsstäbe in konzentrischer Lage in dem Gehäuse 10 gehalten. Das Reaktionsrohr 11 ist mit einer feuerfesten Innenauskleidung versehen, 12, die vorzugsweise aus einem Material mit relativ hohem Wärmeleitkoeffizienten besteht. Die feuerfeste Innenauskleidung 12 besitzt in dem größten Teil des Rohres 11 nur die für einen ausreichenden Schutz des Rohres über längere Betriebsdauer hinweg notwendige Mindeststärke. Diese Mindeststärke hängt von den Festigkeitseigenschaften des verwendeten Auskleidungsmaterials ab; beispielsweise kommt man bei Verwendung von Siliciumcarbid mit einer Stärke von 5 bis 13 mm aus. Geeignete andere Auskleidungen können an Ort und Stelle aus herkömmlichen, formbaren feuerfesten Materialien hergestellt werden, so z. B. aus Materialien auf Kaolinbasis. Dabei ist es angebracht, größere Wandstärken zu verwenden und die Auskleidung gegebenenfalls durch Bewehren mit Eisenstäben zu verstärken. Bei einem in Betrieb befindlichen Reaktor der beschriebenen Art hat sich eine Auskleidung auf Kaolinbasis mit 50 mm DickeIn Fig. 1 as in the other figures, the numeral 10 denotes an elongated metal housing which represents the outer casing of the soot furnace system according to the invention; Arranged concentrically therein is another elongated metal tube or reaction tube of a smaller diameter than that of the housing. This tube 11 is expediently held in a concentric position in the housing 10 by a plurality of spacer bars welded onto its outside. The reaction tube 11 is provided with a refractory inner lining 12, which preferably consists of a material with a relatively high coefficient of thermal conductivity. The refractory inner lining 12 has in most of the pipe 11 only the minimum thickness necessary for adequate protection of the pipe over a longer period of operation. This minimum thickness depends on the strength properties of the lining material used; For example, when using silicon carbide, a thickness of 5 to 13 mm is sufficient. Suitable other linings can be made on-site from conventional, malleable refractory materials, such as. B. from materials based on kaolin. It is advisable to use larger wall thicknesses and, if necessary, to reinforce the lining by reinforcing it with iron bars. In an operating reactor of the type described, a lining based on kaolin has a thickness of 50 mm
bei einem Durchmesser des Metallrohres von 355 mm über längere Zeit hinweg auch ohne Bewehrung als ausreichend erwiesen und gute Wärmeleitfähigkeitswerte gezeigt. Das erfindungsgemäß verbesserte Reaktionsrohr unterscheidet sich, wie bereits ausgeführt, von dem bisher verwendeten durch die besondere Formgebung der Reaktionszone. Diese Zone ist hier durch einen Venturi-Abschnitt gekennzeichnet, dessen Hals in der Nähe der Eingangsöffnung innerhalb des röhrenförmigen Bauteiles 11 liegt. Der Venturi-Abschnitt kann durch zweckmäßige Ausgestaltung der feuerfesten Auskleidung 12 des Rohres 11 gebildet werden und beeinflußt die Gesamtwärme-Übertragungsfähigkeit der Reaktionsrohrkombination nur unwesentlich. Die stromabwärts gelegenen Enden des Außenmantels oder Gehäuses 10 und des Innenrohres 11 schließen miteinander auf gleicher Höhe ab. Der Außenmantel 10 kann aus normalem Stahlrohr bestehen und soll etwas länger sein als das Innenrohr 11, so daß es dieses am stromaufwärts gelegenen Ende um ein Stück überragt und so eine praktisch offene zylindrische KammerlS bildet, in der gewisse Zubehörteile der Anlage angeordnet sind, darunter die gemäß der Erfindung verbesserte Verbrennungsleitvorrichtung 36. With a diameter of the metal pipe of 355 mm, it has proven to be sufficient over a long period of time even without reinforcement and has shown good thermal conductivity values. As already stated, the reaction tube improved according to the invention differs from the one previously used by the particular shape of the reaction zone. This zone is characterized here by a Venturi section, the neck of which lies in the vicinity of the inlet opening within the tubular component 11. The Venturi section can be formed by an appropriate configuration of the refractory lining 12 of the tube 11 and has only an insignificant effect on the overall heat transfer capability of the reaction tube combination. The downstream ends of the outer jacket or housing 10 and the inner tube 11 terminate with one another at the same height. The outer jacket 10 can consist of normal steel pipe and should be slightly longer than the inner pipe 11 so that it protrudes a bit at the upstream end and thus forms a practically open cylindrical chamber in which certain accessories of the system are arranged, including the Combustion control device 36 improved according to the invention.
Das äußere Gehäuse 10 kann eine Länge von 3 bis 4,5 m haben, und das Innenrohr 11 ist entsprechend um etwa 60 bis 90 cm kürzer. Beides können genormte Stahlrohre sein, wobei das Außenrohr einen Durchmesser von 45 cm und das Innenrohr einen Durchmesser von 25 bis 35 cm haben kann. Bei Verwendung eines Reaktionsrohres dieser Abmessungen kann der Hals des Venturis ungefähr 15 bis 90 cm und mehr von der Eingangsöffnung des Rohres entfernt liegen. Die Querschnittsverengungszone des Halses kann 20 bis 90% und mehr, vorzugsweise 30 bis 50% des Maximalquerschnitts des Reaktionsrohres betragen und dann in die kreisförmige Querschnittszone des ausgekleideten Ausströmungsendes übergehen. Geeignete Öffnungsweiten des konvergenten und des divergenten Winkels des Venturi-Abschnittes liegen zwischen 7 bis 15 und 4° oder weniger, gemessen zur Längsachse des Reaktionsrohres.The outer housing 10 can have a length of 3 to 4.5 m, and the inner tube 11 is correspondingly shorter by about 60 to 90 cm. Both can be standardized steel tubes, whereby the outer tube can have a diameter of 45 cm and the inner tube can have a diameter of 25 to 35 cm. When using a reaction tube of these dimensions, the neck of the venturi can be approximately 15 to 90 cm and more from the inlet opening of the tube. The cross-sectional constriction zone of the neck can be 20 to 90% and more, preferably 30 to 50% of the maximum cross-section of the reaction tube and then merge into the circular cross-sectional zone of the lined outflow end. Suitable opening widths of the convergent and the divergent angle of the Venturi section are between 7 to 15 and 4 ° or less, measured to the longitudinal axis of the reaction tube.
Wenn der Ofen in Betrieb ist, tritt die Verbrennungsluft durch die in der Nähe des Ofenausgangs liegenden Lufteinlaßöffnungen 14 tangential in den ringförmigen Zwischenraum, der von dem Gehäuserohr 10 und dem Innenrohr 11 gebildet wird, ein und strömt schraubenförmig zum stromaufwärts gelegenen Ende des ringförmigen Zwischenraumes hin. Die so vorgewärmte Luft tritt dort durch die schlitzförmigen Öffnungen 37 des Kegelstumpfes 36 in die Kammer 13 ein und mischt sich mit dem aus den Brenneröffnungen 22 austretenden Heizgas. Die Verbrennung der Mischung setzt bereits innerhalb der Kammer 13 ein, und die resultierende Flamme erstreckt sich in das Innenrohr 11. Das eingesprühte Rußöl wird, sowie es mit der Flamme in Berührung kommt, gekrackt. Das resultierende Aerosol strömt dem Ofenausgang zu, wo es durch einen Wassernebei abgeschreckt wird, so daß keine weiteren Reaktionen stattfinden und die Temperatur so weit sinkt, daß es einem konventionellen Rußabscheider zugeführt werden kann.When the furnace is in operation, the combustion air enters through the air inlet openings 14 located near the furnace outlet tangentially into the annular space formed by the housing tube 10 and the inner tube 11 and flows helically towards the upstream end of the annular space . The air preheated in this way enters the chamber 13 through the slot-shaped openings 37 of the truncated cone 36 and mixes with the heating gas emerging from the burner openings 22. The combustion of the mixture begins already within the chamber 13 , and the resulting flame extends into the inner tube 11. The soot oil that is sprayed in is cracked as soon as it comes into contact with the flame. The resulting aerosol flows to the furnace outlet, where it is quenched by a water mist so that no further reactions take place and the temperature drops so far that it can be fed to a conventional soot separator.
Die verbesserte Verbrennungsleitvorrichtung 36 hat die Form eines Kegelstumpfmantels und ist mit der kleineren Öffnung auf dem anstoßenden Ende des Innenrohres befestigt. Der Kegelstumpfmantel kannThe improved combustion control device 36 has the shape of a truncated cone jacket and is fastened with the smaller opening on the abutting end of the inner tube. The truncated cone jacket can
aus einem hitzebeständigen Metallblech aus Edelstahl gefertigt sein. Die Verbrennungsleitvorrichtung ist so lang, daß ihre weitere Öffnung von der Abschlußplatte 16 noch einige Zentimeter Abstand hat. Der genaue Abstand hängt von der Menge Luft ab, die durch die Verbrennungsleitvorrichtung in die Kammer 13 eintreten soll. An sich sollte erstrebt werden, alle Luft durch die Verbrennungsleitvorrichtung 36 zu führen, es hat sich aber als zweckmäßig erwiesen, ίο etwa 10 % der Gesamtluft an der Innenseite der Abschlußplatte 16 entlang durch die im Zentrum des Deckels 38 des Kegelstumpfes liegende Öffnung in die Kammer 13 zu leiten. Dadurch wird die Abschlußplatte 16 und die anstoßenden Anlagenteile wie der Gehäusemantel kühl gehalten. Die Außenfläche des Kegelstumpfes ist mit mehreren Reihen von Luftschlitzen 37, die in konzentrischen Ringen angeordnet sind, versehen. In F i g. 1 sind diese Schlitze in mehreren Reihen dargestellt, und zwar in relativ zur Oberfläche des Kegelstumpfes nach außen stehender, schaufelähnlicher Weise. In der Zeichnung sind die Schlitzzonen der Einfachheit halber angenähert gleich groß dargestellt. Es hat sich aber als zweckmäßig erwiesen, die schlitzförmigen Öffnungen in dem Maße allmählich zu erweitern, wie sich die Ringe, in denen sie angeordnet sind, der der Abschlußplatte 16 zugewandten Basis des Kegelstumpfes nähern. Der Kegelstumpf ist an seiner Basis mit dem Deckel 38 versehen. Dieser Deckel hat eine zentrale Öffnung, die so weit ist, daß die kombinierte Brenner- und Einspritzvorrichtung hindurchragen und außerdem die an der Abschlußpatte 16 vorbeistreichende Luft in das Innere der Verbrennungsleitvorrichtung eintreten kann. Der Durchmesser dieser Öffnung ist aber immer noch wesentlich geringer als der Durchmesser der kleineren Öffnung des Kegelstumpfes. be made of a heat-resistant metal sheet made of stainless steel. The combustion control device is so long that its further opening is a few centimeters away from the end plate 16. The exact distance depends on the amount of air which is to enter the chamber 13 through the combustion control device. The aim should be to guide all air through the combustion guide device 36 , but it has proven to be useful to ίο about 10% of the total air along the inside of the end plate 16 through the opening in the center of the cover 38 of the truncated cone into the chamber 13 to direct. As a result, the end plate 16 and the abutting system parts such as the housing jacket are kept cool. The outer surface of the truncated cone is provided with several rows of air slots 37 which are arranged in concentric rings. In Fig. 1 these slots are shown in several rows, in a shovel-like manner that protrudes outward relative to the surface of the truncated cone. In the drawing, the slot zones are shown approximately the same size for the sake of simplicity. However, it has proven to be expedient to gradually widen the slot-shaped openings to the extent that the rings in which they are arranged approach the base of the truncated cone facing the end plate 16. The truncated cone is provided with the cover 38 at its base. This cover has a central opening which is so wide that the combined burner and injection device protrude and, moreover, the air flowing past the end plate 16 can enter the interior of the combustion control device. However, the diameter of this opening is still much smaller than the diameter of the smaller opening of the truncated cone.
Die kombinierte Gasbrenner- und Rußöl-Einspritzvorrichtung ist in der F i g. 1 mit der Ziffer 15 bezeichnet. Sie ragt durch die Endplatte 16 hindurch und bildet mit ihr das Abschlußelement am stromaufwärts gelegenen Ende des Gehäuses 10. Im einzelnen besteht die Brenner- und Einspritzvorrichtung aus einem Rohr 17, das durch die Abschlußplatte 16 axial hindurchgeht und in geeigneter Weise starr daran befestigt ist, beispielsweise mittels einer Stopfbuchse. Innerhalb des Rohres 17 ist ein Rohr 18 konzentrisch angeordnet, das vorzugsweise über das Ende des Rohres 17 bis in den Raum der zylindrisehen Kammer 13 hineinragt. Eine vertikal angeordnete Scheibe 19 schließt den von den Rohren 17 und 18 gebildeten ringförmigen Zwischenraum an dem in die Kammer 13 hineinragenden Ende ab und ist mit diesen Rohren fest verschweißt. Zweck der Scheibe 19 ist es, die Flamme während des Betriebs des Ofens vor dem Ausblasen zu schützen. Der Durchmesser dieser Scheibe ist wesentlich größer als der Außendurchmesser des Rohres 17, aber wesentlich kleiner als die Öffnungsweite des feuerfest ausgekleideten Reaktionsrohres 11. Mittels (nicht gezeigter) Halterungen ist konzentrisch innerhalb des Rohres 18 eine Zuführleitung 20 montiert, die etwa auf gleicher Höhe wie das entsprechende Ende des Rohres 18 aufhört. Unmittelbar hinter der Scheibe 19 befinden sich mehrere radiale Öffnungen 22 in dem Rohr 17, die eine Verbindung zwischen Kammer 13 und dem von den Rohren 17 und 18 gebildeten ringförmigen Zwischenraum bilden. Das im Rußofen gelegene EndeThe combined gas burner and soot oil injection device is shown in FIG. 1 denoted by the number 15. It extends through the end plate 16 therethrough, and forms with it, the closure element at the upstream end of the housing 10. In detail, the burner and the injection device consists of a tube 17 which axially passes through the end plate 16 and is rigidly fixed in an appropriate way, for example by means of a stuffing box. A tube 18 is arranged concentrically inside the tube 17 and preferably projects beyond the end of the tube 17 into the space of the cylindrical chamber 13 . A vertically arranged disk 19 closes the annular gap formed by the tubes 17 and 18 at the end protruding into the chamber 13 and is firmly welded to these tubes. The purpose of the disc 19 is to protect the flame from being blown out during operation of the furnace. The diameter of this disc is substantially larger than the outer diameter of the tube 17, but substantially smaller than the opening width of the refractory lined reaction tube 11 by means (not shown) mounts is concentrically mounted a feed pipe 20 within the pipe 18, which at approximately the same height as the corresponding end of the tube 18 ceases. Immediately behind the disk 19 are several radial openings 22 in the tube 17, which form a connection between the chamber 13 and the annular space formed by the tubes 17 and 18. The end in the soot furnace
der Zuführleitung 20 kann mit einer Zerstäuberdüse versehen sein oder auch offenbleiben, falls ein leicht verdampfendes Öl zur Rußbildung verwendet wird. Das andere (nach außen ragende) Ende des Rohres 17 ist durch einen ringförmigen Bauteil 21 abgeschlossen. Durch die Gasleitung 23 wird das Heizgas zugeführt. Hinter dem ringförmigen Abschluß 21 ist die Luftzuführung 24 angeordnet, durch welche Luft in die ringförmige Kammer zwischen der Innenseite des Rohres 18 und der Außenseite der Leitung 20 eingeleitet wird. Diese ringförmige Kammer ist nach außen durch den Ring 25 abgeschlossen. Die axial um die Ölleitung 20 fließende Luft tritt als gebündelter Strahl um den aus der Leitung 20 bzw. der Zerstäuberdüse strömenden Ölnebel herum aus und trägt so dazu bei, das eingesprühte Öl in das Zentrum des Rohres 11 zu lenken. Zusätzlich verhindert dieser axiale Luftstrom die Verkohlung des Düsenmundstückes, wodurch die Zerstäubungsfähigkeit beeinträchtigt würde.the feed line 20 can be provided with an atomizer nozzle or can remain open if an easily evaporating oil is used to form soot. The other (outwardly protruding) end of the tube 17 is closed by an annular component 21 . The heating gas is supplied through the gas line 23. Behind the annular closure 21 , the air supply 24 is arranged, through which air is introduced into the annular chamber between the inside of the tube 18 and the outside of the line 20 . This annular chamber is closed off from the outside by the ring 25 . The air flowing axially around the oil line 20 emerges as a bundled jet around the oil mist flowing out of the line 20 or the atomizer nozzle and thus helps to direct the injected oil into the center of the tube 11. In addition, this axial air flow prevents the nozzle tip from becoming carbonized, which would impair the atomization capacity.
Das Rußöl kann innerhalb der in F i g. 1 gezeigten Anordnung prinzipiell an jeder Stelle der zylindrischen Kammer 13 eingesprüht werden oder auch in den Anfangsteil des Reaktionsrohres. Vorzugsweise, insbesondere bei Anwendung des Longitudinalflammenverfahrens, wird der Sprühkopf auf Höhe des Anfangs des Innenrohres 11 angebracht.The carbon black oil can be used within the ranges shown in FIG. 1 can be sprayed in principle at every point of the cylindrical chamber 13 or also in the initial part of the reaction tube. Preferably, especially when using the longitudinal flame method, the spray head is attached at the level of the beginning of the inner tube 11.
An das Ausströmungsende des feuerfest ausgekleideten Innenrohres 11 schließt das Abschreckteil der Anlage an; die Ziffer 26 in F i g. 1 bezieht sich auf ein Teilstück dieses Abschnitts. Dieser Teil kann ebenfalls aus einem zylindrischen Metallrohr mit gleichem Außendurchmesser wie das Gehäuse 10 bestehen und ist so mit feuerfestem Material oder Isolierstoffen ausgekleidet, daß sein Innendurchmesser dem des Innenrohres 11 entspricht. Das Abschreckteil kann mit dem Gehäuse 10 und dem Innenrohr 11 durch einen Flansch verbunden sein, wobei dieser Flansch gleichzeitig als Abschluß des zwischen dem Innenrohr 11 und dem Gehäuse 10 liegenden ringförmigen Zwischenraums dient. Die Befestigung des Hansches kann durch Nieten oder Schweißen erfolgen. In dem Abschreckteil 26 ist eine Pforte 27 angeordnet, durch die eine Wasserleitung 28 bis auf die Längsachse des Rohres führt und dort in einem Sprühkopf 29 endet, der dem aus dem Reaktionsrohr austretenden Gas- und Rußstrom entgegengerichtet ist.The quenching part of the system connects to the outflow end of the refractory lined inner pipe 11; the number 26 in F i g. 1 refers to part of this section. This part can also consist of a cylindrical metal tube with the same outer diameter as the housing 10 and is lined with refractory material or insulating materials so that its inner diameter corresponds to that of the inner tube 11. The quenching part can be connected to the housing 10 and the inner tube 11 by a flange, this flange simultaneously serving as a closure of the annular space lying between the inner tube 11 and the housing 10. The attachment of the Hansches can be done by riveting or welding. In the quenching part 26 a gate 27 is arranged through which a water line 28 leads to the longitudinal axis of the pipe and ends there in a spray head 29 which is directed in the opposite direction to the flow of gas and soot emerging from the reaction pipe.
Wie bereits ausgeführt, kann der erfindungsgemäß verbesserte Rußofen mit der Longitudinalflammenmethode oder auch mit der ZentrifugaIflammenmethode betrieben werden. Die Grundkonstruktion ist bei beiden Ausführungen gleich. Unterschiede bestehen nur in der Stellung der Luftschlitze der Verbrennungsleitvorrichtung und in der Richtung der in dem ringförmigen Spalt zwischen den Rohren 10 und 11 angeordneten Leitbleche für die Verbrennungsluft. As already stated, the carbon black furnace improved according to the invention can be operated with the longitudinal flame method or also with the centrifugal flame method. The basic construction is the same for both versions. The only differences are in the position of the air slots of the combustion guide device and in the direction of the guide plates for the combustion air arranged in the annular gap between the tubes 10 and 11.
In F i g. 4 ist eine Apparatur gezeigt, die zur Herstellung von Ruß nach dem Zentrifugalflammenverfahren vorgesehen ist. Die VerbrennungsIeitvorrichtung ist hier mit der Ziffer 34 bezeichnet, ist aber identisch mit der im Zusammenhang mit F i g. 1 beschriebenen Vorrichtung 36. Bis auf die Luftführungseinrichtung, in diesem Falle der Abschnitt mit den Luftleitblechen 35, ist die Anordnung der übrigen Bauelemente identisch mit den in F i g. 1 in gleicher Weise bezifferten Teilen.In Fig. 4 shows an apparatus which is provided for the production of carbon black by the centrifugal flame method. The combustion guide device is designated here by the number 34 , but is identical to that in connection with FIG. 1 apparatus 36 described except for the air guide device, in this case, the portion with the vanes 35, the arrangement of the remaining components is identical to the in F i g. 1 parts numbered in the same way.
Die Luftführungseinrichtung besteht aus einer Reihe von in gleichem Abstand parallel zueinander
schraubenförmig durch den ringförmigen Zwischenraum zwischen den Rohren 10 und 11 verlaufenden,
senkrecht auf der Außenwand des Rohres 11 stehenden Blechstreifen, deren Höhe dem Abstand der beiden
Rohrwandungen entspricht, wobei genügend Spielraum bleiben muß für die unter Betriebsbedingungen
auftretenden Wärmeausdehnungen. Der Abschnitt mit den Luftleitschaufeln befindet sich zweckmäßig
nur in geringer Entfernung von der Eingangsöffnung des Reaktionsrohres 11. Dadurch wird das
Eintreten der Verbrennungsluft in die Kammer 13 oder ihr Auftreffen auf die Verbrennungsleitvorrichtung
in geradliniger Richtung praktisch unterbunden. Es können beliebig viele Leitbleche verwendet werden,
und ihre Befestigung ist ebenfalls freigestellt. Beispielsweise können sie mit dem Innenrohr 11 verschweißt
sein oder mit einem über das Rohr 11 gezo zogenen ringförmigen Band oder auf ähnliche Weise.
Bei dieser Bauweise dienen die Leitbleche gleichzeitig als Halterung und gewährleisten die konzentrische
Anordnung des Ausgangsendes des Reaktionsrohres 11 innerhalb des Gehäusemantels 10.
as Beim Betrieb der in Fig. 4 gezeigten Anordnung verläßt die durch den ringförmigen Spalt zwischen
den RohrenlO und 11 fließende Verbrennungsluft den Bereich der Luftleitbleche 35 in schraubenförmig
gewundener Weise, je nach dem gewählten Neigungswinkel der Leitbleche zur Achse der ganzen
Anlage, und die Hauptmenge dieser vorgewärmten Luft tritt in die Kammer 13 in Form einer nach innen
gerichteten Spirale ein. Die Luft vermischt sich hier turbulent mit dem aus den radialen Öffnungen 22 des
Brenners austretenden Heizgas, und die resultierende brennbare Mischung strömt schraubenförmig durch
das feuerfest ausgekleidete Reaktionsrohr 11. Die Verbrennung der Mischung setzt schon in der Kammer
13 ein. Auf Grund des Verhältnisses der Öffnungsweiten der Kammer 13 und des Venturis wird
die Maximaltemperatur erst in dem Hals des Venturis erreicht. Wie bereits erwähnt, wird das Rußöl
oberhalb der Stelle der maximalen Temperatur und Turbulenz eingesprüht. Da Geschwindigkeiten von
der Größenordnung der Schallgeschwindigkeit auftreten, bleibt das — dampfförmige oder feinversprühte
— Rußöl zum größten Teil undissoziiert, bis es den Venturi-Hals erreicht, wo es dann augenblicklich
und im wesentlichen auch vollständig gekrackt wird.The air guiding device consists of a series of equally spaced parallel to each other helically through the annular space between the tubes 10 and 11 , perpendicular to the outer wall of the tube 11 , the height of which corresponds to the distance between the two tube walls, whereby there must be enough space for the thermal expansions occurring under operating conditions. The section with the air guide vanes is expediently only a short distance from the inlet opening of the reaction tube 11. This practically prevents the combustion air from entering the chamber 13 or from striking the combustion guide device in a straight line. Any number of baffles can be used and their attachment is also optional. For example, they can with the inner tube 11 can be welded or a ge through the pipe 11 zo coated annular band or in a similar manner. In this construction, the baffles also serve as a holder and ensure the concentric arrangement of the outlet end of the reaction tube 11 within the housing jacket 10.
As during operation of the arrangement shown in Fig. 4, the combustion air flowing through the annular gap between the pipes 10 and 11 leaves the area of the air guide plates 35 in a helically wound manner, depending on the chosen angle of inclination of the guide plates to the axis of the entire system, and the majority of these Preheated air enters the chamber 13 in the form of an inwardly directed spiral. Here, the air mixes in a turbulent manner with the heating gas emerging from the radial openings 22 of the burner, and the resulting combustible mixture flows helically through the refractory-lined reaction tube 11. The mixture begins to burn in the chamber 13 . Due to the ratio of the opening widths of the chamber 13 and the venturi, the maximum temperature is only reached in the throat of the venturi. As already mentioned, the soot oil is injected above the point of maximum temperature and turbulence. Since velocities of the order of magnitude of the speed of sound occur, the - vaporous or finely sprayed - soot oil remains largely undissociated until it reaches the venturi throat, where it is then instantly and essentially completely cracked.
Die in F i g. 2 gezeigte Ausführungsform ist zum Betrieb nach der Longitudinalflammenmethode vorgesehen. Diese Flammenform wird hierbei erzeugt, indem die Luft axial durch den ringförmigen Vorheizraum zwischen dem Mantel 10 und dem Innenrohr 11 geführt wird. Die Verbrennungsluft tritt wie auch in F i g. 4 durch die Lufteinlaßöffnungen 14 in den ringförmigen Vorheizraum an dessen stromabwärts gelegenen Ende ein und wird unter Druck gegen den stromaufwärts gelegenen Teil des Ofens hin getrieben, d. h. in Richtung der zylindrischen Kammer 13. Der Lufteintritt durch die Öffnungen 14 kann auch hier in tangentialer Richtung erfolgen, denn die Luftführungseinrichtung gewährleistet einen streng axial verlaufenden Luftstrom. Sie besteht in diesem Falle aus mehreren parallel zueinander in gleichem Abstand verlaufenden Leitblechen 30, die in Richtung der Achse des Rohres 11 verlaufen undThe in F i g. The embodiment shown in FIG. 2 is intended for operation according to the longitudinal flame method. This flame shape is generated in that the air is guided axially through the annular preheating space between the jacket 10 and the inner tube 11 . The combustion air occurs as in FIG. 4 through the air inlet openings 14 into the annular preheating space at its downstream end and is driven under pressure against the upstream part of the furnace, ie in the direction of the cylindrical chamber 13. The air entry through the openings 14 can also take place here in a tangential direction , because the air guiding device ensures a strictly axial air flow. In this case it consists of a plurality of guide plates 30 which run parallel to one another at the same distance and which run in the direction of the axis of the tube 11 and
Claims (1)
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 123 782;
französische Patentschrift Nr. 1 275 686;
britische Patentschrift Nr. 840 504;
USA.-Patentschrift Nr. 2 851 337.Considered publications:
German Auslegeschrift No. 1 123 782;
French Patent No. 1,275,686;
British Patent No. 840 504;
U.S. Patent No. 2,851,337.
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