DE1232298B - Verfahren zur Herstellung von Russ - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

C©9c

Deutsche Kl.: 22 f-3

1232298
C17257IV a/22 f
25. Juli 1958
12. Januar 1967

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein gegenüber der Rußgewinnung mittels gewöhnlichem elektrischen Lichtbogen verbessertes Verfahren anzugeben, bei dem die Erzeugungsgeschwindigkeit wesentlich erhöht ist, d. h. die Rußausbeute in der Zeiteinheit und in bezug auf die aufgewendete Energiemenge vergrößert ist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß ein Hochstromkohlebogen benutzt wird, in dem Temperaturen von 7000 bis 10 000° C auftreten.

Infolge der im Vergleich zum gewöhnlichen Lichtbogen höheren Temperatur des Hochstromkohlebogens kann die Rußausbeute in der Zeiteinheit und in bezug auf die aufgewendete Energie wesentlich erhöht werden. ¹S

Das Einspritzen des Kohlenwasserstoffs kann auf vielerlei Wegen erfolgen, muß aber den natürlichen physikalischen Eigenschaften des Hochstromkohlebogens, der als Energiequelle dient, Rechnung tragen. Unter Einspritzen wird das Einführen der Atmo- zo Sphäre, die den Kohlenwasserstoff enthält, in die Nähe des sich rasch bewegenden Flammenbogens in solcher Weise verstanden, daß man den raschesten und wirksamsten Energieübergang von der Flamme auf den Kohlenwasserstoff erhält. In diesem Zusammenhang ist eine rasche Vermischung oder Diffusion des Kohlenwasserstoffs in die Flamme wie auch die Einführung des Kohlenwasserstoffs in Form eines umhüllenden Gasstroms vorteilhaft. Es wird deshalb vorgezogen, ein Mundstück oder eine Düse zu verwenden, wobei die Bogenflamme den Mittelteil bildet und der Kohlenwasserstoff so eingeführt wird, daß er in einem umgebenden Gasstrom koaxial fließt.

Der eingespritzte Kohlenwasserstoff kann in Form eines Methangas enthaltenden Mediums, in Form von Naturgas oder Rohölrückständen vorliegen.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird die Bogenflamme vorwiegend als eine Energiequelle benutzt, deren besondere Gestaltung und Eigenschaften einen Crackvorgang ermöglicht. Die Bogenflamme bewirkt keine Verbrennung oder chemische Reaktion irgendwelcher Art zwischen den primären Flammenbestandteilen und dem Kohlenwasserstoff. So wird die Energieübertragung vom Bogen auf den Kohlenwasserstoff nicht gehindert durch die widerstreitenden Erfordernisse und die Reaktionskinetik einer Konkurrenzreaktion, wie im Falle des herkömmlichen Verfahrens, wo die Zersetzungsenergie aus der Verbrennung eines Teils des Kohlenwasserstoffs entnommen wird. So kann im wesentlichen alle Energie, die vom Lichtbogenkrater aus über den elektrisch erzeugten Strahl des Elektrodendampfes abfließt, dazu Verfahren zur Herstellung von Ruß

Anmelder:

Continental Carbon Company,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,
München 27, Pienzenauer Str. 2

Als Erfinder benannt:

Charles Sheer, Teaneck, N. J.;

Samuel Korman, New York, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 26.JuIi 1957 (674 299)--

verwendet werden, die freie Bildungsenergie zu liefern, die zur Zersetzung des Kohlenwasserstoffs notwendig ist.

Vorzugsweise wird der Kohlenwasserstoff in Form eines ringförmigen Stroms eingeleitet, der die Flamme völlig einhüllt, wobei in dieser Stellung der Kohlenwasserstoff die Energie der Bogenflamme durch Strahlung, Leitung und seitliche Diffusion wirksam absorbieren kann.

Die besonderen Vorteile liegen erstens darin, daß das Einführen des Kohlenwasserstoffs mit einer linearen Geschwindigkeit möglich ist, die leicht auf die Geschwindigkeit der Übertragung von Energie vom Lichtbogen her abgestimmt werden kann, so daß sie eine quantitative Absorption der notwendigen Zersetzungsenergie in einer Anlage von praktischen Ausmaßen erlaubt. Zweitens ermöglichen die ungewöhnlich hohe Geschwindigkeit und Temperatur eine große Massentransportgeschwindigkeit für die Kohlenwasserstoffdämpfe, so daß die Erzeugungsgeschwindigkeit eines einzigen Lichtbogens beträchtlich höher als die ist, die mit irgendeiner anderen herkömmlichen Quelle erzielt werden kann.

Die Zusammensetzung der Elektrode ist unwichtig. Es ist jedoch klar, daß die Kondensation der Anodendämpfe eine Verunreinigung im Enderzeugnis darstellen würde, wenn ein anderes festes Material als Kohlenstoff als Anode verwendet würde. Es wurde nun gefunden, daß sich die Dämpfe des Lichtbogens, wenn der Bogen in einem Vakuum oder einer inerten

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Atmosphäre unter Verwendung einer reinen Kohlenstoff-Anode unterhalten wird, schließlich in einer Form von Ruß niederschlagen, die im wesentlichen dem Erzeugnis gleich ist, das bei der Zersetzung des Kohlenwasserstoffs nach dem herkömmlichen Gewinnungsverfahren entsteht, auf das oben hingewiesen wurde. Weil Kohle das billigste und praktischste Material für die Elektrode ist, und weil die Kondensation des Elektrodendampfes nicht nur keine Verunreinigung hervorruft, sondern tatsächlich sogar die Ausbeute erhöht, wird das Verfahren mit Kohleelektroden durchgeführt.

Der Lichtbogen könnte zur Erzeugung von Ruß ohne die Einführung irgendwelchen Kohlenwasserstoffs verwendet werden, indem man einfach eine reine Kolilenstoffelektrode in einer inerten Atmosphäre verdampft und das Erzeugnis sammelt. Das wäre allerdings nicht die bestwirkende Verwendung der der Elektrode zugeführten Energie, da die Energie, die der Lichtbogen abstrahlt, wenn er vom Krater wegströmt, dann verschwendet wäre, und das kann etwa 70 % der gesamten Energiezufuhr sein.

Bisher wurde das Verfahren in seiner einfachsten Form beschrieben, in der ein einfacher Gleichstrom-Lichtbogen verwendet wird. Die Anwendung eines ein- oder mehrphasigen Wechselstrom-Lichtbogens bietet jedoch industrielle Vorteile, solange die Umgestaltung der Elektroden im Wechselstrombogen derart ist, daß er einen einseitig gerichteten Flammbogen vorsieht. Im Falle eines einphasigen Wechselstrom-Lichtbogens kann das letztere dadurch bewerkstelligt werden, daß man zwei gleiche Elektroden unter einem Winkel von etwa 24° anordnet, wobei Drehstrom-Lichtbogenelektroden vorzugsweise auf den Seiten eines regelmäßigen Tetraeders liegen, so daß jedes Paar benachbarter Elektroden durch einen Winkel von etwa 24° getrennt ist.

In manchen Fällen ist eine Erscheinung aufgetreten, die der bestwirkenden Arbeitsweise des Verfahrens schädlich ist.

Wo Kohlenwasserstoffdämpfe mit der Elektrode in Berührung kommen können, wie dicht am Ort ihres Austritts, kann ein Teil der Gase sofort gecrackt werden und so augenblicklich Kohlenstoffbrücken über den Elektrodenspalt ausbilden und zeitweilig das Arbeiten des Lichtbogens stören. Außerdem hat der Ruß, der dicht an der heißen Zylinderfläche der Elektrode gerade hinter den Lichtbogenkratern gebildet wird, die Neigung, an der Elektrode anzuhaften, und wenn das in genügendem Umfang eintritt, kann es eine »Pilzbildung« oder »Aufwachsen« von Kohlenstoff auf der Elektrode bewirken, was die richtige Arbeitsweise des Bogens beeinträchtigt. Es wurde nun gefunden, daß dies überwunden werden kann, indem der Kohlenwasserstoff um eine kleine Entfernung unterhalb des Kraters unter einem kleinen Winkel gegen die Richtung der Flamme eingeführt und in der gleichen allgemeinen Richtung bewegt wird, so daß der Kohlenwasserstoff von der Seite der Elektrodenkrater weggetragen wird. In diesem Fall wird in den Gebieten, die an den Krater der Lichtbogenentladung angrenzen, ein Sog erzeugt und dadurch die Konzentration des Kohlenwasserstoffs in diesem Raum auf ein Mindestmaß besenkt. In manchen Fällen wurde gefunden, daß der oben erwähnte Pilzbildungsefieki dadurch ausgeschaltet werden kann, daß man die Stromdichte des Bogens über den kritischen Wert, der zur Auslösung des Lichtbogeneffektes nötig ist, hinaus steigert.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Ruß durch thermische Zersetzung eines Kohlenwasserstoffs in einem Lichtbogen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochstromkohlebogen mit Temperaturen von 7000 bis 10000⁰C benutzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenwasserstoff in Form eines Methangas enthaltenden Mediums vorliegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenwasserstoff durch ein ringförmiges, mit der Bogenflamme koaxiales Mundstück so eingespritzt wird, daß er die Flamme völlig umhüllt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochstromkohlebogen bei einer so genügenden Stromdichte betrieben wird, daß Rußabscheidung auf den Elektroden und Kurzschluß vermieden werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenwasserstoff aus Naturgas oder Rohölrückständen besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 285 665, 898 442;
deutsche Auslegeschrift K 21085IV a/22 f (bekanntgemacht am 26.1.1956);
USA.-Patentschriften Nr. 2 616 842, 2 735 016.

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