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PROCEDE POUR LA FABRICATION DE NOIR DE FUMEE DE HAUTE QUALITE.
Il est connu que des mélanges explosifs, par exemple de méthane avec de l'oxygène, surtout lorsqu'ils sont amenés à faire explosion avec surpression, conduisent à la précipi- tation de noir de fumée aussi longtemps que la quantité d'o- xygène présente dans le mélange ne suffit par pour oxyder tout le carbone. Il est de plus connu que l'on peut fabriquer de la manière indiquée ci-dessus, du noir de fumée de haute qualité si l'on emploie des mélanges explosifs dont la teneur en oxygè- ne est plus élevée que celle nécessaire en elle-même pour la fabrication de mélanges explosifs. Pour cela, on a cherché à obtenir une augmentation de la vitesse de détonation et, par conséquent, de la température maxima d'explosion, ce qui a amélioré substantiellement la qualité du noir de fumée précipi- té.
Cependant, dans la réalisation pratique de ce procédé, il se présente des difficultés dues au fait que, à cause des efforts
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puissants auxquels est soumis le récipient dans lequel l'ex- plosion a lieu, il se produit des déformations, manque d'étan- chéité, et même des ruptures de ce récipient.
Il a été maintenant prouvé que l'on évite ces inconvé- nients et que l'on peut encore obtenir un noir de fumée extrê- mement efficace, si l'on procède à l'amorçage des substances explosives avec des vitesses plus grandes, de telle manière que le choc concentré qui se produit par l'explosion, soit maintenu au-dessous de certaines limites. Cela est obtenu sui- vant la présente invention grâce au fait que l'explosion est amorcée à l'intérieur des récipients cylindriques à partir d'en- droits qui se trouvent éloignés de la paroi frontale la plus rapprochée du récipient, d'au moins le tiers de la longueur du cylindre, et qui sont de préférence situés vers le milieu du cy- lindre. Ainsi se laissent travailler d'une manière certaine, mê- me des substances ou mélanges explosifs brisants, afin d'obtenir du noir de fumée de haute qualité.
Comme substances de départ, sont à considérer suivant la présente invention : des mélanges d'hydrocarbures gazeux ou liquides avec l'oxygène, ou avec des gaz contenant de l'oxygène. Comme hydrocarbures sont à nommer, par exemple : le méthane, le propane, le butane, le hexane, des produits de fractionnement du pétrole, les huiles lubrifiantes, la paraffine, le benzole, la naphtaline, l'anthracène et analo- gues, les huiles de goudron ou les goudrons. Il est indifférent si ces hydrocarbures ont été obtenus en partant du pétrole natu- rel, ou par distillation de combustibles naturels, ou bien de n'importe quelle manière par voie synthétique.
Pour la production des mélanges explosifs, on mélange les substances nommées ci- dessus, seules ou en diverses combinaisons, avec l'oxygène, ou avec des gaz contenant de l'oxygène, et notamment avec une quan- tité d'oxygène qui ne suffit pas pour brûler la quantité totale d'hydrocarbure présente, mais qui est plus grande que celle né-
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oessaire pour la production de mélanges explosifs. Au lieu de, ou en plus, des dites substances hydrooarbonées, on peut encore employer des substances permettant ou facilitant par elles-mêmes, à cause de leur grande teneur d'énergie, la production de matiè- @ res explosives; de telles substances sont, par exemple, @ l'é- thylène, le butylène, et plus particulièrement l'acétylène.
De cette manière, on porte de préférence les gaz ou vapeurs conte- nant l'hydrocarbure à une pression assez élevée et on les mélan- ge, seulement peu de temps avant leur conversion explosive, avec l'oxygène ou les gaz contenant de l'oxygène et qui se trouvent également sous pression assez élevée. On peut, de plus, procéder de manière à introduire d'abord une substance explosive brisante seule dans le récipient d'explosion et à injecter peu de temps avant, ou même pendant l'explosion, d'autres hydrocarbures, plus spécialement des hydrocarbures à point d'ébullition élevé.
L'allumage du mélange explosif à l'intérieur du récipient cylindrique peut se faire d'une manière connue en soi, par exem- ple au moyen d'une flamme, ou par incandescence, ou même de pré- férence par étincelle. Dans ce dernier cas, on peut rendre pos- sible l'intensité nécessaire des étincelles grâce à l'insertion dans le circuit des étincelles d'une capacité connue en soi. Les organes d'allumage sont, suivant l'invention, éloignés de la pa- roi frontale la plus rapprochée du récipient cylindrique, d'au moins le tiers de la longueur totale du cylindre, et de préféren-= ce on place le point d'amorçage vers le milieu du récipient cy- lindrique. De cette manière, on fait partir d'abord une onde explosive analogue à celle produite jusqu'à présent avec l'allu- mage usuel amorcé à l'extrémité du cylindre.
L'onde explosive atteint cependant, suivant la présente invention, une valeur fi- nale relativement faible. Malgré cela, on obtient, suivant la présente invention, des noirs de fumée d'au moins la même haute qualité que celle obtenue par les explosions produites aux
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extrémités par la technique connue.
Suivant la présente invention, il est possible, ainsi qu' il a été également prouvé, de faire varier le rapport entre l'o- xygène et les gaz oxydables, entre de plus larges limites qu'il n'a été possible de le faire jusqu'a présent. Comme dans le cas présent, il se produit des pressions finales beaucoup plus fai- bles que celles obtenues jusqu'à présent, on peut adopter des pressions initiales, et par conséquent des quantités de mélange introduites chaque fois dans le cylindre, beaucoup plus élevées que jusqu'à présent. Par l'augmentation plus grande de la pres- sion du mélange de départ, on augmente les possibilités d'explo- sion, ainsi que la région atteinte par les limites de l'allumage.
On peut ainsi, suivant la présente invention, fabriquer du noir de fumée de haute qualité, même en partant de mélanges avec les- quels il n'était pas possible de le faire auparavant. On pourra ainsi descendre encore davantage en-dessous des limites inférieu- res considérées jusqu'à présent comme nécessaires pour la concen- tration en oxygène et obtenir des rendements plus élevés en ma- tières transformées. De plus, on obtient, suivant la présente in- vention, des quantités traitées plus grandes, c'est-à-dire, des rendements meilleurs pour les appareils.
Par exemple, on obtient avec une pression initiale de 4,8 atm. et 890 litres d'oxygène (à 0 et 67 mm.) par kg. d'hydrocar- bure présent dans le gaz, un rendement de noir de fumée de haute qualité à 12,8 % Si l'on augmente, suivant l'invention, la pres- sion initiale à 7,7 atm. on peut abaisser le concentration en oxy- gène à 790 litres d'oxygène (à 0 et 67 mm.) et obtenir ainsi un rendement de 16,5 % en noir de fumée de haute qualité. De plus, on obtient dans ce dernier cas une augmentation des rendements de l'appareil ou une augmentation de la quantité de noir de fumée précipité, de 106 %.
Enfin, il est à mentionner que, suivant la présente inven-
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tion, on ménage davantage les appareils, si les pressions fina- les développées par l'explosion sont les mêmes que dans le pro- cédé plus ancien, car notamment dans les trajets plus courts des ondes détonantes, à considérer suivant la présente invention, plus spécialement pour une teneur en oxygène plus faible, le processus de l'explosion se déroule d'une façon plus atténuée.
D'après un autre mode de réalisation de la présente in- vention, on élimine le noir de fumée formé chaque fois lors de l'explosion, par utilisation de la détente des produits d'ex- plosion gazeux sous pression.
Il est spécialement avantageux de laisser se suivre les explosions isolées rapidement l'une après l'autre. Il peut ce- pendant se faire qu'il reste encore de petites quantités de noir de fumée dans le cylindre, ce qui donne lieu, non seulement à des allumages intempestifs, mais également à des détériorations de la qualité du noir de fumée.
Pour éviter cela avec certitude, on procède, suivant un nuire mode de réalisation de l'invention, de telle manière que les gaz provenant d'opérations antérieures et libérés du noir de fumée formé, ainsi qu'éventuellement de substances condensables, soient utilisés pour le rinçage. tandis que les substances soumises à l'explosion sont utilisées avec une pression initiale d'environ 3 à 30 atm., de préférence 10 atm., il est recommandable d'utiliser les gaz employés pour le rinçage aux pressions ordinaires, ou à de faibles surpressions.
Les gaz dégagés par l'explosion consistent principalement en hydrogène et oxyde de carbone et peuvent, par conséquent, être avantageusement utilisés comme gaz de synthèse, par exemple pour la fabrication de méthanol synthétique ou d'essence synthétique.
Exemple :
Dans le dessin ci-joint, a représente le compresseur de méthane et b le compresseur d'oxygène, les deux gaz étant compri- més à travers le dispositif de mélange c et l'organe d'admission
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V1 dans le récipient cylindrique d'explosion d. La soupape d'admission V1 est construite de telle manière que la durée d'admission dans chaque cas pour la matière de départ, est inférieure à 0,5 sec. et se trouve environ dans le voisinage de 0,01 sec. De cette manière, on évite des propagations in- désirables de l'explosion en dehors du récipient cylindrique.
En Z, c'est-à-dire à peu près vers le milieu du récipient cy- lindrique d se trouve prévu un dispositif d'allumage à étin- celles, Lors de l'explosion, les deux ondes explosives vien- nent rencontrer les deux surfaces du récipient cylindrique avec une force fortement diminuée, ce qui conduit, non seulement à une protection meilleure du matériel, mais également à des ten- sions plus uniformes du récipient cylindrique. Après que l'allu- mage a eu lieu, les gaz ainsi que le noir de fumée quittent le récipient d'explosion à travers la soupape de sortie V3 et tra- versent le séparateur de noir de fumée e ainsi que le filtre f.
Les gaz sont alors refroidis de nouveau en g et libérés de la quantité principale de l'eau entrainée et qui est soutirée en h.
Une partie du gaz ainsi obtenu est alors conduite au moyen du dispositif de transport i et de la soupape d'admission V2 comme gaz de rinçage à travers le cylindre d, ce qui produit lé rinça- ge du restant du noir de fumée. Les gaz riches en hydrogène qui quittent l'appareil peuvent être utilisés dans des buts de chauf- fa.ge, ou même, de préférence, pour des transformations chimiques de toutes sortes. Les soupapes V1, V2 et V sont guidées de pré- férence automatiquement dans le rythme des explosions individu- elles, comme cela est usuel dans les moteurs à explosion.
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PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF HIGH QUALITY BLACK SMOKE.
It is known that explosive mixtures, for example of methane with oxygen, especially when they are caused to explode with overpressure, lead to the precipitation of carbon black as long as the quantity of oxygen present in the mixture is not sufficient to oxidize all the carbon. It is further known that high quality carbon black can be manufactured in the above manner by employing explosive mixtures having a higher oxygen content than required therein. even for the manufacture of explosive mixtures. For this, attempts have been made to obtain an increase in the detonation speed and, consequently, in the maximum explosion temperature, which has substantially improved the quality of the carbon black precipitated.
However, in the practical realization of this method, there are difficulties due to the fact that, due to the forces
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potencies to which the receptacle in which the explosion takes place is subjected, deformations, lack of sealing, and even ruptures of this receptacle occur.
It has now been proven that these drawbacks are avoided and that an extremely effective carbon black can still be obtained, if the initiation of explosive substances is carried out at higher speeds, such that the concentrated shock produced by the explosion is kept below certain limits. This is achieved according to the present invention by virtue of the fact that the explosion is initiated inside the cylindrical containers from places which are remote from the front wall closest to the container, at least. one third of the length of the cylinder, and which are preferably located towards the middle of the cylinder. This allows you to work in a certain way, even with shattering explosive substances or mixtures, in order to obtain high quality carbon black.
As starting materials, the following are to be considered according to the present invention: mixtures of gaseous or liquid hydrocarbons with oxygen, or with gases containing oxygen. As hydrocarbons are to be named, for example: methane, propane, butane, hexane, petroleum fractionation products, lubricating oils, paraffin, benzole, naphthalene, anthracene and the like, tar oils or tars. It is irrelevant whether these hydrocarbons were obtained starting from natural petroleum, or by distillation of natural fuels, or else in any way synthetically.
For the production of explosive mixtures, the substances named above are mixed, alone or in various combinations, with oxygen, or with gases containing oxygen, and in particular with an insufficient quantity of oxygen. not to burn the total quantity of hydrocarbon present, but which is greater than that required
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essential for the production of explosive mixtures. Instead of, or in addition to, said hydro-carbonaceous substances, it is also possible to employ substances which in themselves allow or facilitate, because of their high energy content, the production of explosive materials; such substances are, for example, ethylene, butylene, and more particularly acetylene.
In this way, the gases or vapors containing the hydrocarbon are preferably brought to a sufficiently high pressure and mixed, only shortly before their explosive conversion, with the oxygen or the gases containing oxygen. oxygen and which are also under fairly high pressure. It is also possible to proceed in such a way as to first introduce a high-breaking explosive substance alone into the explosion container and to inject shortly before, or even during the explosion, other hydrocarbons, more especially hydrocarbons with high boiling point.
The ignition of the explosive mixture inside the cylindrical container can take place in a manner known per se, for example by means of a flame, or by incandescence, or even preferably by spark. In the latter case, the necessary intensity of the sparks can be made possible by inserting a capacity known per se into the spark circuit. The ignition devices are, according to the invention, away from the front wall closest to the cylindrical container, by at least one third of the total length of the cylinder, and preferably the point d is placed. priming towards the middle of the cylindrical vessel. In this way, an explosive wave similar to that produced hitherto with the usual ignition initiated at the end of the cylinder is first made to emerge.
According to the present invention, however, the explosive wave reaches a relatively low final value. Despite this, one obtains, according to the present invention, carbon blacks of at least the same high quality as that obtained by the explosions produced by
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ends by known technique.
According to the present invention it is possible, as has also been proved, to vary the ratio between oxygen and oxidizable gases, between wider limits than has been possible. until now. As in the present case, the final pressures are produced much lower than those obtained so far, it is possible to adopt initial pressures, and therefore quantities of mixture introduced each time into the cylinder, much higher than until now. By increasing the pressure of the starting mixture further, the possibilities of explosion are increased as well as the region affected by the limits of ignition.
It is thus possible, according to the present invention, to produce high quality carbon black, even starting from mixtures with which it was not possible to do so previously. It will thus be possible to fall still further below the lower limits considered until now as necessary for the oxygen concentration and to obtain higher yields of transformed materials. In addition, according to the present invention, larger processed amounts are obtained, i.e., better yields for the apparatus.
For example, this is obtained with an initial pressure of 4.8 atm. and 890 liters of oxygen (at 0 and 67 mm.) per kg. of hydrocarbon present in the gas, a yield of high quality carbon black of 12.8% If the initial pressure is increased according to the invention to 7.7 atm. the oxygen concentration can be reduced to 790 liters of oxygen (at 0 and 67 mm.) and thus obtain a yield of 16.5% of high quality carbon black. In addition, in the latter case, an increase in the yields of the apparatus or an increase in the quantity of carbon black precipitated, of 106% is obtained.
Finally, it should be mentioned that, according to the present invention
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tion, the apparatus is more sparing, if the final pressures developed by the explosion are the same as in the older process, because in particular in the shorter paths of the detonating waves, to be considered according to the present invention, more especially for a lower oxygen content, the explosion process takes place in a more attenuated way.
According to another embodiment of the present invention, the carbon black formed each time during the explosion is removed by use of the expansion of the pressurized gaseous explosion products.
It is especially advantageous to allow single explosions to follow one after another quickly. However, it can happen that small amounts of carbon black still remain in the cylinder, which not only leads to inadvertent ignition, but also to deterioration in the quality of the carbon black.
To avoid this with certainty, one proceeds, according to an adverse embodiment of the invention, in such a way that the gases originating from previous operations and released from the carbon black formed, as well as possibly condensable substances, are used for rinsing. while the explosive substances are used with an initial pressure of about 3 to 30 atm., preferably 10 atm., it is advisable to use the gases employed for the flushing at ordinary pressures, or at low overpressures.
The gases given off by the explosion consist mainly of hydrogen and carbon monoxide and can therefore be advantageously used as synthesis gas, for example for the manufacture of synthetic methanol or synthetic gasoline.
Example:
In the attached drawing, a represents the methane compressor and b the oxygen compressor, the two gases being compressed through the mixing device c and the intake member
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V1 in the cylindrical explosion container d. The inlet valve V1 is constructed in such a way that the inlet time in each case for the starting material is less than 0.5 sec. and is about in the neighborhood of 0.01 sec. In this way, undesirable propagation of the explosion outside the cylindrical vessel is avoided.
In Z, that is to say approximately towards the middle of the cylindrical receptacle d is provided with a spark ignition device. During the explosion, the two explosive waves come into contact with the two surfaces of the cylindrical container with greatly reduced force, which leads not only to better protection of the material, but also to more uniform tensions of the cylindrical container. After ignition has taken place, the gases as well as the carbon black leave the explosion vessel through the outlet valve V3 and pass through the carbon black separator e as well as the filter f.
The gases are then cooled again in g and released from the main quantity of water entrained and which is withdrawn in h.
Part of the gas thus obtained is then conducted by means of the transport device i and the inlet valve V2 as flushing gas through the cylinder d, which flushes out the remainder of the carbon black. The hydrogen rich gases leaving the apparatus can be used for heating purposes, or even, preferably, for chemical transformations of all kinds. The valves V1, V2 and V are preferably guided automatically in the rhythm of the individual explosions, as is usual in internal combustion engines.