<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
Il Noir de carbone if
EMI1.2
ls présente invention a pour objet la production d*un produit constitué par du carbone provenant d'une décomposition er¯do.
EMI1.3
thermique et possédant des'caractéristiques spéciales. Dans la
EMI1.4
présente àexeription, ce carbone est désigné sous la nom de
EMI1.5
noir de carbone".
EMI1.6
clestp seulement, récemment que les caractéristiques parution- libres proeres,à rendre un noir applicable à certains usages in.--4 dustriela ont 6té clairement p'omprise.s.
Ces caractéristiques viennent s*ajouter a d'autres; elles comprennent le degré de pureté chimique la co-cluctïbîljtê ilevéee le très grand pouvoir
EMI1.7
EMI1.8
d'absorption du noir via-à-via dos lîqu,1(168,e sa capacité de con- server une stabilité de forme on ura.s'rixdité' en présence des lis quides et son uniformité ou homogénéité à cet égard dans la total lité de sa messe, ces facteurs"sont en.interdépendance avec d'a-u4e ...., très caractéristiques et jouent un rôle important dans l,tapplic4Ltio des produits pour dos,'usgae spéciaux, .a tel point queb dans .les
<Desc/Clms Page number 2>
utilisations les plus délicates, les types de carbone obtenus grâce à la présente invention, surclassent pratiquement tous les noirs de carbone connus,
Le pouvoir d'absoption et la rigidité dépendent, apparam- ment, au moins, de deux propriétés,
à savoir l'espace poreux et la résistance des agrégats de particules à être brisés ou écra- sés au cours de leur utilisation dans des opérations industriel- les, par exemple, dans la fabrication des piles sèches. Ces va- leurs caractérisant les propriétés du noir peuvent être mesurées d'une manière tout à fait précise au moyen d'un essai-type récemment adopté dans la pratique. Salon cet essai, une certaine masse de noir, habituellement 5 g est placée dans une fiole d'Erienmeyer. Du tétrachlorure de carbone est ajouté lentement, on petites quantités, au moyen d'une burette graduée tandis qne la fiole est agitée circulairement. La fiole est bouchée, excepté durant las courtes périodes nécessaires pour ajouter le liquide.
Par suite de l'agitation, le noir est projeté contre les, parois de la fiole et il s'établit une séparation par différence de densité, Le noir forme progressivement des petites sphères qui, à la suite des additions répétées de tétrachlorure de carbone, finissent par coalescer sous forme d'une sphère unique,.
Conventionnellement, ce point est considéré cornue marquant la fin de l'opération.La quantité de tétrachlorure de carbone ajoutée, évalué. en centimètres cubas, est appelée, ici la "va- leur d'absorption et de rigidité " ou simplement, la valaur A.R.
Cet essai constitue un indice précis des caractéristiques importantes du noir de carbone pour les utilisations indutri- elles spéciales et, par conséquent, caractériser, d'une manière définie, la nature du produit.
L'invention a une relation étroite avec la découverte de la demanderesse d'un nouveau noir de carbone conservant une
<Desc/Clms Page number 3>
valeur A.R. définie dans un domaine étendu désirable, et,
EMI3.1
pré! 81':.\ b1 Cú18 :Tt, une uniformité ou homogénéité qui subsiste dans toute/ la massequand la valeur A.R. du noir ne varie
EMI3.2
pas plus de quelques centi,ètres cubes de tétrachlorure de carbone (par 5 Gré. ) dans toute la masse Ce noir est consti- tué d'asglo:
aérats caractéristiques de particules '.cL1J. hires ou fibreuses ayant, au microscope, l'apparence d'une dentelle-, ces particules sont, on substance, constituées par un carbone ayant un degréde puretéet une conductibilitéélectrique exceptionnellement élevée, Cette substance possède aussi le pouvoir extraordinaire de conserver sa structure naturelle
EMI3.3
quand elle est sousiise a une pression mécanique. e noir est produit, de préférence, par 12, décomposition thermique de l'acét/lène dans certaines conditions exposées par la demanderesse et qui deviendront évidentes a l'aide des col1s1- :i:5rë;
.t.iol1G qui suivent, bien que l'invention ne soit pas nécescairedent limitée au triode de production ci-après décrit, Eu égard'a. ce qui précède, l'objet principal de l'inven- tion est d'obtenir un noir de carbone ayant des caractéris- tiques nouvelles et utiles. D'autres objetsde l'invention sont :
EMI3.4
1 ) d'obtenir un noir dont les cwra"t¯ri;tic;,ues d'absorp tion et de rizidité sont t'rès élevées.
3 ) d'obtenir un noir de cette valeur qui, dans toute sa masse, est extrêmement uniforme, tandis que sa capacité en unités A.R. ne subit pas de variations supérieures à quel- ques centimètres cubes de tétrachlorurede carbone (par
EMI3.5
5 0'" ,
3 ) de produire un noir de cette nature pour lequel la valeur du pouvoir d'absorption et de rigidité et l'homogénéi- té du noir est comprise dans des limites admissibles pour la imbrication de batteries de piles sèches à haut rendement.
EMI3.6
ao) de réaliser un procédé dans-lequel le noir peut tre
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
produit à partir d'un µ3. pouvant etrs obtenu facilement.
5 ) d3 fournir s)(r.::if:L1.).cillGnt un procède de production Cl ce noir au Í:loi3n d'acétylène.
D'autres objets do l'invention sont un procédé 2 rende- ment extrecieuient élevé, s. taux de production, élevé et com-
EMI4.2
portant 'des phases opératoires d'exécution facile.
EMI4.3
L'invention a. encore pour objet is la réalisation d' pareillage approprie pour la ukise en oeuvre du procède sur
EMI4.4
le pion industriel.
EMI4.5
L:: présente invention réside dans 10. production d'un nouveau noir dr carbone, une combinaison d phases opéra- toires de production de ce noir et l'arr2.nC:-;:O:.lJnt et la <::c;Ji- w.i. ! ::" 1 0:'.. d, v. ü= ü, W; '" .:. â'. . ^ u E structurales L.lOU une telle pro:luctiol1J :.i1l8i c:.t:.8 cèle. est CMÀ.;zit :'.-8.)ès,", les p=:e-1;.= dG l' i :V8:rtj 0'(1 S8ï'ont, uiieux '':;O;l):-I' i2 en se référant 8, le. des- cription suivante détaillée ¯. e8 dl d'exécution :./c 5f'-.l'.::2;] de l'invention) de(;1."'i;Jtio:-: se rapportant au produit lui- 2. un procède typique de fabrication du produit et 1, une installation typire pour la mise en oeuvre de ce l;ïC:.;¯.:.:.
Le noir de carbone préfère .:le la deU2.1,dere213G et une l3.tièrt 1,fi;;é17c .i'1.0::'Z;'tc^f substantielletuent ,)L''E;y'E::,1;- c-dire d'une teneur en carbone CO;I,t),'^. 7SE entre, environ, 9# )1 et 99 ,2 ;>b ce noir peut contenir des traces ,"'?'...::1!)j'i,,'? dont .2, teneur est comprise entre, enVi11Qn., ., Ô t3 'a f o;i et, environ, C , 5 , J ce des traces d'hydrocarbures. L'analyse -j.:)e..;..tro,cra0:J.iaue aux rayons X nontre nue le noir r)O;3f:de une structure plus ou moins 1."7 0.?i tl nll C¯ laquelle il doit sa haute CQ:'CiLlCi.l.'li j 1. i;r: , L'ex';'<L.l8r microscopique 10 ,'8 e ; .; g 1 , , montre eu'il i :i t , en substance, constitue 1r des ,ßc;,tv Ci.^. particules aciculaires fibreuses d8 carbone ayant l'appa- r cn c d'une dentelle .
En s. encrai, l13 <1 izi'0ll tr moyen de la peurticulc dans une !lasse de noir, selon la présenta invention,
EMI4.6
est, par observation du microscope électronique, voisine de
<Desc/Clms Page number 5>
43 millimicrons avec, environ ,70 %de particules dont les dimensions varient entre, environ, 25 millimicrons et, environ 60 millimicrons. cette structure correspond à une matière 'ayant une surface extrêmement grande par unité de masseà .savoir, .environ 64 à 65 cm2 par gramme . Les dimensions des agrégats varient d'un centimètre, environ, comprenant seulement quelques particules, à celles de, grands agrégats d'environ 5 à 7 ou 8 centimètres de diamètre.
Les agrégats sont suffisamment cohérents pour être saisis '. la main; ils se groupent ensemble pour constituer,dans le sens décrit j des masses uniformes ou homogènes.
La forme en dentelle des agrégats est supposée être la cause de la structure stable degrande capa cité d'absorption que possède la matière en vrac et dont la nature peut être contrôlée dans des. limites très étroites.
La matière en vrac a, de préférence, à sa formation, une valeur d'absorption et de rigidité (AIR. ) supérieure à, environ, 30 cm3 ( par 5 gr, ) quand la mesura est faite par la méthode ci-dessous décrite , Cette valeur A.R.peut être portée à, environ, 50 cm3 ou plus (par 5 gr.).
La matière a aussi la plus grand.2 homogénéité dans toute sa masse lorsque sa valeur A.R, ne varie pas de plus de quelques centimètres cubes, ordinairement de 3 cm3. environ,' ou même moins (par 5 gr.) à environ 5 om3 (par 5 gr. ) valeur qui demeure dans la limite de variation de 10 on:) (par 5 gr.) habituellement admissible pour l'un des usages les plus délicates du noir, c'est-à-direcomme constituant du mélange dépolarisant des batteries de piles sèches à haut/ rendement.. Un noir caractéristique à une valeur A.R. d'envi- ron 40 cm3 (par 5 gr.).
La densité apparente de la substance (à sa formation) est habituellement comprise entre, environ, 0,0118 à environ 0,0156. Il est de pratique courante, pour le; transport du
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
;=:ù o;ii ¯;.r :=n produit par bateau, de (,O\,l)1'l,'JCr le noir de n1:rJl,:r::: réduire sa densité . , Il F:'OÇ1.u:it, objet de la priante z 5 ; . - Yel1tj¯c, ,::)o3:2èc1e le pouvoir C',i¯i.7'<O'rQ'.7.nc?:ij"3 1 d rubjr une COi,11ï0..,101 jusque une T 1. li i> 1 ii î^lo0t^..¯^.¯E sans que 1?. valeur .A..1. subisse da réduction, importante.
Dans le noir de carbone du "2 o . =io cr ± e , le produit et :a.bit'L:.811L;- ment t=7-toeg>or?té par bateau a une densité C.';ïlV'lr0i: Q,198 obtenue e>1 (.;ocpril[,.811t le produit en deux t e;:i à; s , par e:0.l- pie, au moyen d'une presse à. piston plongeur en prenant les prscautions nécessaires pour que le noir ne subisse pas plus de frottements qu'il n'est nécessaire, c'sst-a-dire
EMI6.2
que le noir, tel qu'il sort de la cornue a, habituellement,
EMI6.3
une densité de, environ, 0,0118 8. 0,0156. Après cette pre- mière e COÍIlJ:[, 8::5iJ io rJ., cette densité atteint f)?': V1r On ,a: et, fh12.18:18l1t, après la seconde compression, 1" d'?l1Gité sttcint, environ, 0,0189. La compression réduit 1É;1'0.'.:ûi'¯i; la valeur ..-""R.
Par exemple, un noir 2:rBnt um .:.1^-:' ¯.R* d'environ ?fi0 Ci.î y7 (par / 5 cr.), à 8:1 formation,'aura ur'c Vcticur ,R, d'environ 24 C.13 (par 5 0'" quand il sera comprimé à une dencite d'environ 01.-¯9* Un noir ayant
EMI6.4
EMI6.5
une valeur .A.R, d'environ 50 cm.J (par 5 Gr..) à sa forI1l8.-
EMI6.6
tion, aura, lorsqu'il sera comprime d'une manière semblable,
EMI6.7
une valeur A.R.. d'environ 52 cv (par 5 cr..). Des valeurs intemédiaires de l\..R. serontj par compression, réduites, en substance , pro:ortior1!JcÜlement Q,uand J ±' \1Etièr8 sortant de la cornue est homogène, c'est-à-dire quand la variation de e sa valeur A.R., est inférieure 2, environ 3 CQ' , la 'matière cOillilr irüée aura une variatioti de ^,*R.
;:7¯c la t')1"Ó(:6,.,,,, ta ou r.-oindrc. L4àatière est, habituelle- ment, pour le transport par bateau, 1 n:i88 dans des z g¯ c en p3.- pier, conté:)YJ<',ï1t chauun environ, 5 5. 37 et dont lé, \fOll)\[10 est de, environ 28,315 dcci'nntrep cubes.
EMI6.8
Le noir selon l'invention est extraordinairement
EMI6.9
conducteur de l'électricité; il a une résistiiritrb (ou invervn, sèment une conductibilité) comprise entre environ 0,lUl,'3 ohr-ij
<Desc/Clms Page number 7>
par ou 3 et, environ, 0,1185 ohm. par on 3 à une pression d'environ 140 Kgs. par cm2 (907 Kgs par pouce carré). Il est capable, par sa structure et sa stabilité de forme, de conser ver cette conductibilité quand il se trouve mélangé à d'au- tres substances, par exemple, quand il est utilisé comme absorbant de l'éleotrolyte dans les batteries de piles sèches, ou comme charge, par exemple, pour le caoutchouc ou les matières plastiques.
Cette caractéristique résulte apparemment du fait que le noir se présente sous forme d'a- grégats semblables à des chaînes, dont la longueur est un multiple notable du diamètre et que le contact réel entre les agrégats constitue un réseau électrique conducteur dans toute la masse de la matière dans laquelle le noir est incor- poré. Le noir est aussi très flottable sur l'eau et est difficile à mouiller.
La demanderesse a, avec succès, produit ce noir par la décomposition thermique de l'acétylène, et d'autres gaz endothermiques dans des conditions ci-après exposées. Ces conditions sont relativement complexes et elles impliquent l'intervention de plusieurs variables; aussi, les détails relatifs au mode da préparation à adopter, de préférence, seront donnés ci-après. A cet égard, une installation appro- priée à ce but et un procédé préféré d'utilisation de cette installation vont 'être décrits.
Cette description détaillée est illustrée par les des- sins ci-joints dans lesquels
La figure 1 est une coupe transversale verticale d'un appareil approprié à la production du noir, conformément à l'invention, cet appareil comprenant une cornue et un dispositif d'introduction du gaz utilisé.
La figure 2 est une couper transversale agrandie du dispositif d'introduction du gaz représenté dans la figure 1.
<Desc/Clms Page number 8>
La figure 3 est une vue du fond du dispositif d'admis- sion représenté dans la figures 1.
La figure 4 est une vue en coupe transversale verticale d'une variante du dispositif de captation des résidus gazeux, pouvant être utilisés alternativement avec un appareil sem- blable à celui représenté dans les figures 1 et 2.
En se reportant plus particulièrement aux figures 1 à 4 des dessins. ! est une cornue disposée verticalement, de préférence; cette cornue comporte une enveloppe cylin- drique pour la dissociation des éléments du gaz endothermi- ques; dans cette cornue, le carbone est collecté à l'état de "noir" et de l'hydrogène brûle, La cornue A possède une garnissage en matière réfractaire appropriée, telle que des briques réfractaires et une enveloppe en acier 11. Dans la dispositif préférée indiqué , la cornue est de forme cy- lindrique et ses dimensions sont appropriées, comme il sera expliqué en détail, à la production d'un noir ayant les caractéristiques spéciales définies précédemment.
Cette cornue est disposée verticalement et fermée à sa partie supérieure par un couvercle amovible 15 . La partie supé- rieure 18 a un diamètre sensiblement constant. La partie in- férieure 20 est tronconique , afin d'accroître la vitesse du gaz et de réduire les possibilités de rentrée d'air; elle se termine par un orifice de sortie 21 . Les parties 18 et 20 constituent la chambre de dissociation. Pour une produc- tion à l'échelle industrielle, habituellement, plusieurs cornues de ce type sont disposées en batterie.
Un carneau 25 de grande section s'étend au-dessous de la cornue de l'avant jusqu'à l'arrière de celle-ci et est en communication avec l'orifice de sortie 21. Ce carneau est ouvert l'avant 26, paur l'admission de l'air et pour l'observation et il communique à l'arrière, par des moyens de jonction appropriés, avec une cheminée 30 s'étendant sur toute la hauteur de la cornue, pour l'évacuation des gaz.
<Desc/Clms Page number 9>
Un dispositif 39 d'admission du gaz est établi à l'extrémité supérieure de la cornue . Ce dispositif est supporté par le couvercle 15; il est monté axialement à la cornue et pénètre dans cafta dernière à travers une ouvertu- re pratiquée dans le couvercle et munie d'unjoint étanche à l'air. Le dispositif comprend un tube métallique central, ou passage 40, pour l'entrée du gaz. L'extrémité supérieure de ce passage 40 est reliée à une conduite de gaz 43 munie d'un compteur Venturi 45 mesurant d'une manière précisela quantité de gaz admise et assurant dans la cornue un débit constant et de valeur prédéterminée. Une conduite de gaz relie une pompa (non figurée) au compteur 45, de telle sorte que le gaz peut être pompé à un débit constant et sous pres- sion.
Cette disposition permet d'alimenter la cornue en gaz à un débit constant et indépendant des conditions régnant dans la cornue, comme, par exemple, la contre-pression, etc.
L'extrémité inférieure 41 du tube 40 constitue une buse d'adnission. Autour de ce tube 40 est dipposée une enveloppe ou chemise métallique 47 fixée au couvercle 15 et dont l'ex- trémité inférieure horizontale est reliée à l'extrémité 41, Un tuyau d'amenée d'eau 50 et un orifice de sortie d'eau 51 sont raccordés à l' envelo pp e . Le tuyau d'alimentation 50 est relié à une source d'eau d'alimentation, de préférence, d'eau froide, à une température appropriée au refroidissement ,du gaz pénétrant dans le dispositif de manière à éviter la possibilité d'une polymérisation et d'un dépôt de carbone qui end ommageraient le dispositif .
Le long de l'extrémité supérieure du tube 40 est dispo- sé un presse-étoupe 53 formant joint étanche et un palier 54 . Adjacent au pied du tube 40 est un support en forme de croisillon 55, muni d'un palier. Un arbre vertical 59 monté s'étend dans les paliers 54 et 55 / sur toute la hauteur du dis positif d'admission. A la partie supérieure de l'arbre est monté un dispositif moteur comprenant un pignon d'angle 60
<Desc/Clms Page number 10>
engrenant avec un autre pignon d'angle 61 calé sur un arbre horizontal 62 monté dans un palier approprié 63 et mis en mouvement par un moteur approprié (non figuré).
A la partie inférieure de l'arbre 59 est monté un dispo- sitif de raclage capable d'éliminer de l'orifice d'admission et de ses parties environnantes tout lecarbone formé du- rant la réaction. Ce dispositif consiste essentiellement en des râcloirs 65 en forme de cornière constitués en un métal approprié et bien ajustés contre les parois du tube 40 pour s'engager sous la partie horizontale située entre l'extrémité du tube 40 et l'enveloppe 47 et pour s'éten- dre verticalement sur une courte distance à l'extérieur de l'enveloppe 47 , La partie supérieure de chacun de ces râcloirs est convenablement et fermement fixée à l'extrémi- té inférieure de l'arbre 59.
Les diverses parties sont construites avec des matériaux appropriés pour remplir leurs fonctions respectives. Sous la cornue est disposé un appa- reil collecteur comprenant un transporteur à vis 70 fonc- tionnant dans une gouttière 71 adaptée pour recueillir les particules solides tombant d'une ouverture 72 placée direc- tement vis&-vis de l'orifice 21 de la cornue . L'ensemble de l'appareil repose sur des supports 75 .
Une variante de l'appareil collectuur des résidus de la combustion des gaz est représentée dans la figure 4 ; suivant cette variante, les produits de la dissociation du gaz peuvent être recueillis au lieu d'être brûlés, Ce dispositif comprend une cornue cylindrique B semblable à la cornue A. Dans ce cas, cependant, la partie inférieure 80 de la cornue a le même diamètreque la partie supérieure, c'est-à-dire qu'elle ne comporte pas de partie tronconique; cependant, elle pourrait en comporter une, si cela était désiré.
Une conduite de décharge 85 relié le fond de la cornue à la partie médiane de la gouttière inclinée d'un
<Desc/Clms Page number 11>
tr.ansporteur à vis 86. ette gouttière 'est reliée, à sa partie inférieure 88, de préférence, de diamètre réduit, à un joint hydraulique 90. L'extrémité supérieure de la gouttière comprend un orifice d'échappement de gaz 93. Un transporteur à vis 95, muni d'un arbre 96 tournant dans les paliers 97 et 99,est monté dans la gouttière 86 .
Led paliers 97 et 99 sont montés aux deux extrémités de la gouttière. L'arbre 96 sort de la gouttière, à sa partie supérieure , pour recevoir, à son extrémité libre, un pignon d'angle 100 engrenant avec un autre pignon d'an- gle 101 monté sur un arbre 102 entraîné par un moteur (non figure). ¯La cornue B repose sur des supports appropriés 106 qui ont été partiellement coupés sur le dessin pour montrer le mécanisme de captation. Une ouverture 104 prati- quée dans le conduit 85 peut être utilisée comme carneau de telle sorte que la cornue est susceptible d'être tra.ns- formée pour brûler les résidus gazeux au lieu de les collec- ter. Lorsque les résidus gazeux sont recueillis, cette ou- verture est fermée.
La cornue est chauffée par tous moyens appropriés à la température de décomposition du gaz, par exemple, par la combustion de l'acétylène, à l'aide d' air. Quand la. tem- pérature de décomposition a àté atteinte , le gaz est admis sous une pression suffisante pour assurer un débit uniforme à, une valeur déterminée, à partir d'un réservoir en passant par le compteur 45 et le tube 40 aboutissant à la. cornue . La pression à adopter est, de préférence, d'environ OK,105 par cm2 au-dessus de la pression atmosphérique . L'alimentation en gaz est réglée soigneusement par l'emploi du compteur 45 afin d'obtenir un débit invariable de gaz depuis le dis- positif d'admission 41 jusqu'à l'intérieur de la cornue .
La dissociation du gaz en ses constituants, carbone et hydrogène
<Desc/Clms Page number 12>
, survient lorsque de gros flocons de noir floculant appa- raissent au fond de la cornue . L'introduction continue de gaz a pour effet de chasser l'hydrogène et le noir à travers l'orifice de sortie 21 , dans le cas d'une cornue du type A, ou à travers l' orifice 80 , dans le cas d'une cornue du type B.
Dans lecas d'une cornue du type A, l'hydrogène est brûlé à l'orifice 21 et les gaz résultant de la combustion avec le noir et l'air en excèssont aspirés par succion à travers le tube collecteur 30. Dans le cas d'une cornue du type ± , l'hydrogène trouve sa voie, dans ce cas, sans brï- ler au sans être mélangé avec l'air, à travers l'orifice d'échappement 93, tandis que le noir est enlevé par le trans- porteur à vis, dans le sens opposé, à travers la gouttière 86 'et le joint hydraulique 90. En raison de son aptitude à la flottation, le noir l'est:; à la surface de l'eau et est entraîné par celle-ci vers des dispositifs collecteurs appro- priés. L'air est effectivement exclu du mélange avec l'hydro- gène grâoe au joint hydraulique.
Au cours du fonetionnement, le dispositif de raclage 65 est mis en action pour maintenir le dispositif d'admission 41 exempt de carbone qui, autrement, tendrait à se déposer dans cette ouverture d'admission. de dispositif de râclage non seulement maintient constante la section de l'orifice d'admission, mais il sert aussi à maintenir l'uniformité du noir, en ce qui concerne sa qualité,
Selon l'inventi on, diverses conditions peuvent être'établies pour la production d'un noir possédant les ca- ractéristiques indiquera précédemment. Ces conditions compren- nent la coordination des dimensions de la cornue, des dimen- sions de la section d'admission des gaz, de la nature des gaz, du débit de ceux-ci , de la constance de ce débit, du nettoyage continu et approprié del'orificed'admission.
<Desc/Clms Page number 13>
Les conditions dans lesquelles il y a lieu de se placer pour la production d'un noir de carbone typique selon l'invention, c'est-à-dire d'un noir de carbone ayant un pouvoir caractéristique élevé d'absorption et de rigidité qui est en valeur A.R, d'environ 40 cm3 (par 5 gr.) et ne variant pas de plus d'environ 3 cm3(par 5 gr.) pour la totalité de la masse, sont, en substance, les suivantes .
Diamètre de la cornue (à'sa partie supé- rieure), envi ron , 55,9 cm auteur de la cornue, environ 2,43 m.
Diamètre de l'orifice d'admission, environ 2,5 cm Nature du gaz, Acétylène Débit du gaz, environ, 11,326 m3 par heure Uniformité du débit ; En principe.aucune varia- tion dans le débit sinon inférieure à environ 85 dcmpar heure.
Protection contre les dépôts de charbon à l'admission, Protection continue et complète par le mécanisme de raclage précédemment décrit.
Pour obtenir des noirs ayant différentes valeurs A.R., mais comprises dans le domaine utile de la présente inven- tion, c'est-à-dire , d'une valeur A.R. supérieure à envi- ron 25 cm3 (par 5 gr) et d'une uniformité pour laquelle la valeur A.R. ne varie pas de plus d'environ 5 cm3 (par 5 gr), ces conditions peuvent être modifiées quelque peu ainsi qu'il va 'être expliqué maintenant plus en détail.
Les gaz utilisables comme produits de mise en rou- te sont les gaz endothermiques, c'est-à-dire les gaz dont la dissociation produit une réaction exothermique.
Le gaz préféré est l'acétylène . D'autres gaz peuvent aus- si être utilisés, par exemple, des mélanges d'acétylène et d'éthylène ou des hydrocarbures gazeux semblables. Cepen- dant, l'addition d'éthylène ou d'autres gaz à. l'acétylène réduit le rendement et affecte la qualité du noir, spécia- lement en ce qui concerne la valeur de son pouvoir d'absorp-
<Desc/Clms Page number 14>
tion et de rigidité, Ainsi, plus l'acétylène est dilué, plus grande est la tendance à la formatlon de coke à l'orifice d'admission et sur les parois de la cornue.
Cependant, pour des raisons d'ordre pratique, l'éthylène ou des carbures d'hydrogène semblables peuvent être utilisés dans une proportion d'excédant pas 25 %. en mélange avec 75 % d'acétylène, sans réduire la qualité du noir au-dessous des valeurs limites normalisées définies ci-dessus . Il est également avantageux que le gaz soit aussi exempt que possible d'humidité . L'humidité du gaz a pour principal effet de réduire le rendement de l'opéra- tion.
En général, les dimensions de l'orifice d'admission des gaz varient quelque peu en fonction des dimensions de la cornue, c' est-à-dire que plus grande est la cornue, plus grand est l'orifice d'admission, du moins, dans certaines limites. Par conséquent, un plus grand débit est possible avec une plus grande cornue qu'avec une plus petite. La demanderesse a trouvé, cependant, ou'il n'existe pas de relation réellement directe entre ces facteurs;par exemple, pour les dimensions déterminées de la cornue, si l'aire de la section transversale de l'orifice d'ad- mission est doublée, ceci ne signifie pas que le débit gazeux doublera également et qu'un noir de même degrésera obtenu. Ceci sera plus clairement compris à l'aidede l'exposé qui sui t.
Dans les Limites de la pratique, le diamètre de la cornue peut varier largement. Il est considéré comme )eu pratique d'utiliser des cornues dont le diamètre intérieur est' inférieur à 15 centimètres, du fait de la tendance à l'obstruction par le noir. Des opérations extrêmement pratiques ont été réalisées à l'aide de cornues ayant des diamètres intérieurs d'environ 28 cm. et d'environ
<Desc/Clms Page number 15>
56 cm. @espectivelent. Des cornues de plus grand diamètre peuvent aussi être utilisées. Pour des buts pratiques,par conséquent, le diamètre admissible de la cornue peut être considéré comme pouvant varier depuis 15 cm, et plus jusqu'à une limite imposée par des considérations d'ordre mécanique, d'ordre constructif et d'ordre fonctionnel.
Au point de vue de l'exploitation, il est plus commode d'utiliser une batterie de petites cornues qu'une cornue unique de grandes dimensions. Une hauteur à adopter,de préférence, soit pour lacornue de 28 cm., soit pour la cornue de 56 cm. est d'environ 2,75 m. depuis l'orifice d'admission 41 jusqu'à l'orifice de sortie 21 et dans des cornues d'autres dimensions, la hauteur peut rester la même ou bien varier.
La demanderesse a aussi trouvé que la section trans- versale du courant gazeux, c'est-à-dire le diamètre inté- rieur de l'orifice d'admission de gaz présente une importan- te marquée en fonction de la qualité du noir obterm; mais, cette dimension doit, de toute nécessité, être considérée en relation avec le débit de gaz. Dans les exemples sont indiqués les résultats d'une série d'essais montrant comment il a été possible à la demanderesse d'accroître la valeur d'absorption et de rigidité du noir en faisant varier les dimensions de l'orifice d'admission du gaz dans une cor- nue déterminée .
Par exemple, avec une cornue de 28 cm. le diamètre de l'orifice d'admission devrait *être d'environ 1,25 cm. à 2,5 cm pour produireun noir ayant une valeur A.R. comprise dans le domaine d'environ 25 cm3 (par 5 gr.) à environ 50 cm3 (par 5 gr.) d'une manière continue et avec un taux de production élevé. La dimension de l'ori- fice d'admission à adopter, de préférence, pour une cornue d'environ 28 cm. de diamètre est d'environ 1,8 cm.. Avec une cornue de 56 cm. , le diamètre de l'orifice d'admission doit être compris dans le domaine d'environ 1,25 cm. à
<Desc/Clms Page number 16>
environ 3,75 cm. pour produire, d'une manière continue, un noir de haute qualité dont la présente invention rend la production possible. La dimension à adopter, de préfe- rence, pour une cornue de 56 cm. est d'environ 2,5 cm.
Comme cela s era exposé ci-après, la dimension admissible de l'orifice d'admission dépend aussi du débit de gaz.
Le débit du gaz est semblablement lié à la dimension de la cornue et à celle de l'orifice d'admission. L'expé- rience a montré qu'il existe des limites acceptables de débit pour chaque diamètre d'orifice d'admission et que, dans le domaine ainsi délimité, il existe un débit spé- cifique pour lequel le noir obtenu possède un degré optimun. Par exemple, auec une cornue de 28 cm. et un ori- fice d'admission de 1 ,8 cm. de diamètre, pour obtenir des produits de valeurs A.R. dans le domaine élevé compris entée environ 30 cm3 et environ 50 cm3 (par 5 gr) , les débits de gaz doivent être compris entre, environ, 1,475 m3 et, environ , 5,66 m3 par heure, tandis que les résul- tats optima sont obtenus avec un débit d'environ 4,25 m3 par heure.
Pour obtenir une valeur A.R. élevée dans le domaine compris entre environ 30 cmet, environ 50 cm3 (par 5 gr. ) dans une cornue de 56 cm. munie d'un orifice d'admission de 2,5 cm. , le domaine des débits est limité entre, environ, 7,08 m3 par heure et, environ, 22,65 m3 par heure avec l'optimum à un débit d'environ 11,32 m3 par heure. Pour des dimensions différentes de cornues et d'orifices d'admission, ces chiffres varieront.
Pour quel- ques unes de ces expériences, il est nécessaire , afin de maintenir une uniformité de la valeur A.R., dans le domaine'préféré , inférieure à environ 5 cm3 (par 5 gr) que la variation de débit soit réduite à un minimum et,de préférence, non supérieure à environ 0,141 m3 par heure pour chacun des ensembles de cornue et de dispositif d'admission
<Desc/Clms Page number 17>
considérés.
De débit en volume du gaz peut être converti en un débit linéaire en utilisant la section transversale des cornues respectives comma un div&seur . Il existe une relation étroite entre les débits linéaires pour les diverses dimensions de cornue . Par exemple, un bon de- gré de produit qui est compris dans le domaine des va-
3 leurs A.R. limité entre, environ , 28 cm à environ 50 cm3 peut être obtenu avec des débits, linéaires compris, entre, environ, 22,86 mètres et 61,43 mètres par heure dans des cornues dont les diamètres varient de 15 cm. à 55 cm.
et plus encore .Le débit le plus faible pour le- quel la température de fonctionnement est maintenue inté- gralement par la chaleur dégagée par la réaction est le débit le plus bas pour lequel est développée une chaleur suffisante au maintien de la température de décomposition.
Il est préférable d'opérer à des débits légèrement supérieurs au débit minimum linéaire de 22,86 mètres cubes par heure pour les cornues les plus grandes, afin d'évités les diffi- cultés inhérentes au maintien de la température de décor- position. Semblablement, vers la limite supérieure du do- mairie des débits, spécialement dans les grandes cornues, la valeur A.R. tend à s'abaisser, de telle sorte, qu'il est préférable de faire fonctionner les plus grandes cornues à des débits linéaires quelque peu inférieurs à la limite supérieure du domaine des débits, c'est-à-dire que, quand la cornue devient plus grande, les limites supérieures du débit linéaire doivent être réduites au-dessous de 91,43 mètres cubes .
Ainsi que cela est examiné par ailleurs la dimension de l'orifice d'admission a aussi un effet sur la valeur A.R., méme quand ledébit est constant, mais la présente spécification -indiquera clairement à un expert dans l'art, les dimensions qui sont désirables pour l'ori-
<Desc/Clms Page number 18>
fice d'admission.
La demanderesse signale- aussi une relation importante entre une valeur uniforme A.R. et un débit gazeux constant.
En se basant sur le débit linéaire, il est préférable de maintenir la variation de débit inférieure à environ 15 et même mieux à environ 7,5 . Un contrôle précis est possible au moyen d'un compteur interualé dans la conduite d'amenée de gaz.
D'après les nombreux résultats obtenus, il semblerait plausible de supposer que les valeurs A.R. comportent une relation avec la durée d'agglomération du noir à l'intérieur de la cornue .En partant de cette hypothèse, le fait que l'accroissement du débit gazeux tend à abaisser lesvaleurs A.R. s'explique, puisque le noir sera d'autant plus rapi- denient déplacé que le débit est plus élevé.
Le fait qu'avec de plus grandes dimensions de l'orifice d'admission, une plus grande quantité de gaz peut s'écouler de la cornue avant qu'il surviennent une chute de la valeur A.R. est également explicable en considérant que l'accroissement de la vitesse de gaz provenant d'unp lus petit orificetendrait à déplacer la zone de décomposition du gaz vers le bas de la cornue en se rapprochant de son orifice de sortie, ce qui aurait pour résultat qu'à nouveau le noir devrait quitter la cornue plus tôt après sa formation.
En désaccord avec cette explication, est le fait que si la dimension de l'orifice d'admission est accrue au- delà d'une certaine limite, pour une dimension donnée de la cornue, la valeur A.R. du noir ne s'accroît pas, comme cela pourrait être supposé . de fait semble pouvoir s'ex- pliquer en considérant qu'avec une plus grande dimension de l'orifice d'admission, la polymérisation et la formation de coke seproduisent dans l'orifice d'admise ion, carla zone de dissociation portée à la très haute température
<Desc/Clms Page number 19>
correspondante s'élève suffisamment près du grand orifice d'admission pour provoquer une polymérisation du gaz à l'in- térieur de celui-ci avant même que ce gaz pénètre dans la cornue, malgré le refroidissement par circulation d'eau.
Dans ces limites, il peut être dit, alors, que le débit du gaz est suffisamment bas, de façon que le noir de- meure dans la cornue durant un temps suffisant pour attein- dre,une valeur A.R. satisfaisante. En même temps, l'alimen- tation en gaz doit être assez rapide pour qu'une quantité suffisante de gaz pénètre dans la zone d'une manière con- tinue pour maintenir (par la chaleur dégagée par la réac- tion) La température de dissociation. Habituellement ,ce- pendant, la limite inférieure du débit est considérablement plus élevée que celle minimum résultant de considérations de production.
Par conséquent, il peut être dit que la présente invention rend possible un débit voisin de la capacité de production maximum compatible avec la produc- tion du noir ayant les valeurs d'absorption et de rigidité comprises dans le domaine élevé désiré. Selon ce procédé, la durée la plus courte durant laquelle le noir doit res- ter dans la chambre est d'environ 100 secondes. Il peut, par suite, être dit que de bonnes valeurs A.R. sont obte- nues quand le gaz est fourni avec un débit en rapport avec une durée deséjour de noir dans la cornue , compriseentre, environ 5 secondes et, environ, 100 secondes.
Pour des buts pratiques de production, les limites de débit de gaz à adop- ter, de préférence , sont comprises entre 1,415 m3 et, environ 5,66 m3 par heure, pour des cornues ayant des diamètres de 28 cm. environ et entre, environ 7,08 m3 et, environ 22,65 m3 par heure pour une cornue d'un diamètre de 56 cm.; pour d'aùtres dimensions de cornues, ces limites varient ainsi qu'il a été expliqué précédemment.
Selon les conditions à adopter de préférence, le
<Desc/Clms Page number 20>
débit est telle que la floculation, c' est-à-dire l'agre- gation ou la coalescence des.'particules, s'effectue en substance à un maximum compatiple avec les appareils uti- lisés pour créer la caractéristique structurale uniforme et la forme stable à grande absorption du noir selon la présent.: invention.
,CI. coté des facteurs primaires déterminants de la production d'un noir possédant les caractéristiques d'ao- sorption désirables, des expériences ont montré que la formation de coke résultant des réactions de polymérisa- tion, etc dans les parties adjacentes à l'orifice d'admis- sion a pour 'effet de réduire la valeur d'absorption et de rigidité . Par conséquent, s'il n'est pas procédé à un nettoyage continu et approprié au voisinage de l'orifice d'admission, il est impossible d'obtenir d'une matière continue un noir de qualité uniforme .
Il est donc impéra- tif d'empêcher tout dépôt de carbone autour de l'orifice d'admission. Selon l'invention, l'orifice d'admission est effectivement maintenu exempt de formation de coke, grâce 8, un dispositif mécanique de raclage dont un mode de réa- lisation a été précédemment décrit. Il importe qu'un dis- positif de cette nature ou son équivalent soit utilisé pour enlever le coke qui se dépose afin d'empêcher une réduc- tion appréciable de la valeur A.R. de noir qui est pro- duit.
Un autre moyen contribuant à maintenir l'appareil libre de coke consiste à refroidir le courant d'acétylène à son entrée ,clans la cornue; ce moyen peut consister en une circulation d'eau établie dans l'enveloppe du dis- positif.' d'aduission du gaz.
Les moyens précédents destinés à empêcher la fomna- tion de coke comportent l'utiLisation d'un courant d'air entourant le courant de Gaz dans la zone adjacente à l'entrée de ce gaz dans la cornue , (,et expédient peut
<Desc/Clms Page number 21>
être utilisé en combinaison avec les autres moyens objets de la présente invention; tnais la demanderesse a trouvé que, pour obtenir, dans tous les cas, des résultats accep- tables dans la production d'un noir ayant les caractéris- tiques spécifiées, il est nécessaire d'utiliser un dis- positif mécanique de nettoyage et que, pour obtenir les nieilleurs résultats, un râcloir mécanique ne compor- tant pas l'utilisation d'un courant d'air est préférable.
En tout cas, l'accumulation de carbone dans les parties adjacentes à l'orifice d'admission doit, en substance, être réduite au minimum. Le courant d'air présente l'in- convénient de réduirele rendement.
La température à l'intérieur de la cornue est dé- terminée par la quantité de chaleur libérée par la disso- ciation du gaz et la quantité de chaleur perdue par con- duction à travers les parois de la cornue et la quantité de chaleur entraïmée par l'hydrogène au fond de la cornue.
La limite inférieure de température doit être supérieure à la température de dissociation du gaz traité, elle est maintenue par le réglage du débit. La limite supérieure de température est déterminée par la capacité d'absorption et la rigidité désirée pour le noir à obtenir, comme cela a été précédemment décrit et, ainsi, elle est bien en- dessous de la température à laquelle l'échauffement de la cornue serait tel que son garnissage se trouverait sérieurement endommagé.
Des températures typiques sont citées dans les exemples ci-après 47 à 55.
Dans les conditions qui ont été indiquées substantiel- lement ci-dessus, le taux de production horaire pour une cornue de 28 cm. est d'environ 2,722 kilos à ,environ, 4,536 kilos de noir par heure pour les valeurs A.R. com-
<Desc/Clms Page number 22>
prises dans le domaine requis. Dansune cornue de 56 cm. de diamètre environ, ce taux varie entre, environ, 10,886 kilos et, environ 13,608 kilos de noir par heure pour les valeursA.R. comprises dans les limites requises. Quaila- tivement, le taux de production peut 'tre défini comme étant, en substance, (le maximum possible compatibleavec lu production d'un.produit dontles valeurs d'absorption et de rigidité demeurent dans les limites requises.
Le rendement de chaque qualité de noir, calculé sur la base du carbone théorique disponible dans le Gaz, eet bon; il est compris, habituellement, entre , enviro n, 95 % et 99 @.
Du fait quela plupart des variables intervenant dans ce procédé sont interdépendantes et que quelques unes sont choisies à volonté pour des raisonsde commodité ou de célérité, il est impossible d'indiquer numériquement les limites entrelesquelles sont comprimes les valeurs de chaque facteur intervenant dans le procédé. Des variations du débit du gaz en relation avec les caractéristiques de l'orifice d'admission et les dimensions de la cornue sont données dans les exemples l à 42, D'après ces exemples, il est évident qu'll existe-un débit optimum pour chaque combinaison de cornue et de dispositif d'admission , débit pour lequel la valeur A.R. du noir obtenu est, en substance, maximum.
Pour des débits supérieurs ou inférieurs à. cette valeur optima, il se produit une réduction de la valeur A. R.
Avec la description complète des principes mis en jeu et les valeurs indiquées dans les exemples, le choix des caractéristiques appropriées et des conditions relatives à une cornue donnée ne présente pas de difficulté pour les spécialistes en la matière ..éventuellement, des instruc- tions complètes sont données pour la.:fabrication dans- des
<Desc/Clms Page number 23>
cornues de dimensions pratiquement en usage, de noir de carbone répondant aux caractéristiques dérinies ici. grièvement, en suivant le mode opératoire esquissé, l'agglomération du noir peut, substantiellement, être portée à un maximum compatible avec les appareils utili- sés.
La dxxéx variation de la valeur A.R. peut, dans les conditions optima, être pratiquement annulée et, en tout cas, réduite substantiellement à un minimum en observant les conditions à adopter de préférence et indiquées ici. pou.r ces caractéristiques peuvent être obtenues pour tous les buts pratiques, indéfiniment, puisque le processus peut être poursuivi d'une manière continue dans les conditions fixées, de telle sorte que de grandes quantités de noir atteignant plusieurs centaines ou plusieurs milliers de kilogrammes peuvent être fabriquées, le noir obtenu ayant les caractéristiques ci-dessus définies.
La considération importante est que la valeur A.R. élevée et l'uniformité du noir ayant les caractéristiques définies ici sont maintenues pour toute livraison faite à un usager. Quand la matière est destinée à être ensachée, elle doit avoir une valeur A.R. uniforme dans toute la masse .contenue dans un sac quelconque et aussi de sac à sac. La même remarque s'applique aussi aux plus grandes comme aux plus petites 'quantités de substance, Exemples.
Maintenant, que les facteurs déterminant dans la production d'un noir de carbone conforme à la présente invention ont été définis, ces facteurs vont être illustrés en détail en se référant à des exemples faisant état des procédés réels spécifiques mis en oeuvre dans des appareils semblables à ceux qui ont été décrits plus haut et selon les dimensions et conditions suivantes. il demeure bien
<Desc/Clms Page number 24>
entendu que les dounées quantitatives indiquées ne doivent p@s être considérées dans un sens limitatif, mais sim- plement comme exemple deconditions opéra boires à adapter de préférence .
Des essais ont été exécutas avec des cornues à garnis- sage en briques ayant , e n principe , les dimensions rela- tives de la cornue A représentée dans les dessins : ces essais sont indiqués ci-dessous . Deux cornues ont été utilisées; dans l'une, la chambre de dissociation avait un diamètred'environ 28 cm. et, dans l'autre , un diamètre de 56 cm. environ, il la partie supérieure 18. La hauteur de chaque cornue depuis la face inférieure du couvercle 15 jusqu'au fond de l'orifice de sortie 21 était d'environ 2,74 mètres .
Le but des essais était de déterminer, en fonction de la valeur A.R. la condition effectivement optimum, c'est-à-jire, la relation devant exister entre la grandeur de la section transversale du courant gazeu;-- admis dans la cornue et le débit du xx gaz.
Des essais exécutés effectivement selon les condi- tions ont donné pratiquement les résultats indiqués dans le tableau 1 suivant . Il y a/lieu de noter que la variation de la valeur dans toute la tuasse ,dans chacun des exemples donnés, a été inférieure e à environ cm3 3 @ (par 5 gr, ), La durée de chacun de ces essais a été d'environ 24 à. 48 heures.
<Desc/Clms Page number 25>
TABLEAU 1 Cornue 'de 28 cm.
EMI25.1
<tb> Numéros <SEP> des <SEP> Dimensions <SEP> de <SEP> Débit <SEP> du <SEP> courant <SEP> : <SEP> Valeurs <SEP> A.R.
<tb>
<tb> exemples <SEP> l'orifice <SEP> d'ad <SEP> gazeux <SEP> en <SEP> m3 <SEP> par <SEP> :
<SEP> moyennes
<tb>
EMI25.2
.mission m/ra .heure m (par 5 ro ra 9r.)en Ô-.-.-------j-------.--.-----i------Î..----------Î-------ÎÎ-------
EMI25.3
<tb> 1 <SEP> 12.7 <SEP> 2,265 <SEP> 42.9
<tb>
EMI25.4
2 2. 85 1 z, 0
EMI25.5
<tb> 3 <SEP> 3.397 <SEP> 41.0
<tb>
<tb> 4.242 <SEP> 37.7
<tb>
<tb> 5 <SEP> 4.813 <SEP> 33.4
<tb>
<tb> 6 <SEP> 5.663 <SEP> 29.9
<tb>
<tb> 7 <SEP> 19 <SEP> 2.285 <SEP> 38.6
<tb>
<tb> 8 <SEP> 2.831 <SEP> 40.5
<tb>
EMI25.6
9 " 3. 3 97 42.0
EMI25.7
<tb> 10 <SEP> 4.242 <SEP> 42.6
<tb> 11 <SEP> " <SEP> 4.813 <SEP> 40.6
<tb>
<tb> 12 <SEP> " <SEP> 5, <SEP> 663 <SEP> 30, <SEP> 8 <SEP>
<tb>
<tb> 13 <SEP> 25.4 <SEP> 2.265 <SEP> 29. <SEP> 5
<tb>
<tb> 14 <SEP> 2.831 <SEP> 32.5
<tb>
EMI25.8
15 " 3.397 35. 3
EMI25.9
<tb> 16 <SEP> 4.
<SEP> 242 <SEP> 40.1
<tb>
<tb> 17 <SEP> 4.813 <SEP> 35.8
<tb>
<tb> 18 <SEP> 5,663 <SEP> 30.6
<tb>
Cornue de 56 cm.
EMI25.10
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Numéros <SEP> des <SEP> Dimension <SEP> de <SEP> ; <SEP> Débit <SEP> de <SEP> courant <SEP> Valeur <SEP> A.R.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> exemples <SEP> .1 <SEP> orifice <SEP> gazeux <SEP> en <SEP> m <SEP> par <SEP> moyennes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> d'admission <SEP> heure <SEP> :3 <SEP> (par <SEP> 5 <SEP> gr.)en
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> m/m <SEP> m <SEP> cm3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 19 <SEP> 12.7 <SEP> 8.494 <SEP> 41.0
<tb>
EMI25.11
20 Il 11. 36 34.5
EMI25.12
<tb> 21 <SEP> " <SEP> 14.119 <SEP> 27.3
<tb>
<tb> 22 <SEP> " <SEP> 16. <SEP> 989 <SEP> 20.3
<tb>
EMI25.13
23 Il 19.830 15.0 24 N 29 652
EMI25.14
<tb> 25 <SEP> 19 <SEP> 8.494 <SEP> 42.3
<tb> 26 <SEP> " <SEP> Il. <SEP> 326 <SEP> 24.0
<tb> 27 <SEP> " <SEP> 14.119 <SEP> 37.0
<tb> 28 <SEP> " <SEP> 16. <SEP> 989 <SEP> 26.0
<tb> 29: <SEP> " <SEP> 19.820 <SEP> --
<tb> 30:
<SEP> " <SEP> 22.652
<tb> 31 <SEP> 25.4 <SEP> 8. <SEP> 494 <SEP> 35.0
<tb> 32 <SEP> " <SEP> Il.326 <SEP> 40.0
<tb>
<tb> 33 <SEP> " <SEP> 14.119 <SEP> 39.2
<tb> 34 <SEP> : <SEP> Il <SEP> 16.989 <SEP> si,9
<tb> 35 <SEP> " <SEP> 19.820 <SEP> 24.0
<tb>
EMI25.15
,)6 at 2;. 652 17.6
EMI25.16
<tb> 37 <SEP> 44.4 <SEP> ' <SEP> 8.494 <SEP> 26.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 38 <SEP> " <SEP> 11.326 <SEP> 29.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 39 <SEP> " <SEP> 14.119 <SEP> 29.7
<tb>
EMI25.17
40 " 16.989 24.6
EMI25.18
<tb> 41 <SEP> " <SEP> 19.820 <SEP> 21.6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 42 <SEP> " <SEP> 22.652 <SEP> 17.0
<tb>
<Desc/Clms Page number 26>
.Exemples 43 à 46.
EMI26.1
---¯.¯-----------
Les exemples suivants concernent l'emploi de mélanges d'acétylène et d'éthylène selon la présente invention.
Une série d'essais ont été exécutés dans une cornue de 28 cm. de diamètre équipée avec un dispositif d'admission de gaz ayant un diamètre intérieur d'environ 19 m/m. La construction de l'appareil était en substance ceile illustr@e e
EMI26.2
et décrite ici. Le tableau II ci-après indinue les ear#>cté- ristiques du gaz utilisé, la densité apparente du noir obtenu et sa valeur A.R.
Il doit être noté que la variation de la valeur A.g. dans la totalité de la masse, dans chacun des
EMI26.3
exemples donnés, a éti , inférieure à 5 cm , (par 6 gr l' Tableau Il.
EMI26.4
Sx(:x-,iple !"'0 Gaz utilise Rendement Densits appa- :valeur ià.À.
EMI26.5
<tb> rente <SEP> du <SEP> noir <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb> mo <SEP> de <SEP> carbone <SEP> cm3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 43 <SEP> Acétylène <SEP> : <SEP> ::
<tb>
<tb>
<tb> seul
<tb>
EMI26.6
1.700 98* 8 jv u.0147 60.7
EMI26.7
<tb> 44 <SEP> Acétylène
<tb> seul
<tb>
EMI26.8
.1 1H 17 , ù /v : ü. 71v3 .
45 Ace'tylène seul 3, 963 9,'5. 5 :.y. U146 t,"1,
EMI26.9
<tb> 46 <SEP> Acétylène <SEP> 80%
<tb> :2.831 <SEP> : <SEP> : <SEP> :
<tb>
EMI26.10
ialtàayLene " , éO )1; 97. 0 %1 J. V162 ..51.
EMI26.11
<tb> 0.708 <SEP> : <SEP> : <SEP> :
<tb>
<tb> Débit <SEP> total
<tb>
EMI26.12
S, î59. t i
EMI26.13
La durée de ;ha;un des essais a été d' envir o n .:
heur e s. exemples 47 à 55 - - ¯.... - - - .. - - - - -.. -
Les exemples 47 à 55 sont présentés pour donner une idée des températures obtenues dans les conditions usuelles .Un essai a été exécuté dans une cornue du type
<Desc/Clms Page number 27>
standard de 28 cm. de diamètre avec un orifice d'admission de gaz de, environ, 19 m/m de diamètre et un courant gazeux d'environ 2,972 mpar heure dans des conditions normales de température et de pression. Le gaz utilisé était l'acétylène.
En substance , les conditions étaient, par ailleurs, les marnes que dans l'exemple 3. Les températures à l'intérieur de la cornue ont été les suivantes :
Tableau III.
EMI27.1
<tb> exemples <SEP> ? <SEP> Au <SEP> centre <SEP> de <SEP> la <SEP> cornue <SEP> Température
<tb>
EMI27.2
¯,¯¯,¯¯,¯¯¯µ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯---------------.--------------1--------------
EMI27.3
<tb> 47 <SEP> Buse <SEP> du <SEP> brûleur <SEP> 200 C
<tb>
<tb> 48 <SEP> :7,6 <SEP> cm. <SEP> au-dessous <SEP> de <SEP> l'orifice <SEP> d'entrée
<tb> dans <SEP> la <SEP> buse: <SEP> 400 C
<tb>
EMI27.4
49 15,Clri. : " '1 80() 0 50 :3U, SCTri. 11ÛUU 51 :38,1LS71. 'i '1 160J C 52 .
U,nl cm. '> '> 15000U 53 z,13 cl " 1300 C 54 11 2 cm -n 800 C 5 . ,"l4 6ip,. ii tl ii 300 C
Les avantages de la présente invention seront généralement évidents à tous les spécialistes en la matière.
Un noir de carbone est obtenu, ce noir possédant des carac- téristiques qui le rendent applicable aux usages pour les- quels d'autres noirs n'ont aucune utilité. Les caract éri sti- ques principales du noir, qui sont uniques et utiles',sont la valeur élevée de son pouvoir d'absorption et l'uniformité de sa qualité dans la totalité de sa masse ainsi que la ténacité présentée par la structure de la matière pour résis- ter par elle-même à la désintégration lorsqu'elle est transportée ou manipulée en rac. Un procédé commode et in- dustriel et un appareillage sont prévus pour la'production
<Desc/Clms Page number 28>
de ce noir à partir d'un gaz susceptible d'être obtenu facile.lient.
Le terme " valeur d'absorption et de rigidité " ou "valeur A.R." utilise dans toute la spécification est la va- leur obtenue par l'essai décrit au paragraphe 3 de la présente description pour la commodité, cette grandeur est basée sur la capacité d'absorption de tétrachlorure decarbone par une masse de 5. gr. de ce noir quand ce tétrachlorure de carbone a est ajouté comme cela/été décrit dans ledit paragraphe 5.
Cette capacité est exprimée par le nombre de centimètres cubes de tétrachlorure de carbone qui ont été ajoutés.
Il doit être compris que, sans se départir de l'esprit, de l'invention et de sa portée, de nombreuses modifications peuvent être apportées aux moyens spécifiquement décrits. ues derniers sont seulement explicàtifs et ne sont pas pré- sentés dans un sens restrictif, étant désiré que les seules limitations gui puissent être apportéesà l'invention sont celles qui peuvent résulter de l'état antérieur de l'indus- tri e.
<Desc / Clms Page number 1>
EMI1.1
It Carbon black yew
EMI1.2
The present invention relates to the production of a product consisting of carbon from an er¯do decomposition.
EMI1.3
thermal and possessing special characteristics. In the
EMI1.4
present atexeription, this carbon is referred to as
EMI1.5
carbon black ".
EMI1.6
It is only recently that the published characteristics proeres making a black applicable to certain industrial uses have been clearly understood.
These characteristics are added to others; they understand the degree of chemical purity the high co-cluctibiljtê the very great power
EMI1.7
EMI1.8
absorption of black via-to-via dos lîqu, 1 (168, e its ability to retain form stability on ura.s'rixdity 'in the presence of lilies quides and its uniformity or homogeneity in this regard in the totality of his mass, these factors "are interdependent with a-u4e ...., very characteristic and play an important role in the application of products for backs, 'special usgae, .a such point thatb in .the
<Desc / Clms Page number 2>
most delicate uses, the types of carbon obtained by virtue of the present invention outclass virtually all known carbon blacks,
Absorbing power and rigidity apparently depend on at least two properties,
namely the pore space and the resistance of the particle aggregates to be broken or crushed during their use in industrial operations, for example, in the manufacture of dry cells. These values characterizing the properties of black can be measured quite accurately by means of a type test recently adopted in practice. In this test, a certain mass of black, usually 5 g is placed in an Erienmeyer flask. Carbon tetrachloride is added slowly, in small amounts, using a graduated burette while the flask is stirred circularly. The vial is stoppered except for the short periods necessary to add the liquid.
As a result of the agitation, the black is projected against the walls of the flask and a separation is established by a difference in density. The black gradually forms small spheres which, following repeated additions of carbon tetrachloride, end up coalescing into a single sphere ,.
Conventionally, this point is considered retort marking the end of the operation. The amount of carbon tetrachloride added, evaluated. in cubic centimeters, is called here the "absorption and stiffness value" or simply, the A.R.
This test constitutes a precise index of the important characteristics of carbon black for special industrial uses and, consequently, characterizes, in a definite way, the nature of the product.
The invention has a close relationship with the applicant's discovery of a new carbon black retaining a
<Desc / Clms Page number 3>
A.R. value defined in a desirable extended domain, and,
EMI3.1
pre! 81 ':. \ B1 Cú18: Tt, a uniformity or homogeneity that remains throughout the mass when the A.R. value of black does not vary
EMI3.2
not more than a few cubic centimeters of carbon tetrachloride (per 5 Gr.) in the whole mass This black consists of asglo:
characteristic aerates of particles' .cL1J. hires or fibrous having, under the microscope, the appearance of a lace-, these particles are, one substance, constituted by a carbon having an exceptionally high degree of purity and an electric conductivity, This substance also has the extraordinary power to preserve its natural structure
EMI3.3
when it is under mechanical pressure. The black is produced, preferably, by 12, thermal decomposition of acet / lene under certain conditions set out by the Applicant and which will become evident with the aid of the col1s1-: i: 5rë;
.t.iol1G which follow, although the invention is not necessarily limited to the production triode described below, In view of. From the above, the main object of the invention is to obtain a carbon black having new and useful characteristics. Other objects of the invention are:
EMI3.4
1) to obtain a black whose cwra "t¯ri; tic;, ues of absorption and riceiness are very high.
3) to obtain a black of this value which, throughout its mass, is extremely uniform, while its capacity in A.R. units does not undergo variations greater than a few cubic centimeters of carbon tetrachloride (for
EMI3.5
5 0 '",
3) to produce a black of this nature in which the value of the absorption and stiffness power and the homogeneity of the black are within allowable limits for the nesting of high efficiency dry cell batteries.
EMI3.6
ao) to carry out a process in which the black can be
<Desc / Clms Page number 4>
EMI4.1
produced from a µ3. can be easily obtained.
5) d3 provide s) (r. :: if: L1.). CillGnt a Cl ce black production process with Í: acetylene law.
Further objects of the invention are an extremely high throughput process. production rate, high and com
EMI4.2
carrying 'operating phases of easy execution.
EMI4.3
The invention a. still for object is the realization of matching suitable for the ukise implementation of the procedure on
EMI4.4
the industrial pawn.
EMI4.5
The present invention resides in the production of a novel carbon black, a combination of process steps for producing this black and the arr2.nC: - ;: O: .lJnt and the <:: c ; Ji- wi ! :: "1 0: '.. d, v. Ü = ü, W;'".:. at'. . ^ u E structural L.lOU such a pro: luctiol1J: .i1l8i c: .t: .8 cele. is CMÀ.; zit: '.- 8.) ès, ", the p =: e-1;. = dG l' i: V8: rtj 0 '(1 S8ï'ont, uiieux' ':; O; l ): - I 'i2 with reference 8, the following detailed description ¯. E8 dl of execution: ./ c 5f' -. L '. :: 2;] of the invention) of (; 1 . "'i; Jtio: -: referring to the product itself- 2. a typical product manufacturing process and 1, a typical installation for the implementation of this l; ïC:.; ¯.:.:.
Carbon black prefers: the deU2.1, dere213G and a l3.tièrt 1, fi ;; é17c .i'1.0 :: 'Z;' tc ^ f substance,) L''E; y'E: :, 1; - that is to say of a carbon content CO; I, t), '^. 7SE between, approximately, 9 #) 1 and 99, 2;> b this black may contain traces, "'?' ... :: 1!) I ,, '? Of which .2, content is between , enVi11Qn.,., Ô t3 'afo; i and, approximately, C, 5, J ce traces of hydrocarbons. The analysis -j.:)e..;..tro,cra0:J.iaue to X-rays do not show black r) O; 3f: of a structure plus or minus 1. "7 0.?i tl nll C¯ to which it owes its high CQ: 'CiLlCi.l.'li j 1. i; r :, The ex ';' <Microscopic L.l8r 10, '8 e; .; g 1,, shows eu'il i: i t, in substance, constitutes 1r des, ßc;, tv Ci. ^. acicular fibrous carbon particles having the appearance of lace.
In s. ink, l13 <1 izi'0ll very average fearticulc in a! weary of black, according to the present invention,
EMI4.6
is, by observation of the electron microscope, close to
<Desc / Clms Page number 5>
43 millimicrons with approximately 70% of particles varying in size from approximately 25 millimicrons to approximately 60 millimicrons. this structure corresponds to a material having an extremely large area per unit mass to be known, about 64 to 65 cm 2 per gram. The sizes of the aggregates vary from about one centimeter, including only a few particles, to those of large aggregates about 5 to 7 or 8 centimeters in diameter.
The aggregates are consistent enough to be captured '. the hand; they are grouped together to constitute, in the sense described j, uniform or homogeneous masses.
The lacy shape of the aggregates is believed to be the cause of the stable structure of the large absorptive capacity which the bulk material possesses and the nature of which can be controlled in. very narrow limits.
The bulk material preferably has an absorption and stiffness (AIR) value of greater than approximately 30 cm3 (per 5 g) when it is formed when the measurement is made by the method described below. , This AR value can be increased to approximately 50 cm3 or more (per 5 gr.).
Matter also has the greatest homogeneity throughout its mass when its A.R value does not vary by more than a few cubic centimeters, usually 3 cm3. approximately, 'or even less (per 5 gr.) to about 5 om3 (per 5 gr.) a value which remains within the limit of variation of 10 oz :) (per 5 gr.) usually admissible for one of the most common uses more delicate black, ie as a component of the depolarizing mixture of high / efficiency dry cell batteries. A characteristic black with an AR value of about 40 cm3 (per 5 gr.).
The bulk density of the substance (at its formation) is usually from about 0.0118 to about 0.0156. It is common practice for the; transport of
<Desc / Clms Page number 6>
EMI6.1
; =: ù o; ii ¯;. r: = n produced by boat, from (, O \, l) 1'l, 'JCr the black of n1: rJl,: r ::: reduce its density. , Il F: 'OÇ1.u: it, object of prayer z 5; . - Yel1tj¯c,,: :) o3: 2nd power C ', īi.7' <O'rQ'.7.nc?: Ij "3 1 d rubjr a COi, 11ï0 .., 101 until a T 1. li i> 1 ii î ^ lo0t ^ .. ¯ ^ .¯E without the 1 ?. value .A..1. Undergoing a significant reduction.
In the carbon black of "2 o. = Io cr ± e, the product and: a.bit'L: .811L; - ment t = 7-toeg> or? Té by boat has a density C. '; ÏlV 'lr0i: Q, 198 obtained e> 1 (.; ocpril [,. 811t the product in two te;: i to; s, by e: 0.l- pie, by means of a plunger press in taking the necessary precautions so that the black does not undergo more friction than is necessary, that is to say
EMI6.2
that the black, as it comes out of the retort has, usually,
EMI6.3
a density of, about, 0.0118 8. 0.0156. After this first e COÍIlJ: [, 8 :: 5iJ io rJ., This density reaches f)? ': V1r On, a: and, fh12.18: 18l1t, after the second compression, 1 "of? L1Gité sttcint, approximately, 0.0189 Compression reduces 1E; 1'0. '.: ûi'¯i; value ..- "" R.
For example, a black 2: rBnt um.:. 1 ^ -: '¯.R * of about? Fi0 Ci.î y7 (par / 5 cr.), At 8: 1 formation,' aura ur'c Vcticur , R, of about 24 C. 13 (by 5 0 '"when compressed to a dencite of about 01.-¯9 * A black having
EMI6.4
EMI6.5
a .A.R value, of about 50 cm.J (per 5 Gr ..) at its forI1l8.-
EMI6.6
tion, will, when compressed in a similar way,
EMI6.7
an A.R .. value of approximately 52 hp (per 5 cr ..). Intermediate values of l \ .. R. will be by compression, reduced, in substance, pro: ortior1! JcÜlement Q, when J ± '\ 1Etièr8 coming out of the retort is homogeneous, that is to say when the variation of its value AR, is less than 2, approximately 3 CQ ', the irured material will have a variatioti of ^, * R.
;: 7¯c la t ') 1 "Ó (: 6,. ,,,, ta or r.-oindrc. The material is, usually, for transport by boat, 1 n: i88 in zg¯ c in p3.- pier, conté:) YJ <', ï1t chauun approximately, 5 5. 37 and of which the, \ fOll) \ [10 is, approximately 28.315 dcci'nntrep cubes.
EMI6.8
The black according to the invention is extraordinarily
EMI6.9
conductor of electricity; it has a resistiiritrb (or invervn, sow conductivity) of between about 0.1Ul, '3 ohr-ij
<Desc / Clms Page number 7>
by or 3 and, approximately, 0.1185 ohm. by on 3 at a pressure of about 140 Kgs. per cm2 (907 Kgs per square inch). It is able, by its structure and form stability, to retain this conductivity when it is mixed with other substances, for example, when it is used as an electrolyte absorber in dry cell batteries. , or as a filler, for example, for rubber or plastics.
This feature apparently results from the fact that black occurs in the form of chain-like aggregates, the length of which is a significant multiple of the diameter, and the actual contact between the aggregates constitutes an electrical network conductive throughout the mass of the material in which black is incorporated. Black is also very buoyant on the water and is difficult to get wet.
The Applicant has successfully produced this black by the thermal decomposition of acetylene, and other endothermic gases under conditions set out below. These conditions are relatively complex and they involve the intervention of several variables; also, details relating to the preferred method of preparation to be adopted will be given below. In this connection, an installation suitable for this purpose and a preferred method of using this installation will be described.
This detailed description is illustrated by the accompanying drawings in which
Figure 1 is a vertical cross section of an apparatus suitable for the production of black, in accordance with the invention, this apparatus comprising a retort and a device for introducing the gas used.
Figure 2 is an enlarged cross section of the gas introduction device shown in Figure 1.
<Desc / Clms Page number 8>
Figure 3 is a bottom view of the intake device shown in Figure 1.
FIG. 4 is a view in vertical cross section of a variant of the device for collecting gaseous residues, which can be used alternatively with an apparatus similar to that shown in FIGS. 1 and 2.
Referring more particularly to Figures 1 to 4 of the drawings. ! is a retort arranged vertically, preferably; this retort comprises a cylindrical casing for the dissociation of endothermic gas elements; in this retort, the carbon is collected in the "black" state and hydrogen burns. Retort A has a lining of suitable refractory material, such as refractory bricks and a steel shell 11. In the preferred device indicated, the retort is cylindrical in shape and its dimensions are suitable, as will be explained in detail, for the production of a black having the special characteristics defined above.
This retort is arranged vertically and closed at its upper part by a removable cover 15. The upper part 18 has a substantially constant diameter. The lower part 20 is frustoconical, in order to increase the speed of the gas and to reduce the possibilities of air re-entry; it ends with an outlet orifice 21. Parts 18 and 20 constitute the dissociation chamber. For industrial scale production, usually several such retorts are arranged in a battery.
A flue 25 of large section extends below the retort from the front to the rear of the latter and is in communication with the outlet port 21. This flue is open at the front 26, paur the air intake and for observation and it communicates at the rear, by suitable connecting means, with a chimney 30 extending over the entire height of the retort, for the evacuation of gases.
<Desc / Clms Page number 9>
A gas inlet device 39 is established at the upper end of the retort. This device is supported by the cover 15; it is mounted axially to the retort and penetrates into the last kafta through an opening made in the cover and provided with an airtight seal. The device comprises a central metal tube, or passage 40, for the entry of gas. The upper end of this passage 40 is connected to a gas pipe 43 provided with a Venturi meter 45 precisely measuring the quantity of gas admitted and ensuring in the retort a constant flow and of predetermined value. A gas line connects a pompa (not shown) to meter 45 so that gas can be pumped at a constant rate and under pressure.
This arrangement makes it possible to supply the retort with gas at a constant flow rate independent of the conditions prevailing in the retort, such as, for example, back pressure, etc.
The lower end 41 of the tube 40 constitutes an admission nozzle. Around this tube 40 is placed a metal casing or jacket 47 fixed to the cover 15 and the horizontal lower end of which is connected to the end 41, a water supply pipe 50 and an outlet orifice for water 51 are connected to the envelo pp e. The feed pipe 50 is connected to a source of feed water, preferably cold water, at a temperature suitable for cooling, of the gas entering the device so as to avoid the possibility of polymerization and a carbon deposit which would damage the device.
Along the upper end of the tube 40 is a packing gland 53 forming a tight seal and a bearing 54. Adjacent to the foot of the tube 40 is a cross-shaped support 55, provided with a bearing. A mounted vertical shaft 59 extends in the bearings 54 and 55 / over the entire height of the intake device. At the top of the shaft is mounted a drive device comprising an angle pinion 60
<Desc / Clms Page number 10>
meshing with another angle pinion 61 wedged on a horizontal shaft 62 mounted in a suitable bearing 63 and set in motion by a suitable motor (not shown).
At the lower part of the shaft 59 is mounted a scraping device capable of removing from the inlet and its surrounding parts all the carbon formed during the reaction. This device consists essentially of scrapers 65 in the form of an angle iron made of a suitable metal and fitted well against the walls of the tube 40 to engage under the horizontal part located between the end of the tube 40 and the casing 47 and for s Extend vertically a short distance outside of casing 47. The upper part of each of these scrapers is properly and firmly attached to the lower end of shaft 59.
The various parts are constructed with suitable materials to fulfill their respective functions. Under the retort is disposed a collecting apparatus comprising a screw conveyor 70 operating in a gutter 71 adapted to collect the solid particles falling from an opening 72 placed directly opposite the orifice 21 of the retort. . The whole apparatus rests on supports 75.
A variant of the apparatus for collecting residues from the combustion of gases is shown in FIG. 4; according to this variant, the products of the gas dissociation can be collected instead of being burned, This device comprises a cylindrical retort B similar to the retort A. In this case, however, the lower part 80 of the retort has the same diameter than the upper part, that is to say that it does not have a frustoconical part; however, it could include one, if desired.
A discharge pipe 85 connected the bottom of the retort to the middle part of the inclined gutter of a
<Desc / Clms Page number 11>
screw conveyor 86. This gutter 'is connected, at its lower part 88, preferably of reduced diameter, to a water seal 90. The upper end of the gutter includes a gas exhaust port 93. A screw conveyor 95, provided with a shaft 96 rotating in the bearings 97 and 99, is mounted in the gutter 86.
Led bearings 97 and 99 are mounted at both ends of the gutter. The shaft 96 comes out of the gutter, at its upper part, to receive, at its free end, an angle pinion 100 meshing with another angle pinion 101 mounted on a shaft 102 driven by a motor (not figure). ¯ Retort B rests on suitable supports 106 which have been partially cut in the drawing to show the capture mechanism. An opening 104 in conduit 85 can be used as a flue so that the retort is likely to be formed to burn off gaseous residues instead of collecting them. When the gaseous residues are collected, this opening is closed.
The retort is heated by any appropriate means to the decomposition temperature of the gas, for example, by combustion of acetylene, with the aid of air. When the. decomposition temperature has been reached, the gas is admitted under sufficient pressure to ensure a uniform flow rate at a determined value from a reservoir passing through meter 45 and tube 40 leading to the. retort. The pressure to be adopted is preferably about OK, 105 per cm2 above atmospheric pressure. The gas supply is carefully regulated by the use of meter 45 in order to obtain an invariable flow of gas from the inlet device 41 to the interior of the retort.
The dissociation of gas into its constituents, carbon and hydrogen
<Desc / Clms Page number 12>
, occurs when large flocculent flakes of black appear at the bottom of the retort. The continuous introduction of gas has the effect of expelling hydrogen and black through the outlet port 21, in the case of a type A retort, or through the port 80, in the case of. a type B retort.
In the case of a type A retort, the hydrogen is burnt at port 21 and the gases resulting from the combustion with the black and the excess air are sucked through the collection tube 30. In the case of 'a retort of the type ±, the hydrogen finds its way, in this case, without burning at without being mixed with air, through the exhaust port 93, while the black is removed by the trans - screw carrier, in the opposite direction, through the gutter 86 'and the water seal 90. Due to its ability to float, black is :; on the surface of the water and is carried by the latter to suitable collecting devices. The air is effectively excluded from the mixture with the hydrogen thanks to the hydraulic seal.
During operation, the pigging device 65 is actuated to keep the intake device 41 free of carbon which would otherwise tend to settle in this intake opening. The scraping device not only keeps the cross section of the inlet port constant, but it also serves to maintain the uniformity of the black, as regards its quality,
Depending on the invention, various conditions can be established for the production of a black having the characteristics indicated above. These conditions include the coordination of the dimensions of the retort, the dimensions of the gas inlet section, the nature of the gases, the flow rate thereof, the constancy of this flow rate, continuous cleaning and appropriate admission certificate.
<Desc / Clms Page number 13>
The conditions to be adopted for the production of a typical carbon black according to the invention, that is to say of a carbon black having a high characteristic power of absorption and rigidity which is in AR value, of about 40 cm3 (per 5 gr.) and not varying by more than about 3 cm3 (per 5 gr.) for the whole of the mass, are, in substance, the following.
Diameter of the retort (at its upper part), approx. 55.9 cm author of the retort, approx. 2.43 m.
Diameter of inlet, approx. 2.5 cm Nature of gas, Acetylene Gas flow, approx. 11.326 m3 per hour Uniformity of flow; In principle, no variation in the flow rate except less than about 85 dcm per hour.
Protection against carbon deposits on admission, Continuous and complete protection by the previously described scraping mechanism.
To obtain blacks having different AR values, but included within the useful field of the present invention, that is to say, of an AR value greater than about 25 cm3 (per 5 g) and of a uniformity for which the AR value does not vary by more than about 5 cc (per 5 g), these conditions can be altered somewhat as will now be explained in more detail.
The gases which can be used as start-up products are endothermic gases, that is to say gases whose dissociation produces an exothermic reaction.
The preferred gas is acetylene. Other gases can also be used, for example, mixtures of acetylene and ethylene or similar gaseous hydrocarbons. However, the addition of ethylene or other gases to. acetylene reduces the yield and affects the quality of the black, especially with regard to the value of its absorbing power.
<Desc / Clms Page number 14>
tion and stiffness. Thus, the more diluted the acetylene, the greater the tendency for coke build-up at the inlet and on the retort walls.
However, for practical reasons, ethylene or similar hydrogen carbides can be used in an amount not exceeding 25%. as a mixture with 75% acetylene, without reducing the quality of the black below the standard limit values defined above. It is also advantageous that the gas is as free as possible of moisture. The main effect of moisture in the gas is to reduce the efficiency of the operation.
In general, the dimensions of the gas inlet will vary somewhat depending on the dimensions of the retort, i.e. the larger the retort the larger the inlet port, less, within certain limits. Therefore, a greater flow rate is possible with a larger retort than with a smaller one. Applicants have found, however, that there is no really direct relationship between these factors; for example, for the determined dimensions of the retort, if the cross-sectional area of the inlet is doubled, this does not mean that the gas flow will also double and that a black of the same degree will be obtained. This will be more clearly understood with the aid of the discussion which follows.
Within the limits of practice, the diameter of the retort can vary widely. It is believed to be practical to use retorts with an inside diameter of less than 15 centimeters, due to the tendency for black obstruction. Extremely practical operations have been carried out using retorts having internal diameters of approximately 28 cm. and about
<Desc / Clms Page number 15>
56 cm. @espectivelent. Larger diameter retorts can also be used. For practical purposes, therefore, the allowable diameter of the retort can be considered to vary from 15 cm, and up to a limit imposed by mechanical, constructive and functional considerations.
From the operational point of view, it is more convenient to use a battery of small retorts than a single retort of large dimensions. A height to be adopted, preferably, either for the 28 cm cornue, or for the 56 cm retort. is about 2.75 m. from the inlet 41 to the outlet 21 and in retorts of other dimensions, the height may remain the same or vary.
The Applicant has also found that the cross section of the gas stream, that is to say the internal diameter of the gas inlet orifice, exhibits a marked importance as a function of the quality of the black obtained. ; but, this dimension must, of necessity, be considered in relation to the gas flow rate. In the examples are given the results of a series of tests showing how it was possible for the applicant to increase the absorption and rigidity value of the black by varying the dimensions of the gas inlet. in a specific horn.
For example, with a 28 cm retort. the diameter of the inlet port should * be approximately 1.25 cm. to 2.5 cm to produce a black having an A.R. value in the range of about 25 cm3 (per 5 gr.) to about 50 cm3 (per 5 gr.) continuously and with a high production rate. The size of the inlet port to be adopted, preferably for a retort of about 28 cm. diameter is about 1.8 cm .. With a retort of 56 cm. , the diameter of the inlet port should be within the range of about 1.25 cm. at
<Desc / Clms Page number 16>
about 3.75 cm. to continuously produce a high quality black which the present invention makes possible to produce. The dimension to adopt, preferably, for a retort of 56 cm. is about 2.5 cm.
As will be discussed below, the allowable size of the inlet port also depends on the gas flow rate.
Gas flow is similarly related to the size of the retort and the size of the inlet port. Experience has shown that there are acceptable limits of flow rate for each diameter of the inlet orifice and that, within the range thus defined, there is a specific flow rate for which the black obtained has an optimum degree. . For example, with a 28 cm retort. and an inlet opening of 1.8 cm. in diameter, to obtain products of AR values in the high range including between approximately 30 cm3 and approximately 50 cm3 (per 5 gr), the gas flow rates must be between, approximately, 1.475 m3 and, approximately, 5.66 m3 per hour, while optimum results are obtained with a flow rate of approximately 4.25 m3 per hour.
To obtain a high A.R. value in the range of between about 30 cm and about 50 cm3 (per 5 gr.) In a retort of 56 cm. fitted with a 2.5 cm inlet opening. , the range of flow rates is limited between approximately 7.08 m 3 per hour and approximately 22.65 m 3 per hour with the optimum at a flow rate of approximately 11.32 m 3 per hour. For different sizes of retorts and inlet ports, these numbers will vary.
For some of these experiments it is necessary, in order to maintain a uniformity of the AR value, in the preferred range, of less than about 5 cm3 (per 5 gr) that the flow variation is reduced to a minimum and , preferably not more than about 0.141 m3 per hour for each of the retort and intake device assemblies
<Desc / Clms Page number 17>
considered.
Volume flow rate of the gas can be converted to linear flow rate by using the cross section of the respective retorts as a divider. There is a close relationship between the linear flow rates for the various retort sizes. For example, a good degree of product which is included in the field of
3 their A.R. limited between, approximately, 28 cm to approximately 50 cm3, can be obtained with flow rates, linear ranging, between, approximately, 22.86 meters and 61.43 meters per hour in retorts whose diameters vary from 15 cm. at 55 cm.
and even more. The lowest flow rate at which the operating temperature is fully maintained by the heat given off by the reaction is the lowest flow rate for which sufficient heat is developed to maintain the decomposition temperature.
It is preferable to operate at flow rates slightly above the minimum linear flow rate of 22.86 cubic meters per hour for larger retorts, in order to avoid the difficulties inherent in maintaining the decorating temperature. Similarly, towards the upper limit of the do- mairie of flow rates, especially in large retorts, the AR value tends to decrease, so that it is preferable to operate larger retorts at somewhat linear flow rates. lower than the upper limit of the flow range, that is, as the retort gets larger, the upper limits of the linear flow should be reduced below 91.43 cubic meters.
As discussed elsewhere the size of the inlet port also has an effect on the AR value, even when the flow rate is constant, but this specification will clearly indicate to an expert in the art which dimensions are. desirable for the ori-
<Desc / Clms Page number 18>
admission certificate.
The applicant also points out an important relationship between a uniform value A.R. and a constant gas flow rate.
Based on the linear rate, it is better to keep the rate change less than about 15 and even better still about 7.5. Precise control is possible by means of an interualé meter in the gas supply line.
From the numerous results obtained, it would seem plausible to suppose that the AR values have a relation with the duration of agglomeration of the black inside the retort. Based on this assumption, the fact that the increase in flow gaseous tends to lower the AR values is explained, since the black will be moved all the more quickly the higher the flow rate.
The fact that with larger dimensions of the inlet port, more gas can flow out of the retort before a drop in the AR value occurs is also explicable by considering that the increase of the gas velocity coming from a smaller orifice would tend to move the decomposition zone of the gas down the retort as it nears its outlet, which would result in black having to leave the retort again. sooner after its training.
In disagreement with this explanation, is the fact that if the size of the inlet port is increased beyond a certain limit, for a given size of the retort, the AR value of black does not increase, as it might be assumed. in fact seems to be able to be explained by considering that with a larger dimension of the inlet orifice, the polymerization and the formation of coke take place in the inlet orifice, because the dissociation zone brought to the very high temperature
<Desc / Clms Page number 19>
correspondingly rises close enough to the large inlet to cause polymerization of the gas therein even before this gas enters the retort, despite cooling by circulating water.
Within these limits, it can be said, then, that the gas flow rate is low enough so that the black remains in the retort for a sufficient time to reach a satisfactory A.R. value. At the same time, the gas supply must be rapid enough so that a sufficient quantity of gas enters the zone in a continuous manner to maintain (by the heat given off by the reaction) the temperature of dissociation. Usually, however, the lower limit of flow rate is considerably higher than the minimum resulting from production considerations.
Therefore, it can be said that the present invention makes possible a flow rate close to the maximum production capacity compatible with the production of the black having the absorption and stiffness values within the desired high range. According to this method, the shortest time the black must remain in the chamber is about 100 seconds. It can, therefore, be said that good A.R. values are obtained when gas is supplied at a flow rate commensurate with a black residence time in the retort ranging from about 5 seconds to about 100 seconds.
For practical production purposes, the gas flow limits to be adopted are preferably between 1.415 m3 and, about 5.66 m3 per hour, for retorts having diameters of 28 cm. about and between, about 7.08 m3 and, about 22.65 m3 per hour for a retort with a diameter of 56 cm .; for other retort dimensions, these limits vary as explained previously.
Depending on the conditions to be adopted preferably, the
<Desc / Clms Page number 20>
flow rate is such that flocculation, i.e. aggregation or coalescence of the particles, takes place substantially at a maximum compatible with the devices used to create the uniform structural feature and the stable form with high absorption of black according to the present invention.
,THIS. Besides the primary determining factors in the production of a black having the desirable ao- sorption characteristics, experiments have shown that the formation of coke resulting from polymerization reactions, etc., in the parts adjacent to the orifice. admission has the effect of reducing the value of absorption and stiffness. Therefore, if continuous and proper cleaning is not carried out in the vicinity of the inlet port, it is impossible to obtain from a continuous material a black of uniform quality.
It is therefore imperative to prevent any deposit of carbon around the intake port. According to the invention, the inlet orifice is effectively kept free from the formation of coke, thanks to 8, a mechanical scraping device, one embodiment of which has been described above. It is important that a device of this nature or its equivalent be used to remove the settling coke in order to prevent an appreciable reduction in the black A.R. value which is produced.
Another means of helping to keep the apparatus free of coke is to cool the acetylene stream as it enters the retort; this means may consist of a circulation of water established in the casing of the device. gas supply.
The foregoing means of preventing the formation of coke have involved the use of an air stream surrounding the gas stream in the area adjacent to the entry of this gas into the retort, (, and may expedient
<Desc / Clms Page number 21>
be used in combination with the other means which are subjects of the present invention; However, the Applicant has found that in order to obtain, in any event, acceptable results in the production of a black having the specified characteristics, it is necessary to use a mechanical cleaning device and that, to obtain the best results, a mechanical scraper not involving the use of an air current is preferable.
In any case, the accumulation of carbon in the parts adjacent to the intake port should, in substance, be minimized. The air current has the disadvantage of reducing the efficiency.
The temperature inside the retort is determined by the amount of heat released by the dissociation of the gas and the amount of heat lost by conduction through the walls of the retort and the amount of heat entrained by the gas. hydrogen at the bottom of the retort.
The lower temperature limit must be greater than the dissociation temperature of the treated gas, it is maintained by the flow rate adjustment. The upper temperature limit is determined by the absorption capacity and the desired stiffness for the black to be obtained, as previously described and, thus, it is well below the temperature at which the retort warms up. would be such that its lining would be seriously damaged.
Typical temperatures are cited in the following Examples 47 to 55.
Under the conditions which have been given substantially above, the hourly production rate for a 28 cm retort. is about 2.722 kilos to, approximately, 4.536 kilos of black per hour for the A.R. values com-
<Desc / Clms Page number 22>
taken in the required field. In a 56 cm retort. of diameter approximately, this rate varies between, approximately, 10,886 kilos and, approximately 13,608 kilos of black per hour for the values A.R. within the required limits. Quite simply, the production rate can be defined as being, in substance, the maximum possible compatible with the production of a product whose absorption and stiffness values remain within the required limits.
The yield of each grade of black, calculated on the basis of the theoretical carbon available in the Gas, is good; it is usually between about 95% and 99%.
Because most of the variables involved in this process are interdependent and a few are chosen at will for reasons of convenience or speed, it is impossible to numerically indicate the limits between which the values of each factor involved in the process are compressed. Variations in the gas flow rate in relation to the characteristics of the inlet and the dimensions of the retort are given in Examples 1 to 42. From these examples it is evident that there is an optimum flow rate. for each combination of retort and intake device, flow rate for which the AR value of the black obtained is, in substance, maximum.
For flow rates greater or less than. this optimum value, a reduction of the value A. R.
With the full description of the principles involved and the values given in the examples, choosing the appropriate characteristics and conditions for a given retort does not present any difficulty for those skilled in the art. Possibly, complete instructions are given for the.:manufacture in
<Desc / Clms Page number 23>
retorts of dimensions practically in use, of carbon black meeting the characteristics defined here. Seriously, by following the sketched procedure, the agglomeration of black can, substantially, be brought to a maximum compatible with the apparatuses used.
The dxxéx variation of the A.R. value can, under optimum conditions, be practically canceled and, in any case, reduced substantially to a minimum by observing the conditions to be adopted preferably and indicated here. for these characteristics can be obtained for all practical purposes, indefinitely, since the process can be continued in a continuous manner under the set conditions, so that large quantities of black reaching several hundred or several thousand kilograms can be manufactured, the black obtained having the characteristics defined above.
The important consideration is that the high A.R. value and the uniformity of black having the characteristics defined herein are maintained for any delivery made to a user. When the material is intended to be bagged, it must have a uniform A.R. value throughout the mass contained in any bag and also from bag to bag. The same remark applies to both larger and smaller amounts of substance as well. Examples.
Now that the factors determining in the production of a carbon black according to the present invention have been defined, these factors will be illustrated in detail with reference to examples showing specific actual processes carried out in similar apparatus. to those which have been described above and according to the following dimensions and conditions. he remains well
<Desc / Clms Page number 24>
it being understood that the quantitative data indicated should not be considered in a limiting sense, but merely as an example of operating conditions to be adapted preferably.
Tests were carried out with brick-packed retorts having, in principle, the relative dimensions of retort A shown in the drawings: these tests are shown below. Two retorts were used; in one, the dissociation chamber had a diameter of about 28 cm. and, in the other, a diameter of 56 cm. The height of each retort from the underside of the cover 15 to the bottom of the outlet 21 was approximately 2.74 meters.
The aim of the tests was to determine, as a function of the value AR, the effectively optimum condition, that is, the relation which should exist between the size of the cross section of the gas stream; - admitted into the retort and the xx gas flow rate.
Tests actually carried out under the conditions gave substantially the results shown in the following Table 1. It should be noted that the variation of the value throughout the tuasse, in each of the examples given, was less than approximately cm3 3 @ (per 5 g). The duration of each of these tests was d 'about 24 to. 48 hours.
<Desc / Clms Page number 25>
TABLE 1 Retort 'of 28 cm.
EMI25.1
<tb> Numbers <SEP> of <SEP> Dimensions <SEP> of <SEP> Flow <SEP> of current <SEP> <SEP>: <SEP> Values <SEP> A.R.
<tb>
<tb> examples <SEP> orifice <SEP> from gaseous <SEP> <SEP> to <SEP> m3 <SEP> by <SEP>:
<SEP> medium
<tb>
EMI25.2
.mission m / ra .heure m (by 5 ro ra 9r.) in Ô -.-.------- j -------. - .----- i --- --- Î ..---------- Î ------- ÎÎ -------
EMI25.3
<tb> 1 <SEP> 12.7 <SEP> 2,265 <SEP> 42.9
<tb>
EMI25.4
2 2. 85 1 z, 0
EMI25.5
<tb> 3 <SEP> 3.397 <SEP> 41.0
<tb>
<tb> 4.242 <SEP> 37.7
<tb>
<tb> 5 <SEP> 4.813 <SEP> 33.4
<tb>
<tb> 6 <SEP> 5.663 <SEP> 29.9
<tb>
<tb> 7 <SEP> 19 <SEP> 2.285 <SEP> 38.6
<tb>
<tb> 8 <SEP> 2.831 <SEP> 40.5
<tb>
EMI25.6
9 "3. 3 97 42.0
EMI25.7
<tb> 10 <SEP> 4.242 <SEP> 42.6
<tb> 11 <SEP> "<SEP> 4.813 <SEP> 40.6
<tb>
<tb> 12 <SEP> "<SEP> 5, <SEP> 663 <SEP> 30, <SEP> 8 <SEP>
<tb>
<tb> 13 <SEP> 25.4 <SEP> 2.265 <SEP> 29. <SEP> 5
<tb>
<tb> 14 <SEP> 2.831 <SEP> 32.5
<tb>
EMI25.8
15 "3.397 35. 3
EMI25.9
<tb> 16 <SEP> 4.
<SEP> 242 <SEP> 40.1
<tb>
<tb> 17 <SEP> 4.813 <SEP> 35.8
<tb>
<tb> 18 <SEP> 5,663 <SEP> 30.6
<tb>
Retort 56 cm.
EMI25.10
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Numbers <SEP> of <SEP> Dimension <SEP> of <SEP>; <SEP> Flow <SEP> of current <SEP> <SEP> Value <SEP> A.R.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> examples <SEP> .1 <SEP> orifice <SEP> gas <SEP> in <SEP> m <SEP> by <SEP> averages
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> of admission <SEP> hour <SEP>: 3 <SEP> (by <SEP> 5 <SEP> gr.) in
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> m / m <SEP> m <SEP> cm3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 19 <SEP> 12.7 <SEP> 8.494 <SEP> 41.0
<tb>
EMI25.11
20 Il 11. 36 34.5
EMI25.12
<tb> 21 <SEP> "<SEP> 14.119 <SEP> 27.3
<tb>
<tb> 22 <SEP> "<SEP> 16. <SEP> 989 <SEP> 20.3
<tb>
EMI25.13
23 Il 19.830 15.0 24 N 29 652
EMI25.14
<tb> 25 <SEP> 19 <SEP> 8.494 <SEP> 42.3
<tb> 26 <SEP> "<SEP> Il. <SEP> 326 <SEP> 24.0
<tb> 27 <SEP> "<SEP> 14.119 <SEP> 37.0
<tb> 28 <SEP> "<SEP> 16. <SEP> 989 <SEP> 26.0
<tb> 29: <SEP> "<SEP> 19.820 <SEP> -
<tb> 30:
<SEP> "<SEP> 22.652
<tb> 31 <SEP> 25.4 <SEP> 8. <SEP> 494 <SEP> 35.0
<tb> 32 <SEP> "<SEP> Il.326 <SEP> 40.0
<tb>
<tb> 33 <SEP> "<SEP> 14.119 <SEP> 39.2
<tb> 34 <SEP>: <SEP> It <SEP> 16.989 <SEP> si, 9
<tb> 35 <SEP> "<SEP> 19.820 <SEP> 24.0
<tb>
EMI25.15
,) 6 at 2 ;. 652 17.6
EMI25.16
<tb> 37 <SEP> 44.4 <SEP> '<SEP> 8.494 <SEP> 26.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 38 <SEP> "<SEP> 11.326 <SEP> 29.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 39 <SEP> "<SEP> 14.119 <SEP> 29.7
<tb>
EMI25.17
40 "16.989 24.6
EMI25.18
<tb> 41 <SEP> "<SEP> 19.820 <SEP> 21.6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 42 <SEP> "<SEP> 22.652 <SEP> 17.0
<tb>
<Desc / Clms Page number 26>
Examples 43 to 46.
EMI26.1
--- ¯.¯ -----------
The following examples relate to the use of mixtures of acetylene and ethylene according to the present invention.
A series of tests were performed in a 28 cm retort. in diameter equipped with a gas inlet device having an internal diameter of about 19 m / m. The construction of the apparatus was in substance that illustrated
EMI26.2
and described here. Table II below indicates the characteristics of the gas used, the apparent density of the black obtained and its A.R.
It should be noted that the variation of the A.g. in the totality of the mass, in each of the
EMI26.3
examples given, was less than 5 cm, (per 6 gr in Table II.
EMI26.4
Sx (: x-, iple! "'0 Gas uses Yield Appa- Densits: value ià.À.
EMI26.5
<tb> annuity <SEP> of the black <SEP> <SEP>: <SEP>
<tb>
<tb> mo <SEP> of <SEP> carbon <SEP> cm3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 43 <SEP> Acetylene <SEP>: <SEP> ::
<tb>
<tb>
<tb> alone
<tb>
EMI26.6
1.700 98 * 8 jv u.0147 60.7
EMI26.7
<tb> 44 <SEP> Acetylene
<tb> alone
<tb>
EMI26.8
.1 1H 17, ù / v: ü. 71v3.
45 Acetylene alone 3, 963 9, '5. 5: .y. U146 t, "1,
EMI26.9
<tb> 46 <SEP> Acetylene <SEP> 80%
<tb>: 2.831 <SEP>: <SEP>: <SEP>:
<tb>
EMI26.10
ialtàayLene ", eO) 1; 97.0% 1 J. V162 ..51.
EMI26.11
<tb> 0.708 <SEP>: <SEP>: <SEP>:
<tb>
<tb> Total <SEP> flow
<tb>
EMI26.12
S, 599. t i
EMI26.13
The duration of; ha; one of the trials was approximately:
hours. examples 47 to 55 - - ¯ .... - - - .. - - - - - .. -
Examples 47 to 55 are presented to give an idea of the temperatures obtained under the usual conditions. A test was carried out in a retort of the type
<Desc / Clms Page number 27>
standard of 28 cm. in diameter with a gas inlet port of approximately 19 m / m in diameter and a gas flow of approximately 2.972 m per hour under normal temperature and pressure conditions. The gas used was acetylene.
In substance, the conditions were, moreover, the marls as in Example 3. The temperatures inside the retort were as follows:
Table III.
EMI27.1
<tb> examples <SEP>? <SEP> At the <SEP> center <SEP> of <SEP> the <SEP> retort <SEP> Temperature
<tb>
EMI27.2
¯, ¯¯, ¯¯, ¯¯¯µ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ ---------------.----------- --- 1 --------------
EMI27.3
<tb> 47 <SEP> Nozzle <SEP> of the <SEP> burner <SEP> 200 C
<tb>
<tb> 48 <SEP>: 7.6 <SEP> cm. <SEP> below <SEP> of <SEP> inlet <SEP>
<tb> in <SEP> the <SEP> nozzle: <SEP> 400 C
<tb>
EMI27.4
49 15, Clri. : "'180 () 0 50: 3U, SCTri. 11UUU 51: 38.1LS71.' I '1160J C 52.
U, nl cm. '>'> 15000U 53 z, 13 cl "1300 C 54 11 2 cm -n 800 C 5.," L4 6ip ,. ii tl ii 300 C
The advantages of the present invention will generally be evident to all skilled in the art.
A carbon black is obtained, this black having characteristics which make it applicable to uses for which other blacks have no utility. The main characteristics of black, which are unique and useful, are the high value of its absorbing power and the uniformity of its quality throughout its mass as well as the toughness exhibited by the structure of the black. material to resist disintegration by itself when transported or handled in rac. A convenient and industrial process and apparatus are provided for the production.
<Desc / Clms Page number 28>
of this black from a gas capable of being obtained easy.lient.
The term "absorption and stiffness value" or "A.R. value" used throughout the specification is the value obtained by the test described in paragraph 3 of this description for convenience, this quantity is based on the absorption capacity of carbon tetrachloride by a mass of 5. gr. of this black when this α-carbon tetrachloride is added as described in said paragraph 5.
This capacity is expressed by the number of cubic centimeters of carbon tetrachloride that have been added.
It should be understood that, without departing from the spirit, the invention and its scope, many modifications can be made to the means specifically described. The latter are only explanatory and are not presented in a restrictive sense, it being desired that the only limitations which may be made on the invention are those which may result from the prior state of the industry.