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PROCEDE POUR PRECIPITER HORS DES GAZ DES MATIERES SOLIDES, PARTICULIEREMENT
POUR LA FABRICATION DE NOIR DE FUMEE.
Le présente brevet a pour objet un procédé pour précipiter hors des gaz des matières solides, particulièrement pour la fabrication de noir de fumée à partir d9hydrocarbures gazeux ou sous forme de vapeurs en présence d'oxygène ou de mélanges de gaz contenant de l'oxygène et le cas échéant de gaz combustiblesde préférence contenant de l'hydrogène,mais aussi des matières solides finement divisées, telles des oxydes de métaux ou de métalloïdes obtenus par transformation de combinaisons métalliques avec des gaz combustibles, dans une tisonne. '
Beaucoup d'autres procédés techniques fournissent aussi des matières solides de l'espèce qui se trouvent dispersées dans un milieu gazeux plus ou moins finement divisées et le cas échéant aussi, en tout ou en partie sous forme colloïdale.
Le procédé envisagé conformément à l'invention, sera expliqué dans son application pour la fabrication du noir de fumée, étant entendu comme signalé déjà ci-dessus, que son application s'étend dans tous les cas où il y a lieu de précipiter hors des gaz des matières solides finement divisées.
On sait que dans la fabrication de noir de fumée suivant le procédé dit "procédé Furnace-black", on a généralement jusqu'ici fait passer en brouillard dans une flamme relativement grande des combinaisons liquides contenant du carbone qui, de cette façon, ont été dissociées avec combustion partielle et formation simultanée de noir de fumée.
Dans cette façon de pro- céder, la répartition de l'hydrocarbone dans le volume de la flamme n'est, naturellement, pas homogène de sorte que les conditions de formation de noir de fumée doivent être tout à fait différentes aux divers points de la flamne, ce qui rend extraordinairement difficile l'obtention d'un produit qui soit homogène au point de vue grosseur et structure des particules.De plus, la combustion de l'hydrocarbone ou du gaz combustible ne doit pas seulement
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fournir l'énergie de dissociation pour la formation de noir de fumée mais aussi la chaleur pour la vaporisation de l'hydrocarbone liquide, chaleur qui, en outre et vu.
que la tension superficielle augmente considérablement au fur et à mesure ou diminue le diamètre des gouttes, peut dépasser notablement la normale.
On a bien proposé déjà de vaporiser les hydrocarbones qui sont liquides sous conditions normales et de les amener à laflamme sous forme de vapeur, séparés des gaz combustibles et des mélanges de gaz fournissant l'oxygène. Ainsi on peut mieux utiliser, pour la réaction de dissociation, la chaleur provenant de la combustion proprement dite; toutefois, il n'est pas possible par là d'éliminer les difficultés inhérentes à la répartition non homogène des composants de réaction dans la flamme quand ces composants sont amenés séparément. Il n'est donc pas possible non plus, de cette façon, de garantir l'obtention d'un produit homogène avec rendement maximum.
Il a été trouvé dans l'exécution du procédé faisant l'objet de l'invention, qu'en mélangeant de façon homogène les composants de réaction et en les amenant ensemble, alors seulement, à transformation dans la flamme, on peut simplifier grandement la production de noir de fumée, à partir d'hydrocarbones en présence de mélanges de gaz contenant de l'oxygène et, le cas échéant, de gaz combustibles, en particulier contenant de l'hydrogène et, si l'on se place au point de vue obtention d'un produit homogène de valeur, améliorer le système et le rendre plus économique.
Ce procédé n'était pas du tout facile à concevoir car on a cru jusqu'ici nécessaire de faire se dérouler dans une zone de flamme déterminée les phénomènes qui entrainant des réactions allant de pair avec une combustion, surtout lorsque, la combustion étantaccompagnée d'une dissociation, de la chaleur est enlevée à la flamme.
L'amenée séparée des composants de réaction fut jusqu'ici considérée indispensable pour la raison aussi que, de l'avis général, il fallait craindre, pour un mélange de gaz amené homogène à la flamme, des retours d'allumage et des obstructions dus à la précipitation prématurée du produit solide de dissociation. On a constaté avec surprise que l'amenée à la flamme des composants de réaction en mélange homogène non seulement ne présente pas les dites difficultés mais permet aussi d'employer le procédé avec plus de sécurité, plus économiquement et avec bon rendement tout en obtenant un noir de fumée homogène et de valeur.
Dans la façon de procéder qui fait l'objet de l'invention, il se forme, surtout quand l'oxygène est ajouté comme tel ou sous forme de mélanges de gaz en quantités qui suffisent au moins à brûler complètement l'hydro- gène contenu dans le gaz combustible, une flamme relativement petite à concentration maximum de chaleur où les pertes par rayonnement sont réduites au minimum, l'énergie maximum étant disponible pour le cracking respectivement la dissociation de l'hydrocarbone.
L'amenée des composants de réaction en un mélange homogène, telle que la prévoit l'invention, a de plus l'avantage que, du fait que se forment des flammes relativement petites, le temps de séjour dans la flamme du noir de fumée qui s'est formé peut, le cas échéant, être court ce qui fait qu'on évite des modifications de surface indésirées des particules de noir de fumée.
Par l'emploi de dispositifs spéciaux comme, par exemple,un brûleur multijets, on peut aider encore à la formation de flammes courtesprésentant un rapport. volume de flamme superficie de flamme respectivement hauteur de flamme élevé, d'ailleurs favorable au sens de l'invention.
Pour la bonne exécution du procédé qui fait l'objet de l'inven- tion, l'emploi de brûleurs de construction appropriée revêt une importance qui ne doit pas être sous-estimée. Lors de l'installation des brûleurs, il faut veiller avant tout à ce que, d'une part, le mélange des composants soit
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intime et homogène et à ce que d'autre part., il quitte en un courant régu- lièrement calmé, de préférence laminaire, 1-'ouverture commune pour entrer dans la flamme. C'est pourquoi il convient tout particulièrement d'employer des brûleurs qui, outre une chambre de mélangepour les gaz participant à la réaction, présentent des dispositifs où puisse être dirigé et calmé le cou- rant de gaz.
Le cas échéant, il faut prévoir aux brûleurs des dispositifs à l'aide desquels les becs puissent, avec certitude, être maintenus exempts de dépôts de noir de fumée sans influencer notablement la composition homogène de la flamme. Dans ce but, on peut adapter au bec des racleurs mécaniques mo- biles, par exemple un anneau de profil concentrique ou bien diminuer,,à pro- ximité immédiate du bord du brûleur, la vitesse d'inflammation des gaz sor- tants, au moyen par exemple d'un courant de gaz de balayage passant au-dessus du bec, et étrangler ainsi la réaction à cet endroit, remploi de ce gaz de balayage, de 1-'air de préférence.,
provoque un éloignement de la réaction au bord du brûleur et/ou une dilution du mélange de réaction ramené ainsi au- dessous de la limite d'inflammation; il exerce une influence tant mécanique que physique.
Un brûleur tubulaire qui s'est avéré convenir excessivement bien pour le procédé qui fait l'objet de l'invention est représenté schématiquement aux figures annexées 1 et la.
A la figure 1, le chiffre 1 indique le tube de brûleur proprement dit tandis que le chiffre 2 indique le bec. A l'extrémité du tube opposée à la flamme, se trouve la chambre de mélange 3 avec les amenées 4 et 5 pour les composants de réaction. Pour réaliser dans la chambre de mélange 3 une mélan- ge homogène des composants, on provoque par la disposition suivante un violent tourbillonnement des gaz respectivement des vapeurs qui entrent: l'amenée de un composant au moins débouche tangentiellement dans la chambre de mélange., tandis que l'autre arrive suivant une direction oblique à la première.
L'amenée tangentielle est représentée par 4 et l'amenée axiale par 5. Devant la chambre de mélange, côté flamme, sont disposés sur une bonne partie du brûleur tubulaire des organes guides 7 qui forment une chambre de destruction du mouvement tourbillonnaire 6 Un exemple de disposition des ces organes guides est représenté à la figure I ap our laquelle on a choisi les mêmes chiffres-repères qu'à la figure i. Seule l'amenée de gaz 4 est ici divisée et présente une branche 4 a.
Comme chicanes, on a employé dans le cas en présence des tôles qui sont disposées symétriquement par rapport à l'axe longitudi- nal du brûleur tubulaire; chacune des chicanes 7 se déplace radialement contre celle qui la précède et autour de l'axe longitudinal du brûleur, comme l'indiquent, à la figure I a, les lignes pointillées 7 a.
Pour Inexécution du procédé, l'amenée axiale 5 n'est pas absolument nécessaire. On peut aussi, sans que le mélange en soit influencé, introduire en 4 le gaz combustible chargé d'hydrocarbone et, en 4 a, l'air ou l'oxygène. D'autre part, l'air respectivement l'oxygène peut être amené à la chambre de mélange en partie par la conduite 4 a, en partie par la conduite 5.
La partiedu. brûleur tubulaire 1 voisine du bec peut être entourée d'une chemise 8 qui est rabattue à sa partie inférieure 9 et forme avec le bord du brûleur une fente annulaire 10. Dans l'espace annulaire formé par la chemise 8 et la paroi 1 du brûleur tubulaire, on peut introduire un gaz de balayage, en particulier de l'air qui sort en nappe par la fente annulaire 10 et entoure et balaye le bec de manière homogène.
Le procédé qui fait l'objet de l'invention permet aussi d'emplo- yer des mélanges de gaz qui contiennent, en plus de l'hydrocarbone gazeux ou sous forme de vapeur et, le cas échéant, de gaz combustibles, de .1''oxygène exclusivement, c'est-à-dire de pratiquer la transformation de façon efficace et avec sécurité en employant de l'oxygène pur.
L'avantage de cette façon de procéder réside en ce que les gaz résiduaires de la réaction de combustion respectivement de dissociation, contrairement à ce qui se passe quand on utilise l'air comme porteur d'oxygène? sont exempts d'azote qui, sinon, est amené avec l'air de combustion.
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Dans une forme d'exécution particulièrement avantageuse du procé- dé qui. fait l'objet de l'invention, avec l'emploi d'oxygène pur, on peut in- troduire de la vapeur d'eau surchauffée dans la partie de la zone de réaction où la température des produits gazeux de réaction comporte encore au moins 1000 . La vapeur d'eau, réagit avec une partie du noir de fumée qui se forme dans une mesure correspondant à la réaction gaz à l'eau, avec formation d'o- xyde de carbone et d'hydrogène; elle permet en même temps, si on établit l'équilibre gaz à l'eau, la transformation en oxyde de carbone du bioxyde de carbone éventuellement contenu dans les gaz résiduaires.
Par là, la réaction de la vapeur d'eau provoque dans une certaine mesure avec les particules de noir de fumée un rongeage de la surface des particules et ainsi une activa- tion désirable du noir de fumée formé.
Par l'introduction de vapeur d'eau, on arrive à ce que les gaz résiduaires s'enrichissent à la fois en oxyde de carbone et en hydrogène et s'obtiennent en une composition qui permette de les utiliser pour diffé- rents usages. On peut, par exemple, utiliser ce mélange de gaz comme gaz de synthèse, mais aussi pour la vaporisation des hydrocarbones liquides et en- fin même comme gaz combustible pour la production de noir de fumée. Il y a donc pour l'ensemble du procédé de production de noir de fumée, grâce à l'ob- tention de gaz résiduaires utilisables, une amélioration appréciable de la rentabilité, en particulier lorsque le mélange de gaz résiduaires qui s'est formé est ramené en circuit après précipitation du noir de fumée et des élé- ments condensables, surtout de l'eau.
Pour stabiliser l'équilibre gaz à l'eau établi et empêcher la formation en retour de bioxyde de carbone même selon l'équilibre Boudouard dans le sens 2 CO#CO2 + C, il convient de soumettre les produits de réaction, par injection d'eau, avant qu'ils quittent la zone de réaction pro- prement dite, à un refroidissement rapide qui ne peut toutefois être poussé qu'à des températures qui soient encore supérieures au point de rosée du mé- lange de gaz.
Pour autant que le procédé qui fait l'objet de l'invention soit appliqué en une chambre de combustion dont les parois soient en une matière qui réfléchit bien la chaleur rayonnante, particulièrement en céramique, il peut se produire une calcination de noir de fumée formé, calcination qui con- duit à une diminution de la teneur en empyreume. Il est toutefois recommanda- ble en cela de prévoir la zone de calcination entre la flamme proprement di- te et l'endroit où est introduite la vapeur d'eau qui doit servir à enrichir en oxyde de carbone et en hydrogène les gaz résiduaires.
On peut employer comme matière de départ pour la fabrication de noir de fumée suivant le procédé qui fait l'objet de l'invention, des hy- drocarbones qui, dans les conditions normales, sont gazeux ou aussi liquides et facilement vaporisables. En général, la teneur de semblables hydrocarbu- res liquides en éléments non distillables ne doit pas dépasser 8 %, de pré- férence elle ne doit toutefois pas dépasser 6 %. Dans le cadre de la présen- te invention, entrent, entr'autres, en ligne de compte des mélanges d'huiles anthracéniques et de résidus d'anthracène, la naphtaline, les huiles à cir- culation aromatiques provenant du raffinage des huiles.
Pour une exécution efficace du procédé qui fait l'objet de l'in- vention, les gaz combustibles ajoutés doivent avoir un pouvoir calorique d'au moins 2000 k cal, lequel aura d'ailleurs avantage à dépasser 3000 k cal. Sont en particulier utilisables l'hydrogène mais aussi certains mélanges de gaz industriels comme le gaz de ville le gaz de fours à coke ou le gaz à l'eau.
La précipitation des matières solides dispersées hors de leurs mi- lieux gazeux implique, dans beaucoup de cas, de grosses difficultés et sou- vent elle n'est possible, encore qu'incomplètement, qu'au prix de dépenses élevées en matière d'appareillage. En général, on se sert à cet effet d'in- stallations spéciales de filtrage ou on pratique la séparation et la précipi- tation des matières solides par précipitateurs électriques. Enfin, on travail- le aussi avec des cyclones et précisément pour la production de noir de fumée
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selon le procédé dit "procédé Furnace".
Outre les inconvénients ci-dessus décrits, il se présente souvent cette difficulté que la précipitation entraîne un fractionnement surtout lors- que, par exemple, comme dans la production de noir de fumée à la flamme, on utilise des chambres de précipitation dans lesquelles les particules se dépo- sent petit à petit., fractionnées selon leur poids et leur grosseur.
On obtient les mêmes résultats .-,avec une suite de plusieurs cyclo- nes et on n'arrive pas, dans tous les cas, à une précipitation complète des matières solides dispersées. Dans la plupart des cas, il est à peine possible d'arriver, sans mélange ultérieur, à des produits .homogènes.
Suivant l'invention, il a été trouvé quon peut pratiquer de façon très simple tout en obtenant un produit homogène, la précipitation de matières solides dispersées dans les gaz en tout ou en partie sous forme colloïdale, en donnant aux matières solides l'occasion de se coaguler d'abord sur un long parcours et en veillant à ce que les particules qui se coagulent progressive- ment ne se déposent pas mais restent en suspension pratiquement jusqu'à ce que prenne fin le phénomène de coagulation. C'est pourquoi, selon l'invention, les gaz contenant les matières solides sont amenés, fortement remués, vers la chambre de coagulation.
Le remous imprimé aux gaz peut être le fait d'un courant fort et, en particulier, turbulent; les gaz peuvent toutefois être soumis aussi à un mouvement tourbillonnant qui, lui aussi, provoque de fré- quents chocs entre particules de matières solides. Après la coagulation se fait la précipitation proprement dite des particules coagulées, précipitation que 1-'on pratique, de façon connue, au moyen de filtres, cyclones ou précipi- tateurs électriques.
Un avantage essentiel de la façon de procéder qui fait 1-*objet de l'invention réside dans le fait qu'on peut employer aussi, comme organe de précipitation, des cyclones uniquement car, étant donné la coagulation prévue, les précipitateurs proprement dits n'agissent plus que comme tels et ne sont plus,comme précédemment, chargés encore du travail de coagulation.
Comme indiqué déjà, il faut, dans l'exécution du procédé qui fait 1-'objet de l'invention, que les particules coagulées au début, respectivement les particules passées de l'état aérosol à l'état aérogel restent en suspension et servent, dans une certaine mesure, d'amorce ou de noyau de con- densation pour la séparation ultérieure du gaz des particules non encore coagulées. Dans le cas de dispersions colloïdales, le passage complet à la forme gel doit donc se faire en présence de particules déjà coagulées.
Pour pouvoir provoquer la coagulation sur un parcours aussi long que possible, les gaz contenant les matières solides, le cas échéant sous forme d'aérosol, sont amenés à tourbillonner dans des chambres spacieuses ou avantageusement conduits à travers des chambres dont la longueur est plusieurs fois plus grande que le diamètre. Conviennent particulièrement à cet effet de longs tubes ou longs canaux qui sont soit conçus de telle sorte soit pourvus de dispositifs tels que le courant de gaz peut y être plusieurs fois dévié. On peut arriver à ce résultat au moyen de tôles de guidage ou de tôles de renvoi ou, ce qui est particulièrement avantageux, au moyen-de tubes courbes ou en forme d'épingle à cheveux ou sinueux.
Il s'est avéré que la vitesse à laquelle les gaz contenant les ma- tières solides sous forme finement divisée ou colloïdale parcourent les chambres de coagulation doit être au moins de 10 mètres/seconde et, ce qui est avantageux, comporter morne plus de 18 mètres/seconde, par exemple 20 à 25 mè- tres/seconde, pour éviter efficacement le dépôt des particules d'abord coagulées et maintenir celles-ci en suspension, avec certitude, pendant tout le phénomène de coagulationo
Lorsque les gaz ou mélanges de gaz contenant les matières solides renferment des particules facilement condensables, il est essentiel de maintenir la température des chambres de coagulation au-dessus de celle du point de rosée du gaz ou mélange de gaz en présence.
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Quand on emploie plusieurs appareils de précipitation, par exemple des cyclones, pour la séparation des matières solides coagulées, on peut, si la chose s'avère nécessaire pour des considérations d'encombrement ou autres, disposer aussi entre les divers cyclones des voies de coagulation et diviser ainsi la chambre de coagulation totale nécessaire.
Le procédé qui fait l'objet de l'invention est applicable dans tous les cas où il y a lieu de précipiter hors des gaz, des matières solides finement diviséeso REVENDICATIONS.
1) Procédé pour précipiter hors des gaz, des matières solides, particulièrement lors de la fabrication de noir de fumée à partir d'hydrocarbones gazeux ou sous forme de vapeurs en présence d'oxygène ou de mélanges de gaz contenant de l'oxygène et, le cas échéant, de gaz combustibles de préférence contenant de l'bydrogène, caractérisé par le fait que les composants de réaction sont mélangés de façon homogène puis amenés ensemble à transformation dans une flamme
2) Procédé pour précipiter hors des gaz, des matières solides, en tout ou en partie sous forme colloïdale, caractérisé par le fait que les gaz qui contiennent la matière solide sont conduits en un courant et/ou tourbillon fort, en particulier turbulent, à travers des chambres dont la longueur est plusieurs fois plus grande que le diamètre,
les particules déjà coagulées étant maintenues en suspension pendant pratiquement tout le phénomène de coagulation et la précipitation proprement dite des matières solides coagulées se faisant d'une manière connue, par exemple au moyen de cyclones, précipitateurs électriques ou filtres.
3) Procédé suivant les revendications 1 et 2, particulièrement lors de la fabrication de noir de fumée, caractérisé par le fait qu'on em- ploie, en quantité au moins suffisante pour la combustion complète de la proportion d'hydrogène du gaz combustible, de l'oxygène comme tel ou sous forme de mélanges de gaz.
4) Procédé suivant les revendications 2 et 3, particulièrement lors de la fabrication de noir de fumée, caractérisé par le fait que le mélange de gaz à transformer contient, en plus d'hydrocarbones gazeux ou sous forme de vapeurs et, le cas échéant, de gaz combustibles, de l'oxygène exclusivement.
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PROCESS FOR PRECIPITTING SOLID MATERIALS OUT OF THE GASES, PARTICULARLY
FOR THE MANUFACTURE OF BLACK SMOKE.
The present patent relates to a process for precipitating solids out of gases, particularly for the manufacture of carbon black from gaseous hydrocarbons or in the form of vapors in the presence of oxygen or gas mixtures containing oxygen and where appropriate, combustible gases preferably containing hydrogen, but also finely divided solids, such as oxides of metals or metalloids obtained by transformation of metallic combinations with combustible gases, in a tonne. '
Many other technical processes also provide solids of the species which are found dispersed in a gaseous medium more or less finely divided and where appropriate also, in whole or in part in colloidal form.
The process envisaged in accordance with the invention will be explained in its application for the manufacture of lampblack, it being understood, as already indicated above, that its application extends in all cases where it is necessary to precipitate out of gases of finely divided solids.
It is known that in the manufacture of carbon black by the so-called "Furnace-black process", it has generally been heretofore generally misted in a relatively large flame liquid combinations containing carbon which, in this way, have been misted. dissociated with partial combustion and simultaneous formation of carbon black.
In this way of proceeding, the distribution of the hydrocarbon in the volume of the flame is, of course, not homogeneous so that the conditions for the formation of carbon black must be quite different at the various points of the flame. flame, which makes it extraordinarily difficult to obtain a product which is homogeneous in terms of particle size and structure. In addition, the combustion of the hydrocarbon or fuel gas should not only
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provide the dissociation energy for the formation of carbon black but also the heat for the vaporization of the liquid hydrocarbon, heat which, in addition and seen.
that the surface tension increases considerably as and decreases the diameter of the drops, can appreciably exceed the normal.
It has already been proposed to vaporize the hydrocarbons which are liquid under normal conditions and to bring them to flame in the form of vapor, separated from the combustible gases and from the gas mixtures supplying oxygen. Thus one can better use, for the dissociation reaction, the heat coming from the combustion proper; however, it is not possible thereby to eliminate the difficulties inherent in the inhomogeneous distribution of the reaction components in the flame when these components are supplied separately. It is therefore not possible either, in this way, to guarantee obtaining a homogeneous product with maximum yield.
It has been found in carrying out the process forming the object of the invention that by homogeneously mixing the reaction components and bringing them together, only then, for transformation in the flame, can the process be greatly simplified. production of carbon black, from hydrocarbons in the presence of gas mixtures containing oxygen and, where appropriate, combustible gases, in particular containing hydrogen and, if one takes the point of view obtaining a homogeneous product of value, improving the system and making it more economical.
This process was not at all easy to conceive because it was believed until now necessary to make take place in a determined flame zone the phenomena which entail reactions going hand in hand with combustion, especially when, the combustion being accompanied by a dissociation, heat is removed in the flame.
The separate supply of the reaction components has hitherto been considered essential for the reason also that, in the general opinion, it was to be feared, for a homogeneous mixture of gases brought into the flame, of reignition and of obstructions due to it. to the premature precipitation of the solid dissociation product. It has been surprisingly found that bringing the reaction components into a homogeneous mixture to the flame not only does not present the said difficulties but also makes it possible to use the process with more safety, more economically and with good efficiency while obtaining a homogeneous and valuable carbon black.
In the way of proceeding which is the object of the invention, it is formed, especially when the oxygen is added as such or in the form of gas mixtures in quantities which are sufficient at least to completely burn off the hydrogen contained. in the fuel gas, a relatively small flame at maximum heat concentration where radiation losses are minimized, the maximum energy being available for cracking respectively dissociation of the hydrocarbon.
The addition of the reaction components to a homogeneous mixture, as contemplated by the invention, has the further advantage that, because relatively small flames are formed, the residence time in the flame of the carbon black which This can be short if necessary, so that undesired surface changes of the carbon black particles are avoided.
By the use of special devices such as, for example, a multi-jet burner, the formation of short flames presenting a ratio can be further assisted. flame volume flame area respectively high flame height, moreover favorable in the sense of the invention.
For the proper performance of the process which is the object of the invention, the use of burners of suitable construction is of importance which should not be underestimated. When installing the burners, it must first be ensured that, on the one hand, the mixture of components is
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intimate and homogeneous and that on the other hand, it leaves in a steady stream, preferably laminar, the common opening to enter the flame. This is why it is particularly suitable to use burners which, in addition to a mixing chamber for the gases participating in the reaction, have devices where the gas flow can be directed and calmed.
Where appropriate, the burners must be provided with devices by means of which the nozzles can with certainty be kept free of carbon black deposits without appreciably influencing the homogeneous composition of the flame. For this purpose, it is possible to adapt mobile mechanical scrapers, for example a ring of concentric profile to the nozzle, or else to reduce, in the immediate vicinity of the edge of the burner, the rate of ignition of the outgoing gases, at the same time. by means for example of a stream of scavenging gas passing over the nozzle, and thus throttling the reaction at this point, re-employing this scavenging gas, preferably 1-air.
causes the reaction to move away from the edge of the burner and / or a dilution of the reaction mixture thus brought below the ignition limit; it exerts both a mechanical and a physical influence.
A tubular burner which has proved to be extremely suitable for the process which is the subject of the invention is shown schematically in the accompanying figures 1 and 1a.
In figure 1, number 1 indicates the actual burner tube while number 2 indicates the burner. At the end of the tube opposite to the flame is the mixing chamber 3 with the feeds 4 and 5 for the reaction components. In order to achieve a homogeneous mixing of the components in the mixing chamber 3, the following arrangement causes violent swirling of the gases respectively of the vapors which enter: the supply of at least one component emerges tangentially into the mixing chamber. while the other arrives in a direction oblique to the first.
The tangential inlet is represented by 4 and the axial inlet by 5. In front of the mixing chamber, on the flame side, are placed on a good part of the tubular burner guide members 7 which form a chamber for destroying the vortex movement 6 An example arrangement of these guide members is shown in Figure I after which we have chosen the same reference numbers as in Figure i. Only the gas supply 4 is here divided and has a branch 4a.
As baffles, in the case in the presence of plates, which are arranged symmetrically with respect to the longitudinal axis of the tubular burner, have been employed; each of the baffles 7 moves radially against that which precedes it and around the longitudinal axis of the burner, as indicated, in FIG. I a, by the dotted lines 7 a.
For the execution of the process, the axial feed 5 is not absolutely necessary. It is also possible, without the mixture being influenced, to introduce at 4 the fuel gas loaded with hydrocarbon and, at 4 a, air or oxygen. On the other hand, air respectively oxygen can be brought to the mixing chamber partly through line 4 a, partly through line 5.
The partiedu. tubular burner 1 adjacent to the burner may be surrounded by a jacket 8 which is folded down at its lower part 9 and forms with the edge of the burner an annular slot 10. In the annular space formed by the jacket 8 and the wall 1 of the burner tubular, it is possible to introduce a scavenging gas, in particular air which leaves in a sheet through the annular slot 10 and surrounds and scans the nozzle in a homogeneous manner.
The process which forms the subject of the invention also makes it possible to employ gas mixtures which contain, in addition to gaseous hydrocarbon or in the form of vapor and, where appropriate, combustible gases, .1 '' oxygen only, that is to say to practice the transformation in an efficient and safe way by using pure oxygen.
The advantage of this way of proceeding lies in that the waste gases from the combustion reaction respectively dissociate, unlike what happens when using air as an oxygen carrier? are free of nitrogen which is otherwise supplied with the combustion air.
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In a particularly advantageous embodiment of the process which. object of the invention, with the use of pure oxygen, it is possible to introduce superheated water vapor into the part of the reaction zone where the temperature of the gaseous reaction products still comprises at least 1000. The water vapor reacts with a part of the carbon black which forms to an extent corresponding to the gas reaction with water, with the formation of carbon dioxide and hydrogen; at the same time, if the gas / water equilibrium is established, the transformation into carbon monoxide of the carbon dioxide possibly contained in the waste gases.
Thereby, the reaction of the water vapor causes to a certain extent with the carbon black particles a gnawing of the surface of the particles and thus a desirable activation of the carbon black formed.
By the introduction of water vapor, it is possible that the waste gases are enriched both in carbon monoxide and in hydrogen and are obtained in a composition which allows them to be used for different uses. This mixture of gases can, for example, be used as synthesis gas, but also for the vaporization of liquid hydrocarbons and finally even as fuel gas for the production of carbon black. There is therefore for the entire carbon black production process, by obtaining usable waste gases, an appreciable improvement in profitability, in particular when the waste gas mixture which has formed is returned to the circuit after precipitation of the carbon black and the condensable elements, especially water.
To stabilize the gas-to-water equilibrium established and prevent the return formation of carbon dioxide even according to the Boudouard equilibrium in the direction 2 CO # CO2 + C, the reaction products should be subjected by injection of water, before they leave the reaction zone proper, to rapid cooling which, however, can only be carried out to temperatures which are still above the dew point of the gas mixture.
Provided that the process which is the subject of the invention is applied in a combustion chamber the walls of which are made of a material which reflects radiant heat well, particularly ceramic, calcination of the carbon black formed may occur. , calcination which leads to a decrease in the empyreume content. However, it is advisable in this to provide the calcination zone between the actual flame and the place where the water vapor is introduced which is to serve to enrich the waste gases with carbon monoxide and hydrogen.
Hydrocarbons which, under normal conditions, are gaseous or also liquid and easily vaporizable, can be used as starting material for the manufacture of lampblack according to the process which is the object of the invention. In general, the content of such liquid hydrocarbons in non-distillable elements should not exceed 8%, however preferably it should not exceed 6%. Within the scope of the present invention, account may be taken, among others, of mixtures of anthracene oils and anthracene residues, naphthalene, aromatic circulating oils obtained from the refining of oils.
For an efficient execution of the process which is the object of the invention, the fuel gases added must have a calorific value of at least 2000 k cal, which will moreover have the advantage of exceeding 3000 k cal. Hydrogen but also certain industrial gas mixtures such as town gas, coke oven gas or water gas can be used in particular.
The precipitation of the dispersed solids out of their gaseous mediums involves, in many cases, great difficulties and is often only possible, although not completely, at the cost of high expenses in the matter of apparatus. . In general, special filtering installations are used for this purpose, or the separation and precipitation of solids by electric precipitators. Finally, we also work with cyclones and precisely for the production of carbon black
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according to the process known as "Furnace process".
In addition to the disadvantages described above, there is often this difficulty that the precipitation leads to fractionation especially when, for example, as in the production of carbon black by flame, precipitation chambers are used in which the particles gradually settles, divided according to their weight and size.
The same results are obtained with a series of several cyclones, and in all cases, complete precipitation of the dispersed solids is not achieved. In most cases, it is hardly possible to arrive at homogeneous products without subsequent mixing.
According to the invention, it has been found that the precipitation of solids dispersed in gases in whole or in part in colloidal form can be practiced very simply while obtaining a homogeneous product, giving the solids the opportunity to recover. coagulate first over a long distance and taking care that the particles which gradually coagulate do not settle out but remain in suspension almost until the coagulation phenomenon has ceased. This is why, according to the invention, the gases containing the solids are brought, strongly stirred, to the coagulation chamber.
The eddy imparted to the gases can be the result of a strong current and, in particular, turbulent; the gases can, however, also be subjected to a whirling movement which also causes frequent impacts between particles of solid matter. After the coagulation, the actual precipitation of the coagulated particles takes place, which precipitation is carried out in a known manner by means of filters, cyclones or electric precipitators.
An essential advantage of the way of proceeding which forms the subject of the invention lies in the fact that it is also possible to use, as precipitation member, only cyclones because, given the coagulation provided, the precipitators themselves are not 'act more than as such and are no longer, as before, still responsible for the work of coagulation.
As already indicated, it is necessary, in carrying out the process which is the object of the invention, that the particles coagulated at the start, respectively the particles which have passed from the aerosol state to the airgel state, remain in suspension and serve. , to a certain extent, a primer or condenser core for the subsequent separation of the gas from particles not yet coagulated. In the case of colloidal dispersions, the complete transition to the gel form must therefore take place in the presence of particles which have already coagulated.
In order to be able to induce coagulation over as long a path as possible, the gases containing the solids, optionally in the form of an aerosol, are made to swirl in spacious chambers or advantageously conducted through chambers whose length is several times larger than the diameter. Long tubes or long channels are particularly suitable for this purpose, which are either designed in such a way or provided with devices such that the gas stream can be diverted there several times. This can be achieved by means of guide plates or deflection plates or, which is particularly advantageous, by means of curved or hairpin-shaped or sinuous tubes.
It has been found that the speed at which the gases containing the solids in finely divided or colloidal form travel through the coagulation chambers must be at least 10 meters / second and, advantageously, be more than 18 meters / second, for example 20 to 25 meters / second, to effectively prevent the deposition of particles that have first coagulated and to keep them in suspension, with certainty, throughout the coagulation phenomenon.
When the gases or gas mixtures containing the solids contain easily condensable particles, it is essential to maintain the temperature of the coagulation chambers above that of the dew point of the gas or mixture of gases present.
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When several precipitation apparatuses, for example cyclones, are used for the separation of the coagulated solids, it is possible, if this proves necessary for reasons of space or otherwise, also to arrange between the various cyclones of the coagulation paths. and thereby divide the necessary total coagulation chamber.
The process which is the subject of the invention is applicable in all cases where it is necessary to precipitate out of the gases, finely divided solids.
1) Process for precipitating out of gases, solids, particularly during the manufacture of carbon black from gaseous hydrocarbons or in the form of vapors in the presence of oxygen or gas mixtures containing oxygen and, where appropriate, combustible gases preferably containing hydrogen, characterized in that the reaction components are homogeneously mixed and then brought together for transformation in a flame
2) Process for precipitating out of gases, solids, in whole or in part in colloidal form, characterized in that the gases which contain the solid matter are conducted in a strong current and / or vortex, in particular turbulent, at through chambers whose length is several times greater than the diameter,
the particles already coagulated being kept in suspension during practically the entire coagulation phenomenon and the actual precipitation of the coagulated solids taking place in a known manner, for example by means of cyclones, electric precipitators or filters.
3) A method according to claims 1 and 2, particularly during the manufacture of carbon black, characterized in that one employs, in an amount at least sufficient for the complete combustion of the proportion of hydrogen of the fuel gas, oxygen as such or in the form of gas mixtures.
4) A method according to claims 2 and 3, particularly during the manufacture of carbon black, characterized in that the gas mixture to be transformed contains, in addition to gaseous hydrocarbons or in the form of vapors and, where appropriate, of combustible gases, oxygen exclusively.