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:" PROCEDE PERFECTIONNE POUR SEPARER LE NOIR
DE CARRONE DE SUSPENSIONS GAZEUSES QUI EN
CONTIENNENT".
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La présente invention est relative à un procédé et un appareil pour séparer le noir de carbone d'un gaz dans lequel il est en suspension.
Quand le noir de carbone est tout d'abord formé dans un four de production de noir de carbone, il en sort sous forme d'une fumée très dense formée de très fines particules de noir en suspension dans les gaz de combus- tion. Il est alors très difficile de séparer ces très fines particules de ces gaz . Les dispositifs de séparation usuels, comme les précipitateurs électriques, les sépara- teurs cyclones et les filtres à sacs sont inefficaces quand on les utilise seuls, et dans la technique antérieure, les systèmes des usines de production de noir de carbone qui donnent les meilleurs résultats font appel à ces trois dispositifs en même temps.
Ainsi, il était courant de prévoir un précipitateur électrique, un séparateur cyclone primaire, un séparateur cyclone secondaire, un séparateur cyclone tertiaire et un filtre à sacs, tous réunis en série, Même avec cette installation, certaines particules de noir de carbone très fines peuvent ne pas être suffisamment agglomérées, spécialement si le précipitateur électrique n'agit pas de manière parfaite et/ou si les vannes de la canalisation de recyclage du noir de carbone aggloméré sont fermées, et ces particules très fines peuvent parvenir, à circuler dans le système entier, à traverser le filtre à sacs et à sortir par la cheminée d'évacuation des gaz sous la forme d'une fumée dont la quantité est suffisante ' pour provoquer des plaintes dans le voisinage.
En outre, un précipitateur électrique est d'un prix initial très éle- vé, ses frais d'entretien et d'exploitation sont élevés
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et il doit être acheté ou loué chez les propriétaires de brevets relatifs à ce précipitateur.
Un a constaté que ces difficultés sont accrues du fait que le noir de carbone est séparé progressivement des gaz, de sorte que la fumée parvenant au filtre à sac est si diluée qu'une quantité plus grande des fines de noir de carbone qui y sont contenues traversent directe- ment les sacs filtrants, alors qu'elles auraient été rete- .lues par le filtre si la fumée avait été plus dense.
En outre, du fait que la presque totalité des particules plus grosses est éliminée dans les séparateurs cyclones, les particules plus fines qui subsistent pénètrent plus pro- fondément dans les espaces compris entre les plis des sacs filtrants en tissu que le mélange de grosses et de petites particules conforme à la présente invention et elles ten- dent à s'entasser dans le filtre et à l'obturer d'un gâ- teau de filtre dense, qui bloque la circulation des gaz et qu'il est difficile d'enlever.
La présente invention a pour objet un procédé permettant d'effectuer une telle séparation en agglomérant les particules très fines de noir de carbone produites dans un four de fabrication de noir de carbone, pour former des ! particules plus grosses qu'on sépare ensuite desaz de combustion au cours d'une seule opération, de filtration.
On a également conçu dans la présente invention un système permettant de mettre le procédé en oeuvre en utilisant essentiellement un seul dispositif d'aggloméra- tion et un seul filtre à sacs reliés mutuellement en série.
Conformément à la présente invention, on a conçu un procédé pour séparer le noir de carbone de la fumée sortant d'un four de production de noir de carbone, procédé ; qui consiste à introduire cette fumée contenant du noir de carbone dans un dispositif d'agglomération pour agglo- mérer les particules de noir de carbone en suspension dans
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cette fumée afin de former des particules plus grosses grâ- ce à l'effet de la force centrifuge, sans séparer ces particules de la fumée, après quoi on envoie cette fumée directement à travers un tamis filtrant pour en séparer les particules agglomérées de noir de carbone.
La présente invention concerne également un dis-
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USlT.l.L tl ' d ' 3-V Gl Ctiri u ........, .t-'<1..1."" - - - - de la fumée sortant d'un four de production de noir de carbone et contenant ce noir, ce dispositif comprenant un corps sensiblement cylindrique comportant un conduit d'ad- mission disposé ait voisinas de l'une des extrémités du corps, et un conduit de sortie communiquant axialement avec le corps à cette extrémité et s'étendant à l'intérieur du corps pour y former une zone annulaire.
Conformément à l'invention, on a en outre conçu un appareil permettant de séparer le noir de carbone de la fumée sortant d'un four de production du noir de carbone cet appareil comprenant un dispositif d'agglomération com- portant un corps sensiblement cylindrique muni d'un con- duit d'admission dispose près de l'une des extrémités du corps et d'un conduit de sortie communiquant axialement avec le corps à ladite extrémité et s'étendant à l'inté- rieur du corps pour y former une zone annulaire ;
un boîtier destiné au filtre pour le noir de carbone est pourvu d'un conduit d'entrée communiquant avec le conduit de sortie du dispositif d'agglomération pour recevoir le produit qui en sort, un tamis divise ce boizier en deux chambres avec l'une desquelles communiquent ie conduit d'admission du boîtier et.un conduit de sortie destiné au noir de carbone, tandis qu'on conduit de sortie pour les gaz communique avec l'autre chambre.
On a actuellement constaté qu'en faisant tour- billonner la fumée contenant du noir de carbone et sortant
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d'un four classique de production de noir de carbone, uniquement dans un seul dispositif d'agglomération n'effec- tuant pas de séparation, elle peut ensuite être envoyée directement dans un filtre à sacs sans qu'il soit nécessai- re d'utiliser des précipitateurs électriques ou des sépara- teurs cyclones coûteux, et que le noir de carbone peut être
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se trouve en suspension au cours d'une seule opération de filtration.
On suppose qu'il en est ainsi du fait que le gâteau de filtre déposé sur les sacs filtrants est compaé de particules grosses et petites, qu'il est plus poreux, qu'il pénètre dans les espaces du tissu à un degré moindre, qu'il est plus facile à enlever/qu'il ne colmate pas le filtre en empêchant le gaz d'y circuler.
En outre, on a constaté que la construction particulière du dispositif d'agglomération décrit ici convient mieux pour l'obtention d'une agglomération rapide de toutes les particules de noir très fines contenues dans la fumée sortant d'un four de production de noir de carbo- ne, pour les transformer en particules agglomérées plus grosses qui peuvent ensuite être séparées facilement du gaz de combustion contenu dans la fumée au cours d'une seule opération de filtration effectuée dans un filtre à sacs. Le fait de recueillir le noir de carbone en un seul point réduit l'importance de l'équipement coûteux de transport du noir de carbone, qui est nécessaire pour re- cueillir le noir en cinq endroits distincts comme il est courant dans la technique.
La présente invention diffère de la technique antérieure car elle permet une séparation plus efficace, comme on l'a déjà mentionné, grâce au fait que les parti- cules de noir contenues dans la fumée sortant d'un four de production de noir de carbone sont agglomérées sans être
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séparées et au fait que la fumée contenant ces particules agglomérées est envoyée directement dans un filtre à sacs où s'effectue la totalité de la séparation du noir de car- bone et du gaz contenu dans cette fumée; elle diffère éga- lement an raison du procédé et de l'appareil améliorés utilisés pour l'agglomération sans séparation.
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Chlus a D-Z - -i; .- - w joi-1 1 --- 0 -- -- -1 - - - .a.. - -- vention, on va maintenant la décrire à titre d'exemple en se référant au dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 est une vue en élévation d'une installation de production et de séparation de noir de carbone conforme à la présente invention; - la figure 2 est une vue en élévation à plus grande échelle d'un mode de réalisation préféré d'un dis- positif d'agglomération conforme à la présente invention; - la figure 3 est une vue latérale de la figure 2 prise par le côté de gauche de celle-ci; - la figure 4 représente une variante du disposi- tif d'agglomération illustré sur la figure 2, variante dans, laquelle le conduit d'admission tangentiel se trouve au fond et non à la partie supérieure du dispositif;
- la figure 5 représente une variante du disposi- tif d'agglomération illustré sur la figure 2 dans laquelle l'axe géométrique du dispositif est vertical et non hori- zontal et dans laquelle le conduit d'admission tangentiel est situé dans la partie inférieure du dispositif; - la figure 6 représente encore une autre varian- te du dispositif d'agglomération qu'on obtient en faisant tourner de bas en haut le dispositif représenté sur la figure 5.
Sur la figure 1, on a représenté un four ou réacteur de production du noir de carbone qu'on a désigné d'une manière générale par 7. Du fait que le réacteur 7
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est de construction classique, on estime qu'il est inutile de la décrire en détail . On trouvera une description dé- taillée d'un tel réacteur de production de noir de carbone dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2.375.795.
La présente invention se rapporte à la séparation du noir de carbone de la fusée sortant d'un four quelconque de
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..:.bzz,': iiiimllla bzz-#:. :-;;! ¯e- "I;lm :¯;-r¯!i$."::'>-- "w. z...>¯. sortant de n'importe quel autre four de production de noir de carbone de la technique antérieure qui fournit une fumée. Toutefois, à titre d'exemple, on a représenté le four préféré pour une installation de production de noir de carbone actuellement projetée.
Le réacteur 7, comme tous les fours de la techni- que antérieure de ce genre, est un corps en matériau ré- fractaire contenant une chambre dans laquelle une fumée est formée par combustion partielle et/ou pyrolyse d'une charge constituée par des hydrocarbures, qui est injectée dans le four par un conduit 8, de préférence préchauffée dans un échangeur de chaleur 9 par échange indirect de chaleur avec la fumée sortant du four et circulant dans un conduit 11. Cette charge peut comprendre n'importe quel hydrocarbure allant du méthane ai goudron lourd, bien que les résultats optima soient obtenus avec des hyrocarbures plus lourds, spécialement ceux qui contiennent des con- stituants aromatiques.
Bien qu'on puisse obtenir un certain genre de noir de carbone à partir de n'importe quels hydrocarbures, on a constaté que le meilleur noir pour le renforcement du caoutchouc est celui dont les particules sont relative- ment petites.
Pour produire ces qualités de noir de carbone en particules relativement petites avec un rendement élevé par kilo de charge initiale, il est préférable d'utiliser une charge initiale constituée par un hydrocarbure liquide
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pour produire ce noir de carbone. Cet hydrocarbure liquide de la charge initiale peut être constitué par un distillat du pétrole ou par une huile de pétrole résiduelle ou encore par un distillat de goudron de houille ou une huile résidu- elle de goudron de houille, il doit avoir une teneur nota- ble en constituants aromatiques, et il doit être introduit dans le four sous la forme de vapeurs s'il est sensiblement vaporisable ou sous forme d'une pulvérisation atomisée de gouttelettes.
En ce qui concerne l'utilisation d'huiles de pétrole, les produits aromatiques suivants provenant d'une raffinerie de pétrole sont utilisés dans l'industrie : (1) le gas oil de recyclage provenant d'un craquage thermi- que ou catalytique; (2) les goudrons synthétiques prove- nant d'un craquage thermique cu catalytique; (3) les rési- dus craqués; enfin, (4) les produits de tête d'une distil- lation sous vide et leurs résidus goudronneux, ou (5) les produits aromatiques récupéiés lors d'une extraction par un solvant de l'un queloonque des produits (1) à (4).
Au point de vue économique, 11 est préférable d'utiliser des charges initiales liquides dont l'indice de corrélation (IC) établi par le "Bureau des Mines des Etats-Unis d'Amérique" est d'au moins 80, de préférence supérieur à 90 et de préférence encore supérieur à 110. La formule utilisée pour ce calcul est la suivante :
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dans laquelle "F" est le point d'ébullition en degrés Fahreineit pour le point de la courbe de distillation donnant une récupération de 50% et la "API" est la densité déterminée à 15,56 C par "API" (Ambrican Petroleum In- stitute).
Egalement d'un point de vue économique, le peint d'ébullition initial doit être d'au moins 76,6 C, de préférence supérieur à 204,4 c et même supérieur à 287,7 C. Il est préférable que la densité soit aussi éle-
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vée que possible, au moins supérieure à 0,9042, de préfé- rence supérieure à 1,000 et, de préférence, encore égale à 1,0366 et plus.
La meilleure ¯harge initiale possède, de préfé- rence, un résidu de carbone faible et une faible teneur en produits insolubles dans le pentane, cette teneur étant inférieure à 5% en poids pour les huiles de pétrole et inférieure à 10% en poids pour les goudrons de houille.
La-teneur en oxygène et/ou en azote de la charge initiale semble ne réduire que le rendement seulement et n'avoir pas d'effet sur la qualité. Le soufre n'est pas nuisible dans un noir de carbone au point de vue de la qualité, mais des quantités inhabituellement importantes dans le noir peuvent déterminer la corrosion de l'installa-: tion de production. Il est donc désirable au point de vue commercial d'utiliser une charge initiale dont la teneur en soufre est inférieure à 3% en poids, de préférence in- férieure à 1% en poids.
La teneur en cendres doit être faible et être généralement inférieure à 0,5% en poids,- de préférence inférieure à 0,2% en poids, afin de ne pas déterminer la fusion des briques réfractaires dans le four de production ' de noir de carbone, car l'effet de la cendre sur la quali- té du noir est faible ou même nul, mais elle tend à faire fondre les briques réfractaires du four. La viscosité est sans importance sauf du point de vue mécanique en ce qui concerne les difficultés de mise en circulation par pompage et de pulvérisation.
Bien entendu, on peut utiliser des fractions d'huile brute de première distillation ou leurs consti- tuants aromatiques obtenus par extraction sélective au moyen d'un solvant, quand ils possèdent les qualités pré-
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férées susmentionnés, mais en général ils ne possèdent pas certaines de ces qualités préférées, de sorte que, bien qu'on puisse obtenir du noir avec ces substances, elles ne sont pas préférées comme charge pour la fabrica- tion du noir de carbone.
A titre d'exemple d'une charge initiale résiduel- le préférée, on cite une pulvérisation atomisée d'un hy- drocarbure normalement liquide dans lequel le rapport ato- mique hydrogène:carbone est inférieur à 1,5 et est, de préférence, compris entre 0,75 et 1,25, le poids molécu- laire moyen étant supérieur à 140 et étant compris de préférence entre 225 et 550, la densité étant supérieure à 0,9340 et, de préférence supérieure à 1,00, la viscosité étant assez basse pour permettre la mise en circulation, mais étant habituellement supérieure à 0,280 à 99 C, et le résidu de carbone Conradson étant faible mais pouvant, ce- pendant dépasser 1,5% en poids ou même 3% en poids.
A titre d'exemple d'une charge initiale préférée constituée par un distillat, on mentionne qu'on peut uti- liser un gas-oil de recyclage qui est obtenu dans un procé- dé de craquage et dont la densité est comprise entre 0,9593 et 0,9042, le point d'ébullition initial est compris entre 204 et 316 C et dont le point d'ébullition final est com- pris entre 316 et 427 C. Le résidu de carbone est généra- lement bas, par exemple de 0,2%, bien qu'il ne soit pas critique.
La charge d'hydrocarbure circulant dans le con- duit 8 peut être sous la forme d'un liquide ou d'un gaz ; si elle est sous forme liquide, ilpeut se produire une cartaine vaporisation dans l'échangeur de chaleur 9. Si elle parvient au réacteur 7 principalement sous forme li- quide, elle doit être pulvérisée dans le réacteur, mais si elle est sous forme d'un liquide ou d'un gaz quand elle
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est injectée, elle se vaporise rapidement à l'intérieur du réacteur et la réaction est identique. Il est préféra- ble , bien que ce ne soit pas essentiel, de préchauffer l'hydrocarbure constituant la charge initiale. Si on le désire, on peut supprimer le préchauffage en faisant dévi- er la charge pour l'envoyer dans le conduit 12.
En vue d'obtenir la chaleur nécessaire pour la combustion incomplè' te et/ou la pyrolyse de l'hydrocarbure de charge dans le réacteur, en vue de sa conversion en noir de carbone, il est nécessaire d'envoyer par un conduit 13 une quantité appropriée de gaz contenant de l'oxygène libre, générale- ment de l'air, qui est de préférence préchauffé par échan- ge indirect de chaleur dans l'échangeur de chaleur 13, échangeur que le gaz peut contourner en circulant dans le conduit 16, car le préchauffage n'est pas essentiel.
L'air provenant du conduit 13 est injecté dans le réacteur 7 par un ou plusieurs conduits 17,18, 19 et 21, de préférence comme représenté, et de préférence une partie de l'air est injectée par un conduit 22 sous la forme d'un courant annulaire entourant la charge injectée dans le conduit 8, en vue de réduire le dépôt de noir de carbone autour de l'orifice d'admission.
La réaction de formation de noir de carbone peut être mise en oeuvre par combustion incomplè- te d'une partie de la charge d'hydrocarbure dans l'air en- voyé au réacteur; toutefois, quand on dispose d'un combus- : tible moins coûteux, on peut l'introduire par le conduit
23 et le préchauffer, de préférence par échange indirect de chaleur dans l'échangeur de chaleur 24, ou bien on peut lui faire contourner eet échangeur de chaleur en le faisant circuler dans le conduit 26, et on peut alors in- jecter le combustible dans le four pour qu'il brûle compté-- tement avec l'air et fournisse la chaleur nécessaire pour la pyrolyse de la charge, auquel cas une plus grande quan-
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tité de la charge est transformée en noir de carbone et.
il en est brûlé une quantité plus faible uans le procédé.
Le préchauffage de l'air, de la charge et/ou du combustible tend, en outre, à réduire la quantité de charge brûlée dans le procédé et améliore donc le rendement en noir de carbone, en kg par m3 de la charge.
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Bpl1"(''') Am ,rb, 1 -4 es ""- -nnés.¯ 1 ..- eîp- "".r:;: précédemment à titre de charge initiale constituant la source de noir de carbone pourraient également être utilisés comme combustible introduit tangentiellement. Toutefois, les combustibles liquides préférés introduits tangentielle- ment possèdent un point d'ébullition final inférieur à 399 C et ont une teneur faible en constituants aromatiques.
Une teneur faible en produits aromatiques et un point d'é- bullition finale faible, tel que mentionné, donnent de bon- nes caractéristiques de combustior.. '-elles qu'une combus- tion complète et rapide et un faible dép8t de carbone dans les brûleurs.
Etant donné que le combustible introduit tangen- tiellement est, de préférence, complètement brûlé pour fournir de la chaleur, sa qualite est relativement sans importance par rapport à la charge initiale et on peut généralement utiliser n'importe quelle huile combustible ou n'importe quel gaz combustible dont on dispose.
A mesure que la charge initiale d'hydrocarbure et les gaz de combustibon progressent dans le four en direc- tion du conduit 11, l'hydrocarbure est déshydrogéné et pyrolysé pour former du noir de carbone, et quand ce noir est suffisamment débarrassé de son goudron, il est désira- ble d'assurer un refroidissement afin d'empêcher une réac- tj.on ultérieure.
Bien qu'on puisse obtenir ce résultat en refroidissant la fumée circulant dans le conduit 11 au moyen des échangeurs de chaleur 9, 24 et 14, on préfère . pouvoir obtenir un refroidissement plus rapide, de préfé-
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rence en injectant de l'eau provenant d'un conduit 27 à l'intérieur d'un conduit 28 débouchant dans la chambre de réacteur, cette eau étant envoyée sous forme d'une pulvéri- sation en un point où le noir de carbone a été débarrassé de son goudron par la réaction. Ce refroidissement primaire termine sensiblement la réaction, bien que des changements
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progressifs peu importants cntinuent à se nrodui r". ;UC!f'11 t cqque le retroioissement secondaire ait eu lieu en 33.
Bien qu'on ait représenté un seul réacteur 7, il est habituel de recueillir la fumée sortant de plusieurs réacteurs et de combiner les courants de fumée avec la fu- mée circulant dans le conduit 11 en les envoyant dans ce dernier par les conduits 29 et 31.
La fumée circulant dans le conduit 11 est, en général, trop chaude pour le tissu constituant les sacs du filtre à sacs 32, de sorte qu'on la fait de préférence passer dans une chambre secondaire 33 de refroidissement brusque. Si le refroidissement qui se produit dans le con- duit 11 grâce aux échangeurs de chaleur 9, 14 et 24 et si le refroidissement atmosphérique dans le conduit 11 sont suffisants, on peut alors supprimer la chambre de refroi- dissement brusque 33, et la fumée circulant dans le conduit 11 peut être envoyée directement dans le conduit 34. Toute- fois, on utilise de préférence la chambre de refroidisse- ment 33, spécialement en été, car la fumée circulant dans le conduit 11 est alors beaucoup plus chaude qu'en hiver.
Il est préférable d'essayer de maintenir la température de la fumée circulant dans le conduit 34 à une valeur constan- te pendant toute l'année en mesurant sa température en 36 au moyen d'un dispositif enregistreur et régulateur de tem- pérature 37, qui commande une vanne 38 grâce à laquelle de l'eau provenant du condùit 27 est introduite par un ajuta- ge 39 en quantité-appropriée convenant pour maintenir cet- te température constante. On choisit pour la température
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constante une valeur assez élevée pour que le filtre à sacs 32 soit maintenu à une température supérieure au point de rosée des gaz sortant du four, qui est d'environ 80 C, mais elle doit également être suffisamment basse pour que ces gaz n'endommagent pas le tissu des sacs fil- trants.
Cette dernière température dépend du matériau
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commommr' --=-'"- -L" i - -" , - - - - .. 1 .. -- OMBAM wwwmmlbffl-- fil en tissu de verre, la température dans le filtre à sacs peut atteindre jusqu'à 316 C, une température d'approxima- tivement 260 C étant préférée, mais avec des sacs en matiè- re plastique, une température plus basse est essentielle pour empêcher leur endommagement ; parexemple, une tempéra- ture inférieure à 149 C est souvent appropriée.
En outre, on a constaté qu'il est utile de dis- poser un déflecteur 41 dans la chambre de refroidissement brusque 33 pour séparer les corps étrangers de la fumée sortant du four et provenant du conduit 11. Ces corps étran- gers comprennent essentiellement de très petits morceaux de matière céramique ou les corps étrangers charbon- neux existant sous forme d'impuretés dans la charge ini- tiale ou provoqués par une mauvaise pulvérisation, un heurt de la charge initiale sur la paroi du four et son dépôt temporaire sur celle-ci, ou des écailles de rouille prove- nant de parties en acier de l'installation, ou dans cer- tains cas, des sels déposés provenant de l'eau de refroi- dissement évaporée du conduit 28 et qui se détachent de temps à autre des parois du réacteur 7 ou du conduit 11.
Ces corps étrangers seraient nuisibles pour la qualité du noir de carbone, mais heureusement le poids spécifique de ce dernier est plus élevé et il est facilement séparé par circulation descendante à travers le conduit 45, la vanne 42 étant périodiquement ouverte à cet effet. Quand cela est nécessaire, on peut faciliter l'enlèvement des corps étrangers, en ajoutant des quantités d'eau appropriées par '
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les conduits 43 et/ou 44, auquel cas les corps étrangers sortent sous la forme d'une boue aqueuse.
Bien que ce ne soit pas essentiel dans la présen- te invention, il est avantageux au point de vue économique de récupérer le noir de carbone qui peut être répandu sur le plancher de l'installation. Ce noir de carbone peut être
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placé dans une r6m40 J.A A'm. a' nuellement ou périodiquement dans le conduite, par l'in- termédiaire d'une vanne en étoile 47. Le conduit 48 reçoit la fumée provenant du conduit 11 par l'intermédiaire d'une vanne 49 quand celle-ci est ouverte, et la fumée ainsi que le noir de carbone entraîné que laisse passer la vanne 47 montée dans le conduit 48 peuvent être renvoyés dans le système par l'intermédiaire du compresseur 51 qui a pour effet de morceler les masses agglomérées qui pourraient se trouver dans le noir de carbone provenant de la trémie 46.
Selon l'état du noir de carbone placé dans la trémie 46, il est renvoyé dans le système par les conduits 52, 53 ou 54. Si l'on soupçonne qu'il sontient des corps étran- gers, il est renvoyé par l'intermédiaire du conduit 52; s'il est très fin et nécessite une agglomération, il est renvoyé par le conduit 53, ou bien, s'il est parfaitement aggloméré, il peut être renvoyé par le conduit 54.
La fumée contenant du noir de carbone qui circu- le dans le conduit 34 contient encore la majeure partie de son noir sous la forme de particules très fines, car une très faible quantité seulement d'agglomération s'est produite lors du passage à travers le conduit 11, les échangeurs de chaleur 9. 24 et 14, et la chambre de refroi- dissement secondaire 33. Avant d'envoyer cette fumée contenant du noir de carbone dans le conduit 5 6 aboutissant aux sacs filtrants 32, il est nécessaire d'agglomérer ces particules très fines pour former des particules plus gros- ses, et à cet effet, on les envoie dans le dispositif d'ag-
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glomération 57.
Le diamètre moyen des particules de noir pénétrant dans ce dispositif 57 est d'approximativement 10 microns, alors que le diamètre moyen des particules de noir de carbone agglomérées sortant du dispositif d'agglo- mération par le conduit 56 est beaucoup plus grand, le diamètre de certaines de ces dernières particules attei- gnant 3,17 mm.
La fumée circulant dans le conduit 56 est envoyée directement du dispositif d'agglomération 57 au filtre à xacs 32. Le filtre à sacs est classique et comprend un boîtier 58 de filtre pour noir de carbone qui comporte une cloison 59 formée par une plaque et divisant le boîtier en une chambre d'admission 61 et une chambre 62 de sortie des gaz. La plaque 59 comporte une multitude de perforations 03 qui sont recouvertes par des sacs en tissu 64 faits de n'importe quel tissu connu dans la technique antérieure, le tissu préféré étant fait de fibres de verre et un tissu moins préféré étant fait d'une certaine fibre résistant à la chalneur, comme des fibres de matière plastique telle que. la matière "Orlon" (marque de fabrique désignant une fibre ' synthétique de polyacrylonitrile à point de fusion élevé).
On peut utiliser n'importe quel dispositif classique pour ! secouer les sacs 64 périodiquement ou en continu, comme un moteur électrique 66 comportant un contrepoids excentré 67 monté sur le boîtier 58 pour secouer l'ensemble entier, y compris les sacs 64. On peut utiliser beaucoup d'autres genres de structures, le filtre à sacs comprenant essen- tiellement un tamis d'un certain genre, comme celui qui est représenté en 64, qui sépare le noir de carbone du gaz contenu dans la fumée. La fumée pénètre dans la chambre 61 et le gaz qui y est contenu traverse les sacs 64 et sort par la cheminée 68 d'où il est envoyé dans l'atmosphè- re ou bien dans un système où on l'utilise comme gaz combus- tible ou comme gaz de synthèse pour préparer d'autres com-
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posés.
Il peut être recyclé comme combustible par le conduit 23, bien que ce ne soit pas préféré. On obtient le noir de carbone sous forme d'un dépôt sur la face interne des sacs 64 d'où il tombe au fond de la chambre 61 d'où il est extrait périodiquement ou en continu par l'intermédiaire d'une vanne en étoile 69. Du fait que les particules de noir de carbone sont plus grosses grâfe à l'agglomération, le dépôt formé sur la paroi intérieure des sacs filtrants ! 04 est poreux et adhère légèrement aux sacs 64, ce qui fait qu'il ne pénètre pas dans le tissu et n'empêche pas le passage des gaz, et qu'il est facilement enlevé par des secousses ou par une circulation en retour du gaz à travers le tissu, d'où il tombe au fond de la chambre 61.
La représentation du fàltre à sacs 32 a été simplifiée, mais il semble évident qu'on pourrait utiliser n'importe quel filtre à sacs classique . Dans l'installa- tion présentement conçue, au lieu de donner une forme hexa- gonale aux compartiments, on pourrait leur donner une for- me carrée et les disposer en ligne droite (non représentée).
Toutefois, comme on l'a fait ressortir plus haut, la carac- téristique essentielle du filtre à sacs réside dans le fait qu'il est formé d'un certain genre de tamis, comme les sacs filtrants 64, de sorte qu'une représentation simplifiée est suffisante. Comme on l'a dit plus haut, on peut déterminer une circulation des gaz en sens inver- se pour enlever le noir des sacs. Le secouage des sacs en tissu de verre n'est pas préféré parce qu'il abrège quel- que peu leur durée.
On a représenté en détail sur les figures 2 et 3 la forme préférée du dispositif d'agglomération 57. Ce dispositif comprend un corps sensiblement cylindrique 71 comportant un conduit d'admission 72 pour la fumée conte- nant le noir de carbone, conduit qui communique tangentiel- lement avec le corps cylindrique au voisinage d'une pre-
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mière extrémité 73 de celui-ci. Le corps 71 comporte un seul conduit de sortic 74 qui communique axialement avec le corps cylindrique à ladite extrémité 73, ce conduit de sortie s'étendant de préférence à l'intérieur du corps en 76 au moins aussi loin à partir de l'extrémité 73 que le conduit d'admission 72, pour délimiter un espace annulaire
77 entre le corps cylindrique 71 et le conduit de sortie
74.
Le corps cylindrique 71 forme une chambre sensiblement cylindrique écartée de l'extrémité 76 du conduit de sortie 74, bien que cette chambre sensiblement cylindrique puisse comprendre une partie chanfreinée 78 et une plaque de fer- meture 79 en vue d'économiser du matériau. Ce corps cylin- drique peut être supporté par des supports appropriés 8let peut comporter uil bouchon de vidange 82 pouvant être uti- lisé dans des cas d'urgence. En fonctionnement normal, le bouchon de vidange n'est jamais ouvert, parce qu'il n'y a normalement jamais rien à évacuer.
On a constaté que les particules de noir de carbone sortent toutes par le conduit de sortie 74, que le conduit d'admission 72 soit à la par- tie supérieure comme représenté sur la figure 3 ou à la partie inférieure comme représenté sur la figure 4, ou que l'axe du dispositif d'agglomération soit disposé verticale- ment avec l'orifice de sortie 7L orienté vers le bas comme représenté sur la figure 5 ou vers le haut comme représenté sur la figure 6. On préfère la variante représentée sur les figures 2 et 3, parce qu'elle est plus commode à assem- bler et à entretenir et parce que les vibrations sont moindres, le support des conduits est meilleur et qu'il existe un espace pour la dilatation thermique.
Bien qu'on les ait représentés de façon conventionnelle sur la figure 1 sous,la forme de traits uniques, le conduit 34 est de préférence un conduit de section transversale sensiblement uniforme et sensiblement identique à celle du conduit 72,
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et le conduit 50 est de préférence un conduit de section transversale sensiblement uniforme et sensiblement égale à celle du conduit de sortie 74.
Le diamètre et la longueur du dispositif d'agglo- mération 57 ne sont pas critiques à condition que la vitesse de la fumée qui y circule soit suffisante pour déterminer une agglomération sous l'effet de la force centrifuge. Les proportions générales des éléments doivent être approxima- tivement maintenues quand on construit des dispositifs d'ag- glomération plus grands ou plus petits. La dimension dépend de la dimension de la charge et, pour une installation comportant cinq réacteurs 7, un dispositif d'agglomération d'environ 3 m de diamètre et d'environ 3 m de long est préféré. Pour toutes les dimensions de dispositifs d'ag- glomération, une vitesse minimum de 9,10 mètres/seconde et une vitesse maximum de 18,2 mètres/seconde sont, de préférence maintenues, et la vitesse est maintenue de pré- férence à 15;20 mètres/secondes.
On n'obtient pas beaucoup d'avantage au point de vue de l'agglomération en utilisant une vitesse plus élevée ; enfait, pour une vitesse comprise entre 18,30 et 21,30 mètres/seconde, l'action devient vio- lente et désagrège les particules agglomérées formées, de sorte qu'il ne se produit pas d'agglomération globale.
Pour des vitesses inférieures à 9,10 mètres/seconde, le procédé n'assure pas une agglomération aussi efficace; en fait, à une vitesse comprise entre 6 et 9,10 mètres/secon- de, l'agglomération cesse d'avoir une importance notable.
Une chute de pression correspondant approximativement à 76,2 mm d'eau (0,007 g/cm2) est satisfaisante. En plus de la force centrifuge m'exerçant dans le corps cylindrique, le renversement brusque du sens de circulation nécessaire pour pénétrer dans le conduit de sortie 74 augmente le degré de l'agglomération.
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La dimension du filtre à sacs peut varier de façon considérable mais, pour obtenir un rendement optimum, il doit, de préférence, être assez large pour qu'un volume de gaz de 2,15 à 6,10 dm3/minute traverse chaque dm2 de tissu filtrant 64 et le débit préféré est de 3 dm3 par minute et par dm2 de tissu filtrant, bien qu'on puisse
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utiliser un sac plus petit avec une chute de pression plus !S5SS<='<'S grande et un rendement sensiblement iaentique ue tion.
Bien que la totalité du noir de carbone soit recueil- lie dans la chambre 61, on a constaté qu'en raison de la nature friable et poreuse du déplût de noir de carbone qui est due au fait qu'il contient de grandes quantités de noir aggloméré, il ne faut pas utiliser une surface du filtre à sacs 64 supérieure à celle qui est nécessaire quand la majeure partie du noir de carbone a déjà été enle- vée par les séparateurs cyclones, comme dans les procédés de la technique antérieure. Avec beaucoup de typesde noir de carbone, la présente invention demande une sir face moins grande.
Bien qu'on puisse obtenir des résultats Qatisfai- sants quand la présente invention est mise en oeuvre avec n'importe quel matériau pour sacs filtrants connu dans la technique antérieure, on préfère satisfaire les spécifi- cations qui suivent pour obtenir une séparation supérieure.
Les filaments de verre utilisés dans la chaîne du tissu des sacs doivent être d'environ 1200 deniers, et ceux de la trame sont obtenus à partir d'un fil de verre filé d'ap- proximativement 2700 deniers. Il existe 48 brins/25 mm dans la chatne et 22 brins/25 mm dans la trame. L'armure préférée est un croisé 2 x 2. Le tissu doit avoir une ré- sistance à.l'éclatement d'environ 28 kg/cm2 au minimum et une preméabilité comprise entre 122 et 183 dm3/minute/dm2 sous une différence de pression de 12,7 mm d'eau au droit du tissu.
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Bien qu'on puisse utiliser n'importe Quels sacs filtrants pour noir de carbone, on a utilisé des sacs cy- lindriques de 139,7 mm de diamètre et de 3,20 m de long ainsi que des sacs de 292,1 mm de diamètre et de 7,7 m de long avec une extrémité à capuchon métallique (non repré- sentée) suspendue à un râtelier (non représenté) dans le
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boîtier de filtre à sacs. Ces dimensions ne sont pas criti- qut:s, ôn"":peut uc..1..1. -et" C1es a.I.i.. ...r. quex , ôé'peut aA.er aes >acn pius' petiL> pxùs grands.
REVENDICATION3.-
1.- Procédé pour séparer le noir de carbonede la fumée sortant d'un four de production du noir de carbone, caractérisé en ce qu'on envoie la fumée contenant du noir de carbone dans un dispositif d'agglomération où l'on agglomère les particules en suspension dans cette fumée pour former des particules plus grosses sous l'effet de la force centrifuge, sans séparer ces particules de la fumée et en ce qu'on envoie cette fumée directement à travers un tamis filtrant pour séparer de la fumée les parti culée de noir de carbone qui sont agglomérées.
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: "PERFECTED PROCESS FOR SEPARATING THE BLACK
CARRONE OF GASEOUS SUSPENSIONS THAT
CONTAIN ".
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The present invention relates to a process and apparatus for separating carbon black from a gas in which it is suspended.
When carbon black is first formed in a carbon black furnace, it comes out as a very dense smoke formed of very fine black particles suspended in the flue gases. It is then very difficult to separate these very fine particles from these gases. Conventional separation devices, such as electric precipitators, cyclone separators, and bag filters are inefficient when used alone, and in the prior art the systems of carbon black production plants which give the best results. use these three devices at the same time.
Thus, it was common to provide an electric precipitator, a primary cyclone separator, a secondary cyclone separator, a tertiary cyclone separator and a bag filter, all assembled in series. Even with this installation, some very fine carbon black particles can not be sufficiently agglomerated, especially if the electrical precipitator does not work perfectly and / or if the valves of the recycling pipe for the agglomerated carbon black are closed, and these very fine particles can manage to circulate in the system whole, through the bag filter and out through the exhaust chimney in the form of smoke of sufficient quantity to cause complaints in the vicinity.
In addition, an electric precipitator has a very high initial price, its maintenance and operating costs are high.
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and it must be bought or rented from the owners of patents relating to this precipitator.
It has been found that these difficulties are increased by the fact that the carbon black is gradually separated from the gases, so that the smoke reaching the bag filter is so diluted that a greater amount of the carbon black fines contained therein. pass directly through the filter bags, whereas they would have been retained by the filter if the smoke had been more dense.
In addition, because almost all of the larger particles are removed in the cyclone separators, the finer particles that remain penetrate deeper into the spaces between the pleats of the fabric filter bags than the mixture of coarse and large. small particles according to the present invention and tend to collect in the filter and plug it with a dense filter cake, which blocks the flow of gases and is difficult to remove.
The present invention relates to a process for carrying out such a separation by agglomerating the very fine particles of carbon black produced in a furnace for the production of carbon black, to form! larger particles which are then separated from the combustion gases in a single filtration operation.
A system has also been devised in the present invention for carrying out the process using essentially a single agglomeration device and a single bag filter connected to each other in series.
In accordance with the present invention, a process has been devised for separating carbon black from the smoke leaving a carbon black production furnace, which process; which consists in introducing this smoke containing carbon black into an agglomeration device in order to agglomerate the carbon black particles in suspension in
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this smoke in order to form larger particles by the effect of centrifugal force, without separating these particles from the smoke, after which this smoke is sent directly through a filter screen to separate the agglomerated particles of black from it. carbon.
The present invention also relates to a dis-
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USlT.lL tl 'd' 3-V Gl Ctiri u ........, .t - '<1..1. "" - - - - Smoke coming out of a black production oven carbon and containing this black, this device comprising a substantially cylindrical body comprising an inlet duct disposed adjacent to one of the ends of the body, and an outlet duct communicating axially with the body at this end and s' extending inside the body to form an annular zone.
In accordance with the invention, an apparatus has also been designed making it possible to separate the carbon black from the smoke leaving a carbon black production furnace, this apparatus comprising an agglomeration device comprising a substantially cylindrical body provided. an inlet duct provided near one end of the body and an outlet duct communicating axially with the body at said end and extending inside the body to form a annular zone;
a housing intended for the filter for the carbon black is provided with an inlet duct communicating with the outlet duct of the agglomeration device to receive the product which comes out therefrom, a sieve divides this housing into two chambers with one which communicate ie the intake duct of the housing and an outlet duct for the carbon black, while an outlet duct for the gases communicates with the other chamber.
It has now been found that by swirling the smoke containing carbon black and exiting
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from a conventional furnace for the production of carbon black, only in a single agglomeration device which does not perform separation, it can then be sent directly to a bag filter without the need for use expensive electric precipitators or cyclone separators, and the carbon black can be
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is in suspension during a single filtration operation.
It is assumed that this is the case because the filter cake deposited on the filter bags is compared with large and small particles, is more porous, penetrates into the spaces of the fabric to a lesser degree, than 'it is easier to remove / does not clog the filter by preventing gas from flowing through it.
In addition, it has been found that the particular construction of the agglomeration device described here is better suited for obtaining rapid agglomeration of all the very fine black particles contained in the smoke coming out of a black production furnace. carbon, to transform them into larger agglomerated particles which can then be easily separated from the flue gas contained in the smoke in a single filtration operation carried out in a bag filter. Collecting the carbon black at a single point reduces the importance of the expensive carbon black transport equipment, which is required to collect the black at five separate locations as is common in the art.
The present invention differs from the prior art in that it allows more efficient separation, as already mentioned, by virtue of the fact that the black particles contained in the smoke coming out of a carbon black production furnace are. agglomerated without being
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separated and the fact that the smoke containing these agglomerated particles is sent directly to a bag filter where all of the separation of the carbon black and the gas contained in this smoke takes place; it also differs in view of the improved method and apparatus used for agglomeration without separation.
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Chlus has D-Z - -i; .- - w joi-1 1 --- 0 - - -1 - - - .a .. - - vention, it will now be described by way of example with reference to the appended drawing, in which: - Figure 1 is an elevational view of an installation for the production and separation of carbon black according to the present invention; FIG. 2 is an elevational view on a larger scale of a preferred embodiment of an agglomeration device according to the present invention; - Figure 3 is a side view of Figure 2 taken from the left side thereof; FIG. 4 represents a variant of the agglomeration device illustrated in FIG. 2, a variant in which the tangential inlet duct is located at the bottom and not at the upper part of the device;
- Figure 5 shows a variant of the agglomeration device illustrated in Figure 2 in which the geometric axis of the device is vertical and not horizontal and in which the tangential intake duct is located in the lower part of the device; - Figure 6 shows yet another variant of the agglomeration device obtained by rotating the device shown in Figure 5 up and down.
In Figure 1, there is shown a furnace or reactor for the production of carbon black which has been designated generally by 7. Because the reactor 7
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is classically constructed, it is considered unnecessary to describe it in detail. A detailed description of such a carbon black production reactor can be found in US Pat. No. 2,375,795.
The present invention relates to the separation of the carbon black of the rocket leaving any furnace of
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..:. bzz, ': iiiimllla bzz- # :. : - ;;! ¯e- "I; lm: ¯; -r¯! I $." :: '> - "wz ..> ¯. From any other prior art carbon black furnace which provides smoke However, by way of example, the preferred furnace has been shown for a currently planned carbon black production facility.
Reactor 7, like all prior art furnaces of this type, is a body made of refractory material containing a chamber in which smoke is formed by partial combustion and / or pyrolysis of a charge consisting of hydrocarbons. , which is injected into the furnace via a duct 8, preferably preheated in a heat exchanger 9 by indirect heat exchange with the smoke leaving the furnace and circulating in a duct 11. This feed can comprise any hydrocarbon ranging from heavy tar methane, although optimum results are obtained with heavier hydrocarbons, especially those which contain aromatic constituents.
Although some kind of carbon black can be obtained from any hydrocarbon, it has been found that the best black for rubber reinforcement is one with relatively small particles.
To produce these grades of carbon black in relatively small particles with a high yield per kilogram of initial charge, it is preferable to use an initial charge consisting of a liquid hydrocarbon.
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to produce this carbon black. This liquid hydrocarbon from the initial charge may be constituted by a petroleum distillate or by a residual petroleum oil or even by a coal tar distillate or a residual coal tar oil, it must have a significant content. into aromatic constituents, and it must be introduced into the oven as vapors if it is substantially vaporizable or as an atomized spray of droplets.
With regard to the use of petroleum oils, the following aromatics from a petroleum refinery are used in industry: (1) recycle gas oil from thermal or catalytic cracking; (2) synthetic tars from thermal cu catalytic cracking; (3) cracked residue; finally, (4) the top products of a vacuum distillation and their tarry residues, or (5) the aromatic products recovered during a solvent extraction of any of the products (1) to ( 4).
From an economic point of view, it is preferable to use liquid initial charges whose correlation index (CI) established by the "Bureau of Mines of the United States of America" is at least 80, preferably higher. to 90 and more preferably greater than 110. The formula used for this calculation is as follows:
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in which "F" is the boiling point in degrees Fahreineit for the point of the distillation curve giving a recovery of 50% and the "API" is the density determined at 15.56 C by "API" (Ambrican Petroleum In - stitute).
Also from an economic point of view, the initial boiling paint should be at least 76.6 C, preferably higher than 204.4 C and even higher than 287.7 C. It is preferable that the density is also high
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as possible, at least greater than 0.9042, preferably greater than 1.000, and more preferably still equal to 1.0366 and greater.
The best initial charge preferably has a low carbon residue and a low content of products insoluble in pentane, this content being less than 5% by weight for petroleum oils and less than 10% by weight for petroleum oils. coal tars.
The oxygen and / or nitrogen content of the initial charge appears to reduce yield only and have no effect on quality. Sulfur is not deleterious in a carbon black from a quality standpoint, but unusually large amounts in the black can determine corrosion of the production plant. It is therefore commercially desirable to use an initial charge having a sulfur content of less than 3% by weight, preferably less than 1% by weight.
The ash content should be low and generally less than 0.5% by weight, - preferably less than 0.2% by weight, so as not to determine the melting of the refractory bricks in the furnace for the production of black. carbon, because the effect of ash on the black quality is weak or even zero, but it tends to melt the refractory bricks of the furnace. The viscosity is irrelevant except from a mechanical point of view with regard to the difficulties of circulation by pumping and spraying.
Of course, it is possible to use crude oil fractions from the first distillation or their aromatic constituents obtained by selective extraction by means of a solvent, when they have the pre-requisite qualities.
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mentioned above, but in general they do not possess some of these preferred qualities, so that although black can be obtained with these substances, they are not preferred as a filler for the manufacture of carbon black.
As an example of a preferred residual initial charge is an atomized spray of a normally liquid hydrocarbon in which the hydrogen: carbon atomic ratio is less than 1.5 and is preferably between 0.75 and 1.25, the average molecular weight being greater than 140 and preferably being between 225 and 550, the density being greater than 0.9340 and, preferably greater than 1.00, the viscosity being low enough to allow circulation, but usually being above 0.280 to 99 ° C, and the Conradson carbon residue being small but still being able to exceed 1.5% by weight or even 3% by weight.
As an example of a preferred initial charge consisting of a distillate, it is mentioned that a recycle gas oil which is obtained in a cracking process and whose density is between 0 and 0 can be used. 9593 and 0.9042, the initial boiling point is between 204 and 316 C and the final boiling point is between 316 and 427 C. The carbon residue is generally low, for example of 0.2%, although it is not critical.
The hydrocarbon feed flowing in line 8 may be in the form of a liquid or a gas; if it is in liquid form, vaporization may occur in heat exchanger 9. If it reaches reactor 7 mainly in liquid form, it must be sprayed into the reactor, but if it is in liquid form. a liquid or gas when it
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is injected, it vaporizes rapidly inside the reactor and the reaction is identical. It is preferable, although not essential, to preheat the hydrocarbon constituting the initial charge. If desired, the preheating can be suppressed by deflecting the load to send it into duct 12.
In order to obtain the heat necessary for the incomplete combustion and / or the pyrolysis of the feed hydrocarbon in the reactor, with a view to its conversion into carbon black, it is necessary to send through a line 13 a appropriate quantity of gas containing free oxygen, generally air, which is preferably preheated by indirect heat exchange in heat exchanger 13, which exchanger the gas can bypass by circulating in the duct 16, as preheating is not essential.
The air coming from the duct 13 is injected into the reactor 7 through one or more ducts 17, 18, 19 and 21, preferably as shown, and preferably a part of the air is injected through a duct 22 in the form of 'an annular current surrounding the charge injected into the conduit 8, in order to reduce the deposition of carbon black around the inlet orifice.
The carbon black formation reaction can be carried out by incomplete combustion of a portion of the hydrocarbon feedstock in the air supplied to the reactor; however, when a less expensive fuel is available, it can be introduced through the duct
23 and preheat it, preferably by indirect heat exchange in the heat exchanger 24, or it can be bypassed this heat exchanger by making it circulate in the duct 26, and the fuel can then be injected into the heat exchanger. the furnace so that it burns countably with the air and provides the heat necessary for the pyrolysis of the charge, in which case a greater quantity
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tity of the filler is transformed into carbon black and.
a smaller amount is burnt in the process.
Preheating the air, the feed and / or the fuel further tends to reduce the amount of feed burnt in the process and therefore improves the carbon black yield, in kg per m 3 of the feed.
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Bpl1 "('' ') Am, rb, 1 -4 es" "- -nnés.¯ 1 ..- eîp-" ".r:;: previously as an initial charge constituting the source of carbon black could also However, the preferred tangentially introduced liquid fuels have a final boiling point of less than 399 ° C and are low in aromatic constituents.
A low aromatics content and a low final boiling point, as mentioned, give good fuel characteristics, such as complete and rapid combustion and low carbon deposition in the fuel. the burners.
Since the tangentially introduced fuel is preferably completely burnt to provide heat, its quality is relatively unimportant with respect to the initial charge and any fuel oil or any fuel can generally be used. combustible gas available.
As the initial charge of hydrocarbon and combustibon gases progress through the furnace towards line 11, the hydrocarbon is dehydrogenated and pyrolyzed to form carbon black, and when this black is sufficiently free of its tar it is desirable to provide cooling in order to prevent further reaction.
Although this can be achieved by cooling the smoke flowing in the duct 11 by means of the heat exchangers 9, 24 and 14, it is preferred. be able to achieve faster cooling, preferably
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rence by injecting water coming from a conduit 27 inside a conduit 28 opening into the reactor chamber, this water being sent in the form of a spray to a point where the carbon black has been rid of its tar by the reaction. This primary cooling substantially terminates the reaction, although changes
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small increments continue to occur ". UC! f'11 t when the secondary feedback has taken place in 33.
Although a single reactor 7 has been shown, it is usual to collect the smoke leaving several reactors and to combine the smoke streams with the smoke circulating in the duct 11 by sending them into the latter through the ducts 29 and 31.
The smoke circulating in the duct 11 is, in general, too hot for the fabric constituting the bags of the bag filter 32, so that it is preferably passed into a secondary chamber 33 for sudden cooling. If the cooling which takes place in the duct 11 by means of the heat exchangers 9, 14 and 24 and if the atmospheric cooling in the duct 11 is sufficient, then the sudden cooling chamber 33 can be suppressed, and the smoke flowing through duct 11 can be sent directly into duct 34. However, the cooling chamber 33 is preferably used, especially in summer, since the smoke flowing through duct 11 is then much hotter than it is. winter.
It is preferable to try to keep the temperature of the smoke circulating in the duct 34 at a constant value throughout the year by measuring its temperature at 36 by means of a temperature recording and regulating device 37, which controls a valve 38 by which water from line 27 is introduced through a nozzle 39 in an appropriate quantity suitable for maintaining this temperature constant. We choose for the temperature
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constant a value high enough so that the bag filter 32 is maintained at a temperature above the dew point of the gases leaving the furnace, which is about 80 C, but it must also be low enough so that these gases do not damage not the fabric of the filter bags.
This last temperature depends on the material
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commommr '- = -' "- -L" i - - ", - - - - .. 1 .. - OMBAM wwwmmlbffl-- glass cloth yarn, the temperature in the bag filter can reach up to 316 C, with a temperature of approximately 260 C being preferred, but with plastic bags a lower temperature is essential to prevent damage, for example a temperature below 149 C is often appropriate.
In addition, it has been found that it is useful to provide a baffle 41 in the sudden cooling chamber 33 to separate the foreign bodies from the smoke coming out of the furnace and coming from the duct 11. These foreign bodies essentially comprise of very small pieces of ceramic material or carbonaceous foreign bodies existing as impurities in the initial charge or caused by poor spraying, impact of the initial charge on the furnace wall and its temporary deposit thereon. ci, or rust scales from steel parts of the installation, or in certain cases, salts deposited from the cooling water evaporated from line 28 and which come off from time to time walls of the reactor 7 or of the pipe 11.
These foreign bodies would be detrimental to the quality of the carbon black, but fortunately the specific weight of the latter is higher and it is easily separated by downward circulation through the conduit 45, the valve 42 being periodically opened for this purpose. When necessary, the removal of foreign matter can be facilitated by adding appropriate amounts of water per
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conduits 43 and / or 44, in which case the foreign bodies exit in the form of an aqueous slurry.
Although not essential in the present invention, it is economically advantageous to recover the carbon black which can be spread on the floor of the installation. This carbon black can be
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placed in a r6m40 J.A A'm. orally or periodically in the duct, via a star valve 47. The duct 48 receives the smoke from the duct 11 via a valve 49 when the latter is open, and the smoke as well as the entrained carbon black which passes through the valve 47 mounted in the duct 48 can be returned to the system by means of the compressor 51 which has the effect of breaking up the agglomerated masses which could be in the black of carbon from hopper 46.
Depending on the condition of the carbon black placed in hopper 46, it is returned to the system through conduits 52, 53 or 54. If it is suspected that they are foreign matter, it is returned through the system. intermediate duct 52; if it is very thin and requires agglomeration, it is returned through conduit 53, or else, if it is perfectly agglomerated, it can be returned through conduit 54.
The carbon black-containing smoke flowing through duct 34 still contains most of its black in the form of very fine particles, as only a very small amount of agglomeration has occurred on passing through the duct. duct 11, the heat exchangers 9.24 and 14, and the secondary cooling chamber 33. Before sending this smoke containing carbon black into the duct 56 leading to the filter bags 32, it is necessary to agglomerate these very fine particles to form larger particles, and for this purpose they are sent to the ag-
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glomeration 57.
The average diameter of the black particles entering this device 57 is approximately 10 microns, while the average diameter of the agglomerated carbon black particles exiting the agglomeration device through the conduit 56 is much larger, the diameter. of some of the latter particles up to 3.17 mm.
The smoke flowing through the duct 56 is sent directly from the agglomeration device 57 to the xacs filter 32. The bag filter is conventional and includes a carbon black filter housing 58 which has a partition 59 formed by a plate and dividing it. the housing in an inlet chamber 61 and a gas outlet chamber 62. Plate 59 has a multitude of perforations 03 which are covered by fabric bags 64 made of any fabric known in the prior art, the preferred fabric being made of fiberglass and a less preferred fabric being made of fiberglass. certain heat resistant fiber, such as plastic fibers such as. the material "Orlon" (trade mark designating a high melting point synthetic polyacrylonitrile fiber).
You can use any classic device for! shaking the bags 64 periodically or continuously, such as an electric motor 66 having an eccentric counterweight 67 mounted on the housing 58 to shake the entire assembly, including the bags 64. Many other kinds of structures can be used, the filter A bag consisting essentially of a screen of some kind, such as that shown at 64, which separates the carbon black from the gas contained in the smoke. The smoke enters the chamber 61 and the gas contained therein passes through the bags 64 and leaves the chimney 68 from where it is sent into the atmosphere or else into a system where it is used as combustion gas. tible or as synthesis gas to prepare other compounds
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posed.
It can be recycled as fuel through line 23, although this is not preferred. The carbon black is obtained in the form of a deposit on the internal face of the bags 64 from where it falls to the bottom of the chamber 61 from where it is extracted periodically or continuously by means of a star valve. 69. Because the carbon black particles are larger due to agglomeration, the deposit formed on the inner wall of the filter bags! 04 is porous and slightly adheres to bags 64, so that it does not penetrate the fabric or prevent the passage of gases, and is easily removed by jolting or back circulation of the gas through the fabric, from where it falls to the bottom of chamber 61.
The representation of the bag filter 32 has been simplified, but it seems obvious that any conventional bag filter could be used. In the presently designed installation, instead of giving the compartments a hexagonal shape, they could be made square and arranged in a straight line (not shown).
However, as pointed out above, the essential feature of the bag filter is that it is formed from some kind of screen, like filter bags 64, so that a representation simplified is sufficient. As stated above, it is possible to determine a reverse flow of gases to remove the black from the bags. Shaking of glass fabric bags is not preferred because it somewhat shortens their life.
The preferred form of agglomeration device 57 has been shown in detail in FIGS. 2 and 3. This device comprises a substantially cylindrical body 71 comprising an intake duct 72 for the smoke containing the carbon black, which duct communicates. tangentially with the cylindrical body in the vicinity of a first
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st end 73 thereof. The body 71 has a single sorting duct 74 which communicates axially with the cylindrical body at said end 73, this outlet duct preferably extending inside the body at 76 at least as far from the end 73 than the intake duct 72, to delimit an annular space
77 between the cylindrical body 71 and the outlet duct
74.
The cylindrical body 71 forms a substantially cylindrical chamber spaced from the end 76 of the outlet duct 74, although this substantially cylindrical chamber may include a chamfered portion 78 and a closure plate 79 in order to save material. This cylindrical body may be supported by suitable supports 8, and may have a drain plug 82 which may be used in emergency cases. In normal operation, the drain plug is never opened, because there is normally never anything to drain.
It has been observed that the carbon black particles all exit through the outlet duct 74, whether the inlet duct 72 is at the upper part as shown in Figure 3 or at the bottom as shown in Figure 4. , or that the axis of the agglomeration device is arranged vertically with the outlet opening 7L oriented downwards as shown in FIG. 5 or upwards as shown in FIG. 6. The variant shown in FIG. 6 is preferred. Figures 2 and 3, because it is more convenient to assemble and maintain and because the vibrations are less, the support of the conduits is better and there is space for thermal expansion.
Although they have been conventionally shown in Figure 1 in the form of single lines, the conduit 34 is preferably a conduit of substantially uniform cross section and substantially identical to that of the conduit 72,
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and the conduit 50 is preferably a conduit of substantially uniform cross section and substantially equal to that of the outlet conduit 74.
The diameter and length of the agglomeration device 57 are not critical provided that the velocity of the smoke flowing therein is sufficient to determine agglomeration under the effect of centrifugal force. The general proportions of the elements should be approximately maintained when constructing larger or smaller agglomeration devices. The size depends on the size of the load and, for an installation comprising five reactors 7, an agglomeration device of about 3 m in diameter and about 3 m in length is preferred. For all sizes of agglomerating devices, a minimum speed of 9.10 meters / second and a maximum speed of 18.2 meters / second are preferably maintained, and the speed is preferably maintained at 15 ; 20 meters / seconds.
Not much of the agglomeration advantage is obtained by using a higher speed; in fact, for a speed between 18.30 and 21.30 meters / second, the action becomes violent and breaks up the agglomerated particles formed, so that global agglomeration does not occur.
For speeds of less than 9.10 meters / second, the process does not ensure such efficient agglomeration; in fact, at a speed of between 6 and 9.10 meters / second, the agglomeration ceases to be of significant importance.
A pressure drop corresponding to approximately 76.2 mm of water (0.007 g / cm 2) is satisfactory. In addition to the centrifugal force exerted in the cylindrical body, the sudden reversal of the direction of circulation necessary to enter the outlet duct 74 increases the degree of agglomeration.
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The size of the bag filter can vary widely, but for optimum performance it should preferably be large enough so that a volume of gas of 2.15 to 6.10 dm3 / minute passes through each dm2 of gas. filter cloth 64 and the preferred flow rate is 3 dm3 per minute per dm2 of filter cloth, although one can
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use a smaller bag with greater pressure drop and substantially equal efficiency.
Although all of the carbon black is collected in chamber 61, it has been found that due to the friable and porous nature of the carbon black displeasure which is due to the fact that it contains large amounts of black agglomerated, an area of the bag filter 64 greater than that required should not be used when most of the carbon black has already been removed by the cyclone separators, as in the prior art processes. With many types of carbon black, the present invention requires a smaller face.
While satisfactory results can be obtained when the present invention is practiced with any filter bag material known in the prior art, it is preferred to meet the following specifications to achieve superior separation.
The glass filaments used in the warp of the bag fabric should be about 1200 denier, and the weft filaments are made from a spun glass yarn of about 2700 denier. There are 48 strands / 25mm in the chain and 22 strands / 25mm in the weft. The preferred weave is a 2 x 2 twill. The fabric should have a burst strength of about 28 kg / cm2 as a minimum and a premeability of 122 to 183 dm3 / minute / dm2 under a difference of. pressure of 12.7 mm of water to the right of the fabric.
<Desc / Clms Page number 21>
Although any carbon black filter bags could be used, cylindrical bags 139.7 mm in diameter and 3.20 m long were used as well as bags 292.1 mm in length. diameter and 7.7 m long with a metal cap end (not shown) suspended from a rack (not shown) in the
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bag filter housing. These dimensions are not critical: s, ôn "": can uc..1..1. -and "C1es a.I.i .. ... r. quex, ôé 'can aA.er aes> acn pius' petiL> pxùs large.
CLAIM3.-
1.- Process for separating the carbon black from the smoke coming out of a carbon black production furnace, characterized in that the smoke containing carbon black is sent into an agglomeration device where they are agglomerated. particles suspended in this smoke to form larger particles under the effect of centrifugal force, without separating these particles from the smoke and in that this smoke is sent directly through a filter screen to separate the smoke from the particles abutment of carbon black which are agglomerated.