BRPI0510675B1

BRPI0510675B1 - método para fabricar um produto de negro de fumo

Info

Publication number: BRPI0510675B1
Application number: BRPI0510675A
Authority: BR
Inventors: Marie Terrade Francois; T Gaudet Gregory; b davis Sheldon; L Sifleet William; E Kutsovsky Yakov
Original assignee: Cabot Corp
Priority date: 2004-05-04
Filing date: 2005-05-03
Publication date: 2017-03-28
Also published as: CN1981001B; ES2341262T3; TW200613467A; JP2007536407A; CA2565807A1; PL1765934T3; ATE461251T1; MY143577A; EP1765934A2; WO2005108504A2; JP2013136782A; BRPI0510675A; DE602005020009D1; WO2005108504A3; KR20070005022A; RU2006139062A; JP5775106B2; RU2347794C2; TWI376402B; CA2565807C

Abstract

método para fabricar um produto de negro de fumo, e negro de fumo. trata-se de métodos para produzir negro de carbono em uma reação de múltiplos estágios. ainda descrito, é um negro de fumo formado através de processos.

Description

MÉTODO PARA FABRICAR UM PRODUTO DE NEGRO DE FUMO

[001] Esse pedido reivindica beneficio de acordo com o Titulo 35 do U.S.C. §120 do Pedido de Patente anterior N2 U.S. 10/838.530, depositado em 04 de Maio de 2004, o qual é integralmente incorporado por referência no presente.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A presente invenção refere-se ao negro de fumo e aos processos para fabricar o negro de fumo. Mais particularmente, a presente invenção se refere às formas únicas de negro de fumo e a diversos processos para formar negro de fumo em estágios múltiplos.

[003] A presente invenção refere-se à produção de negro de fumo tal como negros de fumo da fornalha que possuem muitas aplicações importantes, tal como cargas, pigmentos, e agentes de reforço, em borrachas e plásticos. Em geral, o processo de fornalha para preparar esses negros exige a quebra e/ou combustão incompleta de uma matéria-prima de hidrocarboneto tal como gás natural ou estoque de ciclo de quebra catalítico em uma zona de conversão fechada para produzir negro de fumo. O negro de fumo entranhado nos gases que emanam a partir da zona de conversão é, então, extinto e coletado por qualquer meio adequado usado de forma convencional na técnica. No entanto, isto tem sido muito custoso para produzir negro de fumo tendo uma grande área de superfície com estrutura aumentada.

[004] A Patente U.S. 5.190.739 de MacKay et ai. Refere-se, em partes, à um processo para preparar negros de fumo que possuem estrutura menor que o normal em uma dada área de superfície e uma área de superfície menor que o normal em um dado nível de combustão total. O processo pode envolver o uso de uma fornalha de estágios múltiplos onde uma segunda fonte de hidrocarbonetos é adicionada à corrente de gases de primeiro estágio quentes. Determinadas modalidades da patente '739 também se referem ao uso de potássio para fazer negros de fumo de estruturas pequenas. No entanto, a quantidade de hidrocarbonetos auxiliares usados na patente '739 são quantidades consideravelmente menores que no primeiro estágio. Ademais, a patente '739 pode, opcionalmente, usar combustível adicional e/ou oxigênio para alcançar combustão adicional na introdução de hidrocarbonetos auxiliares. Em adição, não há diferença de zona de temperatura significante entre a zona onde a primeira matéria-prima é introduzida e a zona onde a matéria-prima auxiliar é introduzida na patente '739.

[005] Na Patente número U.S. 4.383.973 de Cheng, esta patente refere-se a um processo que envolve dois reatores de negros de fumo em sequência, onde um dos reatores é para um negro de fumo de estrutura grande e o segundo é para um negro de fumo de estrutura pequena. Em uma figura da patente '739, os reatores são, de forma aparente, conectados juntos, em sequência. No entanto, nesse processo, ar adicional e combustível são introduzidos à segunda matéria-prima e não há diferença de temperatura significante entre as duas zonas de introdução de matéria-prima. Ademais, não ocorre a extinção parcial antes da extinção completa. A patente '973 atesta, adicionalmente, que não ocorre a extinção entre as primeira e segunda zonas que formam negro de fumo e subsequente 10 ppm e mais potássio pode ser introduzido na alta zona de estrutura. Ademais, com a grande combustão que ocorre cada zona de introdução de matéria-prima, não havería nenhuma diferença de zona de temperatura significante entre o primeiro negro de fumo de estrutura grande é formado e a zona onde o negro de fumo de estrutura pequena é formado.

[006] Na patente número U.S. 4.976.945, um processo para a produção de negro de fumo é descrito onde usa diversas quantidades de metal alcalino, tal como potássio, em um reator de negro de fumo a fim de regular a estrutura. A patente '945 confirma que um composto de metal alcalino e/ou um composto de metal alcalino terroso podem ser adicionados em uma quantidade de 500 a 50.000 ppm com relação ao material de partida de hidrocarboneto. A patente '945 não se refere a um processo de formação de negro de fumo de estágios múltiplos e mostra que não ocorre a extinção parcial antes da extinção completa. A patente '945 atesta, adicionalmente, que um composto de metal alcalino é, em um aspecto particular, eficaz para a produção de negro de fumo onde a absorção de DBP é de, no máximo, 90 cm3/100g.

[007] A patente número U.S. 4.822.588 de Gravely et al. refere-se a um reator de negro de fumo que possui uma primeira zona de reação e uma segunda zona de reação que é conectada em série. Nesse processo, no segundo estágio, introduz-se uma matéria-prima carbônica para formar uma segunda mistura de reação. Nesse processo, o objetivo não formar, substancialmente, negro de fumo na primeira zona de reação. Ainda, o processo não usou um metal alcalino ou metal alcalino terroso.

[008] Consequentemente, há uma necessidade de proporcionar um processo melhor e atualizado para preparar negros de fumo que apresentam estrutura melhorada e aumentada com a área de superfície aumentada.

[009] Todas as patentes e publicações mencionadas durante o presente documento são incorporadas em suas totalidades por referência no mesmo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[010] A Figura 1 é uma vista em corte transversal de um reator de negro de fumo que pode ser usado na presente invenção.

SUMÁRIO DA PRESENTE INVENÇÃO

[011] É, portanto, uma característica da presente invenção, proporcionar um método para produzir negro de fumo com uma grande área de superfície e grande estrutura.

[012] Outra característica da presente invenção, é para proporcionar um método de produção de negro de fumo que possua excelente custo-benefício.

[013] Características e vantagens adicionais da presente invenção serão descritos em partes na descrição que se segue, e, em partes, serão aparentes a partir da descrição, ou podem ser aprendidos através da prática da presente invenção. Os objetivos e outras vantagens da presente invenção serão percebidos e alcançados por meio de elementos e combinações, particularmente, apontados na descrição e reivindicações em anexo.

[014] A fim de alcançar essas e outras vantagens e, de acordo com os propósitos da presente invenção, conforme incorporado e descrito de um modo geral neste, a presente invenção refere-se a um método de fabricar um produto de negro de fumo. O método inclui a introdução de uma matéria-prima de produção de negro de fumo em um primeiro estágio de um reator de negro de fumo e a combinação de matéria-prima com uma corrente de gases quentes para formar um precursor que é, em essência, um primeiro negro de fumo e, opcionalmente, subprodutos. Então, uma segunda matéria-prima de produção de negro de fumo é, de um modo subsequente, introduzida em um precursor para, pelo menos, extinguir a corrente de reação que contém o primeiro negro de fumo e então o processo inclui extinguir completamente a fim de formar o produto de negro de fumo.

[015] A presente invenção refere-se, adicionalmente, a um processo de fabricação de produto de negro de fumo que inclui a introdução de uma matéria-prima de negro de fumo em um primeiro estágio de um reator de negro de fumo e a combinação dessa matéria-prima com uma corrente de gases quentes a fim de formar um precursor. Os percursos contêm um primeiro negro de fumo. Então, no processo, uma segunda matéria-prima de produção de negro de fumo é introduzida ao precursor, onde a segunda matéria-prima de produção de negro de fumo contém, pelo menos, 15% por peso de uma quantidade total por peso de matéria-prima de produção de negro de fumo utilizada durante todo o processo.

[016] Em adição, a presente invenção refere-se a um processo de fabricação de produto de negro de fumo que inclui a introdução de uma primeira matéria-prima de produção de negro de fumo em um primeiro estágio de um reator de negro de fumo e a combinação dessa matéria-prima com uma corrente de gases quentes para formar um precursor que contenha um primeiro negro de fumo. Assim, no processo, uma segunda matéria-prima de produção de negro de fumo é introduzida no precursor, onde nenhuma fonte oxidante e nenhuma fonte de combustível são introduzidas após a formulação do precursor.

[017] Ademais, a presente invenção refere-se a um processo de fabricação de um produto de negro de fumo que inclui a formação de um precursor que contém um primeiro negro de fumo em uma primeira zona de temperatura e então, a formação de um produto de negro de fumo a partir desse precursor em uma segunda zona de temperatura antes de uma zona de extinção. Essa primeira zona de temperatura e a segunda zona de temperatura possuem uma diferença de temperatura de 200°C ou mais.

[018] Em cada um desses processos, o processo pode incluir a introdução de pelo menos uma substância que contenha, pelo menos, um elemento do Grupo IA ou do Grupo IIA em uma ou mais posições do processo.

[019] Ainda, a presente invenção refere-se a um negro de fumo dotado de uma extensão DBP de cerca de 30 a cerca de 150 cm3/100g com um conteúdo de elemento de Grupo IA ou Grupo IIA total de cerca de 50 a cerca de 5.000 ppm. O negro de fumo pode possuir outros atributos físicos ou químicos que incluem, porém não limitam a um conteúdo do Grupo IA ou Grupo IIA lixiável, uma quantidade porosa, e uma área-t desejável, tal como uma área-t de cerca de 10 a cerca de 180 m2/g. Outras características são descritas mais adiante no presente documento.

[020] Deve-se entender que tanto a descrição geral anterior quanto à descrição detalhada a seguir são, somente, exemplificativas e explanativa e pretendem proporcionar uma explicação adicional da presente invenção, conforme reivindicado.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA PRESENTE INVENÇÃO

[021] A presente invenção refere-se a produtos de negro de fumo, assim como diversos métodos de fabricação de produtos de negro de fumo. Nas modalidades preferidas, os métodos de fabricar o produto de negro de fumo envolve o uso de um reator de negro de fumo em estágios múltiplos. Mais preferivelmente, o reator de estágios múltiplos possui pelo menos dois estágios (dois, três, quatro, ou mais estágios) onde, em geral, há pelo menos duas introduções de matérias-primas (por exemplo, dois, três, quatro, ou mais matérias-primas) ocorrendo. O produto de negro de fumo é, de preferência, um negro de fumo de fornalha.

[022] Em mais detalhes, em uma modalidade da presente invenção, a presente invenção refere-se a um método de fabricação de um produto de negro de fumo que envolve a introdução de uma matéria-prima de produção de negro de fumo em um primeiro estágio de um reator de negro de fumo. A matéria-prima de produção de negro de fumo é combinada com uma corrente de gases quentes para formar um precursor. O precursor é, ou pelo menos contém um primeiro negro de fumo. Uma segunda matéria-prima de produção de negro de fumo é então, de forma subsequente, introduzida dentro do reator de negro de fumo à jusante do primeiro estágio e essa segunda matéria-prima de produção de negro de fumo é, de preferência, introduzida na presença de precursor formado no primeiro estágio. Nesse método, a segunda matéria-prima de produção de negro de fumo extingue, pelo menos parcialmente, as reações que ocorrem. Posteriormente, a extinção completa pode ocorrer à jusante, onde as reações que formam o carbono são paralisadas por completo ou extintas e forma-se um produto de negro de fumo.

[023] Para os propósitos desse método, assim como de outros métodos descritos no presente, um reator de negro de fumo de estágios múltiplos pode ser usado, tal como os descritos na Patente número U.S. 4.383.973, Patente número U.S. 5.190.739, Patente número U.S. 5.877.251, Patente número U.S. 6.153.684 ou Patente número U.S. 6.403.695, todas as quais são incorporadas em suas totalidades por referência no presente documento. Assim, a presente invenção pode usar um processo de fornalha de estágios múltiplos.

[024] A matéria-prima de produção de negro de fumo pode ser qualquer matéria-prima de produção de negro de fumo convencional que resulte na formação de negro de fumo. Por instancia, pode-se usar qualquer material de hidrocarboneto. Uma matéria-prima adequada pode ser qualquer matéria-prima de hidrocarboneto de produção de negro de fumo que é, prontamente, volatilizável sob as condições da reação. Por exemplo, pode-se usar hidrocarbonetos insaturados, tais como acetileno; olefinas, tais como etileno, propileno, butileno; aromáticos, tais como benzeno, tolueno e xileno; determinados hidrocarbonetos saturados; e outros hidrocarbonetos, tais como querosenes, naftalinas, terpenos, tar-etilenos, estoques de ciclo aromático e outros do tipo.

[025] Com relação à corrente de gases quentes que é combinada com a matéria-prima de produção de negro de fumo, a corrente de gases quente pode ainda ser considerada gases de combustão quentes que podem ser gerados ao entrarem em contato com um sólido, liquido, e/ou combustível gasoso com uma corrente oxidante adequada, tal como, porém, não limitada, ar, oxigênio, ou outros. De forma alternativa, uma corrente oxidante pré-aquecida pode passar, sem adicionar um combustível líquido ou gasoso. Exemplos do combustível adequado para uso em contato com a corrente oxidante, a fim de gerar os gases quentes, inclui qualquer gás capaz de entrar em combustão, vapor, ou correntes líquidas, tal como gás natural, hidrogênio, monóxido de carbono, metano, acetileno, álcool, ou querosene. Em geral, prefere-se usar combustíveis que possuam alto conteúdo de componentes que contenham carbono e em particular, hidrocarbonetos. A razão de ar para combustível utilizado para produzir os negros de fumo da presente invenção podem ser a partir de cerca de 1:1 (razão estequiométrica) até infinito. Conforme iniciado, a fim de facilitar a geração de gases, a corrente oxidante pode ser pré-aquecida.

[026] O processo geral de formação de negros de fumo através do uso de um reator de estágios múltiplos e para alcançar gases quentes apropriados para formar negro de fumo, são descritos nas patentes referidas supra identificadas, as quais são incorporadas por referência no presente, e podem ser aplicadas na presente invenção com as modificações descritas no presente documento. Em uma modalidade da presente invenção, a área de superfície é maximizada ao manter alta temperatura, de preferência, após a introdução da primeira matéria-prima de produção de negro de fumo, tal como através do não resfriamento de água, mistura rápida dos gases quentes com a matéria-prima de produção de negro de fumo, e/ou extensão de mistura, e similares.

[027] A presente invenção pode ser praticada ao usar qualquer reator de produção de negro de fumo adequado. A Figura 1, por exemplo, ilustra um corte transversal de um exemplo de tal reator. Os reatores desse tipo, em geral, usam um gás de combustão que é misturado com um oxidante tal como ar. A mistura de gás é, em geral, introduzida em uma câmara de combustão e inflamada por qualquer método adequado. O fluxo de gás é da esquerda para a direita (direção A) na Figura 1. Uma vez inflamada, a mistura de gás quente pode ser movida através do reator, e trazida para entrar em contato com uma matéria-prima de hidrocarboneto adequada para produzir negro de fumo. Na Figura 1, e apenas como um exemplo, o combustível pode ser introduzido na localização 1 e o oxidante pode ser introduzido na localização 2. Outras localizações são possíveis. A primeira posição 3 (uma ou mais) é um exemplo de um ponto de introdução de uma primeira matéria-prima de produção de negro de fumo. A segunda e terceira posições 3 são exemplos de pontos de introdução de uma segunda matéria-prima de produção de negro de fumo. A posição 4 é um exemplo de uma localização adequada de um agente de extinção parcial, como a água. A posição 5 é um exemplo de uma localização adequada para a extinção completa. As linhas duplas paralelas significam que o reator pode ter qualquer comprimento. Os diversos números D representam vários comprimentos do reator. Do Dl ao D8 pode ser qualquer diâmetro adequado e pode ser o mesmo ou diferente. Por exemplo, D2 pode ser menor que Dl e D8, e Dl e D8 podem ser os mesmos ou diferentes. A zona Ll ou zona L2 são exemplos da primeira zona de temperatura, e a zona L13 é um exemplo da segunda zona de temperatura. Se um agente de extinção parcial é usado, por exemplo, no ponto 4, então a primeira zona de temperatura é, tipicamente, LI.

[028] Em geral, a matéria-prima de produção de negro de fumo pode ser injetada em um reator por uma pluralidade de correntes 3 (em L-2), mostrada na Figura 1, que penetra dentro das regiões interiores da corrente de gás de combustão quente, a fim de garantir uma alta taxa de mistura e compartilhamento de gases de combustão quentes e de matéria-prima de produção de negro de fumo. Isso garante que a matéria-prima se decompõe e converte-se, rápida e completamente, em um material de negro de fumo.

[029] O precursor formado nos métodos descritos no presente contém um primeiro negro de fumo e pode conter outros componentes, tais como combustível inutilizado ou oxidantes ou produtos de combustão e podem, ainda, conter outros componentes, tais como, porém sem se limitarem, substâncias inorgânicas, metais, sais, e óxidos de metais. Em primeiro lugar, o precursor é um produto de negro de fumo. Por exemplo, 80 a 99% e, mais preferivelmente, 95% a 99% ou maior (por exemplo, 100%) por peso do precursor é negro de fumo.

[030] Com relação à introdução subsequente de uma segunda matéria-prima de produção de negro de fumo para o precursor que contém o primeiro negro de fumo, esta segunda matéria-prima de produção de negro de fumo é adicionada a jusante do primeiro estágio em uma quantidade para pelo menos extinguir parcialmente as reações que ainda ocorrem a partir do primeiro estágio. Para os propósitos da presente invenção, a extinção parcial das reações significa que esta introdução da segunda matéria-prima de produção de negro de fumo não é uma extinção completa das reações, porém extingue uma parte das reações. De preferência, a introdução da segunda matéria-prima de produção de negro de fumo não extingue as reações por completo. A segunda matéria-prima de produção de negro de fumo pode ser do mesmo tipo da matéria-prima ou uma matéria-prima diferente da matéria-prima de produção de negro de fumo introduzida no primeiro estágio.

[031] As patentes supra identificadas proporcionam diversos negros de fumo que formam condições e quantidades de partida que podem ser usadas na formação do precursor.

[032] A matéria-prima de produção de negro de fumo introduzida em qualquer um dos estágios pode ser introduzida em qualquer modo convencional, tal como uma corrente única ou uma pluralidade de correntes e a introdução das matérias-primas pode ocorrer em qualquer taxa. Com uma pluralidade de correntes, as taxas para cada corrente podem ser a mesma ou diferente.

[033] De preferência, a introdução subsequente da matéria-prima de produção de negro de fumo para o precursor é feita através de uma pluralidade de correntes. Qualquer maneira, na qual a segunda matéria-prima de produção de negro de fumo possa ser introduzida, pode-se usar.

[034] Depois que a mistura de gases de combustão quentes e a matéria-prima de produção de negro de fumo forem extintas, os gases refrigerados passam à jusante dentro de qualquer meio de refrigeração e separação convencionais, através do qual o negro de fumo é recuperado. A separação do negro de fumo da corrente de gás é realizada prontamente através de meios convencionais, tais como um precipitador, separador ciclônico ou saco de filtro. Com relação à extinção completa das reações, para formar o produto de negro de fumo final, qualquer meio convencional para extinguir a reação à jusante da introdução da segunda matéria-prima de produção de negro de fumo, pode ser usado e é conhecido pelos versados na técnica. Por instância, pode-se injetar um fluido de extinção que pode ser água ou outro fluido adequado, a fim de paralisar a reação química.

[035] Em uma modalidade da presente invenção, o método inclui, adicionalmente, a introdução de pelo menos uma substância que é ou que contenha pelo menos um elemento do Grupo IA ou do Grupo IIA (ou íon do mesmo) da Tabela Periódica. De preferência, a substância contém pelo menos um metal alcalino ou metal alcalino terroso. Os exemplos incluem lítio, sódio, potássio, rubídio, césio, frâncio, cálcio, bário, estrôncio, ou rádio, ou combinações dos mesmos. Qualquer mistura de um ou mais destes elementos podem estar presentes na substância. A substância pode ser um sólido, solução, dispersão, gás, ou qualquer combinação dos mesmos. Mais de uma substância que possui o mesmo ou metal do Grupo IA ou do Grupo IIA diferentes, pode ser usada. Se múltiplas substâncias são usadas, as substâncias podem ser adicionadas juntas, separada, sequencialmente, ou em localizações de reação diferentes. Para os propósitos da presente invenção, a substância pode ser o metal propriamente dito (ou íon de metal), um composto que contenha um ou mais destes elementos, inclusive um sal que contenha um ou mais destes elementos, e outros. De preferência, a substância é capaz de introduzir um metal ou ion de metal na reação que está em andamento para formar um produto de negro de fumo. Para os propósitos da presente invenção, de preferência, a substância é introduzida antes da extinção completa, conforme descrito acima. Por exemplo, a substância pode ser adicionada a qualquer ponto antes da extinção completa, inclusive antes da introdução da matéria-prima de produção de negro de fumo no primeiro estágio; durante a introdução da matéria-prima de produção de negro de fumo no primeiro estágio; depois da introdução da matéria-prima de produção de negro de fumo no primeiro estágio; antes, durante ou logo após a introdução da segunda matéria-prima de produção de negro de fumo para o precursor; ou qualquer etapa após a introdução da segunda matéria-prima de produção de negro de fumo, porém antes da extinção completa. Pode-se usar mais de um ponto de introdução de substância. De preferência, a introdução de substância é antes da introdução de uma segunda matéria-prima de produção de negro de fumo e/ou durante ou logo após a introdução da matéria-prima de produção de negro de fumo no primeiro estágio. A quantidade de metal que contém a substância do Grupo IA ou do Grupo IIA pode ser qualquer quantidade, contanto que possa formar um produto de negro de fumo. Por exemplo, a quantidade de substância pode ser adicionada em uma quantidade, de tal modo que 2 00 ppm ou mais do elemento do Grupo IA ou do Grupo IIA esteja presente no produto de negro de fumo formado por último. Outras quantidades incluem de cerca de 200 ppm a cerca de 5000 ppm ou mais e outras extensões podem ser de cerca de 300 ppm a cerca de 1000 ppm, ou de cerca de 500 ppm a cerca de 1000 ppm do elemento do Grupo IA ou do Grupo IIA presente no produto de negro de fumo que é formado. Esses níveis podem ser com relação à concentração de íon de metal. Conforme constatado, essas quantidades de elemento do Grupo IA ou do Grupo IIA presentes no produto de negro de fumo que é formado pode ser com relação a um elemento ou mais de um elemento do Grupo IA ou do Grupo IIA, e seria, portanto, uma quantidade combinada de elementos do Grupo IA e do Grupo IIA presentes no produto de negro de fumo que é formado. A substância pode ser adicionada de qualquer maneira inclusive qualquer meio convencional. Em outras palavras, pode-se adicionar a substância na mesma forma que se introduz uma matéria-prima de produção de negro de fumo. Pode-se adicionar a substância como um gás, líquido, ou sólido, ou qualquer combinação dos mesmos. Pode-se adicionar a substância em um ponto ou diversos pontos e pode ser adicionada como uma única corrente ou uma pluralidade de correntes. Pode-se misturar a substância na matéria-prima, combustível, e/ou oxidante antes ou durante a introdução dos mesmos.

[036] Um método através do qual uma substância que contém pelo menos um elemento do Grupo IA ou do Grupo IIA, tal como, por exemplo, potássio pode ser introduzido na matéria-prima através da incorporação de substância na matéria-prima. Na combustão, os íons de metal podem tornar-se incorporados de maneira uniforme dentro do negro de fumo. A mudança de íons de metal proporciona uma força repulsiva entre as partículas individuais de negro de fumo. Essa força repulsiva pode evitar que as partículas se agreguem, então reduzir a estrutura geral do negro de fumo.

[037] A aplicação de matéria-prima adicional às partículas de negro de fumo pré-existentes pode ser repetida várias vezes até que cesse a reação da matéria-prima de negro de fumo. A todo tempo adiciona-se matéria-prima adicional, a temperatura de toda a mistura de reação, em geral, cai, e as aumenta-se o tamanho das partículas de negro de fumo. Dessa forma, a matéria-prima pode agir como um agente de extinção para o resfriamento do negro de fumo.

[038] Em outra modalidade da presente invenção, a presente invenção ainda refere-se a um método de fabricar um produto de negro de fumo onde se introduz uma matéria-prima de produção de negro de fumo em um primeiro estágio e combinada com uma corrente de gases quentes a fim de formar um precursor. Ademais, introduz-se, subsequentemente, uma segunda matéria-prima de produção de negro de fumo à jusante do precursor. Assim, esse método é, até este ponto, igual à modalidade supra descrita e, portanto, as mesmas condições e exemplos iriam aplicar a esse processo. Além disso, nesse processo, a segunda matéria-prima de produção de negro de fumo contém pelo menos 15% por peso de uma quantidade total de matéria-prima de produção de negro de fumo utilizada durante todo o processo. A segunda matéria-prima de produção de negro de fumo pode conter de cerca de 15% por peso a cerca de 80% por peso de uma quantidade total de matéria-prima de produção de negro de fumo durante todo o processo. Outras extensões incluem de cerca de 25% a cerca de 70% ou de cerca de 30% a cerca de 60% por peso da quantidade total por peso da matéria-prima de produção de negro de fumo utilizada durante todo o processo. A introdução da segunda matéria-prima de produção de negro de fumo pode ser introduzida em dois ou mais segmentos, ou estágios onde os segmentos podem estar à jusante do primeiro segmento. Isso é um pouco diferente dos processos de estágios múltiplos anteriores onde qualquer subsequente introdução de uma matéria-prima de produção de negro de fumo seria de uma quantidade muito pequena, tal como na ordem de 10% por peso ou menor. Essa grande quantidade da segunda matéria-prima de produção de negro de fumo leva a produtos de negro de fumo beneficentes, conforme serão descritos mais adiante. Ainda, essa quantidade de negro de fumo pode servir com uma extinção parcial das reações que ocorrem.

[039] Conforme descrito nesse primeiro processo, uma substância que é ou contém um elemento do Grupo IA ou do Grupo IIA ou ion do mesmo pode ser adicionada na mesma forma, como supra descrito. Esses detalhes descritos acima se aplicam igualmente aqui.

[040] Em outra modalidade da presente invenção, a presente invenção refere-se a um processo de fabricar um produto de negro de fumo onde introduz-se uma primeira matéria-prima de produção de negro de fumo em um primeiro estágio e combinada com uma corrente de gases quentes para formar um precursor, conforme relacionado aos primeiro e segundo processos supra descritos. Uma segunda matéria-prima de produção de negro de fumo é, então, introduzida ao precursor e nesse processo, nenhuma fonte oxidante e nenhuma fonte de combustível são introduzidas depois da formação do precursor. Assim, nesse processo, qualquer fonte oxidante e/ou fonte de combustível são somente introduzidas antes da introdução da primeira matéria-prima de produção de negro de fumo ou durante a introdução da primeira matéria-prima de produção de negro de fumo. Mais uma vez, isso é um pouco diferente dos processos anteriores onde, tipicamente, se introduz-se uma segunda matéria-prima de produção de negro de fumo; adiciona-se combustível suficiente e uma fonte oxidante para promover pirólise suficiente da segunda matéria-prima de produção de negro de fumo. Novamente, como com os processos anteriores, pelo menos uma substância que contém metal do Grupo IA ou do Grupo IIA pode ser introduzido na mesma maneira, conforme descrito acima e esses detalhes se aplicam igualmente aqui.

[041] Em outra modalidade da presente invenção, a presente invenção refere-se a um processo de fabricar um produto de negro de fumo onde um precursor que contém um primeiro negro de fumo é formado em uma primeira zona de temperatura de um reator de negro de fumo e, então, pode-se introduzir no precursor uma matéria-prima de produção de negro de fumo. O método, então, envolve formar um produto de negro de fumo em uma segunda zona de temperatura que é localizada antes de uma zona de extinção. Nesse processo, a primeira zona de temperatura e a segunda zona de temperatura possuem uma diferença de temperatura de 200°C ou mais, e de preferência, de 300°C ou mais. Extensões adequadas com relação à diferença de temperatura podem ser, por exemplo, de cerca de 200°C a cerca de 900°C ou de cerca de 400° a cerca de 700°C. Pode-se usar outras extensões de temperaturas com relação à diferença de temperatura. Em geral, com relação a essa diferença de temperatura, a primeira zona de temperatura possui a temperatura mais alta e a segunda zona de temperatura possui a temperatura mais baixa, assim, criando a diferença de temperatura, muito embora isso seja somente uma modalidade preferida. A diferença nas temperaturas pode alcançar qualquer quantidade de formas, tal como ao evitar qualquer introdução seguinte de gases de combustão ou ao evitar ou diminuir a formação de gases de combustão na segunda zona de temperatura. Outros meios para alcançar essa diferença podem ser usados. Mais uma vez, conforme com as modalidades anteriores, umas substâncias que contêm metal do Grupo IA ou do Grupo IIA pode ser usado e introduzido da mesma forma, como descrito acima e, os detalhes conforme estabelecido acima se aplicam igualmente aqui. De preferência, introduz-se a substância que contém metal do Grupo IA ou do Grupo IIA na primeira zona de temperatura ou pelo menos antes da zona de extinção. Como uma opção, a substância que contém metal do Grupo IA ou do Grupo IIA pode ser introduzido durante, ou antes ou tanto durante quanto antes da formação do precursor. Em adição, nesse processo, uma matéria-prima de produção de negro de fumo pode ser introduzida ao precursor.

[042] Com respeito aos processos acima, uma ou mais características dos processos podem ser usadas em um processo único. Por exemplo, pode-se usar a segunda matéria-prima de produção de negro de fumo para extinguir parcialmente e a primeira e a segunda diferenças de zona de temperatura podem ser de 200°C ou mais. Qualquer combinação das características de processo, conforme descritas no presente, podem ser combinadas.

[043] Nas modalidades que envolvem alcançar uma diferença na temperatura de 200°C ou mais com relação à primeira zona de temperatura e à segunda zona de temperatura, e em qualquer outra das modalidades descritas no presente, pode-se usar qualquer meio para reduzir a temperatura entre as zonas de temperatura ou zonas onde a primeira matéria-prima de produção de negro de fumo é introduzida comparado com onde a segunda matéria-prima de produção de negro de fumo é introduzida. Por exemplo, pode-se usar um invólucro ao redor do reator (ou partes do mesmo) onde introduz-se a segunda matéria-prima de produção de negro de fumo ou depois disso. Na alternativa, ou em combinação, pode-se introduzir a corrente nesse ponto. Em adição, ou na alternativa, outros agentes de extinção, tais como nitrogênio, água, ou outros agentes de extinção adequados, podem ser usados para alcançar uma redução na temperatura no ponto onde a segunda matéria-prima de produção de negro de fumo é introduzida ou por conseguinte. De preferência, não há invólucro de água ou outros dispositivos de extinção ou meios na primeira zona de temperatura em qualquer das modalidades da presente invenção e de preferência, qualquer extinção ocorre logo antes, durante, ou logo após a introdução da segunda matéria-prima de produção de negro de fumo.

[044] Ademais, com relação aos processos acima, de preferência, no primeiro estágio onde a primeira matéria-prima de produção de negro de fumo é introduzida, o objetivo é aumentar a área da superfície. Por exemplo, no primeiro estágio, é operado, preferivelmente, para alcançar uma área de superfície alta tal como de cerca de 100 a cerca de 400 m2/g, baseado em BET.

[045] Em uma modalidade da presente invenção, a primeira matéria-prima de produção de negro de fumo que forma o precursor é coberta pela subsequente matéria-prima de produção de negro de fumo que vaporiza e cobre o precursor.

[046] Os produtos de negro de fumo vantajosos podem ser formados, por exemplo, um negro de fumo dotado de uma extensão DBP de cerca de 120 a cerca de 150 cm3/100g com um conteúdo de metal do Grupo IA ou do Grupo IIA total de cerca de 50 a cerca de 150 ppm pode ser formado. Outras extensões DBP incluem de cerca de 90 a cerca de 120 cm3/100g de um conteúdo de metal do Grupo IA ou do Grupo IIA total de cerca de 100 a cerca de 500 ppm; uma extensão DBP de cerca de 60 a cerca de 90 cm3/100g com um conteúdo que contém metal de um Grupo IA ou do Grupo IIA de cerca de 200 a cerca de 1000 ppm; uma extensão DBP de cerca de 30 a cerca de 60 cm3/10 0g, com um conteúdo do Grupo IA ou do Grupo IIA total de cerca de 500 ppm a cerca de 5000 ppm. O negro de fumo da presente invenção pode possuir uma quantidade lixiável de metal do Grupo IA ou do Grupo IIA. Por exemplo, o negro de fumo pode possuir um conteúdo de metal do Grupo IA ou do Grupo IIA lixiável de cerca de 20% ou menos por peso de um elemento do Grupo IA ou do Grupo IIA presente, e mais preferivelmente 15 pesos percentuais, 10 pesos percentuais ou menos, 5 pesos percentuais ou menos, 1 peso percentual ou menos, ou ^ peso percentual ou menos. As extensões incluem, porém não se limitam, cerca de 0 peso percentual a cerca de 20 pesos percentuais ou cerca de 0,25 peso percentual a cerca de 10 pesos percentuais. A quantidade lixiável pode ser determinada através da extração de um negro de fumo seguido por análise de extrato aquoso para potássio, similar em conceito aos métodos ASTM D4527, C871, ou métodos EPA SW8-1311 e SW8-1312. Em adição, o negro de fumo pode possuir qualquer quantidade de porosidade. 0 negro de fumo pode possuir uma área de superfície BET (em m2/g) para área t (em m2/g) razão de 1,5 ou menos, tal como 0,9 a 1,5. Em geral, de preferência, o negro de fumo da presente invenção possui níveis baixos de microporosidade. Ainda, o negro de fumo pode possuir área t de cerca de 10 m2/g a cerca de 180 m2/g. Outras extensões incluem de cerca de 30 m2/g a cerca de 150 m2/g e de cerca de 50 m2/g a cerca de 12 0 m2/g. Em geral, o negro de fumo da presente invenção não contém quantidade de silício considerável.

[047] Pode-se usar o negro de fumo da presente invenção é qualquer produto onde o negro de fumo convencional é usado, tal como produtos de borracha, pneus, tintas, jatos de tinta, toners, eletrodos de difusão de gás, revestimentos, plásticos, polímeros, e outros do tipo.

[048] A presente invenção será esclarecida a seguir através dos exemplos que seguem, que pretendem puramente exemplificar a presente invenção.

Exemplos [049] Em uma planta piloto, uma modalidade de negro de fumo da presente invenção foi fabricada. Nesse processo, usou-se um reator de negro de fumo, ilustrado na Figura 1 e dotado de um desenho similar ao apresentado na Patente número U.S.6.403.695. Os exemplos 1-7 são descritos em linhas gerais na Tabela 1. Em cada caso, uma combustão primária de 140% foi usada onde essas quantidades a 40% de um oxigênio alcança a reação de combustão. O combustível primário para a reação de combustão foi gás natural e introduzido ao reator na Corrente 1. O gás natural abastecido ao negro de fumo que forma processos foi cerca da temperatura ambiente, aproximadamente, 25“C. A matéria-prima líquida utilizada era uma matéria-prima comercialmente disponível dotada de propriedades típicas listadas na Patente número U.S. 5.190.739. Nesse processo, O' primeiro negro de fumo que contém matéria-prima foi introduzido em um primeiro estágio na presença de uma corrente de gases quentes formada através de uma combustão primária. A primeira matéria-prima de produção de negro de fumo foi introduzida ao processo nas quantidades variantes, conforme mostrado na Tabela 1 . Orna vez que a primeira matéria-prima de produção de negro de fumo no primeiro estágio foi combinada com uma corrente de gases quentes para formar um precursor que continha um primeiro negro de fumo, uma segunda matéria-prima de produção de negro de fumo foi, então subsequentemente, introduzida a jusante. Essa segunda matéria-prima de produção de negro de fumo foi introduzida sem qualquer fonte oxidante ou fonte de combustível, e foi introduzida antes da zona de extinção.

[050] Po Exemplo 5, uma quantidade de água foi introduzida entre as duas injeções de matéria-prima na quantidade de 100 kg/hr. Essa água foi introduzida com um borrifador preciso por meio de um atomizador pressurizado.

[051] No Exemplo 6, a segunda matéria-prima de produçào de negro de fumo foi dividida em duas quantidades iguais. A primeira parte foi introduzida no LI da Figura 1, conforme indicado na Tabela 1. A segunda parte foi introduzida 1 m a j usante.

[052] Durante a introdução da primeira matéria-prima de produção de negro de fumo, uma quantidade variada de potássio na forma de uma solução de acetato de potássio foi introduzida a fim de o precursor possuir um conteúdo de potássio.

[053] 0 negro de fumo formado na reação foi, então, extinto por completo cora água à jusante da segunda matéria-prima de produção de negro de fumo para formar o produto de negro- de fumo da presente invenção. Os negros de fumo formados possuíam uma área t, áreas BET e absorção DBF, mostradas na Tabela 1.

[054] Os Requerentes incorporam, de forma especifica, os conteúdos totais de todas as referências citadas nessa revelação. Ademais, quando uma quantidade, concentração, ou outro valor ou parâmetro é dado como também uma extensão, extensão preferida, ou uma lista de valores preferíveis superiores e valores preferíveis inferiores, deve-se entender, conforme revelação específica, todas as extensões formadas a partir de qualquer par de qualquer limite de extensão superior ou valor preferido ou qualquer limite de extensão inferior ou valor preferido, que são relacionados se as extensões são descritas separadamente. Onde uma extensão de valores numéricos é recitada no presente documento, a não ser que seja constatado ao contrário, a extensão pretende incluir os pontos finais da mesma, e todos os integrais e frações dentro da extensão. Não pretende-se que o escopo da invenção seja limitado a valores específicos recitados ao definir uma extensão.

[055] Outras modalidades da presente invenção serão observados pelos versados na técnica a partir da consideração do presente relatório descritivo e prática da presente invenção revelada no presente documento. Pretende-se que o presente relatório descritivo e exemplos sejam considerados somente como exemplificativos com um verdadeiro escopo e espírito da invenção sendo indicado pelas reivindicações que se seguem e equivalentes da mesma.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Método de fabricar um produto de negro de fumo caracterizado por compreender formar um precursor que consiste, essencialmente, em um primeiro negro de fumo em uma primeira zona de temperatura em um reator, compreendendo introduzir uma primeira matéria-prima de produção de negro de fumo e gases quentes na primeira zona de temperatura, e então introduzir uma segunda matéria-prima de produção de negro de fumo ao precursor em uma segunda zona de temperatura no reator e formar o produto de negro de fumo na segunda zona de temperatura antes de uma zona de extinção completa, e ainda compreende introduzir pelo menos uma substância que contenha pelo menos um elemento do Grupo IA ou do Grupo IIA antes e/ou ao mesmo tempo em que a segunda matéria-prima de produção de negro de fumo é introduzida, em que a segunda zona de temperatura está localizada à jusante da primeira zona de temperatura na direção do fluxo do gás no reator, e em que nenhuma fonte de oxidação e nenhuma fonte de combustível para gerar gases de combustão quentes é introduzida após a formação do precursor, e em que a primeira zona de temperatura e a segunda zona de temperatura possuem uma diferença de temperatura (Δ) de 200°C ou mais como determinado a partir da primeira e da segunda temperaturas determinadas no reator onde a primeira e a segunda matérias-primas de produção de negro de fumo são respectivamente introduzidas nas respectivas primeira e segunda zonas de temperatura do reator, e em que a segunda matéria-prima de produção de negro de fumo é pelo menos 15% em peso da quantidade total em peso da matéria-prima de produção de negro de fumo, o produto de negro de fumo consistindo, essencialmente, em um negro de fumo que apresenta uma faixa de DBP de 30 a 150 cm3/10 0g e uma faixa de STSA de 10 a 180 m2/g, em que o produto de negro de fumo apresenta tal DBP e tal STSA, o STSA sendo superior quando comparado com produtos de negro de fumo alcançando tal DBP por meio de um processo que apresenta a mesma combustão completa e a mesma combustão primária e que é feito por: a) introduzir, em um único estágio, uma matéria-prima de produção de negro de fumo com ou sem a introdução de um elemento do Grupo IA ou do Grupo IIA, ou b) introduzir, em múltiplos estágios, uma matéria-prima de produção de negro de fumo sem a introdução de um elemento do Grupo IA ou do Grupo IIA.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a diferença de temperatura é 300°C ou mais.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a diferença de temperatura é de 200°C a cerca de 900°C.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a diferença de temperatura é de cerca de 400°C a cerca de 700°C.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a diferença de temperatura é obtida, pelo menos em parte, por um invólucro refrigerante, aspersão de água, e/ou vapor entre as primeira e segunda zonas de temperatura.

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro local de injeção para introduzir a primeira matéria-prima de produção de negro de fumo na primeira zona de temperatura é cerca de 1,6 m à montante do segundo local de injeção para introduzir a segunda matéria-prima de produção de negro de fumo ao precursor na segunda zona de temperatura no reator.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de introduzir pelo menos uma substância que contenha pelo menos um elemento do Grupo IA ou do Grupo IIA em uma quantidade suficiente para ter 200 ppm ou mais no produto de negro de fumo.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a quantidade é 500 ppm ou mais.