CN105073906A - 使用增量剂流体的炭黑生产方法 - Google Patents

使用增量剂流体的炭黑生产方法 Download PDF

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Abstract

提供了使用至少一种增量剂流体生产炭黑的方法以及使用增量剂流体及其它技术控制炭黑的一种或多种颗粒性质的方法。

Description

使用增量剂流体的炭黑生产方法
背景技术
本发明涉及炭黑以及炭黑制造方法。进一步地，本发明涉及控制炭黑的一种或多种颗粒性质。
在炭黑制造中，当将生产线转换以制造不同等级的炭黑或转换以适应不同类型的原料时，典型地要求对于炭黑工艺控制和/或装置构造的改变，而且，这些改变妨碍生产线的连续和/或有效的操作。当出于生产的原因而期望炭黑颗粒性质(例如，结构或表面积)发生改变时，可采用对于改变颗粒性质有效的操作性调整。这些调整导致炭黑反应器的工艺中断(这可甚至包括停止运转)，而且，放置用于引入原料以形成炭黑的喷射喷嘴来改变射流或流体动力学，这能够调节色调或其它性质。毋庸置疑，关闭反应器和更换喷嘴可为耗时且代价高的。
此外，在炭黑的生产中，某些原料可比其它原料更为有问题，例如煤焦油原料的使用以及所导致的喷嘴顶端磨损速率。这对于被认为是具有较大量的小颗粒物(例如灰分)的原料的其它原料也可成立，其对于炭黑制造可为有问题的和/或由于担心堵塞，采用小的原料引入点顶端尺寸可为有问题的。实际上，可由颗粒物导致顶端堵塞，仅举几个例子，所述颗粒物能够来自原料、结焦、钾、水。为了本发明的目的，术语“喷射喷嘴”或“喷嘴”或“顶端”是指相同的组件。
而且，期望对如国际公布申请号WO2011/103015中所描述的使用预热原料的炭黑生产方法进行改善。在该现有方法中，使用预热原料以获得在炭黑和经济规模方面上的有益性质。对该方法进行改善以实现甚至更高的效率是有益的。
因此，提供能够实现一种或多种前述目标的炭黑生产方法是有益的。
发明内容
因此，本发明的一个特征是提供，在不导致炭黑反应器的停止运转或任何工艺中断的情况下，控制炭黑的至少一种颗粒性质的方法。
本发明的另一个特征是提供，在无需更换原料引入点处的喷嘴的情况下，控制炭黑的至少一种颗粒性质的方法。
本发明的进一步特征是提供，甚至进一步地提高炭黑生产中的原料预热温度并控制原料管线在提高的原料温度下的由热导致的结垢的能力。
本发明的另外的特征是提供，使用具有大量颗粒物(例如灰分)的原料来生产炭黑的方法。
本发明的另外的特征和优点将在以下说明书中部分阐明，且部分地将由本说明书显见，或者可以通过本发明的实践而获得教导。通过在本说明书和所附权利要求书中特别指出的要素以及组合，本发明的目的和其它优点将得以认识和实现。
为了实现这些以及其它优点，且根据本发明的目的，如在本文中具体示例且宽泛描述的，本发明部分地涉及炭黑生产方法。所述方法包括向炭黑反应器中引入经加热的气流。所述方法进一步包括使至少一种增量剂流体与至少一种炭黑原料组合以形成流体-原料混合物。优选所述组合以使得所述至少一种增量剂流体提高了所述至少一种炭黑原料在与通向所述炭黑反应器的至少一个原料引入点成基本轴向(在轴向的10°以内)或轴向的方向上的动量。将所述流体-原料混合物供给至通向所述炭黑反应器的至少一个原料引入点(优选若干个)。所述方法进一步包括至少使所述流体-原料混合物通过通向炭黑反应器的一个或多个引入点与所述经加热的气流组合，从而在炭黑反应器中形成其中形成有炭黑的反应物流。所述方法可进一步包括收取所述反应物流中的所述炭黑。在该方法中，所述增量剂流体可为化学惰性的且优选是对所述炭黑原料化学惰性的。
代替使至少一种增量剂流体与至少一种炭黑原料组合以形成流体-原料混合物或者除此之外，所述流体-原料混合物可在反应器中生成。换句话说，可向反应器中引入至少一种增量剂流体并且可向反应器中引入至少一种原料，所述引入为这样的方式，其排列各自的引入点以使增量剂流体提高原料进入燃烧物流的动量。
本发明进一步包括用于控制炭黑的至少一种颗粒性质(例如结构和/或表面积)的方法。所述方法包括使至少一种增量剂流体与至少一种炭黑原料组合以形成流体-原料混合物并且将所述流体-原料混合物供给至炭黑反应器中。所述流体-原料混合物的供给是一个或多个射流的形式。所述方法进一步包括控制所述流体-原料混合物中所存在的增量剂流体的量以控制至少一种颗粒性质(例如色调)。其它颗粒性质可为表面积(例如，其通过BET、CTAB和/或STSA(ASTMD6556)测量)或者结构(例如OAN或DBP)。
在本发明的方法中，所述炭黑原料可为或者包括具有基于原料重量的0.01重量％至0.5重量％的高颗粒物(例如灰分)的原料，因为本发明的方法提供了使用这些类型的原料进行工作且无早先所述的副作用的能力。
应当理解，前面的总体描述和下面的详细描述均仅是示例性和说明性的且旨在提供对所要求保护的本发明的进一步解释。
结合到本申请中且构成本申请一部分的附图说明了本发明的各方面，而且，所述附图与本说明书一起用于解释本发明的原理。附图中所使用的相似的数字标号代表相似的特征。
附图说明
图1-5是可以用在本发明方法中以生产炭黑的各种类型的炉法炭黑反应器的一部分的示意图。该炭黑反应器仅仅是可用于本发明的反应器的举例说明。
图6是注射器的一个实例的示意图，其描绘了在进入炭黑反应器和主火焰之前，向雾化原料中注入增量剂流体。
图7和8是这样的图，其描绘了对于在进入到反应器之前无预先混合的情况下引入增量剂流体和原料的可选项——具有环形物的设计以及并排的设计。
具体实施方式
本发明涉及炭黑生产方法。本发明还涉及控制炭黑的至少一种颗粒性质的方法。而且，本发明涉及在不堵塞任何通向反应器的引入点的情况下使用具有大量颗粒物的原料的能力。而且，本发明涉及甚至进一步地提高炭黑生产中的原料预热温度并控制原料管线在提高的原料温度下的由热导致的结垢的方法。
在炭黑的制造中，燃烧燃料以产生热气流，所述热气流以高速流动通过过渡区，在所述过渡区中，引入炭黑原料并使其与热气流混合。所述混合物继续以高速进入热的反应器中，在所述反应器中，所述原料经受热解以得到炭黑颗粒，然后，骤冷所述反应、冷却反应物、并且在过滤器上收集炭黑产物。
通常地，本发明的一个方面涉及通过在经由一个或多个引入点向反应器中引入原料之前(或者在引入原料之后)使至少一种增量剂流体与至少一种炭黑原料组合来生产炭黑。在使用增量剂流体(将在下文中对其进一步详细描述)的情况下，所述至少一种增量剂流体具有提供各种优点的能力，所述能力包括以下的一种或多种：使用不同种类的炭黑原料(包括那些被认为是具有大量颗粒物(例如灰分)的原料，例如煤焦油原料)进行工作以用于炭黑生产的能力；将炭黑产生原料预先加热至甚至比先前描述的更高的能力；控制炭黑的一种或多种颗粒性质的能力；采用较低的压力以用于原料引入的能力；和/或其它益处。
所述增量剂流体可为气体或液体。优选的实例为气体。所述增量剂流体可为对于炭黑原料化学惰性的且优选是对于炭黑原料化学惰性的。所述增量剂流体可为至少一种惰性气体(例如，氩气、氖气、氦气及类似物)。所述增量剂流体可为单独的氮气或者具有其它气体的氮气。所述增量剂流体可为蒸汽、水、空气、二氧化碳、一氧化碳、氢气、炭黑尾气、天然气、或氮气、一种或多种惰性气体、或者它们的任意组合。通常地，所述气体或液体具有这样的纯度，其为所述气体或液体的至少95重量％(例如，至少97重量％、至少98重量％、至少99重量％、至少99.5重量％、或至少99.9重量％)。例如，当使用氮气(单独地或具有其它气体/液体)时，氮气具有这样的纯度，其为该气体的至少95重量％。
当与至少一种炭黑原料组合以形成流体-原料混合物时，所述增量剂流体可任选地均匀分布在炭黑原料中。所述至少一种增量剂流体与至少炭黑原料的组合导致这样的流体-原料混合物，在该流体-原料混合物中，增量剂流体(均匀或非均匀地)分布在炭黑原料中。
在使增量剂流体与炭黑原料组合之前，可使炭黑原料雾化或至少部分地雾化。在本发明中，任选地，不将增量剂流体用作用于使炭黑原料雾化的手段。优选地，增量剂流体在与炭黑原料组合时向炭黑原料提供动量。术语“动量”是指流体力学中所理解的动量。作为选择，当与炭黑原料组合时，增量剂流体提供动量，以便在流体-原料混合物离开喷嘴并进入炭黑反应器时形成该混合物的柱状射流。所述增量剂流体具有引导(channel)原料动量的能力。将所述流体-原料混合物引导至注射器中，以使得在进入反应器时，所述流体-原料混合物的向前的动量在与注射器的中心轴成轴向(或者与注射器的中心轴成基本轴向，例如，在与所述中心轴成轴向的10°以内)的方向上继续。进一步投射所述流体-原料混合物，以使得其优选垂直(或基本垂直，其在10°以内)于主火焰或燃烧物流，和/或优选垂直(或基本垂直，其在10°以内)于炭黑反应器的壁。作为选择，所述流体-原料混合物或者用于注入流体-原料混合物的注射器可处于相对于主火焰或燃烧物流的任意角度(例如，垂直(90°)、基本垂直(80-110°)、或者其它角度(例如20-79°、20°、30°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、75°等))。增量剂流体与炭黑原料的组合的实例示于图6中。在图6中，炭黑原料100进入孔口102并且作为经雾化的炭黑原料104离开所述孔口。通过开口108引入增量剂流体106，并使其与所述经雾化的炭黑原料104组合以形成流体-原料混合物110。所述混合物110具有与在引入增量剂流体之前所存在的动量相比提高了的动量。该混合物110通过反应器壁117中的喷嘴或开口112作为流体-原料混合物的具有高动量的柱状射流(114)离开注射器，然后，所述柱状射流透入到高速燃烧物流或主火焰116中。因此，优选地，在本发明中，组合至少一种增量剂流体与至少一种炭黑原料以形成流体-原料混合物，以使得所述至少一种增量剂流体提高了所述至少一种炭黑原料在与通向炭黑反应器的至少一个原料引入点成轴向或基本轴向的方向上的动量。
与炭黑原料组合的至少一种增量剂流体的量是可调节的。在所述方法在线生产炭黑的同时，能够调节与炭黑原料组合的增量剂流体的量。换句话说，能够“当场(onthefly)”改变增量剂流体的量。因此，由于增量剂流体的量能够以可调节的方式与炭黑原料组合，因此，这可在不关闭反应器的情况下进行。因此，即使在以下情况下也能够保持连续的炭黑生产：调节反应器条件以获得不同等级的炭黑；或者调节反应器条件以使正在制造的炭黑等级最优化；或者调节/改变正在制造的炭黑的品质；和/或在炭黑制造期间对工艺/反应器进行其它调节。
通常地，可将增量剂流体以任何压力引入到炭黑原料中，但通常地，优选高的压力以实现增量剂流体与炭黑原料的期望的混合，特别是当增量剂流体为气体时。合适的压力可为约1磅/英寸2至约350磅/英寸2、或者约50磅/英寸2至约175磅/英寸2、或者约20磅/英寸2至约200磅/英寸2或更高、或者约100磅/英寸2至约200磅/英寸2或更高。
可采用这些压力和其它压力，以向炭黑原料中引入增量剂流体。所述压力可足以透入炭黑原料以形成流体-原料混合物，且优选地，在所述流体-原料混合物中，增量剂流体均匀分布在整个炭黑原料中。
所述流体-原料混合物中可存在任意量的增量剂流体。例如，增量剂流体能够以基于炭黑原料的重量的约0.1重量％至约400重量％(或更高)的量存在于所述流体-原料混合物中。其它量包括，例如，基于炭黑原料的重量的约0.1重量％至约100重量％或更多、或者基于炭黑原料的重量的约5重量％至约15重量％、或者基于炭黑原料的重量的约0.1重量％至约50重量％、或者基于炭黑原料的重量的约1重量％至约40重量％。
所述流体-原料混合物的供给可以是一个或多个射流的形式。增量剂流体的类型和/或增量剂流体的量能够调节流体-原料混合物在经加热的气流中的射流透入度。如前所述，在使用以一个或多个射流的形式输送的流体-原料混合物的情况下，增量剂流体的量和/或增量剂流体的类型能够调节流体-原料混合物在经加热的气流中的射流透入度且无任何喷嘴更换和/或无需具有工艺中断或关闭炭黑反应器。
作为选择，能够在流体-原料混合物进入炭黑反应器的引入点之前的位置处，使增量剂流体与炭黑原料组合。能够以这样的方式引入所述流体，所述方式使得所述流体和原料在离开注射器/喷嘴之前混合在一起。能够在位于反应器处的引入点之前大于或小于0.5英寸(例如至少0.75英寸、至少1英寸、至少2英寸、至少4英寸、或至少6英寸)的位置处，使增量剂流体与炭黑原料组合。
作为选择，能够在增量剂流体和炭黑原料分别引入到炭黑反应器中之后，使增量剂流体与炭黑原料组合。换句话说，能够使增量剂流体相对于炭黑原料单独引入到炭黑反应器中。可采用用以实现向反应器中单独引入增量剂流体和炭黑原料以使得这两种流体在反应器中彼此接触或彼此相邻的任何几何形状。例如，如图7和8中所示的，可使用具有使得一种流体围绕另一种流体的环形物空心设计的管道来进行增量剂流体和炭黑原料的单独引入。可采用的另一种几何形状是具有并排的用于增量剂流体和炭黑原料的引入点。在该设计中，一个引入点能够以微小的方式位于另一个的前面，例如以1/2英寸或1英寸或更大。当向反应器中单独引入增量剂流体和炭黑原料时，该几何形状使得增量剂流体接触炭黑原料流体，且增量剂流体提高了进入燃烧物流(或横向流动的物流)的原料流体的动量。对于能够用以实现增量剂流体和炭黑原料的该双分离引入的几何形状没有限制。此外，可使用一个或多个引入点，例如围绕所述反应器的圆周，例如在喉管部分处。
对于每个炭黑原料引入点，可存在在向炭黑反应器中引入炭黑原料之前使增量剂流体与炭黑原料预先组合和/或对于所存在的每个炭黑原料引入点的相应的用于增量剂流体的引入点。
能够以一个或多个喷口或喷射喷嘴的形式、或者与一个或多个喷枪组合、或者替代地使用一个或多个喷枪来进行其中(例如在所述方法的转变(过渡)点处)向炭黑反应器中引入流体-原料混合物的方式。当使用喷射喷嘴时，这些典型地位于围绕反应器圆周的径向位置处，例如如图1中所示的。当使用喷枪时，其典型地更靠近(morein)反应器位置的轴向中心。
在本发明中，对于任何方法，所述炭黑产生原料可为或包括任何比重为约0.9至约1.5或更高(例如0.9至1.3、或者1至1.2等)的液态烃或其任意组合。所述炭黑产生原料可具有约160℃至约600℃(例如160℃至约500℃、或者200℃至约450℃、或者215℃至约400℃等)的初沸点。所述炭黑产生原料可为任何导致炭黑形成的常规的炭黑产生原料。例如，可使用任何烃材料。合适的原料可为能够容易地在反应条件下挥发的任何产生炭黑的烃原料。例如，可使用：不饱和烃例如乙炔；烯烃例如乙烯、丙烯、丁烯；芳族化物例如苯、甲苯和二甲苯；某些饱和烃；以及其它的烃例如煤油、萘、萜烯、乙烯焦油、芳族循环油等。
能够采用本发明进行加工的炭黑产生原料通常可包括用于炭黑生产的任何烃液体或油原料。合适的液体原料包括，例如，不饱和烃、饱和烃、烯烃、芳族化物、以及其它的烃(例如煤油、萘、萜烯、乙烯焦油、煤焦油、裂化器残留物、以及芳族循环油)、或者它们的任意组合。所述原料可为，例如，澄清油、煤焦油产物、乙烯裂化器残留物、含沥青质的油、或者它们的任意组合。原料类型可影响结垢行为。在不同原料类型之间和/或在一种原料类型之内，化学性质可能有所不同。例如，基于经验和实验室试验，澄清油、焦化油、煤焦油和乙烯裂化器残留物全部能够在高于约300℃的各种温度下结垢。例如，乙烯裂化器残留物(ECR)在沥青质中可以是相对高的。其它原料类型也可以包含沥青质和/或具有符合其它结垢机理的化学性质。
原料的沥青质含量可以是，例如，从0重量％到约30重量％，或至少约0.5重量％，或至少约1重量％，或至少约2重量％，或至少约3重量％，或从约1重量％到约10重量％，或从约2重量％到约7.5重量％，或从约2.5重量％到约5重量％，基于总的原料重量。原料可具有的初沸点，例如，为约160℃-约500℃，或从约180℃到约450℃，或从约200℃到约400℃，或从225℃到约350℃。初沸点是指(原料的)第一原料组分蒸发的温度。原料可具有的中沸点，例如，为从约380℃到约800℃，或从约400℃到约500℃，或从约425℃到约475℃，或从440℃到约460℃。中沸点是指50％的原料组分已经蒸发的温度。原料可具有的终沸点，例如，为从约600℃到约900℃，或从约625℃到约725℃，或从约650℃到约700℃，或从670℃到约690℃。终沸点是指100％的原料组分已经蒸发的温度。可以应用其它初、中和/或终沸点，这取决于原料的选择及化学性质。
本发明的方法能够使用的炉法炭黑反应器具有例如在本文中所涉及的改变和改进。例如，本发明的方法能够在模块化(也称为“分段式”)的炉法炭黑反应器中实施。能够改变或改进以实施本发明的分段式炉法反应器显示在例如美国专利No.3,922,335；4,383,973；5,190,739；5,877,250；5,904,762；6,153,684；6,156,837；6,403,695；和6,485,693B1中，它们的全部内容均在此全文引入作为参考。
关于与炭黑产生原料组合的热气流(或者经加热的气流)，所述热气流还可考虑能够通过使固态、液态和/或气态的燃料与合适的氧化剂物流(例如，但不限于，空气、氧气、空气和氧气的混合物等)接触而产生的热燃烧气体或者经加热的气流。可选择地，可在未添加液态或气态燃料的情况下，使经预热的氧化剂物流通过。适合用于接触氧化剂物流以产生热气体的燃料的实例包括任何易于燃烧的气体、蒸气、或者液体物流，例如天然气、氢气、一氧化碳、甲烷、乙炔、醇、经回收的尾气、或者煤油。通常地，优选使用具有高含量的含碳组分(且尤其是烃)的燃料。本发明的用来生产炭黑的空气与燃料的比例可以是约0.7:1至无穷大、或者约1:1(化学计量比例)至无穷大。为了促进热气体的产生，氧化剂物流可以被预热。实质上，所述经加热的气流是通过点燃或燃烧燃料和/或氧化剂而产生的。对于所述经加热的气流，可获得例如约1000℃至约3500℃的温度。
采用本发明，可通过增量剂流体来调节原料的射流透入度。例如，所述增量剂流体具有影响流体-原料混合物的一个或多个射流的节流阀流速或者临界速度或者这两者的能力，所述流体-原料混合物在其通过一个或多个引入点引入至反应器时具有喷射物流的形式。增量剂流体的量越大，所述混合物的节流阀流速或者所述混合物的临界速度越高(其中，节流阀流速和临界速度是指针对所述混合物而言的速度)，且因此射流进入所述经加热的气流的透入度越大。
本发明的另一个优点是能够使用增量剂流体来提高炭黑的总产率。采用本发明，使用相同量的原料流体可制得更多的炭黑。例如，产率可提高至少1％、至少2％、或至少5％，其中所述产率百分数是基于炭黑的重量百分数。采用预先加热(如本文所述)增量剂流体、炭黑原料、或者这两者的选择，产率可进一步提高。
本发明的另一个优点是关于能够使用大的孔口或喷嘴尺寸。在一些炭黑工艺中，由于炭黑原料中的颗粒物，使用大的孔口或喷嘴尺寸。采用大的喷嘴尺寸以避免由于存在颗粒物而阻塞喷嘴。然而，如果采用大的喷嘴尺寸，这可防止原料流体进入加热气体燃烧物流的足够或良好的透入度，因为原料的压力和速度发生降低。然而，采用本发明，增量剂流体的使用提供了提高原料流体动量的能力(即使所述原料流体来自于大的喷嘴尺寸也是如此)，使得达到与使用小的喷嘴尺寸时相同水平的透入度，从而实现了所期望的炭黑形成。
作为选择，可在与增量剂流体组合之前，对所述与增量剂流体混合的炭黑原料进行加热。换句话说，可对炭黑原料进行预热。所述原料的预热以及所涉及的技术可如国际公布号WO2011/103015中所述的，其在此全文引入作为参考。
在本发明中，作为选择，可在与增量剂流体组合之前，将炭黑原料加热至超过300℃或者约360℃至约850℃或更高、或者约400℃至约600℃的温度或者其它温度。
在本发明中，作为选择，可在与炭黑原料组合之前，将增量剂流体加热至至少100℃、至少300℃、或者至少500℃、或者至少750℃、或者至少1000℃、或者至少1200℃的温度、或者其它温度。
在本发明中，作为选择，可在使增量剂流体和炭黑原料组合在一起之前，将它们各自分别预热至相同或不同的预热温度。所述预热温度可为前面提供的范围，即，炭黑原料可加热至超过300℃或者约360℃至约850℃或更高、或者约400℃至约600℃的温度，和/或增量剂流体可加热至至少100℃、至少300℃、或者至少500℃、或者至少750℃、或者至少1000℃、或者至少1200℃的温度、或者其它温度。作为进一步的选择，可在进行或不进行炭黑原料和/或增量剂流体的预热的情况下，任选地将流体-原料混合物加热至更高的温度。
作为选择，可在与增量剂流体组合以形成流体-原料混合物之前，将炭黑原料加热至第一温度，例如至少300℃的温度(诸如300℃至约850℃)，然后，可将流体-原料混合物进一步加热至第二温度，所述第二温度高于在所述经预热的炭黑原料与增量剂流体组合之前的所述经预热的炭黑原料的独自的温度。该加热使流体-原料混合物达到更高的温度，所述温度可比所述经预热的原料高至少50℃，例如高至少75℃或者高至少100℃等。作为选择，可在与增量剂流体组合以形成流体-原料混合物之前，将炭黑原料加热或预热至第一温度，并且可进一步加热至高于第一温度的第二温度，例如最高达约950℃。
所述方法可包括对反应物流中的炭黑进行淬火。可在一个或多个区域中对反应物流中的炭黑进行淬火。例如，在图2中，在淬火区14的淬火位置18处，注入淬火流体，所述淬火流体可包括水并且可用于完全地或基本上完全地停止所述炭黑产生原料的热解，或者仅部分地冷却所述原料而不停止热解随后进行用于停止所述炭黑产生原料的热解的二次淬火(未示出)。在本发明的方法中，可采用炭黑制造中常规的其它后淬火步骤。在使热燃烧气体与炭黑产生原料的混合物淬火后，所述经冷却的气体向下游通入任何常规的冷却分离装置，从而收取炭黑。炭黑从所述气流中的分离通过常规装置例如沉淀器、旋风分离器或袋式过滤器来容易地实现。对于完全淬火所述反应以形成最终的炭黑产物，能够使用任何对第二炭黑产生原料的引入的反应下游进行淬火的常规手段并且所述常规手段对于本领域技术人员来说是已知的。例如，可注入淬火流体，所述淬火流体可为水或者其它适用于停止所述化学反应的流体。
如前所述且进一步详细地，一个方法可包括向炭黑反应器中引入经加热的气流。该方法进一步任选地包括将至少一种具有低于所要达到的预热温度的第一温度(例如低于300℃或低于275℃(如从40℃到274℃、从50℃到270℃、从70℃到250℃、从60℃到200℃、从70℃到150℃等))的炭黑产生原料供给到至少一个加热器(如至少两个加热器、至少三个加热器等，其中所述加热器可以彼此相同或不同)。可在向反应器中引入炭黑产生原料之前和/或之后的任意位置处，使所述至少一种增量剂流体与炭黑产生原料组合。理想地，当在引入到反应器中之前混合或组合所述增量剂流体时，获得了更高的益处。这可在以下位置进行：刚好在引入点之前；或者，在本文所述的用于预热的加热器阶段之后或所述加热器阶段之前的任意位置处。进入所述至少一个加热器的原料的温度是低于目标预热温度或温度范围。作为选择，原料在被预热之前可以按照最少约0.2m/秒(如，至少约0.4m/秒、至少约0.6m/秒、至少约0.8m/秒、至少约1m/秒、至少约1.1m/秒、至少约1.6m/秒，例如从0.2m/秒到4m/秒、从1.1到3m/秒等)的第一速度来输送。能够使用其它速度，条件是选择其它加工条件来控制在加热器和通向反应器的供给管线中的结垢和/或结焦。
该方法可包括，将在至少一个加热器中的至少一种炭黑产生原料预热到大于约300℃(如，至少350℃、至少360℃、至少400℃、至少450℃，至少500℃、例如从300℃到850℃、或者从360℃到800℃、从400℃到750℃、从450℃到700℃等)的第二温度来提供预热的炭黑产生原料，其中(a)所述至少一种炭黑产生原料在该至少一个加热器中具有至少0.2m/秒的速度，其中基于在60℃、1大气压下测得的原料密度和基于在该至少一个加热器中所存在的原料管线的最小横截面积计算速度。因为在这样的升高的温度下测量原料的速度会是非常困难的，所以对于本发明的目的，本文中所述速度基于这些具体的测量条件。无论在实际的加热器中存在最小的直径还是最小的横截面积，为了本发明的目的，该最小横截面积被用于确定本文中所述的速度。许多加热器在整个加热器中具有同一直径，但在加热器中存在若干直径或横截面积的情况下，该条件被提供。速度基于最小横截面积。通过原料加热器的实际速度一般会比在60℃、1大气压下测得的速度快。
在该方法中，炭黑产生原料在加热器中能够具有低于约120分钟的第一原料停留时间(如，低于100分钟，低于80分钟，低于60分钟，低于40分钟，低于30分钟，低于20分钟，低于10分钟，例如从1秒到119分钟，从5秒到115分钟，从10秒到110分钟，从30秒到100分钟，从1分钟到60分钟，从5分钟到30分钟等)。
该方法能够包括，将(任选地与增量剂流体预先组合的)预热的炭黑产生原料供给至通向炭黑反应器的至少一个原料引入点(如，至少一个或两个或三个或四个原料引入点)，其中，该预热的炭黑产生原料具有低于约120分钟的第二原料停留时间(如，低于100分钟，低于80分钟，低于60分钟，低于40分钟，低于30分钟，低于20分钟，低于10分钟，例如从1秒到119分钟，从5秒到115分钟，从10秒到110分钟，从30秒到100分钟，从1分钟到60分钟，从5分钟到30分钟等)，该第二原料停留时间的测量是从离开该至少一个加热器直到刚好到达该炭黑反应器的引入点之前。第一原料停留时间和第二原料停留时间相组合优选是120分钟或更低(如，低于100分钟，低于80分钟，低于60分钟，低于40分钟，低于30分钟，低于20分钟，低于10分钟，例如从1秒到119分钟，从5秒到115分钟，从10秒到110分钟，从30秒到100分钟，从1分钟到60分钟，从5分钟到30分钟等)。例如，参见附图，第二原料停留时间例如应该是，原料离开图2中的加热器19或图3中的加热器22直到反应器的引入点的时间，如在图2和图3中的引入点16所示的。第一原料停留时间和第二原料停留时间的组合是总原料停留时间。
作为选择，如果通向加热器的原料管线的横截面与通过该加热器的供给管线的横截面大约是相同的话，则相比于在进入该至少一个加热器处的第一速度，炭黑产生原料在至少一个加热器中所能够具有的速度是大致相同的或者更大的(如，更大至少1％，更大至少2％，更大至少3％，更大至少5％，更大至少7％，更大至少10％，更大至少100％，更大至少200％，例如更大1％到200％、或更大20％到100％等)。
本发明方法可以包括将一种或多种炭黑产生原料进行加压。该方法可以包括，对一种或多种炭黑产生原料使用压力或加压以使得炭黑产生原料的预热能够避免在至少一个加热器中或在供给到炭黑反应器中之前形成蒸气膜。本发明的方法可以包括，将一种或多种炭黑产生原料在进入该预热炭黑产生原料的至少一个加热器之前加压到例如具有大于约10巴的压力。该压力可以是至少15巴、至少20巴、至少30巴、至少40巴、例如从10巴到180巴或更多，从15巴到150巴，从20巴到125巴，从25巴到100巴。
在本发明中，炭黑生产方法可以包括，将经加热的气流引入到炭黑反应器中。该方法进一步包括，将具有低于目标预热原料温度的第一温度(例如低于300℃或低于275℃(如从40℃到274℃、从50℃到270℃、从70℃到250℃、从60℃到200℃、从70℃到150℃等))的炭黑产生原料以大于10巴的第一压力供给到至少一个加热器中。该压力可以是至少15巴、至少20巴、至少30巴、至少40巴、例如从10巴到180巴或更多，从15巴到150巴，从20巴到125巴，从25巴到100巴。
该方法可以包括，将至少一种炭黑产生原料在至少一个加热器(例如至少两个加热器、至少三个加热器等，其中所述加热器可以彼此相同或不同)中预热到大于约300℃(例如至少350℃，至少360℃，至少400℃，至少450℃，至少500℃，例如从300℃到850℃，或从360℃到800℃，从400℃到750℃，从450℃到700℃等)的第二温度以提供预热的炭黑产生原料，其中，(a)炭黑产生原料在至少一个加热器中所具有的第二压力，相比于该第一压力，是大致相同的或更低的(例如更低至少1％，更低至少2％，更低至少3％，更低至少5％，更低至少7％，更低至少10％，更低至少15％，更低至少20％，例如更低1％到75％、或更低3％到20％等)，和(b)炭黑产生原料在加热器中具有低于约120分钟的第一原料停留时间(如，低于100分钟，低于80分钟，低于60分钟，低于40分钟，低于30分钟，低于20分钟，低于10分钟，例如从1秒到119分钟，从5秒到115分钟，从10秒到110分钟，从30秒到100分钟，从1分钟到60分钟，从5分钟到30分钟等)。
如前所述，在在此或者此前或者此后所描述的任何方法中，可使至少一种增量剂流体与预热的炭黑产生原料在任意位点处(在预热之前、在预热期间和/或在预热之后，和/或在引入到炭黑反应器中之前和/或之后)组合或混合。
该方法能够包括，将预热的炭黑产生原料供给至通向炭黑反应器的至少一个原料引入点，其中，该预热的炭黑产生原料具有低于约120分钟的第二原料停留时间(如，低于100分钟，低于80分钟，低于60分钟，低于40分钟，低于30分钟，低于20分钟，低于10分钟，例如从1秒到119分钟，从5秒到115分钟，从10秒到110分钟，从30秒到100分钟，从1分钟到60分钟，从5分钟到30分钟等)，该第二原料停留时间是从离开该至少一个加热器直到该炭黑反应器的引入点，和其中第一原料停留时间和第二原料停留时间总计为120分钟或更低(如，低于100分钟，低于80分钟，低于60分钟，低于40分钟，低于30分钟，低于20分钟，低于10分钟，例如从1秒到119分钟，从5秒到115分钟，从10秒到110分钟，从30秒到100分钟，从1分钟到60分钟，从5分钟到30分钟等)。
本发明可以涉及炭黑生产方法，其包括将经加热的气流引入到炭黑反应器中。该方法进一步包括，将具有低于目标预热原料温度的第一温度(例如低于300℃或低于275℃(如从40℃到274℃、从50℃到270℃、从70℃到250℃、从60℃到200℃、从70℃到150℃等))的至少一种炭黑产生原料以大于10巴的第一压力供给到至少一个加热器(如至少两个加热器、至少三个加热器等，其中所述加热器可以彼此相同或不同)。作为选择，进入加热器的速度可以是至少约0.2m/秒(如，至少约0.4m/秒，至少约0.6m/秒，至少约0.8m/秒，至少约1m/秒，至少约1.1m/秒，至少约1.6m/秒，例如从0.2m/秒到2m/秒，从0.4到1.8m/秒等)的第一速度。
该方法包括，将在至少一个加热器中的炭黑产生原料预热到大于约300℃(如，至少350℃、至少360℃、至少400℃、至少450℃，至少500℃、例如从300℃到850℃、或者从360℃到800℃、从400℃到750℃、从450℃到700℃等)的第二温度来提供预热的炭黑产生原料，其中(a)该炭黑产生原料在至少一个加热器中具有至少0.2m/秒的速度，其中基于在60℃、1大气压下测得的原料密度和在该至少一个加热器中所存在的原料管线的最小横截面积计算速度，和(b)其中至少一种炭黑产生原料在至少一个加热器中所具有的第二压力，相比于该第一压力，是大致相同的或更低的(例如更低至少1％，更低至少2％，更低至少3％，更低至少5％，更低至少7％，更低至少10％，更低至少15％，更低至少20％，例如更低1％到25％、或更低3％到20％等)，其中，该压力能够基于这样的假设计算——原料在第一压力和第二压力期间均在相同的横截面积中进行传输(尽管在实际操作中，该横截面积可以是相同或不同的)。该测定方式可以用于恰当地比较压力，尽管不是必须的。
该方法可以包括，将(任选地与增量剂流体预先组合的)预热的炭黑产生原料供给至通向炭黑反应器的至少一个原料引入点，和至少将通过通向炭黑反应器的至少一个引入点的经预热的炭黑产生原料与经加热的气流进行组合来形成反应物流，其中炭黑形成在炭黑反应器中。该方法可以包括对反应物流中的炭黑进行淬火。
在本发明中，对于任何方法，所述目标预热温度优选是原料在引入到炭黑反应器之前的平均温度。所述原料的预热温度可以是原料在引入到炭黑反应器之前的最大温度或者原料在引入到炭黑反应器之前的最小温度。
在本发明中，对于任何方法，所述目标压力优选是原料的平均压力。所述原料的压力可以是原料的最大压力或原料的最小压力。
在本发明中，对于任何方法，所述目标速度优选是原料的平均速度。所述原料速度可以是原料的最大速度或原料的最小速度。
预热能够以任何数量的方式进行而且不意味着对用于实现该预热的方式设有限制。预热可以在至少一个(例如，一个、两个、三个、或更多个)加热器中进行。用于该至少一个加热器的热源可以是任何来源，例如来自一个或多个炭黑反应器，电加热，等离子加热，来自尾气的加热，来自尾气燃烧的加热，燃料，和/或来自其它工业方法的加热，和/或其它形式的加热，和/或它们的任意组合。可以进行预热，其中该至少一个加热器部分或完全地将原料加热到用于引入到反应器中的目标预热温度。一个加热器能够实现部分或完全的预热，或者两个或更多个的加热器能够按顺序或其它排列来使用以便实现该预热(全部或部分)。如果部分预热由至少一个加热器实现，则剩余的预热由额外的或第二热源或另外的加热器来完成以便最终得到目标预热温度。
例如，至少一种炭黑产生原料的预热可以包括在至少一个具有热交换器的加热器中将该炭黑产生原料进行加热或可以由其来完成。热交换器可以在大于约10kW/m2(例如大于约10kW/m2或大于约20kW/m2或大于约30kW/m2或大于约40kW/m2，例如从约10kW/m2到约150kW/m2等)的平均热通量下操作。
作为选择，至少一部分的预热(或完整的预热)在至少一个加热器中进行，所述加热器所具有的热量至少部分地(或完全地)由通过接收预热的原料的炭黑反应器或其它炭黑反应器或这两者所产生的热量来提供。该至少一个加热器可以与接收预热的原料的炭黑反应器或不同的炭黑反应器或这两者的至少一部分进行热交换。例如，至少一个加热器可以接触在炭黑反应器中的反应物流，例如，在淬火器的下游，其中，该至少一个加热器可具有的热交换器所具有的壁通过反应物流对其第一面(例如外壁)进行加热和在其相对面(例如内壁)上接触炭黑产生原料。作为选择，该至少一个加热器可以包括在炭黑反应器中与反应物流进行热交换的热交换器，其中将流经热交换器的能流动的热载体进行加热，并且该热载体流过该至少一个置于反应器的外部的加热器并能够操作以使得热量从热载体转移到炭黑产生原料中。该至少一个加热器至少部分(或全部)地可以是源自来自炭黑反应器或不同的炭黑反应器或这两者的炭黑尾气的热量(例如来自尾气的热量或由尾气燃烧所产生的热量)，以便加热炭黑产生原料。预热可以部分或完全地通过使用一个或多个等离子加热器或其它加热器或热源来实现。
引入到反应器中的经加热的气流可以包括在等离子加热器内对能等离子加热的气流进行等离子加热以提供所述经加热的气流的至少一部分。
在本发明中，非催化性表面能够被用在至少一个加热器的炭黑产生原料接触壁和/或至少一个将预热的炭黑产生原料供给到至少一个炭黑反应器中的原料供给管线的内壁的一些或全部上。该表面对于烃的裂化(例如热裂化)或聚合而言会是非催化性的。
在本发明中，供给步骤可以包括或者是将预热的炭黑产生原料通过至少一个原料供给管线供给，该原料供给到至少一个炭黑反应器中，和该方法进一步地可以任选地包括将可以是用于碳的氧化剂的至少一种吹扫气体周期性地通过至少一个炭黑产生原料的供给管线供给。离开预热原料的至少一个加热器的原料供给管线可具有的横截面积(例如直径)相同于或不同于将原料供给入该至少一个加热器的供给管线的横截面积(例如能够具有更小的或更大的横截面积)。
在本发明中，供给可以包括将预热的炭黑产生原料通过至少一个原料供给管线供给，该原料供给到至少一个炭黑反应器中，并且该方法可以包括将预热的炭黑产生原料注入到炭黑反应器中并进行炭黑产生原料的至少部分(或全部)的闪蒸(例如原料蒸发，例如，由压力下降来实现)。
如所示的，原料能够通过使用本发明的结垢控制方法来加热至大于约300℃的温度、或其它超过500℃的温度。由于本发明的进步，原料温度可以是，例如，至少310℃、至少350℃、至少375℃、至少400℃、至少425℃、至少约450℃、或者至少约500℃、或者至少约550℃、或者至少约600℃、或者至少约650℃、或者至少约700℃、或者至少约750℃、或者至少约800℃、至少850℃、或从约305℃到约850℃、或从约350℃到约850℃、或从约450℃到约750℃、或从约450℃到约700℃、或从约500℃到约750℃、或从约500℃到约700℃。该原料温度是炭黑形成原料刚好在离开至少一个用来预热原料的加热器以后和/或刚好在被引入到炭黑反应器中之前的温度。在这方面的原料温度能够沿原料供给管线在一个或多个位置处进行测量或感测，该原料供给管线是从原料温度已被升高至超过约300℃的值的端点处到供给管线的出料端，在该出料端，原料被引入到反应器中。该原料供给管线包括在原料加热器内的在原料温度已经被升高至超过约300℃的值的位置处及其后以及在输送到另外的从通向反应器的原料加热器延伸的供给管线部分之前的任何长度的管道。作为选择，预热原料的温度在预热原料供给管线中可具有的最小绝对值不小于301℃，和/或作为选择，在预热的原料供给管线中的温度的最大可变性可以是，例如，±20％或±10％或±5％或±2.5％或±1％或±0.5％，考虑到沿着原料供给管线的所有点。这些表明了原料温度能够与在本文中所述的各种结垢控制工艺变量相组合来使用。
至少部分地，使用所述原料速度的结垢控制可以包括：以此速度向加热器的原料供给和/或通过预热原料的加热器和/或通过通向反应器的原料供给管线。该速度可以是，例如，至少约0.2m/秒，或者至少约0.5m/秒，或至少约1m/秒，或至少约1.6m/秒，或至少约2m/秒，或至少约3m/秒，或从约0.2m/秒到约10m/秒，或从约1m/秒到约7m/秒，或从约1.5m/秒到3m/秒，或从约2m/秒到约6m/秒，或从约3m/秒到约5m/秒。原料速度是相对于管道或其它供给管线结构的纵轴而言的线速度。原料速度(第一速度)在引入到预热原料的加热器中的位置处来测量。通过至少一个加热器和/或在离开至少一个加热器之后的原料速度可以是与第一速度相同或不同的，并且例如可以是更大的(例如更大至少1％，更大至少2％，更大至少3％，更大至少5％，更大至少7％，更大至少10％，更大至少100％，更大至少200％，例如更大1％到300％、或更大50％到200％等)。速度的测量或计算是基于在60℃、1大气压下测得的原料密度和基于所测量的在原料管线中所存在的最小横截面积。该原料供给管线可以包括在原料加热器内的在原料温度已经被升高至超过约300℃的值的位置处和/或其后以及在输送到另外的从通向反应器的原料加热器延伸的供给管线部分之前的任何长度的管道。例如，原料速度在原料供给管线中可具有的最小绝对值不小于0.2m/秒，和/或作为选择，在原料供给管线中的原料速度的最大可变性可以是，例如，±20％或±10％或±5％或±1％或±0.5％，考虑到沿着原料供给管线的所有点。
至少部分地使用原料加压的结垢控制可以包括，例如，将炭黑产生原料加压到大于约10巴、或大于约20巴、或大于约30巴，或大于约40巴、或大于约50巴、或从约10到约180巴、或从约20到约180巴、或从约40到约180巴、或从约50到约180巴或更多的压力。在本文中的原料压力给定为绝对压力。压力(第一压力)是在引入到预热用加热器之前的位置处所测量的压力。通过至少一个预热原料的加热器和/或之后到反应器的至少一个引入点中的压力可以是与第一压力相同或不同的，例如低于第一压力(例如更低至少1％，更低至少2％，更低至少3％，更低至少5％，更低至少7％，更低至少10％，更低至少15％，更低至少20％，例如更低1％到25％、或更低3％到20％等)。表压测量应该以已知的方式来调整至绝对数值以使得其与在本文中所示的范围进行对比。原料压力能够沿原料供给管线在一个或多个位置处来进行测量或感测，该原料供给管线是从原料温度已被升高至超过约300℃的值的端点处到供给管线的出料端，在该出料端，原料被引入到反应器中。该原料供给管线可以包括在原料加热器内的在原料温度已经被升高至超过约300℃的值的位置处及其后以及在输送到另外的从通向反应器的原料加热器延伸的供给管线部分之前的任何长度的管道。对于结垢控制而言，压力能够与原料温度成正相关趋势。例如，10巴的原料压力可以是足以在300℃的原料温度下控制结垢，而如果原料温度被提高到500℃，则超过10巴的提高的压力(例如20巴或更多)对于提供相同水平的结垢控制会是更加有用的，所有其它情况不变。
可以运用使用低的总原料停留时间的结垢控制。总原料停留时间可以是花费在至少一个预热用加热器中的组合的时间，其包括预热的炭黑产生原料在引入到反应器之前所花费的时间。该总停留时间可以是，例如，低于约120分钟，或低于约90分钟，或低于约60分钟，或低于约45分钟，或低于约30分钟，或低于15分钟，或低于10分钟，或低于5分钟，或低于4分钟，或低于3分钟，或低于2分钟，或低于1分钟，或低于30秒，或低于15秒，或从约1/60分钟到约120分钟，或从约0.5分钟到约120分钟，或从约1分钟到约90分钟，或从约2分钟到约60分钟，或从约3分钟到约45分钟，或从约4分钟到约30分钟，或从5到30分钟，或从5到40分钟，或从10到30分钟，或从约5分钟到约15分钟。该停留时间可以是平均值或最大值或最小值。原料停留时间能够从原料温度已经被升高至超过约300℃的值的点到原料被引入到反应器中的点来测定。停留时间能够与原料温度成反相关趋势。例如，最多约120分钟的原料停留时间，可耐受在310℃的原料温度，没有结垢问题，而如果原料温度增加到500℃，则停留时间能够优选降低到低于120分钟以提供相同水平的结垢控制，所有其它情况不变。
在原料的预热期间(例如，在原料加热器中)的结垢控制，可以包括例如按照大于约10kW/m2、或大于约20kW/m2、或大于约30kW/m2、或大于约50kW/m2、或大于约100kW/m2、或从约10kW/m2到约150kW/m2(或更大)、或从约20到约150kW/m2、或从约30到约100kW/m2、或从约40到约75kW/m2、或从约50到约70kW/m2的平均热通量操作的加热器的使用。在较高的热通量下的操作可以被视为是一种结垢控制措施，因为较高的热通量导致炭黑产生原料升温更快和/或允许在加热器中有更短的停留时间，因为达到目标预热温度需要更少的时间。
至少部分地，使用对于烃在原料供给管线的原料接触内壁上的裂化(例如热裂化)和/或聚合而言是非催化性表面的结垢控制能够包括例如保护内衬如陶瓷内衬(例如二氧化硅、氧化铝、氧化铬)的一个或多个层。
使用吹扫气体通过原料供给管线的周期性的在线供给的结垢控制可包括将用于碳的氧化剂(例如CO2、氧气、蒸汽、蒸汽与空气的混合物)在沿着原料管线的可达位置处注入到原料供给管线中。吹扫气体可以以150℃或更高或超过300℃的温度来引入到任何液态原料的泵送装置的下游。通过吹扫管线的蒸汽速度可以是例如至少约6m/秒。任何死腿(deadleg)原料可以被消除，以使得该吹扫立即将全部的原料吹入反应器中。吹扫气体可以被引入在原料加热器的上游以进一步确保所有暴露于超过300℃的工艺温度中的供给管线被处理。
如所示的，通过从原料管线中将结焦去除的结垢控制可以包括例如剥落或机械刮削。例如，剥落可以涉及冷却结焦包覆的在线管道，以使得至少一些沉积在该管道的内部上的结焦被剥落或当该管道在冷却过程中在尺寸上收缩时从内管壁上破碎脱离。松脱的结焦能够被清洗出管道，和该剥落过的管道准备再次使用。在剥落期间，通过装置上所提供的反应器的备用的一个或多个在线进料管线，原料可以例如通过使用阀从待剥落的管道改道。一旦经过清洗，则剥落后的管道准备再次使用。另一种将沉积的结焦清洗出原料管道的方法可以包括，将机械刮刀通过管道移动来以机械方式从管道的内部中除去结焦。在机械刮削期间，在被离线进行清洗的管道暂停服务的时间内，通过装置上所提供的通向反应器的一个或多个备用的在线进料管线，原料可以例如通过使用阀来改道。剥落和/或机械刮削(如果使用的话)可以在原料供给管线上周期性地进行。
参考图1，示出了由以下五个区域组成的炉1：主燃烧区10；过渡区13；第一反应区31；喉管区33；以及第二反应区35，在所述第二反应区35中放置有淬火探针41以终止炭黑形成反应。
燃烧区10由上游壁6和侧壁4定义，并且终止于位点12处，所述位点12是过渡区13的起点。通过壁6插入导管8，燃料通过所述导管8引入到燃烧区10中。通过侧壁4插入导管5，氧化剂通过所述导管5引入到燃烧区10中。包含于燃烧区10内的是火焰稳定器11，所述火焰稳定器11与通过壁6中的孔口7插入到燃烧区10内的管道3相连。位于燃烧区10的下游并且与燃烧区10相连的是过渡区13，所述过渡区13由起始于位点12且终止于位点14的壁17定义。围绕壁17环绕设置的是多个基本上径向定向的孔口21(或喷射喷嘴21)，流体-原料混合物87可通过所述孔口21(或喷射喷嘴21)注入到过渡区13中。图1还示出了，在通过一个或多个孔口21(或喷嘴21)引入(例如，注入)之前，使增量剂流体85与原料83组合以形成流体-原料混合物87。
位于过渡区13的下游并且与过渡区13相连的是由壁37定义的第一反应区31。区域31可具有取决于所需反应条件的变化的长度和宽度。第一反应区31的内部横截面积可大于过渡区13的内部横截面积。优选地，第一反应区的内部横截面积与过渡区的内部横截面积之比为1.1至4.0。然后，壁37以相对于炉1的中心线的45°角度收敛并且在位点32处导入至壁38。壁38定义了喉管区33。喉管区33的内部横截面积小于过渡区13的内部横截面积。优选地，喉管区33的内部横截面积与过渡区13的内部横截面积之比为约0.25至0.9。壁38的下游端34导入至壁39。壁39以相对于炉1的中心线的30°角度发散并且定义了第二反应区35。第二反应区35的内部横截面积大于喉管区33的内部横截面积。优选地，第二反应区35的内部横截面积与过渡区13的内部横截面积之比为约1.1至16.0。通过壁39在第二反应区35中放置淬火探针41，可通过所述淬火探针41注入淬火介质例如水以终止炭黑形成反应。
如图2-5中所示，使至少一种增量剂流体85与炭黑产生原料15组合以便在将其引入到反应器2中之前(例如在过渡区12中)形成流体-原料混合物17。如图2中所示，炭黑产生原料15在使其与增量剂流体85组合并然后作为流体-原料混合物17引入到反应器2中之前被预热到大于约300℃的温度。将预热的炭黑产生原料在至少一个流体-原料混合物供给管线17中供给到通向反应器2的至少一个原料引入点16中。当引入时，将该原料与经加热的气流进行组合来用于形成反应物流，其中，在所述反应器中形成炭黑。在反应物流中的炭黑可以在一个或多个区中进行淬火。例如，在淬火区14的淬火位置18处，将淬火流体注入，所述淬火流体可以包括水并且其可以用来完全或基本上完全地停止炭黑产生原料的热解，或者仅仅部分地冷却该原料且没有停止热解，随后进行用来停止炭黑产生原料的热解的二次淬火(未示出)。
此外，如图2中所示，原料加热器可以包括热交换器19(HXR)，其可具有例如在已知的热交换器设计中所使用的加热器壁(未示出)，该壁在其第一面上由所述反应物流进行加热并且在原料供给至所述至少一个原料供给管线之前在其相对面上接触所述原料。如所述的，原料在热交换器中被加热到大于约300℃的温度。虽然显示的是配置在淬火器的下游，但是原料热交换器可以位于反应物流中的淬火器的上游，条件是该加热器具有的结构能够容忍反应器内的较高的预淬火温度并在该温度下操作。原料加热器可以被布置来与反应器的至少一部分例如内部容纳的线圈或管道进行物理接触和或对着并与反应器的加热的壁接触，以便将原料加热到大于约300℃的温度。虽然在图2中未示出，但是热交换器可以任选地将原料加热到中间温度(例如高于250℃或者50℃到350℃，或低于目标预热温度的其它温度)，或用来获得高于300℃的预热温度，然后，在反应器的外部或内部的进一步的热交换器或加热器能够用来加热到该最终的预热温度。
在反应器内的反应物流在淬火时可以具有的温度，例如，为从约600℃到约2000℃、或从约800℃到约1800℃、或从约1000℃到约1500℃、或者反映出在炉式反应器中所产生的极端放热反应的其它高温。本发明能够提供与由在反应器中的反应所产生的高的放热热量的原料热交换，且不会在原料供给管线中产生结垢问题。因此，与以低得多的原料温度操作的常规炭黑生产相比，本发明可以使改进能量回收和节省原材料成本成为可行。
此外，如图2中所示，至少一个泵20可以被在线地安装在相对于原料加热器19的原料管线的上游，该原料加热器19用来将原料升高温度到超过300℃的值。该泵能够用于将原料在其进入原料加热器之前进行加压。在此方式中，在原料温度被增加到升高的值的时候，原料可以已经被加压，否则在此方式中，在没有加压或其它所述的结垢控制方法的情况下，将会出现在原料供给管线中的结垢问题。由于原料在正常操作条件(例如0到约20巴的压力降)下穿过原料加热器的期间通常会经历压力降，这例如取决于热交换器设计和操作模式，因此，任何施加到原料上来作为结垢控制措施的加压均应当补偿任何在原料热交换器中会出现或预期出现的压力降，以及任何其它在用来将预热的原料输送到反应器中的供给管线管道或其它导管中出现或预期会出现的压力降，尤其是如果有必要将原料压力保持在之前的目标范围值内的时候。虽然为了简化这些图示而在图2中和在本文的其它附图中仅仅图示了反应器上的单独的原料供给管线和原料注入点，但是应当理解，能够使用在反应器上的多个原料供给管线和注入点，在其上也能够施加所述的结垢控制。
在热燃烧气体和炭黑产生原料的混合物被淬火之后，冷却的气体向下游通入任何常规的冷却和分离步骤，由此收取炭黑。炭黑从该气流中的分离可以容易地通过常规的设备如沉淀器、旋风分离器或袋式过滤器来实现。对于完全淬火以形成最终的炭黑产物的反应，能够使用任何对炭黑产生原料的引入的反应下游进行淬火的常规方法并且对于本领域技术人员来说是已知的。例如，淬火液体可以被注入，它可以是水或其它合适于停止化学反应的流体。
图3显示了另一种类型的炉法炭黑反应器的一部分，其可以被用于本发明的方法中来生产炭黑，其中所述预热的至少一部分包括，将热交换器21与在反应器中的反应物流进行接触，其中将流经热交换器的能流动的热介质或热载体28(如蒸汽或氮气)在反应器中进行加热，然后将加热的蒸汽(例如过热蒸汽)输送出热交换器和反应器并且被用管道输送到独立的原料加热器22(其位于反应器的外部)，在该处可进行操作来与在原料加热器中的原料进行热交换，以便将原料加热到大于约300℃(如370℃或更大)的温度。
图4显示了另一种类型的炉法炭黑反应器的一部分，其可以被用于本发明的方法中来生产炭黑，其中所述预热的至少一部分包括，将原料加热器23与已经离开反应器的尾气进行接触，以便将在原料加热器中的原料加热到大于约300℃(或至少部分地达到目标温度)的温度。
图5显示了另一种类型的炉法炭黑反应器，其可以用于本发明的方法中，其中经加热的气流至少部分地或完全地进一步包括已经通过使用等离子加热器25来至少部分地或完全地加热的加热气体24。该气体的等离子加热可以例如根据对于本领域技术人员来说是已知的方法来实现。能够使用等离子炬，例如，如示于美国专利No.5,486,674中的等离子炬，其全部公开内容在此引入作为参考，并且可参考的等离子加热示于美国专利No.4,101,639和3,288,696中，其全部公开内容在此引入作为参考。
此外，如在图5中显示的，原料可以通过与在反应器中的热交换器26中的反应物流已交换过热量的加热介质(例如蒸汽)来间接地进行加热，或者，可选择地，原料能够在反应器中的热交换器26中进行直接加热，如由虚线所示。
如图7中所示的，可使用具有环形物的管路设计，将原料(FS)与增量剂流体分开地引入。图7和图8中的“主火焰”是指燃烧物流。图8示出了这样的设计，在该设计中，炭黑原料(FS)与增量剂流体以管道并排放置的设计分开地引入。
在本发明的这些不同的工艺方案中，在反应器以内或以外的用于将原料预热的热交换器设计可以具有任何常规的热交换器设计，例如壳管式、壳和盘管式、板框式(plateandframe)等。例如，当热交换器具有内联(inline)盘管构造时，可以使用顺序(schedule)80管和弯头来用于内联盘管以便防止腐蚀/侵蚀问题。另外，在管之间的恒定间距能够用于构建内联盘管管道，并且该盘管可以使用烟道气集管的整个横截面。内联盘管的热传递系数可以显著地变化来用于不同的等级和不同的工厂。
另外，用于所述工艺方案和方法的原料中的任何一种可以含有额外的材料或组分，所述材料或组分通常用来制造常规的炭黑。本发明的方法可以进一步包括引入至少一种物质，所述物质是或者含有至少一种周期表第IA族和/或第IIA族元素(或其离子)。所述含有至少一种第IA族和/或第IIA族元素(或其离子)的物质含有至少一种碱金属或碱土金属。示例包括锂、钠、钾、铷、铯、钫、钙、钡、锶、或镭、或它们的组合。在所述物质中，可以存在一种或多种这些组分的任意混合物。所述物质可以是固体、溶液、分散体、气体、或它们的任意组合。可以使用超过一种的具有相同或不同的第IA族和/或第IIA族金属(或其离子)的物质。如果使用多种物质，则这些物质可以一起、分别、按顺序或在不同的反应位置中添加。为了本发明的目的，该物质可以是金属(或金属离子)本身、含有一种或多种这些元素的化合物(包括含有一种或多种这些元素的盐)等。所述物质能够将金属或金属离子引入到正在形成炭黑产物的反应中。为了本发明的目的，含有至少一种第IA族和/或第IIA族金属(或其离子)的物质(如果使用的话)能够在任何点处引入到反应器中，例如，在完全淬火之前。例如，所述物质能够被添加到任何在完全淬火之前的位置处，包括：在炭黑产生原料引入到第一反应阶段中之前；在炭黑产生原料引入到第一反应阶段中的期间；在炭黑产生原料引入到第一反应阶段中之后；在引入任何第二炭黑产生原料之前、在引入任何第二炭黑产生原料的过程中或紧接着在引入任何第二炭黑产生原料之后；或者任何在引入第二炭黑产生原料之后但在完全淬火之前的步骤。可以使用超过一个的物质引入点。
此外，在本发明中，如前所述，本发明涉及用于控制炭黑的至少一种颗粒性质的方法。该方法涉及使至少一种增量剂流体与至少一种炭黑原料组合(在进入反应器之前和/或之后)以形成流体-原料混合物。该方法进一步可包括向炭黑反应器中供给流体-原料混合物或者单独地向反应器中供给增量剂流体和原料。所述流体-原料混合物的供给可为一个或多个射流的形式。该方法涉及控制所述流体-原料混合物中所存在的增量剂流体的量以控制至少一种颗粒性质。所提及的“增量剂流体”、“炭黑原料”和“流体-原料混合物”具有与这些术语在前文已经定义和解释的相同的含义。
至少一种颗粒性质的一个实例是色调。所述颗粒性质可为表面区域性质或结构性质。
通过以下实施例，将进一步阐明本发明，所述实施例旨在对本发明进行示例。
实施例
实施例1
在本发明的一个实施例中，在炭黑反应器(例如图1中所示的炭黑反应器)的过渡区(D＝135mm)中以0.8的当量比燃烧来自天然气火焰的高速(超过200m/s)的热气流。使用四个注射器，将倾析原料以3.33的总当量比注入到所述过渡区中。所述原料注射器各自具有0.76mm的孔口以及其后的76mm长且6.5mm直径的扩管部分。在进入所述注射器之前，将所述原料预热至约500℃。紧邻所述孔口的下游，以原料流的0重量％至20重量％的流量(参见下表)，向所述原料中加入氮气作为增量剂流体。以如下方式加入氮气：使其在进入所述过渡区之前与所述原料混合。
借助于在反应器中的观察孔，目视观察所述流体-原料射流在过渡区中的透入度。在不具有增量剂流体的情况下，原料射流透入所述高速热气流的横向流的深度仅等于过渡区直径的约25％(即，约34mm的射流透入度)。随着向原料中加入增量剂流体，所述流体-原料射流的透入度连续地提高直至在过渡区中心处接触反向的流体-原料射流(即，约68mm的射流透入度)。观察到，这在20重量％氮气流(基于所注入的原料重量)下出现。此外，通过ASTMD3265方法测量炭黑的色调值，并且发现，随着向流体-原料混合物中的原料内加入更多的氮气，给定炭黑的表面积增大。下表示出了色调和射流透入度如何随着氮气流量而变化。
表1
N2流量(原料的重量％) 射流透入度(过渡区直径的百分数) 色调％(ASTM D3265)
0 25％ 122
5 35％ 127
10 45％ 130
20 >50％(射流在中心处接触) 132
实施例2
在本发明的第二个实施例中，使用与实施例1中相同的反应器，将氮气加入到围绕原料射流的环形物中(如图7中所示)，以使得原料以及所述环形物中的增量剂流体在进入到过渡区中之前不发生混合。使增量剂流体与原料靠得很近(incloseproximityto)，以使其提高原料射流的动量，从而提高流体-原料射流的透入度。采用与实施例1中相同的反应器条件，并且，基于所注入的原料的重量，以原料流的0重量％至20重量％的流量向所述环形物中加入氮气。如在前面的实施例中那样，在所述环形物中不具有流体流动的情况下，原料的射流透入度仅为过渡区直径的约25％。在所述环形物中具有增量剂流体流动的情况下，射流透入度在基于所注入的原料的重量的20重量％流量下提高最高达过渡区直径的约40％。因此，以该方式加入增量剂流体提高了流体-原料射流的透入度，但不像在前面的实施例中那样有效。在所述环形物中加有氮气的情况下，色调也有一些提高。
表2
N2流量(原料的重量％) 射流透入度(过渡区直径的百分数) 色调(ASTM D3265)
0 ～25％ 122
5 ～30％ 123.5
10 ～35％ 126
20 ～40％ 127.5
本发明以任意顺序和/或任意组合包括以下方面/实施方案/特征：
1.炭黑生产方法，包括：
向炭黑反应器中引入经加热的气流；
使至少一种增量剂流体与至少一种炭黑原料组合以形成流体-原料混合物，从而，所述至少一种增量剂流体提高了所述至少一种炭黑原料在与通向所述炭黑反应器的至少一个原料引入点成轴向或基本轴向的方向上的动量；
将所述流体-原料混合物供给至通向所述炭黑反应器的所述至少一个原料引入点，
至少使所述流体-原料混合物通过通向所述炭黑反应器的所述至少一个引入点与所述经加热的气流组合，从而在所述炭黑反应器中形成其中形成有炭黑的反应物流；和
收取所述反应物流中的所述炭黑。
2.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述增量剂流体是对所述炭黑原料化学惰性的。
3.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述增量剂流体均匀分布于所述炭黑原料中。
4.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述流体-原料混合物的供给是一个或多个射流的形式，和所述流体-原料混合物的一个或多个射流包含足够的增量剂流体以将所述炭黑原料推进至所述经加热的气流的内部。
5.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述增量剂流体为至少一种惰性气体。
6.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述增量剂流体为蒸汽、水、空气、二氧化碳、天然气、一氧化碳、氢气、炭黑尾气、氮气、或者它们的任意组合。
7.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述增量剂流体为氮气。
8.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，将所述增量剂流体以足以透入所述炭黑原料内的压力引入到所述炭黑原料中以形成所述流体-原料混合物。
9.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，将所述增量剂流体以约1磅/英寸2至约350磅/英寸2的压力引入到所述炭黑原料中以形成所述流体-原料混合物。
10.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，在与所述增量剂流体的所述组合之前，使所述炭黑原料雾化。
11.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，与所述炭黑原料组合的所述增量剂流体的量在连续炭黑生产过程中是能够调节的。
12.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述流体-原料混合物的供给是一个或多个射流的形式，和通过在连续炭黑生产过程中改变所述流体-原料混合物的增量剂流体含量来调节所述流体-原料混合物在所述经加热的气流中的射流透入度。
13.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，使所述增量剂流体至少部分地分布在所述炭黑原料中。
14.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述增量剂流体以基于所述炭黑原料的重量的约0.1重量％至约400重量％的量存在于所述流体-原料混合物中。
15.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，加热所述炭黑原料。
16.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至大于约300℃的温度。
17.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至约360℃至约850℃的温度。
18.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至约300℃至约850℃的第一温度，然后，将所述流体-原料混合物加热至高于所述第一温度的第二温度，其中，每个所述加热步骤均在引入至所述炭黑反应器中之前发生。
19.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至约400℃至约600℃的第一温度，然后，将所述流体-原料混合物加热至比所述第一温度高至少50℃的第二温度，其中，每个所述加热步骤均在引入至所述炭黑反应器中之前发生。
20.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至约400℃至约600℃的第一温度，然后，将所述流体-原料混合物加热至比所述第一温度高至少100℃的第二温度，其中，每个所述加热步骤均在引入至所述炭黑反应器中之前发生。
21.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至第一温度，然后，将所述流体-原料混合物加热至高于所述第一温度且最高达约950℃的第二温度，其中，每个所述加热步骤均在引入至所述炭黑反应器中之前发生。
22.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，进行增量剂流体调节以控制所述流体-原料混合物的所述一个或多个射流的节流阀流速或临界速度或者这两者，从而改变所述流体-原料混合物在所述经加热的气流中的透入度。
23.用于控制炭黑的至少一种颗粒性质的方法，包括：
使至少一种增量剂流体与至少一种炭黑原料组合以形成流体-原料混合物并且将所述流体-原料混合物供给到炭黑反应器中；且其中所述流体-原料混合物的供给是一个或多个射流的形式并控制所述流体-原料混合物中所存在的增量剂流体的量以控制所述至少一种颗粒性质。
24.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述至少一种颗粒性质是色调。
25.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述增量剂流体是对所述炭黑原料化学惰性的。
26.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述增量剂流体均匀分布于所述炭黑原料中。
27.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述流体-原料混合物的供给是一个或多个射流的形式，和所述流体-原料混合物的一个或多个射流包含足够的增量剂流体以将所述炭黑原料推进至所述经加热的气流的内部。
28.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述增量剂流体为至少一种惰性气体。
29.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述增量剂流体为蒸汽、水、空气、二氧化碳、天然气、一氧化碳、氢气、炭黑尾气、氮气、或者它们的任意组合。
30.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述增量剂流体为氮气。
31.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，将所述增量剂流体以足以透入所述炭黑原料内的压力引入到所述炭黑原料中以形成所述流体-原料混合物。
32.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，将所述增量剂流体以约1磅/英寸2至约350磅/英寸2的压力引入到所述炭黑原料中以形成所述流体-原料混合物。
33.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，在所述方法正在生产炭黑时，与所述炭黑原料组合的所述增量剂流体的量是能够调节的。
34.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，与所述炭黑原料组合的所述增量剂流体的量在连续炭黑生产过程中是能够调节的。
35.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述流体-原料混合物的供给是一个或多个射流的形式，和通过在连续炭黑生产过程中改变所述流体-原料混合物的增量剂流体含量来调节所述流体-原料混合物在所述经加热的气流中的射流透入度。
36.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述增量剂流体以基于所述炭黑原料的重量的约0.1重量％至约400重量％的量存在于所述流体-原料混合物中。
37.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述增量剂流体以基于所述炭黑原料的重量的约0.1重量％至约50重量％的量存在于所述流体-原料混合物中。
38.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，加热所述炭黑原料。
39.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至大于约300℃的温度。
40.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至约360℃至约850℃的温度。
41.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至约300℃至约850℃的第一温度，然后，将所述流体-原料混合物加热至高于所述第一温度的第二温度，其中，每个所述加热步骤均在引入至所述炭黑反应器中之前发生。
42.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至约400℃至约600℃的第一温度，然后，将所述流体-原料混合物加热至比所述第一温度高至少50℃的第二温度，其中，每个所述加热步骤均在引入至所述炭黑反应器中之前发生。
43.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至约400℃至约600℃的第一温度，然后，将所述流体-原料混合物加热至比所述第一温度高至少100℃的第二温度，其中，每个所述加热步骤均在引入至所述炭黑反应器中之前发生。
44.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至第一温度，然后，将所述流体-原料混合物加热至高于所述第一温度且最高达约950℃的第二温度，其中，每个所述加热步骤均在引入至所述炭黑反应器中之前发生。
45.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，通过受所述增量剂流体影响的所述流体-原料混合物的一个或多个射流的节流阀流速或临界速度或者这两者来调节所述射流透入度。
46.炭黑生产方法，包括：
向炭黑反应器中引入经加热的气流；
将至少一种炭黑原料供给至通向所述炭黑反应器的至少一个原料引入点；
将至少一种增量剂流体供给至通向所述炭黑反应器的至少一个引入点，其中，定位用于所述增量剂流体的所述至少一个引入点，以使得当所述炭黑原料冲击所述经加热的气流时，所述至少一种增量剂流体提高所述至少一种炭黑原料的动量；
使所述至少一种炭黑原料和所述至少一种增量剂流体与所述经加热的气流组合，从而在所述炭黑反应器中形成其中形成有炭黑的反应物流；和
收取所述反应物流中的所述炭黑。
47.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述增量剂流体是对所述炭黑原料惰性的。
48.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述增量剂流体分布在所述炭黑原料中。
49.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述炭黑原料的供给以及所述增量剂流体的供给是一个或多个射流的形式，每个喷口具有带有鞘式环形物的中空顶端，所述鞘式环形物引入所述增量剂流体。
50.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述炭黑原料的供给以及所述增量剂流体的供给是彼此相邻的一个或多个射流的配对形式，其中各配对中的一个射流供给所述炭黑原料且各配对中的另一个射流供给所述增量剂流体。
51.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，将所述增量剂流体以足以透入所述炭黑原料内的压力引入。
52.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，进一步包括在供给至所述至少一个引入点之前，将所述炭黑原料加热至大于约300℃的温度。
53.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，进一步包括在供给至所述至少一个引入点之前，将所述炭黑原料加热至约360℃至约850℃的温度。
54.用于控制炭黑的至少一种颗粒性质的方法，包括：
向炭黑反应器中单独地供给a)至少一种增量剂流体以及相邻的b)至少一种炭黑原料且其中所述a)和b)的供给是一个或多个射流的形式，并控制所存在的增量剂流体的量以控制所述至少一种颗粒性质。
55.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述至少一种颗粒性质是色调。
56.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，进一步包括在与所述炭黑原料组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述增量剂流体加热至第一温度。
57.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合之前，将所述炭黑原料加热至第一温度，并且，在与所述炭黑原料组合之前，将所述增量剂流体加热至第二温度，然后，组合形成所述流体-原料混合物，然后将所述流体-原料混合物加热至高于所述第一温度且最高达约950℃的第三温度，其中，每个所述加热步骤均在引入至所述炭黑反应器中之前发生。
58.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述至少一种颗粒性质是表面积。
59.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，在与所述增量剂流体的所述组合之前，使所述炭黑原料雾化。
60.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至大于约300℃的温度，且其中在与所述增量剂流体的所述组合之前，使所述炭黑原料雾化。
61.任意前述或后续实施方案/特征/方面的方法，其中，所述增量剂流体以基于所述炭黑原料的重量的约0.1重量％至约50重量％的量存在于所述流体-原料混合物中。
本发明可包括在前面和/或下面语句和/或段落中所述的这些不同特征或实施方案的任意组合。将本文所公开的特征的任意组合看作本发明的一部分且对于可组合的特征没有限制。
申请人将所有引用的参考文献的全部内容具体引入本公开内容中。此外，当量、浓度或者其它值或参数以范围、优选范围、或者优选上限值和优选下限值的列举而给出时，这应理解为具体公开了由任意上限或优选值与任意下限或优选值的任意配对形成的所有范围，不论这些范围是否单独公开。对于本文所列举的数值范围，除非另有说明，所述范围意图包括其端点、以及在所述范围内的所有整数和分数。当限定范围时，本发明的范围不限于所列举的具体值。
本领域技术人员将通过考虑本说明书和本文中所公开的本发明的实践而明白本发明的其它实施方案。本说明书和实施例应视为仅为示例性的，并且本发明的真实范围和精神应由所附权利要求及其等价物所表明。

Claims (61)

1.炭黑生产方法，包括：
向炭黑反应器中引入经加热的气流；
使至少一种增量剂流体与至少一种炭黑原料组合以形成流体-原料混合物，从而，所述至少一种增量剂流体提高了所述至少一种炭黑原料在与通向所述炭黑反应器的至少一个原料引入点成轴向或基本轴向的方向上的动量；
将所述流体-原料混合物供给至通向所述炭黑反应器的所述至少一个原料引入点，
至少使所述流体-原料混合物通过通向所述炭黑反应器的所述至少一个引入点与所述经加热的气流组合，从而在所述炭黑反应器中形成其中形成有炭黑的反应物流；和
收取所述反应物流中的所述炭黑。
2.权利要求1的方法，其中，所述增量剂流体是对所述炭黑原料化学惰性的。
3.权利要求1的方法，其中，所述增量剂流体均匀分布于所述炭黑原料中。
4.权利要求1的方法，其中，所述流体-原料混合物的供给是一个或多个射流的形式，和所述流体-原料混合物的一个或多个射流包含足够的增量剂流体以将所述炭黑原料推进至所述经加热的气流的内部。
5.权利要求1的方法，其中，所述增量剂流体为至少一种惰性气体。
6.权利要求1的方法，其中，所述增量剂流体为蒸汽、水、空气、二氧化碳、天然气、一氧化碳、氢气、炭黑尾气、氮气、或者它们的任意组合。
7.权利要求1的方法，其中，所述增量剂流体为氮气。
8.权利要求1的方法，其中，将所述增量剂流体以足以透入所述炭黑原料内的压力引入到所述炭黑原料中以形成所述流体-原料混合物。
9.权利要求1的方法，其中，将所述增量剂流体以约1磅/英寸2至约350磅/英寸2的压力引入到所述炭黑原料中以形成所述流体-原料混合物。
10.权利要求1的方法，其中，在与所述增量剂流体的所述组合之前，使所述炭黑原料雾化。
11.权利要求1的方法，其中，与所述炭黑原料组合的所述增量剂流体的量在连续炭黑生产过程中是能够调节的。
12.权利要求1的方法，其中，所述流体-原料混合物的供给是一个或多个射流的形式，和通过在连续炭黑生产过程中改变所述流体-原料混合物的增量剂流体含量来调节所述流体-原料混合物在所述经加热的气流中的射流透入度。
13.权利要求1的方法，其中，使所述增量剂流体至少部分地分布在所述炭黑原料中。
14.权利要求1的方法，其中，所述增量剂流体以基于所述炭黑原料的重量的约0.1重量％至约400重量％的量存在于所述流体-原料混合物中。
15.权利要求1的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，加热所述炭黑原料。
16.权利要求1的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至大于约300℃的温度。
17.权利要求1的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至约360℃至约850℃的温度。
18.权利要求1的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至约300℃至约850℃的第一温度，然后，将所述流体-原料混合物加热至高于所述第一温度的第二温度，其中，每个所述加热步骤均在引入至所述炭黑反应器中之前发生。
19.权利要求1的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至约400℃至约600℃的第一温度，然后，将所述流体-原料混合物加热至比所述第一温度高至少50℃的第二温度，其中，每个所述加热步骤均在引入至所述炭黑反应器中之前发生。
20.权利要求1的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至约400℃至约600℃的第一温度，然后，将所述流体-原料混合物加热至比所述第一温度高至少100℃的第二温度，其中，每个所述加热步骤均在引入至所述炭黑反应器中之前发生。
21.权利要求1的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至第一温度，然后，将所述流体-原料混合物加热至高于所述第一温度且最高达约950℃的第二温度，其中，每个所述加热步骤均在引入至所述炭黑反应器中之前发生。
22.权利要求4的方法，其中，进行增量剂流体调节以控制所述流体-原料混合物的所述一个或多个射流的节流阀流速或临界速度或者这两者，从而改变所述流体-原料混合物在所述经加热的气流中的透入度。
23.用于控制炭黑的至少一种颗粒性质的方法，包括：
使至少一种增量剂流体与至少一种炭黑原料组合以形成流体-原料混合物并且将所述流体-原料混合物供给到炭黑反应器中；且其中所述流体-原料混合物的供给是一个或多个射流的形式并控制所述流体-原料混合物中所存在的增量剂流体的量以控制所述至少一种颗粒性质。
24.权利要求23的方法，其中，所述至少一种颗粒性质是色调。
25.权利要求23的方法，其中，所述增量剂流体是对所述炭黑原料化学惰性的。
26.权利要求23的方法，其中，所述增量剂流体均匀分布于所述炭黑原料中。
27.权利要求23的方法，其中，所述流体-原料混合物的供给是一个或多个射流的形式，和所述流体-原料混合物的一个或多个射流包含足够的增量剂流体以将所述炭黑原料推进至所述经加热的气流的内部。
28.权利要求23的方法，其中，所述增量剂流体为至少一种惰性气体。
29.权利要求23的方法，其中，所述增量剂流体为蒸汽、水、空气、二氧化碳、天然气、一氧化碳、氢气、炭黑尾气、氮气、或者它们的任意组合。
30.权利要求23的方法，其中，所述增量剂流体为氮气。
31.权利要求23的方法，其中，将所述增量剂流体以足以透入所述炭黑原料内的压力引入到所述炭黑原料中以形成所述流体-原料混合物。
32.权利要求23的方法，其中，将所述增量剂流体以约1磅/英寸2至约350磅/英寸2的压力引入到所述炭黑原料中以形成所述流体-原料混合物。
33.权利要求23的方法，其中，在所述方法正在生产炭黑时，与所述炭黑原料组合的所述增量剂流体的量是能够调节的。
34.权利要求23的方法，其中，与所述炭黑原料组合的所述增量剂流体的量在连续炭黑生产过程中是能够调节的。
35.权利要求23的方法，其中，所述流体-原料混合物的供给是一个或多个射流的形式，和通过在连续炭黑生产过程中改变所述流体-原料混合物的增量剂流体含量来调节所述流体-原料混合物在所述经加热的气流中的射流透入度。
36.权利要求23的方法，其中，所述增量剂流体以基于所述炭黑原料的重量的约0.1重量％至约400重量％的量存在于所述流体-原料混合物中。
37.权利要求23的方法，其中，所述增量剂流体以基于所述炭黑原料的重量的约0.1重量％至约50重量％的量存在于所述流体-原料混合物中。
38.权利要求23的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，加热所述炭黑原料。
39.权利要求23的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至大于约300℃的温度。
40.权利要求23的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至约360℃至约850℃的温度。
41.权利要求23的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至约300℃至约850℃的第一温度，然后，将所述流体-原料混合物加热至高于所述第一温度的第二温度，其中，每个所述加热步骤均在引入至所述炭黑反应器中之前发生。
42.权利要求23的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至约400℃至约600℃的第一温度，然后，将所述流体-原料混合物加热至比所述第一温度高至少50℃的第二温度，其中，每个所述加热步骤均在引入至所述炭黑反应器中之前发生。
43.权利要求23的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至约400℃至约600℃的第一温度，然后，将所述流体-原料混合物加热至比所述第一温度高至少100℃的第二温度，其中，每个所述加热步骤均在引入至所述炭黑反应器中之前发生。
44.权利要求23的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至第一温度，然后，将所述流体-原料混合物加热至高于所述第一温度且最高达约950℃的第二温度，其中，每个所述加热步骤均在引入至所述炭黑反应器中之前发生。
45.权利要求27的方法，其中，通过受所述增量剂流体影响的所述流体-原料混合物的一个或多个射流的节流阀流速或临界速度或者这两者来调节所述射流透入度。
46.炭黑生产方法，包括：
向炭黑反应器中引入经加热的气流；
将至少一种炭黑原料供给至通向所述炭黑反应器的至少一个原料引入点；
将至少一种增量剂流体供给至通向所述炭黑反应器的至少一个引入点，其中，定位用于所述增量剂流体的所述至少一个引入点，以使得当所述炭黑原料冲击所述经加热的气流时，所述至少一种增量剂流体提高所述至少一种炭黑原料的动量；
使所述至少一种炭黑原料和所述至少一种增量剂流体与所述经加热的气流组合，从而在所述炭黑反应器中形成其中形成有炭黑的反应物流；和
收取所述反应物流中的所述炭黑。
47.权利要求46的方法，其中，所述增量剂流体是对所述炭黑原料惰性的。
48.权利要求46的方法，其中，所述增量剂流体分布在所述炭黑原料中。
49.权利要求46的方法，其中，所述炭黑原料的供给以及所述增量剂流体的供给是一个或多个射流的形式，每个喷口具有带有鞘式环形物的中空顶端，所述鞘式环形物引入所述增量剂流体。
50.权利要求46的方法，其中，所述炭黑原料的供给以及所述增量剂流体的供给是彼此相邻的一个或多个射流的配对形式，其中各配对中的一个射流供给所述炭黑原料且各配对中的另一个射流供给所述增量剂流体。
51.权利要求46的方法，其中，将所述增量剂流体以足以透入所述炭黑原料内的压力引入。
52.权利要求46的方法，进一步包括在供给至所述至少一个引入点之前，将所述炭黑原料加热至大于约300℃的温度。
53.权利要求46的方法，进一步包括在供给至所述至少一个引入点之前，将所述炭黑原料加热至约360℃至约850℃的温度。
54.用于控制炭黑的至少一种颗粒性质的方法，包括：
向炭黑反应器中单独地供给a)至少一种增量剂流体以及相邻的b)至少一种炭黑原料且其中所述a)和b)的供给是一个或多个射流的形式，并控制所存在的增量剂流体的量以控制所述至少一种颗粒性质。
55.权利要求54的方法，其中，所述至少一种颗粒性质是色调。
56.权利要求1的方法，进一步包括在与所述炭黑原料组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述增量剂流体加热至第一温度。
57.权利要求1的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合之前，将所述炭黑原料加热至第一温度，并且，在与所述炭黑原料组合之前，将所述增量剂流体加热至第二温度，然后，组合形成所述流体-原料混合物，然后将所述流体-原料混合物加热至高于所述第一温度且最高达约950℃的第三温度，其中，每个所述加热步骤均在引入至所述炭黑反应器中之前发生。
58.权利要求23的方法，其中，所述至少一种颗粒性质是表面积。
59.权利要求46的方法，其中，在与所述增量剂流体的所述组合之前，使所述炭黑原料雾化。
60.权利要求1的方法，进一步包括在与所述增量剂流体组合以形成所述流体-原料混合物之前，将所述炭黑原料加热至大于约300℃的温度，且其中在与所述增量剂流体的所述组合之前，使所述炭黑原料雾化。
61.权利要求1的方法，其中，所述增量剂流体以基于所述炭黑原料的重量的约0.1重量％至约50重量％的量存在于所述流体-原料混合物中。
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