CN1125459A

CN1125459A - 生产炭黑的方法

Info

Publication number: CN1125459A
Application number: CN94192422A
Authority: CN
Inventors: 阿伦·C·摩根
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 1993-06-15
Filing date: 1994-05-26
Publication date: 1996-06-26
Anticipated expiration: 2014-05-26
Also published as: ZA943618B; KR100316500B1; HU222254B1; AU7045794A; DE69431799D1; AU687072B2; TR28933A; EP0703950A1; CZ293107B6; DE69431799T2; CZ315095A3; CO4370121A1; WO1994029389A1; US6348181B1; RU2146273C1; HUT74114A; CA2160683A1; US6485693B1; JP3115603B2; CA2160683C

Abstract

一种生产炭黑的方法包括由在先炭黑生成法所生成的反应气流与氧化剂和产生炭黑的原料进行反应而产生炭黑并冷却、分离和回收炭黑。该方法能有利地降低生产炭黑所必须的燃料量。本发明还公开了实施该方法的设备。

Description

生产炭黑的方法

本发明涉及一种用于生产炉法炭黑的新的方法和设备。

炭黑广泛地在墨水组合物、涂料等等中用作颜料；在橡胶组合物和塑料组合物的配料和制备中用作填料和增强颜料，还可用于许多其它方面。炭黑的特征通常是根据它的性质，包括但不限于表面积、表面化学、团粒大小和粒径。炭黑的性质是通过已知技术的检测法而分析测定的。

通常炭黑是一种炉型的反应器中通过烃原料与热燃烧气反应以产生含颗粒性炭黑的燃烧产物而生产的。在炭黑的文献中，燃烧气体和烃原料之间的这种反应通常被称为热解。

有许多生产炭黑的方法通常是已知的。在一种炭黑炉反应器中，如描述于Kester等人的U.S.专利3401020中，或Pollock的U.S.专利2,785,864中，下文分别称为“Kester”和“Pollock”，将一种燃料，优选是含碳氢化合物的燃料，和一种氧化剂，优选是空气，注入第一区并反应形成热燃烧气体。烃原料既可以呈气体、蒸气形式又可以呈液体形式而注入第一区以开始烃原料的反应。生成的燃烧气体混合物(反应在其中进行)进入反应区，在反应区完成炭黑形成的反应。

在另一种炭黑炉反应器中，液体或气体燃料与氧化剂，优选空气，在第一区中反应而形成热燃烧气体。从第一区流出的这些热燃烧气体向下流经反应器进入反应区后离开。为了产生炭黑，把含碳氢化合物的原料在一点或多点上注入热燃烧气流的路径。含碳氢化合物的原料可以是液体、气体或蒸气，并且用于生成燃烧气流的燃料相比可以相同也可以不同。通常含碳氢化合物的原料是烃油或天然气。第一(或燃烧)区和反应区用调节闸板或其横截面小于燃烧区或反应区的限制直径区而被分开。原料可以在限制直径区的上游、下游、和/或在其中注入热燃烧气体的路径中。原料烃可按雾化和/或未预雾化的形式，由燃烧气体内部和/或燃烧气流的外部引入。这种类型的炭黑炉反应器通常描述于Morgan等人的U.S再公布专利28974和Jordan等人的U.S专利3,922,335中，各专利公开的内容作为参考列入本说明书。

在通常已知的反应器和方法中，热燃烧气的温度要足以能使注入燃烧气流中的含碳氢化合物的原料进行反应。在一种反应器中，如Kester公开的，原料是在一点或多点上被注入到与形成燃烧气体的同一区内。而在另外一种反应器或方法中，原料在一点或多点上的注入是在燃烧气流已经形成后才进行的。其中进行反应的原料和燃烧气体的混合物在整个申请中称为“反应流”。该反应流在反应器的反应区内的停留时间要足以形成所要求的炭黑。在两种类型的任何一种反应器中，由于热燃烧气流是向下流经反应器的，所以反应是在原料和燃烧气的混合物流过反应区时发生的。在具有所要求性质的炭黑形成后，反应流的温度才能降到反应停止的温度。

Cheng的U.S专利4,327,069(“Cheng′069”)，及其分案的U.S专利4,383,973(“Cheng′973”)，公开了一种利用两种炭黑反应器生产具有浅色残余炭黑的炉子和方法。“每个炭黑反应器都具有预燃烧区、反应区、烃入口装置、和热燃烧气体入口装置”，(Cheng′973，栏4，11，16-19)。反应器之一是高结构的炭黑反应器，而另一反应器是低结构的炭黑反应器(Cheng′973，摘要)。“由第二燃料流和第二含氧的气流燃烧所形成的第二热燃烧气流是在第二炭黑形成区内产生。第二烃原料流被导入炉子的第二炭黑形成区以与在其中所产生的第二热燃烧气流以及来自炉子的第一炭黑形成区的第一炭黑形成混合物进行混合”(Cheng′973，栏3，11，19)。

本人已经发现通过现有的炭黑生成法的反应气流与氧化剂反应以产生燃烧产物流，该燃烧产物流与产生炭黑的原料起反应而产生炭黑，这就有可能降低用于产生炭黑的燃料量。该燃烧产物流的产生可借助于向反应流内导入任何适当的氧化剂来完成，所述氧化剂可以是任何含氧物质如空气、氧、空气和氧的混合物，或其它类似的物质。使所得的燃烧产物气流与另外的产生炭黑的原料反应以产生炭黑。结果，用于生产炭黑的燃料量得到了降低。

因此，本发明的方法是一种生产炭黑的方法，该法包括：

由在先的炭黑形成法所形成的反应流与氧化剂和产生炭黑的原料进行反应而生产炭黑；和

冷却、分离和回收炭黑。

优选的是，该法还包括：

由一种包含燃料与氧化剂和产生炭黑原料进行反应的方法而形成反应流；并且

使反应流与氧化剂和能产生炭黑的原料在能降低用本法生产炭黑总量所用的燃料量的条件下进行反应。燃料的降低是通过与生成反应流时每磅炭黑所用的燃料量相比，观察由本法生产的每磅炭黑所用燃料量而进行的。更具体地说，对于产生由本法生产炭黑总量来说，每磅炭黑所用燃料量低于由生成反应流的方法生产基本上不低于同样的CTAB表面积的炭黑时每磅炭黑所用的燃料量。如果按典型的炭黑生产方法进行运行以生产指定CTAB表面积的炭黑并且在冷却、分离和回收炭黑前，先按本发明的方法，使反应流与氧化剂和产生炭黑的原料起反应，则与在先的反应流和氧化剂以及产生炭黑原料之间反应的典型炭黑生成法相比，能在较低的燃料比耗(BTU/1磅炭黑)下，生产出更多总量而基本上不低于同样CTAB表面积的炭黑并且切实可行。优选的是，燃料量的减少至少2％。

作为所属技术领域的技术人员能理解的，反应流与氧化剂及产生炭黑原料进行反应以产生炭黑的工艺步骤，在冷却、分离和回收炭黑前，像经常可实行的那样，可重复多次。

根据本文描述的实施例，和下面表4和5中所列举的，对炭黑领域内的一般技术人员来说通过实施本发明可以达到显著的燃料节省是显而易见的。在实施例中，反应流是在类似于Mongan等人在U.S再公布专利28974和Jordan等人在U.S专利3,922,335中所描述的炭黑炉反应器内产生的。然而，本发明的方法可采用任何形成反应流的方法而进行实施。例如，使用在下列通常已知类型的反应器内生成的反应流，可以实施本发明的方法，并能达到有效的燃料节约，上述反应器包括U.S专利2,641,534中描述的典型炭黑炉型反应器，和一套适当组合且用阀调节的热炭黑反应器以便基本上提供连续的反应流。

“氧化剂”，用于本文时，系指任何一种适于维持火力的氧化剂，例如空气、氧及其混合物，优选的氧化剂是空气。本发明的方法甚至可有利地使用降低氧含量的空气。对于通过导入添加剂，改变氧化剂的组成是在本发明范围内的。

氧化物能以任何现有技术已知的方法的形式导入反应流中。例如，氧化剂优选地是通过连接到入口上的管道经反应器壁而导入。然而，氧化剂的导入应使氧化剂能迅速地混入反应流中的方式引入，或者反应器按能使氧化剂迅速混入的方式成形。完成氧化剂进入反应流的混合方法包括，但不限于，下列方法：在足够的压力下使氧化剂进入反应流；或者使反应器成形包括循环区以使氧化剂混入反应流中。

产生炭黑的烃原料，在反应器中的条件下应是易挥发的，包括不饱和烃如乙炔；烯烃如乙烯、丙烯、丁烯；芳烃如苯、甲苯和二甲苯；某些饱和烃；以及挥发的烃如煤油、萘、萜烯、乙烯焦油、芳环类原料(aromalic cycle stocks)等等。

将产生炭黑的原料导入反应流中可与氧化剂同时导入也可在氧化剂导入以后导入。导入该原料可以从反应流的内部，和/或从反应流的外部按雾化态和/或非-预雾化态形式进行。导入氧化剂和导入产生炭黑原料之间的时间应足以使氧化剂和反应流混合所用时间，以使氧化剂和反应流间的反应能引起燃烧产物气流以与产生炭黑原料反应。

在本发明的方法中，导入氧化剂和导入产生炭黑原料之间的时间优选的是低于30毫秒，更好低于10毫秒，最好低于5毫秒。

氧化剂导入反应流中会产生足够的热量以使产生炭黑原料反应。然后使反应流进入另一个反应区以按照本发明的方法，允许导入另外的氧化剂和另外的产生炭黑原料。

在具有要求性质的炭黑形成后，可按任何现有技术已知的方法降低反应流的温度，如通过骤冷，向反应流中注入骤冷流体。一种测量方法是当反应停止后通过采取反应流的样品并测量其甲苯脱色量而进行测定。甲苯脱色的测量是按ASTM D1618-83“炭黑可提取物-甲苯脱色”而进行的。通常骤冷是设置在反应流的甲苯脱色量达到生产所要求炭黑产物的可接受量的点上。反应流被冷却后，可使反应流流入袋滤器体系以分离和收集炭黑。

实施本发明方法的设备包括：

用于由在先炭黑形成法生成的反应流与氧化剂和产生炭黑的原料反应而生产炭黑的装置；和

用于冷却、分离和回收炭黑的装置。

优选地，设备包括许多反应区，其中反应流在第一反应区形成后流入至少一个后置的反应区，在该区内导入氧化剂和产生炭黑的原料以形成炭黑。炭黑形成后，使反应流冷却并分离和回收炭黑。因此使反应流向下流入另一个用于另外的氧化剂和产生炭黑的原料的反应区也是在本发明的规划之内。

本发明方法和设备的其它细节和优点根据下面较详细地描述将会更清楚。

图1是本发明炭黑反应器的截面图，该反应器可用于实施本发明的方法。

如上所述，本发明的方法和设备起因于本发明人的发现，该发现具有能降低生产炭黑用的燃料量，通过在先炭黑生成法的反应流与氧化剂反应以产生燃料产物，该燃料产物与产生炭黑的原料起反应而生成炭黑。通过将氧化剂混入反应流中，产生燃烧产物流以与和氧化剂同时导入或在氧化剂后导入的附加的产生炭黑的原料起反应，这是可行的。

用于实施本发明方法的炭黑的反应器描绘于图l中。尽管在图1中描绘的是一种炭黑反应器，但是可以理解本发明可以使用任何的炭黑炉反应器，只要炭黑在其中借助于烃的反应而生成即可。

还可认识到描绘于图1中的炭黑反应器是构成本发明的设备。然而，本发明的设备不限于图1描绘的构型。

参照图1，本发明的方法可在炭黑炉反应器2中进行实施，该反应器具有：燃烧区10，它有一个渐缩直径区11；原料注入区12，和反应区18。在图1描绘的实施方案中，反应区18包含一个与渐缩直径区20连接的较小内径区19，渐缩直径区20与原料注入区22连通，该原料注入区22的直径小于反应区18。原料注入区22，与反应区32相连。在图1描述的实施方案中，反应区32包括渐缩直径区30。

对于下面描述的实施例来说，燃烧区10的直径，一直到渐缩直径区11的开始以D-1表示，渐缩区11的直径，在最窄处以D-2表示；区12的直径以D-3表示，区18的直径，以D-4表示，区19的直径以D-5表示，渐缩区20的直径，在最窄处以D-6表示，区22的直径以D-7表示而区30的直径，在最窄处以D-7表示，区32的直径以D-8表示。同样地，对于下面描述的实施例来说，燃烧区10的长度，直到渐缩直径区11处的开始以L-1表示；渐缩直径区11的长度以L-2表示；原料注入区12的长度以L-3表示；反应区18的长度，直到较小直径区19处以L-4表示；区19的长度以L-5表示；渐缩直径区20的长度以L-6表示；过渡区22的长度以L-7表示；渐缩直径区30的长度以L-8表示。L-9是从氧化剂导入点(50)的平面中间起到渐缩直径区(20)的起点的反应器部分长度。

在实施本发明方法的过程中，通过使液体或气体燃料与合适的氧化剂气流，如空气、氧气、空气和氧气的混合物或诸如此类在区10中接触而产生热燃烧气体。在适用于燃烧区10中与氧化剂流接触而产生热燃烧气体的燃料中，包括任何易于燃烧气体、蒸气或液体流，如天然气、氢、一氧化碳、甲烷、乙炔、醇类或煤油。但是，通常最好使用含碳成分高的燃料，尤其是烃类。当在第一区的燃烧反应中使用空气作氧化剂时，通常在10-125％之间的燃料等当比(fuel equivalence ratio)下操作是优选的。本技术领域的一般技术人员能理解，如将氧化剂气流预热有助于热燃烧气体的产生。

热燃烧气流由区10和11向下流入区12然后进入18。产生炭黑的原料40在位于区12第一点42导入。适用于产生炭黑的烃原料，都是在反应条件下易挥发的，可以是不饱和烃如乙炔；烯烃如乙烯、丙烯、丁烯；芳烃如苯、甲苯和二甲苯；某些饱和烃；以及挥发性烃如煤油、萘、萜烯、乙烯焦油、芳环类原料等。在本文描述的实施例中，产生炭黑的原料40，以许多小喷嘴的形式由热燃烧气流周边基本上横向地喷入，喷嘴伸入热燃烧气流的内部，以保证通过热燃烧气体高速混合和剪切产生炭黑的原料，致使分解和转化原料而产生炭黑。从渐缩直径区11的末端到第一原料注入点42间的距离用F-1表示。

产生炭黑的原料和热燃烧气流的混合物从区12向下游流入反应区18。产生炭黑的原料在原料注入点就开始反应。因此流经区18的反应流是与本发明方法和设备描述有关的反应流。

根据本发明的方法，将氧化剂导入反应流中。在图1描绘的实施方案中，氧化剂注入点用50表示。从区18的起点到氧化剂注入点50间的距离用X-1表示。

氧化剂可用任何现有技术的已知方法导入反应流中。例如，氧化剂可通过连在一个入口，或多个入口的管道穿过反应器壁而导入。沿区19的四周呈环状配置许多的入口。优选的是为了能产生燃烧产物流以与产生炭黑的原料起反应，氧化剂的导入方式应能保证氧化剂和反应流迅速混合。

在下文描述的实施例中，氧化剂是通过反应器四周配置的许多径向入口而导入反应流中。

附加的产生炭黑的原料60，既可与氧化剂基本上同时，也可在导入氧化剂之后导入反应气流中。在下面描述的实施例中，原料是在导入氧化剂之后导入的。附加的产生炭黑的原料与在第一原料注入点42导入的产生炭黑的原料可以相同也可以不同。

附加原料导入点示于图1中用62表示。氧化剂导入点50与附加原料导入点62之间的距离以F-2表示。在本文所描述的实施例中，产生炭黑的原料60，基本上以横向由热燃烧气体流的周边以许多小喷嘴的形式喷入，喷嘴伸入热燃烧气流的内部区域，以保证通过热燃烧气高速混合和剪切产生炭黑的原料，以使分解并转化原料而产生附加的炭黑。

氧化剂的导入和产生炭黑原料的导入之间的时间应足以使氧化剂和反应气流混合。在本发明方法中，优选的时间低于30毫秒，更好的是低于10毫秒，最好低于5毫秒。因此，在本发明的方法中距离F-2最好选择为能使时间低于30毫秒。正如本技术领域的一般技术人员能理解的，时间与距离F-2之间的相互关系取决于的反应器的构型和尺寸，并结合用于实施本发明方法的生产能力水平。

含附加产生炭黑的原料的反应流流入并经过区30和32。将附加氧化剂和原料导入该反应流中以产生燃烧产物流而与附加产生炭黑的原料在另外的反应区内进行反应而产生附加炭黑，以代替在区32中骤冷反应流。这些步骤像经常实施那样可进行多次。

在图1描绘的实施方案中，位于点72的骤冷70，喷入骤冷流体80，使产生炭黑的原料的反应停止。Q是由反应区32的起点到点72的距离，并且可按照骤冷的位置变化。

在反应气流骤冷后，含本发明炭黑的冷却过的气体向下游流入任何常规冷却和分离的装置，由此回收本发明的炭黑。通过常规装置如沉淀器、旋风分离器和袋滤器可以很容易地实施炭黑从气流中的分离。分离步骤后接着使用如湿式造球机进行造粒。

通过下列实施例对本发明的效果和优点作进一步地说明，在实施例中按照ASTM检验程序D3765-85测定溴化十六烷基-溴化三甲基铵的吸收值(CTAB)。

实施例1-6

将本发明的方法用于在5个例证性的反应器，(实施例1-5)中产生炭黑。在实施实施例1-5中，没有向反应器第二区中的反应流导入附加的燃料。为了比较，进行了对照试验，其中生产炭黑时没有向反应流中导入氧化剂和附加原料，(实施例6)。

用于各实施例和对照例的反应器类似于本文所述的，并示于图1的，使用表2所列的反应器条件和几何结构。在各实施例中用于燃烧反应的燃料是天然气。用于各实施例中的原料具有示于表1的性质：

表1：原料性质

实施例1-4和6 实施例5氢/碳比 0.95 0.96氢(wt.％) 7.27 7.44碳(wt.％) 91.6 92.2硫(wt.％) 0.9 0.6A.P.I.重力15.6/15.6 -1.3 -1.3C(60F)[ASTM D-287)比重15.5/15.6 1.087 1.099C(60 F)[ASTM D-287)粘度SUS(54.4℃) 163.8 106.0[ASTM D-88]粘度SUS(98.9℃) 49.8 41.3[ASTM D-88]BMCl(Visc-Grav) 130 131碳磅数/原料的加仑数 8.30 8.35

向实施例1-5的反应流中导入的氧化剂是空气。氧化剂通过许多周边设置的径向入口注入反应流中。在实施例1-4中使用了3个1英寸直径的入口，6个0.5英寸直径的入口，和6个0.25英寸直径的入口，总空气输入面积约3.8平方英寸。在实施例5中使用了3个1英寸直径的入口，3个0.75英寸直径的入口，12个0.5英寸直径的入口，和6个0.25英寸直径的入口，总空气导入面积约6平方英寸。

反应器条件和几何结构列于下面的表2中。在实施例5中，往第二原料流中每小时加入l0磅的含K₂CO₃总量为25克的水溶液。

表2

实施例号对照例

实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6D-1，英寸 8.75 8.75 8.75 8.75 8.75 8.75D-2，英寸 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8D-3，英寸 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8D-4，英寸 9 9 9 9 9 9D-5，英寸 8.3 8.3 8.3 8.3 8.3 8.3D-6，英寸 5.3 5.3 5.3 5.3 5.3 5.3D-7，英寸 5.3 5.3 5.3 5.3 5.3 5.3D-8，英寸 9 9 9 9 9 9L-1，英寸 24 24 24 24 24 24L-2，英寸 13 13 13 13 13 13L-3，英寸 8 8 8 8 8 8L-4，英寸 70 70 70 70 67 -L-5，英寸 12 12 12 12 12 NAL-6，英寸 2.88 2.88 2.88 2.88 2.88 NAL-7，英寸 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 NA

表2(续)

实施例号对照例

实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6L-8，英寸 2 2 2 2 2 NAL-9，英寸 2.25 2.25 2.25 2.25 12.75 NAF-1，英寸 4 4 4 4 4 4F-2，英寸 6 6 6 6 16.5 NAX-1，英寸 80.5 80.5 80.5 80.5 67 NAQ，英寸 120 72 72 72 216 56第一区燃烧空气量 45.0 45.2 45.0 35.0 35.0 100kscfh燃烧空气预热，F 896 902 886 876 900 907天然气，kscfh 3.72 3.71 3.67 2.85 2.89 8.75原料注入点42，喷嘴数#x 4x 4x 4x 4x 4x 6x尺寸，英寸) 0.026 0.038 0.052 0.052 0.033 0.043Fstk速度，42克/小时 45.1 71.2 97.7 76.0 72.0 169.7

表2(续)

实施例号对照例

实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6Fstk压力，42psig 228 137 72 43 155 170Fstk预热42，F 251 248 243 243 310 297第二区空气输入面积，平方英寸 3.8 3.8 3.8 3.8 6 NA燃烧空气，kscfh 55.0 54.8 55.0 64.9 65.0 NA燃烧空气预热，F 966 994 1001 1093 1000 NA原料注入点，62喷嘴数，#x 7x 7x 7x 7x 7x尺寸，英寸)0.043 0.029 0.029 0.029 0.037 NA

表2(续)

实施例号对照例

实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6Fstk速度，62克/，小时 163.8 118.3 111.6 99.6 143.0 NAFstk压力，62psig 184 310 283 223 203 NAFstk预热62，F 237 239 240 233 281 NA骤冷温度，F 1349 1351 1351 1350 1350 1350^*注：在对照例6中，使用单级反应器18。在该反应器的未端对反应流进行骤冷，因此L－4＝Q。第一区是指第二区氧化剂导入点上游的反应器部分。第二区指的是包括第二区氧化剂导入点及其下游的反应器部分。空气输入面积指的是在第二区中向反应气流导入氧化剂所经过的环孔入口的总表面积。Inj.＝注入；Comb.＝燃烧；Press＝压力；Fstk＝原料；42＝图上的点42；62＝图1上的点62；gph＝加仑/小时；psi＝磅/平方英寸；in＝英寸；ft＝英尺；sq.in.＝平方英尺；F＝华氏温度；kscfh＝标准立方尺/小时；NA＝不可用。

经由炭黑生产用的典型性下游设备进行的骤冷生产流后，有助于进一步冷却反应流。使用常规装置袋滤器分离和回收各试验中所产生的炭黑，然后在湿式成球机的常规装置进行造粒。

如表2所述，氧化剂导入口(图1上的50)平面的中线和第二原料导入口(图1上的62)平面的中线之间的距离，F-2在实施例1-4中为6英寸。这两个平面间的反应器内体积在实施例1-4中约为247立方英寸。假设来自先期形成的反应流的燃烧气体立即烧成CO₂和水则氧化剂导入和原料导入间的估计时间在实施例1-4中约为0.6毫秒。在实施例5中，距离F-2为16.5英寸，氧化剂导入平面和原料导入平面间的反应器内体积在实施例5中约为788立方英寸。假设来自先期生成的反应气流的可燃气体立即烧成CO₂和水氧化剂导入和原料导入间的估计时间在实施例5中约为2毫秒。

可以估计尽管上面的描述是一种类型的装置所特有的，但是通过氧化剂和反应流的混合而产生燃烧产物流以与产生炭黑的原料进行反应而产生炭黑而实施本发明。

在各实施例中所产生的干燥炭黑的CTAB值可用上述检测法进行测定。各试验的炭黑产率(每加仑原料产生的炭黑磅数)是使用气相色谱分析袋滤器中所存在的烟道气而测定的，偶尔用重量法进行核实。用于各试验的燃料，以每生产1磅炭黑的B.T.U表示，也对各实施例进行了计算。结果表示于表3中。

表3

实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6CTAB(m²/g) 89 120 88 108 77 92产率 5.31 5.16 5.58 4.73 5.28 5.79(lbs.c.b./gal.fstk)燃烧利用^* 31360 32590 29800 34900 30770 34220(B.T.U./lb.c.b.)lbs.c.b.＝炭黑磅数；gal.fstk＝原料/加仑数；c.b.＝炭黑^*注：燃料利用值是在假设天然气的B.T.U/scf值为928(较低加热值)和原料的B.T.U/加仑为1500,000(较低加热值)下测定的。这些结果表明，使用本发明方法的实施例1和3的燃料利用值，与对照实施例6的燃料利用值相比较是明显地降低。

本发明实施例1-5的多反应区法与单反应区法的比较列于下面的表4和5中。

表4

实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6

多级多级多级多级多级单级总空气 100 100 100 99.9 100 100kscfh总气体 3.72 3.71 3.67 2.85 2.89 8.75kscfh总Fstk 208.9 189.5 209.3 175.6 215 168.7gph产率 5.31 5.16 5.58 4.73 5.28 5.79(磅/加仑fstk)产量 1109 978 1168 830 1135 977(lbs.c.b./h)CTAB(m²/g) 89 120 88 108 77 92燃烧利用值^* 31360 32590 29800 34900 30770 34220(B.T.U./lb.c.b.)lb.c.b.＝1磅炭黑；gal.fstk＝1加仑原料；产量＝总Fstk×产率^*注：燃料利用值的测定是在假设天然气的B.T.U/scf值为928(较低加热值)和原料的B.T.U/加仑值为1500,000(较低加热值)下进行的。

假设为了达到示于实施例1-5的相同产率和产量在单级方法中同样相应的CTAB表面积，则需要列于表5中的空气、气体和原料量。根据空气、气体和原料的测定量所测定的燃料利用值也列于表5中。另外燃料利用值的降低百分比也列于表5中。

表5

实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6

<假设单级> 单级计算的总 110.4 112.6 114.3 117.2 109.2 100空气量， (实际)kscfh计算的总 7.59 8.01 8.99 8.2 6.53 8.75气体量 (实际)kscfh计算的 208.9 189.5 209.3 175.6 215 168.7总Fstk (实际)gph计算的燃料利用值^* 34600 36670 34030 40870 33750 34220(B.T.U./ (实际)lb.c.b.)

表5(续)

实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6

<假想单级> 单级燃料利用 8.8 11.1 12.4 14.6 8.9 N.A.值降低％

表4提供的结果和表5提供的测定值比较表明本发明方法示范性的实施例1-5(在表4中)与制备类似炭黑的单反应区方法比较在能效率上可获得有效的增益相当8-15％。

能清楚地理解到本文描述的本发明形式仅是说明性的而不是限制本发明的范围。

Claims

1、一种生产炭黑的方法包括：

由在先炭黑生成法所生成的反应流与氧化剂和产生炭黑原料进行反应而生成炭黑；和

冷却、分离和回收生成的炭黑。

2、权利要求1的方法，其中氧化剂和反应流间的反应能产生燃烧产物流以与产生炭黑的原料进行反应。

3、权利要求1的方法，其中燃料是以形成反应流的形式使用，并且其中反应流在降低生产炭黑所用的燃料量的条件下进行反应。

4、权利要求1的方法还包括：

通过一种包括燃料与氧化剂和产生炭黑原料反应的方法而形成反应流；和

反应流与氧化剂和产生炭黑的原料进行反应，反应条件是当与形成反应流时每磅炭黑所用燃料量对比时能降低由本发明方法生产每磅炭黑所用的燃料量。

5、权利要求4的方法，其中本发明方法每磅炭黑所用燃料量低于形成反应流方法所产生的基本上不低于同样CTAB表面积的炭黑时每磅炭黑所用燃料量。

6、权利要求5的方法，其中燃料量的降低至少为2％。

7、权利要求1的方法，其中氧化剂和产生炭黑的原料导入反应流的时间范围要足以使氧化剂与反应流进行反应以产生燃烧产物流而与产生炭黑的原料进行反应。

8、权利要求7的方法，其中产生炭黑的原料是在氧化剂导入反应流后导入反应流的。

9、权利要求7的方法，其中氧化剂的导入和产生炭黑的原料导入是在低于30毫秒内发生。

10、权利要求7的方法，其中氧化剂的导入和产生炭黑的原料导入是在低于10毫秒内发生。

11、权利要求7的方法，其中氧化剂的导入和产生炭黑的原料导入是在低于5毫秒内发生。

12、权利要求1的方法还包括在冷却、分离和回收炭黑前重复反应。

13、权利要求1的方法，其中反应流是通过一种方法生成的，该法包括：

由燃料与氧化剂进行反应产生燃烧气流并将第一产生炭黑的原料导入燃烧气流的方式要使第一产生炭黑的原料被燃烧气体雾化，

并且其中的反应流与氧化剂和产生炭黑的原料进行反应，反应条件是当与生成反应流时每磅炭黑所用燃料量对比时能降低本发明方法生产的每磅炭黑所用的燃料量。

14、权利要求13的方法，其中本发明方法每磅炭黑所用燃料量低于形成反应流方法所生成的基本上不低于同样CTAB表面积的炭黑时每磅炭黑所用燃料量。

15、权利要求14的方法，其中燃料量的降低至少为2％。

16、一种生产炭黑的方法包括：

按炭黑生成法生成反应流；

将氧化剂导入反应流中；

将产生炭黑的原料导入反应流中；

生产炭黑；和

冷却、分离和回收炭黑。

17、权利要求16的方法，其中反应流与氧化剂反应而产生的燃烧产物气流与产生炭黑的原料进行反应。

18、权利要求16的方法进一步包括：

燃料与氧化剂和第一产生炭黑的原料进行反应而生成反应流；

实施用于生产炭黑的方法，是在当与形成反应流时每磅炭黑所用燃料量相比时，能够降低本法生产每磅炭黑所用的燃料量的条件下进行。

19、权利要求18的方法，其中本方法每磅炭黑所用的燃料量低于由形成反应流方法所生产的基本上不低于同样CTAB表面积的炭黑时每磅炭黑所用的燃料量。

20、权利要求19的方法，其中燃料量的降低至少为2％。

21、权利要求18的方法，其中第一产生炭黑的原料和导入反应流中的产生炭黑的原料以非预雾化形式导入。

22、一种在炭黑炉反应器内生产炭黑的方法包括：

通过燃料和氧化剂在反应器的第一区内反应而产生燃烧气流；

将产生炭黑的原料导入反应器第二区内的燃烧气流中以形成反应流；

使反应流中的炭黑形成在反应器的第三区内持续进行；

将附加的氧化剂导入反应器的第4区内的反应流中以便与反应流反应而产生的燃烧产物气流与附加的产生炭黑的原料起反应；

将附加的产生炭黑的原料导入第5区内的反应流中以开始炭黑的形成；

使炭黑的形成在反应器的第6区内持续进行；

冷却、分离和回收炭黑。

23、权利要求22的方法进一步包括实施生产炭黑的方法是在当与形成反应流时每磅炭黑所用的燃料量相比时能降低每磅炭黑所用的燃料量的条件下进行。

24、权利要求23的方法，其中生产炭黑所用燃料量与单级炉炭黑生成法生产基本上不低于同样CTAB表面积的炭黑相比是有所降低。

25、权利要求24的方法，其中燃料量的降低至少为2％。

26、一种生产炭黑的设备包括：用于由在先炭黑生成法所形成的反应流与氧化剂和产生炭黑的原料进行反应以生产炭黑的装置；和

冷却、分离和回收炭黑的装置。

27、权利要求26的设备进一步包括：

用于燃料与氧化剂和产生炭黑的原料反应以形成反应流的装置和

用于反应流与氧化剂和产生炭黑的原料在以下条件下反应的装置，所述反应条件是由该法每磅炭黑所用的燃料量低于通过形成反应流的方法所生产基本上不低于同样CTAB表面积的炭黑的每磅炭黑所用的燃料量。

28、权利要求27的设备进一步包括：

用于氧化剂导入反应流中的装置和用于产生炭黑的原料导入反应流中的装置，该装置的安排要使氧化剂的导入和产生炭黑的原料导入能在足以使氧化剂与反应流反应的时间范围内发生而产生燃烧产物气流以与产生炭黑的原料进行反应。

29、权利要求28的设备，其中用于氧化剂导入反应流中的装置和用于产生炭黑的原料导入反应气流中的装置，该装置的安排要使氧化剂的导入和产生炭黑的原料的导入能在低于30毫秒的时间内发生。

30、一种生产炭黑的设备包括：

用于燃料与氧化剂和产生炭黑的原料进行反应而形成反应流的装置；

用于氧化剂导入反应流中的装置；

用于产生炭黑的原料导入反应流中的装置；

用于反应流与氧化剂和产生炭黑的原料在以下条件下进行反应的装置，所述反应条件是由该法产生每磅炭黑所用的燃料量要低于由形成反应流方法所生产基本上不低于同样CTAB表面积的炭黑时的每磅炭黑所用燃料量；和

用于冷却、分离和回收炭黑的装置。

31、权利要求30的设备进一步包括：

用于氧化剂导入反应流用的附加装置和用于产生炭黑的原料导入反应流的附加装置，

在用于冷却、分离和回收炭黑的装置前安置各附加装置。

32、一种在炭黑炉反应器中生产炭黑的设备包括：

用于在反应器第1区中的燃料和氧化剂反应的装置；

用于产生炭黑的原料导入反应器第2区中的燃烧气体流中以形成反应流的装置；

用于在反应流中炭黑的形成在反应器第3区内持续进行的装置；

用于氧化剂与反应流在反应器第4区内反应的装置，以产生燃烧产物的气流而与附加的产生炭黑的原料进行反应；

用于产生炭黑的原料与反应流在反应器第5区内进行反应的装置；

用于反应流与氧化剂和产生炭黑的原料在以下条件下进行反应的装置，该反应条件是要使由该法产生每磅炭黑所用燃料量低于由形成反应流方法生产基本上不低于同样CTAB表面积的炭黑时产生每磅炭黑所用的燃料量；和

用于冷却、分离和回收炭黑的装置；

其中，反应器第2区具有的直径小于反应器第1和第3区，并且反应器第5区具有的直径小于反应器第4和第6区。