CZ20004596A3 - Způsob výroby sazí a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents
Způsob výroby sazí a zařízení k provádění tohoto způsobu Download PDFInfo
- Publication number
- CZ20004596A3 CZ20004596A3 CZ20004596A CZ20004596A CZ20004596A3 CZ 20004596 A3 CZ20004596 A3 CZ 20004596A3 CZ 20004596 A CZ20004596 A CZ 20004596A CZ 20004596 A CZ20004596 A CZ 20004596A CZ 20004596 A3 CZ20004596 A3 CZ 20004596A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- carbon black
- reactor
- stream
- inlet
- fluid stream
- Prior art date
Links
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 title claims abstract description 148
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 66
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 33
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 104
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 19
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims abstract 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 48
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 48
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 29
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 21
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 18
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 18
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 18
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 16
- 239000004071 soot Substances 0.000 claims description 11
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 8
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 claims description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 abstract description 5
- 235000019241 carbon black Nutrition 0.000 description 134
- DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N dibutyl phthalate Chemical compound CCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCC DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 27
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 27
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 24
- 239000003570 air Substances 0.000 description 18
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 7
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 7
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 4
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241000872198 Serjania polyphylla Species 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000276498 Pollachius virens Species 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 2
- 239000003350 kerosene Substances 0.000 description 2
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LTUJKAYZIMMJEP-UHFFFAOYSA-N 9-[4-(4-carbazol-9-yl-2-methylphenyl)-3-methylphenyl]carbazole Chemical compound C12=CC=CC=C2C2=CC=CC=C2N1C1=CC=C(C=2C(=CC(=CC=2)N2C3=CC=CC=C3C3=CC=CC=C32)C)C(C)=C1 LTUJKAYZIMMJEP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- -1 ethylene, propylene, butylene Chemical group 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 150000002790 naphthalenes Chemical class 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 238000005453 pelletization Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000012716 precipitator Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 239000012744 reinforcing agent Substances 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 229930195734 saturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000003505 terpenes Chemical class 0.000 description 1
- 235000007586 terpenes Nutrition 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 1
- 229930195735 unsaturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
- B01J19/2405—Stationary reactors without moving elements inside provoking a turbulent flow of the reactants, such as in cyclones, or having a high Reynolds-number
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/44—Carbon
- C09C1/48—Carbon black
- C09C1/50—Furnace black ; Preparation thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00051—Controlling the temperature
- B01J2219/0015—Controlling the temperature by thermal insulation means
- B01J2219/00155—Controlling the temperature by thermal insulation means using insulating materials or refractories
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00051—Controlling the temperature
- B01J2219/00159—Controlling the temperature controlling multiple zones along the direction of flow, e.g. pre-heating and after-cooling
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/19—Details relating to the geometry of the reactor
- B01J2219/194—Details relating to the geometry of the reactor round
- B01J2219/1941—Details relating to the geometry of the reactor round circular or disk-shaped
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/19—Oil-absorption capacity, e.g. DBP values
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Polyesters Or Polycarbonates (AREA)
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
Description
Způsob výroby sazí a zařízení k provádění tohoto způsobu
Oblast techniky
Vynález se týká nových způsobů výroby sazí a zařízení k provádění tohoto způsobu.
Dosavadní stav techniky
Saze lze použít jako pigmenty, plniva, vyztužující činidla a pro různé další aplikace a zpravidla se uplatňují jako plniva a vyztužující pigmenty při přípravě pryžových a plastových kompozic. Saze se zpravidla charakterizují na základě svých vlastností, které zahrnují neomezujícím způsobem jejich měrný povrch, povrchovou chemii, velikosti agregátů a velikosti částic. Vlastnosti sazí se analyticky určují pomocí v daném oboru známých testů, které zahrnují I2N0 (měrný povrch adsorbující jod), N2SA (měrný povrch adsorbující dusík), DBP (adsorpce dibutylftalátu), CDBP (adsorpce dibutylftalátu drcenými sazemi), CTAB (absorpční hodnota cetyltrimethylamoniumbromidu) a TINT (hodnota odstínu).
Saze lze vyrobit v reaktoru pecního typu pyrolýzou uhlovodíkové vsázky horkými plynnými spalinami za vzniku produktů spalování obsahujících částice sazí. Pro výrobu sazí se běžně používá celá řada metod.
U jednoho typu sazného reaktoru, například reaktoru popsaného v patentu US 3,401,020 (Kester a kol.) nebo patentu US 2,785,964 (Pollock) dále označovaných jako „Kester resp. „Pollock, se palivo, výhodně uhlovodíkové,
01-3633-00-Če • · • ·
a oxidant, výhodně vzduch, vstřikují do první zóny a reagují za vzniku horkých plynných spalin. Uhlovodíková vsázka v plynné, parné nebo kapalné formě se rovněž vstřikuje do prví zóny, potom, co začne pyrolýza uhlovodíkové vsázky a v důsledku tohoto vstřikování dojde ke tvorbě sazí. V tomto případě se pyrolýzou rozumí tepelný rozklad uhlovodíku. Výsledná směs plynných spalin, ve které probíhá pyrolýza, se následně zavede do reakční zóny, kde dojde k dokončení tvorby sazí.
Dalším typem provozního zařízení používaného pro výrobu sazí je tzv. modulární neboli stupňovitý reaktor. Modulární (stupňovitý) pecný reaktor je obecně popsán v patentu US 28,974 (Reissue) a patentu US 3,922,355, jejichž obsah je zde uveden formou odkazu.
Při určitých způsobech výroby sazí se část oxidačního činidla zavede do procesu až po vstřikování uhlovodíkové vsázky. Patent US 4,105,750 popisuje způsob výroby sazí s užší strukturou, jak je patrné z nižších dibutylftalátových (DBP) absorpčních čísel, pro danou velikost částic. U popsaného způsobu se část zaváděného oxidačního činidla vstřikuje do procesu v místě ležícím za místem vstřikování výchozí suroviny.
WO 93/18094 popisuje způsob výroby sazí, který je charakteristický zaváděním druhého oxidačního proudu do reaktoru, přičemž tento druhý oxidační proud nezasahuje do tvorby částic a agregátů sazí v uvedeném reaktoru. Popsané příklady uvádějí, že DPB absorpční hodnoty sazí vyrobených za použití druhého oxidačního proudu jsou nižší než DPB absorpční hodnoty sazí vyrobených za použití stejných reakčních podmínek a za absence druhého oxidačního proudu.
01-3633-00-Če • · · · • ·
·..· .:. · ·· ·:·
Způsoby výroby sazí popisují i další patenty, například patent US 3,607,058; US 3,761,577; a US 3,887,690.
Teploty v sazných reaktorech se mohou pohybovat od 1315 °C do 1648 °C a v některých případech mohou být i vyšší. Vstřikování dalšího oxidačního činidla a/nebo zavádění druhého proudu vzduchu do reakčního proudu, například způsobem popsaným v již jmenovaných patentech, zpravidla zvýší teplotu reakčního proudu a v oblasti vstřikování vzduchu může teplota reakčního proudu přesáhnout 1648 °C. Tato extrémní teplota může způsobit poškození ohnivzdorné vyzdívky reaktoru a/nebo zkrátit životnost ohnivzdorné vyzdívky reaktoru zejména v blízkosti vstřikování dalšího oxidačního činidla.
Z výše uvedeného tedy vyplývá, že bude účelné navrhnout způsob a zařízení pro dodávání dalšího (pomocného) proudu obsahujícího oxidační činidlo a/nebo uhlovodík do vytékajícího proudu, které by minimalizovalo problémy spojené s poškozováním ohnivzdorné vyzdívky reaktoru.
V tomto ohledu se jako výhodný jeví způsob a zařízení pro výrobu sazí, u kterých se zaváděním dodatečného proudu obsahujícího oxidační činidlo a/nebo uhlovodík do vytékajícího proudu zvětší struktura sazí vyrobených tímto způsobem, což lze ověřit měřením DBP absorpční hodnoty pro daný měrný povrch.
Způsob a zařízení podle vynálezu, které poskytují výše popsané výhody budou odborníkům v daném oboru blíže objasněny v následujícím popisu.
Přestože byl vynález popsán na obecných typech pecních reaktorů a na způsobech využívajících tyto reaktory, je
01-3633-00-Če • · · ·
....... · : : :
·..· .:. ·· — zřejmé, že lze vynález použít i v případě dalších pecních reaktorů a způsobů, u kterých je výroba sazí založena na pyrolýze a/nebo nedokonalém spalování uhlovodíků.
Podstata vynálezu
Vynález poskytuje způsoby a zařízení, které jsou zvláště vhodné pro výrobu sazí.
Jedním aspektem vynálezu jsou způsoby a zařízení pro zakrytí (zastínění) plynného proudu. Způsob zakrytí plynného proudu může zahrnovat zavádění proudu tekutiny okolo vnějšího obvodu plynného proudu. Zařízení pro zakrytí plynného proudu může obsahovat dutou nádobu, vstup pro zavádění proudu tekutiny do vnitřní části nádoby a výstup, který umožňuje proudu tekutiny tuto nádobu opouštět. Výstup může obsahovat prstencovou trysku nebo množinu trysek. Výhodně je nádoba prstencová, tj. má tvar prstenu, nicméně lze použít i další tvary nádob. Prstencové neboli výstupní trysky mohou být rozmístěny po obvodu nádoby.
Dalším aspektem vynálezu je způsob výroby sazí, který zahrnuje zakrytí plynného proudu proudícího reaktorem proudem tekutiny. Plynný proud v reaktoru může obsahovat proud plynných spalin a/nebo vytékající proud vytvořený zavedením suroviny poskytující saze do proudu plynných spalin. Zakrytí se výhodně realizuje po zavedení suroviny poskytující saze do proudu plynných spalin. Proud tekutiny výhodně obklopuje vnější obvod proudu plynných spalin a/nebo vytékající proud a nachází se mezi proudem plynných spalin a/nebo vytékajícím proudem a stěnou reaktoru.
01-3633-00-Če • · · ·
Vynález se dále týká způsobu výroby sazí. Způsob výroby sazí podle vynálezu zahrnuje zavedení proudu tekutiny do reaktoru v axiálním směru a v místě, které se nachází za místem vstřikování suroviny poskytující saze. Proud tekutiny lze do reaktoru zavádět výše popsaným způsobem.
Vynález dále poskytuje způsobu výroby sazí, u kterého se proud tekutiny zavádí do reaktoru za místem vstřikování suroviny poskytující saze a to v axiálním směru.
Při provádění způsobu podle vynálezu lze proud tekutiny do reaktoru zavádět prstencovou tryskou nebo množinami trysek v axiálním směru. Prstenec je soustředný s reaktorem a umožňuje tak zavádět proud tekutiny po obvodu provozního proudu. Množinu trysek lze uspořádat do kruhu nebo do množiny kruhů. Axiální směr označuje směr paralelní se směrem proudění plynných spalin reaktorem. V případě válcového reaktoru je axiálním směrem zpravidla směr paralelní s osou válce. Výraz „paprsek, jak je zde použit, označuje prudký přesně definovaný proud tekutiny tryskající z otvoru nebo trysky. Vynález tedy poskytuje prostředek pro zakrytí proudu plynných spalin a směsi vytékajícího proudu opouštějícího druhý stupeň modulárního sazného reaktoru. U výhodného provedení jsou zpravidla prstence nebo trysky, pomocí kterých je proud tekutiny zaváděn do reaktoru, rozmístěny tak, aby obklopovaly vytékající proud. Jak je zřejmé z přiložených obrázků, vytékající proud může být obklopen proudem tekutiny zaváděným po obvodu plynného proudu opouštějícího druhý stupeň reaktoru. Proud tekutiny zaváděný do reaktoru lze použít alespoň k částečnému odklonění plynného proudu opouštějícího druhý stupeň reaktoru od stěn reaktoru. Tímto způsobem lze minimalizovat tepelné poškození ohnivzdorné vyzdívky stupně reaktoru.
01-3633-00-Če
• · · · • · · · • · · · • · · · · • · · · • · · ·
Úkolem proudu tekutiny je v podstatě působit proti vytékajícímu proudu, který se při postupu reaktorem rozšiřuje tangenciálně směrem ke stěnám reaktoru. Proud tekutiny zaváděný do reaktoru tedy působí jako štít, který přesměrovává vytékající proud tak, aby došlo ke snížení teploty, které jsou stěny reaktoru vystaveny. Zavádění proudu tekutiny způsobem podle vynálezu nabízí rovnoměrnější způsob míchání než ostatní metody a může tak minimalizovat lokálně vysoké teploty.
Vynález dále poskytuje zařízení pro zavádění proudu tekutiny do sazného reaktoru. Zařízení podle vynálezu pro zavádění proudu tekutiny do sazného reaktoru obsahuje dutou nádobu, vstup pro zavádění proudu tekutiny do vnitřního prostoru nádoby a výstup pro odvádění proudu tekutiny z nádoby. Vhodné výstupy zahrnují prstenec, trysku, množinu trysek nebo jejich kombinace. Výhodně se použijí prstencové trysky nebo množina trysek, které umožní proudu tekutiny opouštět nádobu, a to do vnitřního prostoru reaktoru. Nádoba může být zpravidla prstencová nebo může mít jiný vhodný tvar. Prstenec může být uspořádán souose s vnitřním a vnějším průměrem prstence a/nebo vnější trysky mohou být rozmístěny po obvodu prstence. U dalšího možného provedení mohou být výstupní trysky uspořádány na soustředných kružnicích od vnitřní části k vnějšímu obvodu nádoby. Vstup pro proud tekutiny lze uspořádat radiálně neboli v podstatě paralelně s výstupem (prstencem nebo tryskami), tak aby poskytl v podstatě lineární proud tekutiny bez významnějšího víření. Alternativně lze vstup pro proud tekutiny uspořádat tangenciálně nebo v podstatě tangenciálně k výstupu (prstenci nebo tryskám), tak aby vytékající proud tekutiny obsahoval tangenciálně rychlostní složku dostatečnou pro vytvoření vírů.
01-3633-00-Če
Způsoby podle vynálezu lze provádět za použití zařízení podle vynálezu nebo za použití dalších v daném oboru známých zařízení nebo zařízení, které je odborník v daném oboru schopen odvodit na základě prostudování popisu vynálezu.
Dalším aspektem vynálezu je zařízení pro výrobu sazí obsahující zařízení podle vynálezu pro zavádění proudu tekutiny. Výhodným zařízením je modulární reaktor obsahující první neboli spalovací stupeň, ve kterém se oxidační činidlo uvádí do kontaktu s palivem za vzniku proudu plynných spalin a to při teplotě dostatečné pro pyrolýzu suroviny poskytující saze; druhý stupeň, ve kterém se do proudu plynných spalin zavádí surovina poskytující saze; a třetí neboli reakční stupeň, ve kterém reagují plynný spaliny se surovinou poskytující saze za vzniku sazí, přičemž reaktor dále obsahuje zařízení pro zavádění proudu tekutiny do druhého nebo třetího stupně reaktoru za místem vstřikování suroviny poskytující saze.
Výhodou vynálezu je, že způsob zavádění proudu tekutiny minimalizuje poškození ohnivzdorné vyzdívky, ke kterému zpravidla dochází při zavádění sekundárních proudů tekutin do reaktoru.
Další výhodou vynálezu je, že způsob pro výrobu sazí podle vynálezu lze použít k výrobě sazí, které mají vyšší strukturu, stanovenou na základě zvýšených DBP absorpčních hodnot, pro daný měrný povrch.
Další výhody vynálezu se stanou zřejmými po prostudování následujícího podrobného popisu vynálezu.
01-3633-00-Če ·· ·· • · · · • · · · • · · · · • · · · • · · ·
Stručný popis obrázků
Obr. 1 znázorňuje řez částí modulárního pecního reaktoru pro výrobu sazí podle jednoho provedení vynálezu;
Obr. 2a a 2b znázorňují provedení zařízení podle vynálezu pro zavádění proudu tekutiny do sazného reaktoru;
Obr. 3 znázorňuje řez částí modulárního pecního reaktoru pro výrobu sazí, který byl použit v níže popsaných příkladech provedení vynálezu.
Vynález poskytuje způsoby zakrytí plynného proudu v reaktoru, které zahrnují zavedení proudu tekutiny okolo vnějšího obvodu plynného proudu. Při výrobě sazí se proud tekutiny zavádí okolo vnějšího obvodu proudu plynných spalin a/nebo odtékajícího proudu. Proud tekutiny se výhodně zavádí v axiálním směru, přičemž axiálním směrem se označuje směr, který je v podstatě paralelní se směrem proudění plynného proudu. Proud tekutiny lze zavádět souproudým způsobem s prouděním plynného proudu nebo protiproudním způsobem. U výhodného provedení se proud tekutiny zavádí souproudým způsobem.
Vynález rovněž poskytuje způsoby výroby sazí, které zahrnují zavádění proudu tekutiny do plynného provozního proudu ve snaze zakrýt tento plynný provozní proud. U typického sazného reaktoru se zavádění provádí za místem vstřikování suroviny poskytující saze. Podle jednoho provedení vynálezu způsob výroby sazí zahrnuje zavedení proudu tekutiny, který zakryje provozní proud, po zavedení suroviny poskytující saze do tohoto provozního proudu.
01-3633-00-Če • · · ·
• · · · · · • · ··· ·· ··
Způsob podle vynálezu může zahrnovat zavedení proudu tekutiny v axiálním směru, přičemž axiální směr označuje směr, který je v podstatě paralelní s celkovým směrem proudění proudu plynných spalin a vytékajícího proudu v reaktoru. Tekutinu lze zavádět za nebo bez víření a souproudým nebo protiproudým způsobem.
U způsobu podle vynálezu je proudem zaváděné tekutiny výhodně plynný proud obsahující alespoň jednu z následujících složek: oxidační činidlo, dusík, vodík, uhlovodíkový materiál nebo jejich směsi. Výraz „oxidační činidlo, jak je zde použit, označuje kompozici obsahující kyslík, například ve formě atmosférického vzduchu, vzduchu obohaceného kyslíkem, produkty spalování uhlovodíkových paliv a vzduchu a/nebo kyslíku, nebo směsi těchto proudů. Výrazem „uhlovodíkový materiál, jak je zde použit, označuje kompozici obsahující uhlovodík, jakým je například uhlovodíkové palivo, plynný proud zahrnující nedokonale spálené uhlovodíkové palivo, například proud plynných spalin z procesu vyrábějícího saze, nebo směsi těchto proudů.
Vynález rovněž poskytuje zařízení pro realizaci způsobu podle vynálezu a zavádění proudu tekutiny axiální způsobem. Zařízení podle vynálezu obsahuje dutou nádobu, výhodně dutý prstenec, vstup nebo vstupy pro zavádění proudu tekutiny do vnitřního prostoru nádoby a alespoň jeden výstup, který umožňuje proudu tekutiny vytékat z uvedené nádoby. Výstup může obsahovat prstenec nebo množinu prstenců, trysku nebo množinu trysek.
Vstup může být uspořádán radiálně neboli v axiálním směru, který je v podstatě paralelní s axiálním směrem výstupu, přičemž při tomto uspořádání nedochází k
01-3633-00-Če • · · · významnému víření vypouštěného proudu. Alternativně může být vstup uspořádán ve směru tangenciálním k axiálnímu směru výstupu a poskytovat tak výstupní proud s významnějším vířením. Nyní bude následovat podrobný popis způsobu a zařízení pro zavádění proudu tekutiny do sazného reaktoru v souvislosti se způsoby a zařízením podle vynálezu pro výrobu sazí.
Podle jednoho provedení způsobu podle vynálezu se proud tekutiny obsahující oxidační činidlo, dusík, vodík, uhlovodíkový materiál nebo jejich směsi zavede do vytékajícího proudu proudícího sazným reaktorem v axiálním směru. U jednoho provedení proud tekutiny zahrnuje atmosférický vzduch případně obohacený kyslíkem. U dalšího provedení obsahuje proud tekutiny průmyslový plynný proud obsahující uhlovodíky, vodík, oxid uhelnatý, oxid uhličitý a/nebo páru. Příkladem průmyslového plynného proudu je plyn odebíraný z paty sazného reaktoru.
Podle jednoho aspektu vynálezu způsob podle vynálezu pro výrobu sazí zahrnuje:
a) uvedení oxidačního činidla, primárního paliva a suroviny poskytující saze do reakce v reaktoru, za vzniku vytékajícího proudu obsahujícího saze a plynné spaliny;
b) vstřikování proudu tekutiny do vytékajícího proudu ve směru axiální ke směru proudění vytékajícího proudu proudícího reaktorem;
c) vedení získaného vytékajícího proudu reaktorem; a
d) ochlazení, separování a izolování sazného produktu, přičemž proud tekutiny obsahuje oxidační činidlo, dusík, vodík, uhlovodíkový materiál nebo jejich směsi. Zavedení proudu tekutiny má zpravidla výhodně za následek výrobu
01-3633-00-Če • · sazí se zvýšenou strukturou, viz. zvýšená DBP absorpční hodnota pro dané I2No (jodové číslo měrného povrchu) v porovnání se sazemi vyrobenými za použití podobných provozních podmínek a za absence zavádění proudu tekutiny.
Způsob podle vynálezu lze výhodně provádět v modulárním typu sazného reaktoru, který obsahuje alespoň tři stupně. Způsob podle vynálezu pro výrobu sazí prováděný na tomto typu reaktoru zahrnuje:
vytvoření proudu plynných spalin v prvním stupni reaktoru, který má dostatečnou rychlost pro proudění následujícími stupni reaktoru a teplotu dostatečnou pro pyrolýzu suroviny poskytující saze;
vstřikování suroviny poskytující saze do plynných spalin ve druhém stupni reaktoru za vzniku vytékajícího proudu tvořeného plynnými spalinami a sazemi;
zavedení proudu tekutiny ve směru axiálním k proudění vytékajícího proudu za místem vstřikování suroviny poskytující saze, přičemž získaný vytékající proud je veden třetím stupně reaktoru; a ochlazení, separaci a izolaci sazného produktu.
Proud tekutiny se výhodně zavádí do třetího stupně reaktoru, nicméně odborníkovi v daném oboru je zřejmé, že proud tekutiny lze zavádět v libovolném místě následujícím za místem zavádění suroviny poskytující saze.
Proud tekutiny může obsahovat oxidační činidlo, dusík, vodík, uhlovodíkový materiál nebo jejich směsi. Zavedení proudu tekutiny výhodně vede k získání sazí majících zvýšenou strukturu, viz. zvýšená DBP absorpční hodnota, pro dané I2No (jodové číslo) v porovnání se sazemi vyrobenými za použití podobných provozních podmínek a za absence zavádění proudu tekutiny.
01-3633-00-Če
U „stupňového neboli „modulárního reaktoru je kapalné nebo plynné palivo uváděno do reakce s oxidačním činidlem, výhodně vzduchem, v prvním stupni reaktoru za vzniku horkých plynných spalin. Tento stupeň je výhodně označován jako „hořákový stupeň, spalovací stupeň a/nebo spalovací zóna reaktoru.
Horké plynné spaliny jsou vedeny z prvního stupně dále do dalšího stupně nebo stupňů reaktoru. Kromě spalovacího stupně reaktor zpravidla zahrnuje alespoň stupeň pro vstřikování suroviny poskytující saze a reakční stupeň. Stupeň pro vstřikování suroviny poskytující saze lze umístit mezi první „neboli spalovací stupeň a reakční stupeň a obsahuje škrtící prvek neboli zónu s omezeným průměrem, jejíž průřez je menší než průřez spalovacího stupně nebo reakčního stupně. Zóna s omezeným průměrem je odborníkům v daném oboru známa rovně jako přechodová zóna.
Při výrobě sazí se uhlovodíková surovina vstřikuje v jednom nebo v několika místech do dráhy proudu horkých plynných spalin proudícího stupněm pro vstřikování suroviny poskytující saze. Surovinu poskytující saze lze vstřikovat do dráhy horkých plynných spalin před, za a/nebo v zóně s omezeným průměrem. Uhlovodíková surovina může mít formu kapaliny, plynu nebo páry a může být stejná jako palivo použité pro získání proudu plynných spalin nebo odlišná. Uhlovodíkovou surovinou je zpravidla uhlovodíkový olej nebo zemní plyn. Nicméně v daném oboru jsou známy i další uhlovodíkové suroviny, například acetylen.
Po zavedení suroviny poskytující saze se tato surovina vmíchá, atomizuje a odpařuje do proudu plynných spalin.
Směs plynných spalin a odpařená surovina poskytující saze se následně zavedou do stupně reaktoru, který se označuje
01-3633-00-Če • · ·« 4 • · · · · ft · · · · • · · · · · * • · « · · • · · · 4 jako reakční stupeň. Ačkoliv pyrolýza začíná již po vstříknutí suroviny poskytující saze do proudu plynných spalin, k jejímu dokončení a konverzi odpařené uhlovodíkové suroviny na primární sazné částice a agregáty dochází až v reakčním stupni. Doba, kterou surovina poskytující saze, plynné spaliny a vytvořené saze stráví v reakční zóně reaktoru, je dostatečná pro vytvoření sazí s požadovanými vlastnostmi. Směs plynných spalin a sazí v reakční zóně reaktoru bude dále označována pouze jako vytékající proud. Po vytvoření sazí s požadovanými vlastnostmi se ve snaze zastavit hlavní reakce sníží teplota vytékajícího proudu. Toto snižování teploty vytékajícího proudu, které má zastavit všechny hlavní reakce, lze realizovat libovolným známým způsobem, například vstřikováním chladící tekutiny do vytékajícího proudu. Jak je odborníkům v daném oboru známo, hlavní reakce se zastaví potom, co vyrobené saze získají požadované vlastnosti, což se určí odebráním vzorků sazí a testování jejich anytických vlastností. Po zastavení reakcí se vytékající proud dostatečně ochladí za použití libovolných známých prostředků a zpravidla se vede přes vakový filtr nebo jiný separační systém pro jímání sazí.
U obou typů způsobu pro výrobu sazí a sazných reaktorů a u dalších známých reaktorů a způsobů mají horké plynné spaliny teplotu dostatečnou pro účinnou pyrolýzu uhlovodíkové suroviny vstřikované do proudu plynných spalin. Teplota proudu plynných spalin před vstřikováním suroviny poskytující saze zpravidla dosahuje alespoň 1315 °C. Po vstřikování suroviny poskytující saze se teplota provozního proudu zvýší a může dosahovat teplotu 1648 °C nebo i vyšší teploty. Z důvodů těchto teplot a v důsledku tepla generovaného při výrobě sazí musí reaktor pro výrobu sazí obsahovat ohnivzdornou vyzdívku vyrobenou z
01-3633-00-Če • Λ 4 9 odolávat • 4 · ·· · · * • · · · · • 4 · · · • · · » · ·
9 9* · ohnivzdorných materiálů, které jsou vysokým teplotám.
schopny
Způsob výroby sazí podle vynálezu zahrnuje prostředek pro zakrytí vytékajícího proudu, který prochází alespoň částí reaktoru. Způsob podle vynálezu může při použití modulárního sazného reaktoru zahrnovat:
vytvoření proudu plynných spalin v prvním stupni reaktoru, který má dostatečnou rychlost pro proudění následujícími stupni reaktoru a teplotu dostatečnou pro pyrolýzu suroviny poskytující saze;
vstřikování suroviny poskytující saze do plynných spalin ve druhém stupni reaktoru za vzniku vytékajícího proudu tvořeného plynnými spalinami a sazemi;
zakrytí vytékajícího proudu, který opouští druhý stupeň reaktoru, přičemž zakrytý vytékající proud je veden třetím stupněm reaktoru; a ochlazení, separaci a izolaci sazného produktu.
Krok, ve kterém se provádí zakrytí vytékajícího proudu, bude výhodně odklánět vytékající proud od stěn třetího stupně reaktoru, alespoň v místě počátečního zakrytí. Prostředek pro zakrytí vytékajícího proudu může zahrnovat zavedení proudu tekutiny ve směru axiálním k proudění vytékajícího proudu, tak aby obalil vytékající proud opouštějící druhý stupeň reaktoru.
Obr. 1 znázorňuje řez typem reaktoru, ve kterém lze realizovat způsob podle vynálezu. Způsob podle vynálezu nevyžaduje žádnou modifikaci sazného reaktoru, kromě poskytnutí prostředku pro vstřikování proudu obsahujícího oxidační činidlo a lze ho tedy realizovat v různých typech sazných reaktor, například v reaktorech diskutovaných v části označené dosavadní stav techniky.
01-3633-00-Če
4*·· «· ·« *· • · » · · · ·· • · ·* · * · a· «· » · · 9 * . ; ; ······* · *9* »* * * *· · * *
Jedno provedení modulárního zařízení pro výrobu sazí podle vynálezu zahrnuje:
spalovací zónu mající vstupní a výstupní konec a alespoň jeden vstup pro zavádění paliva a oxidačního činidla;
zónu se zužujícím se průměrem mající vstupní a výstupní konec a zužující se od vstupního konce směrem k výstupnímu konci, přičemž vstupní konec je spojen s výstupním koncem spalovací zóny;
přechodovou zónu mající vstupní a výstupní konec, přičemž vstupní konec je spojen s výstupním koncem zóny se zužujícím se průměrem a přechodová zóna zahrnuje alespoň jeden vstup pro zavádění suroviny poskytující saze;
zařízení pro zavádění proudu tekutiny do reaktoru ve směru axiálním ku směru proudění provozního proudu v reaktoru, přičemž toto zařízení má vstupní a výstupní konec a vstupní konec je propojen s výstupním koncem přechodové zóny;
reakční zónu mající vstupní a výstupní konec, přičemž vstupní konec je spojen s výstupním koncem přechodové zóny nebo zón;
chladící zónu mající vstupní a výstupní konec, přičemž vstupní konec je propojen s výstupním koncem reakční zóny a chladící zóna zahrnuje alespoň jeden vstup pro zavádění chladící tekutiny; a zařízení pro separaci a jímání sazí propojené s výstupním koncem chladící zóny nebo zón.
Zařízení pro zavádění proudu tekutiny do reaktoru v axiálním směru může obsahovat dutou nádobu; alespoň jeden vstup, výhodně množinu vstupů pro zavádění proudu tekutiny do vnitřního prostoru nádoby a výstup pro odvádění proudu tekutiny z této nádoby. Výstup může obsahovat prstenec,
01-3633-00-Če • · 0 ···· ··· • · · · * ·· · · · · * · · množinu prstenců, trysku nebo množinu trysek. Vstup (vstupy) do duté nádoby mohou být uspořádány radiálně neboli v axiálním směru, který je v podstatě paralelní s axiálním směrem výstupu a poskytuje vytékající proud tekutiny bez významnějšího zvíření. Alternativně může být vstup (vstupy) do duté nádoby uspořádán ve směru tangenciálním k axiálnímu směru výstupu a poskytovat tak vytékající proud tekutiny, který je významněji zvířen.
Obr. 1 znázorňuje řez modulárním, rovněž označovaným jako stupňovitý, pecným reaktorem pro výrobu sazí, který je popsán v patentu US 3,922,335. Obr. 1 znázorňuje pecný reaktor 2 mající první stupeň, která má zónu 11 se zužujícím se průměrem; druhý stupeň 12; a třetí stupeň 18. Surovina 30 poskytující saze je vstřikována do druhého stupně 12 reaktoru 2 v místech 32 pro vstřikování suroviny 30 poskytující saze. Chlazení 40 se nachází v místě 42 třetího stupně 18 reaktoru pro zavádění chladící tekutiny 50 do reaktoru.
Zařízení 70 pro zavádění proudu tekutiny podle vynálezu se nachází za místem 32 pro vstřikování suroviny poskytující saze. Zařízení 70 pro zavádění proudu tekutiny obsahuje vstupní otvory 71 a výstupní prstenec 73 pro zavádění proudu tekutiny v axiálním směru do třetího stupně 18 reaktoru. U znázorněného provedení jsou vstupní otvory 71 uspořádány v podstatě paralelně s výstupním prstencem 73 a tak umožňují zavádět proud tekutiny do reaktoru bez zvíření tohoto proudu.
Obr. 2a a 2b znázorňují provedení zařízení 70 pro zavádění proudu tekutiny podle vynálezu. Obr. 2a znázorňuje koncový pohled na jedno provedení zařízení 70 pro zavádění proudu tekutiny do reaktoru. Tento pohled ukazuje konec
01-3633-00-Če ‘ί - ·’*··**· .·*. ·ί • · · · · · · · · • · ·· ·· ··· · · ··· * · · · · · · ·· ··· ·· · · · · ··· zařízení zahrnující výstupní prstenec 73. U provedení znázorněného na obr. 2 jsou vstupní otvory 71 uspořádány tangenciálně k výstupnímu prstenci 73. V důsledku tohoto uspořádání bude prstenec zavádět do reaktoru proud tekutiny, který bude výrazně zvířen.
Obr. 2b znázorňuje koncový pohled na alternativní provedení zařízení 70 pro zavádění proudu tekutiny do reaktoru podle vynálezu. Tento pohled ukazuje koncovou část zařízení opatřenou množinou výstupních trysek 72. U provedení znázorněného na obr. 2 jsou vstupní otvory 71 uspořádány tangenciálně k výstupním tryskám 72. Výsledkem tohoto uspořádání je, že výstupní trysky 72 budou do reaktoru zavádět proud zvířené tekutiny. Současně s tímto uspořádáním nebo alternativně mohou být výstupní otvory výstupních trysek 72 uspořádány tak, aby vyvolaly zvíření proudu tekutiny.
Obr. 3 znázorňuje alternativní provedení modulárního sazného reaktoru pro provádění způsobu podle vynálezu. Reaktor, jehož uspořádání je znázorněno na obr. 3, se použil v následujících příkladech.
Obr. 3 znázorňuje sazný reaktor 3, který má první stupeň 10 zahrnující zónu 11 se zužujícím se průměrem s krokovým zlomem; druhý stupeň 12 pro vstřikování suroviny poskytující saze a třetí stupeň 18, který je reakčním stupněm. Surovina 30 poskytující saze je vstřikována do druhého stupně 12 reaktoru v místech 32 pro vstřikování suroviny poskytující saze. Chlazení 40 je umístěno v místě 42 pro zavádění chladící tekutiny 50 do reaktoru, které se nachází ve třetím reakčním stupni 18.
01-3633-00-Če
Průměr prvního stupně 10, tj . spalovacího stupně, v místě s konstantním průměrem je na obr. znázorněn jako D-l.
Průměr | zóny 11 | se | zužuj ícím | se | průměrem v místě, | kde se |
uvedené | zúžení | krokově láme, | je | označen jako D-2 a | průměr | |
druhého | stupně | 12 | reaktoru | je | označen jako D-3. | Délka |
prvního | stupně | 10, | tj . spalovací zóny, až k bodu, kde |
začíná zóna 11 se zužujícím se průměrem, je znázorněna jako L-l; délka zóny 11 se zužujícím se průměrem až k místu zlomu je znázorněna jako L-2 a od tohoto místa zlomu až k počátku druhého stupně 12 jako L-3. Celková délka druhého stupně 12, tj. zóny pro vstřikování suroviny poskytující saze, je označena jako L-4. Vzdálenost mezi koncem zóny 11 se zužujícím se průměrem a místem 32 pro vstřikování suroviny poskytující saze je označena jako F.
Reaktor 3 zahrnuje zařízení 70 pro zavádění proudu tekutiny podle vynálezu, které se nachází za místem 32 pro vstřikování suroviny poskytující saze. Zařízení 70 zahrnuje vstupní otvory 71 a výstupní prstenec 73, viz obr. 2a, pro zavádění proudu tekutiny v axiálním směru do třetího stupně 18 reaktoru. U znázorněného provedení jsou vstupní otvory 71 uspořádány radiálně k výstupnímu prstenci 73 a umožňují tak do reaktoru zavádět nezvířený proud tekutiny. Rozměry zařízení 70 jsou označeny jako L-5 a L-6.
U reaktoru znázorněného na obr. 3 má vstup do třetího reakčního stupně 18 reaktoru zónu 19 s rozšiřujícím se průměrem, načež následuje stupňovitá zóna 20, zóna 21 s rostoucím průměrem a následně první zóna 22 s konstantním průměrem. Po zóně 23, která má konstantní průměr a vzhledem k první zóně 22 je úhlově posunuta, následuje druhá zóna 24 s konstantním průměrem.
01-3633-00-Če • · · ·
D-4 označuje vnitřní průměr výstupního prstence 72 použitého při zavádění proudu tekutiny do reaktoru. D-5 označuje vnější průměr výstupního prstence 7 3. Průměr zóny 19 s rozšiřujícím se průměrem je v jejím nejširším místě označen jako D-6 a délka této zóny 19 jako L-7. Průměr zóny s rostoucím průměrem je v jejím nejužším místě označen jako D-7 a délka této zóny 21 jako L-8. Průměr první zóny s konstantním průměrem je znázorněn jako D-8 a délka této zóny 22 jako L-9.
Délka zóny 23 je znázorněna jako L-10. Snížení v horní části reaktoru mezi první zónou 22 a druhou zónou 24 je znázorněno jako H-l a snížení v dolní části reaktoru mezi první zónou 22 a druhou zónou 24 je znázorněno jako H-2. Průměr druhé zóny 24 je označen jako D-9.
Vzdálenost od začátku třetího stupně 18 reaktoru k místu 42 pro zavádění chladící tekutiny je označena jako.
Při použití reaktoru znázorněného na obr. 1 nebo 3 pro výrobu sazí se horké plynné spaliny generují v prvním stupni 10 reaktoru neboli spalovací zóně uvedením kapalného nebo plynného paliva do kontaktu s proudem vhodného oxidačního činidla, jakým je například vzduch, kyslík, směs vzduchu a kyslíku apod. Mezi paliva, která jsou vhodná pro uvedení do kontaktu s proudem oxidačního činidla ve spalovací zóně a pro generování horkých plynných spalin, lze zahrnout libovolné snadno spalitelné plyny, páry nebo kapaliny, jakými jsou například zemní plyn, vodík, oxid uhelnatý, methan, acetylen, alkoholy nebo kerosen. Nicméně je zpravidla výhodné použít paliva, která obsahují vysoký obsah složek obsahujících uhlík, a zejména paliva s vysokým obsahem uhlovodíků. Poměr vzduchu ku palivu se liší v závislosti na typu použitého paliva. Pokud se pro výrobu
01-3633-00-Če sazí podle vynálezu použije zemní plyn, potom se poměr vzduchu ku palivu může pohybovat přibližně od 10:1 do 100:1. Generování horkých plynných spalin lze usnadnit předehřátím proudu oxidačního činidla.
Proud horkých plynných spalin proudí z prvního stupně 10 přes zónu 11 se zužujícím se průměrem do druhého stupně 12 a následně od třetího stupně 18 reaktoru. Směr proudění horkých plynných spalin je na obr. 1 a 3 vyznačen šipkou. Surovina 30 poskytující saze je zaváděna v místě 32. Vzdálenost od konce zóny 11 se zužujícím se průměrem k místu 32 pro vstřikování suroviny poskytující saze je označena jako F. Ve zde popsaných příkladech se surovina 30 poskytující saze vstřikuje do vnitřního prostoru proudu horkých plynných spalin ve formě množiny prudkých vstřiků, které pronikají do tohoto vnitřního prostoru. Tímto způsobem se zajistí účinné a rychlé promíchání horkých plynných spalin se surovinou poskytující saze, které vede k rychlému a úplnému rozkladu suroviny poskytujíc saze a její převedení na sazné částice a sazné agregáty.
které jsou například
Vhodnou surovinou pro použití v rámci vynálezu jsou uhlovodíkové suroviny poskytující saze, které jsou za podmínek vytvořených v reaktoru snadno těkavé a zahrnují nenasycené uhlovodíky, jakými acetylen; olefiny, například ethylen, propylen, butylen; aromatické uhlovodíky, jakými jsou například benzen, toluen a xylen; určité nasycené uhlovodíky; a těkavé uhlovodíky, jakými jsou například kerosen, naftaleny, terpeny, ethylenový dehet, aromatické cyklické suroviny apod.
Směs suroviny poskytující saze a horkých plynných spalin proudí z druhého stupně 12 reaktoru do třetího stupně 18 sazného reaktoru. Proud tekutiny obsahující
01-3633-00-Če oxidační činidlo, dusík, vodík, uhlovodíkový materiál nebo jejich směsi, se zavádí do reakčního proudu v axiálním směru pomocí zařízení 70 pro zavádění proudu tekutiny a výstupním prstencem 73 na vstup do třetího stupně 18 reaktoru. Proud tekutiny je zaváděn pod dostatečným tlakem, aby pronikl do vnitřního prostoru třetího stupně 18 reaktoru.
Chlazení 40, které se nachází v místě 42 pro zavádění chladící tekutiny 50, se použije k zastavení reakcí ve vytékajícím proudu. Při provádění způsobu podle vynálezu je chlazení 40 umístěno v místě 42, takže dráha vytékajícího proudu, na které probíhají reakce vedoucí k vytvoření sazí s požadovanými vlastnostmi je dostatečně dlouhá. Q, které označuje vzdálenost mezi začátkem třetího stupně 18 a místem 42 pro zavádění chladící tekutiny, se mění podle polohy chlazení.
Po ochlazení směsi horkých plynných spalin a suroviny poskytující saze se ochlazené plyny vedou do libovolného konvenčního chladícího a separačního zařízení, ve kterém se saze izolují. Separace sazí z plynného proudu se zpravidla realizuje pomocí běžných prostředků, jakými jsou například precipitátor, cyklonový separátor nebo vakový filtr. V závěrečném kroku lze, nikoliv nezbytně, použít některé prostředky pro zhuštění, například pro peletizaci, a pro vysušení.
Znaky a výhody vynálezu budou dále vyzdviženy pomocí následujících příkladů.
Pro stanovení a hodnocení analytických vlastností sazí vyrobených v následujících příkladech se použily následující testovací postupy. Jodové číslo (I2No) sazí se
01-3633-00-Če určilo podle ASTM testovací metody D1510. DBP (dibutylftalátové absorpční číslo) sazných pelet se určilo metodou popsanou v standardní normě ASTM D3493-86.
Příklady provedení vynálezu
Pro experimenty se použil výše popsaný výrobní způsob a reaktor znázorněný na obr.3, jehož geometrie bude popsána níže. Ve všech případech byl primárním palivem pro spalovací reakci zemní plyn dodávaný do výrobního procesu generujícího saze při teplotě okolí tj . přibližně 147 °C. Kapalnými surovinami poskytujícími saze, které se použily ve všech příkladech, byly komerčně dostupné uhlovodíkové směsi.
Proud tekutiny obsahující spalovací vzduch se zaváděl zařízením 70 pro zavádění proudu tekutiny a výstupním prstencem 73 bez zvíření. Geometrie reaktoru a provozní podmínky jednotlivých běhů byly následující:
Příklad | 1 | 2 |
D-l, cm | 19, 0 | 19,0 |
D-2, cm | 14,0 | 14,0 |
D-3, cm | 10,9 | 10, 9 |
D-4, cm | 15,2 | 15,2 |
D-5, cm | 18,7 | 18,7 |
D-6, cm | 33,3 | 33, 3 |
D-7, cm | 76,2 | 76,2 |
D-8, cm | 91,4 | 91,4 |
D-9, cm | 68,6 | 68,6 |
L-l, cm | 61,0 | 61,0 |
L-2, cm | 30,5 | 30, 5 |
L-3, cm | 14,0 | 14,0 |
L-4, cm | 27,6 | 27,6 |
01-3633-00-Ce • · · · · · • · · · · ·
• · · 23 | • ·· ·· ·· ··· | |
L-5, cm | 1,9 | 1,9 |
L-6, cm | 5,0 | 5, 0 |
L-7, cm | 7,6 | 7,6 |
L-8, cm | 7,6 | 7,6 |
L-9, cm | 621,0 | 621,0 |
L-10, cm | 61,0 | 61,0 |
H-l, CM | 34,3 | 34,3 |
H-2, CM | 11,4 | 11,4 |
F, cm | 2,5 | 2,5 |
Q, m | 10,7 | 10,7 |
Místo 32, hrot číslo a rozměr, mm | 6x1,32 | 6x1,78 |
Průtok suroviny, kg/h'1 | 677 | 728 |
Teplota suroviny °C | 176 | 179 |
K + přidání, mg/1 suroviny | 8 | 8 |
Celkový vzduch, nm3. h | 1870 | 1879 |
Primární spalovací vzduch, nm3.h | 1832 | 1315 |
Primární spalovací vzduch, teplota, °C | 402 | 402 |
Primární zemní plyn, nm3.h | 76 | 54 |
Primární zemní plyn, teplota °C | 15 | 15 |
Poměr vzduch/zemní plyn | 9,85 | 9,85 |
Vstřikovaná tekutina, nm3.h | 38 | 564 |
Poměr vyváženosti hořáku | 0,40 | 0,40 |
Celkový poměr vyváženosti | 4,00 | 4,18 |
% Axiální vzduch | 2 | 30 |
01-3633-00-Če
Vlastnosti sazí | Příklad 1 | Příklad 2 |
I2No, m2/g | 30,1 | 30,0 |
DBP, cm3/100 g | 68 | 74,6 |
Příklady 1 a 2 ilustrují vliv dodatečně přidaného proudu tekutiny na strukturu sazí vyrobených způsobem podle vynálezu, viz DBP hodnoty sazí. Jak ukazuje příklad 2, zvýšení průtoku přidávané tekutiny do třetího stupně 18 reaktoru má za následek získání sazí, jejichž DBP hodnota je přibližně o 10 % vyšší než DBP hodnota sazí z příkladu 1.
Na závěr je třeba poznamenat, že výše uvedená příkladná provedení vynálezu mají pouze ilustrativní charakter a nikterak neomezují rozsah vynálezu, který je jednoznačně vymezen přiloženými patentovými nároky.
Claims (11)
1. Způsob výroby sazí vyznačený tím, že zahrnuje zavádění proudu tekutiny zakrývající provozní
že proud tekutiny obsahuje plynný proud zahrnující alespoň jednu z následujících složek: oxidační činidlo, dusík, vodík, uhlovodíkový materiál nebo jejich směsi.
5. Způsob podle nároku 4 vyznačený tím, že proud tekutiny obsahuje plyn odebraný z paty sazného reaktoru.
01-3633-00-Če
6. Způsob výroby sazí vyznačený tím, že zahrnuj e:
vytvoření proudu plynných spalin v prvním stupni reaktoru, který má dostatečnou rychlost pro proudění následujícími stupni reaktoru a teplotu dostatečnou pro pyrolýzu suroviny poskytující saze;
vstřikování suroviny poskytující saze do plynných spalin ve druhém stupni reaktoru za vzniku vytékajícího proudu tvořeného plynnými spalinami a sazemi;
zavedení proudu tekutiny ve směru axiálním k proudění vytékajícího proudu za místem vstřikování suroviny poskytující saze, přičemž výsledný krytý vytékající proud je veden alespoň částí třetího stupně reaktoru; a ochlazení, separaci a izolaci sazného produktu.
7. Způsob podle nároku 6 vyznačený tím, že se proud tekutiny zavádí tak, aby zakryl vytékající proud vstupující do třetího stupně reaktoru.
8. Způsob podle nároku 7 vyznačený tím, že proud tekutiny zaváděný do reaktoru je zvířený.
9. Způsob podle nároku 7 vyznačený tím, že proud tekutiny obsahuje plynný proud zahrnující alespoň jednu z následujících složek: oxidační činidlo, dusík, vodík, uhlovodíkový materiál nebo jejich směsi.
01-3633-00-Če
10. Způsob podle nároku 9 vyznačený tím, že proud tekutiny obsahuje plyn odebraný z paty sazného reaktoru.
11. Modulárního zařízení pro výrobu sazí vyznačený tím, že zahrnuje:
spalovací zónu mající vstupní a výstupní konec a alespoň jeden vstup pro zavádění paliva a oxidačního činidla;
zónu se zužujícím se průměrem mající vstupní a výstupní konec a zužující se od vstupního konce směrem k výstupnímu konci, přičemž vstupní konec je spojen s výstupním koncem spalovací zóny;
přechodovou zónu mající vstupní a výstupní konec, přičemž vstupní konec je spojen s výstupním koncem zóny se zužujícím se průměrem a přechodová zóna zahrnuje alespoň jeden vstup pro zavádění suroviny poskytující saze;
zařízení pro zavádění proudu tekutiny do reaktoru ve směru axiálním ku směru proudění provozního proudu v reaktoru, přičemž toto zařízení má vstupní a výstupní konec a vstupní konec je propojen s výstupním koncem přechodové zóny;
reakční zónu mající vstupní a výstupní konec, přičemž vstupní konec je spojen s výstupním koncem přechodové zóny nebo zón;
chladící zónu mající vstupní a výstupní konec, přičemž vstupní konec je propojen s výstupním koncem reakční zóny a chladící zóna zahrnuje alespoň jeden vstup pro zavádění chladící tekutiny; a zařízení pro separaci a jímání sazí propojené s výstupním koncem chladící zóny nebo zón.
01-3633-00-Če ··· · · ♦ · · · · · • · ···· ··· • · ·· ·· ··· · · ·· ···« ··· • ··· ·· ·· · · ···
12. Modulární zařízení podle nároku 11 vyznačené tím, že zařízení pro zavádění proudu tekutiny do reaktoru v axiálním směru obsahuje dutou nádobu; alespoň jeden vstup pro zavádění proudu tekutiny pro zavádění do vnitřního prostoru nádoby; a výstup pro vypouštění proud tekutiny z nádoby.
13. Modulární zařízení podle nároku 12 vyznačené tím, že výstup obsahuje prstenec.
14. Modulární zařízení podle nároku 12 vyznačené tím, že vstup do duté nádoby je uspořádán radiálně k výstupu a produkuje výstupní proud tekutiny bez významného zvíření.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US8862098P | 1998-06-09 | 1998-06-09 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ20004596A3 true CZ20004596A3 (cs) | 2001-12-12 |
CZ302086B6 CZ302086B6 (cs) | 2010-10-06 |
Family
ID=22212429
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ20004596A CZ302086B6 (cs) | 1998-06-09 | 1999-06-09 | Modulové zarízení pro výrobu sazí a zpusob výroby sazí provádený v tomto zarízení |
Country Status (17)
Country | Link |
---|---|
US (3) | US6926877B2 (cs) |
EP (1) | EP1093493B1 (cs) |
JP (1) | JP4444503B2 (cs) |
KR (1) | KR100602542B1 (cs) |
CN (1) | CN1234779C (cs) |
AT (1) | ATE302240T1 (cs) |
AU (1) | AU745184B2 (cs) |
BR (1) | BR9910974A (cs) |
CA (1) | CA2334624C (cs) |
CZ (1) | CZ302086B6 (cs) |
DE (1) | DE69926755T2 (cs) |
ES (1) | ES2247808T3 (cs) |
HU (1) | HU226310B1 (cs) |
MX (1) | MXPA00012137A (cs) |
PL (1) | PL197999B1 (cs) |
TR (1) | TR200100306T2 (cs) |
WO (1) | WO1999064522A1 (cs) |
Families Citing this family (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
MXPA00012137A (es) * | 1998-06-09 | 2005-09-21 | Cabot Corp | Proceso y aparato para la produccion de negros carbono. |
CN1798966B (zh) * | 2003-04-01 | 2012-12-26 | 卡伯特公司 | 选择和开发粒状材料的方法 |
BRPI0610659B1 (pt) * | 2005-04-06 | 2017-12-12 | Cabot Corporation | A method for producing at least one gas comprising at least hydrogen gas |
EP2087046B2 (en) | 2006-11-07 | 2023-10-18 | Cabot Corporation | Carbon blacks having low pah amounts and methods of making same |
CN101688071B (zh) * | 2007-04-24 | 2014-02-12 | 卡伯特公司 | 低结构炭黑及其制造方法 |
MY162560A (en) | 2010-02-19 | 2017-06-30 | Cabot Corp | Method for carbon black production using preheated feedstock and apparatus for same |
CN101831205B (zh) * | 2010-04-30 | 2012-05-30 | 曲靖众一精细化工股份有限公司 | 炭黑原料油相对无氧状态生产炭黑的方法 |
US9175150B2 (en) | 2012-03-02 | 2015-11-03 | Cabot Corporation | Modified carbon blacks having low PAH amounts and elastomers containing the same |
CZ309755B6 (cs) * | 2013-03-15 | 2023-09-20 | Cabot Corporation | Způsob výroby tuhy |
MX376841B (es) * | 2013-03-15 | 2025-03-07 | Cabot Corp | Un metodo para producir negro de humo mediante un fluido extensor. |
US10086351B2 (en) | 2013-05-06 | 2018-10-02 | Llang-Yuh Chen | Multi-stage process for producing a material of a battery cell |
US11376559B2 (en) * | 2019-06-28 | 2022-07-05 | eJoule, Inc. | Processing system and method for producing a particulate material |
CN119488872A (zh) | 2019-06-28 | 2025-02-21 | 壹久公司 | 具有辅助气体流的处理系统与方法 |
US11121354B2 (en) | 2019-06-28 | 2021-09-14 | eJoule, Inc. | System with power jet modules and method thereof |
KR102445183B1 (ko) | 2022-05-19 | 2022-09-19 | 장대연 | 쿨링 기능을 갖는 카본블랙 반응로 |
CN120603904A (zh) | 2023-01-25 | 2025-09-05 | 卡博特公司 | 具有锶和/或钡添加剂的炭黑及其制备方法 |
KR20250057490A (ko) | 2023-10-20 | 2025-04-29 | 장대연 | 쿨링 기능을 갖는 카본블랙 반응로 |
Family Cites Families (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2564700A (en) * | 1947-04-25 | 1951-08-21 | Phillips Petroleum Co | Production of carbon black |
US2785964A (en) | 1953-08-17 | 1957-03-19 | Phillips Petroleum Co | Process, apparatus, and system for producing, agglomerating, and collecting carbon black |
US3401020A (en) | 1964-11-25 | 1968-09-10 | Phillips Petroleum Co | Process and apparatus for the production of carbon black |
USRE28974E (en) | 1967-01-03 | 1976-09-21 | Cabot Corporation | Process for making carbon black |
US3887690A (en) | 1968-11-15 | 1975-06-03 | Continental Carbon Co | Process for producing carbon black |
US3607058A (en) | 1968-11-15 | 1971-09-21 | Continental Carbon Co | Apparatus and process for producing carbon black |
US3761577A (en) | 1971-07-06 | 1973-09-25 | Continental Carbon Co | Secondary combustion process and apparatus for the manufacture of carbon black |
AU5910773A (en) | 1972-08-23 | 1975-02-13 | Uncle Ben S Australia Pty | Treatment of meat products |
US3922335A (en) | 1974-02-25 | 1975-11-25 | Cabot Corp | Process for producing carbon black |
GB1530315A (en) * | 1975-10-06 | 1978-10-25 | Thagard Technology Co | Fluid-wall reactors and their utilization in high temperature chemical reaction processes |
US4105750A (en) | 1976-06-16 | 1978-08-08 | Cabot Corporation | Production of carbon blacks |
US4206192A (en) * | 1977-11-03 | 1980-06-03 | Phillips Petroleum Company | Method for producing carbon black |
US4272487A (en) * | 1978-11-03 | 1981-06-09 | Phillips Petroleum Company | Carbon black reactor with inner and outer hot combustion gas entries providing protective blanket and extra hot gases for conversion of feed |
US4664901A (en) * | 1985-03-04 | 1987-05-12 | Phillips Petroleum Company | Process for producing carbon black |
US5324486A (en) * | 1986-02-02 | 1994-06-28 | Gaetano Russo | Hydrocarbon cracking apparatus |
US5190739A (en) * | 1991-02-27 | 1993-03-02 | Cabot Corporation | Production of carbon blacks |
WO1993018094A1 (en) | 1992-03-05 | 1993-09-16 | Cabot Corporation | Process for producing carbon blacks and new carbon blacks |
US5851945A (en) * | 1997-02-07 | 1998-12-22 | Exxon Chemical Patents Inc. | Olefin polymerization catalyst compositions comprising group 5 transition metal compounds stabilized in their highest metal oxidation state |
US5904762A (en) * | 1997-04-18 | 1999-05-18 | Cabot Corporation | Method of making a multi-phase aggregate using a multi-stage process |
MXPA00012137A (es) * | 1998-06-09 | 2005-09-21 | Cabot Corp | Proceso y aparato para la produccion de negros carbono. |
-
1999
- 1999-06-09 MX MXPA00012137A patent/MXPA00012137A/es unknown
- 1999-06-09 AU AU44314/99A patent/AU745184B2/en not_active Ceased
- 1999-06-09 CA CA2334624A patent/CA2334624C/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-06-09 CZ CZ20004596A patent/CZ302086B6/cs not_active IP Right Cessation
- 1999-06-09 JP JP2000553517A patent/JP4444503B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1999-06-09 DE DE69926755T patent/DE69926755T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1999-06-09 PL PL344598A patent/PL197999B1/pl unknown
- 1999-06-09 ES ES99927405T patent/ES2247808T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1999-06-09 KR KR1020007014000A patent/KR100602542B1/ko not_active Expired - Lifetime
- 1999-06-09 WO PCT/US1999/013042 patent/WO1999064522A1/en active IP Right Grant
- 1999-06-09 EP EP99927405A patent/EP1093493B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-06-09 HU HU0102181A patent/HU226310B1/hu unknown
- 1999-06-09 CN CNB998094730A patent/CN1234779C/zh not_active Expired - Lifetime
- 1999-06-09 AT AT99927405T patent/ATE302240T1/de not_active IP Right Cessation
- 1999-06-09 TR TR2001/00306T patent/TR200100306T2/xx unknown
- 1999-06-09 BR BR9910974-3A patent/BR9910974A/pt not_active IP Right Cessation
-
2000
- 2000-12-06 US US09/730,708 patent/US6926877B2/en not_active Expired - Lifetime
-
2004
- 2004-06-10 US US10/865,666 patent/US20050019246A1/en not_active Abandoned
-
2007
- 2007-10-15 US US11/872,528 patent/US20080031786A1/en not_active Abandoned
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
MXPA00012137A (es) | 2005-09-21 |
DE69926755T2 (de) | 2006-06-29 |
ATE302240T1 (de) | 2005-09-15 |
JP2002517590A (ja) | 2002-06-18 |
AU745184B2 (en) | 2002-03-14 |
BR9910974A (pt) | 2001-12-11 |
CA2334624A1 (en) | 1999-12-16 |
TR200100306T2 (tr) | 2001-07-23 |
US20080031786A1 (en) | 2008-02-07 |
HUP0102181A3 (en) | 2002-10-28 |
ES2247808T3 (es) | 2006-03-01 |
US6926877B2 (en) | 2005-08-09 |
PL344598A1 (en) | 2001-11-05 |
EP1093493B1 (en) | 2005-08-17 |
CN1312841A (zh) | 2001-09-12 |
JP4444503B2 (ja) | 2010-03-31 |
KR100602542B1 (ko) | 2006-07-20 |
DE69926755D1 (de) | 2005-09-22 |
US20050019246A1 (en) | 2005-01-27 |
AU4431499A (en) | 1999-12-30 |
CZ302086B6 (cs) | 2010-10-06 |
EP1093493A1 (en) | 2001-04-25 |
PL197999B1 (pl) | 2008-05-30 |
US20010026786A1 (en) | 2001-10-04 |
WO1999064522A1 (en) | 1999-12-16 |
HU226310B1 (en) | 2008-08-28 |
HUP0102181A2 (hu) | 2001-10-28 |
KR20010052727A (ko) | 2001-06-25 |
CA2334624C (en) | 2010-10-05 |
CN1234779C (zh) | 2006-01-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20080031786A1 (en) | Process and Apparatus For Producing Carbon Black | |
JP5775106B2 (ja) | カーボンブラック製品の製造法 | |
US6348181B1 (en) | Process for producing carbon blacks | |
CZ283068B6 (cs) | Výroba sazí | |
NZ200535A (en) | Production of furnace carbon vlacks | |
CS199269B2 (en) | Process for manufacturing furnace black with high structural parametrs | |
US2920945A (en) | Processes for the production of combustible gases | |
EP1593714A1 (en) | Process and apparatus for producing carbon blacks | |
JPS6233260B2 (cs) | ||
PL145193B1 (en) | Method of obtaining furnace blacks | |
PL108321B1 (en) | Method of generating soot |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MK4A | Patent expired |
Effective date: 20190609 |