DE4010776A1 - TANDEM QUARTER - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Aggregat-Größe und Struktur von Rußen.The present invention relates to a method for Control of aggregate size and structure of soot.
Ruße werden im allgemeinen in einem Reaktor vom Typ eines Ofens (Furnace) durch Pyrolysieren eines Kohlen wasserstoff-Einsatzmaterials mit heißem Verbrennungsgas unter Bildung von Verbrennungsprodukten, die teilchen förmigen Ruß enthalten, erzeugt.Carbon blacks are generally in a type of a furnace (pyrolysis of a coal) hydrogen feed with hot combustion gas to form combustion products that particulate shaped soot.
In einem Typ eines Furnace-Ruß-Reaktors, wie er in der US-PS 34 01 020 von Kester et al. oder der US-PS 27 85 964 von Pollock et al., im folgenden als "Kester" bzw. "Pollock" bezeichnet, gezeigt ist, werden ein Brennstoff, vorzugsweise auf Kohlenwasserstoff-Basis, und ein Oxidationsmittel, vorzugsweise Luft, in eine erste Zone eingespritzt und reagieren unter Bildung heißer Verbrennungsgase. Ein Kohlenwasserstoff-Einsatz material, entweder in gasförmiger, dampfförmiger oder flüssiger Form, wird ebenfalls in die erste Zone eingespritzt, worauf die Pyrolyse des Kohlenwasserstoff- Einsatzmaterials beginnt. In diesem Fall bezeichnet Pyrolyse die thermische Zersetzung eines Kohlenwasser stoffs. Das resultierende Gas-Gemisch, in dem die Pyrolyse stattfindet, gelangt dann in eine Reaktions zone, in der die Vervollständigung der den Ruß bildenden Reaktion stattfindet.In one type of furnace soot reactor, as in the U.S. Patent No. 34 01 020 to Kester et al. or the US PS 27 85 964 by Pollock et al., Hereinafter referred to as "Kester" or "Pollock" is shown, a Fuel, preferably based on hydrocarbons, and an oxidizing agent, preferably air, into one first zone injected and react with formation hot combustion gases. A hydrocarbon insert material, either in gaseous, vaporous or liquid form, is also in the first zone injected, whereupon the pyrolysis of the hydrocarbon Feed begins. In this case called Pyrolysis is the thermal decomposition of a hydrocarbon fabric. The resulting gas mixture in which the Pyrolysis takes place, then enters a reaction zone in which the completion of the soot Reaction takes place.
In einem anderen Typ eines Furnace-Ruß-Reaktors wird ein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff mit einem Oxida tionsmittel, vorzugsweise Luft, in einer ersten Zone zur Bildung heißer Verbrennungsgase umgesetzt. Diese heißen Verbrennungsgase gelangen aus der ersten Zone strom abwärts durch den Reaktor hindurch in eine Reaktionszone und darüber hinaus. Zur Herstellung von Rußen wird ein kohlenwasserstoffhaltiges Einsatzmaterial an einer oder mehreren Stellen in den Strömungsweg der heißen Verbren nungsgase eingespritzt. Das kohlenwasserstoffhaltige Einsatzmaterial kann eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein Dampf sein und kann gleich dem zur Bildung des Stroms der Verbrennungsgase benutzten Brennstoff oder von diesem verschieden sein. Die erste (oder Verbrennungs-) Zone und die Reaktionszone können durch eine Drossel oder Zone mit beschränktem Durchmesser getrennt sein, die einen kleineren Querschnitt als die Verbrennungszone oder die Reaktionszone besitzt. Das Einsatzmaterial kann in den Strömungsweg der heißen Verbrennungsgase oberhalb (stromaufwärts), unterhalb (stromabwärts) und/oder in der Zone mit beschränktem Durchmesser eingespritzt werden. Furnace-Ruß-Reaktoren dieses Typs sind allgemein in US-PS Reissue 28 974 und der US-PS 39 22 335 be schrieben.Another type of furnace soot reactor uses a liquid or gaseous fuel with an oxide tion medium, preferably air, in a first zone Formation of hot combustion gases implemented. These are called Combustion gases flow from the first zone down through the reactor into a reaction zone and beyond. A soot is used to produce carbon black hydrocarbonaceous feedstock on one or several places in the flow path of hot burning Injection gases injected. The hydrocarbonaceous Feedstock can be a liquid, a gas, or a Steam and can be the same as that used to form electricity of the combustion gas used or of be different from this. The first (or combustion) Zone and the reaction zone can by a choke or zone with limited diameter, which is smaller in cross section than the combustion zone or has the reaction zone. The feed can in the flow path of the hot combustion gases above (upstream), below (downstream) and / or in injected into the restricted diameter zone will. Furnace soot reactors of this type are common in U.S. Patent Reissue 28,974 and U.S. Patent 3,922,335 wrote.
Wenngleich zwei Typen von Furnace-Ruß-Reaktoren und Ver fahren beschrieben sind, ist festzuhalten, daß die vor liegende Erfindung bei jedem beliebigen anderen Furnace- Ruß-Reaktor oder Verfahren verwendet werden kann, bei dem Ruß durch Pyrolyse und/oder unvollständige Verbren nung von Kohlenwasserstoffen erzeugt wird.Although two types of furnace soot reactors and Ver drive are described, it should be noted that the before invention lying in any other furnace- Soot reactor or process can be used at soot due to pyrolysis and / or incomplete burning generation of hydrocarbons.
In beiden Typen der im vorstehenden beschriebenen Ver fahren und Reaktoren und in anderen, allgemein bekannten Reaktoren und Verfahren befinden sich die heißen Ver brennungsgase auf einer Temperatur, die ausreicht, um die Pyrolyse des kohlenwasserstoffhaltigen Einsatzmate rials zu bewirken, das in den Strom der Verbrennungsgase eingespritzt wird. In einem Reaktor-Typ, etwa dem von Kester offenbarten, wird das Einsatzmaterial an einem oder mehreren Punkten in die gleiche Zone eingespritzt, in der die Verbrennungsgase gebildet werden. Bei anderen Typen von Reaktoren oder Verfahren findet das Einsprit zen des Einsatzmaterials an einem oder mehreren Punkten statt, nachdem der Strom der Verbrennungsgase gebildet worden ist. Da in beiden Reaktor-Typen der Strom der heißen Verbrennungsgase kontinuierlich stromabwärts durch den Reaktor fließt, findet die Pyrolyse kontinu ierlich statt, während die Mischung aus Einsatzmaterial und Verbrennungsgasen durch die Reaktionszone hindurch strömt. Die Mischung aus dem Einsatzmaterial und den Verbrennungsgasen, in der die Pyrolyse vor sich geht, wird im Folgenden in der gesamten Anmeldung als "der Abgangsstrom" bezeichnet. Die Verweilzeit des Abgangs stroms in der Reaktionszone ist ausreichend und unter den Bedingungen geeignet, um die Bildung von Rußen zu erlauben. "Verweilzeit" bezeichnet den Betrag derjenigen Zeit, die seit dem ersten Kontakt zwischen den heißen Verbrennungsgasen und dem Einsatzmaterial verstrichen ist. Nachdem Ruße mit den gewünschten Eigenschaften ge bildet worden sind, wird die Temperatur des Abgangs stroms weiter gesenkt, um die Pyrolyse zu beenden. Diese Erniedrigung der Temperatur des Abgangsstroms zum Be enden der Pyrolyse kann in jedweder bekannten Weise er folgen, etwa durch Einspritzen einer Abschreck-Flüssig keit vermittels einer Löscheinrichtung (Quench) in den Abgangsstrom. Wie dem Durchschnittsfachmann allgemein bekannt ist, wird die Pyrolyse abgebrochen, sobald die erwünschten Ruß-Produkte in dem Reaktor gebildet worden sind. Ein Weg zur Bestimmung des Zeitpunktes, zu dem die Pyrolyse beendet werden sollte, besteht in einer Probe nahme aus dem Abgangsstrom und der Messung ihres Toluol- Extrakt-Wertes. Der Toluol-Extrakt-Wert wird gemäß ASTM D 1618-83 "Carbon Black Extractables - Toluene Discolor ation" gemessen. Die Löscheinrichtung ist im allgemeinen an der Stelle angebracht, wo der Wert des Toluol- Extrakts des Abgangsstroms einen annehmbaren Wert für das in dem Reaktor erzeugte gewünschte Ruß-Produkt er reicht. Nachdem die Pyrolyse beendet worden ist, fließt der Abgangsstrom im allgemeinen durch ein Schlauch filter-System, um die Ruße abzutrennen und zu sammeln.In both types of the process and reactors described above, and in other well-known reactors and processes, the hot combustion gases are at a temperature sufficient to cause the pyrolysis of the hydrocarbonaceous feedstock injected into the stream of combustion gases becomes. In one type of reactor, such as that disclosed by Kester, the feed is injected at one or more points into the same zone in which the combustion gases are formed. In other types of reactors or processes, the injection of the feed takes place at one or more points after the flow of the combustion gases is formed. Since in both types of reactor the flow of hot combustion gases flows continuously downstream through the reactor, the pyrolysis takes place continuously while the mixture of feed and combustion gases flows through the reaction zone. The mixture of the feed material and the combustion gases in which the pyrolysis takes place is hereinafter referred to as "the waste stream" throughout the application. The residence time of the exit stream in the reaction zone is sufficient and suitable under the conditions to allow the formation of soot. "Dwell time" means the amount of time that has elapsed since the first contact between the hot combustion gases and the feed. After carbon blacks with the desired properties have been formed, the temperature of the outlet stream is further reduced to end the pyrolysis. This lowering of the temperature of the outlet stream to end the pyrolysis can follow it in any known manner, for example by injecting a quenching liquid by means of a quenching device into the outlet stream. As is well known to those of ordinary skill in the art, pyrolysis is stopped once the desired carbon black products have been formed in the reactor. One way to determine when the pyrolysis should be stopped is to take a sample from the outlet stream and measure its toluene extract value. The toluene extract value is measured in accordance with ASTM D 1618-83 "Carbon Black Extractables - Toluene Discoloration". The quenching device is generally located where the value of the toluene extract of the effluent stream reaches an acceptable level for the desired soot product produced in the reactor. After pyrolysis has ended, the waste stream generally flows through a bag filter system to separate and collect the soot.
Im allgemeinen bedient man sich einer einzigen Lösch einrichtung. Kester offenbart jedoch die Verwendung von zwei Löscheinrichtungen (Quench-Einrichtungen), um be stimmte Eigenschaften der Ruße zu steuern. Kester bet rifft die Steuerung der Modul-verleihenden Eigenschaften von Rußen durch Wärmebehandlung. Diese Wärmebehandlung wird durch Regulierung der Wasser-Zuflußgeschwindigkei ten zu zwei Spritzwasser-Löscheinrichtungen erreicht, die in einem Ruß-Ofen in dem Abgangsstrom-Rauch in Reihe geschaltet sind. Der Modul eines Rußes betrifft das Gebrauchsverhalten des Rußes in einem Kautschuk-Erzeug nis. Wie in dem Artikel von Schaeffer und Smith, "Effect of Heat Treatment on Reinforcing Properties of Carbon Black" (Industrial and Engineering Chemistry, Band 47, Nr. 6, Juni 1955, Seite 1286), im folgenden "Schaeffer" genannt, erläutert ist, ist allgemein bekannt, daß die Wärmebehandlung die Modul-verleihenden Eigenschaften von Ruß beeinflußt. Wie jedoch bei Schaeffer weiter erläu tert wird, resultiert die Änderung der Modul-verleihen den Eigenschaften von Rußen, die durch die Wärmebehand lung produziert worden sind, aus einer Änderung der Oberflächenchemie der Ruße. Aufgrund dessen beeinflußt die Positionierung der Löscheinrichtungen, wie sie von Kester vorgeschlagen ist, um den Strom der Verbrennungs gase unterschiedlichen Temperatur-Bedingungen auszuset zen, die Modul-verleihenden Eigenschaften von Rußen offenbar eher durch eine Änderung der Oberflächenchemie der Ruße als durch eine Beeinflussung der Morphologie der Ruße in irgendeiner erkennbaren Weise. Darüber hinaus sind bei Kester beide Löscheinrichtungen in einer Position in der Reaktionszone angebracht, wo eine signi fikante Pyrolyse des Einsatzmaterials bereits stattge funden hat. Somit scheint es, daß in dem Kester′schen Verfahren zu dem Zeitpunkt, zu dem der Abgangsstrom die erste Löscheinrichtung erreicht, die Eigenschaften von CTAB, Farbtiefe, DBP und Stokes-Durchmesser der Ruße bereits festgelegt sind. Dies stützt den Schluß, daß die Änderung der Modul-verleihenden Eigenschaften bei Kester nicht von einer Änderung der morphologischen Eigenschaf ten der Ruße herrührt. Weiterhin mißt Kester der Posi tion der ersten Löscheinrichtung relativ zu dem Punkt der Einspritzung des Einsatzmaterials oder der Verweil zeit keine Bedeutung bei und offenbart keine Mittel zur Auswahl der Position der ersten Löscheinrichtung.In general, one erase is used Facility. However, Kester discloses the use of two quenching devices to be agreed to control properties of the carbon black. Kester bet affects the control of the module-lending properties of carbon blacks through heat treatment. This heat treatment is controlled by regulating the water inflow rate reached two spray water extinguishing devices, those in a soot furnace in the outflow smoke in series are switched. The soot module affects this Use behavior of the carbon black in a rubber production nis. As in the article by Schaeffer and Smith, "Effect of Heat Treatment on Reinforcing Properties of Carbon Black "(Industrial and Engineering Chemistry, Volume 47, No. 6, June 1955, page 1286), hereinafter referred to as "Schaeffer" called, is explained, it is generally known that the Heat treatment the module-conferring properties of Soot affected. As explained further with Schaeffer tert, the change in module lending results the properties of carbon blacks caused by heat treatment have been produced from a change in the Carbon black surface chemistry. Influenced by this the positioning of the extinguishing devices as used by Kester is proposed to the flow of combustion gases under different temperature conditions zen, the module-imparting properties of carbon blacks apparently more by changing the surface chemistry the soot as by influencing the morphology the soot in any recognizable way. About that Kester also has both extinguishing devices in one Position in the reaction zone where a signi fictional pyrolysis of the feed material has already taken place found. So it seems that in the Kester'schen Procedure at the time when the outflow is the first extinguishing device reached the properties of CTAB, color depth, DBP and Stokes diameter of the carbon black are already set. This supports the conclusion that the Modification of the module-giving properties at Kester not from a change in morphological properties the soot comes from. Kester also measures the Posi tion of the first eraser relative to the point injection of feed or dwell time no meaning and reveals no means for Selection of the position of the first extinguishing device.
Die US-PS 42 30 670 von Forseth, im folgenden als "Forseth" bezeichnet, schlägt den Einsatz von zwei Löscheinrich tungen zum Abbruch der Pyrolyse vor. Die beiden Lösch einrichtungen sind einige Zoll von dem Punkt entfernt, wo eine einzige Löscheinrichtung angebracht werden würde. Der Zweck der zwei Löscheinrichtungen ist der, die Reaktionszone vollständiger mit Abschreckflüssigkeit zu füllen, um die Pyrolyse wirksamer zu beenden. Bei Forseth sind jedoch zu dem Zeitpunkt, zu dem der Ab gangsstrom die Löscheinrichtungen erreicht, die Eigen schaften von CTAB, Farbtiefe, DBP und Stokes-Durchmesser der Ruße bereits festgelegt.U.S. Patent 4,230,670 to Forseth, hereinafter referred to as "Forseth" designated, suggests the use of two extinguishers to stop pyrolysis. The two delete facilities are a few inches from the point where a single extinguishing device is attached would. The purpose of the two extinguishers is to the reaction zone more complete with quench liquid fill to complete the pyrolysis more effectively. At Forseth are, however, at the time when the Ab gangsstrom reaches the extinguishing devices, the Eigen of CTAB, color depth, DBP and Stokes diameter the soot is already set.
Die US-PS 42 65 870 von Mills et al. und die US-PS 43 16 876 von Mills et al. schlagen die Verwendung einer zweiten Löscheinrichtung vor, die stromabwärts der ersten Löscheinrichtung plaziert ist, um Schäden an dem Filter-System zu verhüten. In beiden Patenten beendet die erste Löscheinrichtung die Pyrolyse vollständig und ist an einer im Stand der Technik allgemein bekannten Stelle angebracht, und zu dem Zeitpunkt, zu dem der Ab gangsstrom die erste Löscheinrichtung erreicht, sind die Eigenschaften von CTAB, Farbtiefe, DBP und Stokes-Durch messer der Ruße bereits festgelegt. Die zweite Löschein richtung senkt die Temperatur des Stroms der Verbren nungsgase weiter, um die Filtereinheit zu schützen.U.S. Patent 4,265,870 to Mills et al. and the US PS 43 16 876 to Mills et al. suggest using one second extinguishing device in front of the first extinguishing device is placed to damage the To prevent filter system. Finished in both patents the first extinguishing device completely and pyrolysis is known in the art Position and at the time when the Ab gangsstrom reaches the first extinguishing device, are the Properties of CTAB, color depth, DBP and Stokes-Through knife of the soot already fixed. The second delete direction lowers the temperature of the stream of combustion gas to protect the filter unit.
Die US-PS 43 58 289 von Austin, im folgenden "Austin", betrifft ebenfalls die Verhinderung von Schäden an dem Filter-System durch Einsatz eines Wärmeaustauschers nach der Löscheinrichtung. In diesem Patent beendet die erste Löscheinrichtung ebenfalls die Pyrolyse vollständig und ist an einer im Stand der Technik allgemein bekannten Stelle angebracht. Bei Austin sind zu dem Zeitpunkt, zu dem der Abgangsstrom die erste Löscheinrichtung er reicht, die Eigenschaften von CTAB, Farbtiefe, DBP und Stokes-Durchmesser der Ruße bereits festgelegt. The US-PS 43 58 289 from Austin, hereinafter "Austin", also concerns the prevention of damage to the Filter system by using a heat exchanger the extinguishing device. In this patent the first ended Extinguishing device also completely and pyrolysis is known in the art Place attached. At Austin at the time, too which the outgoing current is the first quenching device enough, the properties of CTAB, color depth, DBP and Stokes diameter of the carbon blacks already set.
Die US-PS 36 15 211 von Lewis, im folgenden "Lewis", betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Einheitlich keit von Rußen, die durch einen Reaktor produziert werden, und zur Verlängerung der Lebensdauer eines Reaktors. Zur Verbesserung der Einheitlichkeit und zur Verlängerung der Lebensdauer eines Reaktors schlägt Lewis die Verwendung einer Vielzahl von Löscheinrichtun gen vor, die über die gesamte Reaktionszone hinweg angebracht sind, um in der Reaktionszone eine im wesent lichen konstante Temperatur aufrechtzuerhalten. Eine bestimmte Menge Abschreckflüssigkeit wird an der Lösch einrichtung eingespritzt, die in dem Reaktor am weite sten stromaufwärts angebracht wird, wobei an jeder in stromabwärtiger Richtung liegenden Löscheinrichtung eine größere Menge Abschreckflüssigkeit eingespritzt wird. Die am weitesten stromabwärts angebrachte Löscheinrich tung beendet die Pyrolyse. Durch Einhalten einer kon stanten Temperatur in der Reaktionszone fördert die Apparatur von Lewis die Einheitlichkeit in den Rußen, die von der Apparatur erzeugt werden. Die Mehrzahl der Löscheinrichtungen steuert jedoch die Morphologie der von der Apparatur erzeugten Ruße nicht.US Pat. No. 3,615,211 to Lewis, hereinafter "Lewis", relates to a process to improve the uniform of soot produced by a reactor and to extend the life of a Reactor. To improve uniformity and Extension of the life of a reactor suggests Lewis the use of a variety of extinguishers conditions across the entire reaction zone are attached to a substantially in the reaction zone maintaining constant temperature. A certain amount of quenching liquid is at the extinguishing device injected in the reactor at the wide most upstream, with each in extinguishing device located downstream larger amount of quenching liquid is injected. The most downstream fire extinguisher tion ends the pyrolysis. By maintaining a con constant temperature in the reaction zone promotes the Apparatus of Lewis the uniformity in the soot, generated by the equipment. The majority of However, quenchers control the morphology of the soot produced by the apparatus.
Im allgemeinen ist es jedoch wünschenswert, die Morpho logie der Ruße in solcher Weise steuern zu können, daß Ruße, die für einen bestimmten Zweck geeignet sind, her gestellt werden können. Es ist auch wünschenswert, die Aggregat-Größe und Struktur von Rußen für eine gegebene spezifische Oberfläche zu vergrößern, da eine vergrößer te Aggregat-Größe und Struktur, wie sie durch höheres DBP, niedrigere Farbtiefe und einen größeren Stokes- Durchmesser repräsentiert wird, den Ruß für bestimmte Endverbrauchszwecke besser geeignet macht.In general, however, it is desirable to use the morpho control the carbon black in such a way that Carbon blacks that are suitable for a specific purpose can be put. It is also desirable that Aggregate size and structure of carbon blacks for a given enlarge specific surface area because of an enlarged te aggregate size and structure, as evidenced by higher DBP, lower color depth and a larger Stokes Represents the soot for certain diameter End use purposes more suitable.
Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung der Aggregat-Größe und Struktur von Rußen verfügbar zu machen.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a Process for controlling the aggregate size and structure of soot.
Ein zusätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Ruße mit einer größeren Aggregat-Größe und höheren Struktur für eine gegebene spezifische Oberfläche ver fügbar zu machen.An additional object of the present invention is Carbon blacks with a larger aggregate size and larger ones Structure for a given specific surface to make available.
Die Erfinder haben ein Verfahren gefunden, das diese erwünschten Ziele erreicht. Sie haben gefunden, daß man die Morphologie von Rußen, die in einem Furnace-Ruß-Ver fahren erzeugt werden, dadurch zu steuern vermag, daß die Temperatur des Abgangsstroms erniedrigt wird, ohne die Pyrolyse zu beenden, vorzugsweise bis zu etwa 427°C (800°F) innerhalb einer speziell festgelegten Verweil zeit von bis zu etwa 0,002 s stromabwärts des am weite sten stromabwärts liegenden Punktes der Einspritzung von Einsatzmaterial. Die Erniedrigung der Temperatur kann dadurch bewerkstelligt werden, daß eine erste Löschein richtung bei oder innerhalb von etwa 1,20 m (4 feet) stromabwärts des am weitesten stromabwärts liegenden Punktes der Einspritzung von Einsatzmaterial angeordnet und Abschreckflüssigkeit eingespritzt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Herstellung von Rußen so gesteuert werden, daß Ruße mit spezifischen morphologi schen Eigenschaften erzeugt werden können, etwa mit einer vergrößerten Aggregat-Größe und einer erhöhten Struktur, wie sie durch höheres DBP, niedrigere Farb tiefe und einen größeren Stokes-Durchmesser für eine gegebene spezifische Oberfläche (CTAB) ausgewiesen werden. Die Erfinder haben weiterhin gefunden, daß diese morphologischen Eigenschaften der Ruße weiterhin dadurch gesteuert werden können, daß der Betrag variiert wird, um den die Temperatur des Abgangsstroms gesenkt wird, und/oder die Verweilzeit ab dem Zeitpunkt der am weite sten stromabwärts erfolgenden Einspritzung von Einsatz material bis zur Senkung der Temperatur des Abgangs stroms variiert wird.The inventors have found a method that this desired goals achieved. You found that one the morphology of carbon blacks in a furnace carbon black Ver driving are generated by being able to control that the temperature of the outlet stream is lowered without stop pyrolysis, preferably up to about 427 ° C (800 ° F) within a specially determined dwell time up to about 0.002 s downstream of the farthest most downstream point of injection of Feed material. The lowering of the temperature can be accomplished by first extinguishing direction at or within about 1.20 m (4 feet) downstream of the most downstream Point of injection of feed arranged and quench liquid is injected. According to the The present invention can be used to make carbon blacks be controlled that carbon blacks with specific morphologi properties can be created, for example with an enlarged aggregate size and an increased Structure like higher DBP, lower color deep and a larger Stokes diameter for one given specific surface area (CTAB) will. The inventors have further found that these morphological properties of the carbon blacks thereby continue can be controlled to vary the amount by which the temperature of the outgoing current is reduced and / or the dwell time from the date of the most most downstream injection of insert material until the temperature of the outlet drops current is varied.
Im einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Steuerung der Aggregat-Größe und Struktur der durch einen Furnace-Ruß-Reaktor erzeugten Ruße durch Senkung der Temperatur, ohne jedoch die Pyrolyse zu beenden, in dem Abgangsstrom (dem Gemisch aus Verbren nungsgasen und Einsatzmaterial, in dem die Pyrolyse stattfindet) bei einer Verweilzeit zwischen etwa 0,0 s und etwa 0,002 s, vorzugsweise zwischen etwa 0,0 s und etwa 0,0015 s, stromabwärts von dem Punkt der am weite sten stromabwärts erfolgenden Einspritzung von Einsatz material. Die Temperatur des Abgangsstroms wird, inner halb der oben spezifizierten Reaktionszeit, vorzugsweise bis zu etwa 427°C (800°F) und bevorzugter zwischen etwa 10°C und etwa 427°C (etwa 50°F und etwa 800°F) erniedrigt. Die Temperatur des Abgangsstroms kann mittels einer Löscheinrichtung gesenkt werden, vorzugs weise einer Löscheinrichung, die eine Abschreckflüssig keit in den Abgangsstrom einspritzt, die an einem Punkt in dem Reaktor angeordnet ist, wo der Abgangsstrom zwischen etwa 0,0 und 0,002 s, vorzugsweise zwischen etwa 0,0 s und etwa 0,0015 s, stromabwärts von dem Punkt der am weitesten stromabwärts erfolgenden Einspritzung von Einsatzmaterial abgeschreckt wird. Um den Abgangs strom innerhalb der spezifizierten Verweilzeit abzu schrecken, liegt typischerweise die Abschreckeinrichtung bei oder innerhalb einer Entfernung von etwa 1,20 m (4 feet) stromabwärts des am weitesten stromabwärts liegenden Punktes der Einspritzung von Einsatzmaterial. In particular, the present invention relates to a Process for controlling the aggregate size and structure of the carbon blacks produced by a furnace black carbon reactor Lowering the temperature without, however, pyrolysis too finish in the waste stream (the mixture of burning gas and feed in which the pyrolysis takes place) with a dwell time between about 0.0 s and about 0.002 s, preferably between about 0.0 s and about 0.0015 s, downstream from the point of the furthest most downstream injection of insert material. The temperature of the outlet stream becomes, inner half the reaction time specified above, preferably up to about 427 ° C (800 ° F) and more preferably between about 10 ° C and about 427 ° C (about 50 ° F and about 800 ° F) degraded. The temperature of the outlet current can be lowered by means of an extinguishing device, preferably as an extinguishing device that is a quenching liquid injected into the outlet current at one point is located in the reactor where the waste stream between about 0.0 and 0.002 s, preferably between about 0.0 s and about 0.0015 s downstream of the point the most downstream injection is quenched by feed. To the finish current within the specified dwell time horror, the quenching device is typically located at or within a distance of about 1.20 m (4 feet) downstream of the most downstream lying point of injection of feed.
Die Löscheinrichtung senkt die Temperatur des Abgangs stroms, vorzugsweise bis zu etwa 427°C (800°F) und bevorzugter zwischen etwa 10°C und etwa 427°C (etwa 50°F und etwa 800°F), beendet jedoch die Pyrolyse nicht. Gemäß der vorliegenden Erfindung können der Betrag, um den die Temperatur des Abgangsstroms gesenkt wird, und die Verweilzeit, bei der die Senkung der Temperatur des Abgangsstroms erfolgt, unabhängig von einander oder gleichzeitig variiert werden, um die Aggregat-Größe und Struktur der durch den Reaktor erzeugten Ruße zu steuern. In einem Reaktor, der eine Löscheinrichtung benutzt, durch die zur Senkung der Temperatur des Abgangsstroms innerhalb der spezifizier ten Verweilzeiten eine Abschreckflüssigkeit eingespritzt wird, können diese Variation des Betrags, um den die Temperatur des Abgangsstroms gesenkt wird, und der Ver weilzeit, bei der die Senkung der Temperatur des Ab gangsstroms erfolgt, durch Variieren der Menge der Abschreckflüssigkeit, die von der Löscheinrichtung ein gespritzt wird, bzw. des Ortes der Löscheinrichtung be werkstelligt werden. Nachdem Ruße mit den gewünschten Eigenschaften gebildet worden sind, wird die Pyrolyse beendet.The extinguishing device lowers the temperature of the outlet currents, preferably up to about 427 ° C (800 ° F) and more preferably between about 10 ° C and about 427 ° C (about 50 ° F and about 800 ° F), however, ends the pyrolysis Not. According to the present invention, the Amount by which the temperature of the outlet current is reduced and the dwell time during which the lowering of the Outlet current temperature is independent of each other or be varied at the same time Aggregate size and structure of the reactor control soot generated. In a reactor, the one Extinguishing system used to lower the Outlet current temperature within the specified a quenching liquid was injected during the dwell times this variation in the amount by which the Temperature of the outlet current is reduced, and the Ver time when the temperature of the Ab gangsstroms, by varying the amount of Quenching liquid from the quenching device is injected, or the location of the extinguishing device be made. After carbon black with the desired Properties have been formed, pyrolysis completed.
Die vorliegende Erfindung erlaubt die Herstellung eines Ruß-Produkts mit einer größeren Aggregat-Größe und Struktur für eine gegebene spezifische Oberfläche als bei den Ruß-Produkten, die mittels eines ähnlichen Ver fahrens gewonnen werden, bei dem die Temperatur des Ab gangsstroms nicht innerhalb der spezifizierten Verweil zeit erniedrigt wird.The present invention allows the manufacture of a Soot product with a larger aggregate size and Structure for a given specific surface as in the case of soot products, which use a similar ver driving at which the temperature of Ab current is not within the specified dwell time is lowered.
Ein Vorteil des Verfahrens der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Aggregat-Größe und die Struktur der Ruße gesteuert werden kann. An advantage of the method of the present invention is that the aggregate size and structure the soot can be controlled.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß Ruße mit einer größeren Aggregat-Größe und Struktur, wie sie durch höhere DBP-Werte, niedrigere Farbtiefen und vergrößerte Stokes-Durchmesser angezeigt werden, für eine gegebene spezifische Oberfläche, wie sie durch CTAB angezeigt wird, erzeugt werden können.Another advantage of the present invention is in that carbon blacks with a larger aggregate size and Structure as determined by higher DBP values, lower ones Color depths and enlarged Stokes diameters are displayed be, for a given specific surface, like it is indicated by CTAB, can be generated.
Andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen deutlich.Other advantages of the present invention will emerge the following description and claims clear.
Die Figur stellt eine Querschnitt-Ansicht einer Aus führungsform der vorliegenden Erfindung bei einem Ruß- Reaktor dar, die die räumliche Anordnung einer ersten und einer zweiten Löscheinrichtung zeigt.The figure represents a cross-sectional view of an off embodiment of the present invention in a soot Reactor represents the spatial arrangement of a first and a second eraser.
Die Figur bildet eine mögliche Ausführungsform der vor liegenden Erfindung ab. Wenngleich in der Figur ein Teil eines Typs eines Ruß-Reaktors abgebildet ist, kann, wie bereits im vorstehenden erläutert wurde, die vorliegende Erfindung bei einem beliebigen Ruß-Reaktor eingesetzt werden, in dem Ruß durch Pyrolyse und/oder unvollständi ge Verbrennung von Kohlenwasserstoffen hergestellt wird. Weiterhin, wiewohl die nachfolgende Beschreibung eine Ausführungsform beschreibt, die sich einer Löscheinrich tung bedient, durch die eine Abschreckflüssigkeit einge spritzt wird, um die Temperatur des Abgangsstroms zu erniedrigen, schließt die vorliegende Erfindung, wie dem Durchschnittsfachmann klar ist, sämtliche Methoden zur Erniedrigung der Temperatur des Abgangsstroms, vorzugs weise um die spezifizierten Beträge, innerhalb der spezifizierten Reaktionszeiten von dem der Reaktionszone nächstgelegenen Punkt des Einspritzens des Einsatz materials ein. In ähnlicher Weise gilt, wie dem Durch schnittsfachmann klar ist, daß, wiewohl die vorliegende Erfindung eine zweite Löscheinrichtung zum Beenden der Pyrolyse verwendet, die vorliegende Erfindung sämtliche Methoden zum Beenden der Pyrolyse einschließt.The figure represents a possible embodiment of the lying invention. Although part in the figure of a type of soot reactor is depicted, such as already explained above, the present Invention used in any soot reactor be in the soot by pyrolysis and / or incomplete ge combustion of hydrocarbons is produced. Furthermore, although the description below is a Embodiment describes, which is an extinguishing device operated operated by a quenching liquid is injected to the temperature of the outlet stream lower, the present invention includes such It is clear to the average person skilled in the art that Lowering the temperature of the outflow, preferably wise around the specified amounts within the specified reaction times from that of the reaction zone closest point of injecting the insert materials. The same applies as to the through cutting specialist it is clear that, although the present Invention a second extinguishing device to end the Pyrolysis uses the present invention all Includes methods of stopping pyrolysis.
In der Figur ist ein Teil eines Ruß-Reaktors 10 mit, beispielsweise, einer Reaktionszone 12 und einer Zone mit beschränktem Durchmesser 20 mit einer ersten Lösch einrichtung 40, die an einem Punkt 60 angeordnet ist, und einer zweiten Löscheinrichtung 42, die an einem Punkt 62 angeordnet ist, zum Einspritzen der Abschreck flüssigkeit 50 ausgerüstet. Die Abschreckflüssigkeit 50 kann für jede Löscheinrichtung die gleiche oder eine andere sein. Die Richtung des Stroms der heißen Verbren nungsgase durch den Reaktor 10 und die Zonen 12 und 20 ist durch den Pfeil dargestellt. Die Abschreckflüssig keit 50 kann durch die erste Löscheinrichtung 40 und die zweite Löscheinrichtung 42 im Gegenstrom zu dem oder vorzugsweise in der gleichen Strömungsrichtung wie der Strom der Verbrennungsgase eingespritzt werden. Der Punkt 14 ist der am weitesten stromabwärts gelegene Punkt des Einspritzens von Einsatzmaterial 30. Wie der Durchschnittsfachmann versteht, kann der Punkt 14, der am weitesten stromabwärts gelegene Punkt des Einsprit zens von Einsatzmaterial, in seiner Position verändert werden. Der Abstand von 14, dem am weitesten stromab wärts gelegenen Punkt des Einspritzens von Einsatz material, zu dem Punkt der ersten Löscheinrichtung 60 wird durch L-1 bezeichnet, und der Abstand von dem am weitesten stromabwärts gelegenen Punkt 14 des Einsprit zens von Einsatzmaterial zu dem Punkt der zweiten Lösch einrichtung 62 wird durch L-2 bezeichnet.In the figure is part of a soot reactor 10 with, for example, a reaction zone 12 and a zone of limited diameter 20 with a first extinguishing device 40 , which is arranged at a point 60 , and a second extinguishing device 42 , which is at a point 62 is arranged to inject the quenching liquid 50 equipped. Quench liquid 50 may be the same or different for each quench. The direction of the flow of hot combustion gases through the reactor 10 and zones 12 and 20 is shown by the arrow. The quenching liquid 50 can be injected through the first extinguishing device 40 and the second extinguishing device 42 in countercurrent to or preferably in the same flow direction as the flow of the combustion gases. Point 14 is the most downstream point of feed 30 injection. As one of ordinary skill in the art understands, point 14 , the most downstream point of feed injection, can be changed in position. The distance from 14 , the most downstream point of feed injection, to the point of the first extinguisher 60 is denoted by L - 1 , and the distance from the most downstream point 14 of feed injection to that Point of the second eraser 62 is denoted by L - 2 .
Gemäß der abgebildeten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erste Löscheinrichtung 60 so plaziert, daß sie die Temperatur des Abgangsstroms (des Gemischs aus Verbrennungsmaterialien und Einsatzmaterial, in dem die Pyrolyse stattfindet) nach einer Verweilzeit nicht später als 0,002 s und vorzugsweise zwischen 0,0 und 0,0015 s, gerechnet von dem am weitesten stromabwärts gelegenen Punkt des Einspritzens von Einsatzmaterial erniedrigt. Zur Abschreckung des Abgangsstroms innerhalb der speziell angegebenen Verweilzeit wird die erste Löscheinrichtung typischerweise bei oder innerhalb von etwa 1,20 m (4 feet) von dem am weitesten stromabwärts gelegenen Punkt des Einspritzens von Einsatzmaterial angebracht. Dementsprechend ist L-1 zwischen 0,0 und etwa 1,20 m (0,0 und etwa 4 feet). Die Abschreckflüssig keit wird durch die erste Löscheinrichtung 40 einge spritzt, um die Temperatur des Abgangsstroms zu ernie drigen, vorzugsweise um einen Betrag von bis zu 427°C (800°F), vorzugsweise um einen Betrag zwischen etwa 10°C und etwa 427°C (etwa 50°F und etwa 800°F), jedoch mit der Maßgabe, daß die durch die erste Lösch einrichtung 60 eingespritzte Abschreckflüssigkeit die Pyrolyse nicht beendet.According to the depicted embodiment of the present invention, the first quench 60 is placed to read the temperature of the effluent stream (the mixture of combustion materials and feedstock in which the pyrolysis takes place) after a dwell time not later than 0.002 s and preferably between 0.0 and 0.0015 s, calculated from the most downstream point of feed injection. To deter the effluent stream within the specified dwell time, the first quenching device is typically mounted at or within about 4 feet from the most downstream point of feed injection. Accordingly, L - 1 is between 0.0 and about 1.20 m (0.0 and about 4 feet). The quenching liquid is injected through the first quenching device 40 to lower the temperature of the effluent stream, preferably by an amount up to 427 ° C (800 ° F), preferably by an amount between about 10 ° C and about 427 ° C (about 50 ° F and about 800 ° F), but with the proviso that the quenching liquid injected through the first quenching device 60 does not end the pyrolysis.
Zusätzlich können gemäß der vorliegenden Erfindung die Verweilzeit, gerechnet von dem am weitesten stromabwärts gelegenen Punkt des Einspritzens von Einsatzmaterial bis zum anfänglichen Erniedrigen der Temperatur des Abgangs stroms (des Gemischs aus Verbrennungsmaterialien und Einsatzmaterial, in dem die Pyrolyse stattfindet) und der Betrag, um den die Temperatur des Abgangsstroms gesenkt wird, unabhängig voneinander oder gleichzeitig variiert werden, um die Aggregat-Größe und die Struktur der durch den Reaktor erzeugten Ruße zu steuern. In der in der Figur dargestellten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung wird durch Änderung von L-1 die Verweilzeit von dem Zeitpunkt des Einspritzens von Ein satzmaterial an der am weitesten stromabwärts gelegenen Stelle bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Temperatur des Abgangsstroms erniedrigt wird, variiert. Durch Verändern der Menge der eingespritzten Abschreckflüssigkeit kann der Betrag, um den die Temperatur des Abgangsstroms er niedrigt wird, variiert werden.In addition, according to the present invention, the residence time calculated from the most downstream point of feed injection to the initial lowering of the temperature of the effluent stream (the mixture of combustion materials and feed in which the pyrolysis takes place) and the amount by which the temperature of the effluent stream is reduced, independently or at the same time, to control the aggregate size and structure of the soot produced by the reactor. In the embodiment of the present invention shown in the figure, by changing L - 1, the dwell time is varied from the time of injecting feed at the most downstream point to the time when the temperature of the waste stream is lowered . By changing the amount of quench liquid injected, the amount by which the temperature of the effluent stream is lowered can be varied.
Wie in dem vorhergehenden Absatz erläutert ist, liegt in der in der Figur dargestellten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung, je nach der gewünschten Aggregat- Größe und Struktur, L-1 typischerweise im Bereich von etwa 0,0 und etwa 1,20 m (etwa 0,0 und etwa 4 feet) . Die Abschreckflüssigkeit 50 erniedrigt die Temperatur des Abgangsstroms, vorzugsweise bis zu etwa 427°C (800°F) und bevorzugter zwischen etwa 10°C und etwa 427°C (etwa 50°F und etwa 800°F), jedoch unter der Voraus setzung, daß die Pyrolyse am Ort der ersten Löschein richtung 60 durch die Abschreckflüssigkeit 50 nicht be endet wird.As explained in the previous paragraph, in the embodiment of the present invention shown in the figure, depending on the desired aggregate size and structure, L - 1 is typically in the range of about 0.0 and about 1.20 m (about 0.0 and about 4 feet). Quench liquid 50 lowers the temperature of the effluent stream, preferably up to about 427 ° C (800 ° F), and more preferably between about 10 ° C and about 427 ° C (about 50 ° F and about 800 ° F), but under the condition that the pyrolysis at the location of the first extinguishing device 60 by the quenching liquid 50 does not end.
Nachdem Ruße mit den gewünschten Eigenschaften erzeugt worden sind, wird die Pyrolyse am Punkt 62 vermittels der Löscheinrichtung 42 beendet. Der Punkt 62 ist ein Ort, an dem Ruße mit den gewünschten Eigenschaften durch den Reaktor erzeugt worden sind. Wie bereits vorher er läutert wurde, kann der Punkt 62 auf beliebige, in der Technik bekannte Weise zur Auswahl der Position einer Löscheinrichtung, die die Pyrolyse beendet, bestimmt werden. Ein Verfahren zur Bestimmung der Position der Löscheinrichtung zum Beenden der Pyrolyse ist die Be stimmung desjenigen Punktes, an dem ein annehmbarer Toluol-Extrakt-Wert für die aus der Reaktion erwünschten Produkte erzielt worden ist. Der Toluol-Extrakt-Wert kann gemäß ASTM D 1618-83 "Carbon Black Extractables - Toluene Discoloration" gemessen werden. L-2 ist entspre chend der Position des Punktes 62 veränderlich.After carbon blacks having the desired properties have been produced, the pyrolysis is ended at point 62 by means of the extinguishing device 42 . Point 62 is a location where carbon blacks with the desired properties have been generated by the reactor. As previously explained, point 62 can be determined in any manner known in the art to select the position of an extinguishing device that ends pyrolysis. One method of determining the position of the quenching device to stop pyrolysis is to determine the point at which an acceptable toluene extract value has been achieved for the products desired from the reaction. The toluene extract value can be measured in accordance with ASTM D 1618-83 "Carbon Black Extractables - Toluene Discoloration". L - 2 is variable according to the position of point 62 .
Die Wirksamkeit und die Vorteile der vorliegenden Erfin dung werden weiter verdeutlicht anhand des nachstehenden Beispiels.The effectiveness and benefits of the present inven will be further clarified using the following Example.
Zur Demonstration der Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung wurden Experimente bei einem Verfahren der Ruß-Produktion unter Einsatz von zwei Löscheinrichtungen und unter Variation der Verweilzeit, gerechnet vom Zeit punkt des Einspritzens von Einsatzmaterial an dem am weitesten stromabwärts gelegenen Punkt bis zum Zeitpunkt des Erniedrigens der Temperatur des Abgangsstroms, und des Betrags, um den die Temperatur des Abgangsstroms gesenkt wurde, durchgeführt. Die Verweilzeit wurde durch Verändern von L-1 variiert. Die Prozeß-Variablen für zwei Reihen von Ruß-Ansätzen in den Experimenten sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt. Reihe I umfaßt die Versuche 1, 2 und 3, und Reihe 2 umfaßt die Versuche 4, 5 und 6. To demonstrate the effectiveness of the present invention, experiments were carried out on a soot production process using two extinguishers and varying the dwell time from the time of injecting feed at the most downstream point to the time of lowering the temperature of the Outflow, and the amount by which the temperature of the outflow was lowered. The residence time was varied by changing L - 1 . The process variables for two series of soot approaches in the experiments are summarized in the following table. Row I comprises trials 1, 2 and 3, and row 2 comprises trials 4, 5 and 6.
Entsprechend dem allgemeinen Verständnis des Durch schnittsfachmanns repräsentieren die in der Tabelle auf geführten Verfahrens-Variablen die Variable an einem Punkt in dem Reaktor und werden in der allgemein bekann ten Art und Weise bestimmt. Jede Reihe von Ruß-Versuchen wurde in einem Ruß-Reaktor durchgeführt, der dem in Bei spiel 1 der US-PS 39 22 335 offenbarten ähnelte, wobei die Abweichungen in der Tabelle vermerkt sind.According to the general understanding of the through cutting specialists represent those in the table performed process variables the variable at a Point in the reactor and are widely known in the determined way. Every series of soot tests was carried out in a soot reactor, which in the case of game 1 was similar to that disclosed in U.S. Patent 3,922,335, wherein the deviations are noted in the table.
In der Tabelle bezeichnet "Abschrecken" eine Löschein richtung. "1. Abschrecken" bezeichnet L-1, den Abstand von der Stelle der am weitesten stromabwärts vorgenom menen Einspritzung des Einsatzmaterials zu der ersten Löscheinrichtung. "Temperatur vor dem 1. Abschrecken" bezeichnet die Temperatur des Abgangsstroms vor der ersten Löscheinrichtung, und "Temperatur nach dem 1. Abschrecken" und "Temperatur nach dem 2. Abschrecken" beziehen sich auf die Temperatur des Abgangsstroms hinter der ersten Löscheinrichtung bwz. die Temperatur der Mischung aus Einsatzmaterial und Verbrennungsgasen hinter der zweiten Löscheinrichtung. Sämtliche das Abschrecken betreffenden Temperaturen werden nach kon ventionellen, wohlbekannten thermodynamischen Techniken berechnet. Die in der Tabelle angegebene "Verweilzeit" bezeichnet die Zeitspanne hinter dem Punkt der am weite sten stromabwärts vorgenommenen Einspritzung des Ein satzmaterials, die verstrichen ist, bevor die Temperatur des Abgangsstroms erstmalig gesenkt wurde. Die Angabe "2. Abschrecken" betrifft L-2 und wurde empirisch mit Hilfe des Toluol-Extrakt-Wertes bestimmt. Nach jedem Durchlauf wurden die erzeugten Ruße gesammelt, um CTAB, Farbtiefe, D st (mittlerer Stokes-Durchmesser), CDBP, Flocken-DBP und Toluol-Entfärbung zu bestimmen. Die Er gebnisse für jeden Versuch sind in der Tabelle aufge führt. In the table, "quenching" denotes an extinguishing device. "1st quench" means L - 1 , the distance from the point of the most downstream injection of the feed to the first quench. "Temperature before the 1st quenching" means the temperature of the outgoing stream before the first quenching device, and "Temperature after the 1st quenching" and "Temperature after the 2nd quenching" refer to the temperature of the outgoing stream behind the first quenching device or. the temperature of the mixture of feed and combustion gases behind the second extinguishing device. All quenching temperatures are calculated using conventional, well known thermodynamic techniques. The "dwell time" shown in the table refers to the period of time after the point of the most downstream injection of the feedstock that has elapsed before the temperature of the effluent stream has been lowered for the first time. The statement "2nd quenching" relates to L - 2 and was determined empirically with the aid of the toluene extract value. After each run, the soot generated was collected to determine CTAB, color depth, D st (mean Stokes diameter), CDBP, flake DBP and toluene decolorization. The results for each experiment are shown in the table.
Der CTAB-Wert wurde gemäß der ASTM-Test-Vorschrift D 3765-85 bestimmt. Die Farbtiefe wurde gemäß der ASTM- Test-Vorschrift D 3265-85a bestimmt. Der DBP-Wert der flockigen Ruße wurde gemäß der in ASTM D 2414-86 angege benen Vorschrift bestimmt. Der CDBP-Wert wurde gemäß der in ASTM D 3493-86 angegebenen Vorschrift bestimmt. Die Toluol-Entfärbung wurde gemäß der ASTM-Test-Vorschrift D 1618-83 bestimmt.The CTAB was determined according to the ASTM test protocol D 3765-85. The color depth was determined according to the ASTM Test specification D 3265-85a determined. The DBP value of the flaky carbon black was specified in accordance with ASTM D 2414-86 specified regulation. The CDBP was determined according to the determined in ASTM D 3493-86 determined. The Toluene decolorization was carried out according to the ASTM test protocol D 1618-83.
D st (der mittlere Stokes-Durchmesser) wurde mittels
Scheiben-Zentrifugen-Photosedimentometrie gemäß der
nachfolgenden Beschreibung bestimmt. Die folgende
Arbeitsweise ist eine Modifikation der Arbeitsweise, die
in der Betriebsanleitung für Joyce-Loebl Disc Centri
fuge, File Ref. DCF4.008, veröffentlicht am 1. Februar
1985, erhältlich bei der Joyce-Loebl Company (Marquis
way, Team Valley, Gateshead, Tyne & Wear, England)
beschrieben ist, auf deren Lehren hier Bezug genommen
wird. Die Vorschrift ist folgende:
10 mg einer Ruß-Probe
werden in einem Wägegefäß eingewogen und dann zu 50 cm3
einer Lösung von 10% absolutem Ethanol und 90% de
stilliertem Wasser mit 0,05% des Tensids NONIDET P-40
gegeben (NONIDET P-40 ist ein eingetragenes Warenzeichen
für ein von Shell Chemical Co. hergestelltes und ver
triebenes Tensid). Die Suspension wird 15 min mit Hilfe
von Ultraschallenergie dispergiert, wobei ein Sonifier
Model No. W 385, hergestellt und vertrieben von Heat
Systems Ultrasonics Inc., Farmingdale, New York, einge
setzt wird. Vor dem Betrieb der Scheiben-Zentrifuge
werden die folgenden Daten in den Computer eingegeben,
der die Daten aus der Scheiben-Zentrifuge aufzeichnet:
1. Das spezifische Gewicht des Rußes, genommen als
1,86 g/cm3;
2. das Volumen der Lösung des Rußes, der in einer
Lösung von Wasser und Ethanol dispergiert ist, das
in diesem Fall 0,5 cm3 beträgt;
3. das Volumen der Schleuderflüssigkeit, das in diesem
Fall 10 cm3 Wasser ist;
4. die Viskosität der Schleuderflüssigkeit, die in
diesem Fall als 0,933 mPa · s [cP] bei 23°C genommen
wird;
5. die Dichte der Schleuderflüssigkeit, die in diesem
Fall 0,9975 g/cm3 bei 23°C ist;
6. die Scheiben-Geschwindigkeit, die in diesem Falle
8000 min-1 (8000 Upm) beträgt;
7. das Daten-Probenahme-Intervall, das in diesem Fall
1 s beträgt. D st (the average Stokes diameter) was determined using disc centrifuge photosedimentometry as described below. The following procedure is a modification of the procedure described in the instruction manual for Joyce-Loebl Disc Centrifuge, File Ref. DCF4.008, published February 1, 1985, available from the Joyce-Loebl Company (Marquis way, Team Valley, Gateshead , Tyne & Wear, England), the teachings of which are incorporated herein by reference. The regulation is as follows:
10 mg of a soot sample are weighed into a weighing vessel and then added to 50 cm 3 of a solution of 10% absolute ethanol and 90% de-stilled water with 0.05% of the surfactant NONIDET P-40 (NONIDET P-40 is a registered one Trademark for a surfactant manufactured and sold by Shell Chemical Co.). The suspension is dispersed for 15 minutes using ultrasound energy, using a Sonifier Model No. W 385, manufactured and sold by Heat Systems Ultrasonics Inc., Farmingdale, New York. Before operating the disc centrifuge, the following data is entered into the computer that records the data from the disc centrifuge:
1. The specific weight of the carbon black, taken as 1.86 g / cm 3 ;
2. the volume of the solution of the carbon black which is dispersed in a solution of water and ethanol, which in this case is 0.5 cm 3 ;
3. the volume of the centrifugal liquid, which in this case is 10 cm 3 of water;
4. the viscosity of the centrifugal liquid, which in this case is taken as 0.933 mPa · s [cP] at 23 ° C;
5. the density of the centrifugal liquid, which in this case is 0.9975 g / cm 3 at 23 ° C;
6. the disk speed, which in this case is 8000 min -1 (8000 rpm);
7. The data sampling interval, which in this case is 1 s.
Die Scheiben-Zentrifuge wird mit 8000 Upm betrieben,
während das Stroboskop arbeitet. 10 cm3 destilliertes
Wasser werden in die rotierende Scheibe als Schleuder
flüssigkeit eingespritzt. Das Trübungs-Niveau wird auf 0
gesetzt, und 1 cm3 der Lösung aus 10% absolutem Ethanol
und 90% destilliertem Wasser werden als Puffer-Flüssig
keit eingespritzt. Die Knöpfe für Schnitt (cut) und Ver
stärkung (boost) der Zentrifuge werden dann so betätigt,
daß ein glatter Konzentrationsgradient zwischen der
Schleuderflüssigkeit und der Pufferflüssigkeit erzeugt
wird, und der Gradient wird visuell überwacht. Wenn der
Gradient so glatt wird, daß keine unterscheidbare Grenze
zwischen den beiden Flüssigkeiten mehr besteht, werden
0,5 cm3 der flüssigen Dispersion des Rußes in der wäßri
gen Ethanol-Lösung in die rotierende Scheibe einge
spritzt, und die Aufzeichnung der Daten wird sofort
begonnen. Falls ein Strömen auftritt, wird der Durchlauf
abgebrochen. Die Scheibe wird nach dem Einspritzen der
Ruß-Dispersion in der wäßrigen Ethanol-Lösung 20 min
rotieren gelassen. Nach den 20 min Rotation wird die
Scheibe angehalten, die Temperatur der Schleuderflüssig
keit wird gemessen, und der Mittelwert der zu Beginn des
Durchlaufs gemessenen Temperatur der Schleuderflüssig
keit und der am Ende des Durchlaufs gemessenen Tempera
tur der Schleuderflüssigkeit wird in den Computer ein
gegeben, der die Daten aus der Scheiben-Zentrifuge auf
zeichnet. Die Daten werden entsprechend der Standard-
Stokes-Gleichung analysiert und unter Benutzung der fol
genden Definitionen angezeigt:
Ruß-Aggregat - ein diskretes, starres kolloidales Ge
bilde, das die kleinste dispergierbare Einheit ist;
es ist aufgebaut aus ausgedehnt koaleszierten Teil
chen;
Stokes-Durchmesser - der Durchmesser einer Kugel, die
in einem viskosen Medium in einem Zentrifugal- oder
Gravitations-Feld sich gemäß der Stokes′schen
Gleichung absetzt. Ein nicht-sphärisches Objekt wie
ein Ruß-Aggregat kann ebenfalls mit Hilfe des
Stokes-Durchmessers beschrieben werden, wenn man
annimmt, daß es sich wie eine glatte, starre Kugel
gleicher Dichte und gleicher Sedimentations
geschwindigkeit wie das Objekt verhält. Die
Durchmesser werden üblicherweise in der Einheit
"Nanometer" (nm) angegeben.
Mittlerer (medianer) Stokes-Durchmesser (D st für Zwecke
der Mitteilung) - der Punkt der Verteilungskurve des
Stokes-Durchmessers, bei dem jeweils 50 Gew.-% der
Probe sowohl größer als auch kleiner sind. Dement
sprechend repräsentiert er den Mittelwert der Be
stimmung.
The disc centrifuge is operated at 8000 rpm while the stroboscope is working. 10 cm 3 of distilled water are injected into the rotating disc as a centrifugal liquid. The turbidity level is set to 0, and 1 cm 3 of the solution of 10% absolute ethanol and 90% distilled water are injected as a buffer liquid. The cut and cut buttons of the centrifuge are then operated to create a smooth concentration gradient between the centrifugal fluid and the buffer fluid, and the gradient is visually monitored. When the gradient becomes so smooth that there is no longer a distinguishable boundary between the two liquids, 0.5 cm 3 of the liquid dispersion of the carbon black in the aqueous ethanol solution is injected into the rotating disk, and the recording of the data becomes immediate began. If flow occurs, the run is stopped. After the carbon black dispersion has been injected, the disk is rotated in the aqueous ethanol solution for 20 minutes. After the 20 min rotation, the disc is stopped, the temperature of the spinning liquid is measured, and the mean value of the temperature of the spinning liquid measured at the start of the run and the temperature of the spinning liquid measured at the end of the run is entered into the computer records the data from the disc centrifuge. The data is analyzed according to the standard Stokes equation and displayed using the following definitions:
Soot aggregate - a discrete, rigid colloidal structure that is the smallest dispersible entity; it is made up of extensively coalesced particles;
Stokes diameter - the diameter of a sphere that settles in a viscous medium in a centrifugal or gravitational field according to Stokes' equation. A non-spherical object such as a soot aggregate can also be described using the Stokes diameter if it is assumed that it behaves like a smooth, rigid sphere of the same density and sedimentation speed as the object. The diameters are usually given in the unit "nanometer" (nm).
Average (median) Stokes diameter ( D st for communication purposes) - the point of the distribution curve of the Stokes diameter at which 50% by weight of the sample is both larger and smaller. Accordingly, it represents the mean of the determination.
Wie in der Tabelle aufgezeigt ist, erlaubt die vorlie gende Erfindung die Herstellung von Rußen mit erhöhten Werten von CDBP, DBP der Flocken und D st sowie vermin derter Farbtiefe im Vergleich zu den Rußen, die mit den Kontroll-Durchläufen der Ruß-Verfahren 1 und 4 unter Einsatz einer einzelnen Löscheinrichtung erhalten wurden. Dies zeigt an, daß Ruße der vorliegenden Erfin dung durch eine erhöhte Aggregat-Größe und Struktur gekennzeichnet sind. Wie weiterhin aus den Ergebnissen der Reihe II hervorgeht, ermöglicht die vorliegende Erfindung die Herstellung von Rußen mit erhöhten Werten von CDBP, DBP der Flocken und D st sowie verminderter Farbtiefe für einen relativ konstanten Wert der CTAB. Dies zeigt an, daß die vorliegende Erfindung für einen gegebenen CTAB-Wert Ruße mit erhöhter Aggregat-Größe und Struktur erzeugte.As shown in the table, the present invention allows the production of carbon blacks with increased values of CDBP, DBP of the flakes and D st and reduced color depth compared to the carbon blacks obtained with the control runs of the carbon black processes 1 and 4 were obtained using a single extinguishing device. This indicates that carbon blacks of the present invention are characterized by an increased aggregate size and structure. As is further evident from the results of the series II, the present invention enables the production of carbon blacks with increased values of CDBP, DBP of the flakes and D st and reduced color depth for a relatively constant value of the CTAB. This indicates that the present invention produced carbon blacks with increased aggregate size and structure for a given CTAB value.
Wie aus den Ergebnissen der Reihe I hervorgeht, erzeugt die vorliegende Erfindung Ruße mit erhöhten Werten von CDBP, DBP der Flocken und D st sowie verminderter Farb tiefe im Vergleich zu dem Ruß, der bei dem Kontroll- Durchlauf des Ruß-Verfahrens 1 erzeugt wurde, bei unter schiedlichen Verweilzeiten, bei denen die Temperatur des Abgangsstrom erstmals um den gleichen Betrag gesenkt wurde.As can be seen from the results of series I, the present invention produces carbon blacks with increased values of CDBP, DBP of the flakes and D st and reduced color depth compared to the carbon black produced in the control run of the carbon black process 1, with different dwell times at which the temperature of the outflow was first lowered by the same amount.
Da die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Steuerung der Aggregat-Größe und Struktur von Rußen betrifft, kann der Erfindungsgedanke in der Praxis in mannigfacher Weise ausgestaltet werden, so daß die in der Beschrei bung und der Figur erläuterten Formen der Erfindung nur als Beispiele, nicht jedoch als Beschränkung zu ver stehen sind.Because the present invention is a method of control which affects aggregate size and structure of carbon blacks the idea of the invention in practice in many different ways Be designed so that in the descriptive Exercise and the figure explained forms of the invention only as examples, but not as a limitation are standing.
Claims (20)
das Hindurchleiten eines Stroms heißer Verbennungsgase durch einen Reaktor,
das Einspritzen von Einsatzmaterial in den Strom heißer Verbrennungsgase an einem oder mehreren Punkten, um einen Abgangsstrom zu bilden und die Pyrolyse des Ein satzmaterials in dem Abgangsstrom zu beginnen;
das Erniedrigen der Temperatur des Abgangsstroms an einem ersten Punkt innerhalb einer Zeitspanne von 0,002 s stromabwärts des am weitesten stromabwärts liegenden Punktes der Einspritzung von Einsatzmaterial, ohne die Pyrolyse des Einsatzmaterials in dem Abgangs strom zu beenden.1. A method for controlling the aggregate size and structure of carbon blacks, comprising
passing a stream of hot combustion gases through a reactor,
injecting feed into the stream of hot combustion gases at one or more points to form a waste stream and begin pyrolysis of the feed in the waste stream;
lowering the temperature of the effluent stream at a first point within a period of 0.002 s downstream of the most downstream point of feed injection without ending the feed pyrolysis in the effluent stream.
das Hindurchleiten eines Stroms heißer Verbennungsgase durch einen Reaktor,
das Einspritzen von Einsatzmaterial in den Strom heißer Verbrennungsgase an einem oder mehreren Punkten, um einen Abgangsstrom zu bilden und die Pyrolyse des Ein satzmaterials in dem Abgangsstrom zu beginnen;
das Erniedrigen der Temperatur des Abgangsstroms an einem ersten Punkt innerhalb einer Zeitspanne von 0,002 s stromabwärts des am weitesten stromabwärts liegenden Punktes der Einspritzung von Einsatzmaterial, ohne die Pyrolyse des Einsatzmaterials in dem Abgangs strom zu beenden,
das weitere Erniedrigen der Temperatur des Abgangs stroms an einem zweiten Punkt, der stromabwärts von dem ersten Punkt liegt, um die Pyrolyse des Einsatzmate rials in dem Abgangsstrom zu beenden, und
das Abtrennen und Sammeln des Ruß-Produkts.11. A method for producing carbon blacks with controlled aggregate size and structure, comprising
passing a stream of hot combustion gases through a reactor,
injecting feed into the stream of hot combustion gases at one or more points to form a waste stream and begin pyrolysis of the feed in the waste stream;
lowering the temperature of the effluent stream at a first point within a period of 0.002 s downstream of the most downstream point of feed injection without ending the feed pyrolysis in the effluent stream,
further lowering the temperature of the effluent at a second point downstream of the first point to stop pyrolysis of the feed material in the effluent and
separating and collecting the soot product.
Applications Claiming Priority (2)
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