ES2341262T3 - Negro de carbon y proceso de etapas multiples para realizar el mismo. - Google Patents
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Abstract
Un método de realización de un producto de negro de carbón que comprende la formación de un precursor que consiste esencialmente en un negro de carbón en una primera zona de temperatura y la introducción a continuación de materia prima productora de negro de carbón en dicho precursor y la formación de dicho producto de negro de carbón en una segunda zona de temperatura antes de una zona de sofocado, en el que dichas primera zona de temperatura y segunda zona de temperatura tienen una diferencia de temperatura (Δ) de 200ºC o más, preferiblemente de 300ºC o más, por ejemplo desde 200ºC a 900ºC, preferiblemente desde 400ºC a 700ºC.
Description
Negro de carbón y proceso de etapas múltiples
para realizar el mismo.
La presente invención se refiere a un proceso de
etapas múltiples para la formación de negro de carbón.
La presente invención se refiere a la producción
de negros de carbón tal como negros de horno que tienen muchas
aplicaciones importantes, tales como rellenos, pigmentos y agentes
de refuerzo, en gomas y plásticos. Generalmente, el proceso del
horno para preparar estos negros supone el craqueado y/o combustión
incompleta de una materia prima de hidrocarburo tal como gas
natural o productos reciclados del craqueado catalítico en una zona
de conversión cerrada para producir negro de carbón. El negro de
carbón arrastrado en los gases que emanan de la zona de conversión
se sofoca y recoge a continuación por cualquier medio adecuado usado
convencionalmente la técnica. Ha sido, sin embargo, extremadamente
costoso producir negros de carbón que tengan una elevada área
superficial con una estructura aumentada.
La Patente de Estados Unidos Nº 5.190.739 de
MacKay et al. Se refiere, en parte, a un proceso para
preparar negros de carbón que tengan una estructura menor que la
normal para un área superficial dada y un área superficial menor
que la normal para un nivel de combustión global dado. El proceso
puede involucrar el uso de un horno de etapas múltiples en el que
se añade una segunda fuente de hidrocarburos a la corriente de gases
calientes de la primera etapa. Ciertas realizaciones de la patente
5.190.739 también se refieren al uso de potasio para hacer negros
de carbón de baja estructura. Sin embargo, la cantidad de
hidrocarburos auxiliares usados en la patente 5.190.739 son
cantidades considerablemente menores que en la primera etapa.
Adicionalmente, la patente 5.190.739 puede usar opcionalmente
combustible y/o oxígeno adicional para obtener una combustión
suplementaria al introducir los hidrocarburos auxiliares. Además,
no hay una diferencia significativa de zonas de temperatura entre
la zona en donde se introduce la primera materia prima y la zona en
donde se introduce la materia prima auxiliar en la patente
5.190.739.
En la Patente de Estados Unidos Nº 4.383.973 de
Cheng, esta patente se refiere a un proceso que involucra dos
reactores de negro de carbón en secuencia en donde uno de los
reactores es para un negro de carbón de estructura elevada y el
segundo es para un negro de carbón de estructura baja. En una figura
de la patente 4.383.973, los reactores se conectan aparentemente
juntos en secuencia. Sin embargo, en este proceso, se introduce
aire y combustible adicional a la segunda materia prima y no hay una
diferencia de temperatura significativa entre las dos zonas de
introducción de materia prima. Adicionalmente, no hay un sofocado
parcial que tenga lugar antes del sofocado completo. La patente
4.383.973 establece adicionalmente que no hay un sofocado que tenga
lugar entre la primera y la segunda zonas de formación de negro de
carbón y además pueden introducirse 10 ppm o más de potasio en la
zona de estructura alta. Adicionalmente, con la elevada combustión
que tiene lugar en cada zona de introducción de materia prima, no
habría ninguna diferencia significativa de temperatura entre las
zonas en que se forma el primer negro de carbón de estructura alta y
la zona en donde se forma en negro de carbón de estructura
baja.
En la Patente de Estados Unidos Nº 4.976.945, se
describe un proceso para producir negro de carbón que usa diversas
cantidades de metales alcalinos, tales como potasio, en un reactor
de negro de carbón para regular la estructura. La patente 4.976.945
establece que puede añadirse el compuesto de metal alcalino y/o el
compuesto de metal alcalinotérreo en una cantidad de 500 a 50.000
ppm con relación al material de hidrocarburo de comienzo. La
patente 4.976.945 no se refiere a un proceso de formación de etapas
múltiples de negro de carbón y no muestra que tenga lugar un
sofocado parcial antes del sofocado completo. La patente 4.976.945
establece además que un compuesto de metal alcalino es
particularmente efectivo para la producción de negro de carbón en
donde la absorción de DBP es a lo sumo 90 cc/100 g.
La Patente de Estados Unidos Nº 4.822.588 de
Gravely et al. Se refiere a un reactor de negro de carbón que
tiene una primera zona de reacción y una segunda zona de reacción
que están conectadas en serie. En este proceso, en la segunda
etapa, se introduce materia prima carbonosa adicional para formar
una segunda mezcla de reacción. En este proceso, el objetivo no fue
sustancialmente formar negro de carbón en la primera zona de
reacción. También, el proceso no usó un metal alcalino o un metal
alcalinotérreo.
En consecuencia, hay una necesidad de
proporcionar un proceso novedoso y mejorado para la preparación de
negros de carbón que exhiban estructuras mejoradas o aumentadas con
un área superficial aumentada.
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La Figura 1 es una vista en sección transversal
de un reactor de negro de carbón que puede usarse en la presente
invención.
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Por lo tanto es una característica de la
presente invención proporcionar un método para producir negro de
carbón con elevada área superficial y elevada estructura, cuyo
método sea efectivo en coste.
Para obtener estas y otras ventajas y de acuerdo
con las finalidades de la presente invención, como se plasma y
describe ampliamente en el presente documento, la presente invención
se refiere a un método para realizar un producto de negro de carbón
como se define en las reivindicaciones adjuntas.
En particular, la presente invención se refiere
a un proceso para realizar un producto de negro de carbón que
incluye la formación de un precursor que contiene un primer negro de
carbón en una primera zona de temperatura y la formación a
continuación de un producto de negro de carbón a partir de este
precursor en una segunda zona de temperatura antes de una zona de
sofocado. La primera zona de temperatura y la segunda zona de
temperatura tienen una diferencia de temperatura de 200ºC o
más.
El proceso puede incluir la introducción de al
menos una sustancia que contenga al menos un elemento del Grupo IA
o del Grupo IIA en una o más localizaciones del proceso.
Ha de entenderse que tanto la descripción
general precedente como la descripción detallada a continuación son
solamente de ejemplo y explicativas y están indicadas para
proporcionar una explicación adicional de la presente invención,
como se reivindica.
La presente invención se refiere a un método
para la realización de productos de negro de carbón. En las
realizaciones preferidas, el método para la realización de
productos de negro de carbón involucra el uso de un reactor de
negro de carbón de etapas múltiples. Más preferiblemente, el reactor
de etapas múltiples tiene al menos dos etapas (dos, tres, cuatro o
más etapas) en donde generalmente tienen lugar al menos dos
introducciones de materias primas (por ejemplo, dos, tres, cuatro o
más materias primas). El producto de negro de carbón es
preferiblemente un negro de horno.
Para las finalidades de este método, puede
usarse un reactor de negro de carbón de etapas múltiples como los
descritos en la Patente de Estados Unidos Nº 4.383.973, Patente de
Estados Unidos Nº 5.190.739, Patente de Estados Unidos Nº
5.877.251, Patente de Estados Unidos Nº 6.153.684, o Patente de
Estados Unidos Nº 6.403.695. Así, la presente invención puede usar
un proceso de horno de etapas múltiples.
La materia prima productora de negro de carbón
puede ser cualquier materia prima que produzca negro de carbón
convencional que dé como resultado la formación de negro de carbón.
Por ejemplo, puede usarse cualquier material de hidrocarburo. Una
materia prima adecuada puede ser cualquier materia prima de
hidrocarburo que produzca negro de carbón que se pueda volatilizar
fácilmente bajo las condiciones de la reacción. Por ejemplo, pueden
usarse hidrocarburos no saturados como acetileno; olefinas tales
como etileno, propileno, butilenos; aromáticos tales como benceno,
tolueno y xileno; ciertos hidrocarburos saturados; y otros
hidrocarburos tales como querosenos, naftalenos, terpenos,
alquitranes de etileno, residuos de reciclado aromáticos y
similares.
Con respecto a la corriente de gases calientes
que se combina con la materia prima productora de negro de carbón,
la corriente de gases calientes puede considerarse también gases de
combustión calientes que pueden generarse mediante la puesta en
contacto de un combustible sólido, líquido y/o gaseoso con una
corriente oxidante adecuada tal como, pero sin limitarse a, aire,
oxígeno, mezclas de aire y oxígeno o similares. Alternativamente,
puede pasarse una corriente de oxidante precalentado a través sin
añadir un combustible líquido o gaseoso. Los ejemplos del
combustible adecuado para uso en contacto con la corriente oxidante
para generar los gases calientes incluyen cualquiera de las
corrientes fácilmente disponibles de gas, vapor o líquido
combustible, tales como gas natural, hidrógeno, monóxido de
carbono, metano, acetileno, alcohol o queroseno. Generalmente, se
prefiere el uso de combustibles que tengan un alto contenido de
componentes que contengan carbón y en particular, hidrocarburos. La
relación de aire a combustible utilizada para producir los negros de
carbón de la presente invención puede estar desde aproximadamente
1:1 (relación estequiométrica) hasta el infinito. Como se ha
establecido, para facilitar la generación de gases calientes, la
corriente oxidante puede precalentarse.
El proceso general de formación de negro de
carbón por medio de la utilización de un reactor de etapas múltiples
y de la obtención de los gases calientes adecuados para formar
negro de carbón, se describe en las patentes referenciadas
identificadas anteriormente que se incorporan por referencia en el
presente documento y que pueden aplicarse a la presente invención
con los cambios descritos en el presente documento. En una
realización de la presente invención, el área superficial se
maximiza manteniendo una alta temperatura preferiblemente tras la
introducción de la primera materia prima productora de negro de
carbón, tal como sin agua de refrigeración, mezcla rápida de los
gases calientes con la materia prima productora de negro de carbón
y/o cortas longitudes de mezcla y similares.
La presente invención puede ponerse en práctica
usando cualquier reactor adecuado que produzca negro de carbón. La
Figura 1, por ejemplo, ilustra una sección transversal de un ejemplo
de tal reactor. Los reactores de este tipo usan generalmente un gas
de combustión que se mezcla con un oxidante tal como aire. La mezcla
de gas se introduce generalmente en una cámara de combustión y se
enciende por cualquier método adecuado. El flujo de gas es de
izquierda a derecha (dirección A) en la Figura 1. Una vez encendido,
la mezcla de gases calientes puede moverse a través del reactor, y
ponerse en contacto con una materia prima de hidrocarburo adecuada
para producir negro de carbón. En la Figura 1, y simplemente como
ejemplo, el combustible puede introducirse en la localización 1 y
el oxidante puede introducirse en la localización 2. Son posibles
otras localizaciones. La primera localización 3 (una o más) es un
ejemplo de un punto de introducción de la primera materia prima
productora de negro de carbón. La segunda y la tercera
localizaciones 3 son ejemplos de puntos de introducción de la
segunda materia prima productora de negro de carbón. La localización
4 es un ejemplo de una localización adecuada de un agente de
sofocado parcial, tal como agua. La localización 5 es un ejemplo de
una localización adecuada para el sofocado completo. Las líneas
dobles paralelas significan que el reactor puede ser de cualquier
longitud. Los diversos números D representan diversas longitudes del
reactor. D1 a D8 puede ser de cualquier diámetro adecuado y puede
ser el mismo o diferente. Por ejemplo, D2 puede ser menor que D1 y
D8, y D1 y D8 pueden ser iguales o diferentes. La zona L1 o la zona
L2 son ejemplos de la primera zona de temperaturas, y la zona L3 es
un ejemplo de la segunda zona de temperaturas. Si se usa un agente
de sofocado parcial por ejemplo en el punto 4, entonces la primera
zona de temperatura es típicamente L1.
Generalmente, la materia prima productora de
negro de carbón puede inyectarse en un reactor mediante una
diversidad de corrientes 3 (en L-2), mostrada en la
Figura 1, que penetran en las regiones interiores de la corriente
de gas de combustión caliente, para asegurar una alta velocidad de
mezcla y recorte de los gases de combustión calientes y de la
materia prima productora de negro de carbón. Esto asegura que la
materia prima se descompone rápida y completamente y se convierte
en un primer material de negro de carbón.
El precursor formado en el método descrito en el
presente documento contiene un primer negro de carbón y puede
contener otros componentes tal como combustibles u oxidantes no
usados o productos de combustión y puede contener también otros
componentes tales como, pero sin limitarse a, sustancias
inorgánicas, metales, sales y óxidos metálicos. Principalmente, el
precursor es un producto de negro de carbón. Por ejemplo, el 80 al
99% y, más preferiblemente, el 95 al 99% o mayor (por ejemplo, el
100%) en peso del precursor es negro de carbón.
Con respecto a la posterior introducción de una
segunda materia prima productora de negro de carbón al precursor
que contiene el primer negro de carbón, esta segunda materia prima
productora de negro de carbón se añade aguas abajo de la primera
etapa en una cantidad que al menos parcialmente sofoca las
reacciones que están teniendo lugar aún desde la primera etapa.
Para finalidades de la presente invención, el sofocado parcial de
las reacciones significa que esta introducción de la segunda materia
prima productora de negro de carbón no es un sofocamiento completo
de las reacciones sino que sofoca una parte de las reacciones.
Preferiblemente, la introducción de la segunda materia prima
productora de negro de carbón no sofoca completamente las
reacciones. La segunda materia prima productora de negro de carbón
puede ser el mismo tipo de materia prima o una materia prima
diferente de la materia prima productora de negro de carbón
introducida en la primera etapa.
Las patentes identificadas anteriormente
proporcionan diversas condiciones de formación del negro de carbón
y cantidades de comienzo que pueden usarse en la formación del
precursor.
La materia prima productora de negro de carbón
introducida en cualquier etapa puede introducirse en cualquier
forma convencional tal como en una corriente única o una diversidad
de corrientes y la introducción de las materias primas puede tener
lugar a cualquier velocidad. Con una diversidad de corrientes, las
velocidades de cada corriente pueden ser la misma o diferentes.
Preferiblemente, la introducción posterior de la
materia prima productora de negro de carbón al precursor se realiza
mediante una diversidad de corrientes. Se puede usar cualquier forma
en la que la segunda materia prima productora de negro de carbón se
pueda introducir.
Después de que se sofoque la mezcla de los gases
de combustión calientes y de la materia prima productora de negro
de carbón, los gases refrigerados pasan aguas abajo al interior de
cualquier medio de separación y refrigeración convencional en donde
se recupera el negro de carbón. La separación del negro de carbón de
la corriente de gas se lleva a cabo fácilmente por medios
convencionales tales como un precipitador, separador ciclónico, o
filtro de bolsa. Con respecto al sofocado completo de las reacciones
para formar el producto de negro de carbón final, se puede usar
cualquier medio convencional para sofocar la reacción aguas abajo
de la introducción de la segunda materia prima productora de negro
de carbón y que sea conocido para los expertos en la materia. Por
ejemplo, se puede inyectar un fluido de sofocamiento que puede ser
agua u otros fluidos adecuados para detener la reacción
química.
En una realización de la presente invención, el
método incluye además la introducción de al menos una sustancia que
sea o que contenga al menos un elemento del Grupo IA o del Grupo IIA
de la Tabla Periódica (o ión de los mismos). Preferiblemente, la
sustancia contiene al menos un metal alcalino o un metal
alcalinotérreo. Los ejemplos incluyen litio, sodio, potasio,
rubidio, cesio, francio, calcio, bario, estroncio o radio o
combinaciones de los mismos. Puede estar presente en la sustancia
cualquier mezcla de uno o más de estos componentes. La sustancia
puede ser un sólido, solución, dispersión, gas o cualquier
combinación de los mismos. Se puede usar más de una sustancia que
tenga el mismo metal del Grupo IA o del Grupo IIA. Si se usan
múltiples sustancias, las sustancias pueden añadirse juntas,
separadamente, secuencialmente o en diferentes localizaciones de la
reacción. Para finalidades de la presente invención, la sustancia
puede ser el metal (o el ión metálico) en sí, un compuesto que
contenga uno o más de estos elementos, incluyendo una sal que
contenga uno o más de estos elementos y otros similares.
Preferiblemente, la sustancia es capaz de introducir un metal o ión
metálico en la reacción que está en curso para formar el producto
de negro de carbón. Para finalidades de la presente invención,
preferiblemente, la sustancia se introduce previamente al sofocado
completo como se ha descrito anteriormente. Por ejemplo, la
sustancia se puede añadir en cualquier punto antes del sofocado
completo, incluyendo antes de la introducción de la materia prima
productora de negro de carbón en la primera etapa; durante la
introducción de la materia prima productora de negro de carbón en la
primera etapa; después de la introducción de la materia prima
productora de negro de carbón en la primera etapa; antes de,
durante, o inmediatamente después de la introducción de la segunda
materia prima productora de negro de carbón al precursor; o en
cualquier etapa después de la introducción de la segunda materia
prima productora de negro de carbón pero antes del sofocado
completo. Se puede usar más de un punto de introducción de la
sustancia. Preferiblemente, la introducción de la sustancia es
previa a la introducción de la segunda materia prima productora de
negro de carbón y/o durante o inmediatamente después de la
introducción de la materia prima productora de negro de carbón en la
primera etapa. La cantidad de sustancia que contiene el metal del
Grupo IA o del Grupo IIA puede ser cualquier cantidad siempre que
se pueda formar el producto de negro de carbón. Por ejemplo, la
cantidad de la sustancia se puede añadir en una cantidad tal que
estén presentes 200 ppm o más del elemento del Grupo IA o del Grupo
IIA en el producto de negro de carbón finalmente formado. Otras
cantidades incluyen desde aproximadamente 200 ppm a aproximadamente
5000 ppm o más y otros intervalos pueden ser desde aproximadamente
300 ppm a aproximadamente 1000 ppm, o desde aproximadamente 500 ppm
a aproximadamente 1000 ppm del elemento del Grupo IA o del Grupo
IIA en el producto de negro de carbón que se forma. Estos niveles
pueden ser con respecto a la concentración de ión metálico. Como se
ha establecido, estas cantidades del elemento del Grupo IA o del
Grupo IIA presentes en el producto de negro de carbón que se forma
pueden estar con respecto a un elemento o más de un elemento del
Grupo IA o del Grupo IIA y sería por lo tanto una cantidad combinada
de los elementos del Grupo IA o del Grupo IIA presentes en el
producto de negro de carbón que se forma. La sustancia puede
añadirse en cualquier manera incluyendo cualquier medio
convencional. En otras palabras, la sustancia se puede añadir en la
misma manera que se introduce la materia prima productora de negro
de carbón. La sustancia se puede añadir como gas, líquido o sólido
o cualquier combinación de los mismos. La sustancia se puede añadir
en un punto o en varios puntos y se puede añadir como una corriente
única o en una diversidad de corrientes. La sustancia se puede
mezclar con la materia prima, combustible y/u oxidante antes o
durante su introducción.
Un método por el que una sustancia que contiene
al menos un elemento del Grupo IA o del Grupo IIA tal como, por
ejemplo potasio puede introducirse en la materia prima, es mediante
la incorporación de la sustancia en la materia prima. Tras la
combustión, los iones metálicos pueden llegar a estar uniformemente
incorporados en el negro de carbón. La carga de los iones metálicos
proporciona una fuerza de repulsión entre las partículas de negro
de carbón individuales. Esta fuerza de repulsión puede impedir que
las partículas se agreguen, disminuyendo de ese modo la estructura
global del negro de carbón.
La aplicación de la materia prima adicional a
las partículas de negro de carbón preexistentes puede repetirse
cualquier número de veces hasta que cese la reacción de la materia
prima con el negro de carbón. Cada vez que se añade materia prima
adicional, la temperatura de la mezcla de reacción completa
generalmente disminuye y aumenta el tamaño de las partículas del
negro de carbón. De esta forma la materia prima puede actuar como
un agente de sofocamiento para la refrigeración del negro de
carbón.
En este proceso, la segunda materia prima
productora de negro de carbón puede contener al menos el 15% en
peso de la cantidad total de materia prima productora de negro de
carbón utilizado durante el proceso completo. La segunda materia
prima productora de negro de carbón puede contener desde
aproximadamente el 15% en peso a aproximadamente el 80% en peso de
la cantidad total de materia prima productora de negro de carbón
utilizada durante el proceso completo. Otros intervalos incluyen
desde aproximadamente el 25% a aproximadamente el 70% o desde
aproximadamente el 30% a aproximadamente el 60% en peso de la
cantidad total en peso de materia prima productora de negro de
carbón utilizada durante el proceso completo. La introducción de la
segunda materia prima productora de negro de carbón puede
introducirse en dos o más segmentos o etapas en los que los
elementos pueden estar aguas abajo del primer segmento. Esto es
completamente diferente de los procesos previos de etapas múltiples
en los que la introducción posterior de una materia prima productora
de negro de carbón sería en una cantidad muy baja tal como del
orden del 10% en peso o inferior. Esta gran cantidad de la segunda
materia prima productora de negro de carbón conduce a unos
productos de negro de carbón beneficiosos como se describirá más
adelante. También, esta cantidad de negro de carbón puede servir
como un sofocado parcial de las reacciones que están teniendo
lugar.
Puede añadirse el elemento del Grupo IIA o un
ión del mismo en la misma forma que se ha descrito anteriormente.
Estos detalles descritos anteriormente se aplican de la misma forma
aquí.
En otra realización de la presente invención, se
introduce a continuación una segunda materia prima productora de
negro de carbón al precursor y en este proceso, no se introduce
ninguna fuente de oxidación ni fuente de combustible tras la
formación del precursor. De ese modo, en este proceso, cualquier
fuente de oxidación y/o fuente de combustible se introduce
solamente previamente a la introducción de la primera materia prima
productora de negro de carbón o durante la introducción de la
primera materia prima productora de negro de carbón. De nuevo, esto
es completamente diferente a los procesos previos en donde
típicamente, si se introduce una segunda materia prima productora
de negro de carbón; se añaden suficiente combustible y fuente de
oxidación para promover una pirólisis suficiente de la segunda
materia prima productora de negro de carbón. De nuevo, como en los
procesos previos, puede introducirse al menos una sustancia que
contenga un metal del Grupo IA o del Grupo IIA en la misma forma
que se ha descrito anteriormente y estos detalles se pueden aplicar
igualmente aquí.
La presente invención se refiere a un proceso de
realización de un producto de negro de carbón en el que un
precursor que contiene un primer negro de carbón se forma en una
primera zona de temperatura de un reactor de negro de carbón y a
continuación puede introducirse al precursor una materia prima
productora de negro de carbón. El método involucra entonces la
formación de un producto de negro de carbón en una segunda zona de
temperatura que se localiza antes de una zona de sofocado. En este
proceso, la primera zona de temperatura y la segunda zona de
temperatura tienen una diferencia de temperatura de 200ºC o más y
preferiblemente una diferencia de temperatura de 300ºC o más.
Intervalos adecuados con respecto a la diferencia de temperatura
pueden ser, por ejemplo, desde aproximadamente 200ºC a
aproximadamente 900ºC o desde aproximadamente 400º a
aproximadamente 700ºC. Se pueden usar otros intervalos de
temperatura con relación a la diferencia de temperatura.
Generalmente, con respecto a esta diferencia de temperatura, la
primera zona de temperatura tiene la temperatura más alta y la
segunda zona de temperatura tiene la temperatura más baja creando de
ese modo la diferencia de temperatura, aunque ésta es sólo una
realización preferida. La diferencia de temperatura se puede obtener
en cualquier número de formas tales como evitando cualquier
introducción adicional de gases de combustión o evitando o
minimizando la formación de gases de combustión en la segunda zona
de temperatura. Se pueden usar otros medios de alcanzar esta
diferencia. Se puede usar una sustancia que contenga metales del
Grupo IA o del Grupo IIA e introducirse de la misma manera que se
ha descrito anteriormente y los detalles establecidos anteriormente
se aplican igualmente aquí. Preferiblemente, la sustancia que
contiene metales del Grupo IA o del Grupo IIA se introduce en la
primera zona de temperatura o al menos antes de la zona de sofocado.
Como una opción, la sustancia que contiene metales del Grupo IA o
del Grupo IIA se puede introducir durante o antes o tanto durante
como antes de la formación del precursor. Además, en este proceso,
puede introducirse al precursor una materia prima que produzca
negro de carbón.
Se puede mezclar cualquier combinación de
procesos y características como los descritos en el presente
documento.
Cualquier medio para reducir la temperatura
entre las zonas de temperatura o zonas en donde se introduce la
primera materia prima productora de negro de carbón comparado con
donde se introduce la segunda materia prima productora de negro de
carbón puede usarse para obtener una diferencia la temperatura de
200ºC o más de la primera zona de temperatura con respecto a la
segunda zona de temperatura. Por ejemplo, puede usarse una camisa
de agua alrededor del reactor (o partes del mismo) en donde se
introduce la segunda materia prima productora de negro de carbón o
posteriormente. En la alternativa, o en combinación, puede
introducirse vapor en este punto. Además, como alternativa, se
pueden usar otros agentes de sofocado, tales como nitrógeno, agua u
otros medios de sofocado adecuados para obtener una reducción en la
temperatura del punto en donde se introduce la materia prima
productora de negro de carbón o posteriormente. Preferiblemente, no
hay ni camisa de agua ni otros dispositivos o medios de sofocado en
la primera zona de temperatura en ninguna de las realizaciones de
la presente invención y preferiblemente ninguno de tales
sofocamientos tiene lugar justo antes, durante, o inmediatamente
después de la introducción de la segunda materia prima productora de
negro de carbón.
Adicionalmente, con respecto a los procesos
anteriores, preferiblemente, en la primera etapa en donde se
introduce la primera materia prima productora de negro de carbón,
el objetivo es maximizar el área superficial. Por ejemplo, en la
primera etapa, ésta se hace funcionar preferiblemente para tener un
área superficial alta tal como aproximadamente 100 a
aproximadamente 400 m^{2}/g basándose en BET.
En una realización de la presente invención, la
primera materia prima productora de negro de carbón que forma el
precursor se recubre eventualmente mediante la materia prima
posterior productora de negro de carbón que vaporiza y recubre el
precursor.
Pueden formarse productos de negro de carbón
beneficiosos como por ejemplo, puede formarse un negro de carbón
que tenga un intervalo DBP de desde aproximadamente 120 a
aproximadamente 150 cc/100 g con un contenido total de metales del
Grupo IA o del Grupo IIA desde aproximadamente 50 a aproximadamente
150 ppm. Otros intervalos de DBP incluyen desde aproximadamente 90
a aproximadamente 120 cc/100 g con un contenido total de metales
del Grupo IA o del Grupo IIA desde aproximadamente 100 a
aproximadamente 500 ppm; un intervalo de DBP desde aproximadamente
60 a aproximadamente 90 cc/100 g con un contenido que incluye
metales del Grupo IA o del Grupo IIA desde aproximadamente 200 a
aproximadamente 1.000 ppm; un intervalo de DBP desde aproximadamente
30 a aproximadamente 60 cc/100 g con un contenido total del Grupo
IA o del Grupo IIA desde aproximadamente 500 a aproximadamente
5.000 ppm. El negro de carbón de la presente invención puede tener
una cantidad que se puede lixiviar de metal del Grupo IA o del
Grupo IIA. Por ejemplo, el negro de carbón puede tener un contenido
de metal del Grupo IA o del Grupo IIA que se puede lixiviar de
aproximadamente el 20% o menos en peso de elemento del Grupo IA o
IIA presente, y más preferiblemente el 15% en peso o menos, el 10%
en peso o menos, el 5% en peso o menos, el 1% en peso o menos o ½%
en peso o menos. Los intervalos incluyen, pero sin limitarse a, de
aproximadamente el 0% en peso a aproximadamente el 20% en peso o de
aproximadamente el 0,25% en peso a aproximadamente el 10% en peso.
La cantidad que se puede lixiviar se puede determinar mediante una
extracción soxhlet del negro de carbón seguido por el análisis del
potasio en el extracto acuoso, similar en concepto a los métodos
ASTM D4527, C871 o los métodos EPA SW8-1311 y
SW8-1312. Además, el negro de carbón puede tener
cualquier cantidad de porosidad. El negro de carbón puede tener una
relación de área superficial BET (en m^{2}/g) a área t (en
m^{2}/g) de 1,5 o menos, tal como 0,9 a 1,5. En general,
preferiblemente, los negros de carbón de la presente invención
tienen bajos niveles de microporosidad. También, el negro de carbón
puede tener un área t de desde aproximadamente 10 m^{2}/g a
aproximadamente 180 m^{2}/g. Otros intervalos incluyen de
aproximadamente 30 m^{2}/g a aproximadamente 150 m^{2}/g y
desde aproximadamente 50 m^{2}/g a aproximadamente 120 m^{2}/g.
De modo general, el negro de carbón de la presente invención no
contiene ninguna cantidad apreciable de silicio.
\newpage
El negro de carbón producido de acuerdo con la
presente invención se puede usar en cualquier producto en donde se
use el negro de carbón convencional tal como productos de goma,
neumáticos, tintas, chorros de tinta, tóners, electrodos de
difusión de gas, recubrimientos, plásticos, polímeros y
similares.
La presente invención se clarificará
adicionalmente mediante los siguientes ejemplos, que se dirigen a
ser simplemente de ejemplo de la presente invención.
\vskip1.000000\baselineskip
En una planta piloto, se hizo una realización
del negro de carbón de la presente invención. En este proceso, se
usó un reactor de negro de carbón, ilustrado en la Figura 1 y que
tenía un diseño similar al expuesto en la Patente de Estados Unidos
Nº 6.403.695. Los ejemplos 1-7 se muestran en la
Tabla 1. En cada caso, se usó una combustión primaria del 140% en
la que esto supone un 40% de reacción de combustión rica en oxígeno.
El combustible principal para la reacción de combustión fue gas
natural y se introdujo en el reactor en la Corriente 1. El gas
natural alimentado al proceso de formación de negro de carbón estaba
aproximadamente a la temperatura ambiente de 25ºC (77ºF). La
materia prima líquida utilizada fue una materia prima disponible
comercialmente que tiene las propiedades típicas listadas en la
Patente de Estados Unidos Nº 5.190.739. En este proceso, se
introdujo la primera materia prima que contenía negro de carbón en
una primera etapa en presencia de una corriente de gases calientes
formada por la combustión primaria. Se introdujo la primera materia
prima productora de negro de carbón al proceso en cantidades
variables como se muestra en la Tabla 1. Una vez que la primera
materia prima productora de negro de carbón se combinó en la primera
etapa con una corriente de gases calientes para formar un precursor
que contenía un primer negro de carbón, se introdujo posteriormente
una segunda materia prima productora de negro de carbón aguas
abajo. Esta segunda materia prima productora de negro de carbón se
introdujo sin ninguna fuente de oxidación o fuente de combustible
presente y se introdujo antes de la zona de sofocado.
En el ejemplo 5, se introdujo una cantidad de
agua entre las dos inyecciones de materia prima en la cantidad de
100 kg/h. Esta agua se introdujo como un fino rociado por medio de
un atomizador presurizado.
En el ejemplo 6, la segunda materia prima
productora de negro de carbón se dividió en dos cantidades iguales.
La primera parte se introdujo en L1 en la Figura 1 como se ha
indicado en la Tabla 1. La segunda parte se introdujo 1 m aguas
abajo.
Durante la introducción de la primera materia
prima productora de negro de carbón, se introdujo una cantidad
variable de potasio en la forma de acetato de potasio para que el
precursor tuviese un contenido de potasio.
El negro de carbón formado en la reacción se
sofocó completamente con agua, aguas abajo de la segunda materia
prima productora de negro de carbón para formar el producto de negro
de carbón de la presente invención. Los negros de carbón formados
tenían un área t, unas áreas BET y una absorción DBP mostradas en la
Tabla 1.
Los presentes solicitantes sostienen
específicamente que cuando se da una cantidad, concentración u otro
valor o parámetro como en un intervalo, intervalo preferido o una
lista de valores preferibles superiores y valores preferibles
inferiores, ha de entenderse como que describen específicamente
todos los intervalos formados desde cualquier par de cualquier
límite o valor preferido de intervalo superior y cualquier límite o
valor preferido de intervalo inferior, independientemente de que
los intervalos se describan por separado. Cuando se enumera en el
presente documento un intervalo de valores numéricos, a menos que se
indique lo contrario, el intervalo está dirigido a incluir los
puntos extremos del mismo y todos los enteros y fracciones dentro
del intervalo.
Claims (6)
1. Un método de realización de un producto de
negro de carbón que comprende la formación de un precursor que
consiste esencialmente en un negro de carbón en una primera zona de
temperatura y la introducción a continuación de materia prima
productora de negro de carbón en dicho precursor y la formación de
dicho producto de negro de carbón en una segunda zona de
temperatura antes de una zona de sofocado, en el que dichas primera
zona de temperatura y segunda zona de temperatura tienen una
diferencia de temperatura (\Delta) de 200ºC o más,
preferiblemente de 300ºC o más, por ejemplo desde 200ºC a 900ºC,
preferiblemente desde 400ºC a 700ºC.
2. El método de la reivindicación 1, en el que
dicha diferencia de temperatura se obtiene al menos en parte
mediante una camisa de refrigeración, rociado de agua y/o vapor
entre dichas primera y segunda zonas de temperatura.
3. El método de la reivindicación 1, en el que
no tiene lugar ningún sofocado entre la formación de dicho
precursor y la introducción de dicha materia prima productora de
negro de carbón.
4. El método de la reivindicación 1, que
comprende además
- -
- la introducción de al menos una sustancia que contiene al menos un elemento del Grupo IA antes de dicha zona de sofocado, y/o
- -
- la introducción de al menos una sustancia que contiene al menos un elemento del Grupo IA o del Grupo IIA antes de dicha zona de sofocado, y/o
- -
- la introducción de al menos una sustancia que contiene al menos un elemento del Grupo IA o del Grupo IIA en dicha primera zona de temperatura, y/o
- -
- la introducción de al menos una sustancia que contiene al menos un elemento del Grupo IA o del Grupo IIA durante la formación de dicho precursor, y/o
- -
- la introducción de al menos una sustancia que contiene al menos un elemento del Grupo IA o del Grupo IIA antes de la formación de dicho precursor, y/o
- -
- la introducción de al menos una sustancia que contiene al menos un elemento del Grupo IA en dicha primera zona de temperatura, y/o
- -
- la introducción de al menos una sustancia que contiene al menos un elemento del Grupo IA durante la formación de dicho precursor, y/o
- -
- la introducción de al menos una sustancia que contiene al menos un elemento del Grupo IA antes de la formación de dicho precursor.
5. El método de la reivindicación 4, en el que
dicha sustancia es un compuesto que contiene al menos un elemento
del Grupo IA o del Grupo IIA.
6. El método de cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, que comprende además la realización de un
sofocamiento intermedio parcial antes de la introducción de dicha
materia prima productora de negro de carbón.
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