ES2954495T3 - Un procedimiento para producir negro de carbón y reactor de horno relacionado - Google Patents
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Abstract
Se sugiere un proceso para obtener una composición de negro de carbón preferiblemente de baja porosidad, que comprende o consiste en las siguientes etapas: (A) someter una materia prima de hidrocarburo a una corriente de gas de combustión a alta temperatura para lograr la descomposición termoquímica, (B) enfriar la gases de reacción y (C) recuperación del negro de humo así obtenido, en el que dicha corriente de gas de combustión consta de al menos un oxidante y al menos un componente combustible, y al menos una parte de dicho oxidante y/o dicho componente combustible se somete a un precalentamiento eléctrico. -etapa de calentamiento antes de introducirlo en la cámara de precombustión para formar una corriente de gas de combustión a alta temperatura. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Un procedimiento para producir negro de carbón y reactor de horno relacionado
Ámbito de la invención
La presente invención se refiere al ámbito de los negros de carbón y abarca un procedimiento para producirlo, un negro de carbón de baja porosidad, su uso y un reactor de horno para la obtención de los productos.
Antecedentes de la invención
El negro de carbón es el material de refuerzo de última generación en las composiciones de caucho. Debido a su morfología, tales como el área de superficie específica y la estructura, se ven afectadas diversas propiedades físicas de los productos finales, tales como la resistencia al desgaste, la resistencia al rodamiento, la acumulación de calor y la resistencia al desgarro de los neumáticos. La resistencia al desgaste es particularmente importante para los neumáticos de autobuses y camiones, donde los neumáticos tienen que soportar cargas muy pesadas. En los compuestos para bandas de rodadura de camiones o autobuses, se necesitan partículas de negro de carbón finamente dispersas para lograr un nivel muy alto de resistencia al desgaste. El negro de carbón también se usa ampliamente como pigmento. Debido a su color y conductividad eléctrica, forma parte de muchas aplicaciones, tales como recubrimientos, tintas y pinturas, así como también materiales plásticos.
Estado de la técnica relevante
Del estado de la técnica se conocen multitud de procedimientos para producir negros de carbón (también llamados negros de horno) con diferentes propiedades; por ejemplo: el documento núm. EP 0754735 B1 (DEGUSSA) divulga un negro de carbón mejorado y un procedimiento para producirlos. Los negros de carbón mejorados se distinguían de los negros convencionales que tenían la misma superficie CTAB, después de la incorporación en las composiciones de caucho SSBR/BR, por una menor resistencia al rodamiento con un comportamiento de deslizamiento en húmedo igual o mejor. Pueden producirse en reactores de negro de carbón convencionales al realizar la combustión en la cámara de combustión para que se formen núcleos de carbono y se pongan inmediatamente en contacto con la materia prima de negro de carbón.
El documento núm. EP 1078959 B1 (EVONIK) se refiere a un negro de carbón de horno que tiene un contenido de hidrógeno (H) superior a 4.000 ppm y una relación integral máxima entre átomos de H no conjugados y átomos de H aromáticos y grafíticos inferior a 1,22. El negro de carbón de horno producido al inyectar la materia prima de negro de carbón líquido y la materia prima de negro de carbón gaseoso en el mismo punto en un procedimiento de horno. El documento núm. EP1233042 B1 (DEGUSSA) se refiere a negro de carbón con un área de superficie CTAB de aproximadamente 10 a 35 m2/g y una absorción DBP de aproximadamente 40 a 180 ml/100 g, el valor de AD50 es de al menos 340 nm. El negro de carbón puede producirse en un reactor de negro de horno a partir de una materia prima de negro de carbón líquido y material de negro de carbón gaseoso inyectado en una constricción en el reactor. En comparación con otras formas de negro de carbón, los respectivos productos tienen propiedades ventajosas, tales como una dispersabilidad mejorada, y pueden usarse económica y convenientemente en mezclas de caucho, particularmente en las que se usan para producir perfiles de extrusión.
El documento núm. EP 1489145 B1 (EVONIK) sugiere un procedimiento para la producción de negro de horno mediante la producción de una corriente de gases de combustión calientes en una cámara de combustión, la alimentación de los gases de combustión calientes a lo largo de un eje de flujo desde la cámara de combustión a través de un punto estrecho del reactor en una zona de reacción, la mezcla de la materia prima de negro de carbón en el flujo de los gases de combustión delante, dentro o detrás del punto estrecho del reactor y la detención de la formación de negro de carbón posterior en la zona de reacción mediante la pulverización de agua, el vapor se inyecta axialmente a través del quemador de gas y, opcionalmente, en las boquillas de aceite radiales y se introduce negro de carbón en perlas antes y/o después del punto estrecho del reactor.
El documento núm. EP 2361954 B1 (EVONIK) se refiere a un negro de carbón con un área de superficie CTAB de 20 a 49 m2/g, con un COAN superior a 90 ml/(100 g), y con una suma de OAN y COAN superior a 235 ml/(100 g). El negro de carbón se produce en un reactor de horno, donde de 20 a 55 por ciento en peso de la materia prima usada para el negro de carbón se introduce radialmente a través de una boquilla dentro del primer tercio de la zona de reacción, y la cantidad restante de la materia prima usada para el negro de carbón se introduce a través de una boquilla posterior en al menos otro punto del reactor. El negro de carbón puede usarse en mezclas de caucho. El documento núm. EP 2479223 A1 (EVONIK) describe un procedimiento para producir negro de horno en un reactor de negro de horno que comprende una zona de combustión a lo largo de un eje del reactor, una zona de reacción y una zona de terminación; comprende producir una corriente de gas de escape caliente en la zona de combustión al quemar completamente un combustible en un gas que contiene oxígeno, pasar el gas de escape de la zona de combustión a través de la zona de reacción a la zona de terminación, mezclar una materia prima de negro
de carbón en el gas de escape caliente en la zona de reacción, y detener la reacción entre el negro de carbón y los gases de escape calientes en la zona de terminación por pulverización de agua.
El documento núm. EP 2563864 A1 (BIRLA) divulga un reactor para fabricar negro de carbón, comprendiendo dicho reactor medios de guía de flujo provistos entre un quemador de combustible y una entrada de aire para alterar la trayectoria del flujo de aire de combustión que ingresa en la entrada de aire para dar como resultado una mejor mezcla entre el combustible y el aire de combustión, lo que produce de este modo gases de combustión calientes a mayor temperatura que posteriormente se reciben en una cámara de reacción donde reaccionan con una materia prima carbonosa para producir negro de carbón. El reactor aumenta la producción de negro de carbón hasta en un 20 por ciento. Además, la colocación de los medios de guía de flujo estabiliza la llama del quemador de combustible para mantenerla a lo largo del eje del reactor, lo que aumenta de este modo la vida útil del revestimiento refractario. El documento núm. WO 2018 165483 A1 (MONOLITH) enseña cómo calentar el gas de transferencia térmica mediante calentamiento Joule antes de poner dicho gas en contacto con una materia prima de hidrocarburo mediante el uso de, por ejemplo, elementos de calentamiento hechos de grafito o tungsteno. Sin embargo, el procedimiento tiene una baja emisión de dióxido de carbono, dado que el negro de carbón se produce a partir de un plasma, los negros de carbón obtenidos de este modo son de baja calidad y no coinciden con las especificaciones, por ejemplo, para los cauchos usados en la industria de neumáticos. La patente no divulga una combinación de cámara de precombustión y área de estrangulación.
Las siguientes referencias se refieren a negros de carbón con diferentes distribuciones de tamaño de partículas obtenidas de procedimiento que usan reactores de horno específicos:
Por ejemplo, el documento núm. EP 0546008 B1 (CABOT) se refiere al negro de carbón mejorado que se caracteriza por la siguiente multitud de características: un valor de CTAB superior a 155 m2/g, un índice de yodo superior a 180 mg/g; un valor de SA N2 superior a 160 m2/g; un valor de tinte superior a 145 %; un valor de CDBP de 90 a 105 cc/100 g; un valor de DBP de 155 a 140 cc/100 g; un valor de ADBP = DBP - CDBP de 20 a 35 cc/100 g; un valor de AD50 inferior a 40 nm; un Dmoda de 40 a 65 nm; una relación AD50/Dmoda de 0,55 a 0,67; y un volumen agregado ASTM inferior a 1.376,000 nm3. El negro de carbón se obtiene mediante el uso de un reactor de horno modular, también denominado "por etapas".
También, el documento núm. EP 0608892 B1 (BRIDGESTONE) divulga un reactor de horno específico para fabricar negro de carbón. La cámara de combustión está conectada con una parte Venturi que se abre cónicamente a la cámara de reacción. Sin embargo, las dimensiones de este reactor son diferentes en comparación con el reactor modificado de la presente invención. Especialmente el área de estrangulación tiene una relación entre diámetro y longitud superior a 1. Las composiciones de negro de carbón muestran valores de AD50/Dmoda de 0,61 a 0,79. De acuerdo con el documento núm. EP 0792920 A1 (MITSUBISHI) se obtiene un negro de carbón que presenta una relación AD50/Dmoda de solo 0,47 a 0,53 mediante el uso de un reactor de horno con estrangulador largo (d/l = 0,1 a 0,8), pero sin sección Venturi.
Una enseñanza muy similar se obtiene del documento núm. EP 0982378 A1 (MITSUBISHI), que divulga el negro de carbón con ASD muy estrecho, pero con tamaños de partícula muy pequeños de como máximo 13 nm, que se obtiene de un reactor con una sección de estrangulación muy larga. El procedimiento también requiere concentraciones específicas de oxígeno en la inyección de materia prima de un máximo de 3 % en volumen, preferentemente de 0,05 a 1 % en volumen.
El documento núm. EP 1529818 A1 (EVONIK) se refiere a un negro de carbón con un OAN, medido en el negro de carbón en perlas, inferior a 120 ml/100 g. Se describe un procedimiento para la preparación del negro de carbón, en donde una solución salina se convierte en un aerosol y luego se introduce en la zona de formación del negro de carbón. El negro de carbón puede usarse en tintas, pinturas, lacas, tintas de impresión y tintas de chorro de tinta, y para colorear plásticos.
El documento núm. EP 3060609 A1 (ORION) se refiere a una composición de negro de carbón que muestra una estrecha distribución de tamaño de agregados (ASD) caracterizada por un valor de AD50/Dmoda de aproximadamente 0,58 a aproximadamente 0,65 y un intervalo relativo (D90-D10)/D50 de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 0,8, que puede obtenerse por medio de un reactor de horno modificado, que se caracteriza porque la cámara de combustión y el área de estrangulación están conectadas por un tubo de diámetro constante. La solicitud de patente internacional núm. WO 2013 015368 A1 (BRIDGESTONE) divulga un negro de carbón caracterizado por la desviación estándar de la distribución de agregados del negro de carbón obtenido por un procedimiento de dispersión de luz. El reactor de horno se caracteriza por una zona de reacción cilíndrica.
El documento núm. WO 2016030495 A1 (ORION) se refiere a un negro de horno que tiene un área de superficie STSA de 130 m2/g a 350 m2/g en donde la relación entre el área de superficie BET y el área de superficie sTsA es inferior a 1,1 si el área de superficie STSA está en el intervalo de 130 m2/g a 150 m2/g, la relación entre el área de
superficie BET y el área de superficie STSA es inferior a 1,2 si el área de superficie STSA es superior a 150 m(i) 2/g a 180 m2/g, la relación entre el área de superficie BET y el área de superficie STSA es inferior a 1,3 si el área de superficie STSA es superior a 180 m2/g, y el área de superficie STSA y el área de superficie BET se miden de acuerdo con ASTM D 6556 y con un procedimiento de horno en donde la relación estequiométrica entre el material combustible y el O2 cuando se forma una corriente de gas de combustión se ajusta para obtener un factor k inferior a 1,2 y se aumenta la concentración de gas inerte en el reactor mientras se limita la cantidad de CO2 alimentada al reactor. También se proporciona un aparato para realizar el procedimiento de acuerdo con la presente invención. La solicitud de patente francesa núm. FR 2653775 A1 (TOKAI CARBON) también se refiere a un procedimiento para producir un negro de carbón que tiene un valor de BET de 125 a 162 m2/g y una relación AD50/Dmoda de 0,55 a 0,66.
La patente estadounidense núm. US 5,254,325 (NIPPON STEEL) divulga un reactor para producir negro de carbón con un orificio para mantener el gas caliente en un estado de flujo de pistón.
El documento núm. US 2016355686 A1 (CABOT) se refiere a los negros de carbón altamente estructurados, los procedimientos de síntesis y tratamiento, y las dispersiones y formulaciones de tinta para chorro de tinta preparadas a partir de ellos. El negro de carbón puede tener las siguientes propiedades: OAN superior o igual a 170 ml/100 g; y STSA que varía de 160 y 220 m2/g. El negro de carbón también puede tener las siguientes propiedades: OAN superior o igual a 170 ml/100 g; y una relación entre área de superficie STSA/BET que varía de 0,7 a 1.
La solicitud de patente japonesa núm. JP 2001 240768 A1 (MITSUBISHI) se refiere a un negro de carbón obtenido de un reactor de horno con un área de estrangulación muy larga de al menos 500 mm para su uso en pinturas que tienen un diámetro de partículas promedio de 16 nm o inferior, que se trata posteriormente con ácido nítrico.
Objeto de la invención
Típicamente, se introducen gases combustibles como, por ejemplo, gas natural, junto con un oxidante, como por ejemplo, oxígeno o aire, en una cámara de precombustión. La combustión tiene lugar a temperaturas de hasta 2.700 °C. Los gases de combustión calientes obtenidos de este modo se introducen en un reactor de horno ("área de estrangulación") y reaccionan con hidrocarburos para formar el negro de carbón. Este procedimiento también es bajo en la formación de dióxido de carbono, pero produce negros de carbón de alta calidad.
Desafortunadamente, la reacción de combustión va acompañada de varias reacciones secundarias de acuerdo con las cuales se forman monóxido de carbono y dióxido de carbono, lo que significa que una parte de la fuente de carbono se pierde, lo que aumenta significativamente las emisiones de dióxido de carbono del procedimiento general. La formación de monóxido de carbono y dióxido de carbono durante el procedimiento de combustión tiene un efecto desventajoso sobre los productos obtenidos de este modo, ya que los negros de carbón muestran una elevada porosidad especialmente a temperaturas de reacción elevadas que los hace inadecuados para numerosas aplicaciones.
Por lo tanto, ha sido un objetivo de la presente invención proporcionar, por un lado, un procedimiento que reduzca la pérdida de carbono a través de la formación de productos gaseosos que contienen carbono y, por otro lado, conduzca a una calidad de negro de carbón de baja porosidad.
Otro objetivo de la invención es proporcionar un procedimiento con una calidad de carbón de porosidad variable. Breve descripción de la invención
Un primer objetivo de la presente invención se refiere a un procedimiento para la obtención de una composición de negro de carbón, que comprende o que consiste en las siguientes etapas:
(A) someter una materia prima de hidrocarburo a una corriente de gas de combustión a alta temperatura para lograr la descomposición termoquímica,
(B) enfriar los gases de reacción y
(C) recuperar el negro de carbón obtenido de este modo,
en donde dicha corriente de gas de combustión consiste en al menos un oxidante y al menos un componente de combustible,
(i) al menos una parte de dicho oxidante y/o dicho componente de combustible se somete a una etapa de precalentamiento eléctrico antes de introducirse en la cámara de precombustión para formar una corriente de gas de combustión a alta temperatura;
(ii) dicha corriente de gas de combustión a alta temperatura de la etapa (i) se transfiere a un área de estrangulación para la combustión; y
(iii) y los productos de combustión obtenidos en la etapa (ii) se transfieren a un túnel de reacción que incluye una zona de terminación para formar partículas de negro de carbón a recuperar,
y en donde el procedimiento se realiza en el reactor de horno, dicho reactor que comprende o que consiste en los siguientes elementos:
- una cámara de precombustión;
- un área de estrangulación;
- un túnel de reacción;
- una zona de terminación;
- al menos un dispositivo de precalentamiento eléctrico, y
- un intercambiador de calor,
en donde
(a) la cámara de precombustión contiene entradas para oxidantes y componentes de combustible, puede producir gases de combustión calientes y está conectada al área de estrangulación;
(b) el área de estrangulación contiene al menos una entrada para la materia prima de hidrocarburo y está conectada al túnel de reacción;
(c) la zona de reacción puede formar los agregados de negro de carbón y está conectada a la zona de terminación,
(d) la zona de terminación contiene
(d1) al menos una, preferentemente dos, tres, cuatro o una multitud de boquillas para introducir el agente de extinción o
(d2) está conectada al menos a un intercambiador de calor,
y puede enfriar los agregados de negro de carbón,
(e) la salida de la zona de terminación está conectada con un intercambiador de calor capaz de transferir al menos parte de la energía térmica del negro de carbón al oxidante y/o componente de combustible para calentarlos;
(f) dicha corriente calentada de oxidantes y/o componentes de combustible se introduce en un dispositivo de precalentamiento, preferentemente un dispositivo de precalentamiento eléctrico para calentarse antes de introducirse en la cámara de precombustión; y opcionalmente,
(g) al menos un dispositivo de precalentamiento adicional está presente para el precalentamiento
(g1) el material de hidrocarburo antes de su introducción en el área de estrangulación y/o
(g2) los gases de reacción después de salir de la cámara de precombustión y antes de entrar en la zona de terminación;
(h) gases de reacción precalentados introducidos en el túnel de reacción, y
(i) gases de reacción precalentados introducidos en el área detrás de la zona de terminación.
Se ha encontrado que la introducción de los oxidantes gaseosos y/o los componentes de combustible gaseoso en la cámara de precombustión después de pasar por un dispositivo de precalentamiento aumentan significativamente la temperatura en la cámara de precombustión y reduce la cantidad de monóxido de carbono que se forma en una reacción secundaria.
Realizaciones preferentes de la invención
En una realización preferida de la presente invención, los oxidantes gaseosos y/o los componentes de combustible se calientan después de pasar por un intercambiador de calor antes de entrar en el precombustor.
En otra realización preferente de la presente invención, solo una parte del oxidante y/o componente de combustible se somete a precalentamiento, lo que significa que una corriente de oxidante precalentado y/o componente de combustible precalentado se mezcla con una corriente de oxidante o componente de combustible que muestra una menor temperatura. Tal mezcla puede tener lugar antes o al entrar en la cámara de precombustión o en la cámara de precombustión.
En una realización preferente particular, el oxidante se somete a precalentamiento y se mezcla con un componente de combustible de temperatura más baja o viceversa.
En otra realización preferente, el oxidante es aire que se somete a precalentamiento antes de mezclarlo con un componente de combustible de temperatura más baja.
Debido al nivel mucho más bajo de CO, el negro de carbón obtenido finalmente del procedimiento muestra la baja porosidad deseada. Las ventajas adicionales provienen del hecho de que la nueva planta permite una estructura compacta y una gran variabilidad del transporte de masa, así como también una capacidad de control mejorada de la temperatura de reacción.
En aras del buen orden, debe señalarse que la presente invención tiene la intención de producir negro de carbón de baja porosidad. Sin embargo, un experto en la técnica podrá modificar el reactor de horno de manera que también sea posible obtener negros de carbón de alta porosidad, por ejemplo, al aumentar el tiempo de residencia en la zona de reacción o modificar las condiciones de extinción.
El procedimiento descrito anteriormente comprende
(a) una etapa de combustión;
(b) una etapa de reacción y
(c) una etapa para terminar la reacción, que puede ser la misma que para un procedimiento convencional. Oxidantes y agentes de combustible
Específicamente, en la etapa de combustión, para formar un gas de combustión a alta temperatura, se mezclarán y quemarán al menos un oxidante y al menos un agente de combustible (esta zona se denomina zona de combustión). El oxidante es gaseoso y puede ser oxígeno, ozono, peróxido de hidrógeno, ácido nítrico, dióxido de nitrógeno u óxido nitroso. Como alternativa, una corriente de gas que contiene oxidante puede ser aire, aire empobrecido o enriquecido con oxígeno, oxígeno, ozono, una mezcla de gases de peróxido de hidrógeno y aire y/o nitrógeno, una mezcla de gases de ácido nítrico y aire y/o nitrógeno, una mezcla de gases de dióxido de nitrógeno u óxido nitroso y aire y/o nitrógeno, y una mezcla de gases de productos de combustión de hidrocarburos y oxidantes.
La adición de nitrógeno a los medios de combustión gaseosos es ventajosa, ya que favorece el efecto de baja porosidad del negro de carbón resultante
Pueden usarse como componente de combustible, que puede ser líquido, pero preferentemente gaseoso, hidrocarburos, hidrógeno, monóxido de carbono, gas natural, gas de carbón, gas de petróleo, un combustible líquido de tipo petróleo como aceite pesado o un combustible líquido derivado del carbón tales como aceite de creosota, aceite de combustible, aceite de lavado, aceite de antraceno y alquitrán de carbón crudo.
Se desea que la zona de combustión sea una atmósfera de temperatura lo suficientemente alta para que la materia prima de hidrocarburo pueda vaporizarse uniformemente y descomponerse termoquímicamente y, por lo tanto, la cámara de precombustión típicamente funciona a una temperatura que varía de aproximadamente 1.000 a aproximadamente 2.700 °C, preferentemente de aproximadamente 1.200 a aproximadamente 2.200 °C y con mayor preferencia de aproximadamente 1.400 a aproximadamente 2.000 °C. Con la máxima preferencia, dicha cámara de precombustión funciona a aproximadamente 1.900 °C, aproximadamente 2.100 °C, aproximadamente 2.300 °C, aproximadamente 2.400 °C, aproximadamente 2.500 °C o aproximadamente 2.600 °C.
0tra condición deseada para la zona de combustión es suprimir la concentración de oxígeno en el gas de combustión en la medida de lo posible. Si hay oxígeno presente en el gas de combustión, es probable que se produzca una combustión parcial de la materia prima de hidrocarburo en la zona de reacción, por lo que es probable que se produzca una falta de uniformidad en la zona de reacción.
La concentración de oxígeno en el gas de combustión se ajusta mediante el factor k. El factor k se usa como un número índice para caracterizar el exceso de aire. Esto representa la relación entre la cantidad de aire que se necesita para la combustión estequiométrica y la cantidad real de aire que se usa para la combustión. Preferentemente, el factor k se ajusta de 0,3 a 1,0, con mayor preferencia de 0,6 a 0,9, con la máxima preferencia de 0,7 a 0,85. La cantidad de aire de combustión es típicamente aproximadamente 2.500 a aproximadamente 40.000 Nm3/h, y con mayor preferencia de aproximadamente 8.000 a aproximadamente 20.000 Nm3/h y de 10.000 a aproximadamente 15.000 Nm3/h, mientras que su temperatura varía típicamente de 300 a 900 °C.
El combustible gaseoso y líquido o gaseoso puede añadirse a través de una o más lanzas de quemadores. El combustible líquido puede añadirse a través de una o más lanzas de quemadores y puede atomizarse mediante presión, vapor, nitrógeno o aire comprimido o cualquier otro pulverizador conocido por el experto en la técnica. También es posible usar componentes de combustible sólido, que pueden alimentarse por uno o más husillos dosificadores.
Materia prima de hidrocarburo
En la etapa de reacción, se introduce una materia prima de hidrocarburo en la corriente de gas de combustión a alta temperatura obtenida en la etapa de combustión, a medida que se inyecta desde un quemador provisto en paralelo o en dirección transversal a la corriente de combustión a alta temperatura, después de lo cual la materia prima de hidrocarburo se descompone termoquímicamente y se convierte en negro de carbón (esta zona se denomina zona de reacción). Es común proporcionar un área de estrangulación en la zona de reacción para mejorar la eficiencia de la reacción.
La materia prima de hidrocarburo puede ser sólida, líquida o gaseosa. La materia prima de hidrocarburo puede ser una mezcla de hidrocarburos líquidos alifáticos o aromáticos, saturados o insaturados o mezclas de los mismos, destilados de alquitrán de carbón o aceites residuales resultantes del craqueo catalítico de fracciones de petróleo o de la producción de olefinas por procedimientos de craqueo. La materia prima de hidrocarburo puede ser una mezcla de materias primas de hidrocarburos gaseosos, por ejemplo, hidrocarburos gaseosos alifáticos, saturados o insaturados, mezclas de los mismos o gas natural.
Preferentemente, la materia prima representa un hidrocarburo aromático tales como antraceno, CTD (destilado de alquitrán de carbón), ECR (residuo de craqueo de etileno) o un aceite pesado de tipo petróleo tal como aceite FCC (aceite residual de descomposición catalítica fluidizado) o gasóleo pesado de cocción y alquitrán de carbón crudo. La materia prima de negro de carbón puede contener materia prima de negro de carbón renovable. La materia prima de negro de carbón puede ser una materia prima renovable, tales como biogás, aceite de colza, aceite de soja, aceite de palma y aceite de girasol, aceites de nueces o aceite de oliva, o polvo de carbón.
Formación de negro de carbón
El procedimiento de la invención no se limita a la geometría específica del reactor. Más bien, puede adaptarse a diferentes tipos y tamaños de reactores. Usualmente, el reactor de horno se hace funcionar a una temperatura que varía de aproximadamente 1.000 a aproximadamente 2.500 °C, preferentemente de aproximadamente 1.200 a aproximadamente 2.000 °C y con mayor preferencia de aproximadamente 1.400 a aproximadamente 2.000 °C. Con la máxima preferencia, el reactor funciona a aproximadamente 1.500 °C, aproximadamente 1.600 °C, aproximadamente 1.700 °C, aproximadamente 1.800 °C o 1.900 °C, en función de la temperatura en la cámara de precombustión y otras condiciones de reacción. Es posible dejar que los gases de combustión calientes pasen por otro precalentador antes de ingresar al área de estrangulación.
Por medio de los gases de combustión calientes, la materia prima se oxida para formar negro de carbón, monóxido de carbono, dióxido de carbono y agua. Las formas de reactor adecuadas se divulgan, por ejemplo, en el capítulo anterior que describe el estado de la técnica y, por lo tanto, se incorporan como referencia.
Las materias primas de negro de carbón pueden inyectarse por medio de lanzas radiales y/o axiales. La materia prima de negro de carbón sólida puede dispersarse en la materia prima de negro de carbón. La materia prima de negro de carbón líquida puede atomizarse mediante presión, vapor, nitrógeno o aire comprimido.
El área de estrangulación y el túnel de reacción forman la llamada zona de reacción. La introducción de la materia prima de hidrocarburo en la zona de reacción se lleva a cabo preferentemente de modo que la materia prima se pulverice finamente y se disperse uniformemente en el horno para que las gotas de aceite de la materia prima de hidrocarburo puedan vaporizarse uniformemente y descomponerse termoquímicamente. Como un procedimiento de pulverización fina, es eficaz emplear un procedimiento de atomización por la corriente de gas de combustión. La velocidad de flujo del gas de combustión en la posición para la introducción de la materia prima de hidrocarburo es preferentemente de al menos 250 m/s, con mayor preferencia de 300 a 800 m/s y con la máxima preferencia de 450 a 550 m/s. Además, con el fin de dispersar uniformemente la materia prima en el horno, la introducción de la materia
prima se realiza preferentemente de tal manera que la materia prima de hidrocarburo se introduce en el horno desde una o varias boquillas, con mayor preferencia de 3 a 12 y más particularmente de 4 a 16 boquillas.
Se cree que el agregado se forma de tal manera que la materia prima de hidrocarburo se vaporiza uniformemente y se descompone termoquímicamente, por lo que se formarán núcleos de un precursor y chocarán entre sí para fusionarse y carbonizarse para formar el agregado. En consecuencia, se considera aconsejable que la zona de formación de agregados esté libre de un sitio altamente turbulento debido, por ejemplo, a un cambio en la trayectoria del flujo, tal como en un área de estrangulación. En la etapa para terminar la reacción, el gas de reacción a alta temperatura se enfría a un nivel no superior a 1.200 a 800 °C, por ejemplo, mediante pulverización de agua (esta zona se denomina sección de extinción). Como alternativa, la extinción también puede tener lugar al conducir los productos a uno o más intercambiadores de calor. El negro de carbón enfriado puede recuperarse mediante un procedimiento convencional, por ejemplo, mediante un procedimiento de separación del gas por medio, por ejemplo, de un filtro de bolsa colectora. Típicamente, la temperatura a la salida del reactor es de aproximadamente 500 a aproximadamente 1.000 °C.
Descripción detallada del procedimiento
La presente invención se refiere a un procedimiento en donde la reacción se realiza en un reactor de horno que comprende al menos
(a) una cámara de precombustión;
(b) un área de estrangulación;
(c) un túnel de reacción;
(d) una zona de terminación,
(e) un dispositivo de precalentamiento eléctrico, y opcionalmente
(f) un intercambiador de calor.
El procedimiento en su(s) realización(es) preferente(s) se caracteriza(n) porque
(i) al menos un oxidante y al menos un componente de combustible se introducen en la cámara de precombustión, y dicha cámara se hace funcionar a una temperatura que varía de aproximadamente 1.000 a aproximadamente 2.500 °C para producir una corriente de gas de combustión a alta temperatura que se transfiere en el área de estrangulación;
(ii) la materia prima de hidrocarburo se introduce, opcionalmente después de precalentarse a una temperatura que varía de aproximadamente 100 a aproximadamente 600 °C, en el área de estrangulación, que es preferentemente una estructura cilíndrica también denominada "área de estrangulación";
(iii) la formación del negro de carbón tiene lugar en el túnel de reacción, dicho túnel tiene preferentemente una longitud de aproximadamente 3 a aproximadamente 20 m y preferentemente de aproximadamente 5 a aproximadamente 15 m y puede tener forma de Venturi;
(iv) el negro de carbón formado en el túnel de reacción se enfría en la zona de terminación, lo que se efectúa al introducir agua o cualquier otra sustancia como agente de extinción o por medio de al menos un intercambiador de calor;
(v) al menos una parte del oxidante y/o el componente de combustible se somete a un precalentamiento en un dispositivo de precalentamiento antes de introducirse en la cámara de precombustión, dicho dispositivo de precalentamiento es preferentemente un dispositivo de precalentamiento eléctrico que funciona preferentemente a una temperatura que varía de aproximadamente 200 a aproximadamente 2.400 °C y libera el oxidante y/o componente de combustible precalentado a una temperatura de aproximadamente 300 a aproximadamente 1.300 °C, y preferentemente de aproximadamente 1.100 a aproximadamente 1.200 °C;
(vi) al menos una parte del oxidante y/o componente de combustible se calienta mediante la transferencia de energía térmica del mismo u otro procedimiento industrial por medio de un intercambiador de calor antes de someterse a precalentamiento en el dispositivo de precalentamiento.
El intercambio de calor puede tener lugar mediante el uso de cualquier corriente industrial, pero preferentemente dicha al menos una parte de las corrientes de gas enviadas al precombustor se calienta al transferir energía térmica del negro de carbón caliente que sale de la zona de terminación por medio de un intercambiador de calor. Por este
medio, la corriente se calienta a una temperatura que varía de aproximadamente 650 a aproximadamente 950 °C antes de ingresar al dispositivo de precalentamiento.
Básicamente, cualquier dispositivo de precalentamiento que sea capaz de calentar cualquiera de las corrientes del procedimiento en un tiempo razonable a temperaturas de al menos 1.000 °C es adecuado para usarse en el procedimiento de la invención. Particularmente útiles son los sistemas de calentamiento pulvimetalúrgicos dispuestos en tubos cerámicos, ya que ayudan a que la combustión alcance las temperaturas de funcionamiento requeridas de al menos 2.000 hasta 2.400 °C. Dichos dispositivos de precalentamiento en base a elementos de calentamiento de haces de tubos se divulgan, por ejemplo, en HEAT TREATMENT, p-49-51 (2016).
Dado que en muchas plantas se produce más energía eléctrica de la que se consume, se prefiere especialmente el uso de dispositivos de precalentamiento eléctrico.
El procedimiento se describe con más detalle en los dibujos. la Figura 1 representa el procedimiento como se describe arriba, mientras que la Figura 2 muestra una alternativa que incluye más de un dispositivo de precalentamiento. Una realización preferible consiste en un dispositivo de precalentamiento adicional que se usará para precalentar los oxidantes introducidos en el túnel de reacción.
0tra realización preferible consiste en un dispositivo de precalentamiento adicional para precalentar los gases de reacción introducidos en el área detrás de la zona de terminación.
0tra realización preferible consiste en un dispositivo de precalentamiento adicional que se usará para precalentar la materia prima introducida en el reactor.
Negro de carbón y su aplicación industrial
La composición de negro de carbón obtenida u obtenible de acuerdo con el procedimiento descrito anteriormente muestra una porosidad ventajosa que se expresa como la relación entre el área de superficie BET y el área de superficie STSa del negro de carbón. El negro de carbón obtenible u obtenido de acuerdo con la presente invención se caracteriza por
• un área de superficie STSA de 130 m2/g a 350 m2/g
• en donde la relación entre el área de superficie BET y el área de superficie STSA es inferior a 1,1 y preferentemente inferior a 1,0 y con mayor preferencia inferior a 0,9 si el área de superficie STSA está en el intervalo de 130 m2/g a 150 m2/g,
• la relación entre el área de superficie BET y el área de superficie STSA es inferior a 1,2, preferentemente inferior a 1,1 y con mayor preferencia inferior a 1,0 si el área de superficie STSA es superior a 150 m2/g a 180 m2/g,
• la relación entre el área de superficie BET y el área de superficie STSA es inferior a 1,3, preferentemente inferior a 1,2 y con mayor preferencia inferior a 1,0 si el área de superficie STSA es superior a 180 m2/g; con la condición de que el área de superficie STSA y el área de superficie BET se midan de acuerdo con ASTM D 6556.
El negro de carbón obtenido de acuerdo con el procedimiento de la invención puede usarse como un aditivo para pigmentos, polímeros, particularmente cauchos y neumáticos.
Aplicaciones de pigmentos
El negro de carbón obtenido de acuerdo con la presente invención puede servir como un pigmento, en particular como un pigmento negro para diversos fines tales como pinturas y lacas.
El negro de carbón representa el pigmento negro ideal porque es sólido a la luz, resistente al ataque químico y muestra un color negro intenso que lo hace superior a otros pigmentos inorgánicos, tales como los óxidos de hierro. Se usa principalmente para dos aplicaciones, recubrimientos negros puros, en los que el tono azabache es el parámetro dominante, y recubrimientos y pinturas grises, en los que el poder colorante es más importante. La primera categoría incluye pigmentos de negro de carbón principalmente con partículas primarias de tamaño pequeño, y la segunda con partículas de tamaño mediano a grande. El objetivo principal de los recubrimientos negros y grises es la decoración y la protección. En los recubrimientos negros, es decir, la coloración de tonos en masa, los negros de tamaño de partícula fina muestran un subtono azulado mientras que los negros gruesos muestran un subtono pardusco. Los recubrimientos negro intenso se demandan predominantemente en la industria de automóviles y muebles. Sin embargo, los negros de carbón que exhiben un subtono azul pronunciado son aún
más solicitados. Esto se debe al hecho de que un negro azulado se ve más oscuro que uno con un subtono marrón. Hasta ahora, esto solo podía cumplirse al producir negros de carbón con tamaños cada vez más pequeños. Debido a que los agregados son las unidades dispersables más pequeñas, el ASD también tiene un impacto en el color azabache (negrura) y particularmente en el subtono (más azulado). Cuanto más estrecho es el a Sd , en particular, cuanto más simétrico es el ASD, menor es el número de partículas gruesas (agregados) y, por lo tanto, más azulado es el subtono.
Como pigmentos negros para la coloración profunda de plásticos se usan principalmente negros de carbón de la clase de color alto (HC) y color medio (MC). Estos negros se encuentran en una gran variedad de productos finales tales como artesonados, cubiertas, fibras, láminas, calzado, etc., muchos de ellos son artículos moldeados por inyección. Para aumentar la negrura de un polímero determinada por la negrura My puede usarse un negro de carbón con tamaños más pequeños de partículas primarias, negros de baja estructura o aumentar la concentración de negro de carbón. Mediante el uso de las dos primeras opciones, la dispersión de los negros de carbón se vuelve más difícil y puede conducir al efecto contrario. En la práctica, la concentración de negros de carbón en los polímeros solo puede aumentarse hasta una determinada cantidad porque las propiedades mecánicas de muchos plásticos suelen verse afectadas negativamente a concentraciones más altas. Los negros de carbón que ofrecen un ASD estrecho, en particular más simétrico, condujeron a una mayor negrura en los polímeros sin empeorar las propiedades mecánicas ni disminuir el comportamiento de la dispersión.
En la aplicación de tinta para chorro de tinta, la tendencia es hacia gotas más pequeñas, lo que requiere boquillas de cabezal de impresión con diámetros de solo unos pocos micrómetros. La prevención de la obstrucción de las boquillas y los depósitos en el cabezal de impresión son esenciales para garantizar la confiabilidad de la impresión a largo plazo. La finura de las partículas (agregados) del pigmento es uno de los roles clave para cumplir con estos requisitos en la confiabilidad de la impresión. Especialmente unas pocas cantidades de partículas más gruesas influyen en las propiedades de filtración, así como también en la capacidad de impresión de las tintas para chorro de tinta pigmentadas finales. Cuanto más estrecho sea el ASD, menor será la cantidad de partículas gruesas (agregados) y, por lo tanto, menor el riesgo de falta de confiabilidad de la impresión.
El negro de carbón puede estar presente en dichas composiciones de pigmentos en cantidades de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 45 % en peso, preferentemente de aproximadamente 1 a aproximadamente 25 % en peso.
Aditivos para composiciones de polímero
Aunque un polímero que comprende los negros de carbón de baja porosidad obtenidos mediante el procedimiento de acuerdo con la presente invención puede abarcar una variedad de tipos diferentes, tales como polietileno, polipropileno, poliestireno, poliésteres, poliuretanos y similares, el polímero preferido es un caucho sintético o natural.
El caucho natural, procedente del látex de Havea brasiliensis, es principalmente poli-cis-isopreno que contiene trazas de impurezas como proteínas, suciedad, etc. Aunque muestra muchas propiedades excelentes en términos de rendimiento mecánico, el caucho natural suele ser inferior a determinados cauchos sintéticos, especialmente con respecto a su estabilidad térmica y su compatibilidad con los productos derivados del petróleo.
El caucho sintético se fabrica mediante la polimerización de una variedad de precursores a base de petróleo llamados monómeros. Los cauchos sintéticos más comunes son cauchos de estireno butadieno (SBR) derivados de la copolimerización de estireno y 1,3-butadieno. Otros cauchos sintéticos se preparan a partir de isopreno (2-metil-1,3-butadieno), cloropreno (2-cloro-1,3-butadieno) e isobutileno (metilpropeno) con un pequeño porcentaje de isopreno para la reticulación. Estos y otros monómeros pueden mezclarse en diferentes proporciones a copolimerizar para producir productos con un intervalo amplio de propiedades físicas, mecánicas y químicas. Los monómeros pueden producirse puros y la adición de impurezas o aditivos puede controlarse por el diseño para dar propiedades óptimas. La polimerización de monómeros puros puede controlarse mejor para dar una proporción deseada de dobles enlaces cis y trans. Con respecto a los polímeros del tipo caucho sintético o natural, otro objetivo de la presente invención es un procedimiento para mejorar la resistencia al desgaste y el refuerzo, y de tales composiciones poliméricas.
La invención también abarca el uso de tales composiciones de negro de carbón para conseguir dicho efecto cuando se añaden a una composición de caucho. Las cantidades de negro de carbón que se añaden a un polímero en general y a un caucho en particular varían de aproximadamente 10 a aproximadamente 120 phr1, preferentemente de aproximadamente 35 a aproximadamente 100 phr y con mayor preferencia de aproximadamente 40 a 60 phr. 1 phr = partes por cien partes de caucho
Composiciones de polímero, composiciones de caucho y productos finales
Los polímeros que incorporan los negros de carbón de acuerdo con la presente invención pueden seleccionarse del grupo que consiste en polietileno, polipropileno, poliestireno, poliésteres, poliuretanos, pero preferentemente el polímero es caucho sintético o natural. El negro de carbón puede estar presente en dichas composiciones en cantidades de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 45 % en peso, preferentemente de aproximadamente 1 a aproximadamente 25 % en peso.
En el caso de que la composición de polímero sea una composición de caucho designada como base para neumáticos, dichas composiciones generalmente comprenden composiciones de elastómeros, cargas de refuerzo y agentes de acoplamiento parcialmente de silano. Las composiciones pueden curarse mediante el uso de un agente vulcanizante de azufre y varios auxiliares de procesamiento, que incluyen los aceleradores.
Cauchos
Cualquier elastómero para compuestos de caucho usado convencionalmente es potencialmente adecuado para las composiciones que comprenden el negro de carbón obtenido a partir del procedimiento de acuerdo con la presente invención. Los ejemplos no limitativos de elastómeros potencialmente útiles en la composición ilustrativa incluyen los siguientes, tanto individualmente como en combinación, de acuerdo con las propiedades viscoelásticas finales deseadas del compuesto de caucho: caucho natural, caucho de poliisopreno, caucho de estireno butadieno, caucho de polibutadieno, cauchos de butilo, cauchos de halobutilo, cauchos de etileno propileno, polietileno reticulado, neoprenos, cauchos de nitrilo, cauchos de polietileno clorado, cauchos de silicona, cauchos especiales resistentes al calor y al aceite, otros cauchos especiales y cauchos termoplásticos, según se empleen dichos términos en The Vanderbilt Rubber Handbook, Decimotercera edición, (1990). Estos elastómeros pueden contener una variedad de grupos funcionales, que incluyen, entre otros, grupos funcionales que contienen estaño, silicio y amina.
Las relaciones de dichas mezclas de polímeros pueden variar en el intervalo más amplio posible de acuerdo con las propiedades viscoelásticas finales deseadas para el compuesto de caucho polimerizado. Un experto en la técnica, sin excesiva experimentación, puede determinar fácilmente qué elastómeros y en qué cantidades relativas son apropiados para un intervalo de propiedades viscoelásticas deseado resultante. Las composiciones de caucho pueden incluir
polialquilenos terminados en hidroxilo líquidos;
copolímeros halogenados de isobutileno y p-metilestireno, o ambos;
cauchos a base de EPDM;
copolímeros halogenados de isoolefina y para-alquilestireno;
cauchos de estireno-butadieno, que incluyen cauchos de estireno-butadieno de alto contenido en trans y/o elastómeros de polibutadieno de alto vinilo.
Cargas de refuerzo
Típicamente, las composiciones de caucho se combinan con cargas de refuerzo, que incluyen negro de carbón y sílice. El negro de carbón puede estar presente en cantidades que varían de aproximadamente 10 a aproximadamente 120 phr, o de aproximadamente 35 a aproximadamente 100 phr, o de aproximadamente 40 a aproximadamente 60 phr. Los negros de carbón pueden estar en forma de gránulos o como una masa floculante sin gránulos.
Los ejemplos de cargas de refuerzo de sílice adecuados incluyen, entre otros, sílice amorfa hidratada, sílice amorfa precipitada, sílice húmeda (ácido silícico hidratado), sílice seca (ácido silícico anhidro), sílice pirógena, silicato de calcio y similares.
Componentes de compuestos de caucho
Auxiliares de procesamiento. La composición de caucho puede combinarse, por ejemplo, por la mezcla de varios cauchos constituyentes vulcanizables con azufre con varios materiales aditivos comúnmente usados tales como, por ejemplo, auxiliares de curado tales como azufre, activadores, retardantes y aceleradores, aditivos de procesamiento, tales como aceites, resinas que incluyen resinas pegajosas, sílices y plastificantes, cargas, pigmentos, ácido graso, óxido de zinc, ceras, antioxidantes y antiozonantes, agentes peptizantes y materiales de refuerzo tales como, por ejemplo, negro de carbón.
Una cantidad de auxiliares de procesamiento puede ser de aproximadamente 0 a aproximadamente 10 phr. Dichos auxiliares de procesamiento pueden incluir, por ejemplo, aceites de procesamiento aromáticos, nafténicos y/o
parafínicos. Las cantidades típicas de antioxidantes pueden comprender de aproximadamente 1 a aproximadamente 5 phr. Los antioxidantes representativos pueden ser, por ejemplo, difenil-p-fenilendiamina, TMQ y otros tales como, por ejemplo, los divulgados en The Vanderbilt Rubber Handbook (1978), páginas 344-346. Las cantidades típicas de antiozonantes, tales como N-(1,3-dimetilbutil)-N'-fenil-1,4-bencenodiamina (6PPD), pueden comprender de aproximadamente 1 a 5 phr. Las cantidades típicas de ácidos grasos, si se usan, que pueden incluir ácido esteárico, pueden comprender de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 3 phr. Las cantidades típicas de óxido de zinc pueden comprender de aproximadamente 1 a aproximadamente 5 phr. Las cantidades típicas de ceras pueden comprender de aproximadamente 1 a aproximadamente 5 phr. A menudo se usan ceras microcristalinas. Las cantidades típicas de peptizantes pueden comprender de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 1 phr. Los peptizantes típicos pueden ser, por ejemplo, pentaclorotiofenol y disulfuro de dibenzamidodifenilo. Los auxiliares de procesamiento, tales como la resina fenólica (aproximadamente 2 phr) y la resina HC alifática C5 (aproximadamente 5 phr) (agentes de pegajosidad) también pueden ser útiles.
Agentes de vulcanización. La vulcanización puede realizarse en presencia de un agente de vulcanización con azufre. Los ejemplos de agentes de vulcanización con azufre adecuados incluyen azufre elemental (azufre libre) o agentes de vulcanización donadores de azufre, por ejemplo, un disulfuro de amina, polisulfuro polimérico o aductos de olefina de azufre. Los agentes de vulcanización con azufre pueden usarse en una cantidad que varía de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 8 phr.
Aceleradores. Los aceleradores se usan para controlar el tiempo y/o la temperatura requerida para la vulcanización y para mejorar las propiedades del vulcanizado. En una realización, puede usarse un único sistema de acelerador, es decir, un acelerador primario. Se usa un acelerador primario en cantidades totales que varían de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 4 phr. En otra realización, pueden usarse combinaciones de un acelerador primario y secundario con el acelerador secundario en cantidades más pequeñas (de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 3 phr) para activar y mejorar las propiedades del vulcanizado. Además, pueden usarse aceleradores de acción retardada que no se ven afectados por las temperaturas normales del procesamiento, pero que producen un curado satisfactorio a las temperaturas de vulcanización ordinarias. También pueden usarse retardadores de vulcanización. Los tipos adecuados de aceleradores que pueden usarse son aminas, disulfuros, guanidinas, tioureas, tiuram, sulfonamidas, ditiocarbamatos, xantatos y sulfenamidas. El acelerador principal también puede ser un tiazol, tal como un acelerador a base de benzotiazol. Los aceleradores a base de benzotiazol ilustrativos pueden incluir N-ciclohexil-2-benzotiazol sulfonamida (CBS), N-terc-butil-2-benzotiazol sulfenamida (TBBS), 4-oxidietileno-2-benzotiazol sulfonamida (OBTS), N,N'-diciclohexil-2-benzotiazol sulfenamida (0CBS), 2-mercaptobenzotiazol (MBT) y disulfuro de dibenzotiazol (MBTS), y puede estar presente en una cantidad de aproximadamente 0,8 a aproximadamente 1,2 phr. En una realización, la cantidad del acelerador de benzotiazol puede ser de aproximadamente 30 a aproximadamente 60 % en peso del agente de vulcanización con azufre.
Neumáticos
Una composición de negro de carbón o una composición de caucho que comprende dicha composición de negro de carbón obtenida de acuerdo con el procedimiento de la presente invención puede servir como aditivo para fabricar neumáticos. Preferentemente, dicho neumático es un neumático de autobús o un neumático de camión. Los neumáticos mejoraron la resistencia al desgaste y la baja acumulación de calor mediante el uso de las composiciones de negro de carbón y/o las composiciones de caucho antes mencionadas que comprenden dichas composiciones de negro de carbón para la banda de rodadura del neumático en una parte de la banda de rodadura. Además, los neumáticos muestran una estructura convencionalmente conocida que puede fabricarse por el procedimiento habitual. Además, como un gas de relleno en el neumático de acuerdo con la realización puede usarse aire o aire que tenga una presión parcial de oxígeno ajustada, pero también un gas inerte tal como nitrógeno, argón, helio o similares.
Como un ejemplo de neumático se menciona preferentemente un neumático que comprende un par de porciones de talón, una carcasa que se extiende torpemente entre las porciones de talón, un cinturón que sujeta una parte de corona de la carcasa y una banda de rodadura, o similar. El neumático de acuerdo con la realización de la invención puede tener una estructura radial o una estructura inclinada.
La estructura de la banda de rodadura no está particularmente limitada, y puede tener una estructura de una sola capa o una estructura de varias capas o una denominada estructura de base de cubierta constituida con una parte de cubierta de capa superior en contacto directo con la superficie de la carretera y una parte de cubierta de capa inferior dispuesta adyacente al lado interior de la parte de la cubierta en el neumático. En esta realización, es preferible formar al menos la parte de cubierta con la composición de caucho de acuerdo con la realización de la invención. El neumático de acuerdo con la realización no está particularmente limitado en el procedimiento de fabricación y puede fabricarse, por ejemplo, como sigue. Es decir, la composición de caucho de acuerdo con la realización anterior se prepara primero y la composición de caucho resultante se une a una parte de base sin curar previamente unida a una parte de corona de una carcasa en un neumático verde y luego se construye por vulcanización en un molde dado a temperatura y presión predeterminadas.
Claims (11)
1. Un procedimiento para obtener una composición de negro de carbón, que comprende o que consiste en las siguientes etapas:
(A) someter una materia prima de hidrocarburo a una corriente de gas de combustión a alta temperatura para lograr la descomposición termoquímica,
(B) enfriar los gases de reacción y
(C) recuperar el negro de carbón obtenido de este modo,
en donde
dicha corriente de gas de combustión consiste en al menos un oxidante y al menos un componente de combustible,
(i) al menos una parte de dicho oxidante y/o dicho componente de combustible se somete a una etapa de precalentamiento eléctrico antes de introducirse en la cámara de precombustión para formar una corriente de gas de combustión a alta temperatura;
(ii) dicha corriente de gas de combustión a alta temperatura de la etapa (i) se transfiere a un área de estrangulación para la combustión; y
(iii) y los productos de combustión obtenidos en la etapa (ii) se transfieren a un túnel de reacción que incluye una zona de terminación para formar partículas de negro de carbón a recuperar,
y en donde el procedimiento se realiza en el reactor de horno de acuerdo con la reivindicación 11.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, en donde dichos oxidantes son componentes gaseosos seleccionados del grupo que consiste en oxígeno, ozono, peróxido de hidrógeno, ácido nítrico, dióxido de nitrógeno u óxido nitroso o una corriente de gas que contiene oxidante que abarca aire, aire empobrecido en oxígeno o enriquecido en oxígeno, oxígeno, ozono, una mezcla de gases de peróxido de hidrógeno y aire y/o nitrógeno, una mezcla de gases de ácido nítrico y aire y/o nitrógeno, una mezcla de gases de dióxido de nitrógeno u óxido nitroso y aire y/o nitrógeno, y una mezcla de gases de productos de combustión de hidrocarburos y oxidantes.
3. El procedimiento de la reivindicación 1 o 2, en donde dichos componentes de combustible son componentes gaseosos seleccionados del grupo que consiste en hidrocarburo, hidrógeno, monóxido de carbono, gas natural, gas de carbón, gas de petróleo, un combustible líquido de tipo petróleo tal como aceite pesado o combustible líquido de tipo carbón como el aceite de creosota.
4. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 3, en donde dicha materia prima de hidrocarburo se selecciona del grupo que consiste en hidrocarburo aromático que abarca antraceno, CTD (destilado de alquitrán de carbón), ECR (residuo de craqueo de etileno) o aceites pesados de tipo petróleo que comprende aceite FCC (aceite residual de descomposición catalítica fluidizado) que también puede precalentarse eléctricamente.
5. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 4, en donde el oxidante y el componente de combustible se introducen en la cámara de precombustión, y dicha cámara funciona a una temperatura que varía de aproximadamente 1.000 y aproximadamente 2.500 °C para producir una corriente de gas de combustión a alta temperatura.
6. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 5, en donde el oxidante y/o componente de combustible precalentado sale del dispositivo de precalentamiento con una temperatura que varía de aproximadamente 300 a aproximadamente 1.300 °C.
7. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 6, en donde la formación del negro de carbón tiene lugar en el túnel de reacción, dicho túnel representa o desemboca en un túnel Venturi.
8. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 7, en donde el negro de carbón formado en el túnel de reacción se enfría en la zona de terminación, lo que se efectúa al introducir agua como agente de extinción o por medio de al menos un intercambiador de calor.
9. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 8, en donde dicha al menos parte del oxidante y/o componente de combustible antes del precalentamiento en el dispositivo de precalentamiento se calienta al transferir energía térmica del mismo u otro procedimiento industrial por medio de un intercambiador de calor.
10. El procedimiento de la reivindicación 9, en donde dicha al menos parte del oxidante y/o componente de combustible antes del precalentamiento en el dispositivo de precalentamiento se calienta mediante la transferencia de energía térmica de la corriente de material caliente (que consiste en negro de carbón y gas de cola) que sale de la zona de terminación por medio de un intercambiador de calor.
11. El reactor de horno para producir negro de carbón, que comprende o que consiste en los siguientes elementos:
- una cámara de precombustión;
- una área de estrangulación;
- un túnel de reacción;
- una zona de terminación;
- al menos un dispositivo de precalentamiento eléctrico, y
- un intercambiador de calor,
en donde
(a) la cámara de precombustión contiene entradas para oxidantes y componentes de combustible, puede producir gases de combustión calientes y está conectada al área de estrangulación;
(b) el área de estrangulación contiene al menos una entrada para la materia prima de hidrocarburo y está conectada al túnel de reacción;
(c) la zona de reacción puede formar los agregados de negro de carbón y está conectada a la zona de terminación,
(d) la zona de terminación contiene
(d1) al menos una, preferentemente dos, tres, cuatro o una multitud de boquillas para introducir el agente de extinción o
(d2) está conectada al menos a un intercambiador de calor,
y puede enfriar los agregados de negro de carbón,
(e) la salida de la zona de terminación está conectada con un intercambiador de calor capaz de transferir al menos parte de la energía térmica del negro de carbón al oxidante y/o componente de combustible para calentarlos;
(f) dicha corriente calentada de oxidantes y/o componentes de combustible se introduce en un dispositivo de precalentamiento, preferentemente un dispositivo de precalentamiento eléctrico para calentarse antes de introducirse en la cámara de precombustión; y opcionalmente,
(g) al menos un dispositivo de precalentamiento adicional está presente para el precalentamiento (g1) el material de hidrocarburo antes de su introducción en el área de estrangulación y/o (g2) los gases de reacción después de salir de la cámara de precombustión y antes de entrar en la zona de terminación;
(h) gases de reacción precalentados introducidos en el túnel de reacción, y
(i) gases de reacción precalentados introducidos en el área detrás de la zona de terminación.
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