FR2956666A1 - Procede de fabrication de noir de carbone en utilisant une charge d'alimentation chauffee et dispositif correspondant - Google Patents
Procede de fabrication de noir de carbone en utilisant une charge d'alimentation chauffee et dispositif correspondant Download PDFInfo
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Abstract
L'invention se rapporte à un procédé et un dispositif de fabrication de noir de carbone en utilisant une charge d'alimentation chauffée. Selon l'invention, le dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement au moins un réchauffeur d'une charge d'alimentation (15) pour préchauffer la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone amenée dans une conduite d'amenée (17) à une température d'au moins environ 300°C ; au moins une pompe (20) pour mettre en pression la charge d'alimentation à une pression supérieure à environ 10 bar avant le préchauffage de celle-ci à au moins environ 300°C et pour réaliser une vitesse de la charge d'alimentation fournie au réchauffeur d'au moins 0,2 m/sec, la vitesse étant calculée sur la base de la densité de la charge d'alimentation mesurée à 60°C à 1 atm et la zone en section transversale la plus petite de la conduite de charge d'alimentation présente dans le réchauffeur. L'invention trouve application dans le domaine des pigments pour des compositions d'encre, de peinture et analogues.
Description
La présente invention se rapporte à des procédés de production de noir de carbone en utilisant une charge d'alimentation préchauffée avec un contrôle d'encrassement. La présente invention se rapporte également à un dispositif de production de noir de carbone en utilisant une charge d'alimentation préchauffée avec un contrôle d'encrassement. La présente invention se rapporte également au noir de carbone obtenu par les procédés de la présente invention.
L'utilisation des noirs de carbone est fortement répandue, par exemple, en tant que pigments dans des compositions d'encre, des peintures et analogue, comme charges et pigments de renforcement dans le mélange ou compoundage et la préparation de compositions de caoutchouc et de compositions de plastique, et pour une variété d'autres applications. Les noirs de carbone sont généralement produits dans un réacteur de type à fourneaux en faisant réagir une charge d'alimentation d'hydrocarbures avec des gaz de combustion chauds pour produire des produits de combustion contenant du noir de carbone particulaire. Dans la littérature du noir de carbone, cette réaction entre les gaz de combustion et la charge d'alimentation d'hydrocarbures est généralement référencée comme pyrolyse.
Divers procédés pour produire des noirs de carbone sont généralement connus. Dans un réacteur de type à four de noir de carbone, comme représenté dans le brevet US n° 3,401,020 de Kester et al., ou dans le brevet US n° 2,785,964 de Pollock, un combustible, comme un combustible hydrocarboné et un oxydant, comme l'air, sont injectés dans une première zone et réagissent pour former des gaz de combustion chauds. Une charge d'alimentation hydrocarbonée sous forme soit gazeuse, de vapeur ou de liquide, est également injectée dans la première zone à la suite de quoi la réaction de la charge d'alimentation hydrocarbonée commence. Le mélange de gaz de combustion obtenu, dans lequel la réaction se produit, passe ensuite 2956666 2-
dans une zone de réaction où s'achève la réaction de formation du noir de carbone. Dans un autre type de réacteur à four de noir de carbone, un combustible liquide ou gazeux est amené à réagir avec un oxydant, 5 comme l'air, dans la première zone, pour former des gaz de combustion chauds. Ces gaz de combustion chauds passent de la première zone, en aval à travers le réacteur, dans une zone de réaction et au-delà. Pour produire des noirs de carbone, une charge d'alimentation 10 hydrocarbonée est injectée à un ou plusieurs points dans le chemin d'écoulement des gaz de combustion chauds. Généralement, la charge d'alimentation hydrocarbonée est une huile d'hydrocarbure ou un gaz naturel. La première zone (ou zone de combustion) et la zone de réaction 15 peuvent être divisées par une duse ou étrangleur ou une zone d'un diamètre restreint dont la section transversale est plus petite que la zone de combustion ou la zone de réaction. La charge d'alimentation peut être injectée dans le chemin des gaz de combustion chauds en amont, en 20 aval et/ou dans la zone du diamètre restreint. La charge d'alimentation d'hydrocarbures peut être introduite sous forme atomisée et/ou non atomisée, depuis l'intérieur de l'écoulement des gaz de combustion et/ou depuis l'extérieur de l'écoulement de gaz de combustion. Des 25 réacteurs à four de noir de carbone de ce type sont représentés, par exemple, dans le brevet US réexaminé n° 28,974 de Morgan et al., et dans le brevet US n° 3,922,335 de Jordan et al. Dans les réacteurs et processus généralement 30 connus, les gaz de combustion chauds sont à une température suffisante pour effectuer la réaction de la charge d'alimentation hydrocarbonée injectée dans l'écoulement des gaz de combustion. Dans un type de réacteur, comme le brevet US n° 3,401,020 de Kester et 35 al. indiqué ci-dessus, la charge d'alimentation est injectée, à un ou plusieurs points, dans la même zone où les gaz de combustion sont formés. Dans des réacteurs ou
processus d'autres types, l'injection de la charge d'alimentation a lieu, à un ou plusieurs points, après que l'écoulement des gaz de combustion s'est formé. Le mélange de la charge d'alimentation et des gaz de combustion dans lequel la réaction se produit est référencé quelquefois ci-après, dans toute la demande, comme "l'écoulement de réaction". Le temps de séjour de l'écoulement de réaction dans la zone de réaction du réacteur est suffisant pour permettre la formation des noirs de carbone recherchés. Quel que soit le type de réacteur, étant donné que l'écoulement des gaz de combustion chauds s'écoule en aval à travers le réacteur, la réaction se produit lorsque le mélange de la charge d'alimentation et des gaz de combustion passe à travers la zone de réaction. Après la formation de noirs de carbone ayant les propriétés souhaitées, la température de l'écoulement de réaction est diminuée à une température telle que la réaction est arrêtée, et le produit de noir de carbone peut être récupéré.
D'autres brevets, comme les brevets US n° 3,922,335 de Jordan et al. ; 4,826,669 de Casperson ; 6,348,181 de Morgan ; et 6,926,877 de Green représentent également des procédés pour produire du noir de carbone, incluant des températures de la charge d'alimentation. Les températures typiques de la charge d'alimentation au point d'entrée dans le réacteur, comme indiqué dans le brevet US n° 4,826,669 peuvent s'étendre, par exemple de 121°C à 260°C (250°F à 500°F). Les présents enquêteurs ont découvert que des températures d'une charge d'alimentation hydrocarbonée dans la production du noir de carbone qui approchent ou dépassent environ 300°C au point ou avant le point d'entrée dans le réacteur créeraient un risque élevé de niveaux de rupture d'encrassement induit thermiquement des conduites d'alimentation de la charge d'alimentation et de l'équipement. En outre, les présents enquêteurs estiment que des procédés et systèmes pour produire le - 4
noir de carbone qui peuvent tolérer de telles charges d'alimentation chaudes n'ont pas été développés auparavant et ne présentent pas les avantages possibles d'une utilisation d'une opération de charge d'alimentation chaude préalablement entièrement réalisée ou pouvant être atteinte jusqu'au développement des présents procédés et agencements pour la production du noir de carbone. Par conséquent, un objectif de la présente invention est la réalisation d'un procédé de fabrication de noir de carbone. Ce procédé prévoit l'accroissement des températures de préchauffage de la charge d'alimentation dans la production du noir de carbone en contrôlant l'encrassement ou les incrustations induites d'une manière thermique dans les conduites de la charge d'alimentation aux températures plus élevées de la charge d'alimentation. Cet objectif est atteint par un procédé de fabrication de noir de carbone, qui comprend les étapes de . - introduire un écoulement de gaz chauffés dans un 10 réacteur de noir de carbone ; - amener au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à au moins un réchauffeur ; - préchauffer ladite au moins une charge 15 d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone dans le réchauffeur à une seconde température supérieure à environ 300°C pour réaliser une charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone, dans lequel (a) la au moins une charge d'alimentation pour 20 l'obtention du noir de carbone a une vitesse dans le au moins un réchauffeur qui est au moins de 0,2 m/sec., où la vitesse est calculée sur la base d'une densité de la charge d'alimentation mesurée à 60°C à 1 atm et à la plus petite surface en section transversale d'une conduite de 25 charge d'alimentation présente dans ledit au moins un
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réchauffeur, et (b) la au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone présente un premier temps de séjour de la charge d'alimentation dans le réchauffeur inférieur à environ 120 minutes ; - amener la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à au moins un point d'introduction de charge d'alimentation dans le réacteur de noir de carbone, dans lequel la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone présente un deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation de la sortie du réchauffeur au point d'introduction dans le réacteur de noir de carbone inférieur à environ 120 minutes, et dans lequel le premier temps de séjour de la charge d'alimentation et le deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation combinés sont de 120 minutes ou moins, le préchauffage évitant la formation d'un film de vapeur dans le réchauffeur ou avant l'amenée au réacteur de noir de carbone ; - combiner au moins la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers le au moins un point d'introduction dans le réacteur de noir de carbone avec l'écoulement des gaz chauffés pour former un écoulement de réaction dans lequel le noir de carbone est formé dans le réacteur de noir de carbone ; et - récupérer le noir de carbone dans l'écoulement de réaction. La présente invention se rapporte donc, en partie, à un procédé de fabrication de noir de carbone incluant le préchauffage de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une température supérieure à environ 300°C pour obtenir une charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone dans cette plage de températures. La charge d'alimentation peut être chauffée à une température d'au moins 450°C, ou d'environ 360°C à environ 850°C, ou à d'autres températures dépassant 300°C. La charge
d'alimentation préchauffée peut être amenée dans au moins une conduite d'amenée à au moins un point d'introduction de la charge d'alimentation dans le réacteur. La charge d'alimentation préchauffée est introduite à travers au moins un point d'introduction dans le réacteur pour se combiner avec un ou des écoulements de gaz chauffés pour former un écoulement de réaction dans lequel le noir de carbone est formé dans le réacteur. Le noir de carbone dans l'écoulement de réaction peut être refroidi rapidement pour la récupération Le présent procédé comprend une ou plusieurs approches pour atténuer le risque d'un encrassement induit thermiquement des conduites d'amenée de la charge d'alimentation à la température plus élevée de la charge d'alimentation. Ces approches permettent de réduire à un minimum la formation de salissures ou d'encrassements (par exemple réduire le dépôt du coke), supprimer des dépôts surfaciques d'encrassement (par exemple augmenter le retrait du coke) ou une combinaison des deux, sur les parois internes de la ou des conduites d'amenée de la charge d'alimentation afin de maintenir les conduites d'amenée de la charge d'alimentation dans un état de fonctionnement pendant le transport de la charge d'alimentation préchauffée au réacteur. Ces approches de contrôle d'encrassement peuvent inclure une ou plusieurs (ou toute combinaison) de . - amener la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une vitesse d'au moins environ 0,2 m/sec (ou par exemple au moins environ 1 m/sec, ou au moins environ 1,1 m/sec, ou au moins environ 1,6 m/sec, ou au moins environ 2 m/sec ou à d'autres vitesses supérieures à environ 0,2 m/sec) à travers au moins un réchauffeur qui chauffe la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone pour obtenir un préchauffage, - soumettre la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une pression supérieure
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à environ 10 bar avant l'entrée dans au moins un réchauffeur pour préchauffer la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone (ou par exemple supérieure à environ 20 bar, ou supérieure à environ 30 bar, ou supérieure à environ 40 bar ou d'environ 20 à environ 180 bar, ou d'environ 30 à environ 180 bar, ou à d'autres pressions supérieures à environ 10 bar, - prévoir un temps de séjour total de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone dans au moins un réchauffeur pour le préchauffage et la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone dans la conduite d'amenée de la charge d'alimentation avant l'introduction dans le réacteur inférieur à environ 120 minutes (ou par exemple d'environ 1 sec à environ 120 minutes, ou d'environ 1 à environ 60 minutes, ou d'autres temps de séjour inférieurs à environ 120 minutes), - préchauffer la charge d'alimentation dans au moins un réchauffeur fonctionnant à un flux de chaleur moyen (de la surface de tube interne) supérieur à environ 10 kW/m2 (ou par exemple supérieur à environ 20 kW/m2, ou d'environ 20 à environ 200 kW/m2 ou à d'autres flux de chaleur moyens supérieurs à environ 10 kW/m2), - réaliser une surface non catalytique au craquage thermique ou à la polymérisation d'hydrocarbures sur les parois intérieures venant en contact avec la charge d'alimentation de la conduite d'amenée de la charge d'alimentation ; - amener périodiquement au moins un gaz de purge (par exemple de la vapeur, de l'air, de l'oxygène, du CO2) incluant un oxydant pour le carbone, à travers la conduite d'amenée de la charge d'alimentation, ou toute combinaison de ceux-ci. Le contrôle d'encrassement réalisé par la présente invention peut permettre qu'au moins une partie du préchauffage de la charge d'alimentation soit réalisée en chauffant la charge d'alimentation avec la chaleur
produite par le réacteur aux températures de réaction élevées. Les conditions et conceptions du préchauffage de la charge d'alimentation peuvent être réalisées par la présente invention fournissent des avantages et des bénéfices, comme par exemple une meilleure récupération de l'énergie, des économies se rapportant aux coûts des matières premières, des augmentations dans les quantités de noir de carbone, une réduction des émissions du dioxyde de carbone, une réduction des émissions de SO, et/ou NON, une production de noir de carbone stable ou continue pour des durées de temps industriellement utiles à des conditions de température élevées de la charge d'alimentation ou toute combinaison de ceux-ci. Le procédé de la présente invention peut être considéré comme étant un processus "plus vert" en comparaison aux processus classiques à cause d'un ou de plusieurs de ces avantages environnementaux mentionnés dans la présente. Selon des réalisations avantageuses, le procédé de l'invention peut également comprendre une des caractéristiques suivantes : - mise en pression de ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une pression supérieure à environ 10 bar avant l'entrée dans ledit au moins un réchauffeur ; - mise en pression de ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une pression supérieure à environ 20 bar avant l'entrée dans ledit au moins un réchauffeur ; - mise en pression de ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une pression d'environ 20 bar à environ 180 bar avant l'entrée dans ledit au moins un réchauffeur ; - la vitesse est au moins d'environ 1 m/sec ; - la vitesse est d'au moins environ 1,6 m/sec ; - la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone comprend une huile de décantation, un produit de goudron de houille, des résidus de craquage
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d'éthylène, de l'huile contenant de l'asphaltène ou toute combinaison de ceux-ci ; - la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a un point d'ébullition initial d'environ 5 160°C à environ 500°C ; - le préchauffage de ladite au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone comprend le chauffage de ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone dans ledit 10 réchauffeur qui comprend un échangeur de chaleur fonctionnant à un flux de chaleur moyen supérieur à environ 10 kW/m2 ; - au moins une partie dudit préchauffage a lieu dans au moins un réchauffeur dont la chaleur provient au 15 moins partiellement de la chaleur produite par ledit réacteur de noir de carbone ou autre réacteur de noir de carbone ou les deux ; - le premier temps de séjour et ledit deuxième temps de séjour combinés sont inférieurs à 60 minutes ; 20 - le au moins un réchauffeur est en échange de chaleur avec au moins une portion dudit réacteur de noir de carbone ; - le au moins un réchauffeur vient en contact avec l'écoulement de réaction dans le réacteur de noir de 25 carbone en aval d'un refroidisseur, dans lequel au moins un réchauffeur comprend un échangeur de chaleur ayant des parois chauffées par ledit écoulement de réaction sur un premier côté de celles-ci et venant en contact avec lab charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone 30 au côté opposé de celles-ci ; - le réchauffeur comporte un échangeur de chaleur qui échange la chaleur avec l'écoulement de réaction dans le réacteur de noir de carbone, dans lequel un caloporteur coulant qui s'écoule à travers l'échangeur de 35 chaleur est chauffé, et le caloporteur coulant chauffé passe à travers au moins un réchauffeur positionné à l'extérieur du réacteur et apte à échanger la chaleur du 2956666 -10-
caloporteur coulant avec la charge d'alimentation pour chauffer ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone ; - le réchauffeur est au moins partiellement alimenté en chaleur par un gaz résiduaire de noir de carbone dudit réacteur de noir de carbone ou d'un réacteur de noir de carbone différent ou des deux, pour chauffer la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone ; - l'introduction de l'écoulement de gaz chauffés comprend le chauffage par plasma d'un écoulement de gaz pouvant être chauffé par le plasma dans un réchauffeur à plasma pour obtenir au moins une portion de l'écoulement des gaz chauffés - réalisation d'une surface non catalytique sur les parois venant en contact avec la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone du réchauffeur et les parois intérieures d'au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation qui amène la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone au réacteur de noir de carbone, dans lequel la surface est non catalytique au craquage ou à la polymérisation des hydrocarbures ; - l'amenée comprend l'amenée de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation qui alimente le réacteur de noir de carbone, et le procédé comprend en outre l'amenée périodique d'un gaz de purge comprenant un oxydant pour le carbone par au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone. - l'amenée comprend l'amenée de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation qui alimente le réacteur de noir de carbone, et le procédé comprend en outre l'injection de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du 2956666 -11-
noir de carbone dans le réacteur de noir de carbone avec au moins une distillation partielle par détente de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone ; et 5 - la combinaison de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone et de l'écoulement des gaz chauffés dans le réacteur de noir de carbone pour former continuellement le noir de carbone dans le réacteur pendant au moins environ 12 heures. 10 L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication de noir de carbone, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: introduire un écoulement de gaz chauffés dans un réacteur de noir de carbone ; 15 amener au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone ayant une première température inférieure à 360°C à au moins un réchauffeur ; préchauffer la charge d'alimentation pour 20 l'obtention du noir de carbone dans ledit au moins un réchauffeur à une deuxième température d'environ 360°C à environ 850°C pour obtenir une charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone, dans lequel (a) la charge d'alimentation pour l'obtention du 25 noir de carbone a une vitesse dans le réchauffeur qui est au moins de 0,2 m/sec, la vitesse étant calculée sur la base de la densité de charge d'alimentation mesurée à 60°C à 1 atm et à la plus petite surface en section transversale d'une conduite de charge d'alimentation 30 présente dans le réchauffeur, et (b) la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone présente un premier temps de séjour de la charge d'alimentation dans le réchauffeur inférieur à environ 120 minutes ; 35 amener la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à au moins un point d'introduction de la charge d'alimentation dans le 2956666 -12-
réacteur de noir de carbone, dans lequel la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone présente un deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation depuis la sortie du réchauffeur au point 5 d'introduction dans le réacteur de noir de carbone inférieur à environ 120 minutes ; et dans lequel le premier temps de séjour de la charge d'alimentation et le deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation combinés sont d'environ 10 secondes à environ 120 10 minutes, le préchauffage évitant la formation d'un film de vapeur dans le réchauffeur ou avant l'amenée audit réacteur de noir de carbone ; combiner au moins la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers 15 le point d'introduction dans le réacteur de noir de carbone avec l'écoulement des gaz chauffés pour former un écoulement de réaction dans lequel le noir de carbone est formé dans le réacteur de noir de carbone ; et récupérer le noir de carbone dans l'écoulement de 20 réaction. Selon des réalisations avantageuses, le procédé de l'invention peut également comprendre une des caractéristiques suivantes - mise en pression de la charge d'alimentation pour 25 l'obtention du noir de carbone à une pression supérieure à environ 20 bar avant l'entrée dans le réchauffeur ; - mise en pression de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une pression supérieure à environ 30 bar avant l'entrée dans le réchauffeur ; 30 - mise en pression de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une pression d'environ 30 bar à environ 180 bar avant l'entrée dans le réchauffeur ; - la vitesse est au moins d'environ 1 m/sec ; 35 - la vitesse est au moins d'environ 1,6 m/sec ; - la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone comprend l'huile de décantation, un produit de 2956666 -13-
goudron de houille, des résidus de craquage d'éthylène, de l'huile contenant de l'asphaltène ou toute combinaison de ceux-ci - la charge d'alimentation pour l'obtention du noir 5 de carbone a un point d'ébullition initial d'environ 160°C à environ 500°C ; - le préchauffage de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone comprend l'échauffement de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de 10 carbone dans le réchauffeur qui a un échangeur de chaleur fonctionnant à un flux de chaleur moyen supérieur à environ 20 kW/m2 - au moins une partie du préchauffage a lieu dans le réchauffeur dont la chaleur provient au moins 15 partiellement de la chaleur produite par le réacteur de noir de carbone ou un autre réacteur de noir de carbone ou les deux ; - le premier temps de séjour et le deuxième temps de séjour combinés sont inférieurs à 60 minutes ; 20 - le réchauffeur est en échange de chaleur avec au moins une portion du réacteur de noir de carbone ; - le réchauffeur vient en contact avec l'écoulement de réaction dans le réacteur de noir de carbone en aval d'un refroidisseur, dans lequel le réchauffeur comprend 25 un échangeur de chaleur ayant des parois chauffées par l'écoulement de réaction sur un premier côté de celles-ci et venant en contact avec la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone sur un côté opposé de celles-ci en amont de la charge d'alimentation pour 30 l'obtention du noir de carbone ; - le réchauffeur comporte un échangeur de chaleur qui échange la chaleur avec l'écoulement de réaction dans le réacteur de noir de carbone, dans lequel un caloporteur coulant qui s'écoule à travers l'échangeur de 35 chaleur est chauffé, et le caloporteur coulant chauffé passe à travers le réchauffeur positionné à l'extérieur du réacteur et apte à échanger la chaleur du caloporteur -14-
coulant avec la charge d'alimentation pour chauffer la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone ; - le réchauffeur est au moins partiellement alimenté en chaleur par du gaz résiduaire de noir de carbone du réacteur de noir de carbone ou d'un réacteur de noir de carbone différent ou des deux, pour chauffer la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone ; - l'introduction de l'écoulement des gaz chauffés comprend le chauffage par plasma d'un écoulement de gaz pouvant être chauffé par plasma dans un réchauffeur à plasma pour obtenir au moins une portion de l'écoulement des gaz chauffés ; - la réalisation d'une surface non catalytique sur des parois venant en contact avec la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone du réchauffeur et les parois intérieures d'au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation qui fournit la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone au réacteur de noir de carbone, dans lequel la surface est non catalytique au craquage ou à la polymérisation des hydrocarbures ; - l'amenée comprend l'amenée de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation qui alimente le réacteur de noir de carbone, et ledit procédé comprend en outre l'amenée périodique d'un gaz de purge comprenant un oxydant pour le carbone à travers la conduite d'amenée de charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone ; - l'amenée comprend l'amenée de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation qui alimente le réacteur de noir de carbone, et le procédé comprend en outre l'injection de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du 2956666 -15-
noir de carbone dans le réacteur de noir de carbone avec une distillation par détente au moins partielle de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone ; 5 - la combinaison de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone et de l'écoulement des gaz chauffés dans le réacteur de noir de carbone pour former continuellement le noir de carbone dans le réacteur pendant au moins environ 12 heures. 10 L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication de noir de carbone, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: introduire un écoulement de gaz chauffés dans un réacteur de noir de carbone ; 15 amener au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone ayant une première température inférieure à 450°C à au moins un réchauffeur ; préchauffer la charge d'alimentation pour 20 l'obtention du noir de carbone dans le réchauffeur à une deuxième température supérieure à environ 450°C pour obtenir une charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone, dans lequel (a) la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a une 25 vitesse dans le réchauffeur qui est au moins de 0,2 m/sec, la vitesse étant calculée sur la base d'une densité de la charge d'alimentation mesurée à 60°C à 1 atm et à la plus petite surface en section transversale d'une conduite de charge d'alimentation présente dans le 30 réchauffeur, et (b) la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a un premier temps de séjour de la charge d'alimentation dans le réchauffeur de 10 secondes à environ 120 minutes ; amener la charge d'alimentation préchauffée pour 35 l'obtention du noir de carbone à au moins un point d'introduction de la charge d'alimentation dans le réacteur de noir de carbone, dans lequel la charge 2956666 -16-
d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone a un deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation depuis la sortie du réchauffeur au point d'introduction dans le réacteur de noir de carbone 5 inférieur à environ 120 minutes ; et dans lequel le premier temps de séjour de la charge d'alimentation et le deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation combinés sont de 120 minutes ou moins, le préchauffage évitant la formation d'un film de vapeur dans le 10 réchauffeur ou avant l'amenée au réacteur de noir de carbone ; combiner la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers le point d'introduction dans le réacteur de noir de carbone avec 15 l'écoulement de gaz chauffés pour former un écoulement de réaction dans lequel le noir de carbone est formé dans le réacteur de noir de carbone ; et récupérer le noir de carbone dans l'écoulement de réaction. 20 Selon d'autres réalisations avantageuses, le procédé de l'invention peut également comprendre une des caractéristiques suivantes : - mise en pression de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une pression d'environ 25 20 bar à environ 180 bar avant l'entrée dans le réchauffeur ; - mise en pression de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une pression d'environ 30 bar à environ 180 bar avant l'entrée dans le 30 réchauffeur ; - mise en pression de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une pression d'environ 40 bar à environ 180 bar avant l'entrée dans le réchauffeur ; 35 - la vitesse est au moins d'environ 1 m/sec ; - la vitesse est au moins d'environ 1,6 m/sec ; 2956666 -17-
- la charge d'alimentation pour. l'obtention du noir de carbone comprend de l'huile de décantation, un produit de goudron de houille, des résidus de craquage d'éthylène, de l'huile contenant de l'asphaltène ou toute 5 combinaison de ceux-ci ; - la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a un point d'ébullition initial d'environ 160°C à environ 500°C ; - le préchauffage de la charge d'alimentation pour 10 l'obtention du noir de carbone comprend l'échauffement de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone dans le réchauffeur qui comporte un échangeur de chaleur fonctionnant à un flux de chaleur moyen d'environ 20 kW/m2 à environ 150 kV/m2 ; 15 - au moins une portion du préchauffage a lieu dans le réchauffeur dont la chaleur est constituée au moins partiellement de la chaleur produite par le réacteur de noir de carbone ou un autre réacteur de noir de carbone ou par les deux ; 20 - le premier temps de séjour et le deuxième temps de séjour combinés sont inférieurs à 60 minutes ; - le réchauffeur est en échange de chaleur avec au moins une portion du réacteur de noir de carbone ; - le réchauffeur vient en contact avec l'écoulement 25 de réaction dans le réacteur de noir de carbone en aval d'un refroidisseur, dans lequel le réchauffeur comprend un échangeur de chaleur ayant des parois chauffées par l'écoulement de réaction sur un premier côté de celles-ci et venant en contact avec la charge d'alimentation pour 30 l'obtention du noir de carbone sur un côté opposé de celles-ci en amont de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone ; - le réchauffeur comporte un échangeur de chaleur qui échange la chaleur avec l'écoulement de réaction dans 35 le réacteur de noir de carbone, dans lequel un caloporteur coulant qui s'écoule à travers l'échangeur de chaleur est chauffé, et le caloporteur coulant chauffé - 18 -
passe à travers le réchauffeur positionné à l'extérieur du réacteur et apte à échanger la chaleur du caloporteur coulant avec la charge d'alimentation pour chauffer la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone ; - le réchauffeur est au moins partiellement alimenté en chaleur par du gaz résiduaire de noir de carbone du réacteur de noir de carbone ou d'un réacteur de noir de carbone différent ou des deux pour chauffer la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone; - l'introduction de l'écoulement de gaz chauffés comprend le chauffage par plasma d'un écoulement de gaz pouvant être chauffé par plasma dans un réchauffeur à plasma pour obtenir au moins une partie de l'écoulement de gaz chauffés ; - la réalisation les parois venant d'alimentation pour réchauffeur et les conduite d'amenée de charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone au réacteur de noir de carbone, dans lequel la surface est non catalytique au craquage ou à la 25 polymérisation des hydrocarbures ; - l'amenée comprend l'amenée de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers une conduite d'amenée de charge d'alimentation qui alimente le réacteur de noir de 30 carbone, et le procédé comprend en outre l'amenée périodique d'un gaz de purge comprenant un oxydant pour le carbone à travers la conduite d'amenée de charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone ; - l'amenée comprend l'amenée de la charge 35 d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation qui alimente ledit réacteur de noir 20 d'une surface non catalytique sur en contact avec la charge l'obtention du noir de carbone du parois intérieures d'au moins une charge d'alimentation qui fournit la 2956666 -19-
de carbone, et le procédé comprend en outre l'injection de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone dans le réacteur de noir de carbone avec une distillation par détente au moins partielle de 5 la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone ; - la combinaison de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone et de l'écoulement de gaz chauffés dans le réacteur de noir de 10 carbone pour former continuellement le noir de carbone dans le réacteur pendant au moins environ 12 heures. En outre, l'invention se rapporte à un procédé de fabrication de noir de carbone, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: 15 introduire un écoulement de gaz chauffés dans un réacteur de noir de carbone ; amener au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone ayant une première température inférieure à 300°C à au moins un réchauffeur à une première pression supérieure à 10 bar ; préchauffer la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone dans le réchauffeur à une deuxième température supérieure à environ 300°C pour obtenir une charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone, dans lequel (a) la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a une deuxième pression dans le réchauffeur qui est environ identique ou inférieure à la première pression, calculée en supposant une même surface en section transversale que la charge d'alimentation traverse durant la première pression et la seconde pression, et (b) la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a un premier temps de séjour de charge d'alimentation dans le réchauffeur inférieur à environ 120 minutes ; amener la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à au moins un point d'introduction de la charge d'alimentation dans le 2956666 -20-
réacteur de noir de carbone, où la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone a un deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation depuis la sortie du réchauffeur au point d'introduction 5 au réacteur de noir, de carbone inférieur à environ 120 minutes ; et dans lequel le premier temps de séjour de la charge d'alimentation et le deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation combinés sont de 120 minutes ou moins ; le préchauffage évitant la formation d'un film de 10 vapeur dans le réchauffeur ou avant l'amenée au réacteur de noir de carbone ; combiner au moins la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers le point d'introduction dans le réacteur de noir de 15 carbone avec l'écoulement de gaz chauffés pour former un écoulement de réaction dans lequel le noir de carbone est formé dans le réacteur de noir de carbone ; et récupérer le noir de carbone dans l'écoulement de réaction. 20 En outre, l'invention se rapporte encore à un procédé de fabrication de noir de carbone, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: introduire un écoulement de gaz chauffés dans un réacteur de noir de carbone ; 25 amener au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone ayant une première température inférieure à 300°C à au moins un réchauffeur à une première pression supérieure à 10 bar ; préchauffer la charge d'alimentation pour 30 l'obtention du noir de carbone dans le réchauffeur à une deuxième température supérieure à environ 300°C pour obtenir une charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone, dans lequel la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a i) 35 une deuxième pression dans le réchauffeur qui est environ identique ou inférieure à la première pression, et ii) la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone -21-
a une vitesse dans le réchauffeur qui est au moins de 0,2 m/sec, la vitesse étant calculée sur la base d'une densité de la charge d'alimentation mesurée à 60°C à 1 atm et à la plus petite surface en section transversale d'une conduite de charge d'alimentation présente dans le réchauffeur, et dans lequel i) est calculée sur la base de la même surface en section transversale que la charge d'alimentation traverse durant la première pression et la deuxième pression ; et amener la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à au moins un point d'introduction de la charge d'alimentation dans le réacteur de noir de carbone ; le préchauffage évitant la formation d'un film de vapeur dans ledit au moins un réchauffeur ou avant l'amenée au réacteur de noir de carbone ; combiner au moins la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers le point d'introduction dans le réacteur de noir de carbone avec l'écoulement de gaz chauffés pour former un écoulement de réaction dans lequel le noir de carbone est formé dans le réacteur de noir de carbone ; et récupérer le noir de carbone dans l'écoulement de réaction.
Avantageusement, le préchauffage et l'amenée ont lieu en l'absence d'une chute de pression rapide basée sur des conditions de fonctionnement en régime permanent. L'invention se rapporte encore à un procédé de fabrication de noir de carbone, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : introduire un écoulement de gaz chauffés dans un réacteur de noir de carbone ; amener au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à au moins un réchauffeur 35 ; préchauffer la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone dans le réchauffeur à une
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deuxième température supérieure à environ 300°C pour obtenir une charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone, dans lequel (a) la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a une vitesse dans le réchauffeur qui est au moins de 0,2 m/sec, la vitesse étant calculée sur la base d'une densité de la charge d'alimentation mesurée à 60°C à 1 atm et à la plus petite surface en section transversale d'une conduite de charge d'alimentation présente dans le réchauffeur, et (b) la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a un premier temps de séjour de la charge d'alimentation dans le réchauffeur inférieur à environ 120 minutes ; amener ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à au moins un point d'introduction de la charge d'alimentation dans le réacteur de noir de carbone, dans lequel la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone a un deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation depuis la sortie du réchauffeur au point d'introduction dans le réacteur de noir de carbone inférieur à environ 120 minutes ; et dans lequel le premier temps de séjour de la charge d'alimentation et le deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation combinés sont de 120 minutes ou moins ; dans lequel le préchauffage se fait à une pression suffisante pour éviter la formation d'un film de vapeur dans le réchauffeur ou avant l'amenée dans le réacteur de noir de carbone ; combiner au moins la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers le point d'introduction dans le réacteur de noir de carbone avec l'écoulement de gaz chauffés pour former un écoulement de réaction dans lequel le noir de carbone est formé dans le réacteur de noir de carbone ; et récupérer le noir de carbone dans l'écoulement de réaction. 2956666 -23-
L'invention se rapporte également à un dispositif d'exécution des procédés, comme décrit ci-dessus. Le dispositif de fabrication de noir de carbone est caractérisé en ce qu'il comprend : 5 - un réacteur pour combiner un écoulement de gaz chauffés et au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone pour former un écoulement de réaction dans lequel le noir de carbone est formé dans le réacteur ; au moins une conduite d'amenée de charge 10 d'alimentation pour amener la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à au moins un point d'introduction de la charge d'alimentation dans le réacteur pour combiner la charge d'alimentation avec l'écoulement de gaz chauffés ; au moins un réchauffeur de 15 charge d'alimentation apte à préchauffer la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone amenée dans la au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation à une température d'au moins environ 300°C ; au moins une pompe apte à mettre en pression la charge 20 d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une pression supérieure à environ 10 bar avant le préchauffage de la charge d'alimentation à au moins environ 300°C et pour obtenir une vitesse de la charge d'alimentation amenée dans le au moins un réchauffeur de 25 charge d'alimentation d'au moins 0,2 m/sec, la vitesse étant calculée sur la base d'une densité de la charge d'alimentation mesurée à 60°C à 1 atm et à la plus petite surface en section transversale d'une conduite de charge d'alimentation présente dans ledit au moins un 30 réchauffeur ; et - un refroidisseur brusque pour refroidir le noir de carbone dans l'écoulement de réaction ; dans lequel ledit dispositif est en outre apte à réaliser un temps de séjour de la charge d'alimentation 35 dans le au moins un réchauffeur de charge d'alimentation et la au moins une conduite d'amenée de la charge d'alimentation avant l'introduction dans le réacteur pour 2956666 -24-
la charge d'alimentation préchauffée à au moins environ 300°C qui est inférieur à environ 120 minutes. Le dispositif comporte au moins un réacteur pour combiner un écoulement de gaz chauffés et au moins une 5 charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à température élevée pour former un écoulement de réaction dans lequel le noir de carbone est formé dans le réacteur. Au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation contrôlée ou surveillée quant à son 10 encrassement pour amener la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à au moins un point d'introduction de charge d'alimentation dans le réacteur pour combiner la charge d'alimentation avec l'écoulement de gaz chauffés, et au moins un réchauffeur de charge 15 d'alimentation apte à préchauffer la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone amené dans au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation à une température supérieure à environ 300°C sont réalisés. L'appareil comporte en outre au 20 moins une pompe apte à soumettre la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une pression supérieure à environ 10 bar avant que la charge d'alimentation soit préchauffée à une température supérieure à environ 300°C, ou b) pour obtenir une 25 vitesse de la charge d'alimentation à travers au moins un réchauffeur de la charge d'alimentation qui préchauffe la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone d'au moins environ 0,2 m/sec ou c) les deux. Un organe de refroidissement pour refroidir le noir de carbone dans 30 l'écoulement de réaction peut être inclus. Le réacteur peut être amené à réaliser un temps de séjour de la charge d'alimentation dans le réchauffeur de la charge d'alimentation et la conduite d'amenée de la charge d'alimentation avec l'introduction d'un réacteur dé la 35 charge d'alimentation préchauffée à une température supérieure à environ 300°C, qui est inférieur à environ 120 minutes. Au moins une partie du préchauffage de la -25-
charge d'alimentation peut être accomplie sur le dispositif, par exemple, en chauffant directement ou indirectement la charge d'alimentation par de la chaleur exothermique produite par ou dans le réacteur. Le dispositif peut avoir le réchauffeur de la charge d'alimentation agencé, par exemple, dans le réacteur dans l'écoulement de réaction, agencé en contact avec une paroi chauffée du réacteur, agencé avec les gaz résiduaires du réacteur, agencé à l'extérieur du réacteur pour échanger la chaleur avec le fluide chauffé reçu d'un échangeur de chaleur situé dans le réacteur ou bien toute combinaison de ces agencements utilisant une ou plusieurs conduites d'amenée de charge d'alimentation. Le réchauffeur de la charge d'alimentation peut être un ou plusieurs réchauffeurs chargés ou alimentés en gaz résiduaires (des mêmes réacteurs de noir de carbone et/ou de réacteurs différents) ou n'importe quel combustible à base d'hydrocarbures et/ou peut être un réchauffeur électrique.
Selon des réalisations avantageuses du dispositif, l'invention peut également comprendre au moins l'une des caractéristiques suivantes : - le réchauffeur de la charge d'alimentation comprend un échangeur de chaleur apte à chauffer la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à un flux de chaleur moyen supérieur à environ 10 kW/m2 ; - le réchauffeur de la charge d'alimentation est positionné dans le réacteur pour une mise en contact avec l'écoulement de réaction apte à chauffer la charge d'alimentation à une température d'au moins 300°C ; - le réchauffeur de la charge d'alimentation est positionné en contact avec au moins une portion du réacteur apte à chauffer la charge d'alimentation à une température d'au moins 300°C ; - le réchauffeur de la charge d'alimentation comprend un échangeur de chaleur positionné dans le réacteur en aval du refroidisseur, dans lequel -26-
l'échangeur de chaleur comprend des parois aptes à être chauffées par l'écoulement de réaction sur un premier côté de celles-ci et aptes à être contactés par la charge d'alimentation sur un côté opposé de celles-ci avant que la charge d'alimentation ne soit amenée dans la conduite d'amenée de charge d'alimentation, la charge d'alimentation pouvant être chauffée à une température d'au moins 300°C dans l'échangeur de chaleur ; - un échangeur de chaleur pour un caloporteur coulant positionné dans le réacteur pour une mise en contact avec l'écoulement de réaction, et le réchauffeur de la charge d'alimentation est à l'extérieur du réacteur et est apte à échanger la chaleur du caloporteur coulant qui est sorti de l'échangeur de chaleur avec la charge d'alimentation dans le réchauffeur de charge d'alimentation pour chauffer la charge d'alimentation à une température d'au moins 300°C ; - le réchauffeur de la charge d'alimentation est apte à échanger la chaleur d'un écoulement de gaz résiduaire du réacteur pour chauffer la charge d'alimentation à une température d'au moins 300°C - il comprend un réchauffeur par plasma apte à chauffer un écoulement de gaz pouvant être chauffé par plasma pour réaliser au moins une portion de l'écoulement de gaz chauffés ; - il comprend en outre une surface non catalytique sur les parois venant en contact avec la charge d'alimentation du réchauffeur de la charge d'alimentation et les parois intérieures venant en contact avec la charge d'alimentation d'au moins une conduite d'amenée de la charge d'alimentation, la surface étant non catalytique au craquage ou à la polymérisation des hydrocarbures ; - il comprend en outre un revêtement céramique non catalytique sur les parois venant en contact avec la charge d'alimentation du réchauffeur de la charge d'alimentation et les parois intérieures venant en 2956666 -27-
contact avec la charge d'alimentation de la conduite d'amenée de charge d'alimentation ; - il comprend en outre au moins une source de gaz de purge comprenant un oxydant pour le carbone et au 5 moins un point d'introduction de gaz de purge sur la conduite d'amenée de charge d'alimentation apte à purger périodiquement la conduite d'amenée de charge d'alimentation avec le gaz de purge ; et - le réacteur est apte à combiner la charge 10 d'alimentation et un écoulement de gaz chauffés pour former continuellement le noir de carbone dans le réacteur pendant au moins environ 12 heures. Enfin, l'invention se rapporte également à du noir de carbone qui est caractérisé en ce qu'il est fabriqué 15 suivant les procédés décrits ci-dessus. Avantageusement, le noir de carbone a une quantité de PAH d'au moins 10% plus basse que les PAH d'un noir de carbone ayant la même morphologie réalisé selon un procédé sans ledit préchauffage ; et le noir de carbone a 20 un pourcentage d'une quantité de PAH à masse moléculaire élevée basée sur la quantité de PAH totale d'au moins 10% plus basse comparé à un noir de carbone ayant la même morphologie réalisé selon un procédé sans ledit préchauffage. 25 Aux fins de la présente, la "conduite d'amenée" ou "au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation" peut être n'importe quel conduit ou conduite, tuyau, tube d'échangeur de chaleur, canal d'échangeur de chaleur ou autre structure qui convient pour le transport d'une 30 charge d'alimentation liquide ou en forme de vapeur, ou des combinaisons de ceux-ci à travers lesquels la charge d'alimentation est convoyée au réacteur à la température préchauffée. La "conduite d'amenée" peut avoir n'importe quel diamètre et/ou longueur. Par exemple, si la charge 35 d'alimentation est préchauffée à une température de 300°C durant le passage à travers des tubes ou des enroulements d'un échangeur de chaleur et est ensuite amenée de 2956666 -28-
l'échangeur de chaleur au réacteur par des tuyaux séparés, la "au moins une conduite d'amenée" comprendrait la partie des tubes de l'échangeur de chaleur qui s'étend entre l'emplacement le long du tube à l'intérieur de 5 l'échangeur de chaleur où la température de la charge d'alimentation avait atteint 300°C et l'extrémité d'évacuation du tube de l'échangeur de chaleur, et également le tube en aval de l'échangeur de chaleur à travers lequel la charge d'alimentation préchauffée se 10 déplace pour atteindre le réacteur. "Contrôle", par rapport à la cokéfaction associée à la charge d'alimentation, se réfère à au moins réduire (ou empêcher ou ralentir) le niveau de cokéfaction qui se produit sans la ou les étapes de prévention. 15 Il faut comprendre qu'à la fois la description générale qui précède et la description détaillée suivante sont exemplaires et explicatives et sont prévues pour fournir une meilleure explication de la présente invention telle que revendiquée. 20 Les dessins qui suivent, qui sont incorporés dans et font partie de cette demande, représentent des aspects de la présente invention et sont destinés, ensemble avec la description, à expliquer les principes de la présente invention. Les références numériques similaires utilisées 25 sur les figures se réfèrent à des caractéristiques similaires. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement au cours de la description 30 explicative qui va suivre, faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple, illustrant des modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels : - La FIG. 1 est une vue schématique d'une portion 35 d'un type de réacteur de noir de carbone de fourneau qui peut être utilisé dans un procédé de la présente invention pour produire des noirs de carbone. Ce réacteur 2956666 -29-
de noir de carbone est seulement illustratif des réacteurs qui peuvent être utilisés dans la présente invention - la FIG. 2 est une vue schématique d'une portion 5 d'un autre type de réacteur de noir de carbone de fourneau qui peut être utilisé dans un procédé de la présente invention pour produire des noirs de carbone. Ce réacteur de noir de carbone est seulement illustratif des réacteurs qui peuvent être utilisés dans la présente 10 invention - la FIG. 3 est une vue schématique d'une portion encore d'un autre type de réacteur de noir de carbone de fourneau qui peut être utilisé dans un procédé de la présente invention pour produire des noirs de carbone. Ce 15 réacteur de noir de carbone est seulement illustratif des réacteurs qui peuvent être utilisés dans la présente invention - la FIG. 4 est une vue schématique d'une portion d'un type additionnel de réacteur de noir de carbone de 20 fourneau qui être utilisé dans un procédé de la présente invention pour produire des noirs de carbone. Ce réacteur de noir de carbone est seulement illustratif des réacteurs qui peuvent être utilisés dans la présente invention 25 - la FIG. 5 est une vue schématique d'un schéma de procédé qui peut être utilisé dans un procédé de la présente invention pour produire des noirs de carbone. Ce schéma du réacteur de noir de carbone est utilisé dans mais il est seulement illustratif des peuvent être utilisés dans la présente 6 est un graphique de la capacité charge d'alimentation (kJoules/kg•OC) température de la charge d'alimentation 35 (°C) utilisé pour des calculs d'économie de matières premières lors du modelage décrit dans les exemples. 30 les exemples, réacteurs qui invention ; et - la FIG. thermique de la relativement à la -30-
La présente invention se rapporte à l'utilisation de températures plus élevées de préchauffage de la charge d'alimentation ou matière première supérieures à environ 300°C dans la production du noir de carbone non entravée par des problèmes d'encrassement de la charge d'alimentation. La présente invention peut être applicable à une production de noir de carbone à l'échelle industrielle ou à d'autres échelles de production.
La présente invention se rapporte en partie à un procédé de production du noir de carbone. Le procédé peut inclure l'introduction d'un écoulement des gaz chauffés dans un réacteur de noir de carbone. Le procédé comprend en outre l'amenée d'au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone ayant une première température en dessous de la température de préchauffage à atteindre, comme en dessous de 300°C ou en dessous de 275°C (par exemple de 40°C à 274°C, de 50°C à 270°C, de 70°C à 250°C, de 60°C à 200°C, de 70°C à 150°C et analogue) à au moins un réchauffeur (par exemple, au moins deux réchauffeurs, au moins trois réchauffeurs et analogue, et les réchauffeurs pouvant être identiques ou différents les uns des autres). La température de la charge d'alimentation ou matière première entrant dans au moins un réchauffeur est en dessous de la température ou plage de température de préchauffage cible. La charge d'alimentation, avant d'être préchauffée, peut se déplacer, en tant qu'option, à une première vitesse d'au moins environ 0,2 m/sec (par exemple, d'au moins environ 0,4 m/sec, d'au moins environ 0,6 m/sec, d'au moins environ 0,8 m/sec, d'au moins environ 1 m/sec, d'au moins environ 1,1 m/sec, d'au moins environ 1,6 m/sec, comme d'environ 0,2 m/sec à 4 m/sec, de 1,1 à 3 m/sec et analogue). D'autres vitesses peuvent être utilisées à condition que d'autres conditions de traitement soient sélectionnées pour commander ou contrôler l'encrassement -31-
et/ou la cokéfaction dans le ou les réchauffeurs et dans les conduites d'amenée au réacteur. Le procédé comprend le préchauffage d'au moins une charge d'alimentation destinée à l'obtention du noir de carbone dans au moins un réchauffeur à une deuxième température supérieure à environ 300°C (par exemple, au moins 350°C, au moins 360°C, au moins 400°C, au moins 450°C, au moins 500°C, comme de 300°C à 850°C, ou de 360°C à 800°C, de 400°C à 750°C, de 450°C à 700°C et analogue) pour réaliser une charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone, où (a) au moins une charge d'alimentation précitée pour l'obtention du noir de carbone a une vitesse dans au moins un réchauffeur précité qui est au moins de 0,2 m/sec, la vitesse étant calculée sur la base d'une densité de la charge d'alimentation mesurée à 60°C à 1 atm et basée sur la surface en section transversale la plus petite d'une conduite de charge d'alimentation présente dans au moins un réchauffeur précité. Etant donné qu'il peut être très difficile de mesurer la vitesse d'une charge d'alimentation à une telle température élevée, dans le but de la présente invention, la vitesse indiquée dans la présente est basée sur ces conditions de mesure spécifiques. Quelque soit la surface en section transversale la plus petite ou d'un diamètre le plus petit dans le réchauffeur actuel, cette surface minimale en section transversale est utilisée pour déterminer la vitesse indiquée dans la présente aux fins de la présente invention. Beaucoup de réchauffeurs ont le même diamètre à travers tout le réchauffeur, mais dans le cas où plusieurs diamètres ou surfaces en section transversale sont présents dans le ou les réchauffeurs, cette condition est réalisée. La vitesse est basée sur la surface minimale en section transversale. La vitesse actuelle à travers le réchauffeur de la charge d'alimentation peut généralement être plus rapide que la vitesse mesurée à 60°C à 1 atm. -32-
Dans le procédé, la charge, d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone peut avoir un premier temps de séjour de la charge d'alimentation dans le réchauffeur inférieur à environ 120 minutes (par exemple inférieur à 100 minutes, inférieur à 80 minutes, inférieur à 60 minutes, inférieur à 40 minutes, inférieur à 30 minutes, inférieur à 20 minutes, inférieur à 10 minutes, comme de 1 seconde à 119 minutes, de 5 secondes à 115 minutes, de 10 secondes à 110 minutes, de 30 secondes à 100 minutes, de 1 minute à 60 minutes, de 5 minutes à 30 minutes, et analogue). Par exemple, en se reportant aux figures, le premier temps de séjour de la charge d'alimentation serait, par exemple, le temps que la charge d'alimentation passe dans le réchauffeur 19 sur la figure 1 ou dans le réchauffeur 22 sur la figure 2. Le procédé peut inclure l'amenée de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à au moins un point d'introduction de la charge d'alimentation dans le réacteur de noir de carbone (par exemple au moins un ou deux ou trois ou quatre points d'introduction de la charge d'alimentation), où la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone a un deuxième temps de séjour mesuré à partir de la sortie du ou des réchauffeurs jusqu'au point d'introduction dans le réacteur de noir de carbone inférieur à environ 120 minutes (par exemple inférieur à 100 minutes, inférieur à 80 minutes, inférieur à 60 minutes, inférieur à 40 minutes, inférieur à 30 minutes, inférieur à 20 minutes, inférieur à 10 minutes, comme de 1 seconde à 119 minutes, de 5 secondes à 115 minutes, de 10 secondes à 110 minutes, de 30 secondes à 100 minutes, de 1 minute à 60 minutes, de 5 minutes à 30 minutes et analogue). Le premier temps de séjour de la charge d'alimentation et le deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation combinés représentent de préférence 120 minutes ou moins (par exemple moins que 100 minutes, moins que 80 minutes, moins que 60 minutes, moins que 40 -33-
minutes, moins que 30 minutes, moins que 20 minutes, moins que 10 minutes, comme de 1 seconde à 119 minutes, de 5 secondes à 115 minutes, de 10 secondes à 110 minutes, de 30 secondes à 100 minutes, de 1 minute à 60 minutes, de 5 minutes à 30 minutes et analogue. Par exemple, en se reportant aux figures, le deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation serait, par exemple, le temps où la charge d'alimentation sort du réchauffeur 19 sur la figure 1 ou du réchauffeur 22 sur la figure 2 jusqu'au point d'introduction dans le réacteur, représenté comme point d'introduction 16 sur la figure 1 et la figure 2. La combinaison du premier temps de séjour de la charge d'alimentation et du deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation représenterait le temps ou la durée de séjour totale de la charge d'alimentation. Le procédé peut inclure la combinaison de la charge d'alimentation préchauffée destinée à obtenir du noir de carbone à travers le ou les points d'introduction dans le réacteur de noir de carbone avec l'écoulement des gaz chauffés pour former un écoulement de réaction dans lequel le noir de carbone est formé dans le réacteur de noir de carbone. Le procédé peut inclure le refroidissement brusque du noir de carbone dans l'écoulement de réaction. D'autres étapes de post-refroidissement brusque, qui sont classiques dans la fabrication du noir de carbone, peuvent être utilisées dans les procédés de la présente invention.
Comme option, si la conduite de la charge d'alimentation au réchauffeur a environ la même section transversale que la conduite d'amenée à travers le réchauffeur, la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone peut avoir une vitesse dans le ou les réchauffeurs qui est environ la même ou plus grande (par exemple au moins 1% plus grande, au moins 2% plus grande, au moins 3% plus grande, au moins 5% plus grande, au -34-
moins 7% plus grande, au moins 10% plus grande, au moins 100% plus grande, au moins 200% plus grande, comme de 1% à 200% plus grande ou de 20% à 100% plus grande et analogue) que la première vitesse à l'entrée dans le ou les réchauffeurs. Le procédé de la présente invention peut inclure la mise en pression de la ou des charges d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone. Le procédé peut inclure la mise en pression ou l'utilisation d'une pression pour le ou les charges d'alimentation destinées à l'obtention du noir de carbone de façon que le préchauffage de la charge d'alimentation destinée à l'obtention du noir de carbone évite la formation d'un film de vapeur dans le au moins un réchauffeur ou avant l'amenée au réacteur de noir de carbone. Le procédé de la présente invention peut inclure la mise en pression de la ou des charges d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone pour avoir une pression, par exemple, supérieure à environ 10 bar avant l'entrée dans le au moins un réchauffeur qui préchauffe la charge d'alimentation destinée à l'obtention du noir de carbone. Cette pression peut être d'au moins 15 bar, d'au moins 20 bar, d'au moins 30 bar, d'au moins 40 bar, comme de 10 bar à 180 bar ou plus, de 15 bar à 150 bar, de 20 bar à 125 bar, de 25 bar à 100 bar. Dans la présente invention, un procédé de production du noir de carbone peut inclure l'introduction d'un écoulement des gaz chauffés dans un réacteur de noir de carbone. Le procédé comprend en outre l'amenée d'une charge d'alimentation destinée à l'obtention du noir de carbone ayant une première température inférieure à la température de charge d'alimentation préchauffée cible, comme inférieure à 300°C ou inférieure à 275°C (par exemple de 40°C à 274°C, de 50°C à 270°C, de 70°C à 250°C, de 60°C à 200°C, de 70°C à 150°C et analogue) au(x) réchauffeur(s) à une première pression supérieure à 10 bar. Cette pression peut être d'au moins 15 bar, d'au -35-
moins 20 bar, d'au moins 30 bar, d'au moins 40 bar, comme de 10 bar à 180 bar ou plus, de 15 bar à 150 bar, de 20 bar à 125 bar, de 25 bar à 100 bar. Le procédé peut inclure le préchauffage de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone dans le ou les réchauffeurs (par exemple au moins deux réchauffeurs, au moins trois réchauffeurs et analogue, les réchauffeurs pouvant être identiques ou différents les uns des autres) à une deuxième température supérieure à environ 300°C (par exemple au moins 350°C, au moins 360°C, au moins 400°C, au moins 450°C, au moins 500°C, comme de 300°C à 850°C, ou de 360°C à 800°C, de 400°C à 750°C, de 450°C à 700°C et analogue) pour obtenir une charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone, où (a) la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a une deuxième pression dans au moins un réchauffeur qui est environ la même ou plus basse (par exemple au moins 1% plus basse, au moins 2% plus basse, au moins 3% plus basse, au moins 5% plus basse, au moins 7% plus basse, au moins 10% plus basse, au moins 15% plus basse, au moins 20% plus basse, comme de 1% à 75% plus basse ou de 3% à 20% plus basse et analogue) que la première pression, et (b) la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a un premier temps de séjour dans le réchauffeur inférieur à environ 120 minutes (par exemple inférieur à 100 minutes, inférieur à 80 minutes, inférieur à 60 minutes, inférieur à 40 minutes, inférieur à 30 minutes, inférieur à 20 minutes, inférieur à 10 minutes, comme de 1 seconde à 119 minutes, de 5 secondes à 115 minutes, de 10 secondes à 110 minutes, de 30 secondes à 100 minutes, de 1 minute à 60 minutes, de 5 minutes à 30 minutes, et analogue). Le procédé peut inclure l'amenée de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à au moins un point d'introduction de la charge d'alimentation dans le réacteur de noir de carbone, où la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du 2956666 -36-
noir de carbone a un deuxième temps de séjour de charge d'alimentation depuis la sortie d'au moins un réchauffeur au point d'introduction du réacteur de noir de carbone inférieur à environ 120 minutes (par exemple inférieur à 5 100 minutes, inférieur à 80 minutes, inférieur à 60 minutes, inférieur à 40 minutes, inférieur à 30 minutes, inférieur à 20 minutes, inférieur à 10 minutes, comme de 1 seconde à 119 minutes, de 5 secondes à 115 minutes, de 10 secondes à 110 minutes, de 30 secondes à 100 minutes, 10 de 1 minute à 60 minutes, de 5 minutes à 30 minutes, et analogue) ; et où le premier temps de séjour de la charge d'alimentation et le deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation combinés représentent 120 minutes ou moins (par exemple moins que 100 minutes, moins que 80 15 minutes, moins que 60 minutes, moins que 40 minutes, moins que 30 minutes, moins que 20 minutes, moins que 10 minutes, comme de 1 seconde à 119 minutes, de 5 secondes à 115 minutes, de 10 secondes à 110 minutes, de 30 secondes à 100 minutes, de 1 minute à 60 minutes, de 5 20 minutes à 30 minutes, et analogue). Le procédé peut inclure la combinaison de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers le ou les points d'introduction dans le réacteur de noir de carbone avec l'écoulement des gaz 25 chauffés pour former un écoulement de réaction dans lequel le noir de carbone est formé dans le réacteur de noir de carbone. Le procédé peut inclure le refroidissement brusque du noir de carbone dans l'écoulement de réaction. 30 La présente invention peut se rapporter à un procédé de production du noir de carbone qui comprend l'introduction d'un écoulement des gaz chauffés dans un réacteur de noir de carbone. Le procédé comprend en outre l'amenée d'au moins une charge d'alimentation pour 35 l'obtention du noir de carbone à une première température qui est en dessous de la température de préchauffage cible de la charge d'alimentation, comme en dessous de 2956666 -37-
300°C ou en dessous de 275°C (par exemple de 40°C à 274°C, de 50°C à 270°C, de 70°C à 250°C, de 60°C à 200°C, de 70°C à 150°C et analogue) à au moins un réchauffeur (par exemple au moins deux réchauffeurs, au moins trois 5 réchauffeurs et analogue, où les réchauffeurs peuvent être les mêmes ou différents les uns des autres) à une première pression supérieure à 10 bar. En option, la vitesse d'entrée dans le réchauffeur peut être une première vitesse d'au moins environ 0,2 m/sec (par 10 exemple d'au moins environ 0,4 m/sec, d'au moins environ 0,6 m/sec, d'au moins 0,8 m/sec, d'au moins environ 1 m/sec, d'au moins environ 1,1 m/sec., d'au moins environ 1,6 m/sec, comme de 0,2 m/sec. à 2 m/sec, de 0,4 à 1,8 m/sec et analogue). 15 Le procédé comprend le préchauffage de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone dans le ou les réchauffeurs à une deuxième température supérieure à environ 300°C (par exemple au moins 350°C, au moins 360°C, au moins 400°C, au moins 450°C, au moins 20 500°C, comme de 300°C à 850°C, ou de 360°C à 800°C, de 400°C à 750°C, de 450°C à 700°C et analogue) pour obtenir une charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone, où (a) la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a une vitesse dans le ou 25 les réchauffeurs qui est au moins de 0,2 m/sec, la vitesse étant calculée sur la base d'une densité de la charge d'alimentation mesurée à 60°C à 1 atm et à la surface en section transversale la plus petite d'une conduite de charge d'alimentation présente dans au moins 30 un réchauffeur, et (b) où au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a une deuxième pression dans le ou les réchauffeurs qui est environ la même ou plus basse (par exemple au moins 1% plus basse, au moins 2% plus basse, au moins 3% plus 35 basse, au moins 5% plus basse, au moins 7% plus basse, au moins 10% plus basse, au moins 15% plus basse, au moins 20% plus basse, comme de 1% à 25% plus basse ou de 3% à -38-
20% plus basse et analogue) que la première pression, où la pression peut être calculée sur la base d'une supposition de la même surface en section transversale que la charge d'alimentation traverse durant la première pression et la deuxième pression (bien qu'en opération ou fonctionnement actuel, la surface en section transversale peut être la même ou différente). Cette manière de détermination peut être utilisée pour comparer correctement la pression, bien qu'elle ne soit pas impérative. Le procédé peut inclure l'amenée de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à au moins un point d'introduction de la charge d'alimentation dans le réacteur de noir de carbone et la combinaison de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers le ou les points d'introduction dans le réacteur de noir de carbone avec l'écoulement des gaz chauffés pour former un écoulement de réaction dans lequel le noir de carbone est formé dans le réacteur de noir de carbone. Le procédé peut inclure le refroidissement brusque du noir de carbone dans l'écoulement de réaction. Dans la présente invention, pour n'importe quel procédé, les températures de préchauffage cibles indiquées sont de préférence une température moyenne de la charge d'alimentation avant l'introduction dans le réacteur de noir de carbone. Les températures de préchauffage indiquées de la charge d'alimentation peuvent être une température maximale de la charge d'alimentation ou une température minimale de la charge d'alimentation avant l'introduction dans le réacteur de noir de carbone. Dans la présente invention, pour n'importe quel procédé, la pression cible indiquée est de préférence une pression moyenne de la charge d'alimentation. La pression indiquée de la charge d'alimentation peut être une 2956666 39-
pression maximale de la charge d'alimentation ou une pression minimale de la charge d'alimentation. Dans la présente invention, pour n'importe quel procédé, la vitesse cible indiquée est de préférence une 5 vitesse moyenne de la charge d'alimentation. La vitesse indiquée de la charge d'alimentation peut être une vitesse maximale de la charge d'alimentation ou une vitesse minimale de la charge d'alimentation. Dans la présente invention, pour n'importe quel 10 procédé, la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone peut être ou peut inclure une huile de décantation, un produit de goudron de houille, des résidus de craquage d'éthylène, l'huile contenant de l'asphaltène ou tout hydrocarbure liquide d'une gravité 15 spécifique d'environ 0,9 à environ 1,5 ou plus élevée (comme de 0,9 à 1,3 ou de 1 à 1,2 et analogue) ou toute combinaison de celles-ci. La charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone peut avoir un point d'ébullition initial d'environ 160°C à environ 600°C, 20 comme de 160°C à environ 500°C ou de 200°C à environ 450°C ou de 215°C à environ 400°C et analogue. Le préchauffage peut être effectué de nombreuses manières, sans restrictions pour l'atteindre. Le préchauffage peut avoir lieu dans au moins un réchauffeur 25 (par exemple, un, deux, trois ou plus). La source de chaleur pour au moins un préchauffeur peut être n'importe quelle source, comme un ou plusieurs réacteurs de noir de carbone, la chaleur électrique, la chaleur d'un plasma, la chaleur de gaz résiduaires, la chaleur obtenue par la 30 combustion de gaz résiduaires, des combustibles et/ou la chaleur d'autres processus industriels et/ou d'autres formes de chaleur et/ou toute combinaison de ceux-ci. Le préchauffage peut avoir lieu où au moins un réchauffeur chauffe partiellement ou complètement la charge 35 d'alimentation à la température de préchauffage cible pour l'introduction dans le réacteur. Un réchauffeur peut atteindre le préchauffage partiel ou complet, ou bien -40-
deux ou plusieurs réchauffeurs peuvent être utilisés en séquence, ou bien d'autres agencements pour atteindre le préchauffage (complet ou partiel). Si un préchauffage partiel est atteint par au moins un réchauffeur, alors le préchauffage restant est accompli par une source de chaleur additionnelle ou secondaire ou d'autres réchauffeurs pour obtenir en fin de compte la température de préchauffage cible. Par exemple, le préchauffage d'au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone peut inclure ou peut être accompli en chauffant la charge d'alimentation dans au moins un réchauffeur qui est un échangeur de chaleur. L'échangeur de chaleur peut fonctionner à un flux de chaleur moyen supérieur à environ 10 kW/m2 (par exemple supérieur à environ 10 kW/m2 ou supérieur à environ 20 kW/m2 ou supérieur à environ 30 kW/m2 ou supérieur à environ 40 kW/m2, comme d'environ 10 kW/m2 à environ 150 kW/m2 et analogue. En option, au moins une partie du préchauffage (ou le préchauffage complet) se produit dans au moins un réchauffeur qui dispose de la chaleur fournie au moins partiellement (ou complètement) par la chaleur produite par le réacteur de noir de carbone qui reçoit la charge d'alimentation préchauffée ou un ou d'autres réacteurs de noir de carbone ou les deux. Au moins un réchauffeur précité peut être en échange de chaleur avec au moins une partie du réacteur de noir de carbone qui reçoit la charge d'alimentation préchauffée ou un ou des réacteurs de noir de carbone différents ou les deux. Par exemple, au moins un réchauffeur peut venir en contact avec l'écoulement de réaction dans un réacteur de noir de carbone, par exemple en aval d'un organe de refroidissement brusque, où le au moins un réchauffeur peut avoir un échangeur de chaleur ayant des parois chauffées par l'écoulement de réaction sur un premier côté (par exemple la paroi extérieure) de celui-ci et venant en contact avec la charge d'alimentation pour 2956666 -41-
l'obtention du noir de carbone sur un côté opposé (par exemple, la paroi intérieure) de celui-ci. En option, au moins un réchauffeur peut comprendre un échangeur de chaleur qui échange la chaleur avec l'écoulement de 5 réaction dans un réacteur de noir de carbone, où un caloporteur apte à s'écouler qui s'écoule à travers l'échangeur de chaleur est chauffé, et le caloporteur passe à travers au moins un réchauffeur positionné à l'extérieur du réacteur et actionnable pour transférer la 10 chaleur du caloporteur à la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone. Au moins un réchauffeur peut être au moins partiellement (ou entièrement) alimenté en chaleur par les gaz résiduaires de noir de carbone (par exemple la chaleur des gaz résiduaires ou la 15 chaleur produite par la combustion des gaz résiduaires) du réacteur de noir de carbone ou d'un ou de réacteurs de noir de carbone différents ou les deux pour chauffer la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone. Le préchauffage peut être atteint partiellement 20 ou entièrement en utilisant un ou plusieurs réchauffeurs par plasma ou autres réchauffeurs ou sources de chaleur. L'introduction de l'écoulement de gaz chauffés dans le réacteur peut inclure le chauffage par plasma d'un écoulement de gaz pouvant être chauffé par plasma dans un 25 réchauffeur par plasma pour obtenir au moins une partie de l'écoulement des gaz chauffés. Un réacteur à plasma de noir de carbone peut être utilisé pour recevoir la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone. En 30 utilisant la charge d'alimentation préchauffée et, en option, le caloporteur préchauffé (comme N2 en option avec 02 pour contrôler la réactivité), le procédé de chauffage dans le réacteur peut être d'un type sans combustion et combiner l'utilisation d'un préchauffage indirect de 35 réactifs et d'un échauffement par plasma à la température de traitement requise pour former le noir de carbone. Le caloporteur peut être préchauffé en utilisant une 2956666 -42-
technologie de réchauffeur d'air et/ou un montage ou mise en place de réchauffeur décrit dans la présente pour préchauffer la charge d'alimentation. Un montage similaire peut être utilisé pour le caloporteur, en 5 option. Ce procédé réduit la consommation électrique en comparaison avec le chauffage par plasma seul et permet de réduire les coûts des matières premières, de réduire les émissions de CO2 et/ou la consommation d'eau. Dans la présente invention, une surface non- 10 catalytique peut être utilisée sur quelques-unes ou toutes les parois venant en contact avec la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone d'au moins un réchauffeur et/ou les parois intérieures d'au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation qui 15 fournit la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone au(x) réacteur(s) de noir de carbone. La surface peut être non catalytique au craquage (par exemple craquage thermique) ou polymérisation des hydrocarbures. 20 Dans la présente invention, l'amenée peut inclure ou être l'amenée de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation qui alimente le ou les réacteurs de noir de carbone, et le 25 procédé peut inclure en outre en option l'amenée d'un ou de gaz purgés qui peuvent être un oxydant pour le carbone à travers au moins une ou des conduites d'amenée de charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone. La conduite d'amenée de charge d'alimentation 30 sortant d'au moins un réchauffeur qui préchauffe la charge d'alimentation peut avoir une surface en section transversale (par exemple un diamètre) qui est le même ou différent de la conduite d'amenée qui amène la charge d'alimentation dans au moins un réchauffeur (par exemple 35 peut avoir une surface en section transversale plus petite ou plus grande). -43-
Dans la présente invention, l'amenée peut inclure l'amenée de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation qui alimente le ou les réacteurs de noir de carbone, et le procédé peut inclure l'injection de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone dans le réacteur de noir de carbone avec au moins une distillation par détente partielle (ou entière) (par exemple évaporation de la charge d'alimentation, par exemple, atteinte par une chute de la pression) de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone. Dans la présente invention, en utilisant une ou plusieurs étapes préventives de nettoyage ou de désencrassement décrites dans la présente, la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone et l'écoulement de gaz chauffés dans le réacteur de noir de carbone peuvent être combinés afin de former d'une manière continue le noir de carbone dans le réacteur pendant au moins environ 12 heures (par exemple pendant au moins 24 heures, pendant au moins 48 heures, pendant au moins 72 heures, pendant au moins une semaine, deux semaines, un mois ou plus).
Les présents enquêteurs ont découvert que des charges d'alimentation hydrocarbonacées chauffées à des températures dépassant environ 300°C dans la production du noir de carbone courent un risque élevé d'encrassement organique (par exemple, cokéfaction et/ou polymérisation) des conduites d'amenée de charge d'alimentation et/ou des réchauffeurs qui préchauffent la charge d'alimentation. Les conduites d'amenée de charge d'alimentation peuvent être des constructions de conduites en acier ou en un autre métal qui peuvent être sujettes à un encrassement organique sur leurs surfaces internes. L'encrassement, s'il n'est pas vérifié, peut mener à une capacité d'écoulement réduite d'une manière importante dans les -44-
conduites d'amenée de charge d'alimentation et peut boucher en fin de compte les conduites et/ou des injecteurs des réacteurs. L'encrassement a été identifié dans le développement de la présente invention comme une barrière technique principale pour l'utilisation de charges d'alimentation à température élevée dans la production du noir de carbone. Sans chercher à se limiter à une théorie particulière, l'encrassement organique peut être provoqué dans la charge d'alimentation de noir de carbone à des températures élevées de charge d'alimentation par au moins deux mécanismes d'encrassement: cokéfaction par ébullition de film et induite par l'asphaltène. Dans l'encrassement par l'ébullition du film, on estime que la charge d'alimentation s'évapore et forme un film de vapeur qui peut bloquer le transfert de la chaleur (c'est-à-dire le flux de chaleur critique), où le film de vapeur est surchauffé et provoque la formation de coke dans des réactions de pyrolyse en phase vapeur. Les asphaltènes sont des constituants se produisant normalement dans des huiles ou pétroles bruts et passent également au moins en partie dans une variété de charges d'alimentation de noir de carbone à des concentrations diverses qui entraînent des risques d'encrassement lors d'un usage à température élevée (par exemple > 300°C). Dans la cokéfaction induite par l'asphaltène, on estime que les asphaltènes dans la charge d'alimentation peuvent subir une pyrolyse en phase liquide dans laquelle les asphaltènes deviennent thermiquement déstabilisées en des formes radicales lorsqu'elles sont exposées à des températures de craquage thermique et se combinent pour former un coke insoluble, d'un poids moléculaire élevé. Des températures élevées de la charge d'alimentation, par exemple, peuvent provoquer le craquage de molécules à chaîne longue dans la charge d'alimentation, en formant des composés hautement réactifs qui polymérisent et encrassent. S'il n'y a pas de vérification, des 2956666 -45-
températures plus élevées de la charge d'alimentation ont tendance à amener les asphaltènes dans la charge d'alimentation à s'agglomérer et à se précipiter sur le réchauffeur de la charge d'alimentation et les surfaces 5 de la conduite d'amenée. D'autres mécanismes d'encrassement organiques peuvent être encouragés par une opération de la charge d'alimentation à température élevée, comme une cokéfaction catalytique qui peut être provoquée par des réactions de craquage thermique 10 catalysé par le fer ou le nickel d'hydrocarbures, en fonction du matériau de la conduite d'amenée de la charge d'alimentation. La polymérisation d'oléfines conjuguées de la charge d'alimentation (par exemple encouragée par le métal, comme le fer, le nickel et analogue, sur la 15 surface interne du tube) est également considérée comme étant une cause de cokéfaction potentielle, en fonction de la chimie de la charge d'alimentation. Le coke insoluble ou d'autres matières encrassantes organiques, comme décrit ci-dessus, si on accepte leur production 20 dans un schéma de production de noir de carbone, se déposeraient de la charge d'alimentation sur les parois intérieures des conduites d'amenée de la charge d'alimentation et les injecteurs des réacteurs et s'accumuleraient en bouchant les conduites, en 25 interrompant ainsi la production du noir de carbone pour un entretien et/ou des réparations. La présente invention combine des approches d'anti-encrassement avec une opération de la charge d'alimentation à température élevée pour réduire le risque d'un tel encrassement 30 induite thermiquement des conduites de charge d'alimentation qui empêcheraient sinon une production de noir de carbone stable. Comme déterminé par la présente invention, un signe d'encrassement est une chute de pression rapide dans la 35 pression à la sortie du réchauffeur durant le préchauffage de la charge d'alimentation en comparaison avec la pression à l'entrée du réchauffeur. D'une manière -
typique, il y a une chute de pression normale lorsqu'on compare la pression à l'entrée du réchauffeur avec la pression de la charge d'alimentation à la sortie du réchauffeur à cause de la friction de la charge d'alimentation dans les conduites. Cependant, il s'est avéré lors du développement de la présente invention qu'une chute de pression excessive est un signe que la cokéfaction est hautement probable ou se produira. D'une manière plus détaillée, lorsqu'un fonctionnement en régime permanent a eu lieu et que la charge d'alimentation s'écoule à travers le réchauffeur à la vitesse/paramètres souhaités, une pression régulière ou assez régulière pour la charge d'alimentation sortant du réchauffeur est établie, et, comme indiqué ci-dessus, cette pression est d'une manière typique en dessous de la pression à l'entrée du réchauffeur en raison des forces de friction avec la charge d'alimentation. Cependant, lorsque le film de vapeur se produit et/ou la cokéfaction commence, une chute de pression rapide ou excessive se produit dans la pression à la sortie du réchauffeur dans la charge d'alimentation sortant à la sortie du réchauffeur. Un changement de 2% ou plus dans la chute de pression, lors d'un fonctionnement en régime permanent, peut être un signe que la vapeur se forme et que cela entraînera une cokéfaction. Une chute de pression excessive de 2% ou plus, de 3% ou plus, de 5% ou plus, de 7% ou plus, de 10% ou plus, de 15% ou plus, de 20% ou plus, comme 2% à 20% ou plus, est un signe que la vapeur se forme et que cela entraînera selon la plus grande probabilité une cokéfaction. Comme exemple plus spécifique, on peut avoir une pression à l'entrée du réchauffeur de X pour la charge d'alimentation entrant dans le réchauffeur et, lorsqu'un fonctionnement en régime permanent est atteint, la pression à la sortie du réchauffeur (à savoir la pression de la charge d'alimentation sortant du réchauffeur) peut avoir une pression de X à (0,8) X, et cette pression, durant des 2956666 - 47 -
opérations de non-cokéfaction, sera essentiellement maintenue à cette pression plus basse durant les fonctionnements en régime permanent. Si les paramètres du processus de fabrication du noir de carbone sont 5 modifiés, alors bien évidemment, la pression peut à nouveau changer à cause d'un changement dans les paramètres. Cependant, dans l'exemple, les opérations en régime permanent ont été atteintes, et de ce fait, la pression à la sortie du réchauffeur sera essentiellement 10 maintenue avec une légère fluctuation (+/- 0% à 1,9%). Durant les fonctionnements en régime permanent, si la pression de la charge d'alimentation sortant du réchauffeur (ou la pression avant l'entrée dans le réacteur de noir de carbone) chute selon plus que 2%, 15 comme les chutes en pour cent indiquées ci-dessus, cela serait une chute de pression excessive qui signifie que la vapeur se forme dans la conduite de la charge d'alimentation et qu'il y aura très probablement une cokéfaction. Les procédés de la présente invention 20 réalisent des procédés pour produire du noir de carbone qui évitent la formation d'un film de vapeur (par exemple évitent la formation d'un film de vapeur qui bloque le transfert) et/ou une chute de pression excessive, et une indication claire pour éviter la formation du film de 25 vapeur est d'éviter une chute de pression excessive, comme indiqué dans la présente. Comme autre exemple, une chute de pression excessive durant les fonctionnements en régime permanent peut être un changement de pression de 2% ou plus, qui peut se produire dans un cadre de temps 30 de 15 secondes à 1 heure, ou de 30 secondes à 30 minutes, ou de 1 minute à 10 minutes, et cela est évité par les procédés de la présente invention. Les stratégies de contrôle d'encrassement appliquées à la fabrication du noir de carbone de la 35 présente invention permettent de réduire ou d'empêcher le taux de dépôt du coke ou d'un autre agent d'encrassement sur les parois internes de la conduite d'amenée de la 2956666 -48-
charge d'alimentation, de retirer le coke déposé ou autre agent d'encrassement ou les deux. Les taux d'encrassement dans les conduites d'amenée de charge d'alimentation entraînant des charges d'alimentation chauffées à des 5 températures supérieures à 300°C peuvent être réduits ou empêchés par une ou plusieurs des approches suivantes: utiliser une pression de charge d'alimentation plus élevée, utiliser une vitesse de charge d'alimentation plus élevée, diminuer la capacité du flux thermique d'un 10 réchauffeur de charge d'alimentation, revêtir les conduites d'amenée de charge d'alimentation (y compris celles dans un réchauffeur de charge d'alimentation) d'une couche de surface d'un matériau non catalytique, réduire le temps de séjour de la charge d'alimentation 15 dans des sections de température élevée ou toute combinaison de ces approches. Comme indiqué, le retrait du coke des conduites d'amenée de charge d'alimentation peut être utilisé comme une autre approche ou une approche additionnelle pour le contrôle de l'encrassement 20 dans la présente invention. Des dépôts de coke, s'ils ont lieu dans la conduite d'alimentation, peuvent être retirés, par exemple, par une purge périodique des conduites de charge d'alimentation avec un gaz ou fluide de purge, comme un oxydant pour le carbone. Les conduites 25 de charge d'alimentation peuvent être amenées à s'écailler ou peuvent être nettoyées mécaniquement en vue du retrait du coke. Pour toute combinaison de ces approches d'anti- encrassement ou d'anti-incrustation qui sont utilisées, 30 un objectif peut être la réduction au minimum du taux d'encrassement net qui se produit dans la conduite d'amenée de charge d'alimentation (c'est-à-dire le taux de dépôt du coke moins le taux de tout décokage (retrait de coke) exécuté). La charge d'alimentation préchauffée 35 pour l'obtention du noir de carbone peut être introduite continuellement dans un réacteur pour former le noir de carbone dans le réacteur d'une manière stable sans -49-
interruption (par exemple sans encrassement et bouchage des conduites d'amenée de charge d'alimentation) pendant une durée, par exemple, d'au moins environ 12 heures ou d'au moins environ 18 heures, ou d'au moins environ 24 heures, ou d'au moins environ 30 heures ou plus (par exemple 12 heures à 8 mois ou plus, 12 heures à 6 mois, 12 heures à 3 mois, 20 heures à 1 mois). Les économies de coût estimées se rapportant aux matières brutes pour le procédé de la présente invention, basées sur le modelage représenté dans les exemples, sont supérieures à 10% lorsque la charge d'alimentation est préchauffée à 500°C et sont supérieures à 20% lorsque la charge d'alimentation est préchauffée à 700°C, en mode de fonctionnement stable sans encrassement de la charge d'alimentation en comparaison avec une température classique de charge d'alimentation (inférieure à 300°C). Il y a également deux avantages additionnels dans la présente invention. Un est un mécanisme d'augmentation de rendement dû à des germes de préformation dans le processus de pyrolyse. Un deuxième mécanisme d'augmentation du rendement est dû à une auto-évaporation flash de la charge d'alimentation dans le réacteur de noir de carbone sans refroidissement des gaz environnants. De même, les stratégies anti-encrassement de la présente invention ne requièrent pas d'additifs chimiques, qui peuvent être non économiques et/ou incompatibles avec le traitement ou les produits de noir de carbone. Comme indiqué, la charge d'alimentation peut être chauffée à une température supérieure à environ 300°C, où à d'autres températures supérieures à 500°C en utilisant les présentes approches de contrôle d'encrassement ou d'incrustation. La température de la charge d'alimentation, résultant des avances ou progrès de la présente invention, peut être, par exemple, d'au moins 310°C, d'au moins 350°C, d'au moins 375°C, d'au moins 400°C, d'au moins 425°C, d'au moins environ 450°C ou d'au -50- moins environ 500°C ou d'au moins environ 550°C ou d'au moins environ 600°C ou d'au moins environ 650°C ou d'au moins environ 700°C ou d'au moins environ 750°C ou d'au moins environ 800°C, d'au moins 850°C ou d'environ 305°C à environ 850°C ou d'environ 350°C à environ 850°C ou d'environ 450°C à environ 750°C ou d'environ 450°C à environ 700°C ou d'environ 500°C à environ 750°C ou d'environ 500°C à environ 700°C. Cette température de la charge d'alimentation est la température de la charge d'alimentation formant le noir de carbone juste à la sortie du ou des réchauffeurs utilisées pour préchauffer la charge d'alimentation et/ou juste avant d'être introduite dans le réacteur de noir de carbone. La température de la charge d'alimentation à cet égard peut être mesurée ou détectée à un ou plusieurs points le long de la conduite d'amenée de la charge d'alimentation à partir du point où la température de la charge d'alimentation a augmenté à une valeur dépassant environ 300°C à l'extrémité d'évacuation de la conduite d'amenée ou d'alimentation où la charge d'alimentation est introduite dans le réacteur. Cette conduite d'amenée de charge d'alimentation inclut toute longueur d'un tube dans le réchauffeur de la charge d'alimentation à laquelle et après laquelle la température de la charge d'alimentation à augmenté à une valeur dépassant environ 300°C et avant le transport dans une portion de conduite d'amenée additionnelle s'étendant du réchauffeur de la charge d'alimentation au réacteur. En option, la température de la charge d'alimentation préchauffée peut avoir une valeur minimale absolue dans la conduite d'amenée de charge d'alimentation préchauffée non inférieure à 301°C et/ou, en option, une variabilité maximale de la température dans la conduite d'amenée de charge d'alimentation préchauffée peut être, par exemple, de ± 20%, ou ± 10%, ou ± 5% ou ± 2,5% ou ± 1% ou ± 0,5% en considérant tous les points le long de la conduite d'amenée de charge d'alimentation. Les températures de -51-
charge d'alimentation indiquées peuvent être utilisées en combinaison avec les diverses variables du processus de contrôle d'encrassement indiquées dans la présente. Un contrôle ou commande d'encrassement ou d'incrustation en utilisant la vitesse constatée de la charge d'alimentation, au moins en partie, peut inclure l'amenée de la ou des charges d'alimentation à cette vitesse au réchauffeur et/ou à travers le réchauffeur qui préchauffe la charge d'alimentation et/ou à travers la conduite d'amenée de la charge d'alimentation au réacteur. La vitesse peut être, par exemple, d'au moins environ 0,2 m/sec ou d'au moins environ 0,5 m/sec ou d'au moins environ 1 m/sec ou d'au moins environ 1,6 m/sec ou d'au moins environ 2 m/sec ou d'au moins environ 3 m/sec ou d'environ 0,2 m/sec à environ 10 m/sec ou d'environ 1 m/sec à environ 7 m/sec ou d'environ 1,5 m/sec à 3 m/sec ou d'environ 2 m/sec à environ 6 m/sec ou d'environ 3 m/sec à environ 5 m/sec. La vitesse de la charge d'alimentation est une vitesse linéaire relativement à l'axe longitudinal du conduit ou autre structure de conduite d'amenée. La vitesse de la charge d'alimentation (première vitesse) est mesurée au point d'introduction dans le réchauffeur qui préchauffe la charge d'alimentation. La vitesse de la charge d'alimentation à travers le ou les réchauffeurs et/ou à la sortie du ou des réchauffeurs peut être la même ou différente de la première vitesse et peut être, par exemple, plus grande (par exemple au moins 1% plus grande, au moins 2% plus grande, au moins 3% plus grande, au moins 5% plus grande, au moins 7% plus grande, au moins 10% plus grande, au moins 100% plus grande, au moins 200% plus grande, comme de 1% à 300% plus grande ou de 50% à 200% plus grande et analogue). La vitesse est mesurée ou calculée sur la base d'une densité de la charge d'alimentation mesurée à 60°C à 1 atm et basée sur la zone la plus petite en section transversale présente dans la conduite de charge d'alimentation mesurée. Cette conduite d'amenée de charge 2956666 -52-
d'alimentation peut inclure toute longueur de tube dans le réchauffeur de la charge d'alimentation à et/ou après laquelle la température de la charge d'alimentation a augmenté à une valeur dépassant environ 300°C et avant le 5 transport dans une portion de conduite d'amenée additionnelle s'étendant du réchauffeur de la charge d'alimentation au réacteur. Par exemple, la vitesse de la charge d'alimentation peut avoir une valeur minimale absolue dans la conduite d'amenée de la charge 10 d'alimentation non inférieure à 0,2 m/sec. et/ou en option, une variabilité maximale de la vitesse de la charge d'alimentation dans la conduite d'amenée de la charge d'alimentation peut être par exemple de ±20% ou ±10% ou ±5% ou ±1% ou ±0,5% en considérant tous les points 15 le long de la conduite d'amenée de la charge d'alimentation. Le contrôle d'encrassement utilisant la mise en pression de la charge d'alimentation, au moins en partie, peut comprendre la mise en pression de la charge 20 d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone, par exemple, à une pression supérieure à environ 10 bar ou supérieure à environ 20 bar ou supérieure à environ 30 bar ou supérieure à environ 40 bar ou supérieure à environ 50 bar ou d'environ 10 à environ 180 bar ou 25 d'environ 20 à environ 180 bar ou d'environ 40 à environ 180 bar ou d'environ 50 à environ 180 bar ou plus. Les pressions de la charge d'alimentation dans la présente sont indiquées comme pressions absolues. La pression (première pression) est la pression mesurée au point 30 avant l'introduction dans le réchauffeur pour le préchauffage. La pression à travers le ou les réchauffeurs qui préchauffent la charge d'alimentation et/ou après le ou les points d'introduction au réacteur peut être la même ou différente de la première pression, 35 comme inférieure à la première pression (par exemple au moins 1% plus basse, au moins 2% plus basse, au moins 3% plus basse, au moins 5% plus basse, au moins 7% plus 2956666 -53-
basse, au moins 10% plus basse, au moins 15% plus basse, au moins 20% plus basse, comme de 1% à 25% plus basse ou de 3% à 20% plus basse et analogue). Les mesures de pression de jauge devraient être ajustées à des valeurs 5 absolues d'une manière connue pour faire des comparaisons dans les plages indiquées dans la présente. La pression de la charge d'alimentation peut être mesurée ou détectée à un ou plusieurs points le long de la conduite d'amenée de la charge d'alimentation à partir du point où la 10 température de la charge d'alimentation a augmenté à une valeur dépassant environ 300°C à l'extrémité d'évacuation de la conduite d'amenée où la charge d'alimentation est introduite dans le réacteur. Cette conduite d'amenée de charge d'alimentation peut inclure toute longueur de tube 15 dans un réchauffeur de charge d'alimentation à laquelle et après laquelle la température de la charge d'alimentation a augmenté à une valeur dépassant environ 300°C et avant le transport dans une portion de conduite d'amenée additionnelle s'étendant du réchauffeur de la 20 charge d'alimentation au réacteur. La pression peut s'étendre directement avec la température de la charge d'alimentation pour le contrôle d'encrassement. Par exemple, une pression de la charge d'alimentation de 10 bar peut être appropriée pour contrôler l'encrassement à 25 une température de la charge d'alimentation de 300°C, tandis qu'une pression accrue supérieure à 10 bar, comme de 20 bar ou plus, peut être utile pour obtenir le même niveau de contrôle d'encrassement si la température de la charge d'alimentation est augmentée à 500°C, le reste 30 demeurant identique. Un contrôle d'encrassement utilisant un temps de séjour de charge d'alimentation total réduit peut être utilisé. Le temps de séjour total de la charge d'alimentation peut être le temps combiné passé dans au 35 moins un réchauffeur pour le préchauffage, y compris le temps que la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone passe avant l'introduction -54-
dans le réacteur. Le temps de séjour total peut être, par exemple, inférieur à environ 120 minutes, ou inférieur à environ 90 minutes ou inférieur à environ 60 minutes ou inférieur à environ 45 minutes ou inférieur à environ 30 minutes ou inférieur à 15 minutes ou inférieur à 10 minutes ou inférieur à 5 minutes ou inférieur à 4 minutes ou inférieur à 3 minutes ou inférieur à 2 minutes ou inférieur à 1 minute ou inférieur à 30 secondes ou inférieur à 15 secondes ou d'environ 1/60 minutes à environ 120 minutes ou d'environ 0,5 minute à environ 120 minutes ou d'environ 1 minute à environ 90 minutes ou d'environ 2 minutes à environ 60 minutes ou d'environ 3 minutes à environ 45 minutes ou d'environ 4 minutes à environ 30 minutes, ou de 5 à 30 minutes, ou de 5 à 40 minutes, ou de 10 à 30 minutes ou d'environ 5 minutes à environ 15 minutes. Le temps de séjour peut être une valeur moyenne ou une valeur maximale ou une valeur minimale. Le temps de séjour de la charge d'alimentation peut être déterminé à partir du point où la température de la charge d'alimentation a augmenté à une valeur dépassant environ 300°C au point où la charge d'alimentation est introduite dans le réacteur. Le temps de séjour peut s'étendre inversement à la température de la charge d'alimentation. Par exemple, un temps de séjour de la charge d'alimentation jusqu'à environ 120 minutes peut être toléré sans problèmes d'encrassement à une température de la charge d'alimentation de 310°C, tandis que le temps de séjour peut de préférence être réduit à moins que 120 minutes pour obtenir le même niveau de contrôle d'encrassement si la température de la charge d'alimentation est augmentée à 500°C, le reste demeurant identique. Le contrôle d'encrassement durant le préchauffage de la charge d'alimentation, par exemple, dans un réchauffeur de la charge d'alimentation, peut inclure l'utilisation d'un réchauffeur fonctionnant à une flux de chaleur moyen, par exemple supérieur à environ 10 kW/m2, -55-
ou supérieur à environ 20 kW/m2 ou supérieur à environ 30 kW/m2 ou supérieur à environ 50 kW/m2 ou supérieur à environ 100 kW/m2 ou d'environ 10 kW/m2 à environ 150 kW/m2 (ou plus), ou d'environ 20 à environ 150 kW/m2 ou d'environ 30 à environ 100 kW/m2 ou d'environ 40 à environ 75 kW/m2 ou d'environ 50 à environ 70 kW/m2. Le fonctionnement à un flux de chaleur plus élevé peut être considéré comme une mesure de contrôle d'encrassement parce que le flux de chaleur plus élevé se traduit par un échauffement plus rapide de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone et/ou permet un temps de séjour plus court dans le réchauffeur étant donné que moins de temps est nécessaire pour atteindre la température de préchauffage cible.
Le contrôle d'encrassement utilisant une surface non catalytique au craquage (par exemple craquage thermique) et/ou la polymérisation d'hydrocarbures sur les parois intérieures venant en contact avec la charge d'alimentation de la conduite d'amenée de la charge d'alimentation peuvent inclure, au moins en partie, par exemple, une ou plusieurs couches de revêtement de protection, comme un revêtement en céramique (par exemple, en silice, alumine, oxyde de chrome). Un contrôle d'encrassement utilisant une amenée en ligne périodique d'un gaz de purge à travers la conduite d'amenée de charge d'alimentation peut inclure l'injection d'un oxydant pour le carbone (par exemple le CO2, l'oxygène, la vapeur, des mélanges de vapeur et d'air) dans la conduite d'amenée de la charge d'alimentation à un ou des points accessibles le long de la conduite de charge d'alimentation. Le gaz de purge peut être introduit à une température de 150°C ou plus élevée ou dépassant 300°C en aval de tout moyen de pompage de charge d'alimentation liquide. La vitesse de la vapeur à travers la ligne ou conduite de purge peut être, par exemple, au moins d'environ 6 m/sec. Toutes les branches mortes de la charge d'alimentation peuvent être -56-
éliminées de sorte que la purge souffle immédiatement toute la charge d'alimentation dans le réacteur. Le gaz de purge peut être introduit en amont du réchauffeur de la charge d'alimentation pour assurer en outre que toutes les conduites d'amenée exposées à des températures de traitement dépassant 300°C soient traitées. Comme indiqué, le contrôle d'encrassement par le retrait du coke des conduites de charge d'alimentation peut inclure, par exemple, l'écaillage ou le raclage mécanique. L'écaillage, par exemple, peut impliquer le refroidissement d'un conduit ou conduite en ligne revêtu de coke de sorte qu'au moins une partie du coke déposé sur l'intérieur du conduit s'écaille ou se détache autrement des parois internes du conduit lorsque le conduit se contracte en dimension durant le refroidissement. Le coke relâché peut être rincé du conduit, et le conduit écaillé est à nouveau prêt pour l'utilisation. Durant l'écaillage, la charge d'alimentation peut être déviée du conduit à écailler, en utilisant des vannes, à travers une ou des conduites d'amenée en ligne alternatives au réacteur réalisé sur le dispositif. Lorsque le conduit écaillé est nettoyé, il est à nouveau prêt pour l'utilisation. Un autre procédé pour évacuer le coke déposé des conduites de charge d'alimentation peut impliquer l'installation d'un racleur mécanique à travers la conduite pour retirer mécaniquement le coke de l'intérieur des conduites. Durant le raclage mécanique, la charge d'alimentation peut être déviée, en utilisant des vannes, à travers une ou des conduites d'amenée en ligne alternatives au réacteur réalisé sur le dispositif, et durant ce temps, la conduite en train d'être nettoyée est temporairement hors service. L'écaillage et/ou le raclage mécanique, s'ils sont utilisés, peuvent être exécutés périodiquement sur les conduites d'amenée de la charge d'alimentation. La charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone qui peut être traitée à des températures 2956666 -57-
élevées avec le contrôle d'encrassement utilisant la présente invention peut généralement inclure toutes charges d'alimentation liquides ou huileuses d'hydrocarbures utiles pour la production du noir de 5 carbone. Des charges d'alimentation liquides appropriées comprennent, par exemple, des hydrocarbures insaturés, hydrocarbures saturés, oléfines aromatiques et autres hydrocarbures comme les kérosènes, naphtalènes, terpènes, goudrons d'éthylène, goudrons de houille, résidus de 10 craquage et stocks de cycle aromatique ou toute combinaison de ceux-ci. Les charges d'alimentation peuvent être, par exemple, l'huile de décantation, un produit de goudron de houille, des résidus de craquage d'éthylène, de l'huile contenant de l'asphaltène ou 15 toutes combinaisons de ceux-ci. Le type de charge d'alimentation peut agir sur le comportement d'encrassement. La chimie peut varier entre différents types de charges d'alimentation et/ou à l'intérieur d'un type de charges d'alimentation. Basé sur l'expérience et 20 des tests de laboratoire, l'huile de décantation, l'huile de cokeur, les goudrons de houille et les résidus de craquage d'éthylène, par exemple, peuvent tous s'incruster à diverses températures au-dessus d'environ 300°C. Les résidus de craquage d'éthylène (ECR), par 25 exemple, peuvent avoir une teneur en asphaltènes relativement élevée. D'autres types de charges d'alimentation peuvent également contenir des asphaltènes et/ou avoir une chimie sujette à d'autres mécanismes d'encrassement. 30 La teneur en asphaltène de la charge d'alimentation peut être, par exemple, de 0% à environ 30% en poids ou d'au moins environ 0,5 en poids ou d'au moins environ 1% en poids ou d'au moins environ 2% en poids ou d'au moins environ 3% en poids ou d'environ 1% à environ 10% en 35 poids ou d'environ 2% à environ 7,5% en poids ou d'environ 2,5% à environ 5% en poids, basé sur le poids total de la charge d'alimentation. La charge -58-
d'alimentation peut avoir un point d'ébullition initial, par exemple d'environ 160°C à environ 500°C, ou d'environ 180°C à environ 450°C, ou d'environ 200°C à environ 400°C ou d'environ 225°C à environ 350°C. Le point d'ébullition initial se réfère à la température à laquelle le premier composant de la charge d'alimentation (de la charge d'alimentation) s'évapore. La charge d'alimentation peut avoir un point d'ébullition moyen ou de plage moyenne, par exemple d'environ 380°C à environ 800°C, ou d'environ 400°C à environ 500°C, ou d'environ 425°C à environ 475°C ou d'environ 440°C à environ 460°C. Le point d'ébullition moyen se réfère à une température à laquelle 50% des composants de la charge d'alimentation se sont évaporés. La charge d'alimentation peut avoir un point d'ébullition final, par exemple, d'environ 600°C à environ 900°C, ou d'environ 625°C à environ 725°C, ou d'environ 650°C à environ 700°C ou d'environ 670°C à environ 690°C. Le point d'ébullition final se réfère à la température à laquelle 100% des composants de la charge d'alimentation se sont évaporés. D'autres points d'ébullition initiaux, de mi-plage et/ou finaux peuvent s'appliquer en fonction du choix et de la chimie de la charge d'alimentation. Des plages exemplaires de combinaisons des variables de processus de contrôle d'encrassement sont indiquées dans le Tableau 1. -59-Tableau 1 Comb. No. 1 2 3 4 5 6 7 Temp. de >300 360-850 >450 >300 360-700 450-700 400- Préchauf- 600 fage °C Temp de 120 120- 120 - 45 40 - 5 30 - 5 35 - séjour 1/60 1/60 10 Max (1), minute Vitesse 0,2 0,2 0,2 1 1,6 1,6 1,6 (2) min, m/s Pression >10 >20 20-180 >10 >20 30-180 30-120 (3), bar Flux de >10 >20 20-150 >10 >20 20-150 25-100 chaleur moyen, kW/m2 Type de charge Huile de décantation, produits de goudron de houille, d'alimentation résidus de craquage d'éthylène, 1'asphaltène huiles contenant de Point Point Point d'ébullition d'ébullition de d'ébullition mi-plage final Température 160-500 380 - 800 600-900 d'ébullition de la charge d'alimentation °C Mécanismes de Ebullition Pyrolyse en phase catalytique cokérie: de film liquide Atténuation Pression, Température, temps Passivation vitesse, flux de séjour, de surface de chaleur pression Retrait de coke Décokage: vapeur ou vapeur/air ; écaillage (en ligne) ; mécanique (hors-ligne) 2956666 -60-
(1) charge d'alimentation préchauffée avant réacteur (2) à travers réchauffeur basée sur des conditions de test de 60°C à 1 atm (3) avant le réchauffeur Au vu des indications décrites ci-dessus et autres de la présente, des combinaisons appropriées de variables de processus pour réaliser un contrôle d'encrassement pour les conduites d'amenée de charge d'alimentation préchauffées peuvent être déterminées d'une manière directe ou sans détour par l'homme de l'art. Les procédés de la présente invention peuvent être utilisés avec des réacteurs de noir de carbone de fourneau avec les adaptations et modifications indiquées dans la présente. Les procédés de la présente invention peuvent être mis en pratique, par exemple, dans un réacteur de noir de carbone de fourneau modulaire, également référencé comme "à étages". Des réacteurs de four ou fourneau à étages qui peuvent être adaptés ou modifiés pour la pratique de la présente invention sont indiqués, par exemple, dans les Brevets U.S. Nos. 3 922 335 ; 4 383 973 ; 5 190 739 ; 5 877 250 ; 5 904 762 ; 6 153 684 ; 6 156 837 ; 6 403 695 et 6 485 693 B1, auxquels on peut se référer. Le contrôle d'encrassement réalisé par la présente invention peut permettre, en option, le préchauffage d'au moins une portion de la charge d'alimentation en chauffant la charge d'alimentation avec la chaleur produite par le réacteur de fourneau d'un ou de plusieurs emplacements du réacteur. Cet avantage est illustré dans la description suivante en se reportant à plusieurs figures. La présente invention se rapporte également à un dispositif de production du noir de carbone. Le dispositif ou le système comprend: un réacteur pour combiner un écoulement de gaz chauffés et au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone pour former un écoulement de réaction dans lequel le noir de carbone est formé dans le -61-
réacteur ; au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation pour amener la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a au moins un point d'introduction de la charge d'alimentation dans le réacteur pour combiner la charge d'alimentation avec l'écoulement des gaz chauffés ; au moins un réchauffeur de la charge d'alimentation apte à préchauffer la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone amené dans au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation à une température d'au moins environ 300°C ; au moins une pompe actionnable pour mettre en pression la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une pression supérieure à environ 10 bar avant que la charge d'alimentation ne soit préchauffée à au moins environ 300°C et pour obtenir une vitesse de la charge d'alimentation dans le réchauffeur d'au moins environ 0,2 m/sec ou les deux ; et un refroidisseur brusque pour refroidir le noir de carbone dans l'écoulement de réaction. Le dispositif est actionnable pour réaliser un temps de séjour de la charge d'alimentation dans au moins un réchauffeur de la charge d'alimentation et dans la conduite d'amenée de la charge d'alimentation avant l'introduction dans le réacteur de la charge d'alimentation préchauffée à au moins environ 300°C qui est inférieur à environ 120 minutes. Le réchauffeur de la charge d'alimentation peut être comme indiqué ci-dessus et peut être ou inclure un échangeur de chaleur apte à chauffer la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à un flux de chaleur moyen supérieur à environ 10 kW/m2. Le réchauffeur de la charge d'alimentation peut être positionné dans le réacteur pour venir en contact avec un écoulement de réaction apte à chauffer la charge d'alimentation à une température d'au moins 300°C, comme 2956666 -62-
d'au moins 370°C. Le réchauffeur peut être positionné en contact (directement ou indirectement) avec au moins une portion du réacteur apte à chauffer la charge d'alimentation à une température d'au moins 300°C, comme 5 d'au moins 370°C. Le au moins un réchauffeur de la charge d'alimentation peut être ou inclure un échangeur de chaleur positionné dans le réacteur en aval du refroidisseur, où l'échangeur de chaleur comporte des parois aptes à être chauffées par l'écoulement de réaction sur un premier côté 10 de celles-ci et apte à venir en contact avec la charge d'alimentation sur un côté opposé de celles-ci avant que la charge d'alimentation ne soit amenée dans la ligne ou conduite d'amenée de charge d'alimentation dans laquelle celle-ci peut être chauffée à une température d'au moins 15 300°C, comme d'au moins 370°C dans l'échangeur de chaleur. Le dispositif peut comporter au moins un échangeur de chaleur pour un caloporteur apte à s'écouler, positionné dans le réacteur, à venir en contact avec l'écoulement de réaction, et au moins un réchauffeur de charge 20 d'alimentation précité est à l'extérieur du réacteur et est apte à échanger la chaleur du caloporteur apte à s'écouler qui est sorti de l'échangeur de chaleur avec la charge d'alimentation dans le réchauffeur de la charge d'alimentation pour chauffer celle-ci à une température 25 d'au moins 300°C, comme d'au moins 370°C. Le réchauffeur de la charge d'alimentation peut être apte à échanger la chaleur d'un écoulement de gaz résiduaire d'un réacteur (un réacteur recevant la charge d'alimentation préchauffée ou une charge différente) pour chauffer la charge 30 d'alimentation à une température d'au moins 300°C, comme d'au moins 370°C. Le dispositif peut comporter un réchauffeur par plasma apte à chauffer un écoulement de gaz pouvant être chauffé par plasma pour réaliser au moins une partie de l'écoulement de gaz chauffés. Le dispositif peut 35 comporter une surface non catalytique sur une partie ou l'ensemble des parois venant en contact avec la charge d'alimentation du réchauffeur de la charge d'alimentation -63-
et/ou les parois intérieures venant en contact avec la charge d'alimentation d'au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation, où la surface est non catalytique au craquage thermique ou à la polymérisation d'hydrocarbures.
Le dispositif peut comporter un revêtement en céramique non catalytique sur les parois venant en contact avec la charge d'alimentation du réchauffeur de la charge d'alimentation et/ou les parois intérieures venant en contact avec la charge d'alimentation d'au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation précitée. Le dispositif peut comporter au moins une source de gaz de purge, comme un oxydant pour le carbone et au moins un point d'introduction de gaz de purge sur au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation précitée apte à purger périodiquement au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation précitée avec le gaz de purge. Le réacteur peut être amené à combiner la charge d'alimentation et l'écoulement des gaz chauffés pour former continuellement le noir de carbone dans le réacteur pendant au moins environ 12 heures.
A titre d'exemple, la figure 1 représente une portion d'un type d'un réacteur de noir de carbone de fourneau qui peut être utilisé dans un procédé de la présente invention pour produire des noirs de carbone, où au moins une portion du préchauffage comprend l'échauffement de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone avec l'écoulement de réaction dans le réacteur pour chauffer la charge d'alimentation à une température supérieure à environ 300°C. Une ou plusieurs des approches de contrôle d'encrassement indiquées est appliquée au schéma de processus indiqué sur la figure 1 pour supporter l'utilisation d'une telle charge d'alimentation préchauffée. En se reportant à la figure 1, le noir de carbone de la présente invention peut être produit dans un réacteur de noir de carbone de fourneau 2, comportant une zone de combustion ou brûleur 10, qui possède une zone optionnelle d'un diamètre convergent 11, une ou des zones d'injection -64-
de charge d'alimentation 12 et une ou des zones de réaction 13. Une première zone de refroidissement brusque 14 fait suite à la zone de réaction 13. Des diamètres et longueurs utiles de ces diverses zones qui peuvent être utilisés peuvent être sélectionnés en se reportant aux brevets indiqués ci-dessus. Pour produire les noirs de carbone, des gaz de combustion chauds sont produits dans une zone de combustion 10, en faisant réagir un combustible liquide ou gazeux avec un oxydant approprié comme l'air, l'oxygène, des mélanges d'air et d'oxygène ou analogue. Parmi les combustibles qui conviennent pour l'utilisation pour la réaction avec l'écoulement oxydant dans la zone de combustion 10, pour produire les gaz de combustion chauds, sont inclus l'un quelconque d'écoulement de gaz, de vapeur et/ou de liquide facilement combustibles comme le gaz naturel, l'hydrogène, le monoxyde de carbone, le méthane, l'acétylène, des alcools ou le kérosène. Cependant, il est généralement préféré d'utiliser des combustibles ayant une teneur élevée en composants contenant du carbone et, en particulier, d'hydrocarbures. Le rapport stoechiométrique de l'air au gaz naturel utilisé pour produire les noirs de carbone de la présente invention peuvent être d'environ 0,6:1 à l'infini ou d'environ 1:1 (rapport stoechiométrique) à l'infini. Pour faciliter la génération des gaz de combustion chauds, l'écoulement oxydant peut être préchauffé. L'écoulement de gaz de combustion chauds s'écoule en aval des zones 10 et 11 dans les zones 12 et 13, et ensuite 14. La direction de l'écoulement des gaz de combustion chauds est indiquée sur la figure 1 par la flèche. La charge d'alimentation 15 pour l'obtention du noir de carbone est introduite au point 16 situé dans la zone 12. La charge d'alimentation peut être introduite soit par une ou des sondes, radialement vers l'intérieur à travers une pluralité d'ouvertures positionnées dans la paroi de la zone 12 au point 16 ou une combinaison des deux. La charge d'alimentation peut être introduite axialement ou radialement à travers une ou des sondes -65-
insérées axialement à travers le brûleur n'importe où dans les zones 11, 12 et/ou 13 (opération stinger). Pour l'utilisation dans la présente comme types de charges d'amenée d'hydrocarbures pour l'obtention du noir de carbone, qui peuvent être facilement volatilisées sous les conditions de la réaction, conviennent les charges d'alimentation indiquées avant. Des pointes de réacteur/brûleur peuvent avoir davantage tendance à s'éroder à des températures élevées de la charge d'alimentation. Des matériaux comme l'alliage métallique STELLITE® 6, par exemple, peuvent être utilisés pour étendre la durée de vie de la pointe. Comme représenté sur la figure 1, la charge d'alimentation 15 pour l'obtention du noir de carbone est préchauffée à une température supérieure à environ 300°C avant son introduction dans le réacteur 2. La charge d'alimentation préchauffée est introduite dans au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation 17 au point d'introduction de charge d'alimentation précité 16 dans le réacteur 2. Lors de l'introduction, la charge d'alimentation se combine ou se mélange avec l'écoulement des gaz chauffés pour former un écoulement de réaction dans lequel le noir de carbone est formé dans le réacteur. Le noir de carbone dans l'écoulement de réaction peut être refroidi brusquement dans une ou plusieurs zones. Par exemple, à l'emplacement de refroidissement 18 de la zone de refroidissement 14, du fluide de refroidissement est injecté, qui peut inclure de l'eau, et qui peut être utilisé pour arrêter complètement ou sensiblement complètement la pyrolyse de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone ou seulement refroidir partiellement la charge d'alimentation sans arrêter la pyrolyse, suivie d'un refroidissement secondaire (non représenté) utilisé pour arrêter la pyrolyse de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone. Comme également représenté sur la figure 1, le réchauffeur de charge d'alimentation peut comporter un -66-
échangeur de chaleur 19 (HXR), qui peut avoir des parois de réchauffeur (non représentées) comme celles utilisées dans des conceptions d'échangeurs de chaleur connus, chauffés par l'écoulement de réaction sur un premier côté de celles- ci et venant en contact avec la charge d'alimentation sur un côté opposé de celles-ci avant que la charge d'alimentation ne soit amenée dans la conduite d'amenée de charge d'alimentation. Comme indiqué, la charge d'alimentation est chauffée dans l'échangeur de chaleur à une température supérieure à environ 300°C. Bien que représenté en aval d'un refroidisseur, l'échangeur de chaleur de la charge d'alimentation peut se situer en amont du refroidisseur dans l'écoulement de réaction à condition que le réchauffeur soit d'une construction qui peut tolérer et fonctionner à des températures plus élevées de pré-refroidissement dans le réacteur. Le réchauffeur de la charge d'alimentation peut être agencé de façon à être en contact physique avec au moins une portion du réacteur, par exemple, un enroulement ou tube situé à l'intérieur et/ou contre et en contact avec une ou des parois chauffées du réacteur pour chauffer la charge d'alimentation à une température supérieure à environ 300°C. Bien que cela ne soit pas représenté sur la figure 1, l'échangeur de chaleur peut chauffer en option la charge d'alimentation à une température intermédiaire (par exemple au-dessus de 250°C ou 50°C à 350°C, ou d'autres températures en dessous de la température préchauffée cible) ou peut être utilisé pour amener la température de préchauffage au-dessus de 300°C, et ensuite un autre échangeur de chaleur ou réchauffeur externe ou interne au réacteur peut être utilisé pour chauffer à la température de préchauffage finale. L'écoulement de réaction dans le réacteur peut avoir une température au refroidissement, par exemple d'environ 600°C à environ 2000°C, ou d'environ 800°C à environ 1800°C ou d'environ 1000°C à environ 1500°C ou d'autres températures élevées attestant une réaction exothermique extrême qui est produite dans le réacteur de fourneau. La 2956666 - 67 -
présente invention permet de réaliser un échange de chaleur de la charge d'alimentation avec la chaleur exothermique élevée produite par les réactions dans le réacteur sans que se produisent des problèmes d'encrassement dans les 5 conduites d'amenée de la charge d'alimentation. La présente invention permet donc une amélioration de la récupération de l'énergie et une économie des coûts des matières premières en comparaison avec la production classique du noir de carbone qui a lieu à des températures bien plus 10 basses de la charge d'alimentation. Comme également représenté sur la figure 1, au moins une pompe 20 peut être installée en ligne sur la conduite de charge d'amenée en amont du réchauffeur 19 utilisé pour augmenter la température de la charge d'alimentation à une 15 valeur dépassant 300°C. La pompe peut être utilisée pour mettre en pression la charge d'alimentation avant qu'elle n'entre dans le réchauffeur. De cette manière, la charge d'alimentation peut déjà être mise en pression au moment où la température de celle-ci est augmentée à des valeurs 20 élevées auxquelles des problèmes d'encrassement dans la conduite d'amenée de la charge d'alimentation se produiraient autrement en l'absence de la mise en pression ou d'autres approches de contrôle d'encrassement indiquées. Etant donné que la charge d'alimentation peut 25 habituellement subir une chute de pression durant le passage à travers le réchauffeur sous des conditions de fonctionnement normales (par exemple une chute de pression de 0 à environ 20 bar), ce qui dépend, par exemple, de la conception de l'échangeur de chaleur et du mode de 30 fonctionnement, toute mise en pression appliquée à la charge d'alimentation comme une mesure de contrôle d'encrassement devrait compenser toute chute de pression qui peut se produire ou à laquelle on s'attend dans l'échangeur de chaleur de la charge d'alimentation et de 35 toute autre chute de pression qui se produit ou à laquelle on peut s'attendre dans les conduites d'amenée ou autres conduites utilisées pour transporter la charge 2956666 - 68 -
d'alimentation préchauffée au réacteur, particulièrement, si nécessaire, pour maintenir la pression de la charge d'alimentation dans une valeur de plage préciblée. Bien qu'une seule conduite d'amenée de charge d'alimentation et 5 un point d'injection de celle-ci sur le réacteur soient illustrés sur la figure 1, et sur d'autres figures de la présente, pour simplifier l'illustration, il faut comprendre que de multiples conduites d'amenée de charge d'alimentation et de points d'injection sur le réacteur 10 peuvent être utilisés auxquels les contrôles d'encrassement indiqués peuvent également s'appliquer. Après le refroidissement brusque du mélange de gaz de combustion chauds et de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone, les gaz refroidis passent 15 en aval à des étapes de refroidissement et de séparation classiques où le noir de carbone est récupéré. La séparation du noir de carbone de l'écoulement des gaz peut être facilement accomplie par des dispositifs classiques comme un dispositif de précipitation, un séparateur 20 cyclonique ou un filtre à sac. En ce qui concerne le refroidissement brusque complet des réactions pour former le produit de noir de carbone final, tout processus classique pour refroidir brusquement la réaction en aval de l'introduction de la charge d'alimentation pour l'obtention 25 du noir de carbone peut être utilisé, et l'homme de l'art les connaît. Par exemple, un fluide de refroidissement peut être injecté qui peut être de l'eau ou d'autres fluides appropriés pour arrêter la réaction chimique. La figure 2 représente une portion d'un autre type de 30 réacteur de noir de carbone de fourneau qui peut être utilisé dans un procédé de la présente invention pour produire des noirs de carbone, où au moins une portion du préchauffage comprend la mise en contact d'un échangeur de chaleur 21 avec un écoulement de réaction dans le réacteur, 35 dans lequel un milieu ou support de chaleur coulant 28, comme la vapeur ou l'azote, s'écoulant à travers l'échangeur de chaleur, est chauffé dans le réacteur, et la - 69 -
vapeur chauffée (par exemple la vapeur superchauffée) sort ensuite de l'échangeur de chaleur et du réacteur et est conduite à travers un réchauffeur de charge d'alimentation séparé 22 positionnée à l'extérieur du réacteur où elle est apte à échanger la chaleur avec la charge d'alimentation dans le réchauffeur de la charge d'alimentation pour chauffer celle-ci à une température supérieure à environ 300°C, comme 370°C ou plus élevée. La figure 3 représente une portion d'un autre type de réacteur de noir de carbone de fourneau qui peut être utilisé dans un procédé de la présente invention pour produire des noirs de carbone, où au moins une portion du préchauffage comprend la mise en contact d'un réchauffeur de charge d'alimentation 23 avec un gaz résiduaire qui sort du réacteur pour chauffer la charge d'alimentation dans le réchauffeur à une température supérieure à environ 300°C (ou au moins partiellement à la température cible). La figure 4 représente un autre type de réacteur de noir de carbone de fourneau qui peut être utilisé dans un procédé de la présente invention dans lequel l'écoulement des gaz chauffés comprend en outre au moins en partie ou complètement un gaz chauffé 24 qui a été chauffé au moins en partie ou complètement en utilisant un réchauffeur par plasma 25. L'échauffement par plasma du gaz peut être accompli, par exemple, en accord avec des procédés que l'homme de l'art connaît. Une torche à plasma peut être utilisée, par exemple, comme représenté dans le brevet U.S. No. 5 486 674, auquel on peut se référer, et on peut se référer à l'échauffement par plasma décrit dans les brevets U.S. Nos. 4 101 639 et 3 288 696. Comme également représenté sur la figure 4, la charge d'alimentation peut être chauffée indirectement par un milieu chauffant (par exemple la vapeur) qui a échangé la chaleur avec l'écoulement de réaction dans l'échangeur de chaleur 26 dans le réacteur, ou bien alternativement, la charge d'alimentation peut être chauffée directement dans l'échangeur de chaleur 26 dans le réacteur, comme -70-
représenté par les lignes hachurées. La conception de l'échangeur de chaleur utilisée pour le préchauffage de la charge d'alimentation à l'intérieur ou à l'extérieur du réacteur, dans ces divers schémas de processus de la présente invention, peut être n'importe quelle conception d'échangeur de chaleur classique, comme une calandre et des tubes, une calandre et des spirales, des plaques et châssis et analogue. Lorsque l'échangeur de chaleur a une configuration à spirales en ligne, un conduit de modèle 80 et des coudes peuvent être utilisés, par exemple, pour les spirales en ligne pour éviter des problèmes de corrosion/érosion. De même, un pas constant entre les tubes peut être utilisé pour construire le conduit à spirales en ligne, et les spirales peuvent être utilisées sur toute la section transversale du collecteur des fumées. Les coefficients de transfert de chaleur pour des spirales en ligne peuvent varier d'une manière importante pour les différents grades et les différentes installations.
De même, n'importe laquelle des charges d'alimentation pour les schémas processus et procédés de décrits peuvent contenir des matériaux ou compositions additionnelles qui sont généralement utilisés pour fabriquer le noir de carbone classique. Le procédé de la présente invention peut inclure en outre l'introduction d'au moins une substance qui est ou qui contient au moins un élément (ou ion de celui-ci) du Groupe IA et/ou du Groupe IIA du Tableau Périodique. La substance contenant au moins un élément (ou ion de celui-ci) du Groupe IA et/ou du Groupe IIA contient au moins un métal alcalin ou un métal alcalino-terreux. Les exemples comprennent le lithium, sodium, potassium, rubidium, césium, francium, calcium, baryum, strontium ou radium ou leurs combinaisons. Tous les mélanges d'un ou de plusieurs de ces composants peuvent être présents dans la substance. La substance peut être un solide, une solution, une dispersion, un gaz ou toute combinaison de ceux-ci. Plus d'une substance ayant le métal 2956666 -71-
(ou ion de celui-ci) identique ou différent du Groupe IA et/ou du Groupe IIA peut être utilisée. Si des substances multiples sont utilisées, les substances peuvent être ajoutées ensemble, séparément, séquentiellement ou à des 5 emplacements de réaction différents. Aux fins de la présente invention, la substance peut être le métal (ou l'ion métallique) lui-même, un composé contenant un ou plusieurs de ces éléments, incluant un sel contenant un ou plusieurs de ces éléments et analogue. La substance peut 10 être apte à introduire un métal ou un ion métallique dans la réaction qui se produit pour former le produit de noir de carbone. A des fins de la présente invention, la substance contenant au moins un métal (ou ion de celui-ci) du Groupe IA et/ou IIA, si utilisé, peut être introduite à 15 n'importe quel point dans le réacteur, par exemple avant le refroidissement complet. Par exemple, la substance peut être ajoutée à n'importe quel point avant le refroidissement complet, incluant avant l'introduction de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de 20 carbone dans un premier étage de réaction ; durant l'introduction de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone dans un premier étage de réaction ; après l'introduction de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone dans un premier étage de 25 réaction avant, durant ou directement après l'introduction de n'importe quelle deuxième charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone ; ou toute étape après l'introduction d'une seconde charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone mais 30 avant le refroidissement complet. Plus qu'un point d'introduction de la substance peut être utilisé. La quantité de métal (ou de l'ion de celui-ci) du Groupe IA et/ou du Groupe IIA contenant une substance, si utilisée, peut être n'importe quelle quantité aussi 35 longtemps qu'un produit de noir de carbone peut être formé. Les substances peuvent être ajoutées en une quantité telle que 200 ppm ou plus de l'élément ou de l'ion du Groupe IA -72-
et/ou de l'élément (ou de l'ion de celui-ci) du Groupe IIA soient présents dans le produit de noir de carbone formé en fin de compte. D'autres quantités comprennent environ 200 ppm à environ 20 000 ppm ou plus, et d'autres plages peuvent être de 500 ppm à environ 20 000 ppm, ou d'environ 1000 ppm à environ 20 000 ppm ou d'environ 5000 ppm à environ 20 000 ppm ou d'environ 10 000 ppm à environ 20 000 ppm ou d'environ 300 ppm à environ 5000 ppm ou d'environ 500 ppm à environ 3000 ppm ou d'environ 750 ppm à environ 1500 ppm de l'élément (ou de l'ion de celui-ci) du Groupe IA et/ou du Groupe IIA présent dans le produit de noir de carbone qui est formé. Ces niveaux peuvent être établis par rapport à la concentration de l'ion métallique. Ces quantités de l'élément (ou de l'ion de celui-ci) du Groupe IA et/ou du Groupe IIA présentes dans le produit de noir de carbone qui est formé peuvent être par rapport à un élément ou plus qu'un élément (ou ion de celui-ci) du Groupe IA et/ou du Groupe IIA et seraient de ce fait une quantité combinée d'éléments (ou d'ions de ceux-ci) du Groupe IA et/ou du Groupe IIA présents dans le produit de noir de carbone qui est formé. De ce fait, ces quantités peuvent s'appliquer à la teneur en élément/ion du Groupe IA ou en élément/ion du Groupe IIA. La substance peut être ajoutée de n'importe quelle manière. La substance peut être ajoutée de la même manière qu'une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone est introduite. La substance peut être ajoutée sous forme de gaz, liquide ou solide ou toute combinaison de ceux-ci. La substance peut être ajoutée à un point ou à plusieurs points et peut être ajoutée comme un écoulement unique ou une pluralité d'écoulements. La substance peut être mélangée avec la charge d'alimentation, le combustible et/ou l'oxydant avant ou durant leur introduction. Un procédé selon lequel une substance contenant au moins un élément (ou ion de celui-ci) du Groupe IA et/ou du Groupe IIA comme, par exemple, le potassium peut être introduite dans la charge d'alimentation a lieu par -73-
l'incorporation de la substance dans la charge d'alimentation. Dans un autre procédé, la substance est introduite dans le réacteur séparément de la charge d'alimentation, par exemple en utilisant une lance d'injection qui s'étend dans le réacteur. L'addition d'une solution de potassium à une charge d'alimentation à température élevée, par exemple, peut créer un risque d'un bouchage de la pointe, résultant par exemple d'une distillation par détente de potassium. L'injection d'ions de potassium ou d'autres métaux (ou ions de ceux-ci) du Groupe IA et/ou IIA avec une lance dans le brûleur peut être utilisée pour réduire ce risque. De même, l'utilisation d'une lance pour introduire des métaux de potassium (ou ions de ceux-ci) du Groupe IA et/ou IIA dans le réacteur, qui a de plus grandes ouvertures que les ouvertures standard, peut être utilisée pour réduire le risqué de bouchage ou pour permettre le nettoyage d'une lance pendant qu'elle est en charge. Pour réduire le risque d'un endommagement du revêtement du brûleur lors de la réalisation de grades d'ions de potassium élevés de noir de carbone, il se peut que la température de la charge d'alimentation doit être réduite à une valeur inférieure toujours dans la plage > 300°C de sorte que les ions de potassium peuvent être injectés dans l'huile. Pour un préchauffage de la charge d'alimentation > 300°C, une forme soluble d'huile alternative de potassium peut être utilisée, comme le matériau CATALYST® 460 HF du Groupe OM, qui peut être injecté directement dans la charge d'alimentation. Le matériau CATALYST® 460 HF est un sel organique de potassium (potassium néodécanoate) qui est soluble dans la charge d'alimentation, et ainsi il ne devrait pas subir le même risque de problèmes de flashing ou de distillation par détente que les solutions aqueuses. Par conséquent, les schémas de processus de la présente invention basés sur des stratégies combinées de charge d'alimentation à température élevée et d'anti-encrassement peuvent être conçus pour être compatibles avec - 74 -
l'utilisation de modificateurs de noir de carbone dans le processus, comme des additifs de commande structurels (par exemple le potassium ou d'autres sources de métal alcalin/ions).
Les conditions et conceptions de préchauffage de la charge d'alimentation rendues faisables par la présente invention peuvent fournir des avantages et bénéfices comme, par exemple, une meilleure récupération d'énergie, des économies se rapportant au coût des matières premières, des augmentations du noir de carbone, des réductions des émissions de dioxyde de carbone, une production de noir de carbone stable ou continue pour des durées de temps industriellement utiles à des conditions de températures de charge d'alimentation élevées ou toute combinaison de ceux- ci. On s'attend à ce qu'un préchauffage de la charge d'alimentation supérieur à 300°C réduit les niveaux d'émission de soufre et des NOx sur une base du débit massique sous des conditions de production constantes. On s'attend à ce que le taux d'émission par kg de noir de carbone diminue sous toutes les conditions de fonctionnement. La concentration des émissions dépendra des conditions de fonctionnement particulières sélectionnées. En plus des bénéfices et avantages indiqués avant, d'autres bénéfices potentiels du préchauffage de la charge d'alimentation peuvent être réalisés en accord avec la présente invention. Un mécanisme d'augmentation de rendement peut résulter des sémences de préformation dans le processus de pyrolyse. Sans chercher à être lié par une théorie particulière, la charge d'alimentation peut subir des réactions de déshydrogénation d'hydrocarbures aromatiques polycycliques (PAH) et l'abstraction de groupes non aromatiques durant l'étape de préchauffage. On s'attend à ce que des PAHs déshydrogénés forment de germes plus rapidement que le matériau initial. Il s'est avéré dans les exemples qu'une haute pression commande le taux ou la vitesse de déshydrogénation. La pression, le temps de séjour et/ou le contrôle ou la commande de température, -75-
comme décrit en détail dans la présente, peuvent commander la formation de grandes molécules PAH qui pourraient potentiellement réaliser un mécanisme de contrôle pour la production des germes de noir de carbone. Comme indiqué, la chute d'une pyrolyse de charge d'alimentation à température élevée est le potentiel pour une cokéfaction et formation de grains, qui sont réduites ou empêchées dans la présente invention où les conditions d'une température élevée de la charge d'alimentation sont combinées avec les approches de contrôle d'encrassement en place. Un deuxième mécanisme pour l'augmentation du rendement peut être constitué, par exemple, par une évaporation flash de la charge d'alimentation préchauffée dans le réacteur de noir de carbone sans refroidir les gaz environnants. L'évaporation flash de la charge d'alimentation éviterait la nécessité d'utiliser des gaz de carneau du brûleur pour l'atomisation de la charge d'alimentation. Lors de l'injection à une pression proche de la pression atmosphérique dans le réacteur de noir de carbone, la charge d'alimentation préchauffée à des températures dépassant 300°C peut avoir une énergie interne suffisante pour s'auto-évaporer et se mélanger avec les gaz de carneau du brûleur. Tout type de grade ASTM (par exemple, N100 à N1000) ou d'autres grades de noir de carbone peuvent être réalisés par la présente invention. Le noir de carbone réalisé par les processus de la présente invention peuvent avoir une ou plusieurs propriétés ou caractéristiques uniques (ou propriétés avantageuses) et/ou paramètres résultant de l'utilisation de températures de préchauffage élevées de la charge d'alimentation et/ou d'autres paramètres de processus mentionnés dans la présente. Le noir de carbone réalisé par les procédés et agencements d'équipement de la présente invention peuvent être utilisés dans toute application d'utilisation finale où des noirs de carbone classiques sont utilisés, par exemple des encres, pigments, produits plastiques, scellements, adhésifs, revêtements, produits élastomères, toners, piles à combustibles, 2956666 -76-
bandages ou parties de ceux-ci, parties moulées, composants électroniques, câbles, fils métalliques ou parties de ceux-ci et analogue en utilisant des quantités classiques ou plus basses. 5 Par la présente invention, un avantage qui peut être atteint est la formation de noirs de carbone commercialement acceptables ayant la même morphologie et/ou d'autres paramètres que le noir de carbone réalisé d'une manière classique. Par la présente invention, des noirs de 10 carbone commercialement acceptables ayant la même morphologie et/ou d'autres paramètres sont aptes à être fabriqués en utilisant les processus de la présente invention. En option, un avantage qui peut être atteint par la présente invention est la formation de noirs de carbone 15 qui ont une quantité de PAH bien plus basse. Une quantité de PAH plus basse dans les noirs de carbone ne modifie pas la performance du noir de carbone, et généralement une quantité de PAH élevée n'est pas souhaitable pour diverses raisons. Par la présente invention, un noir de carbone 20 sélectionné peut être réalisé ayant la même morphologie ou essentiellement la même morphologie (c'est-à-dire une valeur de morphologie avec une variation de plus ou moins 5% dans une ou plusieurs propriétés morphologiques comme OAN, COAN et analogue) comme le noir de carbone sélectionné 25 réalisé par un procédé classique en utilisant les mêmes conditions de réacteur et de charge d'alimentation (mais où il n'y a pas de préchauffage de la charge d'alimentation à des températures supérieures à 300°C avant l'amenée de la charge d'alimentation à un réacteur de noir de carbone). 30 Les niveaux de PAH d'un noir de carbone sélectionné de la présente invention peuvent être réduits, sur une base de poids ppm, de 10% à 50%, de 20% à 50%, ou de 30% à 100% ou plus, bases sur des niveaux ppm, en comparaison avec le noir de carbone sélectionné ayant la même morphologie mais 35 préparé sans préchauffage de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une température supérieure à 300°C avant l'entrée dans le réacteur de noir de carbone - 77 - pour former le noir de carbone et en utilisant les mêmes conditions de réacteur et de charge d'alimentation. En outre, les niveaux de PAH (hydrocarbures aromatiques polycyliques) dans le noir de carbone peuvent être séparés en trois catégories de poids ou masse moléculaire (MW): des PAHs de MW élevé (supérieur à 250 moyenne de poids MW) ; des PAHs de MW médians (200 à 250 moyenne en poids MW) ; et des PAHs de MW bas (inférieurs à 250 moyenne de poids MW). La présente invention est apte à réduire un ou plusieurs des quantités de PAH de MW élevé et/ou de MW médian de 10% à 50%, de 20% à 50% ou de 30% à 100% ou plus basé sur des niveaux ppm en comparaison avec un noir de carbone ayant la même morphologie mais préparé sans préchauffage de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une température supérieure à 300°C avant l'entrée dans le réacteur de noir de carbone pour former le noir de carbone et en utilisant les mêmes conditions de réacteur et de la charge d'alimentation. Par ailleurs, la présente invention est apte à réduire grandement le pourcentage des PAHs de MW élevé (considérés comme étant les plus indésirables) de la quantité de PAH totale d'un noir de carbone sélectionné en comparaison avec le noir de carbone sélectionné ayant la même morphologie, mais préparé sans préchauffage de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une température supérieure à 300°C avant l'entrée dans le réacteur de noir de carbone pour former le noir de carbone et en utilisant les mêmes conditions de réacteur et de charge d'alimentation. Le pourcentage des PAHs de MW élevé de la quantité de PAH totale peut être réduit selon des quantités de 10% à 50%, de 20% à 50% ou de 30% à 100% ou plus, basé sur les niveaux de ppm pour un noir de carbone sélectionné en comparaison avec le noir de carbone sélectionné ayant la même morphologie, mais préparé sans préchauffage de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une température supérieure à 300°C avant l'entrée dans le réacteur de noir de carbone pour former le noir de carbone et en utilisant les mêmes - 78 -
conditions de réacteur et de la charge d'alimentation. Les déterminations ci-dessus ont été faites sur la base d'expériences qui ont comparé des noirs de carbone sélectionnés fabriqués en utilisant la présente invention avec des noirs de carbone sélectionnés fabriqués sans le préchauffage de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à des températures supérieures à 300°C avant l'entrée dans le réacteur de noir de carbone pour former le noir de carbone mais sinon en utilisant les mêmes conditions de réacteur et de la charge d'alimentation. Cela constitue un avantage significatif pouvant être atteint par la présente invention. La présente invention peut comprendre toutes les combinaisons de ces diverses caractéristiques ou modes de réalisation ci-dessus et/ou ci-dessous comme exposé dans les phrases et/ou les paragraphes. Toute combinaison des caractéristiques divulguées dans la présente est considérée comme constituant une partie de la présente invention, et aucune limitation n'est prévue par rapport à des caractéristiques pouvant être combinées. La présente invention sera expliquée ci-après plus en détail par les exemples suivants qui sont destinés à être exemplaires de la présente invention.
Exemple 1 Une modélisation par ordinateur a été utilisée pour estimer le potentiel des économies de coût des matières premières pour deux grades de noir de carbone (A et B) en utilisant des températures de la charge d'alimentation de 215°C, 500°C et 700°C dans un schéma de production de noir de carbone apte à fonctionner d'une manière stable à 500°C et 700°C par des approches de contrôle d'encrassement indiquées de la présente invention. Le programme de modélisation informatique Aspen Plus a été utilisé pour la modélisation du schéma de processus, en utilisant des - 79 -
méthodologies et des suppositions pour les équilibres de masse et d'énergie et des chimies de réaction selon des pratiques acceptables dans l'industrie. L'organigramme de processus de modèle utilisé pour cette modélisation est similaire à celui représenté sur la figure 5. La figure 5 représente un schéma de processus pour le grade A et une température de préchauffage de la charge d'alimentation de 500°C, et cette conception générale du processus s'applique par ailleurs également à l'autre température de charge d'alimentation modélisée et aux combinaisons de grades. Le schéma de processus représenté en détail sur la figure 5 est généralement similaire au schéma de processus représenté sur la figure 1. Comme représenté sur la figure 5, la charge d'alimentation est chauffée en utilisant la chaleur de la fumée du réacteur de noir de carbone entre un emplacement de refroidissement brusque initial et un emplacement de refroidissement brusque secondaire. La capacité thermique de la charge d'alimentation utilisée pour le calcul est représentée sur la figure 6. La charge d'alimentation a été supposée comme étant non réactive ; l'effet de l'endothermicité de la réaction de pyrolyse n'est pas inclus dans la capacité thermique de la charge d'alimentation. Deux cas avec des températures de préchauffage de la charge d'alimentation de 500°C et de 700°C ont été modélisés et comparés avec des cas de lignes de base (215°C de préchauffage) pour les Grades A et B. Les charges d'alimentation pour l'obtention de carbone liquide applicables aux Grades A et B utilisées pour le modelage étaient de l'huile de décantation et un mélange de l'huile de décantation/goudron de houille. Les charges d'alimentation liquide des Grades A et B avaient les compositions suivantes:
Huile de décantation de Grade A: Valeur de Chauffage plus Elevée [J/kg]: 39 524 446 Analyse Ultime [masse %] ASH 0 - 80 - CARBONE 88,68 HYDROGENE 6,92 AZOTE 0,31 CHLORE 0 SOUFRE 3,86 OXYGENE 0,23
Huile de décantation/goudron de houille de grade B: Débit d'Ecoulement [kg/h] : 3 562 Chaleur de Formation [J/kg]: 50 692 Valeur de Chauffage plus Elevée [J/Kg]: 39 878 687 Analyse Ultime [masse %] : ASH 0 CARBONE 88,62 HYDROGENE 7,40 AZOTE 0,31 CHLORE 0 SOUFRE 3,44 OXYGENE 0,23 Goudron de houille [masse %]: 30,0
Les tableaux 2 à 7 indiquent les données brutes utilisées pour le calculs de modélisation pour chaque grade de noir de carbone à chaque température des températures de préchauffage de 500°C et de 700°C. Les résultats des calculs de modélisation sont également présentés dans les Tableaux. -81-
Tableau 2 Teneur Energétique des matières premières et du noir de carbone dans les calculs Asoen Plus Gaz Naturel: 53,7 69,143 /kg Charge d'Alimentation de 39,8 Grade A: 78,687 /kg Charge d'Alimentation de 39,5 Grade B: 24,446 /kg Noir de Carbone: 32,7 t. 62,196 /kg -82- Tableau 3 (Noir de Carbone de Grade A: Temp. 500° C) FSPHO3 Noir de Carbone A, 01AIR 02NATGAS O4BURNX 07QNCHX 08APHX 08FSHTRX 12TGAS FS@500C Sous-flux:MELANGE 710 15 905 676 563 250 Température C Vapeur Frac 1 1 1 1 1 1 1 Masse Molaire kmol/hr 792 60 858 1,758 1,758 1,758 2,168 Masse Molaire scmh 17,750 1,356 19,231 39,403 39,403 39,403 48,599 Masse Volumique kg/hr 22,934 1,018 23,952 35,795 35,795 35,795 43,186 Enthalpie J/kg 7,3E+05 -4,6E+06 5,0E+05 -3,6E+06 -4,0E+06 -4,2E+06 -6,2E+06 Enthalpie J/sec 4,7E+06 -1,3E+06 3,4E+06 -3,6E+07 -4,0E+07 -4,2E+07 -7,4E+07 Mole Frac 0,009 0 0,009 0,004 0,004 0,004 0,003 AR N2 0,781 0,004 0,717 0,353 0,353 0,353 0,286 02 0,21 0 0,047 0 0 0 0 H2 0 0 0,001 0,162 0,162 0,162 0,132 H2O 0 0 0,137 0,366 0,366 0,366 0,486 CO2 0 0,008 0,069 0,01 0,01 0,01 0,008 CO 0 0 0,004 0,101 0,101 0,101 0,082 SO2 0 0 0 0 0 0 0 CH4 0 0,961 0 0 0 0 0 C2H2 0 0 0 0 0 0 0 C2H6 0 0,021 0 0 0 0 0 N.) lO Ul -83- C3H8 0 0,005 0 0 0 0 0 N-BUT 0 0,001 0 0 0 0 0 N-PENT 0 0,001 0 0 0 0 0 N-HEXANE 0 0 0 0 0 0 0 HCN 0 0 0 0 0 0 0 H3N 0 0 0 0 0 0 0 H2S 0 0 0 0,004 0,004 0,004 0,003 H 0 0 0 0 0 0 0 O 0 0 0.001 0 0 0 0 OH 0 0 0.006 0 0 0 0 NO 0 0 0.008 0 0 0 0 Gaz résiduaire HHV, J/kg 5,38E+07 8,68E+04 3,79E+06 3,79E+06 3,79E+06 3,14E+06 -84- Table 4 (Noir de Carbone Grade A: Temp. 700°C) FSPHO4 Noir de Carbone A, 01AIR 02NATGAS O4BURNX 07QNCHX 08APHX 08FSHTRX 12TGAS avec FS@700C Sous-flux:MELANGE Température C 710 15 905 720 431 250 Vapeur Frac 1 1 1 1 1 1 1 Masse Molaire kmol/hr 792 60 858 2,055 2,055 2,055 2,339 Masse Molaire scmh 17,750 1,356 19,231 46,050 46,050 46,050 52,418 Masse Volumique kg/hr 22,934 1,018 23,952 38,960 38,960 38,960 44,078 Enthalpie J/kg 7,3E+05 -4,6E+06 5,0E+05 -4,0E+06 -4,4E+06 -4,9E+06 -6,1E+06 Enthalpie J/sec 4,7E+06 -1,3E+06 3,4E+06 -4,3E+07 -4,7E+07 -5,3E+07 -7,5E+07 Mole Frac 0,009 0 0,009 0,004 0,004 0,004 0,003 AR N2 0,781 0,004 0,717 0,302 0,302 0,302 0,265 02 0,21 0 0,047 0 0 0 0 H2 0 0 0,001 0,206 0,206 0,206 0,181 H2O 0 0 0,137 0,385 0,385 0,385 0,46 CO2 0 0,008 0,069 0,006 0,006 0,006 0,005 CO 0 0 0,004 0,093 0,093 0,093 0,082 SO2 0 0 0 0 0 0 0 CH4 0 0,961 0 0 0 0 0 C2H2 0 0 0 0 0 0 0 - 85 - C2H6 0 0.021 o o o o 0 C3H8 0 0.005 0 0 0 0 0 N-BUT 0 0.001 0 0 0 0 0 N-PENT 0 0.001 0 0 0 0 0 N-HEXANE 0 0 0 0 0 0 0 HCN 0 0 0 0 0 0 0 H3N 0 0 0 0 0 0 0 H2S 0 0 0 0.004 0.004 0.004 0.004 H 0 0 0 0 0 0 0 O 0 0 0.001 0 0 0 0 OH 0 0 0.006 0 0 0 0 NO 0 0 0,008 0 0 0 0 Gaz résiduaire HHV, J/kg 5,38E+07 8,68E+04 4,62E+06 4,62E+06 4,62E+06 4,08E+06 -86- Table 5 (Noir de Carbone de Grade B: Temp. 500° C) FSPHO5 Noir de Carbone B, 01AIR 02NATGAS O4BURNX 07QNCHX 08APHX 08FSHTRX 12TGAS FS@5000 Sous-flux:MELANGE Température C 760 20 907 622 539 250 Vapeur Frac 1 1 1 1 1 1 1 Masse Molaire kmol/hr 608 46 660 1,285 1,285 1,285 1,547 Masse Molaire scmh 13,635 1,041 14,784 28,805 28,805 28,805 34,671 Masse Volumique kg/hr 17,617 782 18,399 27,346 27,346 27,346 32,061 Enthalpie J/kg 7,9E+05 -4,6E+06 5,6E+05 -3,7E+06 -4,2E+06 -4,4E+06 -6,0E+06 Enthalpie J/sec 3,9E+06 -1,0E+06 2,9E+06 -2,8E+07 -3,2E+07 -3,3E+07 -5,4E+07 Mole Frac 0,009 0 0,009 0,004 0,004 0,004 0,004 AR N2 0,781 0,004 0,717 0,37 0,37 0,37 0,308 02 0,21 0 0,047 0 0 0 0 H2 0 0 0,002 0,121 0,121 0,121 0,101 H2O 0 0 0,137 0,385 0,385 0,385 0,489 CO2 0 0,008 0,068 0,013 0,013 0,013 0,011 CO 0 0 0,005 0,103 0,103 0,103 0,086 SO2 0 0 0 0 0 0 0 CH4 0 0,961 0 0 0 0 0 C2H2 0 0 0 0 0 0 0 C2H6 0 0,021 0 0 0 0 0 -87- C3H8 0 0,005 0 0 0 0 0 N-BUT 0 0,001 0 0 0 0 0 N-PENT 0 0,001 0 0 0 0 0 N-HEXANE 0 0 0 0 0 0 0 HCN 0 0 0 0 0 0 0 H3N 0 0 0 0 0 0 0 H2S 0 0 0 0,003 0,003 0,003 0,002 H 0 0 0 0 0 0 0 O 0 0 0.001 0 0 0 0 OH 0 0 0.007 0 0 0 0 NO 0 0 0,008 0 0 0 0 Gaz résiduaire HHV, J/kg 5,38E+07 9,79E+04 3,07E+06 3,07E+06 3,07E+06 2,62E+06 -88- Table 6 (Noir de Carbone Grade B: Temp. 700° C FSPHO6 Noir de Carbone B, 01AIR 02NATGAS O4BURNX 07QNCHX 08APHX 08FSHTRX 12TGAS avec FS@700C Sous-flux:MELANGE Température C 760 20 907 653 449 250 Vapeur Frac 1 1 1 1 1 1 1 Masse Molaire kmol/hr 608 46 660 1,396 1,396 1,396 1,594 Masse Molaire scmh 13,635 1,041 14,784 31,293 31,293 31,293 35,734 Masse Volumique kg/hr 17,617 782 18,399 28,623 28,623 28,623 32,193 Enthalpie J/kg 7,9E+05 -4,6E+06 5,6E+05 -4,0E+06 -4,4E+06 -4,8E+06 -6,0E+06 Enthalpie J/sec 3,9E+06 -1,0E+06 2,9E+06 3,2E+07 -3,5E+07 -3,8E+07 -5,3E+07 Mole Frac 0,009 0 0,009 0,004 0,004 0,004 0,004 AR N2 0,781 0,004 0,717 0,341 0,341 0,341 0,299 02 0,21 0 0,047 0 0 0 0 H2 0 0 0,002 0,144 0,144 0,144 0,126 H2O 0 0 0,137 0,4 0,4 0,4 0,475 CO2 0 0,008 0,068 0,01 0,01 0,01 0,008 CO 0 0 0,005 0,099 0,099 0,099 0,087 S02 0 0 0 0 0 0 0 CH4 0 0,961 0 0 0 0 0 C2H2 0 0 0 0 0 0 0 - 89 - C2H6 0 0,021 0 0 0 0 0 C3H8 0 0,005 0 0 0 0 0 N-BUT 0 0,001 0 0 0 0 0 N-PENT 0 0,001 0 0 0 0 0 N-HEXANE 0 0 0 0 0 0 0 HCN 0 0 0 0 0 0 0 H3N 0 0 0 0 0 0 0 H2S 0 0 0 0,003 0,003 0,003 0,002 H 0 0 0 0 0 0 0 O 0 0 0,001 0 0 0 0 OH 0 0 0.007 0 0 0 0 NO 0 0 0.008 0 0 0 0 Tail gas HHV, J/kg 5,38E+07 9,79E+04 3,45E+06 3,45E+06 3,45E+06 3,06E+06 2956666 -90- Tableau 7 Référence 215C Préchauffage de Préchauffage de Préchauffage la Charge la charge Charge d'Alimentation d'alimentation d'alimentation à 700C Noirs de Noir de Carbone B à 5000 Noir de Carbone A Carbone A & B FSPHO1 FSPHO2 FSPHO3 FSPHO4 FSPHO5 FSPHO6 Unités Noir de Carbone A B A A B B Grade Rendement Noir de 100 100 107 115 109 120 Carbone Efficience % 100 100 111 126 114 131 Energétique du Réacteur N2SA m2/gm <100 >100 <100 <100 >100 >100 Stochiométrie du 135 135 135 135 135 135 Brûleur Température de C 710 760 710 710 760 760 Préchauffage de l'Air Température de la C 215 215 500 700 500 700 Charge d'Alimentation Enthalpie de la MJ/kg 1,0 0,7 2,0 3,1 1,7 2,8 Charge d'Alimentation Puissance Electrique kWh/kg 0,11 0,19 0,08 0,05 0,15 0,10 CB CO2 produit 100 100 74 49 77 55 Temp de Gaz Naturel C 15 15 15 15 15 15 Ecoulement de Gaz Ncmh 1,356 1,041 1,356 1,356 1,041 1,041 Naturel Ecoulement d'Air Ncmh 17,750 13,635 17,750 17,750 13,635 13,635 Temp Air C 25 25 25 25 25 25 -91- Comme le montrent les résultats, des économies se rapportant au coût des matières premières supérieures à 10% peuvent être atteintes lorsque la charge d'alimentation est préchauffée à 500°C, et supérieure à 20% lorsque la charge d'alimentation est préchauffée à 700°C, en mode stable sans encrassement par la charge d'alimentation en comparaison avec un traitement à une température classique plus basse de la charge d'alimentation de 215°C. Le "Rendement du Noir de Carbone" et d'autres données dans le Tableau 7 utilisent la température classique de la charge d'alimentation de 215°C comme ligne de départ (100%) et en comparant des charges d'alimentation préchauffées à une température plus élevée avec cette ligne de départ. Comme indiqué, les approches de contrôle d'encrassement de la présente invention permettent de fonctionner à de telles températures plus élevées de la charge d'alimentation, incluant des opérations à l'échelle industrielle. Dans le Tableau 7, l'efficience énergétique du réacteur (REE) est définie comme un rapport de la valeur de chauffage du matériau produit à l'entrée d'énergie combinée qui comprend des valeurs d'échauffement de la charge d'alimentation (FS) et le combustible du brûleur et l'énergie électrique REE=(HHV-CB)(HHV-charge d'alimentation + HHV-Gaz Naturel + kWh/kg-CB Energie Electrique). Dans le Tableau 7, la stoechiométrie du brûleur est définie comme un pour cent de l'écoulement d'air du brûleur à l'écoulement d'air stoechiométrique du brûleur (l'écoulement d'air requis pour la combustion complète du combustible du brûleur).
Les avantages exposés dans ce modèle pourraient être atteints par n'importe quel noir de carbone, comme n'importe quel grade ASTM, comme N100 à N1000 et analogue. La modélisation montrerait les mêmes avantages.
Exemple 2 Dans ces exemples, neuf essais de fonctionnement ont été exécutés pour montrer des exemples de l'échauffement de 2956666 -92- la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone de 70°C à approximativement 500°C en utilisant divers échantillons de noir de carbone, comme cela sera expliqué ci-après. Les divers paramètres de fonctionnement 5 exposés dans le Tableau 8, et en outre, le type de charge d'alimentation utilisé est indiqué dans le Tableau 8, et les détails de la charge d'alimentation sont exposés dans le Tableau 9. Comme on peut le voir dans le Tableau 8, en suivant la présente invention, la charge d'alimentation 10 pour l'obtention du noir de carbone peut être préchauffée à des températures de l'ordre de 500°C ou plus et cependant permettre l'obtention d'une production réussie et continue du noir de carbone. Dans le noir de carbone formé aux numéros de test 2-5, 8 et 9, l'analyse a été faite sur le 15 noir de carbone, et il a été établi que le noir de carbone était acceptable pour l'utilisation commerciale comme des noirs de carbone basés sur la morphologie, la pureté et analogue. Il a été établi qu'un avantage des noirs de carbone réalisés par la présente invention était que les 20 niveaux de PAH des noirs de carbone étaient de l'ordre d'environ 50% de moins de PAH (sur un niveau ppm) que des noirs classiques ayant la même morphologie. Ainsi, un avantage additionnel de la présente invention est l'aptitude à former des noirs de carbone acceptables dans 25 le commerce ayant une quantité de PAH bien plus basse. La détermination de PAH a été basée sur une détermination de PAH-20, comme on le comprend dans l'art. Comme exposé en outre ci-après dans le Tableau 8, l'entrée pour une "chute de pression rapide" est une 30 indication si un film de vapeur et/ou une cokéfaction était en train de se former ou sur le point de se former ou non. Lorsqu'une entrée indique "NON", cela signifie qu'une chute de pression brusque n'a pas été détectée et, en fait, l'essai de fonctionnement a été considéré comme un succès 35 étant donné qu'il a produit un noir de carbone acceptable dans le commerce sans formation de coke et sans formation de film de vapeur dans les conduites de chauffage ou les 2956666 -93- conduites d'amenée. Lorsque l'entrée pour une chute de pression brusque est "OUI", cela est une indication qu'il y avait une chute de pression rapide à partir des conditions de fonctionnement régulières durant la fabrication du noir 5 de carbone, ce qui était une indication claire qu'un film de vapeur était en train de se produire et que la coquéfaction du dispositif était inévitable. En fait, dans le No. de Test 1, pour confirmer cette compréhension, une chute de pression rapide a été notée dans le No. de Test 1, 10 et en fin de compte, lors de l'analyse des parties du réchauffeur de la charge d'alimentation, une cokéfaction a été détectée visuellement dans les conduites d'amenée dans le réchauffeur pour confirmer que la chute de pression rapide était une indication d'une formation inévitable de 15 cokéfaction. Les Exemples 2 à 5, 8 et 9 indiquent clairement que le noir de carbone peut être fabriqué en utilisant des températures de charge d'alimentation élevées et cependant en évitant la formation d'un film de vapeur et d'une 20 cokéfaction et mènent à un produit de noir de carbone commercialement acceptable. Dans les Exemples 1,6 et 7, où une chute de pression rapide a été identifiée et où une cokéfaction s'est produite dans le No. de Test 1, en utilisant la présente 25 invention, ces essais de fonctionnement pouvaient être ajustés pour éviter une chute de pression rapide, et de ce fait la formation d'un film de vapeur et/ou d'une cokéfaction en ajustant une pression à l'entrée du réchauffeur ou en augmentant la pression à l'entrée du 30 réchauffeur et/ou en augmentant la vitesse d'entrée de l'huile et/ou en réduisant le temps de séjour dans le réchauffeur. Par exemple, en augmentant la pression à l'entrée du réchauffeur, par exemple de 10% ou plus, cela aurait un effet sur l'évitement de la formation de vapeurs 35 dans le réchauffeur durant le préchauffage de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone. Essentiellement, toute combinaison d'ajustement de la 2956666 -94- pression d'entrée de réchauffeur (d'une manière typique en augmentant la pression), d'augmentation de la vitesse d'entrée d'huile et/ou de la diminution du temps de séjour permet de réduire la formation de la vapeur et/ou 5 d'éliminer le formation de la vapeur et d'éviter ensuite une chute de pression rapide. Dans les Exemples ci-dessous, par exemple les Exemples 2 à 5, 8 et 9, une amélioration du rendement du noir de carbone (en % en poids) a été atteinte en 10 comparaison avec le noir de carbone fabriqué en utilisant une température de charge d'alimentation classique de 215°C comme ligne de départ (100%) et en comparant les charges d'alimentation préchauffées à des températures plus élevées à cette ligne de départ. Le rendement du noir de carbone a 15 été amélioré de 4% à 8% (en poids) dans ces exemples. En outre, les exemples de la présente invention ont permis des économies d'énergie de 7% à ll% en comparaison avec le noir de carbone fabriqué en utilisant la température classique de la charge d'alimentation de 215°C comme ligne de départ 20 (100%) et en comparant l'énergie utilisée pour les charges d'alimentation préchauffées à des températures plus élevées avec cette ligne de départ. Ainsi, la présente invention permet un meilleur rendement du noir de carbone et utilise moins d'énergie pour ce faire, et cela est supérieur à des 25 processus classiques et cela est également inattendu. 2956666 -95- Tableau 8 Numéro 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Test Tempéra- 545 503 500 504 501 500 462 515 515 ture de préchauf- fage (°C) Entrée de 46 74,4 83 58,7 50 9 5 51 52 réchauf- feur (bar) Chute de 6,3 18,4 21,2 7,2 7,4 6,5 8,2 6,3 6,6 pression du préchauf- feur (bar) Débit 90 105 145 104 105 95 110 432 453 d'écoule- ment d'huile (kg/h) Flux de 38 44.3 61 39,2 39 30 31 36,5 39, chaleur 7 (kW/m2) Vitesse 1,5 1,8 2,5 1,6 1,6 1,5 1,7 1,3 1,4 d'entrée de l'huile (m/s) Ecoulement 1523 1777 2453 1760 1777 1607 1861 1539 154 massique 0 spécifique de l'huile (kg/s-m2) Temps de 28 23 17 25 25 23 26 82 77 séjour dans réchauf- feur (s) Charge FS 1 FS 1 FS 1 FS 2 FS 2 FS 3 FS 3 FS 3 FS d'alimen- 3 tation Chute de Oui* Non Non Non Non Oui** Oui** Non Non Pression Rapide 5 2956666 -96- * Présence de Cokéfaction confirmée ** Expérience immédiatement arrêtée pour éviter un endommagement du réchauffeur/réacteur. Table 9 Charge Charge Charge d'alimentatio d'alimentatio d'alimentatio n 1 n 2 n 3 (FS1) (FS2) (FS3) Gravité 0,99 1,01 1,09 Spécifique Carbone 89,88 90,99 90,82 (%en poids) Hydrogène 9,3 7,5 7,6 (%en poids) Oxygène 0,5 - 0,42 (% en poids) Azote 0,15 0,21 0,35 (% en poids) Soufre (% 0,17 0,74 0,84 en poids) Asphaltène 1,9 3,9 2,0 s (% en poids) Viscocité 7 243 58 (cP) @ 50 'C Les demandeurs renvoient spécifiquement à tout le contenu de toutes les références citées dans cette 10 divulgation. En outre, lorsqu'une quantité, concentration ou autre valeur ou paramètre est indiqué soit comme plage, plage préférée ou une liste de valeurs supérieures préférables ou de valeurs inférieures préférables, cela doit être compris comme divulguant spécifiquement toutes 15 les plages formées par n'importe quelle paire de limites de 2956666 -97- plage supérieure ou de valeur préférée et toute limite de plage inférieure ou valeur préférée quelque soient les plages divulguées séparément. Lorsqu'une plage de valeurs numériques est indiquée dans la présente, à moins que cela 5 ne soit indiqué autrement, la plage est destinée à inclure les points finaux de celle-ci et tous les entiers et fractions dans la plage. Il n'est pas prévu que l'étendue de l'invention soit limitée aux valeurs spécifiques indiquées lors de la définition d'une plage.
10 D'autres modes de réalisation de la présente invention seront évidents pour l'homme de l'art à partir de la considération de la présente description et de la pratique de la présente invention divulguée dans la présente. Il est prévu que la présente description et les 15 exemples soient considérés comme étant exemplaires seulement, l'étendue et la portée véritable de l'invention étant indiquée par les revendications suivantes et équivalents de celles-ci.
Claims (79)
- REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication de noir de carbone, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : introduire un écoulement de gaz chauffés dans un réacteur de noir de carbone (2) ; amener au moins une charge d'alimentation (15) pour l'obtention du noir de carbone à au moins un réchauffeur (19) ; préchauffer ladite au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone dans ledit au moins un réchauffeur à une seconde température supérieure à environ 300°C pour réaliser une charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone, dans lequel (a) la au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a une vitesse dans ledit au moins un réchauffeur (19) qui est au moins de 0,2 m/sec., où la vitesse est calculée sur la base d'une densité de la charge d'alimentation mesurée à 60°C à 1 atm et a la plus petite surface en section transversale d'une conduite de charge d'alimentation présente dans ledit au moins un réchauffeur, et (b) la au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone présente un premier temps de séjour de la charge d'alimentation dans ledit réchauffeur (19) inférieur à environ 120 minutes ; amener ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à au moins un point d'introduction de charge d'alimentation dans le réacteur de noir de carbone, dans lequel ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone présente un deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation de la sortie dudit au moins un réchauffeur (19) au point d'introduction dans ledit réacteur de noir de carbone (2) inférieur à environ 120 minutes, et dans lequel ledit premier temps de séjour de la charge-99- d'alimentation et ledit deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation combinés sont de 120 minutes ou moins, ledit préchauffage évitant la formation d'un film de vapeur dans ledit au moins un réchauffeur ou avant ladite amenée audit réacteur de noir de carbone ; combiner au moins ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers le au moins un point d'introduction dans ledit réacteur de noir de carbone (2) avec l'écoulement des gaz chauffés pour former un écoulement de réaction dans lequel le noir de carbone est formé dans ledit réacteur de noir de carbone ; et récupérer le noir de carbone dans l'écoulement de réaction.
- 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la mise en pression de ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une pression supérieure à environ 10 bar avant l'entrée dans ledit au moins un réchauffeur (19)
- 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la mise en pression de ladite charge d'alimentation (15) pour l'obtention du noir de carbone à une pression supérieure à environ 20 bar avant l'entrée dans ledit au moins un réchauffeur (19).
- 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la mise en pression de ladite charge d'alimentation (15) pour l'obtention du noir de carbone à une pression d'environ 20 bar à environ 180 bar avant l'entrée dans ledit au moins un réchauffeur.
- 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite vitesse est au moins d'environ 1 m/sec.
- 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite vitesse est d'au moins environ 1,6 m/sec.
- 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite charge d'alimentation (15) pour l'obtention du noir de carbone comprend une huile de décantation, un produit de goudron de houille, des résidus de craquage-100- d'éthylène, de l'huile contenant de l'asphaltène ou toute combinaison de ceux-ci.
- 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a un point d'ébullition initial d'environ 160°C à environ 500°C.
- 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit préchauffage de ladite au moins une charge d'alimentation (15) pour l'obtention du noir de carbone comprend le chauffage de ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone dans ledit réchauffeur qui comprend un échangeur de chaleur fonctionnant à un flux de chaleur moyen supérieur à environ 10 kW/m2.
- 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une partie dudit préchauffage a lieu dans ledit au moins un réchauffeur (19) dont la chaleur provient au moins partiellement de la chaleur produite par ledit réacteur de noir de carbone ou autre réacteur de noir de carbone ou les deux.
- 11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier temps de séjour et ledit deuxième temps de séjour combinés sont inférieurs à 60 minutes.
- 12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins un réchauffeur est en échange de chaleur avec au moins une portion dudit réacteur de noir de carbone.
- 13. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins un réchauffeur vient en contact avec ledit écoulement de réaction dans ledit réacteur de noir de carbone en aval d'un refroidisseur, dans lequel ledit au moins un réchauffeur comprend un échangeur de chaleur ayant des parois chauffées par ledit écoulement de réaction sur un premier côté de celles-ci et venant en contact avec ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone au côté opposé de celles- ci. 2956666 -101-
- 14. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins un réchauffeur comporte un échangeur de chaleur qui échange la chaleur avec ledit écoulement de réaction dans ledit réacteur de noir de 5 carbone, dans lequel un caloporteur coulant qui s'écoule à travers l'échangeur de chaleur est chauffé, et le caloporteur coulant chauffé (28) passe à travers ledit au moins un réchauffeur (22) positionné à l'extérieur du réacteur et apte à échanger la chaleur du caloporteur 10 coulant avec la charge d'alimentation pour chauffer ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone.
- 15. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins un réchauffeur est au moins 15 partiellement alimenté en chaleur par un gaz résiduaire de noir de carbone dudit réacteur de noir de carbone ou d'un réacteur de noir de carbone différent ou des deux, pour chauffer la ,charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone. 20
- 16. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'introduction dudit écoulement de gaz chauffés comprend le chauffage par plasma d'un écoulement de gaz pouvant être chauffé par le plasma dans un réchauffeur à plasma (25) pour obtenir au moins une portion de 25 l'écoulement des gaz chauffés.
- 17. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la réalisation d'une surface non catalytique sur les parois venant en contact avec la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de 30 carbone dudit au moins un réchauffeur et les parois intérieures d'au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation (17) qui amène ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone audit réacteur de noir de carbone, dans lequel la 35 surface est non catalytique au craquage ou à la polymérisation des hydrocarbures. 2956666 -102-
- 18. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite amenée comprend l'amenée de ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers au moins une conduite d'amenée 5 (17) de charge d'alimentation qui alimente ledit réacteur de noir de carbone, et ledit procédé comprend en outre l'amenée périodique d'un gaz de purge comprenant un oxydant pour le carbone par la au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation pour l'obtention du 10 noir de carbone.
- 19. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite amenée comprend l'amenée de ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers au moins une conduite d'amenée 15 de charge d'alimentation qui alimente ledit réacteur de noir de carbone, et ledit procédé comprend en outre l'injection de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone dans le réacteur de noir de carbone avec au moins une distillation partielle par 20 détente de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone.
- 20. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend la combinaison de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de 25 carbone et de l'écoulement des gaz chauffés dans le réacteur de noir de carbone pour former continuellement le noir de carbone dans le réacteur pendant au moins environ 12 heures.
- 21. Procédé de fabrication de noir de carbone, 30 caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : introduire un écoulement de gaz chauffés dans un réacteur de noir de carbone ; amener au moins une charge d'alimentation (15) pour l'obtention du noir de carbone ayant une première 35 température inférieure à 360°C à au moins un réchauffeur (19) ;-103- préchauffer ladite au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone dans ledit au moins un réchauffeur à une deuxième température d'environ 360°C à environ 850°C pour obtenir une charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone, dans lequel (a) la au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a une vitesse dans ledit au moins un réchauffeur qui est au moins de 0,2 m/sec, la vitesse étant calculée sur la base de la densité de charge d'alimentation mesurée à 60°C à 1 atm et à la plus petite surface en section transversale d'une conduite de charge d'alimentation présente dans ledit au moins un réchauffeur, et (b) la au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone présente un premier temps de séjour de la charge d'alimentation dans ledit réchauffeur inférieur à environ 120 minutes ; amener ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à au moins un point d'introduction de la charge d'alimentation dans le réacteur de noir de carbone, dans lequel ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone présente un deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation depuis la sortie dudit au moins un réchauffeur au point d'introduction dans ledit réacteur de noir de carbone inférieur à environ 120 minutes ; et dans lequel ledit premier temps de séjour de la charge d'alimentation et ledit deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation combinés sont d'environ 10 secondes à environ 120 minutes, ledit préchauffage évitant la formation d'un film de vapeur dans ledit au moins un réchauffeur ou avant ladite amenée audit réacteur de noir de carbone ; combiner au moins ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers le au moins un point d'introduction (16) dans ledit réacteur de noir de carbone avec l'écoulement des gaz 2956666 -104- chauffés pour former un écoulement de réaction dans lequel le noir de carbone est formé dans ledit réacteur de noir de carbone ; et récupérer le noir de carbone dans l'écoulement de 5 réaction.
- 22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la mise en pression de ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une pression supérieure à environ 20 bar avant 10 l'entrée dans ledit au moins un réchauffeur.
- 23. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il comprend la mise en pression de ladite charge d'alimentation (15) pour l'obtention du noir de carbone à une pression supérieure à environ 30 bar avant l'entrée 15 dans ledit au moins un réchauffeur.
- 24. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la mise en pression de ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une pression d'environ 30 bar à environ 180 bar 20 avant l'entrée dans ledit au moins un réchauffeur.
- 25. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que ladite vitesse est au moins d'environ 1 m/sec.
- 26. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que ladite vitesse est au moins d'environ 1,6 25 m/sec.
- 27. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone comprend l'huile de décantation, un produit de goudron de houille, des résidus de craquage 30 d'éthylène, de l'huile contenant de l'asphaltène ou toute combinaison de ceux-ci.
- 28. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a un point d'ébullition initial 35 d'environ 160°C à environ 500°C.
- 29. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que ledit préchauffage de ladite au moins une-105- charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone comprend l'échauffement de ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone dans ledit réchauffeur (19) qui a un échangeur de chaleur fonctionnant à un flux de chaleur moyen supérieur à environ 20 kW/m2.
- 30. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'au moins une partie dudit préchauffage a lieu dans ledit au moins un réchauffeur dont la chaleur provient au moins partiellement de la chaleur produite par ledit réacteur de noir de carbone ou un autre réacteur de noir de carbone ou les deux.
- 31. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que ledit premier temps de séjour et ledit deuxième temps de séjour combinés sont inférieurs à 60 minutes.
- 32. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que ledit au moins un réchauffeur est en échange de chaleur avec au moins une portion dudit réacteur de noir de carbone.
- 33. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que ledit au moins un réchauffeur (19) vient en contact avec ledit écoulement de réaction dans ledit réacteur de noir de carbone en aval d'un refroidisseur, dans lequel ledit au moins un réchauffeur comprend un échangeur de chaleur (21) ayant des parois chauffées par ledit écoulement de réaction sur un premier côté de celles-ci et venant en contact avec ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone sur un côté opposé de celles-ci en amont de ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone.
- 34. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que ledit au moins un réchauffeur comporte un échangeur de chaleur qui échange la chaleur avec ledit écoulement de réaction dans ledit réacteur de noir de carbone, dans lequel un caloporteur coulant qui s'écoule à travers l'échangeur de chaleur est chauffé, et le caloporteur coulant chauffé passe à travers ledit au-106- moins un réchauffeur positionné à l'extérieur du réacteur et apte à échanger la chaleur du caloporteur coulant avec la charge d'alimentation pour chauffer ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone.
- 35. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que ledit au moins un réchauffeur est au moins partiellement alimenté en chaleur par du gaz résiduaire de noir de carbone dudit réacteur de noir de carbone ou d'un réacteur de noir de carbone différent ou des deux, pour chauffer la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone.
- 36. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que l'introduction de l'écoulement des gaz chauffés comprend le chauffage par plasma d'un écoulement de gaz pouvant être chauffé par plasma dans un réchauffeur à plasma (25) pour obtenir au moins une portion de l'écoulement des gaz chauffés.
- 37. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la réalisation d'une surface non catalytique sur des parois venant en contact avec la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone dudit au moins un réchauffeur et les parois intérieures d'au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation qui fournit ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone audit réacteur de noir de carbone, dans lequel la surface est non catalytique au craquage ou à la polymérisation des hydrocarbures.
- 38. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que ladite amenée comprend l'amenée de ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation qui alimente ledit réacteur de noir de carbone, et ledit procédé comprend en outre l'amenée périodique d'un gaz de purge comprenant un oxydant pour le carbone à travers la au moins une 2956666 -107- conduite d'amenée de charge d'alimentation (17) pour l'obtention du noir de carbone.
- 39. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que ladite amenée comprend l'amenée de ladite 5 charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation (17) qui alimente ledit réacteur de noir de carbone, et ledit procédé comprend en outre l'injection de la charge d'alimentation préchauffée pour 10 l'obtention du noir de carbone dans le réacteur de noir de carbone avec une distillation par détente au moins partielle de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone.
- 40.Procédé selon la revendication 21, caractérisé 15 en ce qu'il comprend en outre la combinaison de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone et de l'écoulement des gaz chauffés dans le réacteur de noir de carbone pour former continuellement le noir de carbone dans le réacteur pendant au moins 20 environ 12 heures.
- 41. Procédé de fabrication de noir de carbone, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : introduire un écoulement de gaz chauffés dans un réacteur de noir de carbone ; 25 amener au moins une charge d'alimentation (15) pour l'obtention du noir de carbone ayant une première température inférieure à 450°C à au moins un réchauffeur préchauffer ladite au moins une charge 30 d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone dans ledit au moins un réchauffeur à une deuxième température supérieure à environ 450°C pour obtenir une charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone, dans lequel (a) la au moins une charge 35 d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a une vitesse dans ledit au moins un réchauffeur (19) qui est au moins de 0,2 m/sec, la vitesse étant calculée sur la-108- base d'une densité de la charge d'alimentation mesurée à 60°C à 1 atm et à la plus petite surface en section transversale d'une conduite de charge d'alimentation présente dans ledit au moins un réchauffeur, et (b) la au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a un premier temps de séjour de la charge d'alimentation dans ledit réchauffeur de 10 secondes à environ 120 minutes ; amener ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à au moins un point d'introduction de la charge d'alimentation dans le réacteur de noir de carbone, dans lequel ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone a un deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation depuis la sortie dudit au moins un réchauffeur au point d'introduction dans ledit réacteur de noir de carbone inférieur à environ 120 minutes ; et dans lequel ledit premier temps de séjour de la charge d'alimentation et ledit deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation combinés sont de 120 minutes ou moins, ledit préchauffage évitant la formation d'un film de vapeur dans ledit au moins un réchauffeur ou avant ladite amenée audit réacteur de noir de carbone ; combiner au moins ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers le au moins un point d'introduction (16) dans ledit réacteur de noir de carbone avec l'écoulement de gaz chauffés pour former un écoulement de réaction dans lequel le noir de carbone est formé dans ledit réacteur de noir de carbone ; et récupérer le noir de carbone dans l'écoulement de réaction.
- 42. Procédé selon la revendication 41, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la mise en pression de ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une pression d'environ 20 bar à environ 180 bar avant l'entrée dans ledit au moins un réchauffeur (19).-109-
- 43. Procédé selon la revendication 41, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la mise en pression de ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une pression d'environ 30 bar à environ 180 bar avant l'entrée dans ledit au moins un réchauffeur.
- 44. Procédé selon la revendication 41, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la mise en pression de ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une pression d'environ 40 bar à environ 180 bar avant l'entrée dans ledit au moins un réchauffeur.
- 45. Procédé selon la revendication 41, caractérisé en ce que ladite vitesse est au moins d'environ 1 m/sec.
- 46. Procédé selon la revendication 41, caractérisé en ce que ladite vitesse est au moins d'environ 1,6 m/sec.
- 47. Procédé selon la revendication 41, caractérisé en ce que ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone comprend de l'huile de décantation, un produit de goudron de houille, des résidus de craquage d'éthylène, de l'huile contenant de l'asphaltène ou toute combinaison de ceux-ci.
- 48. Procédé selon la revendication 41, caractérisé en ce que ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a un point d'ébullition initial d'environ 160°C à environ 500°C.
- 49. Procédé selon la revendication 41, caractérisé en ce que ledit préchauffage de ladite au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone comprend l'échauffement de ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone dans ledit réchauffeur qui comporte un échangeur de chaleur fonctionnant à un flux de chaleur moyen d'environ 20 kW/m2 à environ 150 kV/m2.
- 50. Procédé selon la revendication 41, caractérisé en ce qu'au moins une portion dudit préchauffage a lieu dans ledit au moins un réchauffeur dont la chaleur est constituée au moins partiellement de la chaleur produite-110- par ledit réacteur de noir de carbone ou un autre réacteur de noir de carbone ou par les deux.
- 51. Procédé selon la revendication 41, caractérisé en ce que ledit premier temps de séjour et ledit deuxième temps de séjour combinés sont inférieurs à 60 minutes.
- 52. Procédé selon la revendication 41, caractérisé en ce que ledit au moins un réchauffeur est en échange de chaleur avec au moins une portion dudit réacteur de noir de carbone.
- 53. Procédé selon la revendication 41, caractérisé en ce que ledit au moins un réchauffeur (19) vient en contact avec ledit écoulement de réaction dans ledit réacteur de noir de carbone en aval d'un refroidisseur, dans lequel ledit au moins un réchauffeur comprend un échangeur de chaleur ayant des parois chauffées par ledit écoulement de réaction sur un premier côté de celles-ci et venant en contact avec ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone sur un côté opposé de celles-ci en amont de ladite charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone.
- 54. Procédé selon la revendication 41, caractérisé en ce que ledit au moins un réchauffeur (19) comporte un échangeur de chaleur qui échange la chaleur avec ledit écoulement de réaction dans ledit réacteur de noir de carbone, dans lequel un caloporteur coulant qui s'écoule à travers l'échangeur de chaleur est chauffé, et le caloporteur coulant chauffé passe à travers ledit au moins un réchauffeur positionné à l'extérieur du réacteur et apte à échanger la chaleur du caloporteur coulant avec la charge d'alimentation pour chauffer ladite charge d'alimentation (15) pour l'obtention du noir de carbone.
- 55. Procédé selon la revendication 41, caractérisé en ce que ledit au moins un réchauffeur est au moins partiellement alimenté en chaleur par du gaz résiduaire de noir de carbone dudit réacteur de noir de carbone ou d'un réacteur de noir de carbone (2) différent ou des-111- deux pour chauffer la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone.
- 56. Procédé selon la revendication 41, caractérisé en ce que l'introduction de l'écoulement de gaz chauffés (24) comprend le chauffage par plasma d'un écoulement de gaz pouvant être chauffé par plasma dans un réchauffeur à plasma (25) pour obtenir au moins une portion de l'écoulement de gaz chauffés.
- 57. Procédé selon la revendication 41, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la réalisation d'une surface non catalytique sur les parois venant en contact avec la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone dudit au moins un réchauffeur et les parois intérieures d'au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation qui fournit ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone audit réacteur de noir de carbone, dans lequel la surface est non catalytique au craquage ou à la polymérisation des hydrocarbures.
- 58. Procédé selon la revendication 41, caractérisé en ce que ladite amenée comprend l'amenée de ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers une conduite d'amenée de charge d'alimentation qui alimente ledit réacteur de noir de carbone, et ledit procédé comprend en outre l'amenée périodique d'un gaz de purge comprenant un oxydant pour le carbone à travers la au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation (17) pour l'obtention du noir de carbone.
- 59. Procédé selon la revendication 41, caractérisé en ce que ladite amenée comprend l'amenée de ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation qui alimente ledit réacteur de noir de carbone, et ledit procédé comprend en outre l'injection de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone dans le réacteur de noir-112- de carbone avec une distillation par détente au moins partielle de la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone.
- 60. Procédé selon la revendication 41, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la combinaison de la charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone et de l'écoulement de gaz chauffés dans le réacteur de noir de carbone pour former continuellement le noir de carbone dans le réacteur pendant au moins environ 12 heures.
- 61. Procédé de fabrication de noir de carbone, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : introduire un écoulement de gaz chauffés dans un réacteur de noir de carbone ; amener au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone ayant une première température inférieure à 300°C à au moins un réchauffeur à une première pression supérieure à 10 bar ; préchauffer ladite au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone dans ledit au moins un réchauffeur à une deuxième température supérieure à environ 300°C pour obtenir une charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone, dans lequel (a) la au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a une deuxième pression dans ledit au moins un réchauffeur qui est environ identique ou inférieure à ladite première pression, calculée en supposant une même surface en section transversale que la charge d'alimentation traverse durant la première pression et la seconde pression, et (b) la au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a un premier temps de séjour de charge d'alimentation dans ledit réchauffeur inférieur à environ 120 minutes ; amener ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à au moins un point d'introduction de la charge d'alimentation dans le-113- réacteur de noir de carbone, où ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone a un deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation depuis la sortie dudit au moins un réchauffeur au point d'introduction audit réacteur de noir de carbone inférieur à environ 120 minutes ; et dans lequel ledit premier temps de séjour de la charge d'alimentation et ledit deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation combinés sont de 120 minutes ou moins ; ledit préchauffage évitant la formation d'un film de vapeur dans ledit au moins un réchauffeur ou avant ladite amenée audit réacteur de noir de carbone ; combiner au moins ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers le au moins un point d'introduction (16) dans ledit réacteur de noir de carbone (2) avec l'écoulement de gaz chauffés pour former un écoulement de réaction dans lequel le noir de carbone est formé dans ledit réacteur de noir de carbone ; et récupérer le noir de carbone dans l'écoulement de réaction.
- 62. Procédé de fabrication de noir de carbone, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : introduire un écoulement de gaz chauffés dans un 25 réacteur de noir de carbone ; amener au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone ayant une première température inférieure à 300°C à au moins un réchauffeur à une première pression supérieure à 10 bar ; 30 préchauffer ladite au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone dans ledit au moins un réchauffeur à une deuxième température supérieure à environ 300°C pour obtenir une charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de 35 carbone, dans lequel la au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a i) une deuxième pression dans ledit au moins un réchauffeur-114- qui est environ identique ou inférieure à ladite première pression, et ii) la au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a une vitesse dans ledit au moins un réchauffeur qui est au moins de 0,2 m/sec, la vitesse étant calculée sur la base d'une densité de la charge d'alimentation mesurée à 60°C à 1 atm et à la plus petite surface en section transversale d'une conduite de charge d'alimentation présente dans ledit au moins un réchauffeur, et dans lequel i) est calculée sur la base de la même surface en section transversale que la charge d'alimentation traverse durant la première pression et la deuxième pression et amener ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à au moins un point d'introduction de la charge d'alimentation dans le réacteur de noir de carbone ; ledit préchauffage évitant la formation d'un film de vapeur dans ledit au moins un réchauffeur ou avant ladite amenée audit réacteur de noir de carbone ; combiner au moins ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers le au moins un point d'introduction dans ledit réacteur de noir de carbone avec l'écoulement de gaz chauffés pour former un écoulement de réaction dans lequel le noir de carbone est formé dans ledit réacteur de noir de carbone ; et récupérer le noir de carbone dans l'écoulement de réaction.
- 63. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 62, caractérisé en ce que ledit préchauffage et ladite amenée ont lieu en l'absence d'une chute de pression rapide basée sur des conditions de fonctionnement en régime permanent.
- 64. Procédé de fabrication de noir de carbone, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : introduire un écoulement de gaz chauffés dans un réacteur de noir de carbone ;-115- amener au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à au moins un réchauffeur préchauffer ladite au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone dans ledit au moins un réchauffeur à une deuxième température supérieure à environ 300°C pour obtenir une charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone, dans lequel (a) la au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a une vitesse dans ledit au moins un réchauffeur qui est au moins de 0,2 m/sec, la vitesse étant calculée sur la base d'une densité de la charge d'alimentation mesurée à 60°C à 1 atm et à la plus petite surface en section transversale d'une conduite de charge d'alimentation présente dans ledit au moins un réchauffeur, et (b) ladite au moins une charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone a un premier temps de séjour de la charge d'alimentation dans ledit réchauffeur inférieur à environ 120 minutes ; amener ladite charge d'alimentation préchauffée (15) pour l'obtention du noir de carbone à au moins un point d'introduction de la charge d'alimentation dans le réacteur de noir de carbone, dans lequel ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone a un deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation depuis la sortie dudit au moins un réchauffeur au point d'introduction dans ledit réacteur de noir de carbone inférieur à environ 120 minutes ; et dans lequel ledit premier temps de séjour de la charge d'alimentation et ledit deuxième temps de séjour de la charge d'alimentation combinés sont de 120 minutes ou moins ; dans lequel ledit préchauffage se fait à une pression suffisante pour éviter la formation d'un film de vapeur dans ledit au moins un réchauffeur ou avant ladite amenée dans ledit réacteur de noir de carbone ;-116- combiner au moins ladite charge d'alimentation préchauffée pour l'obtention du noir de carbone à travers le au moins un point d'introduction dans ledit réacteur de noir de carbone avec l'écoulement de gaz chauffés pour former un écoulement de réaction dans lequel le noir de carbone est formé dans ledit réacteur de noir de carbone ; et récupérer le noir de carbone dans l'écoulement de réaction.
- 65. Dispositif de fabrication de noir de carbone, caractérisé en ce qu'il comprend un réacteur (2) pour combiner un écoulement de gaz chauffés (24) et au moins une charge d'alimentation (15) pour l'obtention du noir de carbone pour former un écoulement de réaction dans lequel le noir de carbone est formé dans le réacteur ; au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation (17) pour amener la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à au moins un point d'introduction (16) de la charge d'alimentation dans le réacteur pour combiner la charge d'alimentation avec l'écoulement de gaz chauffés ; au moins un réchauffeur (19) de charge d'alimentation apte à préchauffer la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone amenée dans la au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation à une température d'au moins environ 300°C ; au moins une pompe apte à mettre en pression la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à une pression supérieure à environ 10 bar avant le préchauffage de la charge d'alimentation à au moins environ 300°C et pour obtenir une vitesse de la charge d'alimentation amenée dans le au moins un réchauffeur de charge d'alimentation d'au moins 0,2 m/sec, la vitesse étant calculée sur la base d'une densité de la charge d'alimentation mesurée à 60°C à 1 atm et à la plus petite surface en section transversale d'une conduite de charge d'alimentation présente dans ledit au moins un réchauffeur ; et-117- un refroidisseur brusque (18) pour refroidir le noir de carbone dans l'écoulement de réaction ; dans lequel ledit dispositif est en outre apte à réaliser un temps de séjour de la charge d'alimentation dans le au moins un réchauffeur de charge d'alimentation et la au moins une conduite d'amenée de la charge d'alimentation avant l'introduction dans le réacteur pour la charge d'alimentation préchauffée à au moins environ 300°C qui est inférieur à environ 120 minutes.
- 66. Dispositif selon la revendication 65, caractérisé en ce que le au moins un réchauffeur (19) de la charge d'alimentation comprend un échangeur de chaleur apte à chauffer la charge d'alimentation pour l'obtention du noir de carbone à un flux de chaleur moyen supérieur à environ 10 kW/m2.
- 67. Dispositif selon la revendication 65, caractérisé en ce que le au moins un réchauffeur de la charge d'alimentation est positionné dans le réacteur pour une mise en contact avec l'écoulement de réaction apte à chauffer la charge d'alimentation à une température d'au moins 300°C.
- 68. Dispositif selon la revendication 65, caractérisé en ce que le au moins un réchauffeur de la charge d'alimentation est positionné en contact avec au moins une portion du réacteur apte à chauffer la charge d'alimentation à une température d'au moins 300°C.
- 69. Dispositif selon la revendication 65, caractérisé en ce que le au moins un réchauffeur de la charge d'alimentation comprend un échangeur de chaleur positionné dans le réacteur en aval du refroidisseur, dans lequel ledit échangeur de chaleur comprend des parois aptes à être chauffées par l'écoulement de réaction sur un premier côté de celles-ci et aptes à être contactés par la charge d'alimentation sur un côté opposé de celles-ci avant que la charge d'alimentation ne soit amenée dans la au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation, la charge d'alimentation pouvant être 2956666 -118- chauffée à une température d'au moins 300°C dans l'échangeur de chaleur.
- 70. Dispositif selon la revendication 65, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un échangeur de 5 chaleur (21) pour un caloporteur coulant positionné dans le réacteur pour une mise en contact avec l'écoulement de réaction, et le au moins un réchauffeur de la charge d'alimentation est à l'extérieur du réacteur et est apte à échanger la chaleur du caloporteur coulant qui est 10 sorti de l'échangeur de chaleur avec la charge d'alimentation dans le réchauffeur de charge d'alimentation pour chauffer la charge d'alimentation à une température d'au moins 300°C.
- 71. Dispositif selon la revendication 65, 15 caractérisé en ce que le au moins un réchauffeur de la charge d'alimentation est apte à échanger la chaleur d'un écoulement de gaz résiduaire du réacteur pour chauffer la charge d'alimentation à une température d'au moins 300°C.
- 72. Dispositif selon la revendication 65, 20 caractérisé en ce qu'il comprend en outre un réchauffeur par plasma apte à chauffer un écoulement de gaz pouvant être chauffé par plasma pour réaliser au moins une portion de l'écoulement de gaz chauffés.
- 73. Dispositif selon la revendication 65, 25 caractérisé en ce qu'il comprend en outre une surface non catalytique sur les parois venant en contact avec la charge d'alimentation du réchauffeur de la charge d'alimentation et les parois intérieures venant en contact avec la charge d'alimentation (15) d'au moins une 30 conduite d'amenée (17) de la charge d'alimentation, la surface étant non catalytique au craquage ou à la polymérisation des hydrocarbures.
- 74. Dispositif selon la revendication 65, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un revêtement 35 céramique non catalytique sur les parois venant en contact avec la charge d'alimentation du réchauffeur de la charge d'alimentation et les parois intérieures venant-119- en contact avec la charge d'alimentation de la au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation.
- 75. Dispositif selon la revendication 65, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une source de gaz de purge comprenant un oxydant pour le carbone et au moins un point d'introduction de gaz de purge sur la au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation apte à purger périodiquement la au moins une conduite d'amenée de charge d'alimentation avec le gaz de purge.
- 76. Dispositif selon la revendication 65, caractérisé en ce que ledit réacteur est apte à combiner la charge d'alimentation (15) et un écoulement de gaz chauffés (24) pour former continuellement le noir de carbone dans le réacteur pendant au moins environ 12 heures.
- 77. Noir de carbone, caractérisé en ce qu'il est fabriqué suivant le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 62.
- 78. Noir de carbone selon la revendication 77, caractérisé en ce que ledit noir de carbone a une quantité de PAH d'au moins 10% plus basse que les PAH d'un noir de carbone ayant la même morphologie réalisé selon un procédé sans ledit préchauffage.
- 79. Noir de carbone selon la revendication 77, caractérisé en ce que ledit noir de carbone a un pourcentage d'une quantité de PAH à masse moléculaire élevée basée sur la quantité de PAH totale d'au moins 10% plus basse comparé à un noir de carbone ayant la même morphologie réalisé selon un procédé sans ledit préchauffage.
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