IT9019959A1

IT9019959A1 - Procedimento per controllare grandezza e struttura di nerofumo

Info

Publication number: IT9019959A1
Application number: IT019959A
Authority: IT
Inventors: Gregory T Gaudet; David J Kaul; Alla C Morgan; William M Porteous; William L Sifleet
Original assignee: Cabot
Priority date: 1989-04-06
Filing date: 1990-04-06
Publication date: 1991-10-06
Also published as: HU902100D0; IT1240745B; ES2020713A6; CA2012627A1; NL9000500A; GB9007714D0; RO113148B1; JPH0362858A; FR2645542B1; AU5256890A; HUT55316A; AR245477A1; CN1046921A; JPH0749541B2; GB2232409A; SE9001090L; FR2645542A1; AU625117B2; TR24400A; SE9001090D0

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un procedimento per controllare la grandezza dell'aggregato e la struttura di nerofumo.

I nerofumo vengono generalmente prodotti in un reattore del tipo a forno pirolizzando una carica ldrocarburica cori gas caldi di combustione per produrre prodotti di combustione contenenti nerofumo in particelle .

In un tipo di reattore a forno per nerofumo, come illustrato nel -brevetto U.S. N. 3.401.020

un combustibile, preferibilmente idrocarburico, ed un ossidante, preferìbilmente aria, vengono iniettati in una prima zona e fatti reagire per formare i gas caldi della combustione. Una carica ldrocarburica in forma gassosa, di vapore o di lìquido, viene inoltre iniettata nella prima zona dove inizia la pirolisi della carica ldrocarburica. In questo caso la pirolisi riguarda la decomposizione termica di un idrocarburo. La risultante miscela gassosa di combustione, nella quale avviene la pirolisi, viene quindi fatta passare in una zona di reazione dove avviene il completamento della reazione di formazione del nerofumo.

In un altro tipo di reattore a forno per nerofumo, un combustibile liquido o gassoso viene fatto reagire con un ossidante, preferibilmente aria, nella prima zona per formare i gas caldi della combustione. Questi gas caldi della combustione passano dalla prima zona e, attraverso il reattore, nella zona di reazione ed oltre. Per produrre nerofumo, una carica idrocarburica viene iniettata in uno o più punti lungo il percorso della corrente gassosa e calda di combustione. La carica idrocarburica può essere liquida, gas o vapore, e può essere la stessa o diversa dal combustibile utilizzato per formare la corrente gassosa di combustione. La prima zona (o di combustione) e la zona di reazione possono essere suddivise da un diffusore o zona di diametro ristretto che è inferiore in sezione trasversale alla zona di combustione o alla zona di reazione. La carica può essere iniettata nel percorso dei gas caldi di combustione a monte, a valle e/o nella zona con diametro ristretto. I reattori a forno per nerofumo di questo tipo sono descritti generalmente nel brevetto U.S. Reissue N. 28.974 e nel brevetto U.S. N.

3.922.335.

Sebbene siano stati descritti due tipi di procedimento e di reattori a forno per nerofumo, si deve intendere che la presente invenzione può essere utilizzata in qualsiasi altro procedimento o reattore a forno per nerofumo nel quale viene prodotto nerofumo mediante pirolisi e/o combustione incompleta di idrocarburi .

In entrambi i tipi di procedimento e reattore sopra descritti, ed in altri reattori e procedimenti generalmente noti, i gas caldi della combustione sono ad una temperatura sufficiente da provocare la pirolisi della carica idrocarburica iniettata nella corrente gassosa di combustione. In un tipo di reattore, come descritto in Kester, la carica viene iniettata, in uno o più punti, nella stessa zona in cui si formano i gas della combustione. In reattori o procedimenti di altro tipo l'iniezione della carica avviene, in uno o più punti, dopo formazione della corrente gassosa di combustione. In entrambi i tipi di reattore, poiché la corrente gassosa e calda di combustione fluisce continuamente a valle attraverso il reattore, la pirolisi avviene in continuo quando la miscela della carica e dei gas di combustione passa attraverso la zona di reazione. La miscela della carica e dei gas di combustione dove avviene la pirolisi verrà indicata nel seguito della, descrizione, con "effluente". Il tempo di residenza dell'effluente nella zona di reazione del reattore sufficiente, e in condizioni adatte, a consentire la formazione dei nerofumo. Il "tempo di residenza" riguarda il lasso di tempo intercorso a partire dal contatto iniziale tra i gas caldi della combustione e la carica. Quando i nerofumo aventi le caratteristiche desiderate sono formati, la temperatura dell'effluente viene ulteriormente abbassata per bloccare la pirolisi. Questo abbassamento della temperatura dell'effluente per bloccare la pirolisi può essere realizzato in qualsiasi maniera nota, come ad esempio iniettando un fluido di raffreddamento, nell'effluente. Come generalmente noto agli esperti medi del settore, la pirolisi viene bloccata quando i prodotti di nerofumo desiderati sono stati prodotti nel reattore. Un modo per determinare quando la pirolisi dovrebbe essere bloccata consiste nel campionare l'effluente e misurare il suo livello di estratto in toluene. Il livello di estratto in toluene viene misurato tramite ASTM D1618-83 "Carbon Black Extractables - Toluene Discoloration". Il raffreddamento viene generalmente localizzato al punto in cui il livello di estratto in toluene dell'effluente raggiunge un valore accettabile per il prodotto di nerofumo desiderato che viene prodotto nel reattore. Dopo che la pirolisi è bloccata, l'effluente passa generalmente attraverso un sistema di filtro a sacco per separare e raccogliere i nerofumo.

Generalmente viene utilizzato un singolo raffreddamento. Tuttavia Kester descrive l'uso di due raffreddamenti per controllare alcune caratteristiche dei nerofumo. Kester fà riferimento al controllo delle caratteristiche che impartiscano il modulo del nerofumo mediante trattamento termico. Questo trattamento termico viene ottenuto regolando le velocità di flusso dell'acqua in due raffreddamenti con spruzzo d'acqua posizionati in serie, nel fumo dell'effluente in un forno di nerofumo. Il modulo di un nerofumo riguarda le prestazioni del nerofumo in un prodotto elastomerico. Come .spiegato nell'articolo di Schaeffer e Smith, "Effect of Heat Treatment on Reinforcing Properties of Cartoon Black" (Industriai and Engineering Chemistry, Voi. 47, No. 6; Giugno 1955, pag. 1286), qui di seguito "Schaeffer", è generalmente noto che il trattamento termico influenzerà le caratteristiche che impartiscono modulo del nerofumo. Tuttavia come ancora spiegato in schaeffer, la variazione delle caratteristiche che impartiscono il modulo dei nerofumo prodotti mediante, trattamento termico deriva da una variazione della chimica superficiale del nerofumo. Pertanto il posizionamento dei raffreddamenti come suggerito da Kester, allo scopo di sottoporre la corrente gassosa di combustione a condizioni diverse di temperatura, influenza le caratteristiche che impartiscono il modulo del nerofumo variando evidentemente la chimica superficiale dei nerofumo piuttosto che influenzando la morfologia dei nerofumo in qualsiasi modo distinguibile. Inoltre in Kester entrambi i raffreddamenti sono localizzati in una posizione nella zona di reazione dove è già avvenuta una significativa pirolisi della carica. Così apparirebbe che, nel procedimento Kester, al tempo in cui l'effluente raggiunge il primo raffreddamento, le caratteristiche di adsorbimento di CTAB (bromuro di cetiltrimetilammonio) , tinta, assorbimento di DBP (dibutil ftalato) e diametro di stokes dei nerofumo sono già state definite. Ciò supporta la conclusione che la variazione delle caratteristiche che impartiscono il modulo in Kester non deriva da una variazione delle caratteristiche morfologiche dei nerofumo. Inoltre Kester non attribuisce alcun significato alla posizione del primo raffreddamento, rispetto al punto di iniezione della carica o al tempo di residenza, e non descrive mezzi per scegliere la posizione del primo raffreddamento .

Il brevetto U.S. N. 4.230.670 di Forseth, qui di seguito "Forseth", suggerisce l'uso di due raffreddamenti per bloccare la pirolisi. I due raffreddamenti sono effettuati alla distanza di alcuni pollici nel punto in cui dovrebbe essere localizzato un singolo raffreddamento. Lo scopo dei due raffreddamenti è quello di riempire in modo più completo la zona di reazione con il fluido di raffreddamento per bloccare più efficacemente la pirolisi. Tuttavia in Forseth, al tempo in cui l'effluente raggiunge i raffreddamenti, le caratteristiche di CTAB, Tinta, DBP e Diametro di Stokes dei nerofumo sono già state definite.

Il brevetto U.S. N. 4.265.870 di Mills ed altri, e il brevetto U.S. N. 4.316.876 di Mills ed altri, suggeriscono l'uso di un secondo raffreddamento disposto a valle rispetto al primo raffreddamento per evitare danno al sistema di filtrazione. In entrambi i brevetti il primo raffreddamento blocca completamente la pirolisi ed è disposto in una posizione generalmente nota nella tecnica, nel momento in cui l'effluente raggiunge il primo raffreddamento, le caratteristiche di adsorbimento di CTAB, Tinta, assorbimento di DBP e diametro di stokes dei nerofumo già state definite. Un secondo raffreddamento riduce ulteriormente la temperatura della corrente gassosa di combustione per proteggere l'unità di filtrazione.

Il brevetto U.S. N. 4.358.289, di Austin, qui di seguito "Austin", riguarda ancora il modo di evitare il danno al sistema di filtrazione tramite l'uso di uno scambiatore di calore dopo il raffreddamento. Anche in questo brevetto, il raffreddamento blocca completamente la pirolisi ed è disposto in una posizione generalmente nota nella tecnica. In Austin, nel momento in cui l'effluente raggiunge il primo raffreddamento, le caratteristiche di adsorbimento di CTAB, Tinta, assorbimento DBP e diametro di Stokes dei nerofumo sono già state definite.

Il brevetto U.S. N. 3.615.211 di Lewis, qui di seguito "Lewis", riguarda un metodo per migliorare l'uniformità dei nerofumo prodotti in un reattore, e per prolungare la vita di un reattore. Per migliorare tale uniformità e prolungare la vita del reattore, Lewis suggerisce l'uso di una pluralità di raffreddamenti, disposti lungo la zona di reazione, per mantenere una temperatura sostanzialmente costante nella zona di reazione. Una certa quantità di fluido di raffreddamento viene iniettata nel raffreddamento disposto più lontano a monte del reattore, con una quantità maggiore di fluido di raffreddamento iniettata in ciascun raffreddamento successivo a valle. Il raffreddamento disposto più lontano a valle blocca la pirolisi. Mantenendo una temperatura costante nella zona di reazione l'apparecchiatura di Lewis favorisce l'uniformità nei nerofumo prodotti dall'apparecchiatura. Tuttavia, la pluralità di raffreddamenti non controlla la morfologia dei nerofumo prodotti dall'apparecchiatura.

Eè comunque generalmente desiderabile essere in grado di controllare la morfologia dei nerofumo in modo tale che possano essere prodotti nerofumo ben adatti per un particolare uso finale. E' ancora desiderabile aumentare la grandezza dell'aggregato e la struttura dei nerofumo per una data area superficiale, in quanto una grandezza dell'aggregato ed una struttura aumentate, come rappresentato da un assorbimento DBP superiore, una tinta inferiore, ed un diametro di Stokes superiore, rende i nerofumo più adatti per alcuni usi finali.

In accordo con ciò, costituisce uno scopo della presente invenzione mettere a disposizione un procedimento per controllare la grandezza dell'aggregato e la struttura dei nerofumo.

Uno scopo addizionale della presente invenzione consiste nel produrre nerofumo aventi una grandezza superiore dell'aggregato ed una struttura superiore per una data area superficiale.

In accordo con l'invenzione si è riscontrato die è possibile controllare la morfologia dei nerofumo prodotti in un procedimento in forno per nerofumo, abbassando la temperatura dell'effluente senza bloccare la pirolisi, preferibilmente fino a circa 426°C (800°F), entro un tempo di residenza specifico fino a circa 0,002 secondi a valle dal punto a valle più lontano dalla iniezione della carica. L'abbassamento della temperatura può essere realizzato localizzando un primo raffreddamento a o entro circa 1,2 m (4 piedi) a valle del punto a valle più lontano dalla iniezione della carica ed iniettando un fluido di raffreddamento, secondo la presente Invenzione la produzione dei nerofumo può essere controllata per produrre nerofumo aventi caratteristiche morfologiche specifiche come grandezza superiore dell'aggregato e struttura aumentata come mostrato da un assorbimento di DBP superiore, una tinta inferiore ed un diametro di Stokes aumentato per una data area superficiale (CTAB). Noi abbiamo inoltre scoperto che queste caratteristiche morfologiche dei nerofumo possono essere ulteriormente controllate variando l'entità dell'abbassamento della temperatura dell'effluente e/o variando il tempo di residenza dal tempo della iniezione a valle più lontana dalla carica finché la temperatura dell'effluente viene abbassata.

In dettaglio maggiore, la presente invenzione riguarda un procedimento per controllare la grandezza dell aggregato e la struttura dei nerofumo prodotti in un reattore a forno per nerofumo abbassando la temperatura di, ma non bloccando la pirolisi, nell'effluente (la miscela dei gas di combustione e dell'alimentazione nella quale avviene la pirolisi) ad un tempo di residenza da circa 0,0 secondi a circa 0,002 secondi, preferibilmente da circa 0,0 a circa 0,0015 secondi, a valle dal punto a valle più lontano dalla iniezione della carica. La temperatura dell'effluente viene abbassata, entro il tempo di residenza sopra indicato, preferibilmente fino a circa 426°C (800°F) e più preferibilmente da circa 10 a circa 426°C (50-800°F). La temperatura dell'effluente può essere abbassata tramite un raffreddamento, preferibilmente iniettando fluido di raffreddamento nell'effluente, disposto nel punto del reattore in cui l'effluente viene raffreddato da circa 0,0 a 0,002 secondi, preferibilmente da circa 0,0 a circa 0,0015 secondi, a valle dal punto a valle più lontano dalla iniezione della carica. Tipicamente allo scopo di raffreddare l'effluente entro il tempo di residenza indicato, il raffreddamento sarà disposto a o entro circa 1,2 m (4 ft) dal punto a valle più lontano dalla iniezione della carica. Il raffreddamento abbassa la temperatura dell'effluente, preferibilmente a circa 426°C (800°F), e più preferibilmente da circa 10 a circa 426°C (50-800°F), ma non blocca la pirolisi. Secondo la presente invenzione, l'entità dell'abbassamento di temperatura dell'effluente viene abbassata ed il tempo di residenza al quale avviene l'abbassamento della temperatura dell'effluente, possono essere variati indipendentemente o simultaneamente per controllare la grandezza dell'aggregato e la struttura del nerofumo che viene prodotto nel reattore. In un reattore che utilizza una sezione di raffreddamento che inietta un fluido di raffreddamento per abbassare la temperatura dell'effluente entro i tempi di residenza indicati, viene diminuita l'entità dell'abbassamento di temperatura dell'effluente ed il tempo di residenza al quale avviene l'abbassamento della temperatura dell'effluente, può essere realizzato variando la quantità di fluido di raffreddamento iniettato dal raffreddamento e variando la localizzazione del raffreddamento rispettivamente. Dopo che sono stati formati nerofumo con caratteristiche desiderate, la pirolisi viene bloccata.

La presente invenzione consente la produzione di un prodotto di nerofumo avente una struttura ed una grandezza dell'aggregato superiori per una data area superficiale rispetto ai prodotti di nerofumo ottenuti mediante un procedimento simile nel quale la temperatura dell'effluente non viene abbassata entro il tempo di residenza indicato.

Un vantaggio del procedimento della presente invenzione consiste nel fatto che la grandezza dell'aggregato e la struttura dei nerofumo possono essere controllate.

Un altro vantaggio del procedimento della presente Invenzione consiste nel fatto che possono essere prodotti nerofumi aventi una struttura ed una grandezza dell'aggregato superiori, come mostrato da un DBP superiore, dalle tinte inferiori e dai diametri di Stokes aumentati, per una data area superficiale, come mostrato tramite adsorbimento di CTAB.

Altri vantaggi della presente invenzione diverranno evidenti dalla descrizione che segue di un esempio di attuazione di un procedimento secondo l'invenzione, dato a titolo indicativo e non limitativo con riferimento al disegno allegato la cui unica figura mostra una vista schematica in sezione trasversale, di un reattore per la produzione di nerofumo.

Sebbene tale figura riporti una possìbile forma di realizzazione del reattore per produrre nerofumo con il procedimento secondo il trovato, come precedentemente indicato, la presente invenzione può essere attuata impiegando un qualsiasi reattore a forno per nerofumo in cui quest ultime venga prodotto mediante pirolisi e/o combustione incompleta di idrocarburi. Inoltre sebbene la descrizione che segue riporti una attuazione della presente invenzione che utilizza un raffreddamento, mediante introduzione di un fluido di raffreddamento per abbassare la temperatura dell'effluente, come si comprenderà da parte dell'ordinario esperto nel settore, la presente invenzione comprende qualsiasi metodo per abbassare la temperatura dell’affluente, preferibilmente nelle quantità specificate, entro i tempi di residenza specificati, dal punto di iniezione dell'alimentazione più prossimo alla zona di reazione. Similmente, sebbene la descrizione che segue utilizzi un secondo raffreddamento per interrompere la pirolisi come sarà compreso da un esperto ordinario nel settore, la presente Invenzione abbraccia qualsiasi metodo per bloccare la pirolisi.

Nella figura, una porzione di un reattore io per nerofumo, avente ad esemplo una zona di reazione 12, ed una zona con diametro ristretto 20, è dotato di un primo raffreddamento 40, disposto nel punto 60, e di un secondo raffreddamento 42, disposto nel punto 62, per iniettare un fluido di raffreddamento 50. Il fluido di raffreddamento 50 può essere uguale o diverso per ciascun raffreddamento. La direzione di flusso della corrente gassosa e calda di combustione attraverso il reattore 10, e le zone 12 e 20, viene mostrato a una freccia. Il fluido di raffreddamento 50 può essere iniettato tramite il primo raffreddamento 40 ed il secondo raffreddamento 42, in controcorrente, o preferibilmente in equlcorrente, rispetto alla direzione della corrente gassosa di combustione. Il punto 14 è il punto a valle più lontano dalla Iniezione della carica 30. Come si comprenderà da parte dell'esperto ordinario nel settore, il punto a valle 14 più lontano dalla iniezione della carica può essere variato. La distanza tra 14, il punto a valle più lontano dalla iniezione della carica, ed il punto del primo raffreddamento 60 è rappresentato da L-l e la distanza tra il punto a valle più lontano dalla iniezione della carica 14, ed il punto del secondo raffreddamento 62 è rappresentato da L-2.

Secondo una forma di attuazione della presente invenzione, il primo raffreddamento 60 è posizionato per abbassare la temperatura dell'effluente (la miscela dei gas di combustione e della carica nella quale avviene la pirolisi) non più tardi di 0,002 secondi, e preferibilmente da 0,0 a 0,0015 secondi, di tempo di residenza dal punto a valle più lontano dalla iniezione della carica. Tipicamente perchè l'affluente sia raffreddato entro il tempo di residenza specificato, il primo raffreddamento sarà localizzato a o entro circa 1,2 m (4 ft) dal punto a valle più lontano dalla iniezione della carica. Pertanto L-l sarà da circa 0,0 a circa 1,2 m (4 ft). Il fluido di raffreddamento viene iniettato tramite il primo raffreddamento 60 allo scopo di abbassare la temperatura dell'effluente, preferibilmente di una quantità fino a 426 °C (800°F), più preferibilmente di una quantità da circa 10 a circa 426°C (50-800°F), purché tuttavia il fluido di raffreddamento iniettato attraverso il primo raffreddamento 60 non blocchi la pirolisi.

Addizionalmente secondo la presente invenzione, il tempo di residenza dal punto a valle più lontano dalla iniezione della carica fino a che la temperatura dell'effluente (la miscela del gas di combustione e della carica dove avviene la pirolisi) viene inizialmente abbassata, e la quantità con la quale la temperatura dell'effluente viene abbassata possono essere variati indipendentemente o simultaneamente per controllare la grandezza dell'aggregato e la struttura dei nerofumo prodotti nel reattore. Nell'attuazione della presente invenzione illustrata nella figura, variando L-l varierà anche il tempo di residenza dal tempo della iniezione a valle più lontana della carica al tempo al quale la temperatura dell'effluente viene abbassata. Variando la quantità di fluido di raffreddamento iniettato può essere variata la quantità con la quale la temperatura dell'effluente viene abbassata.

Come spiegato nei paragrafi che precedono, nell'attuazione della presente invenzione illustrata nella figura, in dipendenza della grandezza dell'aggregato e della struttura desiderata, L-l varia da circa 0,0 a circa 1,2 m (4 ft). Il fluido di raffreddamento 50 abbassa la temperatura dell'effluente, preferibilmente di una quantità fino a circa 426°C {800°F) più preferibilmente di una quantità da circa 10 a circa 426°C (50-800°F), purché tuttavia tale pirolisi non venga bloccata al primo raffreddamento 60 da parte del fluido di raffreddamento 50.

Dopo che i nerofumo con le caratteristiche desiderate sono stati prodotti, la pirolisi viene bloccata nel punto 62 tramite il raffreddamento 42. Il punto 62 è un punto nel quale i nerofumo aventi le caratteristiche desiderate sono stati prodotti nel reattore. Come precedentemente spiegato, il punto 62 può essere determinato in qualsiasi maniera nota nella tecnica per scegliere la posizione di un raffreddamento che blocca la pirolisi. Un metodo per determinare la posizione del raffreddamento che blocca la pirolisi consiste nel determinare il punto nel quale viene ottenuto un livello accettabile di estratto in toluene per i prodotti desiderati di nerofumo. Il livello di estratto in toluene può essere misurato tramite il saggio ASTM D1618-83 "Carbon Black Extractables Toluene Discloration". L-2 varierà in accordo con la posizione del punto 62.

L'efficacia ed i vantaggi della presente invenzione saranno ulteriormente illustrati tramite l'esempio che segue.

ESEMPIO

Per dimostrare l'efficacia della presente invenzione, furono effettuati esperimenti in un procedimento di produzione di nerofumo impiegando due raffreddamenti, variando il tempo di residenza dal tempo della iniezione a valle più lontana dalla carica fino al tempo in cui la temperatura dell'effluente veniva abbassata e la quantità con la quale la temperatura dell'effluente veniva abbassata. Questo tempo di residenza veniva variato variando L-l. Le variabili del procedimento ed i risultati di due serie di prove per il nerofumo negli esperimenti, sono riassunti nella tabella che segue. Il gruppo I comprende le prove 1,2 e 3 ed 11 gruppo 2 comprende le prove 4,5 e 6.

J/m (925 BTU/SCF).

Come sarà generalmente compreso da parte dell’esperto ordinario nel settore, le variabili di processo riportate nella Tabella rappresentano la variabile in un punto nel reattore e sono determinate in maniera generalmente nota. Ciascun gruppo di prove per il nerofumo veniva effettuato in un reattore per nerofumo simile al reattore descritto nell'esempio 1 del brevetto U.S. N. 3,922.335, con le eccezioni riportate nella Tabella.

In Tabella : R significa raffreddamento, 1° R (m) sta per L-l, distanza dal punto a valle più lontano dalla iniezione della carica al primo raffreddamento. La temperatura prima del 1° raffreddamento (T Prima 1° R) è la temperatura dell’effluente prima del 1° raffreddamento, e la temperatura dopo il 1° raffreddamento (T dopo 1° R) e la temperatura dopo il 2° raffreddamento (T dopo 2° R) sono rispettivamente la temperatura dell'effluente dopo il primo raffreddamento e la temperatura della miscela della carica e dei gas di combustione dopo il secondo raffreddamento, rispettivamente. Tutte le temperature relative al raffreddamento sono calcolate mediante tecniche termodinamiche convenzionali, ben note. Il tempo di residenza nella Tabella, riguarda la quantità di tempo dopo il punto a valle più lontano dalla iniezione della carica, che è passato prima che la temperatura dell’effluente venga inizialmente abbassata. 2° R (m), sta per L-2 ed è stato determinato empiricamente utilizzando il livello di estratto in toluene. Dopo ciascuna prova i nerofumo prodotti venivano raccolti ed analizzati per determinare CTAB, tinta, Dst (diametro medio di stokes), CDBP, DBP soffice e Scolorazione del Toluene. I risultati per ciascuna prova sono riportati nella Tabella.

CTAB fu determinato secondo la procedura del saggio ASTM D3765-85. La tinta fu determinata secondo la procedura di saggio ASTM D3265-85a. DBP dei neri soffici fu determinato secondo la procedura descritta in ASTM D-2414-86. CDBP fu determinato secondo la procedura riportata in D3493-86. L-n «colorazione del toluene fu determinata secondo la procedura di saggio ASTM D1618-83.

Dst (diametro medio di Stokes) fu determinato con un fotosedimentometro con centrifuga a disco secondo la descrizione che segue. La procedura che segue è una modifica della procedura descritta in "In struction Manual" per la Joyce-Loebl Disc centrifuge, File Ref. DCF4.008, pubblicato l'I Febbraio 1985, disponibile presso Joyce-Loebl Company, (Marquisway, Team valley, Gateshead, Tyne & Wear, England), gli insegnamenti del quale sono qui incorporati per riferimento. La procedura è come segue. 10 mg (milligrammi) di un campione di nerofumo vengono pesati in un recipiente per la pesata, quindi aggiunti a 50 cc di una soluzione di 10% di etanolo assoluto, 90% di acqua distillata, che viene portato a = 0,05% con tensioattivo NONIDET P-40 (NONIDET P-40 è un marchio commerciale registrato per un tensioattivo venduto da Shell Chemical Co.). La sospensione viene dispersa per mezzo di energia ultrasonica per 15 minuti utilizzando un Sonifier Model No. W 385, prodotto e venduto da Heat Systems Ultrasonics Ine., Farmingdale, New York. Prima che sia azionata la centrifuga a disco vengono introdotti i seguenti dati in un calcolatore, che registra i dati dalla centrifuga a disco:

1. Il peso specifico del nerofumo, pari a 1,86 g/cc.

2. Il volume della soluzione del nerofumo disperso in una soluzione dì acqua ed etanolo, che in questo caso è 0,5 cc.

3. Il volume del fluido in rotazione, che in questo caso è 10 cc di acqua.

4. la viscosità del fluido in rotazione, che in questo caso è pari a 0,933 centipoise a 23°C.

5. La densità del fluido in rotazione, che in questo caso è 0,9975 g/cc a 23°C.

6. La velocità del disco, che in questo caso è 8000 rpm (giri/minuto).

7. L'intervallo di campionatura dei dati, che in questo caso è 1 secondo.

La centrifuga a disco viene azionata a 8000 rpm mentre è operativo lo stroboscopio. 10 cc di acqua distillata vengono iniettati nel disco in rotazione quale fluido per la rotazione. I livello della torbidità viene posto pari a 0; e 1 cc della soluzione con 10% di etanolo assoluto e 90% di acqua viene iniettato quale liquido tampone. I pulsanti di taglio e di spinta della centrifuga a disco vengono quindi azionati per produrre un gradiente regolare di concentrazione tra il fluido in rotazione ed il liquido tampone ed il gradiente viene registrato visualmente. Quando il gradiente diventa regolare in modo tale che non esiste alcun confine distinguibile tra i due fluidi, 0,5 cc di nerofumo disperso nella soluzione acquosa etanolica vengono iniettati nel disco di rotazione ed inizia immediatamente la raccolta dei dati. Se avviene efflusso la prova è fallita, il disco viene fatto girare per 20 minuti dopo l'iniezione del nerofumo disperso in soluzione etanolica acquosa. Dopo 20 minuti di rotazione, il disco viene fermato, la temperatura del fluido in rotazione viene misurata, e la media della temperatura del fluido in rotazione misurata all'inizio della prova e la temperatura del fluido in rotazione misurata alla fine della prova vengono introdotte nel calcolatore che registra i dati dalla centrifuga a disco. I dati vengono analizzati secondo l'equazione standard di Stokes e vengono presentati utilizzando le seguenti definizioni:

Aggregato di nerofumo - una entità discreta, rigida e colloidale, che è l'unità disperditele più piccola; esso è composto di particelle estensivamente sottoposte a coalescenza;

Diametro di Stokes- il diametro di una sfera che sedimenta in un mezzo viscoso in un campo centrifugo o gravitazionale secondo l'equazione di Stokes. Un oggetto non sferico, come un aggregato di nerofumo, può ancora essere rappresentato in termini di diametro di Stokes, se esso viene considerato comportarsi come una sfera rigida e liscia della stessa densità, e la velocità di sedimentazione quale oggetto. Le unità usuali sono espresse in diametri in nm:

Diametro medio di stokes (Dst per scopi di illustrazione) - il punto sulla curva di distribuzione del diametro di stokes dove 50% del peso del campione è più grande o più piccolo. Esso rappresenta pertanto il valore medio della determinazione.

Come illustrato nella Tabella la presente invenzione consentiva la produzione di nerofumo con valori aumentati di CDBP, DBP soffice e Dst e con tinte diminuite in confronto con i nerofumo prodotti mediante le prove del procedimento con nerofumo di controllo, 1 e 4, utilizzando un singolo raffreddamento. Ciò indica che i nerofumo della presente invenzione sono caratterizzati da una struttura e grandezza dell'aggregato aumentate. Inoltre come illustrato dai risultati per il Gruppo II, la presente invenzione consentiva la produzione di nerofumo aventi valori aumentati di CDBP, DBP soffice e Dst e tinte diminuite per un CTAB relativamente costante, ciò indica che la presente invenzione produceva nerofumo con struttura e grandezza dell'aggregato aumentate per un dato CTAB.

Come illustrato dai risultati per il gruppo I, la presente invenzione produceva nerofumo con valori aumentati di CDBP, DBP soffice e Dst e tinte diminuite in confronto con i nerofumo prodotti mediante la prova di controllo 1 del procedimento per il nerofumo con tempi diversi di residenza nei quali la temperatura dell’effluente veniva inizialmente abbassata dalla stessa quantità.

Poiché la presente invenzione riguarda un procedimento per controllare la struttura e la grandezza dell'aggregato di nerofumo, numerose variazioni e modifiche possono essere ovviamente apportate alle pròve di produzione del nerofumo sopra descritte senza allontanarsi dalla presente invenzione. In accordo con ciò dovrebbe essere chiaramente inteso che le forme della presente invenzione qui descritte, ed illustrate nella figura, sono solamente illustrative e non sono intese a limitare la portata dell'invenzione. La presente invenzione comprende tutte le modifiche che ricadono entro la portata delle rivendicazioni che seguono.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per controllare la grandezza dell'aggregato e la struttura di nerofumo comprendente: far passare una corrente di gas caldi di combustione attraverso un reattore; iniettare una carica nella corrente dei gas caldi di combustione in uno o più punti per formare un effluente ed iniziare la pirolisi della carica nell effluente; abbassare la temperatura dell'effluente ad un primo punto entro un periodo di tempo di 0,002 secondi a valle dal punto a valle più lontano dalla iniezione della carica, senza bloccare la pirolisi della carica nell'effluente.
2. Procedimento secondo la rivendicazioe 1, in cui la temperatura dell'effluente viene abbassata dì una quantità fino a circa 426°C (800°F).
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui la temperautra dell'effluente viene abbassata di una quantità da circa 10 a circa 426°C (50-800°F).
4. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui la temperatura dell'effluente viene abbassata entro un periodo di tempo da circa 0,0 a circa 0,0015 secondi dal punto a valle più lontano dalla iniezione della carica .
5. Procedimento secondo la rivendicazione 3, in cui la temperatura dell'effluente viene abbassata entro un periodo di tempo da circa 0,0 a circa 0,0015 secondi dal punto a valle più lontano dalla iniezione della carica.
6. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui la temperatura dell'effluente viene abbassata iniettando un fluido di raffreddamento.
7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, in cui la temperatura dell'effluente viene abbassata entro un periodo di tempo da circa 0,0 a 0,0015 secondi dal punto a valle più lontano dall'iniezione della carica.
8. Procedimento secondo la rivendicazione 6, in cui il fluido di raffreddamento abbassa la temperatura dell'effluente fino a circa 426°C (800°F).
9. Procedimento secondo la rivendicazione 6, in cui il fluido di raffreddamento abbassa la temperatura dell'effluente da circa 10 a circa 426°c (50-800°F).
10. Procedimento secondo la rivendicazione 7, in cui il fluido di raffreddamento abbassa la temperatura dell'effluente da circa 10 a circa 426°c (50-800°F).
11. Procedimento per produrre nerofumo aventi valori controllati della grandezza dell'aggregato e della struttura comprendente: far passare una corrente di gas caldi di combustione attraverso un reattore; iniettare una carica nella corrente dei gas caldi della combustione in uno o più punti per formare un effluente ed iniziare la pirolisi della carica nell effluente; abbassare la temperatura dell'effluente in un primo punto entro un periodo di tempo di 0,002 secondi a valle dal punto a valle più lontano dalla Iniezione della carica, senza bloccare la pirolisi della carica nell 'effluente; abbassare ulteriormente la temperatura dell'effluente in un secondo punto, a valle del primo punto, per bloccare la pirolisi della carica nell'effluente; e separare e raccogliere il nerofumo prodotto.
12. Procedimento secondo la rivendicazione 11, in cui la temperatura dell'effluente viene abbassata in una quantità fino a circa 426°c (800°F).
13. Procedimento secondo la rivendicazione 11, in cui la temperatura dell'effluente viene abbassata di una quantità da circa 10 a circa 426°C (50-800°F).
14. Procedimento secondo la rivendicazione 11, in cui la temperatura dell'effluente viene abbassata entro un periodo di tempo da circa 0,0 a circa 0,0015 secondi dal punto a valle più lontano dalla iniezione della carica.
15. Procedimento secondo la rivendicazione 13, in cui la temperatura dell'effluente viene abbassata entro un periodo di tempo da circa 0,0 a circa 0,0015 secondi dal punto a valle più lontano dalla iniezione della carica .
16. Procedimento secondo la rivendicazione 11, in cui la temperatura dell'effluente viene abbassata iniettando un fluido di raffreddamento.
17. Procedimento secondo la rivendicazione 16, in cui la temperatura dell'effluente viene abbassata entro un periodo di tempo da circa 0,0 a circa 0,0015 secondi dal punto a valle più lontano dalla iniezione della carica.
18. Procedimento secondo la rivendicazione 16, in cui il fluido di raffreddamento abbassa la temperatura dell'effluente fino a circa 426°C (800°F).
19. Procedimento secondo la rivendicazione 16, in dell'effluente da circa 10 a circa 426°C (50-800°F).[
20. Procedimento secondo la rivendicazione 17, cui il fluido di raffreddamento abbassa la temperatura dell'effluente da circa 10 a circa 426°C (50-800°F).