IT9020367A1

IT9020367A1 - Procedimento ed apparecchiatura per produrre nerofumo

Info

Publication number: IT9020367A1
Application number: IT020367A
Authority: IT
Inventors: Sakaue Akinori; Karatsu Masanori; Yoshimura Shichi; Kanamaru Shinichi
Original assignee: Mitsubishi Kasei
Priority date: 1989-05-23
Filing date: 1990-05-18
Publication date: 1991-11-18
Also published as: IT9020367A0; ES2024801A6; KR0153262B1; KR900018300A; IT1241929B; BR9002405A; JPH02308868A; JP2699195B2

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un procedimento ed un'apparecchiatura per produrre con elevata efficienza nerofumo di forno avente proprietà fisiche desiderate utile per applicazioni come materiale riempitivo, materiale di rinforzo, materiale conduttore, pigmento colorante e cosi via.

Per produrre nerofumo di forno si è rivelata pratica comune introdurre un gas contenente ossigeno ed un combustibile nella direzione assiale o tangenziale di un reattore di produzione di nerofumo cilindrico e, trasferendo al tempo stesso il gas della combustione ad alta temperatura formato dalla combustione ad una zona di reazione a valle, introdurre una carica d'alimentazione idrocarburica nella corrente di gas di combustione ad alta temperatura per formare nerofumo. Tuttavia, la reazione di decomposizione termica della carica idrocarburica é complessa e si è rivelato difficile formare nerofumo avente proprietà fisiche o chimiche desiderate con elevata efficienza.

In particolare, per miscelare, porre a contatto e far reagire efficientemente la corrente di gas di combustione ad alta temperatura formata nella prima zona di reazione con la carica d'alimentazione idrocarburica introdotta nella seconda zona di reazione, è considerato fattore importante governare l'efficienza di produzione e le proprietà del nerofumo risultante. Prima d'oggi, per miscelare e porre a contatto i gas della combustione ad alta temperatura con la carica d'alimentazione idrocarburica nella seconda zona di reazione, si è tentato di aumentare l'energia cinetica impartendo un forte movimento vorticante al gas di combustione ad alta temperatura o modificando la forma della gola della seconda zona di reazione. Tuttavia non sono stati ottenuti risultati adeguatamente soddisfacenti. Ad esempio, la pubblicazione di brevetto giapponese esaminata N. 27112/1980 descrive un procedimento<">per produrre nerofumo, che comprende il formare correnti gassose calde divise verso l'esterno e verso l'interno nella direzione circonferenziale con l'asse del reattore in corrispondenza del centro, e alimentare la carica d'alimentazione idrocarburica dalla direzione assiale. Tuttavia, la corrente gassosa calda divisa e introdotta verso l'esterno è prevista solamente per la protezione della parete del reattore e perciò costituirà una causa di riduzione sostanziale della resa in nerofumo. Inoltre, con l'introduzione delle correnti divise dalla direzione tangenziale all'asse del reattore alla direzione circonferenziale, è possibile ottenere un afflusso altamente turbolento in corrispondenza della gola. In aggiunta, l'ugello d'alimentazione della carica è mantenuto sull'asse del reattore e quando l'ugello viene spostato per controllare le proprietà fisiche o chimiche del nerofumo risultante, è necessario proteggere l'ugello con una camicia di raffreddamento per cui si determina una perdita di calore addizionale. In aggiunta, con l'introduzione della carica dall'ugello previsto sull'asse del reattore, è necessario tempo per la diffusione della carica in una direzione radiale, per cui una miscelazione efficace non può essere attuata ad alta velocità, ed è inevitabile una riduzione nella resa in nerofumo.

Inoltre, la pubblicazione di brevetto giapponese esaminata N. 45581/1980 descrive un procedimento per la produzione di nerofumo, in cui l'aria per la combustione viene preriscaldata mediante uno scambiatore di calore con il prodotto di reazione dopo lo spegnimento, per il recupero di calore, ed una parte dell'aria preriscaldatacene alimentata al reattore con una corrente divisa indipendente per la protezione della parete del reattore. Tuttavia, in questo procedimento, l'introduzione della carica di alimentazione è limitata alla porzione centrale attorno all'asse del reattore, e nessuna corrente di gas di combustione ad alta temperatura sarà formata lungo la parete del reattore, per cui la formazione di una regione di flusso turbolento ad alta temperatura essenziale per eseguire il cracking termico della carica di alimentazione idrocarburica con elevata efficienza sarà inadeguata. In aggiunta, la carica idrocarburica è alimentata da un ugello di alimentazione della carica in una direzione assiale ritenuta nel reattore ad alta temperatura per cui è necessario prevedere una camicia di raffreddamento per la protezione dell'ugello, determinando cosi una perdita di calore addizionale. In aggiunta, poiché la carica viene introdotta dall'asse del reattore, è necessario tempo per la diffusione della carica nella direzione radiale, per cui una miscelazione efficace non può essere attuata ad alta velocità determinando cosi la riduzione della resa di nerofumo.

In aggiunta, la pubblicazione brevettuale giapponese non esaminata N. 183364/1986) descrive un procedimento per produrre nerofumo mediante un reattore di produzione di nerofumo in cui una camera di combustione è dotata di un ingresso per gas diretto in una direzione tangenziale, in cui una carica d'alimentazione viene introdotta nella gola in una direzione attraversante la corrente gassosa per il cracking termico. Tuttavia, la corrente di gas di combustione ad alta temperatura è una corrente vorticante e non è in grado di formare una regione di flusso turbolento ad alta temperatura adeguata in corrispondenza della gola cioè in corrispondenza del punto di alimentazione della carica ove è impossibile formare nerofumo con elevata efficienza.

La pubblicazione di brevetto giapponese esaminata N.

6203/1972 descrive un procedimento per produrre nerofumo, in cui viene creata turbolenza mediante una pluralità di bruciatori disposti con un angolo compreso fra 10 e 80° rispetto all'asse del reattore, ed una carica idrocarburica è alimentata per intersecare la turbolenza. Tuttavia, il reattore avente i bruciatori fissati ad esso ha forma troncoconica con la sua area di sezione trasverale che aumenta gradualmente verso la gola (diaframma) per cui il flusso turbolento ottenuto mediante l'intersezione delle correnti di miscela di combustione diminuisce verso la gola, di modo che l'energia del flusso turbolento delle correnti della miscela di combustione e l'energia del flusso turbolento ottenuta mediante la sagoma della gola sono sfruttate efficacemente. In aggiunta, l'introduzione della carica idrocarburica S nella direzione assiale del reattore, per cui la carica idrocarburica introdotta è costretta a diffondere nella direzione radiale del reattore, ed è impossibile introdurre la carica idrocarburica dolcemente e collettivamente nell'area ove l'energia del flusso turbolento è massima. Perciò, il controllo per ottenere un nerofumo avente proprietà desiderate opzionali è estremamente difficoltoso ed è particolarmente difficile produrre nerofumo avente piccole dimensioni delle particelle.

Inoltre, nella pubblicazione brevettuale esaminata giapponese N. 10581/1987, una pluralità di correnti di gas intermedie di nerofumo formate separatamente sono fatte collidere l'una con l'altra. Tuttavia, la collisione in questo caso è collisione delle correnti gassose intermedie del nerofumo stesse dopo l'introduzione di una .carica d'alimentazione idrocarburica e l'energia del flusso turbolento dovuta alla collisione non serve per la formazione efficiente di nerofumo. Inoltre, la convergenza di correnti gassose intermedie da nerofumo viene condotta mediante un complesso di perlomeno due prime e seconde zone di reazione, ed è probabile che i prodotti intermedi di nerofumo si siano già formati prima del complesso. Conseguentemente, le proprietà fisiche (qualità) del prodotto nerofumo tendono a variare sostanzialmente. I-noltre, se il numero di serie per il complesso aumenta, allora è inevitabile un aumento dell'area superficiale del corpo principale del reattore, per cui le perdite termiche dalla superficie del reattore aumentano, e l'efficienza energetica diminuisce.

Uno scopo della presente invenzione è quello di fornire un procedimento ed una apparecchiatura per produrre nerofumo, per cui nerofumo avente proprietà fisico-chimiche desiderate in dipendenza dalla applicazione particolare può essere prodotta con elevata efficienza.

In primo luogo, la presente invenzione fornisce un procedimento per produrre nerofumo mediante un reattore comprendente una prima zona di reazione in cui viene bruciata una miscela di un combustibile e di un gas contenente ossigeno, una seconda zona di reazione avente una gola in cui il gas di combustione ad alta temperatura risultante viene miscelato e fatto reagire con una carica idrocarburica, ed una terza zona di reazione dotata di uno spruzzo d'acqua di rapido spegnimento per porre termine alla reazione, che comprende il dirigere il gas di combustione ad alta temperatura formato nella prima zona di reazione per formare una corrente assiale fluente sostanzialmente nella medesima direzione della direzione assiale del reattore, dividere la corrente assiale in almeno due correnti indipendenti differenti nella velocità di scarico e/o nella temperatura dei gas di scarico, introdurre le correnti assiali divise nella seconda zona di reazione e, nella seconda zona di reazione, introdurre la carica idrocarburica da ugelli in una direzione trasversale rispetto alle correnti assiali del gas di combustione ad alta temperatura.

In secondo luogo, la presente invenzione fornisce un procedimento per produrre nerofumo mediante una reazione condotta in una prima zona di reazione in cui mediante un sistema di generazione di miscela di combustione ad alta temperatura, un gas contenente ossigeno e un combustibile sono miscelati per formare una corrente di miscela di combustione ad alta temperatura, una seconda zona di reazione avente una gola in cui la corrente di miscela di combustione ad alta temperatura cosi ottenuta viene miscelata con una carica di alimentazione idrocarburica per formare nerofumo, ed una terza zona di reazione posizionata a valle e continua dalla seconda zona di reazione in cui acqua di raffreddamento viene spruzzata per porre termine alla reazione, che comprende:

1introdurre detta corrente di miscela di combustione ad alta temperatura sotto forma di una pluralità di correnti indipendenti dirette sostanzialmente in una direzione assiale formata da una pluralità di sistemi generatori di miscela di combustione ad alta temperatura rispettivamente;

2consentire a detta pluralità di correnti indipendenti di miscela di combustione ad alta temperatura di collidere l'una con l'altra nella prima zona di reazione avente una sagoma assialmente gradualmente strozzata o nella seconda zona di reazione avente una gola;

(5) introdurre la carica di alimentazione idrocarburica nella seconda zona di reazione da una direzione attraversante le correnti della miscela di combustione ad alta temperatura.

Inoltre, la presente invenzione fornisce un'apparecchiatura per produrre nerofumo comprendente una prima zona di reazione in cui mediante un sistema di generazione di miscela di combustione ad alta temperatura un gas contenente ossigeno e un combustibile sono miscelati per formare una corrente di miscela di combustione ad alta temperatura, una seconda zona di reazione in cui la corrente di miscela di combustione ad alta temperatura cosi ottenuta viene miscelata con una carica di alimentazione idrocarburica per formare nerofumo ed una terza zona di reazione posizionata a valle e continua dalla seconda zona di reazione in cui acqua di rapido spegnimento è spruzzata per porre termine alla reazione, in cui una pluralità di sistemi generatori di miscela di combustione ad alta temperatura sono previsti per cui essi sono in grado di scaricare le rispettive correnti di miscela di combustione ad alta temperatura a posizioni opzionali nella prima e seconda zone di reazione, la seconda zona di reazione essendo sagomata in modo tale che essa è sostanzialmente assialmente gradualmente strozzata, e ugelli di alimentazione di carica di alimentazione idrocarburica essendo previsti in una direzione attraversante le correnti di miscela di combustione ad alta temperatura nella seconda zona di reazione.

Nei disegni acclusi:

la Fig. 1 è una vista schematica in sezione verticale della porzione principale di un reattore di produzione di nerofumo utile per attuare il procedimento secondo il primo aspetto della presente invenzione.

La Fig. 2-1 è una vista schematica in sezione trasversale presa lungo la linea A-A in Fig. 1,

La Fig. 2-2 è una vista schematica in sezione trasversale presa lungo la linea B-B in Fig. 1.

La Fig. 2-3 è una vista schematica in sezione trasversale presa lungo la linea C-C in Fig. 1.

Le Figg. da 3-1 a 3-4 sono viste in sezione trasversale della prima zona di reazione illustranti i vari tipi di correnti indipendenti di correnti assiali.

La Fig. 4 è una vista schematica in sezione trasversale verticale della seconda zona di reazione illustranti gli u geIli di alimentazione.

La Fig. 5 è una vista illustrante la direzione per introdurre la carica di alimentazione.

La Fig. 6 è una vista schematica in sezione trasversale verticale della porzione principale di un reattore di produzione di nerofumo illustrante il secondo aspetto della presente invenzione.

La Fig. 7 è una vista schematica in sezione trasversale presa lungo la linea A-A in Fig. 6.

La Fig. 8 è una vista schematica in sezione trasversale presa lungo la linea B-B in Fig. 6.

La Fig. 9 è una vista schematica in sezione trasversale presa lungo la linea C-C in Fig. 6.

La Fig. 10A è una vista schematica in sezione trasversale della prima zona di reazione dell'apparecchiatura di Fig. 6 durante il funzionamento illustrante una forma di realizzazione della divisione di miscela di combustione ad alta temperatura.

Le Figg. da 10B a 1OD sono viste schematiche in sezione trasversale della prima zona di reazione illustranti altre forme di realizzazione della divisione della miscela di combustione ad alta temperatura.

La Fig. 11 è una vista illustrante la direzione di introduzione della carica idrocarburica.

Secondo gli studi dei presenti inventori, l'efficienza della reazione per la formazione di nerofumo e le proprietà fisiche (qualità) del prodotto, dipendono ampiamente da tre fattori cioè il valore minimo (1,) . del diametro Kolmogorov di vortice minimo di 1^ formato dal gas di combustione ad alta temperatura nello spazio interno del reattore, la distribuzione di esso e la proporzione della portata della carica di alimentazione passante attraverso la regione ove esiste (1.k1mi.n.

In questo caso, il diametro Kolmogorov minimo di vortice di 1^ è uno dei parametri rappresentati il fattore caratteristico di flusso turbolento dedotto da una teoria di flussi turbolenti della idrodinamica è di per sé noto.

Sarà ora descritta l'analisi sperimentale e la discussione che ha portato alle scoperte precedenti.

I presenti inventori hanno condotto vari esperimenti impiegando un reattore per nerofumo per scopo sperimentale. Di conseguenza, si è trovato che le seguenti relazioni qualitative esistono tra le proprietà fisico-chimiche del nerofumo come il limite inferiore al diametro delle particelle, l'indice strutturale, la distribuzione delle dimensioni delle particelle, la distribuzione delle dimensioni degli aggregati, e la resa relativa alla carica d'alimentazione, e le condizioni geometriche del reattore. Nelle formule seguenti, de è il diametro della gola del reattore^Θ S il suo angolo sagomato a cono, e Le è la distanza tra l'ugello d'alimentazione e la gola.

Limite inferiore delle dimensioni particellariα (dc/0) Resistenza alla colorazioneα (1/Lc)

Distribuzione delle dimensioni particellariα (Le) Distribuzione delle dimensioni degli aggregatiα (Le) Distribuzione delle dimensioni delle particelleα (l/resa) Le caratteristiche sorprendenti qui ottenute sono state interpretate fisicamente tramite esperimenti di flusso come segue.

In altre parole, quando la velocità U del gas di combustione ad alta temperatura nel reattore rappresentata dalla formula:

in cui u è la componente di velocità media e u' è la componente di velocità variabile, il diametro de della gola, l'angolo sagomato a chicco,θe la distanza Le dall'ugello di alimentazione alla gola forniscono influenza diretta come è mostrato qui sotto per la componente di velocità media u del gas della combustione, la bassa velocità strozzata in corrispondenza della gola cioè la velocità massima (u) nella distribuzione di velocità di sezione trasversale e il tempo di ritenzione medioτ della carica idrocarburica nel reattore e la sua distribuzione o rispettivamente:

<2 >

Un aumento della componente di velocità media u del gas di combustione sarebbe accompagnato da un aumento della velocità massima nella distribuzione di velocità di sezione trasversale. Perciò, (θ/dc) viene considerato come correlato a

In questo caso, tenendo in considerazione la dipendenza delle proprietà fisiche basilari del herofumo sul valore assoluto delle dimensioni delle particelle fini, sarà considerato in relazione alla struttura fine di un flusso turbolento formato dalla corrente di gas della combustione. Secondo una teoria dei flussi turbolenti, un aumento della velocità è proporzionale ad un aumento della componente di velocità variabile e vale cosi la formula seguente:

e la componente di velocità variabile ha una relazione rappresentata dalla formula seguente con il diametro minimo 1^ della corrente vorticosa di Kolmogorov:

in cui lo rappresenta una lunghezza corrispondente al diametro del reattore in quella posizione e v rappresenta la viscosità cinematica del fluido.

Perciò, la velocità variabile massima formata in una certa regione nel reattore genera il valore minimo del diametro minimo lk della corrente vorticosa in quella regione.

In altre parole, si ritiene che il parametro (θ/dc) indichi la tendenza a vortice fine e indichi che il vortice fine è essenziale per la formazione e lo sviluppo di aggregati.

Limite inferiore del diametro delle particelle

Sarà ora discussa la distanza Le dall'ugello di alimentazione alla gola. Un aumento di Le fa aumentare la distanza per il passaggio della carica d'alimentazione attraverso il reattore e la diffusione della carica nella direzione radiale e si ritiene che faccia aumentare sia il tempo di ritezione medio della carica nel reattore che la sua distribuzione σ. Perciò, sono stati condotti esperimenti modello e, di conseguenza è stata ottenuta la formula seguente.

Ciò indica che la distribuzione delle dimensioni delle particelle è proporzionale alla distribuzione o-del tempo di ritenzione medioIdeila carica nel reattore.

Tanto più piccola è la distribuzione o-, tanto migliore è la qualità del nerofumo. E' possibile ridurre la distribuzione o riducendo il tempo di ritenzione medio riducendo Le. Tuttavia, come risulta evidente dal fatto che la posizione per il termine della reazione di cracking termico è soggetto a controllo per la regolazione della qualità, il miglioramento della distribuzione σ dovrà essere condotto nella condizione per la quale il tempo di ritenzione è costante.

Poiché la distribuzione σ del tempo di ritenzione è piccola, ciò significa che la carica alimentata in corrispondenza di un certo tempo passa attraverso il reattore sostanzialmente nel medesimo percorso. Da questo punto di vista, la qualità del nerofumo sarà controllata mediante il diametro minimo di vortice formato sul percorso, per cui sarà formato nerofumo avente piccole distribuzioni di vari tipi.

Resistenza alla colorazione

Distribuzione delle dimensioni particellari<& (o) Distribuzione delle dimensioni degli aggregatiα (o) Inoltre la relazione della distribuzione delle dimensioni delle particelle indica che la resa migliora quando la distribuzione diminuisce. Si suppone che a causa della diminuzione nella distribuzione, la proporzione della portata della carica passante attraverso la regione piccola nel suo percorso aumenti. In altre parole si suppone che sia stabilita la formula seguente.

Come risulta evidente dalla discussione precedente è importante aumentare la proporzione (Q)l^ m-jn/Q della portata della carica passante attraverso la regione {1, } . nel reatk min tore al fine di migliorare la resa.

Resa in nerofumo .

Per confermare la conclusione della discussione, è stato condotto un esperimento variando solamente la portata del gas di combustione ad alta temperatura mantenendo al tempo stesso tutte le altre condizioni costanti. Aumentando la portata del gas di combustione ad alta temperatura, è previsto che vi siano le seguenti variazioni di vari parametri:

Quindi, le variazioni nella qualità del nerofumo e la resa rispetto alla portata del gas di combustione ad alta temperatura sono state analizzate, per cui è stato confermato che elevata qualità e elevata efficienza possono essere ottenute aumentando la portata del gas di combustione. In altre parole, "soddisfare la funzione di miscelazione e contatto in corrispondenza della zona di reazione" che solitamente è stata interpretata vagamente, significa soddisfare le condizioni seguenti:

Q)minimizzare il valore di

©Formare come localizzato sull'asse centrale del ^

reattore distanziato dalla parete interna del reattore.

©Applicare mediante spruzzatura la carica di alimentazione in modo tale che la proporzione della portata della carica d'alimentazione passante attraverso la regione in cui esiste

abbia a divenire massima.

La presente invenzione è stata realizzata sulla base delle scoperte precedenti. In altre parole, nella presente invenzione, è stato innanzittutto adottato un sistema generatore di corrente turbolenta del tipo a flusso assiale. Cioè, al fine di minimizzare il valore e localizzare

sull'asse centrale del reattore distanziato dalla parete interna del reattore, una corrente turbolenta sostanziale è richiesta in tale regione. Perciò, nella presente invenzione, la corrente di gas di combustione ad alta temperatura è diretta per formare una corrente assiale scorrente sostanzialmente nella medesima direzione della direzione dell'asse del reattore, e la corrente assiale è divisa in perlomeno due correnti indipendenti differenti nella velocità di scarico e/o nella temperatura dei gas di scarico, per cui la generazione di una turbolenza estremamente grande può essere controllata in una qualsiasi regione desiderata. Al tempo stesso, la corrente assiale è priva di componenti di velocità vorticanti per cui la velocità massima nella direzione assiale può essere naturalmente localizzata sull'asse sul reattore. Inoltre, il valore di e la posizione della regione per la sua presenza possono essere controllati regolando appropriatamente le velocità di scarico o gli angoli di scarico di una pluralità di correnti di gas di combustione ad alta temperatura, per cui possono essere facilmente controllate le proprietà fisiche del nerofumo risultante.

Inoltre al fine di massimizzare la proporzione

della portata della carica di alimentazione passante attraverso la regione localizzata di è necessario introdurre la carica d'alimentazione idrocarburica in modo tale che essa abbia a scorrere lungo l'asse del reattore. In qualità di procedimento per introdurre la carica d'alimentazione per soddisfare questo requisito, ve ne sono due, cioè un primo procedimento in cui la carica di alimentazione è introdotta da un ugello ritenuto sull'asse del reattore, ed un secondo procedimento in cui la carica di alimentazione è introdotta dal lato in una direzione perpendicolare all'asse del reattore. Nella presente invenzione è stato adottato il secondo procedimento. La ragione è la seguente. In altre parole, nel primo procedimento di introduzione, la carica d'alimentazione introdotta tende ad essere dispersa in una direzione radiale prima di raggiungere la regione ove esiste per cui non solo la proporzione della portata della carica d'alimentazione passante attraverso la regione di

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diminuisce, ma inoltre una camicia di raffreddamento è richiesta per proteggere l'Ugello d'alimentazione ritenuto nel reattore ad alta temperatura determinando cosi perdite di calore addizionali.

Viceversa, nel secondo procedimento impiegato dalla presente invenzione, la diffusione della carica d'alimentazione nella direzione radiale è controllata per essere minima me diante il gas di combustione ad alta temperatura intersecante ad alta velocità per cui la carica d'alimentazione è miscelata ad alta velocità in una stretta regione senza distribuzione. Di conseguenza, la proporzione della portata della carica di alimentazione passante attraverso la regione di aumenta, e nel contempo non è richiesta nessuna camicia per raffreddare l'ugello e pertanto la perdita termica corrispondente può essere evitata. Cosi, introducendo la carica d'alimentazione dal lato in una direzione attraversante le correnti assiali del gas da combustione ad alta temperatura, è possibile aumentare la proporzione della portata della carica d'alimentazione passante attraverso la regione ove esiste cioè migliorare l'efficienza volumetrica effettiva o l'efficienza di miscelazione effettiva e conseguentemente migliorare notevolmente la resa di nerofumo per volume di reattore.

In altre parole, secondo la presente invenzione, (1) la corrente di gas di combustione ad alta temperatura è diretta per formare una corrente assiale per cui può essere eliminata una componente di velocità vorticante e la carica di alimentazione idrocarburica può essere efficientemente termicamente decomposta per formare nerofumo con buona resa. Inoltre, (2) la corrente assiale del gas di combustione ad alta temperatura è divisa in perlomeno due correnti indipendenti che differiscono per la velocità di scarico.e/o la temperatura dei gas di scarico per cui le velocità di scarico e/o le temperature dei gas di scarico di ciascuna corrente indipendentemente divisa possono essere variate in vari modi per cui è possibile controllare le proprietà fisico-chimiche del nerofumo risultante come ad esempio la resistenza alla colorazione o l'area superficiale specifica ed è facilmente possibile ottenere vari nerofumi aventi desiderate proprietà fisiche indipendenti da varie applicazioni impiegando un solo medesimo reattore di produzione. Inoltre, (3) poiché la carica idrocarburica è introdotta nella direzione attraversante le correnti assiali, la dispersione della carica d'alimentazione nella direzione radiale può essere minimizzata, per cui nerofumo avente una netta distribuzione delle particelle dimensionali e avente elevata resistenza alla colorazione può essere ottenuto con buona resa, ed è possibile evitare perdita calorica dovuta alla camicia per raffreddare l'ugello d'alimentazione.

Nella presente invenzione, il gas di combustione ad alta temperatura può essere ottenuto miscelando un combustibile gassoso o liquido con aria, ossigeno, una miscela di questi e bruciando la miscela. In qualità del combustibile, può essere opportunamente impiegato un combustibile gassoso come idrogeno, monossido di carbonio, metano, gas naturale, gas di carbone o gas di petrolio; un combustibile liquido originato da petrolio come cherosene, benzina o olio pesante; un combustibile originato da carbone come olio di creosoto, olio di naftalene o olio di acido carbolico.

In qualità della carica di alimentazione idrocarburica nella presente invenzione può essere opportunamente usata una carica aromatica come benzene, toluene, xilene, naftalene o entracene; un idrocarburo originato da carbone come olio di creosoto o olio di acido carbolico, un olio pesante di origine pertrolifera come olio pesante di etilene o olio FCC; un idrocarburo insaturo di tipo acetilene; un idrocarburo tipo etilene; o un idrocarburo alifatico come pentano o esano.

Nel secondo aspetto della presente invenzione, la corrente di miscela di combustione ad alta temperatura formata nella prima zona di reazione viene introdotta sotto forma di una pluralità di correnti dipendenti formati da una pluralità di sistemi generatori di miscela di combustione ad alta temperatura.

La pluralità di correnti indipendenti sono lasciate collidere l'una con l'altra nella prima e seconda zona di reazione sagomate per essere strozzate assialmente e gradualmente per controllare il valore assoluto del summenzionato

e sua distribuzione. Nel medesimo tempo, nella seconda zona di reazione in cui esiste, la carica idrocarburica viene introdotta da una direzione attraversante le correnti di miscela di combustione ad alta temperatura per cui la carica idrocarburica introdotta può essere dolcemente e facilmente dispersa e miscelata attraverso tutta la regione in cui esiste Pertanto, il controllo delle proprietà fisiche del nerofumo è agevole, e al medesimo tempo è possibile formare efficientemente il nerofumo.

Le proprietà fisiche del nerofumo risultanti, conformemente ai tipi del nerofumo risultante, possono esse efficientemente controllate particolarmente quando vari controlli sono combinati includenti un controllo (variazione) del modo di divisione della corrente di miscela di combustioen dell'alta temperatura o il modo di collisione delle correnti indipendenti divise, un controllo (variazione) della portata del combustibile o del gas contenente ossigeno di ciascuna corrente indipendente ed un controllo (variazione) della posizione in corrispondenza della quale la carica idrocarburica è introdotta in corrispondenza al modo di divisione o al modo di collisione.

Ora la presente invenzione sarà descritta più dettagliatamente facendo riferimento ai disegni.

(A) Nei disegni acclusi la Fig. 1 Illustra una forma di realizzazione di un reattore di produzione di nerofumo da impiegare per attuare il procedimento secondo il primo aspetto della presente invenzione in una vista schematica in sezione trasversale verticale della porzione principale; la Fig. 2-1 è una vista schematica in sezione trasversale presa lungo la linea A-A in Fig. 1; la Fig. 2-2 è una vista schematica in sezione trasversale presa lungo la.linea B-B in Fig. 1; e la Fig- 2-3 è una vista schematica in sezione trasversale presa lungo la linea C-C in Fig. 1. Le Figg. da 3-1 a 3-4 sono viste schematiche in sezione trasversale della prima zona di reazione illustranti il modo per divedere la corrente assiale del gas di combustione ad alta temperatura. La Fig.4 è una vista schematica in sezione trasversale della seconda zona di reazione illustrante gli ugelli di alimentazione; e la Fig. 5 è una vista illustrante la direzione dell'introduzione della carica idrocarburica.

Ora sarà descritto il funzionamento pratico della presente invenzione per produrre nerofumo mediante il reattore di produzione rappresentato in Fig. 1, ecc. Facendo riferimento alla Fig. 1 e alla Fig. 2-1, ugelli di combustione includono quattro ugelli di combustione 9 aventi un ingresso 8 per gas contenente ossigeno, come ugelli esterni. Questi quattro ugelli esterni sono adattati in modo tale che quattro di essi possono essere fatti funzionare assieme. Inoltre, in qualità di ugelli di combustione interni, sono previsti all'interno quattro ugelli di combustione 11 aventi un ingresso 11 di gas contenenti ossigeno e questi quattro ugelli interni sono pure adattati in maniera tale che quattro di essi possono essere fatti funzionare assieme. Questi ugelli di combustione 9 e 11 sono adattati in modo tale che essi possono avanzare e arretrare nel reattore. I gas della combustione ad alta temperatura formato mediante la combustione tramite questi ugelli di combustione interni ed esterni forma correnti di gas interne ed esterne differenti per velocità di scarico e/o per la temperatura dei gas di scarico. In altre parole, com'è rappresentato in Fig. 3-1, due correnti indipendenti, cioè la corrente gassosa ad alta temperatura interna (a) e la corrente gassosa ad alta temperatura esterna (b) vengono introdotte dalla prima zona di reazione nella seconda zona di reazione sotto forma di correnti assiali fluenti sostanzialmente nella medesima direzione della direzione assiale del reattore.

Inoltre, le Figg. 3-2, 3-3 e 3-4 illustrano altre forme di realizzazione per dividere la corrente assiale in correnti indipendentemente divise. Queste varie forme di realizzazione per la divisione possono essere opportunamente selezionate in dipendenza dal tipo della carica di alimentazione idrocarburica o dalle proprietà fisico-chimiche desiderate del nerofumo da produrre (cioè in dipendenza dalla qualità desiderata o applicazione del nerofumo) e dalle velocità di scarico e temperature dei gas di scarico delle correnti indipendenti possono pure essere opportunamente selezionate indipendenza da esse.

Nelle correnti assiali del gas 3⁄4i combustione ad alta temperatura introdotte nella seconda zona di reazione viene Introdotta una carica d'alimentazione Idrocarburica da ugelli 6 di alimentazione di carica. La direzione per la loro introduzione attraversa le correnti dei·gas di combustione ad alta temperatura come correnti assiali. Tuttavia, la direzione per l'introduzione non è necessariamente perpendicolare alle correnti assiali, e un angolo adatto entro un intervallo da 20 a 150° rispetto all'asse del reattore può essere selezionato come è rappresentato in Fig. 5.

Gli ugelli 6 d'alimentazione della carica possono essere previsti simmetricamente ad esempio tra la sinistra e destra come è rappresentato in Fig.2-2. Peraltro, l'ugello 6 di alimentazione della carica è previsto solo su un lato come è rappresentato in Fig. 2-3. Gli ugelli 6 possono essere impiegati in vari modi in modo tale che degli ugelli da 61 a 63 disposti in corrispondenza di posizioni diverse nella seconda zona di reazione 4 come è rappresentato in Fig.4 possono essere usati solamente 61, solamente 62, solamente 63, 61 e 62 in combinazione, 62 e 63 in combinazione o 61 e 63 in combinazione. In generale, gli ugelli 6 d'alimentazione della carica sono preferibilmente previsti in perlomeno tre gruppi in corrispondenza di posizioni diverse nella seconda zona di reazione e ciascun gruppo contiene preferibilmente una pluralità di ugelli. Tali ugelli 6 d'alimentazione della carica sono adattati in modo tale che essi sono in grado di avanzare e arretrare nel reattore.

lina corrente di sospensione calda contenente nerofumo formata nella seconda zona di reazione 4 è quindi introdotta nella terza zona di reazione 5 dove essa viene rapidamente spenta con acqua scaricata da uno spruzzo 7 dell'acqua per porre termine alla reazione disposto In corrispondenza di una posizione addizionale, per terminare la reazione e quindi 11 nerofumo viene recuperato attraverso l'apparecchiatura di raccolta come un ciclone, un filtro a sacco e cosi via.

(B) Ora sarà descritto dettagliatamente il secondo aspetto della presente invenzione facendo riferimento ad una apparecchiatura illustrata per la descrizione della forma di realizzazione pratica del secondo aspetto dell'invenzione.

La Fig. 6 è una vista schematica in sezione trasversale verticale illustrante una forma di realizzazione dell'apparecchiatura di produzione di nerofumo utile per il secondo aspetto della presente invenzione; la Fig. 7 è una vista schematica in sezione trasversale presa lungo la linea A-A di Fig. 6; la Fig. 8 è una vista schematica in sezione trasversale presa lungo la linea B-B in Fig. 6; e la Fig. 9 è una vista schematica in sezione trasversale presa lungo la linea C-C in Fig. 6. Il numero di riferimento 1 indica il corpo principale del reattore di produzione, il numero 2 indica una gola, il numero 3 indica una prima zona di reazione, il numero 4 indica una seconda zona di reazione, e il numero 5 indica una terza zona di reazione. La Fig. 10A è una vista schematica in sezione trasversale della prima zona di reazione quando il reattore di produzione di nerofumo rappresentato nelle Figg. da 6 a 9 è in funzione; in cui i simboli da (a) a (d) indicano le correnti divise dalla miscela di combustione ad alta temperatura.

Il reattore di produzione di nerofumo rappresentato nelle Figg. da 6 a 10A è dotato di quattro sistemi generatori di miscela di combustione ad alta temperatura. Gli ugelli da 13A a 13D di alimentazione di combustibile dei rispettivi sistemi generatori sono costruiti in modo tale che essi sono in grado di scaricare le miscele di combustione ad alta temperatura in posizioni opzionali nella prima zona di reazione 3 e seconda zona di reazione 4. Perciò, le miscele di combustione ad alta temperatura (correnti indipendenti) formate dallo scarico dagli ugelli di alimentazione di combustibile da 13A a 13D sono lasciate collidere (o intersecarsi) l'un l'altra in corrispondenza di posizioni opzionali nella prima zona di reazione 3 o seconda zona di reazione 4. La posizione della collisione è preferibilmente nell'asse centrale del reattore e in corrispondenza della medesima posizione dell'introduzione della carica di alimentazione idrocarburica a valle di essa. L'angolo di collisione (o intersezione) è rappresentato dal numero di riferimento 14 in Fig. 6. L'angolo 14 è solitamente compreso tra 15 e 30° ma non limitato a tale intervallo.

Inoltre, la parete del reattore nella seconda zona di reazione 4 è sagomata in modo tale che essa è strozzata gradualmente nella zona di reazione 4. Un angolo di strozzatura (l'angolo indicato dal numero di riferimento 11 in Fig. 6) della parete del reattore rispetto all'asse del reattore solitamente è compreso tra 5 a 80°, preferibilmente tra 10 e 40°.

Per produrre nerofumo mediante il reattore di produzione di nerofumo rappresentato in Fig. 6, dapprima un combustibile viene introdotto dai rispetti ugelli da 13A a 13D di alimentazione di combustibile e un gas contenente ossigeno (ad esempio aria) viene introdotto attraverso gli ingressi 12 del gas contenente ossigeno e i getti di scarico 17 del gas contenente ossigeno (vedere la Fig. 7). Le correnti di miscela di combustione ad alta temperatura (correnti indipendenti) formate mediante la combustione del combustibile con il gas contenente ossigeno sono lasciate collidere (o intersecarsi) sull'asse del reattore nella seconda\zona di reazione 4 per cui si genera turbolenza prossimità della collisione per formare facilmente una regione in cui esiste La Fig. 10A illustra le rispettive correnti indipendenti da (a) a (d) in un simile caso. La formazione delle correnti indipendenti e la collisione di esse può essere attuata come illustrato cioè quattro correnti indipendenti da (a) a (d) sono formate e lasciate collidere l'una con l'altra. In caso contrario le correnti indipendenti (a) e (c) possono essere formate e lasciate collidere l'una con l'altra oppure le correnti indipendenti (b) e (d) possono essere formate e lasciate collidere l'una con l'altra.

La formazione delle correnti indipendenti divise e la collisione di esse possono essere condotte in vari modi. Le Figg. ÌOB, 10C e 10D illustrano altre forme di realizzazione delle correnti indipendenti. Relativamente al modo di collisione delle correnti indipendenti, in aggiunta alla collisione in corrispondenza di una posizione sull'asse del reattore, un altro modo di collisione come la collisione in corrispondenza di due o più posizioni sull'asse del reattore o la collisione in corrispondenza di due o più posizioni diverse che sull'asse del reattore è possibile.

Come è rappresentato in Fig. 6, la parete del reattore nella seconda zona di reazione è costruita per avere una sagoma tale che la zona di reazione 4 è gradualmente strozzata verso la gola 2. Con tale costruzione, è possibile generare efficacemente turbolenza creata dalla collisione delle correnti indipendenti.

Come è rappresentato nelle Figg. 6 e 8, un totale di 12 ugelli di alimentazione di carica idrocarburica sono previsti nella seconda zona di reazione 4. In altre parole, un totale di quattro ugelli estendentesi dalla sommità, fondo, sinistra e destra sono previsti in corrispondenza di ciascuno dei tre stadi della zona a monte, intermedia e a valle delle correnti di miscela di combustione ad alta temperatura per presentare un totale di 12 ugelli (più specificatamente un totale di 12 ugelli comprendenti ugelli da e da Ciascun ugello è disposto in modo tale che la carica d'alimentazione idrocarburica può essere introdotta dalla direzione attraversante le correnti di miscela di combustione ad alta temperatura nella seconda zona di reazione. Perciò, la carica di alimentazione idrocarburica può essere introdotta mediante questi ugelli di alimentazione da una direzione attraversante le correnti di miscela di combustione nella regione della seconda zona di reazione ove esiste

che è formata mediante la summenzionata collisione delle córrenti indipendenti e mediante la zona di reazione avente una sagoma strozzata. La carica idrocarburica introdotta è facilmente dispersa nell'intera regione in cui esiste

e miscelata per formare nerofumo in modo estremamente<r>

efficace per cui 11 controllo della reazione per la formazione del nerofumo è facilitato.

I dodici ugelli della carica idrocarburica illustrati nelle Figg. 6 e 7 possono essere usati tutti contemporaneamente per l'introduzione della carica d'alimentazione. In caso contrario, la carica d'alimentazione può essere introdotta impiegando gli ugelli a monte gli ugelli intermedi oppure gli ugelli a valle

da soli. Oppure la carica può,essere introdotta impiegando una combinazione degli ugelli a monte e degli ugelli intermedi, una combinazione degli ugelli a monte e degli ugelli a valle oppure una combinazione degli ugelli intermedi e degli ugelli a valle. In aggiunta è possibile controllare le proprietà fisiche (tipi) del nerofumo risultante controllando pure il modo di divisione o collisione delle correnti indipendenti oppure il modo di introdurre la carica indrocarburica in relazione ad altre condizioni come le portate del combustibile o del gas contenente ossigeno.

La carica d'alimentazione dagli ugelli di alimentazione della carica idrocarburica viene introdotta in una direzione attraversante le correnti della miscela di combustione ad alta temperatura. La direzione attraversante le correnti della miscela di combustione ad alta temperatura non è limitata ad una direzione perpendicolare alle correnti di miscela di combustione ad alta temperatura. Come è rappresentato in Fig. 11, la direzione per l'introduzione della carica idrocarburica è opzionalmente selezionata entro un ampio intervallo da 20 a 150°C rispetto all'asse del reattore.

Inoltre, gli ugelli di alimentazione della carica idrocarburica sono preferibilmente costruiti in maniera tale che essi possano essere opzionalmente regolati per l'inserimento più profondamente o meno profondamente nel reattore di quanto rappresentato nelle Figg. da 6 a 8 poiché le proprietà fisiche del nerofumo risultante possano essere controllate in un certo grado controllando le posizioni per l'inserimento degli ugelli della carica di alimentazione nel reattore.

Le correnti di miscela di reazione in cui nerofumo è formato nella seconda zona di reazione, sono quindi introdotte in una terza zona di reazione 5 attraverso la gola 2. Nella terza zona di reazione 5, ugelli 7 di spruzzatura di acqua di spegnimento sono previsti in maniera convenzionale. La miscela di reazione viene raffreddata con l'acqua di spegnimento spruzzata dagli ugelli 7 di spruzzatura dell'acqua di spegnimento per porre termine alla reazione. Dopo il termine della reazione, il prodotto di reazione viene inviato ad un'apparecchiatura di raccolta come un ciclone o un filtro a sacco per cui il nerofumo formato viene raccolto e recuperato.

Con l'impiego del procedimento e dell'apparecchiatura della presente invenzione è possibile formare efficacemente una regione in cui esiste nella seconda zona di reazione. Nella seconda zona di reazione in cui esiste

la carica idrocarburica viene introdotta in una direzione attraversante le correnti di miscela di combustione ad alta temperatura per cui la reazione per la formazione del nerofumo pud essere efficientemente condotta. Inoltre, il controllo delle proprietà fisiche (e perciò dei tipi) del nerofumo risultante sarà agevole (particolarmente mediante controllo o variazione) del modo di divisione o collisione e delle correnti di miscela di combustione ad alta temperatura, controllando (o cambiando) la velocità di flusso del combustibile o la velocità di flusso del gas contenente ossigeno, o controllando altre condizioni, quali la posizione per l'introduzione della carica idrocarburica in corrispondenza al controllo di questi fattori. Per esempio diviene estremamente agevole controllare le dimensioni delle particelle, la distribuzione delle dimensioni delle particelle, le dimensioni degli aggregati o la distribuzione delle dimensioni degli aggregati per introdurre opzionalmente un nerofumo adatto per l'inclusione in un materiale di rivestimento o resina eccellente nella tonalità del nero o cromatica, o produrre un nerofumo avente eccellenti proprietà rinforzanti ad esempio per la gomma.

La presente invenzione sarà ora descritta più dettagliatamente facendo riferimento a Esempi ed Esempi Comparativi.

Le prove sui nerofumi prodotti in questi Esempi e Esempi Comparativi sono state condotte mediante i metodi seguenti: (1) Resistenza alla colorazione

Un campione essiccato a temperatura costante e bianco di zinco sono accuratamente pesati in quantità di 20 mg e 2 g, rispettivamente e 2,7 ml diolio minerale sono aggiunti ad essi. Quindi la miscela viene impastata mediante un impastatone Hoover Automatic Miller per ottenere una pasta campione. Questa pasta è visivamente comparata e valutata con una pasta standard preparata in un modo similare.

(2) Dimensioni delle particelle e distribuzione delle dimensioni delle particelle

Nerofumo campione viene posto in cloroformio e disperso mediante irraggiamento con onde supersoniche di 200 kHz per 20 minuti. Quindi il campione disperso viene fissato su una pellicola di supporto, osservato e fotografato mediante un microscopio elettronico. Quindi le dimensioni delle particelle e la deviazione standard sono calcolate dall'area superficiale media e rappresentate in mum o Å.

(3) Area superficiale specifica tramite assorbimento di azoto Tramite un'apparecchiatura di assorbimento di azoto a bassa temperatura (Quantasorb Surface Area Analyzer fabbricato dalla Quantachrom Co., U.S.A.), l'assorbimento di azoto da parte del nerofumo viene misurato mediante un metodo di assorbimento di azoto a bassa temperatura e l'area superficiale specifica viene calcolata dal valore misurato impiegando un

2

metodo a punti BET 1 e rappresentata in m /g.

(4) Assorbimento di dibutilftalato

L'assorbimento di dibutilftalato viene misurato in conformità con JIS K-6221-1982 e successivamente sarà chiamato "assorbimento DBP".

(5) Assorbimento di 24 M4 DBP

Un campione essiccato a temperatura costante viene pesato in quantità predeterminata e mantenuto sotto una pressione di 1.687 kg/cm per 5 secondi per compressione. Quindi questo campione viene vagliato mediante un setaccio da 16 mesh. Questa operazione è ripetuta 4 volte, e quindi l'assorbimento di DBP viene misurato conformemente a OIS K-6221-1982.

(6) Assorbimento di iodio

L'assorbimento di iodio viene misurato conformemente a JIS K-6221-1982.

(Z) Dimensione degli aggregati e distribuzione delle dimensioni degli aggregati

E' Impiegata una Disk Centrifuge (fabbricata dalla Joyce Loebl Company, UK).

Cinque mg di nerofumo sono aggiuriti ad una soluzione acquosa di etanolo al 20% contenente una piccola quantità di un agente disperdente e dispersi completamente mediante trattamento supersonico. Il disco ruotante in cui sono iniettati 10 ml diun liquido di agitazione (acqua) viene regolato a 8.000 ppm e sono iniettati 0,5 mi della dispersione precedente. La torbidità rivelata mediante fotometria fotoelettrica è registrata mediante un istogramma rispetto al tempo. Le dimensioni particellari più frequenti della curva di distribuzione di frequenza cosi ottenuta sono rappresentate da Å come le dimensioni degli aggregati, e la metà della larghezza della curva di distribuzione di frequenza è rappresentata da À come la distribuzione delle dimensioni degli aggregati.

ESEMPI DA 1 A 4

Impiegando un reattore di produzione di nerofumo avente la struttura rappresentata nelle Figg. 1, 2-1 e 2-2, le reazioni sono state condotte nelle condizioni di produzione rappresentate nella Tabella 1, e le reazioni sono state terminate spruzzando acqua di spegnimento e nerofumi sono stati recuperati mediante un ciclone e un filtro a sacco. Le proprietà fisiche dei nerofumi rispettivi cosi ottenute sono riportate nella Tabella 1.

Le specifiche generali del reattore per la produzione di nerofumo impiegato e del combustibile e della carica idrocarburica impiegati erano le seguenti:

(1) Reattore di produzione di nerofumo Lunghezza della prima zona di reazione 3: 0,65 m Diametro interno della prima zona di reazione 3: 0,45 m Numero di ugelli di combustione esterni 9: 4 ugelli Numero di ugelli di combustione interni 1: 4 ugelli Lunghezza della seconda zona di reazione 4: 1,15 m Diametro interno della gola: 0,07 m Numero di ugelli d'alimentazione: Totale di 2 ugelli (2) Combustibile

Tipo: Gas di carbone

Composizione (volume %}

(3} Carica di alimentazione

Tipo: Olio di creosoto

Peso specifico: 1,100

Contenuto di carbonio {% in peso): 90,5

Contenuto di idrogeno (% in peso): 6,3

Viscosità (50°C): 10 cps

ESEMPI COMPARATIVI 1 E 2

Nerofumi sono stati preparati nelle condizioni identificate nella Tabella 1 impiegando un reattore di produzione di nerofumo convenzionale del tipo in cui un gas di combustione ad alta temperatura è introdotto nella prima zona di reazione da due direzioni come correnti tangenziali e la carica idrocarburica è introdotta dalla direzione dell'asse del reattore mediante un bruciatore dotato di una camicia di raffreddamento. I risultati sono riportati nella Tabella 1.

ESEMPIO COMPARATIVO 3

Nerofumo è stato preparato nel medesimo modo dell'esempio 1 tranne che per il fatto che la quantità d'aria e la quantità di combustibile per gli ugelli di combustione esterni e interni nell'esempio 1 erano variate come rappresentate nella Tabella 1 e la velocità di scarico del gas di combustione esterno e la velocità di scarico del gas di combustione interno erano rese sostanzialmente uguali e lo scarico era condotto in modo tale che le correnti di scarico di gas di combustione esterna e Interna erano parallele l'una all'altra. I risultati erano come rappresentati nella Tabella 1.

Tabella 1

Note relative alla Tabella 1 *1: Rapporto di (quantità d'aria per ugelli di combustione interni quantità di combustibile per i medesimi)/(quantità d'aria per gli ugelli di combustione esterni quantità di combustibile per i medesimi)

*2 e *3: La velocità di scarico è una velocità media di fronte all'uscita di scarico ed è stata ottenuta dal calcolo del volume di gas e diametro interno dell'uscita di scarico.

Come risulta evidente dai risultati della Tabella 1, secondo gli esempi della presente invenzione è possibile produrre nerofumi aventi varie caratteristiche impiegando il medesimo reattore di produzione, la resa per carica di alimentazione è elevata e nel contempo è possibile ottenere nerofumo avente piccole dimensioni particellari.

ESEMPIO 5

E' stato impiegato il reattore di produzione in nerofumo rappresentato nelle Figg. 6, 7, 8, 9 e 10A. Le dimensioni delle porzioni maggiori di questo reattore di produzione sono erano le seguenti:

(1) Prima zona di reazione-3

Lunghezza: 900 mm

Distanza tra ugelli di alimentazione di combustibile (Distanza fra 13A e 13C): 500 mm

(2) Seconda zona di reazione 4

Diametro interno dell'ingresso:.400 mm

Diametro della gola: 70 mm

Lunghezza della gola: 330 mm

Distanza tra ugelli di alimentazione della carica

1 3

(Distanza tra 6 A e 6 A): 500 mm

Angolo di strozzatura della parete del reattore

(15 in Fig. 6): 15°

(3) Terza zona di reazione 5

Diametro interno: 250 mm

Posizioni degli ugelli di spruzzatura:

110 mm, 340 nm, 570 mm, 800 mm e 1.100 mm dalla porzione

bruscamente espansa all'uscita della gola

Nerofumo è stato prodotto impiegando il precedente reat¬

tore di produzione, il combustibile mostrato nella Tabella 2

e la carica idrocarburica rappresentata nella Tabella 3 nelle condizioni di produzione identificate nella Tabella 4.

In questo Esempio 5, la carica di alimentazione è stata introdotta attraverso i quattro ugelli in corrispondenza del terzo stadio cioè gli ugelli da

Questo Esempio 5 è stato condotto allo scopo di produrre nerofumo della classe ISAF descritta nella Tabella 8.1 (proprietà fisico-chimiche del nerofumo) alla pagina 155 di Carbon Black Handbook [25 Novembre 1971 (prima edizione), pubblicato da Kabushiki Kaisha Tosho Shuppansha, compilato dalla Carbon Black Association]. Tuttavia, le proprietà fisiche del nerofumo ottenuto erano come è rappresentato nella Tabella 4 e sono state ottenute particelle aventi dimensioni particellari inferiori a quelle della ISAF descritta nel precedente manuale.

ESEMPIO 7 Questo Esempio è stato pure condotto allo scopo di produrre nerofumo della classe ISAF. Sono state impiegate le medesime condizioni dell'Esempio 6 tranne per il fatto che le condizioni operative erano variate come indicato nella Tabella 4. Particolarmente, l'angolo di collisione delle correnti indipendenti era variato a 29° per generare una regione a κ min a monte della posizione in cui la carica idrocarburica era introdotta.

Le proprietà fisico-chimiche del nerofumo così ottenuto sono riportate nella Tabella 4. Rispetto al nerofumo ottenuto nell'Esempio 6 le dimensioni delle particelle erano sostanzialmente le medesime, ma la distribuzione delle dimensioni delle particelle aumentava.

ESEMPIO 8

In questo Esempio, sono state impiegate le medesime condizioni dell'Esempio 6 tranne per il fatto che sono state usate le condizioni identificate nella Tabella 4. Particolarmente in questi Esempi sono stati impiegati solamente due ugelli di alimentazione del combustibile (ugelli 13A e 13C).

Orbene le proprietà del nerofumo così ottenuto sono riportate nella Tabella 4. Rispetto al nerofumo ottenuto nell'Esempio 6, le dimensioni degli aggregati e la distribuzione delle dimensioni e gli aggregati aumentavano.

ESEMPIO 9

In questo Esempio, la posizione per l'introduzione della carica d'alimentazione era variata a monte al fine di aumentare il tempo per la decomposizione della carica idrocarburica. In altre parole, in qualità degli ugelli di alimentazione della carica sono stati impiegati i quattro ugelli in corrispondenza del primo stadio cioè gli ugelli Altre condizioni erano pure variabili come rappresentato nella Tabella 4 e il resto delle condizioni erano uguali a quelle dell'esempio 7.

Le proprietà fisiche del nerofumo cosi ottenuto sono riportate nella Tabella 4.

Rispetto al nerofumo ottenuto nell'Esempio 7, il nerofumo cosi ottenuto aveva sostanzialmente il medesimo assorbimento di iodio ma le dimensioni delle particelle aumentavano.

Tabella 4

Come risulta evidente dal confronto degli esempi (Tabella 4) era possibile controllare le proprietà fisico-chimiche (tipi) del nerofumo risultante in vari modi imnettendo la pluralità di correnti indipendenti della miscela di combustione ad alta temperatura formata nella prima zona di reazione, nella seconda zona di reazione introducendo la carica di alimentazione da una direzione attraversante le correnti di miscela di combustione ad alta temperatura nella seconda zona di reazione cioè nella regione in cui esiste che è formata mediante la collisione e mediante la forma strozzata della seconda zona di reazione e facendo reagire la carica di alimentazione e controllando (variando) le correnti indipendenti o il modo di collisione delle correnti indipendenti o controllando (o variando) il modo di alimentazione della carica di alimentazione in corrispondenza con le correnti indipendenti o il modo dì collisione di esse. Pertanto, mediante il procedimento e l'apparecchiatura secondo la presente invenzione, nerofumi di vari tipi adatti per varie applicazioni possono essere facilmente e efficientemente prodotti come richiesto dal caso.

Secondo il procedimento della presente invenzione, nerofumo da forno eccellente avente proprietà fisiche desiderate in dipendenza dall'impiego particolare pufi essere prodotto con elevata efficienza.

Claims

Rivendicazioni Procedimento per produrre nerofumo mediante un reattore comprendente una prima zona di reazione in cui una miscela di combustibile e gas contenente ossigeno viene bruciata, una seconda zona di reazione avente una gola in cui 11 gas di combustione ad alta temperatura risultante è miscelato e fatto reagire con una carica di alimentazione idrocarburica, ed una terza zona di reazione dotata di uno spruzzo ad acqua di spegnimento per porre termine alla reazione, che comprende il dirigere il gas di combustione ad alta temperatura formato nella prima zona di reazione per formare una corrente assiale affluente sostanzialmente nella medesima direzione della direzione assiale del reattore, dividere la corrente assiale in almeno due correnti indipendenti differenti nella velocità di scarico e/o della temperatura del gas di scarico, introdurre le correnti assiali divise nella seconda zona di reazione e introdurre, nella seconda zona di reazione, la carica idrocarburica da ugelli in una direzione attraversante le correnti assiali del gas di combustione ad alta temperatura.
Procedimento secondo la rivendicazione 1 in cui la carica idrocarburica viene introdotta con un angolo entro un intervallo da 20 a 150° rispetto all'asse del reattore.
Procedimento per produrre nerofumo mediante una reazione condotta in una prima zona di reazione in cui mediante un sistema generatore di miscela di combustione ad alta temperatura, un gas contenente ossigeno e un combustibile sono miscelati per formare una corrente di miscela di combustione ad alta temperatura, una seconda zona di reazione avente una gola in cui la corrente di miscela di combustione ad alta temperatura cosi ottenuta viene miscelata con una carica idrocarburica per formare nerofumo ed una terza zona di reazione posizionata a valle e continua dalla seconda zona di reazione in cui acqua di spegnimento viene spruzzata per porre termine alla reazione, comprendente: 1 introdurre detta corrente di miscela di combustione ad alta temperatura sotto forma di una pluralità di correnti indipendenti dirette sostanzialmente in una direzione assiale formata da una pluralità di sistemi generatori di miscela di combustione ad alta temperatura rispettivamente; ©consentire a detta pluralità di correnti indipendenti della miscela di combustione ad alta temperatura di collidere l'una con l'altra nella prima zona di reazione di sagoma assialmente gradualmente strozzata o nella seconda zona di reazione avente una gola; e 3 introdurre la carica idrocarburica nella seconda zona di reazione da una direzione attraversante le correnti di miscela di combustione ad alta temperatura.
4.Procedimento secondo la rivendicazione 3 in cui detta pluralità di correnti indipendenti della miscela di combustione ad alta temperatura è lasciata collidere l'una con l'altra con un angolo compreso tra 15 e 30°.
5.Apparecchiatura per produrre nerofumo comprendente una prima zona di reazione in cui mediante un sistema generatore di miscela di combustione ad alta temperatura, un gas contenente ossigeno e un combustibile sono miscelati per formare una corrente di miscela di combustione ad alta temperatura, una seconda zona di reazione in cui la corrente di miscela di combustione ad alta temperatura cosi ottenuta viene miscelata con una carica idrocarburica per formare nerofumo e una terza zona di reazione posizionata a valle continua dalla seconda zona di reazione in cui acqua di raffreddamento viene spruzzata per porre termine alla reazione, in cui una pluralità di detti sistemi generatori di miscela di combustione ad alta temperatura sono previsti per cui essi sono in grado di scaricare le rispettive correnti di miscela di combustione ad alta temperatura a posizioni opzionali nella prima e seconda zona di reazione, la seconda zona di reazione è sagomata in modo che essa è sostanzialmente assialmente gradualmente strozzata, e ugelli di alimentazione di carica idrocarburica sono previsti in una direzione attraversante le correnti di miscela di combustione ad alta temperatura nella seconda zona di reazione.
6. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 5 in cui la seconda zona di reazione è assialmente gradualmente strozzata con un angolo compreso tra 5 e 80°.
7. Apparecchiatura secondo a rivendicazione 5 in cui la seconda zona di reazione è assialmente gradualmente strozzata con un angolo compreso tra 10 e 40°.