MX2012009567A - Metodo para la produccion de negro de humo con el uso de materia prima precalentada y aparato para su aplicacion. - Google Patents

Metodo para la produccion de negro de humo con el uso de materia prima precalentada y aparato para su aplicacion.

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Frederick H Rumpf
Yakov E Kutsovsky
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Abstract

Se proporcionan métodos para la producción de negro de humo usando carga de alimentación de alta temperatura a temperaturas que exceden alrededor de 300°C con control de ensuciamiento. También se proporciona un aparato para la producción de negro de humo de acuerdo con estos métodos.

Description

MÉTODO PARA LA PRODUCCIÓN DE NEGRO DE HUMO CON EL USO DE MATERIA PRIMA PRECALENTADA Y APARATO PARA SU APLICACIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención está relacionada con métodos para la producción de negro de humo con el uso de carga de alimentación precalentada con control de ensuciamiento. La presente invención está relacionada con un aparato para la producción de negro de humo con el uso de carga de alimentación precalentada con control de ensuciamiento. La presente invención además está relacionada con el negro de humo que resulta de procesos de la presente invención.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los materiales de negro de humo son ampliamente utilizados, por ejemplo, como pigmentos en composiciones de tinta, pinturas y productos similares, como rellenos y pigmentos de refuerzo en la composición y preparación de composiciones de caucho y composiciones de plástico, y para una variedad de otras aplicaciones. Los negros de humo en general se producen en' un reactor tipo horno por reacción de una carga de alimentación de hidrocarburos con gases dé combustión ' calientes para producir productos de combustión que contienen negro de humo en partículas. En la documentación de referencia sobre el negro de humo, esta reacción entre los gases de combustión y la carga de alimentación de hidrocarburos se refiere en general como pirólisis.
En general se conoce una variedad de métodos para la producción de negros de humo. En una clase de reactor tipo horno para negro de humo, tal como el presentado en la Patente de los Estados Unidos n.° 3.401.020 otorgada a Kester y otros, o la Patente de los Estados Unidos n.° 2.785.964 presentada por Pollock, un combustible, tal como un combustible de hidrocarburos, un oxidante, tal como el aire, se inyectan a una primera, zona y reaccionan para formar gases de combustión calientes. Una carga de alimentación de hidrocarburos en forma gaseosa, vapor o liquida también se inyecta en la primera zona con la cual comienza la reacción de la carga de alimentación de hidrocarburos. La mezcla de gas de combustión resultante, en la cual se produce la reacción, entonces pasa a una zona de reacción donde se completa la reacción de formación del negro de humo. En otra clase de reactor tipo horno para negro de humo, se hace reaccionar combustible gaseoso o liquido con un agente oxidante, tal como el aire, en la primera zona para formar gases de combustión calientes. Estos gases de combustión calientes pasan de la primera zona, corriente abajo a través del reactor, a una zona de reacción' y más allá. Para producir negros de humo, se inyecta una carga de alimentación de hidrocarburos en uno o más puntos del trayecto de la corriente del gas de combustión caliente. En general la carga de alimentación de hidrocarburos es un aceite de petróleo o gas natural. La primera zona (o combustión) y la zona de reacción pueden dividirse por medio de un estrangulamiento o zona de diámetro "restringido que es de sección transversal más pequeña que la zona de combustión o la zona de reacción. La carga de alimentación puede inyectarse al trayecto de los gases de combustión calientes corriente arriba, corriente abajo y/o en la zona de diámetro restringido. La carga de alimentación de hidrocarburos puede introducirse en forma atomizada o no atomizada, desde dentro de la corriente de gas de combustión y/o desde el exterior de la corriente de gas de combustión. Los reactores tipo horno para negro de humo de este tipo se presentan, por ejemplo, en la Reexpedición de Patente de los Estados Unidos n.° 28.974 presentada por Morgan y otros, y la Patente de los Estados Unidos n.°. 3.922.335 presentada por Jordán y otros.
En general en los reactores y procesos conocidos, los gases de combustión calientes están a una temperatura suficiente para efectuar la reacción de la carga de alimentación de hidrocarburos inyectada a la corriente de gas de combustión. En un tipo de reactor, tal como la Patente de los Estados Unidos indicada antes n.° 3.401.020 presentada por Kester y otros, la carga de alimentación se inyecta, en uno o más puntos, a la misma zona donde se están formando los gases de combustión. En otros tipos de reactores o procesos, la inyección de la carga de alimentación se produce, en uno o más puntos, después de que se ha formado la corriente de gas de combustión. La mezcla de carga de alimentación y gases de combustión en la cual la reacción que se produce es algunas veces referida, más adelante en la solicitud, como la «corriente de reacción». El tiempo de residencia de la corriente de reacción en la zona de reacción del reactor es suficiente para permitir la formación de negros de humo deseados. En cualquiera de los tipos de reactor, debido a que la corriente de gas de combustión caliente está fluyendo corriente abajo a través del reactor, la reacción se produce cuando la mezcla · de carga de alimentación y gases de combustión pasan a través de la zona de reacción. Después se forman los negros de humo que tienen propiedades deseadas, la temperatura de la corriente de reacción se desciende a una temperatura de modo que se detiene la reacción y puede recuperarse el producto de. negro de humo.
Otras patentes, tales como las Patentes de los Estados Unidos n.°3.922.335 presentada por Jordán y otros, 4,826,669 por Casperson; 6,348,181 por Morgan; y 6,926,877 presentada por Green, también enseñan procesos para la producción de negro de humo, que incluyen ' temperaturas de carga de alimentación. Las temperaturas de carga de alimentación características en el punto de entrada al reactor, tal como se presenta en la Patente de los Estados Unidos n.° 4, 826, 669, pueden estar en el intervalo de 250 °F a 500 °F (121 °C a 260 °C) .
Los presentes investigadores han reconocido que las temperaturas de la carga de alimentación de hidrocarburos en la producción de negro de humo que se aproximan o exceden alrededor de los 300. °C en el punto o antes del punto de entrada al reactor crearía alto riesgo de niveles de interrupción de ensuciamiento inducido térmicamente de las líneas de alimentación y equipos. Además, los presentes investigadores estiman que no han sido desarrollados métodos y sistemas para la producción de negro de humo que puedan tolerar tales cargas de alimentación calientes, ni se han considerado ni obtenido por completo beneficios posibles de uso en la operación de cargas de alimentación calientes, hasta el desarrollo.de los presentes métodos y arreglos para la producción de negro de humo.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN Por consiguiente, una característica de la presente invención es proporcionar aumentos en las temperaturas de precalentamiento de carga de alimentación en la producción de negro de humo con el control de ensuciamiento inducido térmicamente de las líneas de carga de alimentación en las temperaturas crecientes de la carga de alimentación.
Otras características y ventajas de la presente invención serán presentadas en parte en la descripción, que sigue, y en parte 'serán apreciadas a partir, de la descripción, o pueden aprenderse por la práctica de la presente invención. Los objetivos y otras ventajas de la presente invención serán considerados y obtenidos por medio de los elementos y combinaciones particularmente señalados en la descripción y de las reivindicaciones anexas.
Para obtener estas y otras ventajas, y de acuerdo con los fines de la presente invención, como se esquematizan y se describen ampliamente aquí, la presente invención se relaciona, en parte, con un método para la producción de negro de humo que incluye carga de alimentación formadora de negro de humo a una temperatura mayor de alrededor de 300 °C una carga de alimentación formadora de negro de humo ese intervalo de temperaturas. La carga de alimentación puede calentarse a una temperatura de al menos 450 °C, o desde alrededor de 360 °C hasta alrededor de 850 °C, u otras temperaturas que exceden los 300 °C. La carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada puede suministrarse en al menos una linea de suministro de carga de alimentación hacia al menos un punto de introducción de carga de alimentación al reactor. La carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada se introdujo a través de al menos un punto de introducción al reactor para combinar con una o más corrientes de gas calentadas para la formación de una corriente de reacción en la cual se forma el negro de humo en el reactor. El negro de humo en la corriente de reacción puede ser apagado para su recuperación. El presente método incluye uno o más enfoques para reducir el riesgo de ensuciamiento inducido térmicamente de las lineas de alimentación de carga de alimentación en la temperatura de carga de alimentación aumentada. Estos enfoques pueden minimizar la formación de suciedad (por ejemplo, reducen el depósito de coque) , retirar los depósitos de suciedad de la superficie (por ejemplo, aumento del retiro del coque) , o una combinación de ambas condiciones, en las paredes internas de la linea o lineas de suministro de carga de alimentación, para mantener las lineas de suministro de carga de alimentación en condición de operación mientras transcurre el transporte de la carga de alimentación precalentada al reactor. Estos enfoques de control de ensuciamiento pueden incluir uno o más (o cualquier combinación) de: - la alimentación de la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a una velocidad de al menos alrededor de 0.2 m/s (o, por ejemplo, al menos alrededor de 1 m/s, o al menos alrededor de 1.1 m/s, o al menos alrededor de 1.6 m/s, o al menos alrededor de 2 m/s, o otras velocidades mayores que alrededor de 0.2 m/s) a través de al menos un calentador que calienta la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada para obtener el precalentamiento, - la presurizacion de la carga de alimentación formadora de negro de humo a una presión mayor de alrededor de 10 bar (10.2 kg/cm2) antes de entrar al menos un calentador para precalentar la carga de alimentación formadora de negro de humo (o, por ejemplo, mayor de alrededor de 20 bar (20.39 kg/cm2), o mayor de alrededor de 30 bar (30.59 kg/cm2), o mayor de alrededor de 40 bar (40.79 kg/cm2), o desde alrededor de 20 hasta alrededor de 180 bar (20.39 a 183.55 kg/cm2), o desde alrededor de 30 hasta alrededor de 180 bar (30.59 a 183.55 kg/cm2), u otras presiones mayores de alrededor de 10 bar (10.2 kg/cm2)), - el aporte de un tiempo de residencia de carga de alimentación total para la carga de alimentación formadora de negro de humo en el, al menos uno, calentador para el precalentamiento . y la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada en la linea de suministro de carga de alimentación de hidrocarburos antes de introducción al reactor de menos de alrededor de 120 minutos (o, por ejemplo, desde alrededor de 1 segundo hasta alrededor de 120 minutos, o alrededor de 1 hasta alrededor de 60 minutos, o otros tiempos de residencia menores de alrededor de 120 minutos), - el precalentamiento de la carga de alimentación en al menos un calentador que .funciona a un flujo térmico promedio (de la superficie del tubo interno) de más de alrededor de 10 kW/m2 (o, por ejemplo, . mayor de alrededor de 20 kW/m2, o desde alrededor de 20 hasta alrededor de, 200 kW/m2, u otros flujos térmicos promedio mayores de alrededor de 10 kW/m2) , - provisión de una superficie no catalítica para craqueo térmico o polimerización de hidrocarburos sobre las paredes internas en contacto con la carga de alimentación de la línea de suministro de carga .de alimentación, - alimentación de manera periódica de al menos un gas de purga (por ejemplo, vapor, aire, oxígeno, C02) que incluye un agente oxidante del carbono, a través de la línea de suministro de carga de alimentación, o cualquier combinación de éste.
El control de ensuciamiento proporcionado, por la presente invención puede permitir al menos una porción del precalentamiento de carga de alimentación a ser llevada a cabo por calentamiento de la carga de alimentación con calor generado por el reactor altas temperaturas de reacción. Las condiciones y diseños de precalentamiento de la carga de alimentación hechos factibles por medio de la presente invención pueden proporcionar ventajas y beneficios, tales como, por ejemplo, recuperación mejorada de energía, ahorros en los costos de carga de alimentación, aumentos en las cantidades de negro de humo, reducción de emisiones de anhídrido carbónico, reducción en las emisiones.de S0X y Nox, producción continua de negro de humo durante el tiempo útil desde el punto de vista industrial a las condiciones de alta temperatura de la carga de alimentación, o cualquier combinación de estos. El proceso de la presente invención puede considerarse un proceso «más ecológico» en comparación con los procesos convencionales debido a uno o más de estas ventajas ambientales mencionadas en el este documento.
La presente invención también está relacionada con un aparato para llevar a cabo métodos, tales como los descritos antes . El aparato incluye al menos un reactor para combinar con una corriente de gas calentada y al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo a alta temperatura para formar una corriente de reacción en la cual se forma el negro de humo en el reactor. También se incluye al- menos una linea de suministro de carga de alimentación de ensuciamiento controlado para el suministro de carga de alimentación formadora de negro de humo a al menos un punto de introducción de carga de alimentación hacia el reactor para combinar la carga de alimentación con la corriente de gas calentada, y al menos un calentador de carga de alimentación que puede funcionar para precalentar la carga de alimentación formadora de negro de humo suministrada en la, al menos una, linea de suministro d carga de alimentación a una temperatura mayor de alrededor de 300 °C. El aparato además incluye al menos una bomba a) que puede funcionar para presurizar la carga de alimentación formadora de negro de humo a una presión mayor que alrededor de 10 bar (10.2 kg/cm2) antes de precalentar. la carga de alimentación a una temperatura ¦ mayor de alrededor de 300°C, o b) para la provisión de una velocidad de carga de alimentación a través del, al menos un, calentador de carga de alimentación que precalienta la carga de alimentación formadora de negro de humo de al menos alrededor de 0,2 m/s, o c) ambas características. Puede incluirse un enfriador para enfriar el negro de humo en la corriente de reacción. El reactor se puede operar para proporcionar un tiempo de residencia para la carga de alimentación en el, al menos uno, calentador de carga de alimentación y la, al menos una, línea de suministro de carga de alimentación antes de la introducción al reactor para la carga de alimentación precalentada a una temperatura mayor de alrededor de 300 °C durante menos de alrededor de 120 minutos. Al menos una porción del precalentamiento de carga de alimentación a ser llevada a cabo en el aparato, por ejemplo, por calentamiento de manera directa o indirecta de la carga de alimentación con calor generado exotérmico por, o en, el reactor. El aparato puede tener el calentador de carga de alimentación dispuesto, por ejemplo, dentro del reactor en la corriente de reacción, dispuesta en contacto con una pared caliente del reactor, dispuesta en contacto con gas residual del reactor, dispuesto fuera del reactor para intercambiar calor con fluido caliente recibido de un intercambiador de calor ubicado dentro del reactor, o cualquier combinación de estos arreglos con el uso de una o más lineas de suministro de carga de alimentación. El .calentador de carga de alimentación puede ser uno o más .calentadores alimentados con gas residual (proveniente de los mismos reactores o de otros reactores de negro de humo) o cualquier combustible de hidrocarburos, y/o. puede ser un calentador eléctrico.
A los fines del presente documento, la «linea de suministro» o «al menos una linea de suministro de carga de alimentación» puede ser cualquier conducto, tubo, tubería de intercambiador de calor, canal de intercambiador de calor, u otra estructura adecuada el transporte liquida o en vapor, o en combinaciones de éstas, a través de la cual la carga de alimentación se transporta al reactor a la temperatura precalentada . La «linea de suministro» puede tener cualquier diámetro y/o longitud. Por ejemplo, si la carga de alimentación se precalienta a una temperatura de 300 °C durante el paso a través de la tubería o serpentines de un intercambiador de calor, y luego se alimenta desde el intercambiador de calor al reactor por medio de una tubería separada, la «al menos una línea de suministro» incluiría la porción de la tubería de intercambiador de calor que se extiende entre la ubicación a lo largo de la tubería dentro del intercambiador de calor en el cual la temperatura de la carga de alimentación - ha alcanzado 300 °C y el extremo de descarga de la tubería del intercambiador de calor, y también la tubería después del intercambiador de calor a través del cual la carga de- alimentación precalentada viaja para alcanzar el reactor.
El término «control», con respecto al coquizado asociado con la carga de alimentación, se refiere a, al menos, la reducción (o prevención o desaceleración) del nivel de coquizado que se produce sin los pasos de prevención.
Se entenderá que tanto la descripción general anterior como la siguiente descripción detallada son solamente ejemplos explicativos y están destinadas a proporcionar explicación adicional de la presente invención, como se reivindica.
Los dibujos acompañantes, que se incorporan y forman parte de esta solicitud, ilustran aspectos de la presente invención y, junto con la descripción, sirve para explicar los principios de la presente invención. Identificadores numéricos semejantes utilizados en las figuras se refieren a características similares.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La figura 1 es un esquema de una porción de una clase de reactor tipo horno para negro de humo que puede utilizarse en un proceso de la presenté invención para producir negros de humo. Este reactor de negro de humo es solamente ilustrativo de los reactores que pueden utilizarse en la presente invención .
La figura 2 es un esquema de una porción de otra clase de reactor tipo horno para negro de humo que puede utilizarse en un proceso de la. presente invención para producir negros de humo. Este reactor de negro de humo es solamente ilustrativo de los reactores que pueden utilizarse en la presente invención.
La figura 3 es un esquema de una porción de aún otra clase de reactor tipo horno para negro de humo que puede utilizarse en un proceso de la presente invención para producir negros de humo. .Este reactor de negro de humo es solamente ilustrativo de los reactores que pueden utilizarse en la presente invención.
La figura 4 es un esquema de una porción de otra clase de reactor tipo horno para negro de humo que puede utilizarse en un proceso de la presente invención para producir negros de humo. Este reactor de negro de humo es solamente ilustrativo de los reactores que pueden utilizarse en la presente invención.
La figura 5 es un diagrama de un esquema de proceso que puede utilizarse en un proceso de la presente invención para producir negros de humó. Este esquema de reactor de negro de humo se utiliza en los ejemplos, pero es solamente ilustrativo de los reactores que pueden utilizarse en la presente invención..
La figura 6 es un gráfico de capacidad térmica ( kJoules/kg · °C) de la carga de alimentación con respecto a la temperatura de la carga de alimentación (°C) utilizada para los cálculos de ahorros de carga de alimentación en el modelado descrito en los ejemplos'.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención está relacionada con el uso del aumento de las temperaturas de precalentamiento de carga de alimentación mayores de alrededor de 300 °C en la producción de negro de humo no impedida por problemas de ensuciamiento de la carga de alimentación. La presente invención puede aplicarse a la producción de negro de humo a escala industrial u otras escalas de producción.
La present invención está relacionada en parte con un método para la producción de negro de humo. El. método puede incluir la introducción de una corriente de gas caliente a un reactor . de negro, de humo. El método además incluye el suministro de al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo que tiene una primera temperatura por debajo de la temperatura de precalentamiento a obtenerse, tal como por debajo de 300 °C o por debajo 275 °C (por ejemplo, desde 40 °C hasta 274 °C, desde 50 °C hasta 270 °C, desde 70 °C hasta 250 °c, desde 60 °C hasta 200 °C, desde 70 °C hasta 150- °C, y casos similares) al, al menos uno, calentador (por ejemplo, al menos dos calentadores, al menos tres calentadores, y calentadores similares, donde estos pueden ser igual o diferentes entre · si) . La temperatura del carga de alimentación que entra al, al menos uno, calentador está por debajo de la temperatura o intervalo de temperaturas de precalentamiento fijado. La carga de alimentación antes de ser precalentada puede viajar, como opción, a una primera velocidad de al menos alrededor de 0.2 m/s (por ejemplo, al menos alrededor de 0.4 m/s, al menos alrededor de 0.6 m/s, al menos alrededor de 0.8 m/s, al menos alrededor de 1 m/s, al menos alrededor de 1.1 m/s, al menos alrededor de 1.6 m/s, tales como desde 0.2 m/s a 4 m/s, desde 1.1 a 3 m/s y casos similares) . Pueden utilizarse otras velocidades proporcionadas por otras condiciones de proceso que son seleccionadas para controlar el ensuciamiento y/o coquizado en el o los calentadores y las lineas de suministro al reactor.
El método incluye el precalentamiento de la, al menos una, carga de alimentación formadora de negro de humo en el, al menos uno, calentador a una segunda temperatura mayor de alrededor de 300 °C (por ejemplo, al menos 350 °C, al menos 360 °C, al menos 400 °C, al menos 450 °C, al menos 500 °C, tales como desde 300 °C hasta 850 °C, o desde 360 °C hasta 800 °C, desde 400 °C hasta 750 °C, desde 450 °C hasta 700 °C y casos similares) para proporcionar un carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada, en donde (a) la, al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo tiene una velocidad en el, al menos uno, calentador que es al menos 0.2 m/s, en donde la velocidad es calculada en función de la densidad de carga de alimentación medida a 60 °C a 1 atm y en función del área de sección transversal más pequeña de una linea de carga de alimentación presente en al menos un calentador. Debido a que puede ser difícil medir la velocidad de una carga de alimentación a tal elevada temperatura, para los fines de la presente invención, la velocidad indicada en este documento se fundamenta en estas condiciones específicas de medición. Ya sea que esté presente el diámetro más pequeño o el área de sección transversal más pequeña en el calentador real, esta área de sección transversal más pequeña se utiliza para determinar la velocidad como se indica en este documento con los fines de la presente invención. Muchos calentadores tienen el mismo diámetro a través del calentador, pero en el caso de que varios diámetros o áreas de sección transversal estén presentes en el o los calentadores, se proporciona esta condición. La velocidad es función del área de sección transversal mínima. La velocidad .real a través del calentador de carga de alimentación en general- puede ser más rápida que la velocidad medida a 60 °C a 1 atm.
En el método., la carga de alimentación formadora de negro de humo puede tener un primer tiempo de residencia de carga de alimentación en el calentador de menos de alrededor de 120 minutos (por ejemplo, menos de 100 minutos, menos de 80 minutos, menos de 60 minutos, menos de 40 minutos, menos de 30 minutos, menos, de 20 minutos, menos de 10 minutos, tales como desde 1 segundo hasta 119 minutos, desde 5 segundos hasta 115 minutos, desde 10 segundos hasra 110 minutos, desde 30 segundos hasta 100 minutos, desde 1 minuto hasta 60 minutos, desde 5 minutos hasta 30 minutos, y casos similares) . Por ejemplo, en referencia a las figuras, el primer tiempo de residencia de la carga dé alimentación seria, por ejemplo, . el tiempo que la carga de alimentación tarda dentro del calentador 19 en la figura 1 o el calentador 22 en la figura 2. .
El método puede incluir el suministro de la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada al, al menos uno, punto de introducción de la carga de alimentación al reactor de negro de humo (por ejemplo, al menos uno, dos, tres o cuatro puntos de introducción de ' carga de alimentación) , en donde la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada tiene un segundo tiempo de residencia de carga de alimentación medido desde la salida del o de los calentadores hasta justo antes del punto de entrada al reactor, de negro de humo de menos de alrededor de 120 minutos (por ejemplo, menos de 100 minutos, menos de 80 minutos, menos de 60 minutos, menos de 40 minutos, menos de 30 minutos, menos de 20 minutos, menos de 10 minutos, tales como desde 1 segundo hasta 119 minutos, desde 5 segundos hasta 115 minutos, desde 10 segundos hasta 110 minutos, desde 30 segundos hasta 100 minutos, desde 1 minuto hasta 60 minutos, desde. 5 minutos hasta 30 minutos, y casos similares) . El primer tiempo de residencia de la carga de alimentación y el segundo tiempo de . residencia de la carga de alimentación combinados preferiblemente' son 120 minutos o menos (por ejemplo, menos de 100 minutos, menos de 80 minutos, menos de 60 minutos, menos de 40 minutos, menos de 30 minutos, menos de 20 minutos, menos de 10 minutos, tales como desde 1 segundo hasta 119 minutos, desde 5 segundos hasta 115 minutos, desde 10 segundos hasta 110 minutos, desde 30 segundos hasta 100 minutos, desde 1 minuto hasta 60 minutos, desde 5 minutos hasta 30 minutos, y casos similares) . Por ejemplo, en referencia a las figuras, el segundo tiempo de residencia de la carga de alimentación seria, por ejemplo, el tiempo que tarda la carga de alimentación desde que sale del calentador 19 en la figura 1 o el calentador 22 en la figura 2 hasta el punto de entrada al reactor, presentado como el punto de entrada 16 en la figura 1 y la figura 2. La combinación del primer tiempo de residencia de la carga de alimentación y el segundo tiempo de residencia de la carga de alimentación seria el tiempo de residencia total de la carga de alimentación.
El método puede incluir la combinación de la carga de alimentación formadora de negro dé humo precalentada a través de al menos un punto de introducción al reactor de .negro de humo con la corriente de gas para formar una corriente de reacción en la cual se forma, el negro de humo en el reactor de negro de humo.
El método puede incluir el apagado del negro de humo en la corriente, de reacción. Otros pasos después del apagado que son convencionales en la fabricación del negro de humo pueden utilizarse en los métodos de la presente invención.
Como opción, si la linea de carga de alimentación al calentador tiene aproximadamente la misma sección transversal que la linea de suministro a través del calentador, la carga de alimentación formadora de negro de humo puede tener una velocidad en el o los calentadores que es aproximadamente la misma o mayor (por ejemplo, al menos 1% mayor, al menos 2% mayor, al menos 3% mayor, al menos 5% mayor, al menos 7% mayor, al menos 10% mayor, al menos 100% mayor, al menos 200% mayor, tales como desde 1% hasta 200% mayor o desde 20% hasta 100% mayor y casos similares) que la primera velocidad a la entrada al o a los . calentadores .
El método de la presente invención puede incluir la presurización de la, o las, carga (s) de alimentación formadora (s) de negro de humo. El método puede incluir·· la presurización o el uso de una presión para la o las cargas de alimentación formadoras de negro de humo como el precalentamiento de la carga de alimentación formadora de negro de humo evita la formación de una película de vapor en el, al menos uno, calentador o antes del suministro al reactor del negro de humo. El método de la presente invención puede incluir la presurización de la carga de alimentación formadora de negro de humo para- gue tenga una presión, por ejemplo, mayor de alrededor de 10 bar (10.2 kg/cm2) antes de entrar al, al menos uno, calentador para precalentar la carga de alimentación formadora de negro de humo. Esta presión puede ser al menos 15 bar (15.3 kg/cm2), al menos 20 bar (20.39 kg/cm2), al menos 30 bar (30.59 kg/cm2), al menos 40 bar (40.79 kg/cm2), como desde 10 bar (10.2 kg/cm2) hasta 180 bar (183.55 kg/cm2) o más, desde 15 bar (15.3 kg/cm2) hasta 150 bar (152.96 kg/cm2), desde 20 bar (20.39 kg/cm2) hasta 125 bar (127.46 kg/cm2), desde 25 bar hasta 100 bar (25.49 hasta 101.97 kg/cm2) .
En la presente invención, un método para la producción de negro de humo puede incluir la introducción de una corriente de gas caliente a un reactor de negro de humo. El método además incluye el suministro de al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo que tiene una primera temperatura por debajo de la temperatura de precalentamiento a obtenerse, tal como por debajo de 300 °C o por debajo 275 °C (por ejemplo, desde 40 °C hasta 274 °C, desde 50 °C hasta 270 °C, desde 70. °C hasta 250 °C, desde 60 °C hasta 200 °C, desde 70 °C hasta 150 °C, y casos similares) a reactor o reactores a una primera presión mayor de 10 bar (10.2 kg/cm2) . Esta presión puede ser al menos 15 bar (15.3 kg/cm2) , al menos 20 bar (20.39 kg/cm2), al menos 30 bar (30.59 kg/cm2), al menos 4.0 bar (40.79 kg/cm2), como desde 10 bar (10.2 kg/cm2) hasta 180 bar (183.55 kg/cm2) o más, desde 15 bar (15.3 kg/cm2) hasta 150 bar (152.96 kg/cm2), desde 20 bar (20.39 kg/cm2) hasta 125 bar (127.46 kg/cm2), desde 25 bar hasta 100 bar (25.49 hasta 101.97 kg/cm2).
El método puede incluir el precalentamiento de la, al menos una, carga de alimentación formadora de negro de humo en el calentador o calentadores (por ejemplo, al menos dos calentadores, al menos tres calentadores, y similares, donde los calentadores puede ser iguales o diferentes entre si) a una segunda temperatura mayor de alrededor de 300 °C (por ejemplo, al menos 350 °C, al menos 360 °C, al menos 400 °C, al menos 450 °C, al menos 500 °C, tales como desde 300 °C hasta 850 °C, o desde 360 °C hasta 800 °C, desde 400 °C hasta 750 °C, desde 450 °C hasta 700 °C y casos similares) para proporcionar una carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada, en donde (a) la carga de alimentación formadora de negro de 'humo tiene una segunda presión en el, al menos uno, calentador que es aproximadamente la misma o inferior (por ejemplo, al menos 1% inferior, al menos 2% inferior, al menos 3% inferior, al menos 5% inferior, al menos 7% inferior, al menos 10% inferior, al menos 15% inferior, al menos 20% inferior, tales como desde 1% hasta 75% inferior o desde 3% hasta 20% inferior y casos similares) a la primera presión y (b) la carga de alimentación formadora de negro de humo tiene un primer tiempo de residencia de carga de alimentación en el calentador de menos de alrededor de 120 minutos (por ejemplo, menos de 100 minutos, menos de 80 minutos, menos de 60 minutos, menos de 40 minutos, menos de 30 minutos, menos de 20 minutos, menos de 10 minutos, tales como desde 1 segundo hasta 119 minutos, desde 5 segundos hasta 115 minutos, desde 10 segundos hasta 110 minutos, desde 30 segundos hasta 100 minutos, desde 1 minuto hasta 60 minutos, , desde 5 minutos hasta 30 minutos, y casos similares) .
El método puede incluir el suministro de la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada al, al menos uno, punto de introducción de la carga de alimentación al reactor de negro de humo, en donde la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada tiene un segundo tiempo de residencia de carga de alimentación medido desde la salida del, al menos uno, calentador hasta el punto de entrada al reactor de negro de humo de menos de alrededor de 120 minutos (por ejemplo, menos de 100 minutos, menos de 80 minutos, menos de 60 minutos, menos de 40 minutos, menos de 30 minutos, menos de 20 minutos, menos de 10 minutos, tales como desde 1 segundo hasta 119 minutos, desde 5 segundos hasta 115 minutos, desde 10 segundos hasta 110 minutos, desde 30 segundos hasta 100 minutos, desde 1 minuto hasta 60 minutos, desde 5 minutos hasta 30 minutos, y casos similares) ; y en donde el primer tiempo de residencia de la carga de alimentación y el segundo tiempo de residencia de la carga de alimentación combinados preferiblemente son 120 minutos o menos (por ejemplo, menos de 100 minutos, menos de 80 minutos, menos de 60 minutos, menos de 40 minutos, menos de 30 minutos, menos de 20 minutos, menos de 10 minutos, tales como desde 1 segundo hasta 119 minutos, desde 5 segundos hasta 115 minutos, desde 10 segundos hasta 110 minutos, desde 30 segundos hasta 100 minutos, desde 1 minuto hasta 60 minutos, desde 5 minutos hasta 30 minutos, y casos similares) .
El método puede incluir la combinación de la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través del o de los puntos de entrada al reactor de negro de humo con la corriente de gas para formar una corriente de reacción en la cual se forma el negro de humo en el reactor de negro de humo. El método puede incluir el apagado del negro de humo en la corriente de reacción.
La presente invención, puede relacionar un método para la producción de negro de humo que incluya la introducción de una corriente de gas caliente a un reactor de negro de humo. El método además incluye el suministro de al menos una carga ¦ de alimentación formadora de negro de humo que tiene una primera temperatura que está por debajo de la temperatura de precalentamiento a obtenerse, tal como por debajo de 300 °C o por debajo 275 °C (por ejemplo, desde 40 °C hasta 274 °C, desde 50 °C hasta 270 °C, desde 70 °C hasta 250 °C, desde 60 °C hasta 200 °C, desde 70 °C hasta 150 °C, y casos similares) al, al menos uno, calentador (por ejemplo, al menos dos calentadores, al menos tres calentadores, y similares, donde los calentadores puede ser iguales o diferentes entre si) a una primera presión mayor de alrededor de 10 bar (10.2 kg/cm2) diferentes entre si) . Como opción, la velocidad de entrada al calentador puede ser una primera velocidad de al menos alrededor de 0.2· m/s (por ejemplo, al menos alrededor de 0.4 m/s, al menos alrededor de 0.6 m/s, al menos alrededor de 0.8 m/s, al menos alrededor de 1 m/s, al menos alrededor de 1.1 m/s, al menos alrededor de 1.6 m/s, tales como desde 0.2 m/s a 2 m/s, desde 0.4 a 1.8 m/s y casos similares).
El método incluye el precalentamiento de la carga de alimentación formadorá de negro de humo en el o. los calentadores a una segunda temperatura mayor de alrededor de 300 °C (por ejemplo, al menos 350 °C, al menos 360 °C, al menos 400 °C, al menos 450 °C, al menos 500 °C,. tales como desde 300 °C hasta 850 °C, o desde 360 °C hasta 800 °C, desde 400 °C hasta 750 °C, desde 450 °C hasta 700 °C y casos similares) para proporcionar un. carga de alimentación formadorá de negro de humo precalentada, en donde (a) la carga de alimentación formadorá de negro de humo tiene una velocidad en el o los calentadores que es al menos 0.2 m/s, en donde la velocidad es calculada en función de la densidad de carga de alimentación medida a 60 °C a 1 atm y del área de sección transversal más pequeña de una linea de carga de alimentación presente en al menos un calentador, y (b) en donde la, al menos una, carga de alimentación formadorá de negro de humo tiene una segunda presión en el o los calentadores que es aproximadamente- la misma o inferior (por ejemplo, al menos 1% inferior, al menos 2% inferior, al menos 3% inferior, al menos 5%· inferior, al menos 7% inferior, al menos 10% inferior, al menos 15% inferior, al menos 20% inferior, tales como desde 1% hasta 25% inferior o desde 3% hasta 20% inferior y casos similares) a la primera presión, en donde la presión puede calcularse en función de la . misma área de sección transversal supuesta en la que la carga de alimentación viaja en la duración de la primera presión y la segunda presión (a través de la operación real, el área de sección transversal puede ser la misma o diferente) . Esta manera de determinación puede utilizarse para comparar apropiadamente la presión, si bien no es obligatoria.
El método puede incluir el suministro de la carga de alimentación formadora .de negro de humo precalentada al, al menos uno, punto de entrada al reactor de negro de humo y la combinación de la, al menos una, carga -de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de los puntos de entrada al reactor de negro de humo con la corriente de gas calentada para formar una corriente de reacción en la cual se forma el negro de humo en el reactor de negro de humo. El método puede incluir el apagado del negro de humo en la corriente de reacción.
En la presente invención, para cualquier método, las temperaturas de precalentamiento objetivo establecidas son preferiblemente una temperatura promedio de la carga de alimentación antes de la introducción al reactor de negro de humo. Las temperaturas de precalentamiento establecidas de la carga de alimentación pueden ser una temperatura máxima de la carga de alimentación o una temperatura mínima de la carga de alimentación antes de la introducción al reactor de negro de humo .
En la presente invención, para cualquier método, la presión objetivo establecida es preferiblemente una presión promedio de la carga de alimentación. La presión establecida de la carga de alimentación puede ser una presión máxima de la carga de alimentación o una presión mínima de la carga de alimentación .
En la presente invención, para cualquier método, la velocidad objetivo establecida es preferiblemente una velocidad promedio de la carga de alimentación. La velocidad establecida de la carga de alimentación puede ser una velocidad máxima de la- carga de alimentación o una velocidad mínima de la carga de alimentación.
En la presente invención, para cualquier método, la carga de alimentación formadora de negro de humo puede ser o incluir aceite decantado, producto de alquitrán de hulla, residuos de planta de craqueo de etileno, aceite que contiene asfáltenos, o cualquier hidrocarburo líquido con un peso específico desde alrededor de 0.9 hasta aldededor de 1.5 o mayor (tal como desde 0.9 hasta.1.3, o desde 1 hasta 1.2 e intervalos similares) o cualquier combinación de estos. La carga de alimentación formadora de negro de humo puede tener un punto de ebullición inicial que va desde alrededor de 160 °C hasta alrededor de 600 °C, tales como desde 160 °C hasta alrededor de 500 °C o 200 °C hasta alrededor de 450 °C o 215 °C hasta alrededor de 400 °C y casos similares.
El precalentamiento puede producirse en cualquier número de formas y se entiende que no representan limitaciones la manera en que se produzca. El precalentamiento puede producirse en al menos un calentador (por ejemplo, uno, dos, tres o más) . La fuente de calor para el, al menos uno, calentador puede ser cualquier fuente, tal como de uno o más reactores de negro de humo, calor de fuente eléctrica, calor de plasma, calor de . gases residuales, calor de combustión de gas residual, combustibles, y/o calor de otros procesos industriales y/u otras formas de calor, y o cualquier combinación de estos. El' precalentamiento puede producirse donde, el, al menos uno, calentador, caliente parcial o completamente la carga de alimentación hasta la temperatura de precalentamiento objetivo para su introducción al reactor. Un calentador puede obtener el precalentamiento parcial o completo o dos o más calentadores pueden utilizarse en secuencia o con otros arreglos para obtener el precalentamiento (total o parcial) . Si se obtiene el precalentamiento parcial por el, al menos un, calentador, entonces el precalentamiento restante se lleva a. cabo por otra fuente térmica o secundaria o calentadores adicionales para obtener finalmente la temperatura de precalentamiento obj etivo .
Por ejemplo, el precalentamiento de la, al menos una, carga de alimentación formadora de negro de humo puede incluir o se lleva a cabo por calentamiento de la carga de alimentación formadora de negro de humo en al menos un calentador que tiene un intercambiador de calor. El intercambiador de calor puede funcionar a un flujo térmico promedio de mayor de alrededor de 10 k /m2 (tales como mayor de alrededor de 10 kW/m2 o mayor de alrededor de 20 kW/m2 o mayor de alrededor de 30 kW/m2 o mayor de alrededor de 40 kW/m2, tales como desde alrededor de 10 kW/m2 hasta alrededor de 150 kW/m2 y casos similares) .
Como opción, al menos una porción del precalentamiento (o precalentamiento completo) se produce en el, al menos uno, calentador que tiene calor proporcionado al menos parcialmente (o completamente) por calor generado por el reactor de negro de humo que está recibiendo la carga de alimentación precalentada. u otros reactores de negro de humo, o ambos casos. El, al menos uno, calentador puede estar en intercambio de calor con al menos una porción del reactor de negro de humo que está recibiendo la carga de alimentación precalentada o reactores de negro de humo diferentes, o ambos casos. Por ejemplo, al menos un calentador puede hacer contacto con la corriente de reacción en un reactor de negro de humo, por ejemplo, corriente abajo de un enfriador, en donde el, al menos un, calentador puede tener un intercambiador de calor que tiene paredes calentadas por la corriente de reacción sobre un primer lado (por ejemplo, pared externa) de éste y que está en contacto con la carga de alimentación formadora de negro de humo sobre el lado opuesto (por ejemplo, pared interna) de' éste. Como opción, el, al menos uno, calentador puede incluir un intercambiador de calor que intercambia calor con la corriente de reacción en el reactor de reactor negro de humo, en donde · un vehículo térmico que puede fluir que fluye a través del intercambiador de calor se calienta, . y el vehículo térmico pasa a través del, al menos uno, calentador, colocado externo al reactor y que puede funcionar para transferir calor desde el vehículo térmico a la carga, de alimentación formadora de negro de humo. El, al menos uno, calentador puede calentarse al menos parcialmente (o completamente) dé una fuente con gas residual de negro de humo (por ejemplo, calor proveniente del gas residual o calor generado por combustión de gas residual) del reactor de negro de humo o un reactor o reactores de negro de humo diferentes, o ambos casos, para calentar la carga de alimentación formadora.de negro de humo. El precalentamiento puede obtenerse parcial o completamente con el uso de uno o más calentadores de plasma u otros calentadores o fuentes de calor.
La introducción de · la corriente de gas caliente al reactor puede incluir plasma que calienta una corriente de gas que pueda calentarse por plasma en un calentador de plasma para proporcionar al menos una porción de la corriente de gas caliente.
Un reactor de plasma de negro de humo puede utilizarse para recibir la carga de alimentación formadora de negro¦ de humo precalentada . Con el uso de carga de alimentación precalentada y, opcionalmente , gas vehículo precalentado (tal como N2 opcional con 02 para controlar la reactividad), el método de calentamiento en el reactor puede ser del tipo sin combustión y combina el uso de precalentamiento directo de reactivos y el calentamiento con plasma a la temperatura de proceso requerida para formar negro de humo. El gas vehículo puede ser precalentado con el uso de tecnología de calentador de aire convencional y/o una de las configuraciones de calentador descritas en este documento para precalentar la carga de alimentación. Una configuración similar puede utilizarse para el gas vehículo como una opción. Este método reduce el consumo eléctrico en comparación con el calentamiento solo con plasma, y puede reducir los costos de carga de alimentación, reducir las emisiones de C02, y/o el consumo de agua.
En la presente invención, una superficie no catalítica puede utilizarse sobre algunas o todas las paredes de contacto con la carga de alimentación formadora de negro de humo del, al menos uno, calentador, y/o las paredes internas de la, al menos una, linea de suministro de carga de alimentación que suministra la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a los reactores de negro de humo. La superficie puede ser no catalítica para el craqueo (por ejemplo, craqueo térmico) o de polimerización de hidrocarburos.
En la presente invención, el suministro puede incluir o ser la alimentación de . la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de la, al menos una, línea de suministro de carga de alimentación que suministra a los reactores de negro de humo, y el método además puede incluir opcional y periódicamente la alimentación de un gas o varios gases de purga que pueden ser un agente oxidante del carbono a través de la, al menos una, línea de suministro de carga de alimentación. La línea de suministro de carga de alimentación gue sale del, al .menos uno, calentador, que calienta la carga de alimentación puede tener un área de sección transversal (por ejemplo, diámetro) que es la misma, o diferente, de la línea de suministro que alimenta la carga de alimentación al, al menos uno,, calentador (por ejemplo, puede tener un área de sección transversal más grande o más pequeña) .
En la presente invención, el suministro puede incluir la alimentación de la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de la, al menos una, linea de suministro de carga de alimentación que suministra a los reactores de negro de humo, y el método puede incluir la inyección de la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada al reactor de negro de humo con la separación instantánea parcial (o completa) (por ejemplo, evaporación de la carga de alimentación, por ejemplo, obtenida por descenso de la ¦ presión) ' de la carga de alimentación formadora de negro de humo.
Con la presente invención, mediante el uso de uno o más pasos de limpieza o prevención del ensuciamiento descritos en este documento, la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada y la corriente de gas caliente en el reactor de negro de humo pueden combinarse de modo de formar de manera continua negro de humo en el reactor durante al menos alrededor de 12 horas (por ejemplo, durante al menos 24 horas, durante al menos 48 horas, durante al menos 72 horas, durante al menos una semana, dos semanas, un mes o más) .
Los presentes investigadores han reconocido que las cargas de alimentación de hidrocarburos calentadas a temperaturas que exceden alrededor de los 300 °C en la producción de negro de humo están en gran riesgo de ensuciamiento orgánico (por ejemplo, coquizado y/o polimerización) de las lineas de. suministro de carga de alimentación y lo los calentadores que precalentarian la carga de alimentación. Las lineas de suministro de carga de alimentación pueden ser tuberías de acero u otras construcciones metálicas que pueden ser susceptibles a ensuciamiento orgánico o sus superficies internas. El ensuciamiento, si se deja sin revisar, puede, producir la reducción significativa de la capacidad de flujo en las lineas de suministro de carga de alimentación, y finalmente a tapar los tubos y los inyectores del reactor.
El ensuciamiento ha sido identificado en el desarrollo de la presente invención como una barrera técnica principal de uso de las cargas de alimentación de alta temperatura en la producción de negro de humo. Sin desear vincularse con alguna teoría en particular, el ensuciamiento orgánico puede ser provocado en la carga de alimentación de negro de humo a temperaturas altas de carga de alimentación debido al menos a dos mecanismos de ensuciamiento: ebullición con formación de película y coquizado inducida por asfáltenos. En el ensuciamiento por ebullición con formación de película, se cree que la carga de alimentación se evapora y forma una película de vapor que puede bloquear la transferencia de calor (es decir, el flujo térmico critico), en donde la película de vapor se sobrecalienta y provoca que se forme coque en las reacciones de pirólisis en fase vapor. Los asfáltenos normalmente se presentan como constituyentes en aceites crudos, y también están contenidos en parte en una variedad de cargas de alimentación de negro de humo en variadas concentraciones que poseerían riesgos de ensuciamiento en uso a alta temperatura (por ejemplo, > 300 °C) . En el coquizado inducida por asfáltenos, se estima que los asfáltenos en la carga de alimentación pueden sufrir pirólisis de fase líquida en donde los asfáltenos llegan a ser desestabilizados térmicamente a formas radicales c.uando se exponen a temperaturas de craqueo térmico y se combinan para formar coque insoluble, de alto peso molecular. Las altas temperaturas de carga de alimentación, por ejemplo, pueden provocar moléculas de cadena larga en la carga de alimentación a craquearse, formando compuestos muy reactivos que polimerizan y ensucian. Si no se revisan, mayores temperaturas de la carga de alimentación pueden tender a provocar que los asfáltenos en la carga de alimentación se aglomeren y precipiten sobre el calentador de carga de alimentación y las superficies de línea de suministro. Otros mecanismos de ensuciamiento orgánico pueden promoverse por operación de carga de alimentación de alta temperatura, tal como el coquizado catalítico' que puede ser provocado por reacciones de craqueo térmico de hidrocarburos catalizadas por hierro o níquel, según el material de la línea de suministro de carga de alimentación. La polimerización de las olefinas conjugadas de la carga de alimentación (por ejemplo, promovida por metal, tal como .hierro, níquel y elementos similares, sobre la superficie de tubo interno) también se estima que es causa potencial de coquizado, según la química de la carga de alimentación. El coque insoluble u otros agentes de ensuciamiento orgánico tales como se describieron antes, si se permite que sé produzcan en un esquema de producción de negro de humo, se depositarían de la carga de alimentación sobre las paredes internas de las líneas de suministro de carga de alimentación, y los inyectores del reactor y se acumularían para tapar las líneas, con lo cual se interrumpiría la producción de negro de humo para realizar mantenimiento y/o reparaciones. La presente invención combina enfoques contra el ensuciamiento con operación de carga de alimentación de alta temperatura para reducir el riesgo de tal ensuciamiento .inducido térmicamente de las líneas de carga de alimentación que de otra manera evitarían la producción estable y sostenida de negro de humo.
Como lo determina la presente invención, se produce una señal de coquizado cuando existe una rápida caída de presión en la presión que deja el calentador durante la precalentamiento de la carga de alimentación en comparación con la presión en la entrada del calentador. Por lo general, existe una caída de presión normal cuando se compara la presión a la entrada del calentador con la presión de la carga de alimentación que sale del calentador que es provocada por la fricción dé la. carga de alimentación en las líneas. Sin embargo, como se observó en el desarrollo de la presente invención, el descontrol en la caída de presión es señal de que es muy probable o que se producirá el coquizado. En . más detalle, una vez que se ha producido la operación en estado estacionario y que la carga de alimentación está fluyendo a través .del calentador en la velocidad o parámetros deseados, se establece una presión constante o casi constante para la carga de alimentación que sale del calentador y, como se indicó antes, esta presión por lo general está por debajo de la presión de la entrada del calentador debido a las fuerzas de fricción con la carga de alimentación. Sin embargo, cuando la película en la fase vapor se produce y el coquizado está comenzando a producirse, se produce una caída de presión descontrolada o rápida en la presión de salida del calentador para la carga de alimentación que sale de la salida , del calentador .. Un cambio de 2% o más en la caída de presión, una vez que se establece la operación en estado estacionario, puede, ser una señal de que se está formando vapor y que producirá coquizado. Una caída de presión abrupta de. 2% o más, 3% o más, 5% o más,' 7% o más, 10% o más, 15% o más, 20% o más, tales como 2% hasta 20% o más, es una señal de que el vapor está formando y que esto, con toda probabilidad, provocará coquizado. Como un ejemplo más específico, se puede tener una presión de entrada de calentador de X para la carga de alimentación que ingresa al calentador y, una vez que se ha alcanzado la operación en estado estacionario, la presión de la salida del calentador (a saber la presión. de la carga de alimentación que sale del calentador) puede tener una presión que va de X a (0.8)X, y esta presión durante las operaciones diferentes a el coquizado, se mantendrá esencialmente a este presión inferior durante las operaciones de estado estacionario. Si los parámetros del proceso de fabricación de negro de humo son modificados, entonces, por supuesto, la presión puede de nuevo cambiar debido¦ al cambio en los parámetros. Sin embargo, en el ejemplo, se han alcanzado las operaciones de estado estacionario, y en consecuencia la presión que sale del calentador se mantendrá esencialmente - con poca fluctuación. (+/- 0% hasta 1,9%). Durante las operaciones de estado estacionario, si la presión de la carga de alimentación que sale del ' calentador (o .la presión antes del ingreso al reactor de negro de humo) cae en más de 2%, tal como el porcentaje de caída indicado antes, esto seria una caída de presión abrupta, lo que significa que se está formando vapor en la línea de la carga de alimentación y que probablemente resultará en una coquizado. Los métodos de la presente invención proporcionan métodos para la producción de negro de humo que evitan la formación de película de vapor (por ejemplo, evita la formación de película de vapor que bloquea la transferencia) y/o la caída de presión abrupta, y una indicación clara de evitar la formación de la película de vapor es evitar una caída de presión abrupta como se indicó en' este documento. Como ejemplo adicional, una caída de presión descontrolada durante las operaciones de estado estacionario puede ser un cambio de presión de 2% o más, que puede producirse en un lapso de 15 segundos a 1 hora,, o 30 segundos a 30 minutos, o 1 minuto a 10 minutos, lo cual se evita por los métodos de la presente invención.
Las estrategias de control de ensuciamiento aplicadas a la fabricación de negro de humo de la presente invención pueden reducir o prevenir la tasa de coque u otro depósito de agente de ensuciamiento sobre las paredes internas de la línea de suministro de carga de alimentación,, retirar el coque depositado u otro agente de ensuciamiento, o ambos. Las tasas de ensuciamiento en las líneas de suministro de carga de alimentación que producen las cargas de alimentación calentadas a temperaturas mayores de alrededor de 300 °C pueden reducirse o evitarse por uno o más de los siguientes enfoques: el uso de una presión de carga de alimentación mayor, con el uso de una velocidad de carga de alimentación mayor, disminuyendo, la capacidad de flujo térmico de un calentador de carga de alimentación, protegiendo las lineas de suministro de carga de alimentación (que incluyen las contenidas en el calentador de la carga de alimentación) con una capa de superficie de material no catalítico, disminuyendo el tiempo de . residencia de la carga de alimentación en secciones de alta temperatura, o cualquier combinación de estos enfoques. Como se indicó, el retiro del coque de las líneas de suministro de carga de alimentación puede utilizarse como otro enfoque para el control de ensuciamiento en la presente invención. Los depósitos de coque, si se producen en la línea de suministro, pueden retirarse, por ejemplo, por purga periódica de las líneas de carga de alimentación con un fluido o gas de purga, tal como un agente oxidante de carbono. Las líneas de carga de alimentación pueden desconcharse o limpiarse mecánicamente para retirar el coque.
Para cualquier combinación de estos enfoques contra ensuciamiento que se utilizan, un objetivo puede ser minimizar la velocidad de ensuciamiento que se produce en la linea de suministro de' carga de alimentación (es decir, la tasa de depósito de coque' menor que la velocidad de cualquier descoquización (retiro de coque) aplicada) . La carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada puede introducirse continuamente en un reactor para formar negro de humo en el reactor en una manera estable sin interrupción (por ejemplo, sin lineas de. suministro de carga de alimentación tapadas por ensuciamiento) durante una duración, por ejemplo, de al menos . alrededor de 12 horas, o al menos 18 horas, o al menos alrededor de 24 horas, o al menos alrededor de 30 horas, o más (por ejemplo, 12 horas hasta 8 meses o más, 12 horas hasta 6 meses, 12 horas hasta 3 meses, 20 horas hasta 1 mes). Los ahorros estimados de costos de carga de alimentación para el proceso de la presente invención, tales como los basados sobre el modelado presentado en los ejemplos, están en exceso' de 10% cuando la carga de alimentación es precalentada hasta 500 °C, y en exceso de 20% cuando la carga de alimentación está precalentada hasta 700 °c, en el modo estable de operación proporcionado sin ensuciamiento de carga de alimentación en comparación con una temperatura de carga de alimentación convencional (por debajo de 300 °C) . También existen' otros dos beneficios de la presente invención. Uno es un mecanismo de aumento de rendimiento debido a la preformación de siembras en el proceso de pirólisis. Un segundo mecanismos de aumento de rendimiento se debe a la propia evaporación instantánea de la carga de alimentación en el reactor de negro de humo sin gas circundante del enfriamiento. También, las estrategias contra el ensuciamiento de la presente invención no requieren aditivos químicos, que pueden ser costosos y/o incompatibles con el procesamiento del negro de humo o los productos.
Como se indica, la carga de alimentación puede calentarse a una temperatura mayor de alrededor de 300 °C, u otras temperaturas que exceden los 500 °C con el uso de los enfoques de control de ensuciamiento presentes. La temperatura de la carga de alimentación, que se debe a los avances de la presente invención, puede ser, por ejemplo, al menos 310 °C, al menos 350° C, al menos 375° C, al menos 400° C, al menos 425° C, al menos alrededor de 450°C, o al menos alrededor de 500°C, o al menos alrededor de 550°C, o al menos alrededor de 600°C, o al menos alrededor de 650°C, o al menos alrededor de 700°C, o al menos alrededor de 750°C, o al menos alrededor de 800°C, al menos 850° C, o desde alrededor de 305°C hasta alrededor de 850°C, o desde alrededor de 350°C hasta alrededor de 850°C, o desde alrededor de 450°C hasta alrededor de 750°C, .o desde alrededor de 450°C hasta alrededor de 700°C, o desde alrededor de 500°C hasta alrededor de 750°C, o desde alrededor de 500°C hasta alrededor de 700°C. Esta temperatura de carga de alimentación es la temperatura de la carga de alimentación formadora de negro de humo exactamente después de la salida de los calentadores utilizados para precalentar la carga de alimentación y/o justo antes de introducirse al reactor de negro de humo. La temperatura de la carga de alimentación en este aspecto puede medir o detectarse en uno o más puntos a lo largo de la linea de suministro de carga de alimentación desde el punto en el cual la temperatura de la. carga de alimentación ha sido elevada a un valor que excede alrededor de 300 °C en el extremo de descarga de la linea de suministro donde la carga de alimentación . es introducida al reactor. Esta linea de suministro de carga de alimentación incluye cualquier longitud de tubería dentro del calentador de carga de alimentación y después que la temperatura de la carga de alimentación ha sido elevada a un valor que excede alrededor de 300 °C y antes del transporte en una porción de línea de suministro adicional que se extiende desde el calentador de carga de alimentación al reactor. Como opción, la temperatura de la carga de alimentación precalentada puede tener un valor mínimo absoluto en la línea de suministro de carga de alimentación precalentada de no. menos de 301 °C, y/o como opción, una variabilidad máxima de la temperatura en la línea de suministro de carga de alimentación precalentada puede ser, por ejemplo, ±20%, o ±10%, o ±5%, o ±2.5%, o ±1%, o ±0.5%, que considera todos los puntos a lo largo de la linea de suministro de carga de alimentación. Estas temperaturas de carga de alimentación indicadas pueden utilizarse en combinación con varias variables del proceso de control de ensuciamiento indicadas en este documento.
El control de ensuciamiento que utiliza la velocidad de la carga de alimentación establecida, al menos en parte, puede incluir la alimentación de las cargas de alimentación a esta velocidad al calentador y/o a través del calentador que precalienta la carga de alimentación y/o a través de la linea de suministro de carga ' de alimentación al reactor. La velocidad puede ser, por ejemplo, al menos alrededor de 0.2 m/s, o al menos alrededor de 0.5 m/s, o al menos alrededor de 1 m/s, o al menos alrededor de 1.6 m/s, o al menos alrededor de 2 m/s, o al menos alrededor de 3 m/s, o desde alrededor de 0.2 m/s hasta alrededor de 10 m/s, o desde alrededor de 1 m/s hasta alrededor de 7 m/s, o desde alrededor de 1.5 m/s a 3 m/s, o desde alrededor de 2 m/s hasta alrededor de 6 m/s, o desde alrededor de 3 m/s hasta alrededor de 5 m/s. La velocidad de la carga de alimentación es una velocidad lineal relativa al eje longitudinal del tubo u otra estructura de la linea de suministro. La velocidad de la carga de alimentación (primera velocidad) se mide en el punto de introducción al calentador que precal'ienta la carga de alimentación. La velocidad de la carga de alimentación a través del calentador y/o después de la salida de los calentadores puede ser igual o diferente de la primera velocidad y, por ejemplo, puede ser mayor (por ejemplo, al menos 1% mayor, al menos 2% mayor, al menos 3% mayor, al menos 5% mayor, al menos 7% mayor, al menos 10% mayor, al menos 100% mayor, al menos 200% mayor, tales como desde 1% hasta 300% mayor o desde 50% hasta 200% mayor y casos similares). La velocidad se mide o calcula en función de la densidad de la carga de alimentación medida a 60. °C a 1 atm y en función del área de sección transversal más pequeña presente en la linea de carga de alimentación que se mide. Esta linea de suministro de carga de alimentación incluye cualquier longitud de tubería dentro del calentador de carga de alimentación en y/o después de que la temperatura de la carga de alimentación ha sido elevada a un valor que excede alrededor de 300 °C y antes del transporte en una porción de línea de suministro adicional que se extiende desde el calentador de carga de alimentación al reactor. Por ejemplo, la velocidad de la carga de alimentación puede tener un valor mínimo en la línea de suministro de carga de alimentación de no menos de 0.2 m/s, y/o como opción, una variabilidad máxima de la velocidad de la carga de alimentación en la linea de suministro de carga de alimentación puede ser, por ejemplo, ±20%, o ±10%, o ±5%, o ±1%, o ±0.5%, que considera todos los puntos a lo largo de la linea de suministro de carga de alimentación.
El control de ensuciamiento que utiliza la presurización de la carga de alimentación, al menos en parte, puede incluir la presurización de la carga de alimentación formadora de negro de humo, por ejemplo, a una presión mayor de alrededor de 10 bar (10.2 kg/cm2) , o mayor de alrededor de 20 bar (20.39 kg/cm2), o mayor. de alrededor de 30 bar (30.59 kg/cm2), o mayor de alrededor de 40 bar (40.79 kg/cm2), o mayor de alrededor de 50 bar (50.99 kg/cm2), o desde alrededor de 10 hasta alrededor de 180 bar (10.2 a 183.55 kg/cm2), o desde alrededor de 20 hasta alrededor de 180 bar (20.39 a 183.55 kg/cm2), o desde alrededor de 40 hasta alrededor de 180 bar (40.79 a 183.55 kg/cm2), o desde alrededor de 50 hasta alrededor de 180 bar (50.99 a 183.55 kg/cm2) o más. Las presiones de la carga de alimentación de la presente invención se especifican como presiones absolutas. La presión (primera presión) es la presión medida en el punto antes de introducción al calentador para precalentar. La presión a través del calentador o calentadores que precalienta la carga de alimentación y/o- después del punto o puntos de introducción al reactor puede ser la misma o diferente de la primera presión, tal como · inferior a la primera presión (por ejemplo, al menos 1% inferior, al menos 2% inferior, al menos 3% inferior, al menos 5% inferior, al menos 7% inferior, al menos 10% inferior, al menos 15% inferior, al menos 20% inferior, tales como desde 1% hasta 25% inferior o desde 3% hasta 20% inferior, y casos similares) . Las mediciones manométricas deben ajustarse a valores absolutos en la manera conocida para realizar comparaciones en los intervalos presentados en este documento. La presión de la carga de alimentación puede medir o detectarse en uno o más puntos a lo largo de la linea de suministro de carga de alimentación desde el punto en el cual la temperatura de la carga de alimentación ha sido elevada a un valor que excede alrededor de 300 °C hasta el extremo de descarga de la linea de suministro donde la carga de alimentación es introducida al reactor. Esta linea de suministro de carga de alimentación incluye cualquier longitud de tubería dentro del calentador de carga de alimentación en y/o después de que la temperatura de la carga de alimentación ha sido elevada a un valor que excede alrededor de 300 °C y antes del transporte en una porción de línea de suministro adicional que se extiende desde el calentador de carga de alimentación al reactor. La presión puede tender directamente con la temperatura de carga de alimentación para control de ensuciamiento. Por ejemplo, una presión de carga de alimentación de 10 bar (10.2 kg/cm2) puede ser adecuada para controlar el ensuciamiento a una temperatura de carga de alimentación de 300 °C, mientras que la presión de más de 10 bar (10.2 kg/cm2), tal como 20 bar (20.39 kg/cm2) o más, puede ser más útil para proporcionar el mismo nivel de control de ensuciamiento si la temperatura de la carga de' alimentación se aumenta a 500°C, con todas las otras cosas igual.
Puede utilizarse el control de ensuciamiento con el "uso de un tiempo de residencia de la carga de alimentación total corto. El tiempo de residencia de la carga de alimentación total puede ser el tiempo combinado que transcurre en el, al menos uno, calentador para el precalentamiento que incluye el tiempo que la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada tarda antes de la introducción al reactor. El tiempo de residencia total puede ser, por ejemplo, menor de alrededor de 120 minutos, o menos de alrededor de 90 minutos, o menos de alrededor de . 60 minutos,, o menos de alrededor de 45 minutos, o menos de alrededor de 30 minutos, o menos de 15 minutos, o menos de 10 minutos, o menos de 5 minutos, o menos de 4 minutos, o menos de 3 minutos, o menos de 2 minutos, o menos de 1 minuto, o menos de 30 segundos, o menos de 15 segundos, o desde alrededor, de 1/60 de minuto hasta alrededor de 120 minutos, o desde alrededor de 0.5 minutos hasta alrededor de 120 minutos, o desde alrededor de 1 minute hasta alrededor de 90 minutos, o desde alrededor de 2 minutos hasta alrededor de 60 minutos, o desde alrededor de 3 minutos hasta alrededor de 45 minutos, o desde alrededor de 4 minutos hasta alrededor de 30 minutos, o desde 5 hasta 30 minutos, o desde 5 hasta 40 minutos, o desde 20 hasta 30 minutos, o desde alrededor de 5 minutos hasta alrededor de 15 minutos. El tiempo de residencia puede ser un valor promedio o un valor máximo o un valor mínimo. El tiempo de residencia de la carga de alimentación puede determinarse desde el punto en el cual la temperatura de la carga de alimentación ha sido elevada a un valor que excede alrededor de 300 °C hasta el punto donde la carga de alimentación es introducida al reactor. El tiempo de residencia puede tender inversamente con la temperatura de la carga de alimentación. Por ejemplo, un tiempo de residencia de la carga de alimentación de hasta alrededor de 120 minutos puede ser tolerado sin problemas de ensuciamiento a una temperatura de carga de alimentación de 310 °C, mientras que el tiempo de residencia puede reducirse preferiblemente a menos de 120 minutos para proporcionar el mismo nivel de control de ensuciamiento si la temperatura de la carga de alimentación se ' aumenta a 500°C, con todas las otras cosas igual.
El control de ensuciamiento durante el precalentamiento de la carga de alimentación, por ejemplo, en un calentador de carga de alimentación, puede incluir el uso de un calentador que funciona a un flujo térmico promedio, por ejemplo, mayor de alrededor de 10 kW/m2, o mayor de alrededor de 20 k /m2, o mayor de alrededor de 30 kW/m2, ' o. mayor de alrededor de 50 kW/m2, o mayor de alrededor de 100 kW/m2, o desde alrededor de 10 kW/m2 hasta alrededor de 150 kW/m2 (o más) , o desde alrededor de 20 hasta alrededor de 150 kW/m2, ' o desde alrededor de 30 hasta alrededor de 100 kW/m2, o desde alrededor de 40 ¦ hasta alrededor de 75 kW/m2, o desde alrededor de 50 hasta alrededor de 70 kW/m2. La operación a un flujo térmico mayor puede observarse como una medida de control de ensuciamiento, debido a que el flujo térmico mayor resultante en la carga de alimentación formadora de negro de humo para calentar más rápido y/o permitir un tiempo de residencia más corto en ' el calentado debido a que menos tiempo es necesario para alcanzar la temperatura de precalentamiento destinada.
El control de ensuciamiento que utiliza una superficie no catalítica para el craqueo (por ejemplo, craqueo térmico) y/o la polimerización de hidrocarburos sobre las paredes internas en contacto con la carga de alimentación de la línea de suministro de carga de alimentación, al menos en parte, puede incluir, por ejemplo, una o más capas de revestimiento protector, tal como revestimiento de cerámica (por ejemplo, sílice, alúmina, óxido de cromo) .
El control de ensuciamiento que utiliza alimentación en línea periódica de un gas de purga a través de la línea de suministro de carga de alimentación puede incluir la inyección de un agente oxidante del carbono (por ejemplo, CO2, oxígeno, vapor, mezclas de vapor y aire) a la línea de suministro de carga de alimentación en un punto o puntos accesibles a lo largo de la línea de la carga de alimentación. El gas de purga puede ser introducido a una temperatura de 150 °C o mayor o exceder los 300 °C corriente abajo de cualquier medio de bombeo de carga de alimentación líquida. La velocidad del vapor a través de la línea de purga puede ser, por ejemplo, al menos alrededor de 6 m/s . Cualquier porción estancada de carga de alimentación puede ser eliminada de modo que la purga sople de inmediato toda la carga de alimentación al reactor. El gas de purga puede introducirse corriente arriba de un calentador de carga de alimentación para asegurar adicionalmente que todas las líneas de suministro expuestas a las temperaturas del proceso que exceden los 300 °C son tratadas.
Como se indica, el control de ensuciamiento por retiro de coque de las líneas de carga de alimentación puede incluir, por ejemplo, desconchado o raspado mecánico. El desconchado, por ejemplo, puede involucrar el enfriamiento de una tubería en linea con una capa de coque de modo que al menos algo del coque depositado sobre el interior del la tubería que separa en hojuelas o de otra manera se suelta de las paredes internas del tubo debido a que el tamaño del tubo se contrae durante el enfriamiento. El coque suelto puede retirarse al limpiar la tubería, y el tubo desconchado está listo para uso de nuevo. Durante- el desconchado, la carga de alimentación puede ser desviada del tubo a ser desconchado, por ejemplo por el uso- de válvulas, a través de una línea o líneas conectadas alternas al reactor proporcionadas en el aparato. Una vez limpio, la tubería desconchada está lista para usarse de nuevo. Otro método de limpieza de coque depositado de las tuberías de carga de alimentación puede involucrar el movimiento de un raspador mecánico a través. del tubo para retirar mecánicamente el coque del interior de los tubos. Durante el raspado mecánico, la carga de alimentación puede ser desviada del tubo a ser desconchado, por ejemplo por el uso de válvulas, . a través de una línea o . líneas conectadas alternas al reactor, proporcionadas en el aparato, durante el tiempo que la tubería se saque- para limpieza está temporalmente fuera de servicio. El desconchado o el raspado mecánico, si se. utiliza, puede ser realizado periódicamente sobre las líneas de suministro de carga de alimentación.
La carga de alimentación formadora de negro de humo que puede ser procesada a altas temperaturas con control de ensuciamiento que utiliza la presente invención en general puede incluir cualquier carga de alimentación de aceite o liquido hidrocarburo útil para la producción de negro de humo. Las cargas de alimentación liquidas adecuadas incluyen, pero no se limitan a, hidrocarburos insaturados, hidrocarburos saturados, olefinas, aromáticos y otros hidrocarburos tales como querosenos, naftalenos, terpenos, alquitrán de etileno, alquitrán de hulla, residuos del equipo de craqueo y cargas cíclicas aromáticas, o cualquier combinación de estos. Las cargas de alimentación pueden ser, por ejemplo, aceite decantado, producto de alquitrán de hulla, residuos del equipo de craqueo de etileno, aceite que contiene asfáltenos, ó cualquier combinación de estos. El tipo de carga de alimentación puede afectar el comportamiento del . ensuciamiento. La química puede variar entre diversos tipos de carga de alimentación y/o dentro de una clase de carga de alimentación. En función de la experiencia y de la evaluación de laboratorio, el aceite decantado, aceite del coquizador, alquitranes de hulla- y los residuos del equipo de craqueo de etileno, todos pueden ensuciar a diversas temperaturas arriba de alrededor de 300 °C. Los residuos del equipo de craqueo de etileno (ECR) , por ejemplo, pueden tener un contenido relativamente alto de asfáltenos. Otras clases de carga de alimentación también pueden contener asfáltenos y/o tener química relacionada con otros mecanismos de ensuciamiento .
El contenido de asfáltenos de la carga de alimentación puede oscilar, por ejemplo, desde 0% hasta alrededor de 30% en peso, o al menos alrededor de 0.5% en peso, o al menos alrededor de 1% en peso, o al menos alrededor de 2% en peso, o al menos alrededor de 3% en peso,, o desde alrededor de 1% hasta alrededor de 10% en peso, o desde alrededor de 2% hasta alrededor de 7.5% en peso, o desde alrededor de 2.5% hasta alrededor de 5% en peso, basado sobre el peso total de carga de alimentación. La carga de alimentación puede tener un punto de ebullición inicial que va, por ejemplo, desde alrededor de 160 °C hasta alrededor de 500 °C, o desde alrededor de 180 °C hasta alrededor de 450 °C, o desde alrededor de 200 °C hasta alrededor de 400 °C, o desde 225 °C hasta alrededor de 350 °C. El punto de ebullición inicial se refiere a la temperatura a la cual el primer componente de la carga de alimentación (de . la carga de alimentación) se evapora. La carga de alimentación puede tener un punto de ebullición de intervalo intermedio que va, por ejemplo, desde alrededor de 380 °C hasta alrededor de 800 °C, o desde alrededor de 400°C hasta alrededor de 500°C, o desde alrededor de 425°C hasta alrededor de 475°C, o desde 440°C hasta alrededor de 460°C. El punto de ebullición de intervalo intermedio se refiere a la temperatura a la cual 50% de los componentes de la carga de alimentación se han evaporado. La carga de alimentación . puede tener un punto de ebullición final que va, por ejemplo, desde alrededor de 600 °C hasta alredédor de 900 °C, o desde alrededor de 625°C hasta alrededor de 725°C, o desde alrededor de 650°C hasta alrededor de 700°C, o desde 670°C hasta alrededor de 690°C. El punto de ebullición final se refiere a la temperatura a la cual 100% de los componentes de la carga de alimentación se han evaporado. Otros puntos iniciales, de intervalo intermedio o finales pueden aplicarse, según la escogencia y química de la carga de alimentación.
Intervalos ejemplares de combinaciones de las variables del proceso de control de ensuciamiento se presentan en la tabla 1.
Tabla 1 (1) Carga de alimentación precalentada antes del reactor . (2) A través del calentador basado sobre las condiciones de prueba de 60 °C a 1 atm (3) antes del calentador En vista de lo · antes descrito y otra guia proporcionada en este documento, combinaciones adecuadas de variables del proceso para proporcionar control de. ensuciamiento de las lineas de suministro de carga de alimentación precalentada puede determinarse de manera directa por un conocedor de la técnica.
Los métodos de la presente invención pueden utilizarse con los reactores de' negro de humo de tipo horno con adaptaciones y modificaciones tales como las presentadas en este documento. Los métodos de la presente invención pueden practicarse, por ejemplo, en forma modular, también referida como reactor tipo horno para negro de humo «por etapas». Los reactores tipo horno por etapas que pueden adaptarse o modificarse para practicar la . presente invención se presentan, por ejemplo, en las Patentes de los Estados Unidos n.° 3,922,335; 4, 383,973·; 5,190, 739; 5, 877, 250; 5,904,762; 6,153,684; 6,156,837; 6,403,695; y 6,485,693 Bl, todas las cuales se incorporan én este documento como referencia. El control de ensuciamiento proporcionado por la presente invención puede permitir, como opción, al menos una porción del precalentamiento de carga de alimentación a ser llevada a cabo por calentamiento dé la carga de alimentación con calor generado por el reactor tipo horno desde una o más ubicaciones del reactor. Este beneficio se ilustra en los siguientes análisis en referencia a varias figuras.
La presente invención está relacionada también con un aparato para la producción de negro de humo. El aparato o sistema incluye: un reactor para combinar una corriente de gas caliente y al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo para formar una corriente de reacción en la cual se forma el negro de humo en el reactor; al menos una linea de suministro de carga de alimentación para el suministro de carga de alimentación formadora de negro de humo a al menos un punto de entrada de carga de alimentación al reactor para combinar la carga de alimentación con la corriente, de gas caliente; al menos un calentador de carga de alimentación que puede funcionar para precalentar la carga de alimentación formadora de negro de humo suministrada en la, al menos una, linea de suministro de carga de alimentación a una temperatura de al menos alrededor de 300 °C; al menos una .bomba que' puede funcionar para presurizar la carga de alimentación formadora de negro de humo a una presión mayor que alrededor de 10 bar (10.2 kg/cm2) antes de precalentar la carga de alimentación a alrededor de 300 °C, o b) y la provisión de una velocidad de carga de alimentación en el calentador de carga de alimentación de al menos alrededor de 0.2 m/s, o ambas características; y un enfriador para enfriar el negro de humo en la corriente de reacción.
El aparato se puede operar para proporcionar un tiempo de residencia para la carga de alimentación en el, al menos uno, calentador de carga de alimentación y la, al menos una, línea de suministro de carga de alimentación antes de la entrada al reactor para la carga de alimentación precalentada a al menos alrededor de 300 °C en un tiempo que es menos de alrededor de 120 minutos.
El, al menos uno,- calentador de carga de alimentación puede ser como el establecido antes y puede- ser o incluir un intercambiador de calor que puede funcionar para calentar la carga de alimentación formadora de negro de humo a un flujo térmico promedio mayor de alrededor de 10 kW/m2.
El, al menos uno, calentador de carga de alimentación puede ubicarse dentro del reactor para que pueda ponerse en contacto con la corriente de reacción que puede funcionar para calentar la carga de alimentación a una temperatura de al menos alrededor de 300 °C, tal como al menos 370 °C. El, al menos uno, calentador de carga de alimentación puede ubicarse en contacto (directa o indirectamente) con al menos una porción del reactor que puede funcionar para calentar la carga de alimentación a una temperatura de al menos alrededor de 300 °C, tal como al menos '37.0 °C. El, al menos uno, calentador de carga de alimentación puede ser o incluir un intercambiador de calor ubicado dentro del reactor corriente abajo del enfriador, en donde el intercambiador de calor incluye paredes adaptadas para ser calentadas por la corriente de reacción en un primer lado de éste y adaptadas para ser puestas en contacto con la carga de alimentación en el lado opuesto de éste antes de que la carga de alimentación se suministre a la, al menos una, linea de suministro de carga de alimentación, en donde la carga de alimentación puede calentarse a una temperatura, de al menos alrededor de 300 °C, tal como al menos 370 °C en el intercambiador de calor. El aparato incluye al menos un intercambiador de calor para un vehículo térmico que puede fluir ubicado dentro del reactor a ser puesto en contacto con la corriente de reacción, y el, al -menos uno, calentador de carga de alimentación es externo al reactor y puede funcionar para intercambiar calor del vehículo térmico que puede fluir que ha salido del intercambiador de calor con. la carga de alimentación en el calentador de carga de alimentación para calentar la carga de alimentación hasta una temperatura de al menos 300 °C, tal como al menos 370 °C. El, al menos uno, calentador de carga de alimentación puede funcionar para intercambiar calor desde una corriente de gas residual de un reactor (un reactor que recibe la carga de alimentación precalentada o una diferente) para calentar la carga de alimentación a una temperatura de al menos alrededor de 300 °C, tal como al menos 370 °C. El aparato puede incluir un calentador de plasma que puede funcionar para calentar una corriente ' de gas que puede calentarse por plasma para proporcionar al menos una porción de la corriente de gas caliente. El aparato puede incluir superficie no catalítica sobre algunas o todas las paredes de contacto con la carga de alimentación del calentador de carga de alimentación y/o las paredes internas de contacto con la carga de alimentación de la, al menos una, línea de suministro de carga de alimentación, en donde la superficie no es catalítica para el craqueo térmico o polimerización de hidrocarburos. El aparato puede incluir revestimiento de cerámica no catalítico sobre las paredes de contacto1 con la carga de alimentación del calentador de carga de alimentación y/o las paredes internas de contacto con la carga de alimentación de la, al menos una, línea de suministro de carga de alimentación. El aparato puede incluir al menos una fuente de gas de purga, tal como un agente oxidante de carbono y al menos un punto de entrada de gas de purga sobre la, al menos una, linea de suministro de carga de alimentación que puede funcionar para purgar de manera periódica la, al menos una, linea de suministro de carga de alimentación con el gas de purga. El reactor puede funcionar para combinar la carga de alimentación y la corriente de gas caliente para formar continuamente negro de humo en el reactor durante al menos alrededor de 12 horas.
Como ejemplo, la figura 1 presenta una porción de un tipo *de reactor de negro de humo tipo horno que puede utilizarse en un proceso de la presente invención para producir negros de humo, en donde al menos una porción del precalentamiento incluye ' el calentamiento de una carga de alimentación formadora de negro de humo con la corriente de reacción en el reactor para calentar la carga de alimentación a una temperatura mayor de alrededor de 300 °C. Uno o más de los enfoques de control de ensuciamiento indicados se aplica al esquema de proceso presentado, en la figura 1 para apoyar el uso de tal carga de alimentación precalentada.
En referencia a la figura 1, el negro de humo de la presente invención puede producirse en un reactor de negro de humo tipo horno 2, que tiene una zona de combustión 10, que tiene una zona opcional de diámetro de convergencia, 11, una o unas zonas de inyección de carga de alimentación 12, y una o unas zonas de reacción 13. Una primera zona de enfriamiento 14 sigue después de la zona de reacción 13. Los diámetros y longitudes útiles de estas diversas zonas que pueden utilizarse pueden seleccionarse con relación a las patentes indicadas antes incorporadas como referencia. Para producir los negros de humo, los gases de combustión calientes son generados en la zona de combustión 10, por reacción de un combustible gaseoso o liquido con un agente oxidante adecuado tal como aire, oxigeno, mezclas de aire y oxigeno o mezclas similares. Entre los combustibles adecuados para usar en la reacción con la corriente' de agente oxidante en la zona de combustión 10, para generar los gases de combustión calientes se incluyen cualquiera de las corrientes de liquido, vapor o gas fácilmente combustibles tales como gas natural, hidrógeno, monóxido de- carbono, metano, acetileno, alcoholes o queroseno. Sin embargo, se prefiere en general utilizar combustibles que tengan un alto contenido de componentes con carbono ¦ y, en particular, hidrocarburos. La relación estequiométrica de aire a gas natural utilizada para producir los negros de humo de la presente invención puede ir desde alrededor de 0.6:1 hasta infinito o desde alrededor de 1:1 (relación estequiométrica) hasta infinito. Para facilitar la generación de los gases de combustión calientes, la corriente de agente oxidante puede ser precalentada . La corriente de gas de combustión caliente fluye corriente abajo desde las zonas 10 y 11 a las zonas 12 y 13, y luego 14. La dirección del flujo de los gases de combustión calientes se presenta en la figura 1 por la flecha. La carga de alimentación formadora de negro de humo 15 se introduce en el punto 16 ubicado en la zona 12. La carga de .alimentación puede introducirse a través de una o unas sondas, radialmente hacia adentro a través de un conjunto de aberturas ubicadas en la pared de la zona 12 en el punto 16, o una combinación de los dos. La carga de alimentación puede introducirse axial o radialmente a través de una o unas sondas insertadas axialmente a través del quemador en cualquier parte en las zonas 11, 12 y/o 13 (operación tipo aguja). Adecuadas para usar en este documento como los tipos de cargas de alimentación hidrocarburo formadora de negro de- humo que pueden ser fácilmente volatilizables bajo condiciones de la reacción, incluyen las cargas de alimentación indicadas previamente. Las puntas del reactor/quemador pueden ser más susceptibles a erosión a altas temperaturas de carga de alimentación. Los materiales tales como aleación metálica STELLITE® 6, por ejemplo, pueden utilizarse para extender la vida de la punta.
Como se presenta en la figura 1, la carga de alimentación formadora de negro de¦ humo 15 se precalienta a úna temperatura mayor de alrededor de- 300 °C antes de que ingrese al reactor 2. La carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada se suministra en al menos una linea de suministro de carga de alimentación 17 hacia, al menos un, punto de entrada de carga de alimentación 16 al reactor 2. En el ingreso, la carga de alimentación se combina con la corriente de gas caliente para formar una corriente de reacción en la cual el negro de humo se forma en el reactor. El negro de humo en la corriente de reacción puede ser enfriado en una o más zonas. Por ejemplo, en la ubicación de apagado 18 de la zona de enfriamiento 14, el fluido de apagado se inyecta, el cual puede incluir agua, y que puede utilizarse para detener completa o en esencial completamente la pirólisis de . la carga de alimentación formadora de negro de humo, o solo enfriar parcialmente la carga de alimentación sin detener la pirólisis seguida por un apagado secundario (no presentado) para detener la pirólisis de la carga de alimentación formadora de negro de humo.
Como también se presenta en la figura 1, el calentador de carga de alimentación puede incluir un intercambiador de calor 19 (HXR) , que puede tener paredes de calentador (no presentadas) , tal como las utilizadas en diseños de intercambiador de calor Conocidos, calentadas por la corriente de reacción sobre un. primer lado de éste y el contacto de la carga de alimentación sobre un lado opuesto de éste antes de que la carga de alimentación se suministre a la, al menos una, linea de suministro de . carga de alimentación. Como .se indica, la carga de alimentación se calienta en el intercambiador de calor a una temperatura mayor de alrededor de 300 °C. Aúnque se presenta el arreglo corriente abajo de un enfriador, el intercambiador de calor de carga de alimentación puede ubicarse corriente arriba del enfriador en la corriente de reacción, con tal que el calentador tenga una construcción que pueda tolerar y funcionar a temperaturas de preenfriamiento mayores dentro del reactor. El calentador de carga de alimentación puede arreglarse para que esté en contacto físico con al menos una porción del reactor,, por ejemplo, como un serpentín o tubería alojada dentro, o contra, y en contacto con una o unas paredes calientes del reactor, para calentar la. carga de alimentación a. una temperatura mayor de alrededor de 300 °C. Aunque no se presenta en la figura 1, el intercambiador de calor puede opcionalmente calentar la carga de alimentación a una temperatura intermedia (por ejemplo, arriba de 250 °C o 50 °C hasta 350 °C, u otras temperaturas por debajo de la temperatura precalentada objetivo) o utilizarse para obtener la temperatura de precalentamiento arriba de 300 °C, y luego un intercambiador de calor adicional o calentador externo o interno al reactor puede utilizarse para calentar hasta la temperatura de precalentamiento final.
La corriente de reacción dentro del reactor puede tener una temperatura en el apagado, por ejemplo, desde alrededor de 600 °C hasta alrededor de 2000 °C, o desde alrededor de 800 °C hasta alrededor de 1800 °C, o desde alrededor de 1000 °C hasta alrededor de 1500 °C, u otras altas temperaturas que reflejen una reacción exotérmica extrema que es generada en el reactor tipo horno. La presente invención puede proporcionar intercambio de calor para la carga de alimentación con alta cantidad de calor exotérmico generado por las reacciones en el reactor sin problemas de ensuciamiento que surjan en las lineas de suministro de carga de alimentación. La presente invención por tanto puede hacerse factible para mejorar la recuperación de energía y ahorrar costos de cargas de alimentación en comparación con la producción de negro de humo convencional que funciona a temperaturas de carga de alimentación muy inferiores.
Como también se presenta en la figura 1, al menos una bomba 20 puede instalarse en línea sobre la línea de la carga de alimentación corriente arriba del calentador de carga de alimentación 19 utilizado para elevar la temperatura de la carga de alimentación a un valor que excede los 300 °C. La bomba puede utilizarse para presurizar la carga de alimentación antes de ingresar al calentador de carga de alimentación. En esa manera, la carga de alimentación puede ya presurizar en el momento en que la temperatura de la carga de alimentación se aumenta a valores elevados donde los problemas de ensuciamiento en la linea de suministro de carga de alimentación de otra manera surgirían en ausencia de la presurización u otras soluciones de control de ensuciamiento indicadas. Debido a que la carga de alimentación normalmente puede experimentar una caída de presión durante el paso a través del calentador de carga de alimentación bajo condiciones de operación normal (por ejemplo, una caída de presión de 0 hasta alrededor de 20 bar (20.39 kg/cm2) ) , según, por ejemplo, del diseño del intercambiador de calor y el modo de operación, cualquier presurización aplicada a la carga de alimentación como una medida de- control de ensuciamiento debe compensarse con respecto a cualquier caída de presión que pueda ocurrir o se espera que suceda en el intercambiador de calor de carga de alimentación, así como cualquier otra caída de presión que se - produzca o puede esperarse que ocurra en las tuberías de la línea de suministro u otros conductos utilizados para el transporte de la carga de alimentación precalentada al reactor, particularmente si es necesario mantener la presión de la carga de alimentación dentro de un valor de intervalo prefijado. Aunque solo se ilustran en la figura 1 una sola línea de suministro de carga de alimentación y punto de inyección de carga de alimentación en el reactor, y en otras figuras del presente documento, para simplificar las ilustraciones, se entiende que varias líneas de suministro de carga de alimentación · y puntos de inyección en el reactor pueden utilizarse en los cuales también pueden aplicarse los controles de ensuciamiento.
Después que se enfría la mezcla de los gases de combustión calientes y la carga de' alimentación formadora de negro de humo, los gases enfriados pasan corriente abajo hacia cualquier paso ' de enfriamiento y separación convencional con el cual se recupera el negro de humo. La separación del negro de humo de la corriente de gas puede ser fácilmente llevada a cabo por dispositivos convencionales tales como un precipitador, separador ciclónico o filtro de bolsas. Con respecto al enfriamiento por completo de las reacciones para formar el producto final de negro de humo, cualquier proceso · convencional que enfríe la reacción corriente abajo del ingreso de la carga de alimentación formadora de negro de humo puede utilizarse y es conocido por los expertos en la técnicá. Por ejemplo, puede inyectarse .un fluido de enfriamiento que puede ser agua u otros fluidos adecuados para detener la reacción química.
La figura 2 presenta una porción de otra clase de reactor tipo horno de negro de humo que puede utilizarse en un proceso de la presente invención para producir negros de humo en donde al menos una porción del precalentamiento incluye la puesta en contacto de un intercambiador de calor 21 con la corriente de reacción en el reactor en donde un vehículo o medio térmico que puede fluir 28, tal como vapor o nitrógeno, que fluye a través del intercambiador de calor es calentado en. el reactor, y el vapor calentado (por ejemplo, vapor sobrecalentado) luego pasa del intercambiador de calor y el reactor y es transportado a un calentador de carga de alimentación 22 separado ubicado fuera del reactor donde puede funcionar para intercambiar calor con la carga de alimentación en el calentador de carga de alimentación para calentar la carga de alimentación a una temperatura mayor de alrededor de 300 °C, tal como 370 °C o mayor.
La figura 3 presenta una porción de otra clase de reactor de negro de humo tipo horno que puede utilizarse en un proceso de la presente invención para producir negros de humo en donde al menos una porción del precalentamiento incluye la puestea en contacto de un calentador de carga de alimentación23con gas residual que ha salido del reactor para calentar la carga de alimentación en el calentador de carga de alimentación a una temperatura mayor de alrededor de 300 °C (o al menos parcialmente a la temperatura objetivo) .
La figura 4 presenta otra clase de reactor de negro de humo tipo horno que puede utilizarse en un proceso de la presente invención en donde la. corriente de gas caliente además incluye al menos en parte o por completo un gas caliente 24 que ha sido calentado al menos en parte o por completo con el uso de un calentador de plasma 25. El calentamiento por plasma del gas puede llevarse a cabo, por ejemplo, de acuerdo con métodos conocidos por aquellos conocedores de la técnica. Una antorcha de plasma puede utilizarse, por ejemplo, tal como se presenta en la Patente de los Estados Unidos n.° 5, 486, 674, cuya descripción en su totalidad se incorpora en este documento como referencia, y puede hacerse referencia al . calentamiento de plasma presentado en las Patentes de los Estados Unidos n.° 4, 101, 639 y 3, 288 , 696, - cuyas revelaciones en su totalidad se incorporan en este documento como referencia.
Como también se presenta en la figura 4, la carga de alimentación puede calentarse indirectamente por. un medio térmico ¦ (por ejemplo, vapor) que ha intercambiado calor con la corriente de reacción en el intercambiador de calor 26 en el reactor, o alternativamente, la carga de alimentación puede ser calentada directamente . en el intercambiador de calor 26 en el reactor como se. presenta en las líneas de guiones.
El diseño del intercambiador de calor utilizado para el precalentamiento de la carga de alimentación, en o fuera del reactor, en estos diversos esquemas de proceso de la presente invención pueden tener cualquier diseño convencional de intercambiador de calor, tal como carcasa y tubos, carcasa y serpentín, placas y marcos y diseños similares. Cuando el intercambiador de calor tiene una configuración de serpentín en línea, pueden utilizarse la tubería y codos de cédula 80, por ejemplo, para el serpentín en línea para prevenir problemas de corrosión- y erosión. También, puede utilizarse una separación constante entre tubos en la construcción de tubería de serpentín en línea y el. serpentín puede utilizarse en toda la sección transversal del colector principal de gas de chimenea. Los coeficientes de la transferencia de calor para los serpentines en línea pueden variar significativamente para ' grados diferentes y plantas diferentes .
También, cualquiera de las cargas de alimentación para los esquemas y métodos de proceso descritos puede contener materiales o composiciones adicionales que son comúnmente utilizadas para elaborar negro de humo convencional. El método de la presente invención puede además incluir la introducción de al menos una sustancia que es o que contiene al menos un elemento del Grupo IA y/o Grupo IIA (o ión de éste)' de la tabla periódica. La sustancia que contiene al menos un elemento del Grupo IA y/o Grupo IIA (o ión de éste) contiene al menos un metal alcalino o metal alcalinotérreo . Ejemplos incluyen el litio, sodio, potasio, rubidio, cesio, francio, calcio, bario, estroncio o radio, o combinaciones de estos. Cualquier mezcla de uno o más de estos componentes puede estar presente en la sustancia. La sustancia puede ser un sólido, solución, dispersión, gas o cualquier combinación de estos. Puede utilizarse más de una sustancia que tenga el mismo o diferente metal del Grupo IA y/o Grupo IIA (o ión de éste). Si se utilizan varias sustancias, las sustancias pueden añadirse juntas, por separado, en secuencia, o en ubicaciones de reacción diferentes. Para los fines de la presente invención, la sustancia puede ser el metal (o ión metálico) en si mismo, un compuesto que contenga uno o más de estos elementos, que incluye una sal que contenga uno o más de estos elementos o casos similares. La sustancia puede ser capaz de introducir un metal o ión metálico en la reacción que está en proceso para formar el producto de negro de humo. Para los fines de la presente invención, la sustancia que contenga al menos un metal del Grupo IA y/o Grupo IIA (o ión de éste) , si se utiliza, puede introducirse en cualquier punto en el reactor, por ejemplo, antes del enfriamiento completo. Por ejemplo, la sustancia puede añadirse en cualquier punto antes del enfriamiento completo, que incluye antes del ingreso de la carga de alimentación formadora de negro de humo en una primera · etapa de reacción, durante la introducción de la. carga de alimentación formadora de negro de humo en una primera etapa de reacción, después de la introducción de la carga de alimentación formadora de negro de humo en una primera etapa de reacción, antes, durante o inmediatamente después de la . introducción de cualquier segunda carga de alimentación formadora de negro de humo; o cualquier paso después del ingreso de la segunda carga de alimentación formadora de negro de humo pero antes de completar el enfriamiento. Puede utilizarse más de un punto de ingreso de la sustancia.
La cantidad del metal del Grupo IA y/o Grupo IIA (o ión de éste) que contiene la sustancia, si se utiliza, puede ser cualquier cantidad siempre que pueda formarse un producto de negro de humo. Las sustancias pueden añadirse en una cantidad de modo que 200 ppm d más del elemento del Grupo IA o ión y/o elemento del Grupo IIA (o ión de éste) esté presente en el producto de negro de humo finalmente formado. Otras cantidades incluyen desde alrededor de 200 ppm hasta alrededor de 20000 ppm o más y otros intervalos pueden ser desde alrededor dé 500 ppm hasta alrededor de 20000 ppm, o desde alrededor de 1000 ppm hasta alrededor de 20000 ppm, o desde alrededor de 5000 ppm hasta alrededor de 20000 ppm, o desde alrededor de 10000 ppm hasta alrededor de 20000 ppm, o desde alrededor de 300 ppm hasta alrededor de 5000 ppm, o desde alrededor de 500 ppm hasta alrededor de 3000 ppm, o desde alrededor de 750. ppm hasta alrededor de 1500 ppm, del elemento del Grupo IA y/o Grupo IIA (o ión de éste) presente en el producto de negro de humo que se forma. Estos niveles pueden referirse a la concentración del ión metálico. Estas cantidades del elemento del Grupo IA y/o Grupo IIA (o ión de éste) presente en el producto de negro de humo que se forma pueden estar relacionadas con un elemento o más ¦ de un elemento del Grupo IA y/o Grupo IIA (o ión de éste) y en consecuencia seria una cantidad combinada de los elementos del Grupo IA y/o Grupo IIA (o ión de éste) presentes en el producto de negro de -humo que se forma. En consecuencia, estas cantidades pueden aplicarse al contenido solo del elemento/ión del Grupo IA o al elemento/ión del Grupo IIA. La ¦sustancia puede añadirse en cualquier manera. La sustancia puede añadirse en la misma manera que se introduce la carga de alimentación formadora de negro de humo. La . sustancia puede añadirse como gas', liquido o sólido o cualquier combinación de estos. La sustancia puede añadirse en un punto o varios puntos y puede añadirse como una sola corriente o varias corrientes. La sustancia puede mezclarse con la carga de alimentación, combustible y/o agente oxidante antes o durante su introducción.
Un método mediante el cual puede introducirse una sustancia que contenga al menos un elemento del Grupo IA y/o Grupo IIA (o ión de éste) tal como, por ejemplo, potasio, en la carga de alimentación, es por la incorporación de la sustancia a la carga de alimentación. En otro método, la sustancia se introduce al reactor por separado de la carga de alimentación, tal como por el uso de una varilla de inyección que se extiende dentro del .reactor. Además la solución de potasio a carga de. alimentación de alta temperatura, por ejemplo, puede crear riesgo de taponado de las boquillas como resultado de la inflamación del potasio. La inyección de iones potasio u otros metales del Grupo IA y/o Grupo IIA (o ión de estos) con una varilla en el quemador puede utilizarse para mitigar ese riesgo. También, el uso de una varilla para introducir otros metales del Grupo IA y/o Grupo IIA (o ión de estos) diferentes del potasio en el reactor la cual tiene aberturas más grandes que las aberturas estándar pueden utilizarse para reducir el riesgo de taponamiento o proporcionar la limpieza de una varilla mientras se carga. Para reducir el riesgo del daño del revestimiento del quemador cuando se elaboren altos grados de ión potasio de negro de humo, la temperatura de la carga de alimentación puede necesitar reducirse a un valor inferior aún en el intervalo >300 °C, de modo que los iones de potasio pueden inyectarse en el aceite. Para el precalentamiento de la carga de alimentación > 300 °C, una forma soluble de . aceite alternativa de potasio puede utilizarse, tal como material CATALYST® 460 HF del Grupo O , que puede inyectarse directamente a la carga de alimentación. El material CATALYST® 460 HF es una sal orgánica de potasio (neodecanoato de potasio) , que es soluble en la carga de alimentación, por tanto no debe someterse al mismo riesgo de problemas de inflamación como con las soluciones acuosas. Por consiguiente, los esquemas del proceso de la presente invención en función de estrategias combinadas de carga de alimentación de alta temperatura y antiensuciamiento . pueden adaptase para ser compatibles con el uso de modificadores de negro de humo dentro del proceso, tal como aditivos de control de estructura (por ejemplo, fuentes de potasio u otro metal/ión alcalino) . .
Las condiciones y diseños de precalentamiento de la carga de alimentación hechos factibles por medio de la presente invención pueden proporcionar ventajas y beneficios, tales como, por ejemplo, recuperación mejorada de energía, ahorros en los costos de carga de . alimentación, aymentos en las cantidades de negro de humo, reducción de emisiones de anhídrido carbónico, producción continua o estable de negro de humo durante el tiempo útil desde el punto de vista industrial a las condiciones de alta temperatura de la carga de alimentación, o cualquier combinación de estos. El aumento del precalentamiento de la carga de alimentación hasta más de 300 °C puede esperarse para reducir los niveles de emisiones de azufre y NOx sobre la base de una proporción de masa bajo condiciones de producción, constante. La tasa de emisiones por kg de negro de humo se espera disminuir . bajo todas las condiciones de operación. La concentración de las emisiones dependerá de las condiciones de operación particulares escogidas .
Además de los beneficios y ventajas indicados previamente, otros beneficios potenciales . del precalentamiento de la carga de alimentación pueden considerarse de acuerdo con la presente invención. Uno es un mecanismo de aumento de rendimiento a partir de la preformación de siembras - en el proceso de pirólisis. Aunque no se desea vincular con alguna teoría en particular, la carga de alimentación puede sufrir reacciones de deshidrogenación de los hidrocarburos poliaromáticos (PAH) y la abstracción de grupos no aromáticos durante la etapa de precalentamiento. Se espera que los PAH deshidrogenados formen siembras más rápidas que el material original. Se ha demostrado en los ejemplos que la presión alta controla la velocidad de deshidrogenación . El control de la presión, el tiempo de residencia y/o temperatura como se detalla en la presente invención puede controlar la formación de moléculas grandes de PAH, que potencialmente proporcionarían un mecanismo de control para la producción de semillas de negro de humo. Como se indicó, el inconveniente de pirólisis de carga de alimentación a alta temperatura es el potencial para el coquizado y formación de polvo, que se reduce o evita en la presente invención cuando las condiciones de alta temperatura de la carga de alimentación se combinan con los enfoques de control de ensuciamiento en sitio. Un segundo mecanismo de aumento de rendimiento puede ser, por ejemplo, por evaporación instantánea de la carga de alimentación precalentada en el reactor de negro de humo sin enfriamiento del gas circundante. La evaporación instantánea de la carga de alimentación obviaría la necesidad de usar el gas de chimenea del quemador para la atomización de la carga de alimentación. Cuando se inyecta cerca de la presión atmosférica en el reactor de negro de humo, la carga de alimentación precalentada a temperaturas que exceden los 300 °C pueden tener suficiente energía interna para evaporarse por sí misma y mezclarse con los gases de chimenea del quemador.
Cualquier tipo de grado ASTM (por ejemplo, N100 a N1000) u otros grados de negro de humo pueden elaborarse por la presente invención. El negro de humo elaborado por los procesos de la presente invención puede tener una o más parámetros y/o propiedades únicos (o propiedades beneficiosas) debido al uso de- temperaturas altas de carga de alimentación precalentada y/u otros parámetros de proceso mencionados en este documento. El negro de humo elaborado por los métodos y arreglos de equipo de la presente invención puede utilizarse en cualquier aplicación de uso final donde se utilicen negros- -de humo convencionales, por ejemplo, tintas, pigmentos, productos plásticos, selladores, adhesivos, recubrimientos, productos elastoméricos, pigmento negro para fotocopiadora ( toner) , pilas, neumáticos o partes de estos, partes moldeadas, componentes electrónicos, cables, alambres, o partes de estos, y productos similares, con el uso de cantidades convencionales o menores.
Con - la presente invención, una ventaja que puede obtenerse es la formación de negros de humo de calidad comercial aceptable que tienen la misma morfología y/u otros parámetros como el negro de humo elaborado de manera convencional. Con la presente invención, los negros de humo de calidad comercial aceptable que tienen la misma morfología y/u otros parámetros pueden ser elaborados con el uso de los procesos de la presente invención. Como opción, una ventaja que puede obtenerse con la presente invención es la formación de negros de humo que tienen una cantidad mucho más baja de PAH. Una cantidad más baj.a de PAH en los negros de humo no modifica el desempeño ' del negro de humo y en general una cantidad alta de PAH es indeseable por varias razones. Con la presente invención, puede elaborarse un negro de humo seleccionado que tenga, la misma morfología o en esencia la misma morfología (es decir, un valor morfológico dentro de una variación de más o menos 5% en una o más propiedades de morfología tal como. CAN, COAN y similares) como el negro de humo seleccionado elaborado por un método convencional , con el uso de las mismas condiciones del reactor y la carga de alimentación (pero sin que se produzca precalentamiento de la carga de alimentación a temperaturas mayores de 30.0 °C antes del suministro de la carga de alimentación a un reactor de negro de humo) . Los niveles de PAH de un negro de humo seleccionado de la presente invención pueden reducirse, en el ámbito de ppm de peso, de 10% a 50%, de 20% a 50%, o 30% a 100% o más en función de los niveles en ppm, cuando se compara con el negro de humo seleccionado que tiene la misma morfología, pero elaborado sin que se produzca precalentamiento de la carga dé .alimentación formadora de negro de humo a más de 300 °C antes de la entrada al reactor de negro de humo para formar negro de humo y el uso de las mismas condiciones de reactor y carga de alimentación. Además, los niveles de PAH en el negro de humo pueden separarse en tres categorías de peso molecular (PM) : PAHs de PM alto (mayor de 250 PM promedio en peso) ;' PAHs de PM medio (PM promedio en peso de 200 a 250);. y PAHs de PM bajo (menos de 250 de PM promedio en peso) . La presente invención tiene la capacidad de reducir una o más de las cantidades de los PAH de PM alto y PM medio de 10% a 50%, de 20% a 50%, o 30% a 100% o más en función de los niveles en ppm, cuando se compara con el negro de humo seleccionado que tiene la misma morfología, pero elaborado sin que se produzca precalentamiento de la carga de alimentación formadora de negro de humo a más de 300 °C antes de la entrada al reactor de negro de humo para formar negro de humo y el uso de las mismas condiciones de reactor y- carga de alimentación. Además, la presente invención tiene la capacidad de reducir en alto grado el porcentaje de los PAH de PM alto (considerados los más indeseables) de la cantidad total de PAH de un negro de humo seleccionado, cuando se compara con el negro de humo seleccionado que tiene la misma morfología, pero elaborado sin que se produzca precalentamiento de la carga de alimentación formadora de negro de humo a más de 300 °C antes de la entrada al reactor de negro de humo para formar negro de humo y el uso de las mismas condiciones de reactor y carga de alimentación. El porcentaje de PAHsde PM alto de la cantidad total de ??? puede reducirse en cantidades que van de 10% a 50%, de 20% a 50%, o 30% a 100% o más en función de. los niveles en ppm para un negro de humo seleccionado, cuando se compara con el negro de humo seleccionado que tiene la misma morfología, pero elaborado sin que se produzca' precalentamiento de la carga de alimentación formadora de negro de humo a más de 300 °C antes de la entrada al reactor de negro de humo para formar negro de humo y el uso de las mismas condiciones de reactor y carga de alimentación. Las determinaciones anteriores se realizaron en función de experimentos que compararon negros de humo seleccionados elaborados con el uso de la presente invención en comparación con los negros de humo seleccionados elaborados sin que se produzca precalentamiento de la carga de alimentación formadora - de negro de humo a más de .300 °C antes de la entrada al reactor de negro de humo para formar negro de humo, sino de otra manera con el uso de las mismas condiciones de reactor y carga de alimentación.. Esta es una ventaja significativa .que se puede obtener con la presente invención.
La presente invención incluye los siguientes aspectos/modalidades./características en cualquier orden y/o cualquier combinación: 1. La presente invención está relacionada con un método para la producción de negro de humo, que comprende: la introducción de una corriente de gas caliente a un reactor de negro de humo; el suministro de al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo al, al menos un, calentador; el precalentamiento de dicha, al menos una, carga de alimentación formadora de negro de. humo en dicho, al menos uno, calentador a una segunda temperatura mayor de alrededor de 300°C para proporcionar una carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada, en donde (a) la, al menos una, carga de alimentación formadora de negro de humo tiene una velocidad en dicho al menos un calentador que es al menos 0.2 m/s, y la velocidad es calculada en función de la densidad de la carga de alimentación medida a 60 °C a 1 atm y el área de sección transversal más pequeña de una linea de carga de alimentación presente en dicho, al menos uno, calentador, y (b) la, al menos una, carga de alimentación formadora de negro de humo tiene un primer tiempo de residencia de la carga de^ alimentación en dicho calentador de menos de alrededor de 120 minutos. el suministro de ' dicha carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada al, al menos uno, punto de introducción de la carga de alimentación al reactor de negro de humo, en donde dicha carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada tiene un segundo tiempo de residencia de carga de ' alimentación desde la salida del dicho, al menos uno, calentador hasta justo antes del punto de entrada al dicho reactor de negro de humo de menos de alrededor de 120 minutos; y en donde dicho primer tiempo de residencia de carga de alimentación y dicho segundo tiempo de residencia de carga de alimentación combinados son 120 minutos o menos; ,1a- combinación de. al menos dicha carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de al menos un punto de introducción al dicho reactor de negro de humo con la corriente de gas caliente para formar una corriente de reacción en la cual se forma el negro de humo en dicho reactor de negro de humo; y la recuperación (por ejemplo, enfriamiento) del negro de humo en la corriente de reacción. 2. . El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, que además comprende la ¦ presurización de dicha carga de alimentación formadora de negro de humo para que tenga una presión mayor de alrededor de 10 bar (10.2 kg/cm2) antes de entrar a dicho, al menos un, calentador. 3. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, que además comprende la ' presurización de dicha carga de alimentación, formadora de negro de humo para que tenga una presión mayor de alrededor de 20 bar (20.39 kg/cm2) antes de entrar a dicho, al menos un, calentador. 4. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, que además comprende la presurización de dicha carga de alimentación formadora de negro de humo a una presión desde alrededor de 20 bar (20.39 kg/cm2) hasta alrededor de 180 bar (183.55 kg/cm2) antes de entrar a dicho, al menos un, calentador. 5. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicha velocidad es al menos alrededor de 1 m/s. 6. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicha velocidad es a.l menos alrededor de 1.6 m/s. 7. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicha carga de alimentación formadora de negro de' humo, comprende aceite decantado, producto de alquitrán de hulla, residuos del equipo de craqueo de etileno, aceite que contiene asfáltenos, o cualquier combinación de estos. 8. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicha carga de alimentación formadora de negro de humo tiene un punto de ebullición inicial que va desde alrededor de 160 °C hasta alrededor de 500' °C. 9. El método de. cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho precalentamiento de la, al menos una, carga de alimentación formadora de negro de humo comprende el calentamiento de dicha carga de alimentación formadora de negro de humo en dicho calentador que tiene un intercambiador de calor que funciona a un flujo térmico promedio mayor de alrededor de 10 k /m2. 10. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde al menos una porción de dicho.precalentamiento.se produce en dicho, al menos uno, calentador que tiene calor proporcionado al menos parcialmente por calor generado por dicho reactor de negro de humo u otro reactor de negro de humo, o ambos. 11. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho primer tiempo de residencia y dicho segundo tiempo de residencia combinados dan un tiempo menor de 60 minutos. 12. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho, al menos un, calentador está en intercambio de calor con al menos una porción de dicho- reactor de negro de humo. 13. El método de . cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho, al menos un, calentador hace contacto con dicha corriente de reacción en dicho reactor de negro de humo corriente abajo de un enfriador, en donde dicho, al menos un, calentador comprende un intercambiador de calor que tiene paredes calentadas, por dicha corriente de reacción sobre un primer lado de éste y que hace contacto con dicha carga de alimentación formadora de negro de humo sobre el lado opuesto de éste. 14. El método de . cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho, al menos uno, calentador incluye un intercambiador de calor que intercambia calor con dicha corriente de reacción en dicho reactor negro de humo, en donde un vehículo térmico que puede fluir que fluye a través del intercambiador de calor se calienta, y el vehículo térmico calentado pasa a través de dicho, al menos uno, calentador, colocado externo al reactor y que puede funcionar para transferir calor desde el vehículo térmico con la carga -de alimentación formadora de negro de humo para calentar dicha ' carga de. alimentación formadora de negro de humo. 15. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho, al menos uno, calentador es al menos parcialmente calentado con el gas residual de negro de humo como fuente de calor de dicho reactor de negro de humo o un reactor de negro de humo diferente, o ambos reactores, para calentar la carga de alimentación formadora- de negro de humo. 16. El método de. cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde la introducción de la corriente de gas calentada comprende plasma que calienta una corriente de gas que pueda calentarse por plasma en un calentador de plasma para proporcionar al menos una porción de la corriente de gas caliente. 17. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, que además comprende la provisión de una superficie no catalítica sobre las paredes en contacto con la carga de alimentación formadora de negro de humo de dicho, al menos uno, calentador y paredes internas de al menos una línea de suministro de carga de alimentación que suministra dicha carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a dicho reactor de negro de humo, en donde la superficie no es catalítica para el craqueo o. polimerización de hidrocarburos. 18. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho suministro comprende la alimentación de dicha carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de dicha, al menos una, línea de suministro de carga de alimentación que suministra a dicho reactor de negro de humo, y dicho método además comprende periódicamente la alimentación de un gas de ' purga que comprende un agente oxidante del carbono a través de dicha, al menos una, línea de suministro de carga de alimentación. 19. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho suministro comprende la alimentación de dicha carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de al menos una línea de suministro de carga de alimentación que suministra a dicho reactor de negro de humo, y dicho método además comprende la inyección de la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada al reactor de negro de humo con al menos inflamación en parte de la carga de alimentación formadora de negro de humo. 20. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, que además comprende la combinación de la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada y la corriente de gas caliente en' el reactor de negro de humo para formar continuamente negro de humo en el reactor durante al menos alrededor de 12 horas. . • 21. Un método para la producción de negro de humo, que comprende: la introducción de una corriente de gas caliente a un reactor de negro de humo; el suministro de al menos' una carga de alimentación formadora de negro de humo que tiene una primera temperatura por debajo de 360 °C a al menos un calentador; el precalentamiento de dicha, al menos una, carga de alimentación formadora de negro de humo en dicho, al menos uno, calentador a una segunda temperatura que va desde alrededor de 360 °C hasta alrededor de 850 °C para proporcionar una carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada, en donde (a) la, al menos una, carga de alimentación formadora de negro de humo tiene una velocidad en dicho al menos un calentador que es al menos 0.2 m/s, y la velocidad es calculada en¦ función de la densidad de la carga de alimentación medida a 60 °C a 1 atm y el área de sección transversal más pequeña de una linea de carga de alimentación presente en dicho, al menos uno, calentador, y (b) la, al menos una, carga de alimentación formadora de negro de humo tiene un' primer tiempo de residencia de la carga de alimentación en dicho calentador de . menos de alrededor de 120 minutos ; el suministro de dicha carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada al, al menos uno, punto de introducción de la carga de alimentación al reactor de negro de humo, en donde dicha carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada tiene un segundo tiempo de residencia de carga de alimentación desde la salida del dicho, al menos uno, calentador hasta justo antes del . punto de entrada al dicho reactor de negro de humo de menos de alrededor de 120 minutos; y en donde dicho primer tiempo de residencia de carga de alimentación y dicho segundo tiempo de residencia de carga de · alimentación combinados van desde alrededor de 10 segundos hasta alrededor de 120 minutos; la combinación de' al menos dicha carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de al menos un punto de introducción al dicho reactor' de negro de humo con la corriente dé gas caliente para formar una corriente de reacción en la cual se forma el negro de humo en dicho reactor de negro de humo; y la recuperación (por ejemplo, enfriamiento) del negro de humo en la corriente de reacción. 22. El método de- cualquiera de las modalidades, características o aspectos ¦ precedentes o siguientes, que además comprende la presurización de dicha carga de alimentación formadora de negro de humo para que tenga una presión mayor de alrededor de 20 bar (20.39 kg/cm2) antes de entrar a dicho, al menos un, calentador. 23. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, que además comprende la presurización de dicha carga de alimentación formadora de negro de humo para que tenga una presión mayor de alrededor de 30 bar (30.59 kg/cm2) antes de entrar a dicho, al menos un, calentador. 24. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, que además comprende la . presurización de dicha carga de alimentación formadora de negro de humo a una presión desde alrededor de 30 bar (30.59 kg/cm2) hasta alrededor de 180 bar (183.55 kg/cm2) antes de entrar a dicho, al menos un, calentador. 25. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes p siguientes, en donde dicha velocidad es al menos alrededor de 1 m/s. 26. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicha velocidad es al menos alrededor de 1.6 m/s. 27. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicha carga de alimentación formadora de negro de humo, comprende aceite decantado, producto de alquitrán . de hulla, residuos del equipo de craqueo de etileno, aceite que contiene asfáltenos, o cualquier combinación de estos. 28. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicha carga de alimentación formadora de negro de humo tiene un punto de ebullición inicial que va desde alrededor de 160 °C hasta alrededor de 500 °C. 29. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho precalentamiento de la, al menos una,. carga de alimentación formadora de negro de humo comprende el calentamiento de dicha carga de alimentación formadora de negro de humo en dicho calentador que tiene un intercambiador de calor que funciona a un flujo térmico promedio mayor de alrededor de 20 kW/m2. ' 30. El método' de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde al menos una porción de dicho precalentamiento se produce en dicho, al menos uno, calentador que tiene calor proporcionado al menos parcialmente por calor generado por dicho reactor de negro de humo u otro reactor de negro de humo, o ambos. 31. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho primer tiempo de residencia y dicho segundo tiempo de residencia combinados dan un tiempo menor de 60 minutos. 32. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho, al menos un, calentador * está en intercambio de calor con al menos una porción de dicho reactor de negro de humo'. 33. El método de' cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho, al menos un, calentador hace contacto con dicha corriente de reacción en dicho reactor de negro de humo corriente abajo de un enfriador, en donde dicho, al menos un, calentador comprende un intercambiador de calor que tiene paredes calentadas por dicha corriente de reacción sobre un primer lado de éste y . que hace contacto con dicha carga de alimentación formadora de negro de humo sobre el lado opuesto de éste, antes que dicha carga de alimentación formadora de negro de humo. 34. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes., en donde dicho, al menos uno, calentador incluye un intercambiador de calor que intercambia calor con dicha corriente de reacción en dicho reactor negro de humo, en donde un vehículo térmico que puede fluir que fluye a través del intercambiador de calor se calienta, y el vehículo térmico calentado pasa a través de dicho, al menos uno, calentador, colocado externo al reactor y que puede funcionar para transferir calor desde el vehículo térmico con la carga dé alimentación formadora de negro de humo para calentar dicha carga de alimentación formadora de negro de humo'. 35. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho, al menos uno, calentador es al menos parcialmente calentado con el gas residual de negro de humo como fuente de calor de dicho reactor de negro de humo o un reactor de negro de humo diferente, o ambos reactores, para calentar la carga de alimentación formadora de negro de humo. 36. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde la introducción de la corriente de gas calentada comprende plasma que calienta una corriente de gas que pueda calentarse por plasma en un calentador de plasma para proporcionar al menos una porción de la corriente de gas caliente. 37. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, que además comprende la provisión de una superficie no catalítica sobre las paredes en contacto con la carga de alimentación formadora de negro de humo de dicho, al menos uno, calentador y paredes internas de al menos una línea de suministro de carga de alimentación que suministra dicha carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a dicho reactor de negro de humo, en donde la superficie no es catalítica para el craqueo o polimerización de hidrocarburos. 38. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho suministro comprende la alimentación de dicha carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de dicha, al menos una,- línea de suministro de carga de alimentación que suministra a dicho reactor de negro de humo; y dicho método además comprende periódicamente la alimentación de un gas de purga que comprende un agente oxidante del carbono a través de dicha, al menos una, línea de suministro de carga de alimentación. 39. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho suministro comprende la alimentación de dicha carga de ¦ alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de al menos una línea de · suministro de carga de alimentación que suministra a dicho reactor de negro de humo, y dicho método además comprende la inyección de la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada al reactor de negro de humo con al menos inflamación en parte de la carga de alimentación formadora de negro de humo. 40. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, que además comprende la combinación de la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada y la corriente de gas caliente en el reactor de negro de humo para formar continuamente negro de humo en el reactor durante al menos alrededor de 12 horas. 41. Un método para la producción de negro de humo, que comprende: la introducción de una corriente de gas caliente a un reactor de negro de humo;- el suministro de al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo que tiene una primera temperatura por debajo de 450 °C a al menos un calentador; el precalentamiento de dicha, al menos una, carga de alimentación formadora de negro de humo en dicho, al menos uno, calentador a una segunda temperatura mayor de alrededor de 450 °C para proporcionar una carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada, en donde (a) la, al menos una, carga de alimentación formadora de negro de humo tiene una velocidad en dicho al menos un calentador que es al menos 0.2 m/s, y la velocidad es calculada en función de la densidad de la carga de alimentación medida a 60 °C a 1 atm y el área de sección transversal más pegueña de una linea de carga de alimentación presente en dicho, al menos uno, calentador, y (b) la, al menos una, carga de alimentación formadora de negro de humo tiene un primer tiempo .de residencia de la carga de alimentación en dicho calentador desde 10 segundos hasta alrededor de 120 minutos; el suministro de dicha carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada al, al menos uno, punto de introducción de la carga de alimentación al reactor de negro de humo, en donde dicha carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada tiene un segundo tiempo de residencia de carga de alimentación desde la salida del dicho, al menos uno, calentador hasta justo antes del punto de entrada al dicho reactor de negro de humo de menos de alrededor de 120 minutos; y en donde dicho primer tiempo de residencia de carga de alimentación y dicho segundo tiempo de residencia de carga de alimentación combinados son 120 minutos o menos; la combinación de al menos dicha carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada' a través de al menos un punto de introducción .al dicho reactor de negro de humo con la corriente de gas caliente para formar una corriente de reacción en la cual se- forma el negro de humo en dicho reactor de negro de humo; y la recuperación (por ejemplo, enfriamiento) del negro de humo en la corriente de reacción. 42. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, que además comprende la presurización de dicha carga de alimentación formadora de negro de humo para tener . una presión desde alrededor de 20 bar (20.39 kg/cm2) hasta alrededor de 180 bar (183.55 kg/cm2) antes de entrar a dicho, al menos un, calentador. 43. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, que además comprende la presurización de dicha- carga de alimentación formadora de negro de humo para tener una presión desde alrededor de 30 bar (30.59 kg/cm2) hasta alrededor de 180 bar (183.55 kg/cm2) antes de entrar a dicho, al menos un, calentador. 44. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, que además comprende la presurización de dicha carga de alimentación formadora de negro de humo a una presión desde alrededor de 40 bar (40.79 kg/cm2) hasta alrededor de 180 bar (183.55 kg/cm2) antes de entrar a dicho, al menos un, calentador . 45. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicha velocidad es al menos alrededor de 1 m/s. 46. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicha velocidad es al menos alrededor de 1.6 m/s. 47. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicha carga de alimentación formadora de negro de humo, comprende aceite decantado, producto de alquitrán de hulla, residuos del equipo de craqueo de etileno, aceite que contiene asfáltenos, o cualquier combinación de estos. 48. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes., en donde dicha carga de alimentación formadora de negro de humo tiene un punto de ebullición inicial que va desde alrededor de 160 °C hasta alrededor de 500 °C. 49. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho precalentamiento de la, al menos una, carga de alimentación formadora de negro de humo comprende el calentamiento de dicha carga- de alimentación formadora de negro de humo en dicho calentador que tiene u intercambiador de calor que funciona a un flujo térmico promedio que va desde alrededor de 20 kW/m2 hasta alrededor de 150 kW/m2. 50. El método de cualquiera de las . modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde al menos una porción de dicho precalentamiento se produce en dicho, al menos uno, . calentador que tiene calor proporcionado al menos parcialmente por calor generado por dicho reactor de negro de humo u otro reactor de negro de humo, o ambos. 51. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho primer tiempo de residencia y dicho segundo tiempo de residencia combinados dan un tiempo menor de 60 minutos. 52. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho, al menos un, calentador está en intercambio de calor con al menos una porción de dicho reactor de negro de humo. 53. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho, al menos un, calentador hace contacto con dicha corriente de reacción en dicho reactor de negro de humo corriente abajo de un enfriador, en donde dicho, al menos un, calentador comprende un intercambiador de calor que tiene paredes calentadas por dicha corriente de reacción sobre un primer lado de éste, y que hace contacto con dicha carga de alimentación formadora de negro de humo sobre el lado .opuesto de éste, antes que dicha carga de alimentación formadora de negro de humo. 54. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho, al menos uno, calentador incluye un intercambiador de calor que intercambia calor con dicha corriente de reacción en dicho reactor negro de humo, en donde un vehículo térmico que puede fluir que fluye a través del intercambiador de calor se calienta, y el vehículo térmico calentado pasa a través de dicho, al menos uno,, calentador, colocado externo al reactor y que puede funcionar para transferir calor ' desde el vehículo térmico con la carga de¦ alimentación formadora de negro de humo para calentar dicha carga de alimentación formadora de negro de humo. 55. El método de. cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho, al menos uno, calentador es al menos parcialmente calentado con el gas residual de negro de humo como fuente de calor de dicho reactor de negro de humo o un reactor de negro de humo diferente, o ambos reactores, para calentar la carga de alimentación formadora de negro de humo. 56. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes . o siguientes, en donde la introducción de la corriente de gas calentada comprende plasma que calienta una corriente de gas que pueda calentarse por plasma en un calentador de plasma para proporcionar al menos una porción de la corriente de gas caliente. 57. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, que además comprende la provisión de una superficie no catalítica sobre las paredes en contacto con la carga de alimentación formadora de negro de humo de dicho, al menos uno, calentador y paredes internas de al menos una línea de suministro de carga de alimentación que suministra dicha carga de alimentación formadora de negro de . humo precalentada a dicho reactor de negro de humo, en .donde la superficie no es catalítica para el craqueo o polimerización de hidrocarburos. 58. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho suministro comprende la alimentación de dicha carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de dicha, al menos una, línea de suministro de carga de alimentación que suministra a dicho reactor de negro de humo, y dicho método además comprende periódicamente la alimentación de un gas de purga, que comprende un agente oxidante del carbono a través de dicha, al menos una, línea de suministro de carga de alimentación. 59. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho suministro comprende la alimentación de dicha carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de al menos una línea de suministro de carga de alimentación que suministra a dicho reactor de negro de humo, y dicho método además comprende la inyección de la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada al reactor de negro de humo con al menos inflamación en parte de la carga de alimentación formadora de negro de humo. 60. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, que además comprende la' combinación de la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada y la corriente de gas caliente en el reactor de negro de humo para formar continuamente negro de humo en el . reactor durante al menos alrededor de 12 horas. 61. Un método para la producción de negro de humo, que comprende: la introducción dé una corriente de gas caliente a un reactor de negro de humo; el suministro de . al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo que tiene una primera temperatura por debajo de 300 °C a al menos un calentador a una primera presión mayor de 10 bar (10.2 kg/cm2) ; el precalentamiento de dicha, al menos una, carga de alimentación formadora de negro de humo en dicho, al menos uno, calentador a una segunda temperatura mayor de alrededor de 300 °C para proporcionar una carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada, en donde (a) la, al menos una, carga de alimentación formadora de negro de humo tiene una segunda presión en dicho al menos un calentador que es aproximadamente la misma o inferior a dicha primera presión, calculada en función de la suposición de que la carga de alimentación durante la primera presión y la segunda presión viaja en la misma área de sección transversal y (b) la, al menos una, carga de alimentación formadora de negro de humo tiene un primer tiempo de residencia de la carga de alimentación en dicho calentador de menos de alrededor de 120 minutos; el suministro de dicha carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada al, al menos uno, punto de introducción de la carga de alimentación al reactor de negro de humo, en donde dicha carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada · tiene un segundo tiempo de residencia de carga de alimentación desde la salida del dicho, al menos uno, calentador hasta justo antes del punto de entrada al dicho reactor de negro de humo de menos de alrededor de 120 minutos; y en donde dicho primer tiempo de residencia de carga de alimentación y dicho segundo tiempo de residencia de carga .de alimentación combinados son 120 minutos o menos; la combinación de al menos dicha carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de al menos un punto de introducción al dicho reactor de negro de humo con. la corriente de gas caliente para formar una corriente de reacción en la cual se forma el negro de humo en dicho reactor de negro de humo; y la recuperación (por ejemplo, enfriamiento) del negro de humo en la corriente de reacción. 62. Un método para la producción de negro de humo, que comprende : la introducción de una corriente de gas caliente a un reactor de negro de humo; el suministro de al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo que tiene una primera . temperatura por debajo de 300 °C a al menos un calentador a una primera presión mayor de 10 bar (10.2 kg/cm2) ; el precalentamiento de dicha, al menos una, carga de alimentación formadora de negro de humo en dicho, al menos uno, calentador a una segunda temperatura mayor de alrededor de 300 °C para proporcionar una carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada, en donde la, al menos una, carga de alimentación formadora de negro de humo tiene i) una segunda presión en dicho, al menos un, calentador que es aproximadamente la misma o inferior que dicha primera presión y ii) la, al menos una, carga de alimentación formadora de negro de humo tiene una velocidad en dicho al menos un calentador que es al menos 0.2 m/s, y la velocidad es calculada en función de la densidad de la carga de alimentación medida a 60 °C a 1 atm y el área de sección transversal más pequeña de una linea de carga de alimentación presente en dicho, al menos uno, calentador, y en donde i) se calcula en función de que la carga de alimentación viaja en la misma área de sección transversal durante la primera presión y la segunda presión; y el suministro de dicha carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a al menos un punto de introducción de carga de alimentación al reactor de negro de humo ; la combinación de al menos dicha carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de al menos un punto de introducción al dicho reactor de negro de humo con la corriente de gas caliente para formar una corriente de reacción en la cual se ' forma el negro de humo en dicho reactor de negro de humo; y la recuperación (por ejemplo, enfriamiento) del negro de humo en la corriente de reacción. 63. Un aparato para la producción de negro de humo, que comprende: un reactor para combinar una corriente de gas caliente y al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo para formar una corriente de reacción en la cual se forma el negro de humo en el reactor; al menos una linea de suministro de carga de alimentación para el suministro de carga de alimentación formadora de negro de humo a al menos un punto de entrada de carga de alimentación al .reactor para combinar la carga de alimentación con la corriente de gas caliente; al menos un calentador de carga de alimentación que puede funcionar para precalentar la carga de alimentación formadora de negro de humo suministrada en la, al menos una, linea de suministro de carga de alimentación a una temperatura de al menos alrededor de' 300 °C; al menos una bomba que puede funcionar para presurizar la carga de alimentación formadora de negro de humo a una presión mayor que alrededor de 10 bar (10.2 kg/cm2) antes de precalentar la carga de alimentación a una temperatura mayor de alrededor de 300 °C, y para la provisión de una velocidad de carga de alimentación suministrada en el, al menos uno, calentador de carga¦ de alimentación de al menos 0.2 m/s, en donde la velocidad se calcula en función de la densidad de la carga de alimentación medida a 60 °C a 1 atm y el área de sección transversal más pequeña de una linea de carga de alimentación en dicho, al menos un, calentador; y opcionalmente, un enfriador para enfriar el negro de humo en la corriente 'de reacción; en donde dicho 'aparato además puede operarse para proporcionar un tiempo de residencia para la carga de alimentación en el, al menos uno, calentador de carga de alimentación y la, al menos una, linea de suministro de carga de alimentación antes de la entrada al reactor para la carga de alimentación precalentada a al menos alrededor de 300 °C en un tiempo que es menos de alrededor de 120 minutos. 64. El aparato de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde el, al menos uno, calentador de carga de alimentación comprende un intercambiador de calor que funciona para calentar la carga de alimentación formadora de negro de humo a un flujo térmico- promedio mayor de alrededor de 10 kW/m2. 65. El aparato de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde, el, al menos uno, calentador de carga de alimentación está ubicado dentro del reactor para que pueda ponerse en contacto con la corriente de reacción que puede . funcionar para calentar la carga de alimentación a una temperatura de al menos alrededor de 300 °C- 66. El aparato de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde, el, al menos uno, calentador de carga de alimentación está ubicado en contacto con al menos una porción del reactor que puede funcionar para calentar la carga de alimentación a una temperatura de al menos alrededor de 300 °C. 67. El aparato de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes en donde el, al menos uno, calentador de carga de alimentación comprende un intercambiador' de calor ubicado dentro del reactor corriente abajo del enfriador, en donde dicho intercambiador de calor comprende paredes adaptadas para ser calentadas por la corriente de reacción en un primer lado de éste y adaptadas para ser puestas en contacto con la carga de alimentación en el lado opuesto de éste antes de que la carga de alimentación se suministre' a la, al menos una, línea de suministro de carga de alimentación, en donde la carga de alimentación puede calentarse a una temperatura, de al menos alrededor de 300 °C en el intercambiador de calor. 68. El aparato de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, que además comprende un intercambiador de calor para un vehículo térmico que puede fluir ubicado dentro del reactor a ser puesto en contacto con la corriente de reacción, y el, al menos uno, calentador de carga de alimentación es externo al reactor y puede funcionar para intercambiar calor del vehículo térmico que puede fluir que ha salido del intercambiador de calor con la carga de alimentación en el calentador de carga de alimentación para calentar la carga de alimentación hasta una temperatura de al menos 300 °C. ¦ 69. El aparato de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde, el, al menos uno, calentador de carga de alimentación puede funcionar para intercambiar calor de una corriente de gas residual del reactor para calentar la carga de alimentación a una temperatura de al menos 300 °C. 70. El aparato de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, que además comprende un calentador de plasma que puede funcionar para calentar una corriente de gas que pueda calentarse por plasma para proporcionar al menos una porción de la corriente de gas caliente. 71. El aparato de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, que además comprende una superficie no catalítica sobre paredes de contacto con la carga de alimentación del . calentador de carga de alimentación y paredes internas de contacto con la carga de alimentación de la, al menos una, línea de suministro de carga de alimentación, en donde la superficie no es catalítica para el craqueo térmico o polimerización de hidrocarburos. 72. El aparato de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, que además comprende revestimiento cerámico no catalítico sobre paredes de contacto con la carga de alimentación del calentador de carga de alimentación y paredes · internas de contacto con la carga de alimentación de la, al menos una, línea de suministro de carga de alimentación. 73. El aparato de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, que además comprende al menos una fuente de gas de purga, que comprende un agente oxidante de carbono y al menos un punto de entrada de. gas de purga sobre la, al. menos una, línea de suministro de carga de alimentación que puede funcionar para purgar de manera periódica la, al menos una, línea de suministro de carga de alimentación con el gas de purga. 74. El aparato de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho reactor puede funcionar para combinar la carga de alimentación y la corriente de gas caliente para formar continuamente negro de humo en el reactor durante al menos alrededor de 12 horas. 75. El aparato de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho precalentamiento evita la formación de película de vapor en dicho, al menos un, calentador y/o antes de. dicho suministro a dicho reactor de negro de humo. 76. El método de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes en donde dicho precalentamiento. y/o dicho suministro se realiza en ausencia de una caída de presión abrupta en función de condiciones de operación en estado estacionario. 77. El negro de humo formado por el método de cualquier configuración, característica o aspecto precedente o siguiente. 78. El negro de humo de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho negro de humo tiene una cantidad de PAH de al menos 10% menos de PAH en comparación con un negro de humo que tenga la misma morfología elaborado en un método sin precalentamiento de la carga de alimentación. 79. El negro de humo de cualquiera de las modalidades, características o aspectos precedentes o siguientes, en donde dicho negro de humo tiene un porcentaje de la cantidad de PAH de PM alto en función de la cantidad de PAH total de al menos 10% menos en comparación con un negro de humo que tenga la misma morfología elaborado en un método sin precalentamiento de la carga de alimentación. 80. Un método para la producción de negro de humo, que comprende : la introducción de una corriente de gas caliente a un reactor de negro de humo; el suministro de al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo al, al' menos un, calentador; el precalentamiento de dicha, al menos una, carga de alimentación formadora de negro de humo en dicho, al menos uno, calentador a una segunda temperatura mayor de alrededor de 300°C para proporcionar una carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada, en donde (a) la, al menos una, carga de alimentación formadora de negro de humo tiene una velocidad en dicho al menos un calentador que es al menos 0.2 m/s, y la. velocidad es calculada en función de la densidad de la carga de alimentación medida a 60 °C a 1 atm y el área de sección transversal más pequeña de una línea de carga de alimentación presente en dicho, al menos uno, calentador, y (b) la, al menos una, carga, de alimentación formadora de negro de humo tiene un primer tiempo de residencia de la carga de alimentación en dicho calentador de menos de alrededor de 120 minutos. el suministro de dicha carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada al,, al menos uno, punto de introducción de la carga de alimentación al reactor de negro de humo, en donde dicha .carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada tiene un segundo tiempo de residencia de carga de alimentación desde la salida del dicho, al menos uno, calentador hasta justo antes del punto de entrada al dicho reactor de negro de humo de menos de alrededor de 120 minutos; y en donde dicho primer tiempo de residencia de carga de alimentación y dicho segundo tiempo de residencia de carga de alimentación combinados son 120 minutos o menos; en donde dicho precalentamiento es a una presión suficiente que evita la formación de una película de vapor en dicho, al menos un, calentador o antes de dicho suministro a dicho reactor de negro de humo; la combinación de' al menos dicha carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de al menos un punto, de introducción al dicho reactor de negro de humo con la corriente de gas caliente para formar una corriente de reacción en la cual se forma el negro de humo en dicho reactor de negro de humo; y la recuperación (por ejemplo, enfriamiento) del negro de humo en la corriente de reacción.
La presente invención puede incluir cualquier combinación de estas características o modalidades anteriores y/o posteriores presentadas en estas oraciones y/o párrafos. Cualquier combinación de características reveladas aquí se considera parte de la presente invención y no se limitan a lo destinado con respecto a las características que pueden combinarse .
La presente invención se entenderá mejor con los siguientes ejemplos, los cuales están destinados a ejemplificar la presente invención.
EJEMPLOS Ejemplo 1 Se utilizó el modelado con ayuda de computadoras para estimar los ahorros de costo de carga de alimentación potenciales para dos grados de negro de humo (A y B) con el uso de temperaturas de carga de alimentación de 215 °C, 500 °C y 700 °C en un esquema de producción de negro de humo capaz de operación sostenida estable a 500 °C y 700 °C por los enfoques de control ¦ de ensuciamiento indicados de la presente invención. El programa de modelado por computadora Aspen Plus se utilizó para el modelado del esquema de proceso, con el uso' de metodologías y suposiciones para los balances de masa y energía y la química de reacción de acuerdo con las prácticas aceptables de la industria. El diagrama de flujo del proceso del modelo utilizado para este modelado es similar al presentado en la figura 5. La figura 5 presenta el esquema . de proceso para el Grado A y una temperatura de precalentamiento de. carga de alimentación de 500 °C, y este esquema de proceso general de otra manera también se aplica a otra temperatura de carga de alimentación modelada y las combinaciones de Grados. El esquema de proceso presentado en detalle en la figura 5 en general es similar al esquema del proceso presentado en la figura 1. Como se presenta en la figura 5, la carga de alimentación es calentada con el uso de calor del humo del reactor de negro de humo entre un ubicación de apagado inicial y un apagado secundario. La capacidad térmica dé la carga de alimentación utilizada en el cálculo se presenta en la figura 6. La carga de alimentación se supuso que no era reactiva, el efecto endotérmico de la reacción de pirólisis no se incluyó en la capacidad térmica de la carga de alimentación. Se moldearon dos casos con temperaturas de precalentamiento de carga de alimentación de 500°C y 700°C y se compararon con los casos referencia (precalentamiento a 215°C) para los Grados A y B.
Las cargas de alimentación que contienen carbono líquido aplicable a los Grados A y B utilizados en el modelado fueron aceite decantado y mezcla de aceite decantando y alquitrán de hulla. Las cargas de alimentación liquidas de Grados A y B tenían las siguientes composiciones: Aceite decantado Grado A: Poder calorífico superior (HHV) [J/kg] : 39,524,446 Análisis final [% en masa] : CENIZAS 0 CARBONO 88.68 HIDRÓGENO 6.92 NITRÓGENO 0.31 CLORO 0 AZUFRE 3.86 OXÍGENO 0.23 Mezcla de aceite decantando y alquitrán de hulla Grado B Caudal [kg/hr] : 3, 562 Calor de formación [J/kg]-: 50,692 Poder calorífico- superior [J/kg]: 39,878,687 Análisis final [% en masa] : CENIZAS 0 CARBONO 88.62 HIDRÓGENO 7.40.
NITRÓGENO 0.31 CLORO 0 AZUFRE 3.44 OXÍGENO 0.23 Alquitrán de hulla [% en masa]: 30.0 Las tablas 2-7 presentan los datos sin tratar utilizados para los cálculos, de modelado para cada grado de negro de humo de cada temperatura de las temperaturas de precalentamiento de 500 °C y 700 °C. Los resultados de los cálculos del modelado se presentan también en las tablas.
TABLA 2 Contenido de energía de las cargas de alimentación y el negro de humo en los cálculos del Aspen Flus Tabla 3 (Negro de humo Grado A: Temp. 500° C) FSPH03 Negro de humo A, FS@500C OIAire 02GASNAT 04BURNX 07QNCHX 08APHX 08FSHTRX 12TGAS Subcorriente: MEZCLADA Temperatura C 710 15 905 676 563 250 Frac vapor 1 1 1 1 1 1 1 5 Flujo molar kmol/hr 792 60 858 1 ,758 1 ,758 1 ,758 2,168 Flujo molar scmh 17,750 1 ,356 19,231 39,403 39,403 39,403 48,599 Flujo másico kg/hr 22,934 1 ,018 23,952 35,795 35,795 35,795 43,186 Entalpia J/kg 7.3B+05 -4.6E+06 5.0E+05 -3.6E+06 -4.0E+06 -4.2E+06 -6.2E+06 Entalpia J/sec 4.7E+06 -1.3E+06 3.4E+06 -3.6E+07 -4.0E+07 -4.2E+07 -7.4E+07 Frac molar AR 0,009 0 0.009 0.004 0.004 0.004 0.003 10 N2 0.781 0.004 0.717 0.353 0.353 0.353 0.286 02 0.21 0 0.047 0 0 0 0 H2 0 0 0.001 0.162 0.162 0.162 0.132 H20 0 0 0.137 0.366 0.366 0.366 0.486 C02 0 0.008 0.069 0.01 0.01 0.01 0.008 CO 0 0 0.004 0.101 0.101 0.101 0.082 S02 0 0 0 0 0 0 0 15 CH4 0 0.961 0 0 0 0 0 C2H2 0 0 0 0 0 0 C2H6 0 0.021 0 0 0 0 0 C3H8 0 0.005 0 0 0 0 0 N-BUT 0 0.001 0 0 0 0 0 N-PENT 0 0.001 0 0 0 0 0 N-HEXANO 0 0 0 0 0 0 0 HCN 0 0 0 0 0 0 0 H3N 0 0 0 0 0 0 0 H2S 0 0 0 0.004 0.004 0.004 0.003 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.001 0 0 0 0 OH 0 0 0.006 0 0 0 0 NO 0 0 0.008 0 0 0 0 Gas residual HHV, J/kg 5.38E+07 8.68E+04 3.79E+06 3.79E+06 3.79E+06 3.14E+06 Tabla 4 (Negro de humo Grado A: Temp. 700°C) FSPH04 Negro de humo A, con 02GASNA FS@700C 01 Aire T 04BURNX 07QNCHX 08APHX 08FSHTRX 12TGAS Subcorriente: MEZCLADA Temperatura C 710 15 905 720 431 250 5 Frac vapor 1 1 1 1 1 1 1 Flujo molar kmol/hr 792 60 858 2.055 2.055 2.055 2.339 Flujo molar scmh 17.750 1.356 19.231 46.050 46.050 46.050 52.418 Flujo másico kg/hr 22.934 1 .018 23.952 38.960 38.960 38.960 44.078 Entalpia J/kg 7.3E+05 -4.6E+06 5.0E+05 -4.0E+06 -4.4E+06 -4.9E+06 -6.1 E+06 Entalpia J/sec 4.7E+06 . -1 .3E+06 3.4E+06 -4.3E+07 -4.7E+07 -5.3E+07 -7..5E+07 Frac molar 10 AR 0.009 0 0.009 0.004 0.004 0.004 0.003 N2 0.781 0.004 0.717 0.302 0.302 0.302 0.265 02 0.21 0 0.047 0 0 0 0 H2 0 0 0.001 0.206 0.206 0.206 0.181 H20 0 0 0.137 0.385 0.385 0.385 0.46 C02 0 0.008 0.069 0.006 0.006 0.006 0.005 CO 0 0 0.004 0.093 0.093 0.093 0.082 15 S02 Ó 0 0 0 0 0 0 CH4 0 0.961 0 0 0 0 0 C2H2 0 0 0 0 0 0 0 C2H6 0 0.021 0 0 0 0 0 C3H8 0 0.005 0 0 0 0 0 N-BUT 0 0.001 o 0 0 0 0 N-PENT 0 0.001 o 0 0 0 0 N-HEXANO 0 0 o 0 0 0 0 HCN 0 0 o O 0 0 0 H3N 0 0 o 0 0 0 0 H2S 0 0 o 0.004 0.004 0.004 0.004 H 0 0 o 0 0 0 0 O 0 0 0.001 0 0 0 O OH 0 0 0.006 . 0 0 0 0 NO 0 0 0.008 0 0 0 0 Gas residual HHV, J/kg 5.38E+07 8.68E+04 4.62E+06 4.62E+06 4.62E+06 4.08E+06 15 Tabla 5 (Negro de humo Grado B: Temp. 500° C) FSPH05 Negro de humo B, FS@500C 01 Aire 02GASNAT 04BURNX 07QNCHX 08APHX 08FSHTRX 12TGAS Subcorriente: MEZCLADA Temperatura C 760 20 907 622 539 250 Frac vapor 1 1 1 1 1 1 1 Flujo molar kmol/hr 608 46 660 1 ,285 1 ,285 1 ,285 1.547 Flujo molar scmh 13,635 1 ,041 14,784 28,805 28,805 28,805 34,671 Flujo másico kg/hr 17,617 782 18,399 27,346 27,346 27,346 32,061 Entalpia J/kg 7.9E+05 -4.6E+06 5.6E+05 -3.7E+06 -4.2E+06 -4.4E+06 -6.0E+06 Entalpia J/sec 3.9E+06 -1.0E+06 2.9E+06 -2.8E+07 -3.2E+07 -3.3E+07 -5.4E+07 Frac molar AR 0.009 0 0.009 0.004 0.004 0.004 0.004 N2 0.781 0.004 0.717 0.37 0.37 0.37 0.308 02 0.21 0 0.047 0 0 0 0 H2 0 0 0.002 0.121 0.121 0.121 0.101 H20 0 0 0.137 0.385 0.385 0.385 0.489 002 0 0.008 0.068 0.013 0.013 0.013 0.01 1 co 0 0 0.005 0.103 0.103 0.103 0.086 S02 0 0 0 0 0 0 0 CH4 0 0.961 0 0 0 0 0 C2H2 0 0 0 0 0 0 0 C2H6 0 0.021 0 0 0 0 0 C3H8 0 0.005 0 0 0 0 0 N-BUT 0 0.001 0 0 0 0 0 N-PENT 0 0.001 0 . 0 0 0 0 N-HEXANO 0 0 0 0 0 0 0 10 HCN 0 0 0 0 0 0 0 H3N 0 0 0 0 0 0 0 H2S 0 0 0 0.003 0.003 0..003 0.002 H 0 0 0 0 0 0 0 O 0 0 0.001 0 0 0 0 OH 0 o 0.007 0 0 0 0 15 NO 0 o 0.008 0 0 0 0 Gas residual HHV, J/kg 5 38E+07 9.79E+04 3.07E+06 3.07E+06 3.07E+06 2.62E+06 Tabla 6 (Negro de humo Grado B: Temperatura 700 °C) FSPH06 Negro de humo B, con 02GASNA 08FSHTR FS@700C 01 Aire T 04BURNX 07QNCHX 08APHX X 12TGAS Subcorriente: MEZCLADA Temperatura C 760 20 907 653 449 250 Frac vapor 1 1 1 1 1 1 1 Flujo molar kmol/hr 608 46 660 1 ,396 1 ,396 1 ,396 1.594 Flujo molar scmh 13,635 1 ,041 14,784 31 ,293 31 ,293 31 ,293 35,734 Flujo másico kg/hr 17,617 782 18,399 28,623 28,623 28,623 32,193 Entalpia J/kg 7.9E+05 -4.6E+06 5.6E+05 -4.0E+06 -4.4E+06 -4.8E+Ó6 -6.0E+06 Entalpia J/sec 3.9E+06 -1.0E+06 2.9E+06 -3.2E+07 -3.5E+07 -3.8E+07 -5.3E+07 10 Frac molar AR 0.009 0 0.009 0.004 0.004 0.004 0.004 N2 0.781 0.004 0.717 0.341 0.341 0.341 0.299 02 0.21 0 0.047 0 0 0 0 H2 0 0 0.002 0.144 0.144 0.144 0.126 H20 0 0 0.137 0.4 0.4 0.4 0.475 C02 0 0.008 0.068 0.01 0.01 0.01 0.008 CO 0 0 0.005 0.099 0.099 0.099 0.087 15 S02 0 0 0 0 0 0 0 CH4 0 0.961 0 0 0 0 0 C2H2 0 0 0 0 0 0 0 C2H6 0 0 0 0 0 0 C3H8 0 0 0 0 0 0 N-BUT 0 0 0 0 0 0 N-PENT 0 0 0 0 0 0 N-HEXANO 0 0 0 0 0 0 HCN 0 0 0 0 0 0 H3N 0 0 0 0 0 0 H2S 0 0 0.003 0.003 0.003 0.002 H 0 0 0 0 0 0 O 0 0.001 0 0 0 0 OH 0 0.007 0 0 0 0 NO 0 0.008 0 0 0 0 Gas residual HHV, J/kg 5.38E+07 9.79E+04 3.45E+06 3.45E+06 3.45E+06 3.06E+06 TABLA 7 Frecalentamiento MP de referencia Precalentamiento Precalentamiento 215C, negros de MP 500C, negro MP 700C, negro humo A y B de humo A de humo B FSPH01 FSPH02 FSPH03 FSPH04 FSPH05 FSPH06 Unidades Grado ' de negro de humo A A Rendimiento negro de h. 100 ¦ 100 107 115 109 120 Eficacia energía del reactor 100 100 111 126 114 . 131 N2SA m2/gm <100 ' >100 <100 <100 >100 >100 Esteguiometría del quemador 135 135 135 135 135 135 Temperatura precal del aire 710 760 710 710 760 760 Temp carga de alimentación 215 215 500 700 500 700 Entalpia carga de alimentación MJ/kg 1.0 0.7 2.0 3.1 1.7 2.8 Energía kWh/kg eléctrica CB 0.11 ¦ 0.19 ?.?e 0.05 0.15 0.10 C02 producido 100. 100 74 49 77 55 Temp gas natural 15 15 15 15 15 15 Flujo gas natural Ncmh 1,356 1,041 1,356 1,356 1,041 1,041 Flujo de aire Ncmh 17,750 13,635 17,750 17,750 13,635 13,635 Temp aire C 25 25 25 25 25 25 Como muestran los resultados., pueden obtenerse ahorros de costos de carga de alimentación de más de 10% cuando la carga de alimentación se precalienta hasta 500 °C, y de más de 20% cuando la carga de alimentación se precalienta hasta 700 °C, en el modo estable sin ensuciamiento de carga de alimentación para procesamiento a una temperatura de carga de alimentación convencional inferior de 215 °C. El «rendimiento de negro de h.» y algunos otros datos en la tabal 7 son con el uso de la temperatura de carga de alimentación convencional de 215 °C como la linea de referencia base (100%) y la comparación con las cargas de ' alimentación precalentadas de mayor temperatura con esta referencia base. Como se indicó, los enfoques de control de ensuciamiento de la presente invención la hacen factible para operar a tales temperaturas de carga de alimentación más altas, que incluyen a las operaciones de escala industrial. En la tabla 7, la eficacia de energía del reactor (EER) se define como una relación del valor de calentamiento del material producido al aporte de energía combinado, que incluye los valores de calentamiento de la carga de alimentación (MP) y el combustible quemado y energía eléctrica EER = (HHV-Negro de Humo) / (HHV-carga de alimentación + HHV-Gas Natural + kWh/kg-Energía eléctrica de negro de h.). En la tabla 7, se define la estequiometría del .quemador como un porcentaje del flujo de aire del quemador al flujo de aire estequiométrico del quemador (flujo de aire requerido para la combustión completa del combustible del quemador) .
Los beneficios presentados en este modelo serían obtenidos con cualquier negro de humo, tal como cualquier grado ASTM, como el N100 a N1000 y grados similares. El modelado mostraría los mismos beneficios.
Ejemplo 2 En estos ejemplos, nuevo ciclos de prueba se realizaron para presentar los ejemplos de calentamiento de cargas de alimentación formadoras de negro de humo desde 70 °C hasta aproximadamente 500 °C con el uso de varias muestras de carga de alimentación como se explica en detalle más adelante. Los diversos parámetros de operación se presentan en la tabla 8 y, además, la clase de carga de alimentación utilizada se presenta en la tabla 8, y los detalles de la carga de alimentación se presentan en la tabla 9. Como se observa en la tabla 8, al seguir la presente invención, la carga de alimentación formadora de negro de humo puede ser precalentada a temperaturas en el orden de 500 °C o más y aún obtener una producción continua y exitosa de negro de humo. En el negro de humo formado a partir de los números de prueba 2-5, 8 y 9, se realizó el análisis sobre el negro de humo, y se determinó que el negro de humo fue aceptable para - uso comercial como negros de humo en función de la morfología, pureza y parámetros similares. Se determinó que una ventaja de los negros de humo elaborados de la presente invención fue que los niveles de PAH de los negros de humo estuvieron en el orden de aproximadamente 50% menos de PAH (en el nivel de ppm) que los negros convencionales que tenían la misma morfología. Por tanto, una ventaja adicional de la presente invención es la capacidad de formar negros de humo aceptables desde el punto de vista comercial que tenían una .cantidad mucho menor de PAH. La determinación de los PAH se fundamentó en la determinación del PAH-20 como se conoce en la técnica.
Como se presenta adicionalmente en la tabla 8, la entrada para «caída de presión abrupta» es un indicio sobre si se formó la película por .vapor y/o coquizado o aproximadamente se formó o no. Cuando la respuesta es «NO», significa que no se detectó una caída de presión abrupta y, de hecho, la prueba se consideró un éxito debido a que produjo un negro de humo aceptable desde el punto de vista comercial sin formación de coque ni película de vapor en las líneas del calentador o líneas de suministro. Cuando la respuesta para la «caída de presión abrupta» es «SI», ésta es indicación de que existe una caída de presión rápida de las condiciones de operación de estado estacionario durante la fabricación del negro de .humo, que era un claro indicio de que se produjo la película de vapor y que fue inevitable el coquizado en el aparato. De hecho, en la prueba n.° 1, para confirmar esta noción, se observó una caída de presión abrupta en la prueba n.° 1, y finalmente, en el análisis de las partes del calentador de ' carga de alimentación, se detectó visualmente el- coquizado en las líneas de alimentación en el calentador para confirmar que la caída de presión abrupta era una indicación de la formación inevitable de coquizado.
Los ejemplos 2-5,. 8 y 9 demuestran claramente que el negro de humo puede elaborarse con el uso de cargas de alimentación de alta temperatura y aún evitar la formación de película de vapor y coquizado y obtenerse un producto de negro de humo aceptable desde el punto de vista comercial.
En los ejemplos 1, 6 y 7, donde se identificó la caída de presión abrupta y donde se produjo coquizado en la prueba n.° 1, con el uso de la presente invención, estos ciclos de prueba se pudieron ajusfar para evitar la caída de presión abrupta y en consecuencia la formación de la película de vapor y el coquizado por ajuste de la presión de entrada al calentador o elevación de la presión de entrada del calentador y/o aumento de la velocidad de entrada del aceite y/o reducción del tiempo de residencia en el calentador. Al aumentar la presión de la entrada al calentador, por ejemplo, 10% o más, esto tendría un efecto para evitar la formación de vapores en el calentador durante el precalentamiento de la carga de alimentación formadora de negro de humo. En esencia, cualquier combinación de ajuste de la presión de entrada del calentador (por lo general por elevación de la presión) , aumento de la velocidad de entrada de aceite y/o disminución del tiempo de residencia puede reducirse la formación de vapor o eliminar la formación de vapor y en consecuencia evitar una caída de presión abrupta.
En los ejemplos que¦ siguen, para los ejemplos 2-5, 8 y 9, se obtuvo la mejora del rendimiento de negro de humo (en % en peso) en comparación con el negro de humo elaborado a partir de una temperatura de carga de alimentación convencional de 215 °C como referencia base (100%) y la comparación con las cargas de alimentación precalentadas de mayor temperatura con esta referencia base. El rendimiento del negro de humo se mejoró de 4% a 8% (en peso) en estos ejemplos. Además, los ejemplos de la presente invención proporcionaron ahorro de energía de 7% a 11% en comparación con el negro de humo elaborado a partir de una temperatura de carga de alimentación convencional de 215 °C como referencia base (100%) y la comparación con la energía utilizada para las cargas de alimentación precalentadas de mayor temperatura con esta referencia base. Por tanto, la presente invención proporciona un rendimiento superior de negro de humo y utiliza menos energía para elaborarlo, y estos resultados son superiores a los de los procesos convencionales e inesperados también .
TABLA 8 Presencia de coquización. confirma ** Se detuvo el experimento de inmediato para evitar el daño del calentador y reactor TABLA 9 Los solicitantes incorporan específicamente los contenidos completos de todas las referencias citadas en esta descripción. Además, cuando se da una cantidad, concentración u otro valor o parámetro ya sea como un intervalo, intervalo preferido o una lista de valores preferidos superiores y valores preferidos inferiores, estos se entienden como que se revelan específicamente todos los intervalos formados a partir de cualquier par de cualquier límite o valor preferido de superior de intervalo y cualquier valor preferido o limite inferior, sin consideración de si los intervalos se revelan por separado. Donde se cite aqui un intervalo de valores numéricos, a menos que se establezca de otra forma, el intervalo está destinado a incluir los. extremos de éste, y todos los enteros y fracciones dentro del intervalo. El alcance de la invención no está destinado a quedar limitado a los valores específicos citados cuando se define un intervalo .
Los conocedores de la' técnica apreciarán que otras modalidades de la presente invención son posibles bajo la consideración de la presente especificación o de la práctica de la invención revelada aquí. Por consiguiente, se entiende que la presente especificación y ejemplos se consideran solamente sirven de ilustración, y el alcance y espíritu verdaderos de la invención quedan señalados solamente por las siguientes Reivindicaciones, y sus equivalentes.

Claims (79)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad, y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES
1. Un método para producir negro de humo, caracterizado porque comprende: introducir una corriente de gas caliente a un reactor de negro de humo; suministrar al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo para al menos un calentador; precalentar al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo en al menos un calentador a una segunda temperatura mayor de alrededor de 300°C para proporcionar una carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada, en donde (a) al menos una carga de alimentación formadora de negro' de humo tiene una velocidad en al menos un calentador que es. al menos 0.2 m/s, en donde la velocidad es calculada con base en una densidad de la carga de alimentación medida- a 60°C a 1 atm y el área de sección transversal más pequeña de una linea de carga de alimentación presente en al menos un calentador y (b) al menos una . carga de alimentación formadora de negro de humo tiene un primer tiempo de residencia de la carga de alimentación en el calentador de menos de 120 minutos; suministrar la carga de . alimentación formadora de negro de humo precalentada a al menos un punto de introducción de la carga de alimentación al reactor de negro de humo, en donde la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada tiene un segundo tiempo de residencia de carga de alimentación de la salida de al menos un calentador hasta justo antes del punto de entrada al reactor de negro de humo dé menos de 120 minutos; y en donde el primer tiempo de residencia de carga de alimentación y el segundo tiempo de residencia de carga de alimentación combinados son 120 minutos o menos; en donde, el precalentamiento evita la formación de una película de vapor en al menos un calentador o antes de suministrar al reactor de negro de humo; combinar al menos la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de al menos un punto de introducción al reactor de negro de humo con la corriente de gas calentada para formar una corriente de reacción en la cual se forma el negro de humo en el reactor de negro de humo ; y recuperar el negro de humo en la corriente de reacción.
2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende presurizar la carga de alimentación formadora de negro de humo para tener una presión mayor que 10 bar (10.2 kg/cm2) antes de entrar a al menos un calentador.
3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende presurizar la carga de alimentación formadora de negro de humo para que tenga una presión mayor que 20 bar (20.39 kg/cm2) antes de entrar a al menos un calentador.
4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende presurizar la carga de alimentación formadora¦ de negro de humo a una presión desde 20 bar (20.39 kg/cm2) hasta 180 bar (183.55 kg/cm2) antes de entrar a al menos un calentador.
5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la velocidad es al menos 1 m/s.
6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la velocidad es al menos 1.6 m/s.
7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la carga de alimentación formadora de negro de humo comprende aceite decantado, producto de alquitrán de hulla, -residuos del equipo de craqueo de etileno, aceite que contiene asfáltenos, o cualquier combinación de los mismos.
8. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la carga de alimentación formadora de negro de humo tiene un punto de ebullición inicial desde 160°C hasta 500°C.
9. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el precalentamiento de al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo comprende el calentamiento de la carga de alimentación formadora de negro de humo en el calentador que tiene un intercambiador de calor que funciona a un flujo térmico promedio mayor que 10 kW/m2.
10. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque ¦ al ' menos una porción del precalentamiento ocurre en al menos un calentador que tiene calor al menos parcialmente proporcionado por calor generado por el reactor de negro de humo u otro reactor de negro de humo o ambos .
11. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer tiempo de residencia y el segundo tiempo de residencia combinados son menores de 60 minutos.
12. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos un calentador está en intercambio de calor con al menos una porción del reactor de negro de humo.
13. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos un calentador hace contacto con la corriente de reacción en el reactor de negro de humo corriente abajo de un enfriador, en donde al menos un calentador comprende un intercambiador de calor que tiene paredes calentadas por la corriente de reacción sobre un primer lado del mismo y que hace contacto con la carga de alimentación formadora de negro de humo sobre el lado opuesto del mismo.
14. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque al . menos un calentador incluye un intercambiador de calor que intercambia calor con la corriente de reacción en el reactor negro de humo, en donde un vehículo térmico fluido que fluye a través del intercambiador de . calor se calienta, y el vehículo térmico fluido calentado pasa a través de al menos un calentador, colocado externo al reactor y operable para intercambiar el calor del vehículo térmico fluido con la carga de alimentación formadora de negro de humo para . calentar la carga de alimentación formadora de negro de humo.
15. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos un calentador es al menos una fuente parcialmente de calor con el gas residual de negro de humo del reactor de negro de humo o un reactor de negro de humo diferente o ambos, para calentar la carga de alimentación formadora de negro de humo.
16. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la introducción de la corriente de gas calentada comprende calentamiento de plasma en una corriente de gas que pueda calentarse por plasma en un calentador de plasma para proporcionar al menos una porción de la corriente de gas calentada.
17. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque ¦ además comprende proporcionar una superficie no catalítica sobre las paredes en contacto con la carga de alimentación formadora de negro de humo de al menos un calentador y paredes internas de al menos una línea de suministro de carga de alimentación que suministra la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada al reactor de negro de humo, en donde la superficie es no catalítica para el craqueo o polimerización de hidrocarburos.
18. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el suministro comprende alimentar la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de al menos una línea de suministro de carga de alimentación que suministra al reactor de negro de humo, y el método además comprende periódicamente alimentar gas de purga que comprende un agente oxidante para carbono a través de al menos una línea de suministro de carga de alimentación.
19. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el suministro comprende alimentar la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de al menos una linea de suministro de carga de alimentación que suministra al reactor de negro de humo, y el método además comprende inyectar la carga de alimentación formadora de negro de. humo precalentada en el reactor de negro de humo con al menos destello parcialmente de la carga de alimentación formadora de negro de humo.
20. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende combinar la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada y la corriente de gas calentado en el reactor de negro de humo para formar continuamente negro de humo en el reactor durante al menos 12 horas.
21. Un método para producir negro de humo, caracterizado porque comprende: introducir una corriente de gas calentada en un reactor de negro de humo; suministrar al menos' una carga de alimentación formadora de negro de humo que tiene una primera temperatura por debajo de 360°C a al menos un calentador; precalentar al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo en al menos un calentador a una segunda temperatura desde 360°C hasta 850°C para proporcionar una carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada, en donde (a) al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo tiene una velocidad en al menos un calentador que es al menos 0.2 m/s, en donde la velocidad es calculada con base en una densidad de la carga de alimentación medida a 60°C a 1 atm y el área de sección transversal más pequeña dé una linea de carga de alimentación presente en al menos un calentador y (b) al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo tiene un primer tiempo de residencia de la carga de alimentación en el calentador de menos de -120 minutos; suministrar la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a al menos un punto de introducción de la carga de alimentación al reactor de negro de humo, en donde la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada tiene un segundo tiempo de residencia de . carga de alimentación de la salida a al menos un calentador hasta justo antes del punto de entrada al reactor de negro de humo de menos de 120 minutos; y en donde el primer tiempo de residencia de carga de alimentación y el segundo tiempo de residencia de carga de alimentación combinados son desde 10 segundos hasta 120 ¦ minutos; en donde, el precalentamiento evita, la formación de una película de vapor en al menos un calentador o antes de suministrar . al reactor de negro de humo; combinar al menos la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de al menos un punto de introducción al reactor de negro de humo con la corriente de gas calentada para formar una corriente de reacción en la cual se forma en el negro de humo en el reactor de negro de humo; y recuperar el negro de humo en la corriente de reacción.
22. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque además comprende presurizar la carga de alimentación formadora de negro de humo para tener una presión mayor de 20 bar (20.39 kg/cm2) antes de entrar a al menos un calentador.
23. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque además comprende presurizar la carga de alimentación formadora de negro de humo para tener una presión mayor de 30 bar (30.59 kg/cm2) antes de entrar a al menos un calentador.
24. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque comprende presurizar la carga de alimentación formadora de negro de humo a una presión desde 30 bar. (30.59 kg/cm2) hasta 180 bar (183.55 kg/cm2) antes de entrar a al menos un calentador.
25. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la velocidad es al menos alrededor de 1 m/s .
26. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la velocidad es al menos 1.6 m/s.
27. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la carga de alimentación formadora de negro de humo comprende aceite decantado, producto de alquitrán de hulla, . residuos del equipo de craqueo de etileno, aceite que contiene asfáltenos, o cualquier combinación de estos.
28. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la carga de alimentación formadora de negro de humo tiene un punto de ebullición inicial desde 160°C hasta 500°C.
29. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el precalentamiento de al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo comprende el calentamiento de la carga de alimentación formadora de negro de humo en el calentador que tiene un intercambiador de calor que opera a un flujo térmico promedio de mayor que 20 kW/m2.
30. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque al menos una porción del precalentamiento ocurre en al menos ' un calentador que tiene calor proporcionado al menos parcialmente por calor generado por el reactor de negro de humo u otro reactor de negro de humo o ambos .
31. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el ' primer tiempo de residencia y el segundo- tiempo de residencia combinados son menores de 60 minutos .
32. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque al menos un calentador está en intercambio de calor con al menos una porción del reactor de negro de humo.
33. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque al menos un calentador hace contacto con la corriente de reacción en el reactor de negro de humo corriente abajo de un enfriador, en donde al menos un calentador comprende un ¦ intercambiador de calor que tiene paredes calentadas por la corriente de reacción sobre un primer lado del mismo y que hace contacto con la carga de alimentación formadora de negro de humo sobre el lado opuesto del mismo antes de la carga de alimentación formadora de negro de humo.
34. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque al menos un calentador incluye un intercambiador de calor que intercambia calor con la corriente de reacción en el reactor negro de humo, en donde un vehículo térmico que puede fluir que fluye a través del intercambiador de calor se calienta, y el vehículo térmico que fluye calentado pasa a través de al menos un calentador colocado externo al reactor y operable para intercambiar calor del vehículo térmico que fluye con la carga de alimentación formadora de negro de humo para calentar la carga de alimentación formadora de negro de humo.
35. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque al menos un calentador es al menos una fuente parcialmente de calor con el gas residual de negro de humo del reactor de negro de humo o un reactor de negro de humo diferente, o ambos, para, calentar la carga de alimentación formadora de negro de humo.
36. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque la introducción de la corriente de gas calentada comprende calentamiento de plasma en una corriente de gas que pueda calentarse por plasma en un calentador de plasma para proporcionar al menos una porción de la corriente de gas calentada.
37. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque, además comprende proporcionar una superficie no catalítica sobre las. paredes en contacto con la carga de alimentación formadora de negro de humo de al menos un calentador y paredes internas de al menos una línea de suministro de carga de alimentación que suministra la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada al reactor de negro de humo, en donde la superficie es no catalítica para el craqueo o polimerización de hidrocarburos.
38. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el suministro comprende alimentar la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de al menos una línea de suministro de carga de alimentación que suministra al reactor de negro de humo, y el método además comprende periódicamente alimentar un gas de purga que comprende un oxidante para carbono a través de al menos una línea de suministro de carga de alimentación.
39. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque el suministro comprende alimentar la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de al menos una línea de suministro de carga de alimentación que suministra al reactor de negro de humo, y el método además comprende inyectar la carga de . alimentación formadora de negro de humo precalentada en el reactor de negro de humo con al menos parcialmente destello de la carga de alimentación formadora de negro de humo.
40. El método de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque además comprende combinar la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada y la corriente de gas calentada en el reactor de negro de humo para formar continuamente negro de humo en el reactor durante al menos 12 horas.
41. Un método para producir negro de humo, caracterizado porque comprende: introducir una corriente de gas calentado en un reactor de negro de humo; suministrar al menos una carga de alimentación . formadora de negro de humo que tiene una primera temperatura por debajo de 450 °C para al menos un calentador; precalentar al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo en al menos un calentador a una segunda temperatura de mayor que 450°C para proporcionar una carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada, en donde (a) al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo tiene una velocidad en al menos un calentador que es al menos 0.2 m/s, y la velocidad es calculada con base en la densidad de la carga de alimentación medida a 60°C a 1 atm y el área de sección transversal más pequeña de una linea de carga de alimentación presente en al menos un calentador y (b) al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo tiene un primer tiempo de residencia de la carga de alimentación en el calentador desde 10 segundos hasta 120 minutos; suministrar la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a- al menos un punto de introducción de la carga de alimentación al reactor de negro de humo, en donde la carga^ de alimentación formadora de negro de humo precalentada tiene un segundo tiempo de residencia de carga de alimentación de la salida de al menos un calentador hasta justo antes del punto de introducción al reactor de negro de humo de menos de 120 minutos; y en donde el primer tiempo de residencia de carga de alimentación y el segundo tiempo de residencia de carga de alimentación combinados son 120 minutos o menos; en donde el precalentamiento evita la formación de una película de vapor en al menos un calentador o antes del suministro al reactor de negro de humo; combinar al menos la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de al menos un punto de introducción al reactor de negro de humo con la corriente de gas calentada para formar una corriente de reacción en la cual se forma el negro de humo en el reactor de negro de humo; y recuperar el negro de humo en la corriente de reacción;
42. El método de conformidad con la reivindicación. 41, caracterizado porque además comprende presurizar la carga de alimentación formadora de negro de humo para tener una presión desde 20 bar (20.39 kg/cm2) hasta 180 bar (183.55 kg/cm2) antes de entrar a al menos un calentador.
43. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque además comprende presurizar la carga de alimentación formadora de negro de humo para tener una presión desde 30 bar (30.59 kg/cm2) hasta 180 bar (183.55 kg/cm2) antes de entrar a al menos un calentador.
44. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque además comprende presurizar la carga de alimentación formadora de negro de humo a una presión desde 40 bar (40.79 kg/cm2) hasta 180 bar (183.55 kg/cm2) antes de entrar a al menos un calentador.
45. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque la velocidad es al menos 1 m/s.
46. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque la velocidad es al menos 1.6 m/s.
47. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque la carga de alimentación formadora de negro de humo, comprende aceite decantado, producto de alquitrán de hulla, residuos del equipo de craqueo de etileno, aceite que . contiene asfáltenos, o cualquier combinación de los mismos.
48. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque la carga de alimentación formadora de negro de humo tiene un punto de. ebullición inicial desde 160°C hasta 500°C.
49. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque el precalentamiento de al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo comprende el calentamiento de la carga de alimentación formadora de negro de humo en el calentador que tiene un intercambiador de calor que opera_ a un flujo térmico promedio desde 20 k /m2 hasta 150 kW/m2.
50. El método de. conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque al menos una porción del precalentamiento ocurre en al menos un calentador que tiene calor proporcionado al menos parcialmente por calor generado por el reactor de negro de humo u otro reactor de negro de humo o ambos .
51. El método de .conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque el primer tiempo de residencia y el segundo tiempo de residencia combinados son menores que 60 minutos .
52. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque al menos . un calentador está en intercambio de calor con al menos una porción del reactor de negro de humo.
53. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque al menos un calentador hace contacto con la corriente de reacción en el reactor de negro de humo corriente abajo de un enfriador, en donde al menos un calentador comprende un intercambiador de calor que tiene paredes calentadas por la corriente de reacción sobre un primer lado del mismo y que hace contacto con la carga de alimentación formadora de negro de humo sobre un lado opuesto del mismo antes de la carga de alimentación formadora de negro de humo.
54. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque al menos un calentador incluye un intercambiador de calor que intercambia calor con la corriente de reacción en el reactor negro de humo, en donde un vehículo térmico que puede fluir que fluye a través del intercambiador de calor se. calienta, y el vehículo térmico que fluye calentado pasa a través de al menos un calentador colocado externo al reactor y operable para intercambiar calor del vehículo térmico que fluye con la carga de alimentación formadora de negro de humo para calentar la carga de alimentación formadora de negro de humo.
55. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque al menos un calentador es al menos de fuente parcialmente de calor con gas residual de negro de humo del reactor de negro de humo o un reactor de negro de humo diferente o ambos, para calentar la carga de alimentación formadora de negro de humo.
56. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque la introducción de la corriente de gas caliente comprende calentamiento de plasma en una. corriente de gas que pueda calentarse por plasma en un calentador de plasma para proporcionar al menos una porción de la corriente de gas caliente.
57. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque comprende proporcionar una superficie no catalítica sobre las paredes en contacto con la carga de alimentación formadora de negro de humo de al menos un calentador y paredes internas de al menos una línea de suministro de carga de alimentación que suministra la carga de alimentación formadora. de negro de humo precalentada al reactor de negro de humo, en donde la superficie es no catalítica para el craqueo o polimerización de hidrocarburos.
58. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque el suministro comprende alimentar la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de al menos una línea de suministro de carga de alimentación que suministra al reactor de negro de humo, y el método además comprende periódicamente alimentar un gas de purga que comprende un oxidante para carbono a través de al menos una línea de suministro de carga de alimentación.
59. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque el suministro comprende alimentar la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de al menos una línea de suministro de carga de alimentación que suministra al reactor de negro de humo, y el método además comprende inyectar la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada en el reactor de negro de humo con al menos parcialmente destello de la carga de alimentación formadora. de negro de humo.
.60. El método de conformidad con la reivindicación 41, caracterizado porque además . comprende combinar la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada y la corriente de gas calentada en el reactor de negro de humo para formar continuamente negro de humo en el reactor durante al menos 12 horas.
61. Un método para producir negro de humo, caracterizado porque . comprende :
Introducir una corriente de gas calentada en un reactor de negro de humo; suministrar al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo que tiene una primera temperatura por debajo de 300°C a al menos un calentador a una primera presión de mayor que 10 bar (10.2 kg/cm2) ; . precalentar al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo en al menos un calentador a una segunda temperatura mayor que 300°C para proporcionar una carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada, en donde (a) al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo tiene una segunda presión en al menos un calentador que es la misma o inferior a la primera presión, se calcula con base a la suposición de que la misma área de sección transversal que viaja en la carga de alimentación durante la primera presión y la segunda presión y -(b) al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo tiene un primer tiempo de residencia de la carga de alimentación en el calentador de menos de 120 minutos; suministrar la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a al menos un punto de introducción de la carga de alimentación al reactor de negro de humo, en donde la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada tiene un segundo tiempo de residencia de carga de alimentación de la salida de al menos un calentador hasta justo antes del punto de introducción al reactor de negro de humo de menos de 120 minutos; y en donde el primer tiempo de residencia de carga de alimentación y el segundo tiempo de residencia de carga . de alimentación combinados son 120 minutos o menos; en donde el precalentamiento . evita la formación de una película de vapor en al menos un calentador o antes de suministrar al reactor de negro de humo; combinar al menos la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de al menos un punto de introducción al reactor de negro de humo con la corriente de gas calentada para formar una corriente de reacción en la cual se forma el negro de humo en el reactor de negro de humo; y recuperar el negro de humo en la corriente de reacción. ¦ 62. Un método para producir negro de humo, caracterizado porque comprende: introducir una corriente de gas calentada en un reactor de negro de humo; suministrar al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo que. tiene una primera temperatura por debajo de 300°C a al menos un calentador a una primera presión mayor que 10 bar (10.2 kg/cm2) ; precalentar al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo en al menos un calentador a una segunda temperatura de. mayor que 300 °C para proporcionar una carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada, en donde al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo tiene i) una segunda presión en al menos un calentador que es alrededor de la misma o inferior que la primera presión y ii) al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo tiene una velocidad en al menos un calentador que es al menos 0.2 m/seg, en donde la velocidad e.s calculada con base ' en la densidad de la carga de alimentación medida a 60°C a. 1 atm y el área de sección transversal más pequeña de una linea de carga de alimentación presente en al 'menos un calentador y en donde i) se calcula con base en la misma área de sección transversa que en la carga de alimentación durante la primera presión y la segunda presión; y suministrar la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a al menos un punto de introducción de la carga de alimentación al reactor de negro de humo; en donde el precalentamiento evita la formación de una película de vapor en al menos un calentador o antes de suministrar al reactor de negro de humo; combinar al menos la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de al menos un punto de introducción al reactor de negro de humo con la corriente de gas calentada para formar una corriente de reacción en ,1a cual se forma el negro de humo en el reactor de negro de humo; y recuperar el negro de humo en la corriente de reacción.
63. Un aparato para producir negro de humo, caracterizado porque comprende: un reactor para combinar una corriente de gas calentada y al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo para formar una corriente de reacción en la cual se forma el negro de humo en el reactor; al menos una linea de suministro de carga de alimentación para suministrar la carga de alimentación formadora de negro de humo para al menos un punto de introducción de carga de alimentación al reactor para combinar la carga de alimentación con la corriente de gas calentada; al menos un calentador de carga de alimentación operable para precalentar la carga · de alimentación formadora de negro de humo suministrada en al menos una linea de suministro de carga de alimentación a una temperatura de al menos alrededor de 300°C; al menos una bomba operable para presurizar la carga de alimentación formadora de negro de humo a una presión mayor que alrededor de 10 bar (10.2 kg/cm2) antes de que la carga de alimentación se. precaliente a al menos 300°C y para proporcionar una velocidad de carga de alimentación de la carga de alimentación suministrada en al menos un calentador de carga de alimentación de al menos 0.2 m/seg, en donde la velocidad se calcula con base en una densidad de la carga de alimentación medida a 60 °C a 1 atm y el área de sección transversal más pequeña de una linea de carga de alimentación en al menos un calentador; y un enfriador para enfriar el negro de humo en la corriente de reacción; en donde el aparato además es operable para proporcionar un tiempo de residencia para la carga de alimentación en al menos un calentador de carga de alimentación y al menos una linea de suministro de carga de alimentación antes de la introducción al reactor para ¦ la carga de alimentación precalentada a al menos 300 °C en un tiempo que es menos de 120 minutos.
64. El aparato de conformidad con la reivindicación 63, caracterizado porque al menos un calentador de carga de alimentación comprende un intercambiador de calor operable para calentar la carga de alimentación formadora de negro de humo a un flujo térmico promedio mayor de 10 kW/m2.
65. El aparato de conformidad con la reivindicación 63, caracterizado porque al menos un calentador de carga de alimentación se posiciona dentro del reactor para ponerse en contacto por la corriente de reacción operable para calentar la carga de alimentación a una temperatura de al menos 300°C.
66. El aparato .de conformidad con la reivindicación 63, caracterizado porque al menos un calentador de carga de alimentación está posicionado en contacto con al menos una porción del reactor operable para calentar . la carga de alimentación a una temperatura de al menos 300°C.
67. El aparato de conformidad . con la reivindicación 63, caracterizado porque al menos un calentador de carga de alimentación comprende un .intercambiador de calor posicionado dentro del reactor corriente abajo del ' enfriador , en donde el intercambiador de calor comprende paredes adaptadas para ser calentadas por la 'Corriente de reacción en un primer lado del mismo y adaptadas para ser puestas en contacto por la carga de alimentación en el lado opuesto de la misma antes de que la carga de alimentación se suministre a al menos una linea de suministro de carga de alimentación, en donde la carga de alimentación puede calentarse a una temperatura de al menos 300°C en el intercambiador de calor.
68. El aparato de conformidad con la reivindicación 63, caracterizado porque además comprende un intercambiador de calor para un vehículo térmico que puede fluir posicionado dentro del reactor para ser puesto en contacto por la corriente de reacción, y al menos un calentador de carga de alimentación es externo al reactor y operable para intercambiar calor del vehículo térmico que puede fluir que ha salido del intercambiador de calor con la carga de alimentación en el calentador de carga de alimentación para calentar la carga de alimentación hasta una temperatura de al menos 300°C.
69. El aparato de conformidad con la reivindicación 63, caracterizado porque al menos un calentador de carga de alimentación es operable para intercambiar calor de una corriente de gas residual del reactor para calentar la carga de alimentación a una temperatura de al menos 300°C.
70. El aparato de conformidad con la reivindicación 63, caracterizado porque además comprende un calentador de plasma operable para calentar una corriente de gas que pueda calentarse por plasma para proporcionar al menos una porción de la corriente de gas caliente.
71. El aparato de conformidad con la reivindicación 63, caracterizado porque además comprende una superficie, no catalítica sobre paredes de contacto con la carga de alimentación del calentador de carga de alimentación y paredes internas de contacto con la carga de alimentación de al menos una línea de suministro de carga de alimentación, en donde la superficie no es catalítica para el craqueo térmico o polimerización de hidrocarburos.
72. El aparato de conformidad .con la reivindicación 63, caracterizado porque además comprende revestimiento cerámico no catalítico sobre paredes de contacto con la carga de alimentación del calentador de carga de alimentación y paredes internas de contacto' con la carga de alimentación de al menos una linea de suministro de carga de alimentación.
73. El aparato de conformidad con la reivindicación 63, caracterizado porque además comprende al menos una fuente de gas de purga que comprende un oxidante para carbono y al menos un punto de introducción de gas de purga sobre al menos una linea de suministro de carga de alimentación operable para purgar de manera periódica a al menos una linea de suministro de carga de alimentación con el gas de purga.
74. El aparato de conformidad con la reivindicación 63, caracterizado porque el reactor es operable para combinar la carga de alimentación y la corriente de gas calentada para formar continuamente negro de humo en el reactor durante al menos 12 horas.
75. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-62, caracterizado porque el precalentamiento y el suministro se realiza en ausencia de una caída de presión abrupta con base en condiciones de operación en estado estacionario.
76. El negro de humo formado por el método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-62.
77. El negro de humo de conformidad con la reivindicación 76, caracterizado porque el negro de humo tiene una cantidad de PAH de al menos 10% menos de PAH en comparación con un negro de humo que tiene la misma morfología elaborada en un método sin el precalentamiento.
78. El negro de humo ' de conformidad con la reivindicación 76, caracterizado porque el negro de humo tiene un porcentaje de la cantidad de PAH de PM alto con base en la cantidad de PAH total de al menos 10% menos en comparación con un negro de humo que tiene la misma morfología elaborado en un método sin el precalentamiento.
79. Un método para producir negro de humo, caracterizado porque comprende: introducir una corriente de gas calentado en un reactor de negro de humo; suministrar al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo para al menos un calentador; precalentar al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo en al menos un calentador a una segunda temperatura mayor de 300 °C para proporcionar una carga de alimentación formadora. de negro de humo precalentada, en donde (a) al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo tiene una velocidad en al menos un calentador que es al menos 0.2.m/seg, en donde la velocidad es calculada con base en la densidad de la carga de alimentación medida a 60°C a 1 atm y el área de sección . transversal más pequeña de una línea de carga de alimentación presente en al menos un calentador y (b) al menos una carga de alimentación formadora de negro de humo tiene un primer tiempo de residencia de la carga de alimentación en el calentador de menos de 120 minutos; suministrar la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada para al menos un punto de introducción de la carga de alimentación al reactor de negro de humo, en donde la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada tiene, un segundo, tiempo de residencia de carga de alimentación desde la salida de al menos un calentador hasta justo antes del punto de introducción al reactor de negro de humo de menos de 120 minutos; y en donde el primer tiempo de residencia de carga de alimentación y el segundo tiempo de residencia de carga de alimentación combinados son 120 minutos o menos; en donde el precalentamiento es a una presión suficiente que . evita la formación de una película de vapor en al menos un calentador o antes de suministrar al reactor de negro de humo; combinar al menos la carga de alimentación formadora de negro de humo precalentada a través de al menos un punto de introducción al reactor de negro de humo con la corriente de gas caliente para formar una corriente de reacción en la cual se forma el negro de humo en el reactor de negro de humo; y recuperar el negro de humo en la corriente de reacción.
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