MXPA04003725A

MXPA04003725A - Proceso para produccion de negro de horno.

Info

Publication number: MXPA04003725A
Application number: MXPA04003725A
Authority: MX
Inventors: Mathias Johann
Original assignee: Degussa
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2005-07-13
Also published as: ES2377563T3; JP4713844B2; PT1489145E; CA2464872C; CA2464872A1; US7514062B2; PL1489145T3; JP2004323848A; DE10318527A1; EP1489145A3; EP1489145B1; EP1489145A2; ATE541901T1; US20040213728A1

Abstract

Se describe un proceso para la produccion de negro de horno mediante la produccion de una corriente de gases de combustion calientes en una camara de combustion, alimentacion de los gases de combustion calientes a lo largo de un eje de flujo de la camara de combustion a traves de un punto estrecho del reactor a una zona de reaccion, mezcla de la materia prima de negro de humo al flujo de los gases de combustion enfrente de, al interior o detras del punto estrecho del reactor y detener la formacion de negro de humo corriente abajo en la zona de reaccion mediante atomizacion en agua, se inyecta vapor axialmente a traves del quemador de gas y opcionalmente en las boquillas de aceite radiales y se introduce negro de humo en perlas y/o despues del punto estrecho del reactor.

Description

PROCESO PARA PRODUCCIÓN DE NEGRO DE HORNO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención es concerniente con un proceso para la producción de negro de horno. Los negros de horno son producidos en grandes cantidades en reactores de negro de humo para una amplia variedad de aplicaciones industriales. Los reactores de negro de humo consisten en general de cámaras de combustión, cámaras mezcladoras y cámaras de reacción arregladas a lo largo del eje del reactor, que están conectadas entre sí y forman una trayectoria de flujo para los medios de reacción desde la cámara de combustión a través de la cámara mezcladora a la cámara de reacción. En la cámara de combustión, un combustible, normalmente gas ó petróleo, se quema con la ayuda de un quemador con la adición de aire de precombustión precalentado para producir una alta temperatura. Una materia prima que contiene carbono, principalmente líquido, por ejemplo un aceite negro, es atomizado a los gases de combustión calientes, algo de la materia prima de negro de humo es quemada y el resto se convierte a negro de humo y gas de cola mediante cracking térmico. Se utilizan hidrocarburos con una composición altamente aromática, tales como aceites de carbón-alquitrán, residuos de cracking de etileno y otros residuos de petróleo, por ejemplo, como materias primas de Ref.: 155057 negro de humo . La materia prima de negro de humo es normalmente atomizada ó inyectada a una cámara mezcladora formada como un punto estrecho para obtener un mezclado intenso de la materia prima de negro de humo con los gases de combustión calientes como resultado de la gran turbulencia de los gases de combustión que prevalecen en la misma. Luego esta mezcla entra a la cámara de reacción del negro de humo, que tiene normalmente una sección transversal más amplia que el punto estrecho. El proceso de formación de negro de humo real, que consiste de nucleación seguida por el crecimiento del núcleo del negro de humo, toma lugar en esta cámara de reacción y es detenido corriente abajo mediante atomización en agua. Todos los componentes del reactor consisten de una cubierta de acero con un forro interno de material de cerámica. Los procesos físicos y químicos que toman lugar durante la formación de negro de humo son muy complejos. El calor de los gases de combustión se transfieren muy rápidamente a las gotas atomizadas de la materia prima de negro de humo y conduce a una evaporación más ó menos completo de las gotas. Algo de la materia prima de negro de humo evaporada se quema en el aire de combustión en exceso. Bajo estas condiciones, las moléculas de la materia prima de negro de humo se deshidratan y forman núcleos de negro de humo. La nucleación está sustancialmente restringida a un área espacial limitada, la zona de nucleación, al interior de la cámara de reacción directamente detrás de la cámara mezcladora. En el área corriente abajo de la cámara de reacción, los núcleos de negro de humo crecen para formar partículas primarias esféricas ó semejantes a aguja. Las partículas primarias se combinan a su vez bajo las condiciones de reacción en la cámara de reacción para formar agregados más grandes, firmemente enlazados entre sí. La manera en la cual las partículas se combinan se describe en general como la estructural del negro de humo. Los factores que influencian sustancialmente la formación del negro de humo son el aire u oxígeno en exceso en los gases de combustión, la temperatura de los gases de combustión y el tiempo de reacción ó tiempo de residencia desde la mezcla de la materia prima de negro de humo a los gases de combustión a la detención de la reacción mediante enfriamiento con agua, que es atomizada al área corriente debajo de la cámara de reacción utilizando una boquilla de enfriamiento . La temperatura de los gases de combustión es ajustada normalmente a un valor de 1,200 a 1,900°C. Mientras más alta es la temperatura, más pequeños son los agregados de negro de humo que se forman. El tiempo de residencia también influencia la distribución del tamaño del agregado. Puede ser ajustado en reactores de negro de humo conocidos por medio de la velocidad de flujo y posicionamiento de la boquilla de enfriamiento a 1 ms a i s. El proceso de producción de negro de humo es conocido de Ullmanns Enzyklopedie der technischen Chemis 4a edición, volumen 14, páginas 633 ff (1977) y de Carbón Black, Science and Technology, Verlag Marcel Dekker, Inc., New York 1993.

Le proceso conocido tiene ventajas de que solamente se puede obtener la intensidad de color de los negros de horno mediante un post tratamiento costoso al exterior del reactor del horno. El objeto de la presente invención es proporcionar un proceso en el cual se puedan producir directamente negros de horno de color intenso en el reactor del horno. La invención proporciona un proceso para la producción de negro de humo mediante la producción de una corriente de gases de combustión calientes en una cámara de combustión, alimentación de los gases de combustión calientes a lo largo de un eje de flujo de la cámara de combustión a través de un punto estrecho del reactor a una zona de reacción, mezclas de la materia prima de negro de humo al flujo de los gases de combustión enfrente de, al interior ó entrada del punto estrecho del reactor y detener la formación de negro de humo corriente abajo en la zona de reacción mediante atomización en agua, que está caracterizado porque se inyecta a chorro de vapor axialmente a través del quemador de gas y opcionalmente en las boquillas de aceite radiales y se introduce negro de humo en perlas ya sea antes y/o después del punto estrecho del reactor. La temperatura de la cámara de combustión puede ser de 1,000°C a 2,000°C, preferiblemente 1,00 a 1,700°C. El quemador de gas puede estar arreglado axialmente. El número de boquillas de aceites radiales a las cuales se puede introducir vapor puede ser de 1 a 8 , preferiblemente de 2 a 4, en particular 4. El chorro impulsado en las boquillas de aceite radiales puede contener compuestos de potasio ó sodio, por ejemplo, carbonato de potasio ó sodio. Los compuestos de potasio ó sodio pueden ser usados para ajustar la estructura del negro de humo. La cantidad total de vapor puede ser de 100 Kg/h a 10 t/h, preferiblemente 1 t/h a 6 t/h. La cantidad de potasio ó sodio puede ser de 0 a 50 Kg/h, preferiblemente 0 a 15 Kg/h. Cualquier negro de humo conocido, tal como por ejemplo negro de horno, negro de gas, negro de canal, negro de lámpara, negro térmico, negro de acetileno, negro de plasma, negro de inversión, conocidos de DE 195 21 565, negros que contienen Si, conocidos de WO 98/45361 ó DE 19613796 ó negros que contienen metal conocidos de WO 98/42778, negro de arco y negros de humo que son productos secundarios de procesos de producción químicos se pueden usar como el negro de humo en perlas. El negro de humo fuera de especificación (negro de desperdicio) también se puede utilizar como negro de humo en perlas . El negro de humo en perlas puede ser introducido con un medio de soporte. Aire, nitrógeno, gas natural, gas de cola u otros componentes de gas se pueden usar como medios de soporte . El vapor en las boquillas de aceite radiales puede ser impulsado a chorro a través de atomizador ó boquillas de atomización radialmente a la corriente de los gases de combustión. El vapor que es impulsado axialmente a través del quemador de gas puede ser mezclado a los gases de combustión por medio de una lanza axial, a lo alto de lo cual, están anexadas las boquillas de atomización ó inyección. Se pueden utilizar tanto boquillas de un solo material como boquillas de material doble como boquillas de atomización ó boquillas de inyección y tanto vapor como vapor con compuestos de potasio ó sodio se pueden usar con las boquillas de material doble. El proceso de acuerdo con la invención produce un negro de horno de pigmento de color intenso ó un negro conductor. El tratamiento térmico y químico del negro de horno produce un gas inflamable. La figura 1 muestra la modalidad y detalles del reactor de horno utilizado de acuerdo con la invención.

La figura 1 muestra una sección longitudinal a través de un reactor de negro de horno con una lanza de gas axial. Muestra la cámara de combustión (1), el punto estrecho del reactor (2) y la zona de reacción (3) . En el quemador de gas natural (5) hay una lanza axial (4), a través de la cual se inyecta vapor. El aire de combustión es alimentado a través del orificio axial. Más vapor se puede alimentar a través de las boquillas de aceite radiales (7). La reacción es interrumpida mediante atomización de agua través de la boquilla de agua de enfriamiento (8) . El negro de humo en perlas se introduce con ó sin un medio de soporte antes (A) ó después (B ó C) del punto estrecho. EJEMPLO : En un reactor de horno de acuerdo con la figura 1, se produce un negro de humo con los parámetros de reactor proporcionados en la tabla 1. Tabla 1 Aire de combustión [Nm3/h] 3,000 Gas natural [Nm3/h] 250 Cantidad total de vapor [Kg/h] 3,000 Carbonato de potasio [Kg/h] 8 Temperatura de la cámara de [•C] 1 ,500- combustión 1 ,600 Inyección de negro [Kg/h] 850 Posición de la inyección de [mm] 320 negro (antes del punto estrecho) Temperatura después del punto [°C] 1 ,400- estrecho 1 ,450 Inyector de aire [NmJ/h] 200 Temperatura al final del reactor re] 700 El negro de humo obtenido tiene las características del negro de humo proporcionadas en la tabla 2. Tabla 2 Los negros de humo producidos mediante el proceso de acuerdo con la invención tienen una alta área superficial, alta intensidad de color (tinte) y una alta intensidad de color (valor My) . Se hace constar que, con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES
Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones: 1. Un proceso para la producción de negro de horno mediante la producción de un flujo de gases de combustión calientes en una cámara de combustión, alimentación de los gases de combustión calientes a lo largo de un eje de flujo de la cámara de combustión a través de un punto estrecho del reactor a una zona de reacción, mezcla de la materia prima de negro de humo al flujo de los gases de combustión enfrente de, al interior ó detrás del punto estrecho del reactor y detener la formación de negro de humo corriente abajo en la zona de reacción mediante atomización en agua, caracterizado porque se inyecta vapor axialmente a través del quemador de gas y opcionalmente en las boquillas de aceite radiales y se introduce negro de humo en perlas antes y/o después del punto estrecho del reactor. 2. El proceso para la producción de negro de horno de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el número de boquillas de aceite radiales en las cuales se introduce vapor es de 1 a 8.
3. El proceso para la producción de negro de horno de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el vapor inyectado en las boquillas de aceite radiales contienen compuestos de potasio ó sodio.
4. El proceso para la producción de negro de horno de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque se introduce negro de humo en perlas con un medio de soporte .
5. El proceso para la producción de negro de horno de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque se utiliza aire, nitrógeno, gas natural, gas de cola u otros componentes de gas como el medio de soporte.