NL9000500A

NL9000500A - Deterrence method in series.

Info

Publication number: NL9000500A
Application number: NL9000500A
Authority: NL
Original assignee: Cabot Corp
Priority date: 1989-04-06
Filing date: 1990-03-02
Publication date: 1990-11-01
Also published as: CN1046921A; IT9019959A1; AU625117B2; GB2232409A; SE9001090D0; JPH0749541B2; GB2232409B; FR2645542B1; JPH0362858A; PL163727B1; GB9007714D0; AR245477A1; IT9019959A0; ES2020713A6; CZ161590A3; HUT55316A; KR930005684B1; IT1240745B; TR24400A; RO113148B1

Description

Afschrikwerkwij ze in serie Gebied van de uitvindingField of the Invention

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het regelen van de aggregaatgrootte en de structuur van roetsoorten.The present invention relates to a method of controlling the aggregate size and structure of carbon blacks.

AchtergrondBackground

Roet wordt in het algemeen geproduceerd in een reactor van het oventype door pyrolyse van een koolwaterstofvoeding met hete verbrandingsgassen voor de produktie van verbrandingsprodukten die deeltjes-vormig roet bevatten.Carbon black is generally produced in an oven-type reactor by pyrolysis of a hydrocarbon feed with hot combustion gases to produce combustion products containing particulate carbon black.

In een type van een ovenreactor voor roet, zoals weergegeven in het Amerikaanse octrooischrift 3-401.020 of het Amerikaanse octrooi-schrift 2.785.96^ worden een brandstof, bij voorkeur op basis van koolwaterstof, en een oxidatiemiddel, bij voorkeur lucht, in een eerste zone geïnjecteerd en omgezet onder vorming van hete verbrandingsgassen. Een koolwaterstofvoeding in gasvormige, dampvormige of vloeibare vorm wordt tevens in de eerste zone geïnjecteerd, waarna pyrolyse van de koolwater-stofvoeding begint. In dit geval heeft pyrolyse betrekking op de thermische ontleding van een koolwaterstof. Het verkregen verbrandingsgasmengsel, waarin pyrolyse plaatsvindt, stroomt vervolgens naar een reactiezo-ne, waar voltooiing van de reactie van de vorming van roet plaatsvindt.In a type of a carbon black furnace reactor, such as shown in U.S. Pat. No. 3-401,020 or U.S. Pat. No. 2,785,996, a fuel, preferably hydrocarbon-based, and an oxidizing agent, preferably air, in a first zone injected and converted to form hot combustion gases. A hydrocarbon feed in gaseous, vapor or liquid form is also injected into the first zone, after which pyrolysis of the hydrocarbon feed begins. In this case, pyrolysis refers to the thermal decomposition of a hydrocarbon. The resulting combustion gas mixture, in which pyrolysis takes place, then flows to a reaction zone, where completion of the reaction of carbon black formation takes place.

In een ander type van een ovenreactor voor roet wordt een vloeibare of gasvormige brandstof omgezet met een oxidatiemiddel, bij voorkeur lucht, in de eerste zone onder vorming van hete verbrandingsgassen. Deze hete verbrandingsgassen stromen van de eerste zone naar beneden door de reactor in een reactiezone en verder. Voor de bereiding van roet wordt een koolwaterstof houdende voeding geïnjecteerd op een of meer punten in de weg van de hete stroom verbrandingsgas. De koolwaters tof voeding kan vloeibaar, gas of damp zijn en kan hetzelfde als of verschillend zijn van de brandstof die toegepast werd voor de vorming van de stroom verbrandingsgas. De eerste (of verbrandings-)zone en de reactiezone kunnen zijn gescheiden door een smoorklep of zone van beperkte diameter, die kleiner is in doorsnede dan de verbrandingszone of de reactiezone. De voeding kan worden geïnjecteerd in de weg van de hete verbrandingsgassen stroomopwaarts of -afwaarts en/of in de zone met beperkte diameter. Ovenreactoren voor roet van dit type zijn in het algemeen beschreven in het Amerikaanse Reissue-octrooischrift 28.974 en het Amerikaanse octrooischrift 3·922.335·In another type of a carbon black furnace reactor, a liquid or gaseous fuel is reacted with an oxidizing agent, preferably air, in the first zone to form hot combustion gases. These hot combustion gases flow down from the first zone through the reactor into a reaction zone and beyond. For the preparation of carbon black, a hydrocarbonaceous feed is injected at one or more points in the way of the hot combustion gas stream. The hydrocarbon feed can be liquid, gas or vapor and can be the same or different from the fuel used to form the combustion gas stream. The first (or combustion) zone and the reaction zone may be separated by a throttle or zone of limited diameter, which is smaller in diameter than the combustion zone or the reaction zone. The feed can be injected in the way of the hot combustion gases upstream or downstream and / or into the restricted diameter zone. Soot furnace reactors of this type are generally described in U.S. Reissue Patent 28,974 and U.S. Patent 3,922,335

Hoewel twee typen ovenreactoren voor roet en werkwijzen zijn beschreven, moet erop worden gewezen dat de onderhavige uitvinding kan worden uitgevoerd in elke andere ovenreactor voor roet of andere werkwijze, waarbij roet wordt geproduceerd door pyrolyse en/of onvolledige verbranding van koolwaterstoffen.While two types of carbon black furnace reactors and processes have been described, it should be noted that the present invention can be practiced in any other carbon black furnace reactor or other process, wherein carbon black is produced by pyrolysis and / or incomplete combustion of hydrocarbons.

In beide bovenbeschreven typen processen en reactoren en in andere algemeen bekende reactoren en processen zijn de hete verbrandingsgassen op een temperatuur die voldoende is voor het bewerkstelligen van pyrolyse van de koolwaterstof houdende voeding die in de stroom verbrandingsgas is geïnjecteerd. In een type reactor, zoals beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3··020 wordt voeding geïnjecteerd op een of meer punten in dezelfde zone, waarin verbrandingsgassen worden gevormd. In een ander type reactoren of processen heeft de injectie van voeding op een of meer punten, nadat de stroom verbrandingsgas is gevormd, plaats. Aangezien de stroom heet verbrandingsgas continu naar beneden door de reactor stroomt, heeft in elk type reactor pyrolyse continu plaats, wanneer het mengsel van voeding en verbrandingsgassen door de reactiezone stroomt. Het mengsel van voeding en verbrandingsgassen, waarin pyrolyse plaatsvindt, wordt in de onderstaande beschrijving aangeduid als "het uitstromende produkt". De verblijftijd van het uitstromende produkt in de reactiezone van de reactor is voldoende lang en onder geschikte omstandigheden om de vorming van roet mogelijk te maken. "Verblijftijd" heeft betrekking op de tijdsperiode die is voorbijgegaan sinds het eerste contact tussen de hete verbrandingsgassen en de voeding. Nadat roet met de gewenste eigenschappen is gevormd, wordt de temperatuur van het uitstromende produkt verder verlaagd om de pyrolyse te stoppen. Deze verlaging van de temperatuur van het uitstromende produkt om de pyrolyse te stoppen kan worden uitgevoerd op elke bekende wijze, zoals door injectie van een afschrikkende vloeistof, door een afschrikmiddel, in het uitstromende produkt. Zoals algemeen bekend is aan de deskundige op dit gebied, wordt de pyrolyse gestopt, wanneer de gewenste roetprodukten zijn gevormd in de reactor. Een manier voor het bepalen, wanneer pyrolyse moet worden gestopt, is door het nemen van een monster van het uitstromende produkt en het meten van het tolueenex-tractniveau ervan. Tolueenextractniveau wordt gemeten volgens ASTM DI6I8-83 "Carbon Black Extractables - Toluene Discoloration". Het afschrikken vindt in het algemeen plaats op het punt, waar het tolueenextractniveau van het uitstromende produkt een aanvaardbaar niveau bereikt voor het gewenste roetprodukt dat in de reactor is geproduceerd. Nadat de pyrolyse is gestopt, stroomt het uitstromende produkt in het algemeen door een zakfiltersysteem voor het afscheiden en verzamelen van het roet.In both types of processes and reactors described above and in other well known reactors and processes, the hot combustion gases are at a temperature sufficient to effect pyrolysis of the hydrocarbonaceous feed injected into the combustion gas stream. In a type of reactor, such as described in U.S. Pat. No. 3,020, feed is injected at one or more points in the same zone in which combustion gases are generated. In another type of reactors or processes, the injection of feed occurs at one or more points after the combustion gas stream has been formed. Since the flow of hot combustion gas flows continuously down through the reactor, pyrolysis takes place continuously in any type of reactor as the mixture of feed and combustion gases flows through the reaction zone. The mixture of feed and combustion gases, in which pyrolysis takes place, is referred to in the description below as "the effluent product". The residence time of the effluent in the reaction zone of the reactor is sufficiently long and under suitable conditions to allow the formation of carbon black. "Residence Time" refers to the period of time that has passed since the first contact between the hot combustion gases and the feed. After carbon black having the desired properties is formed, the temperature of the effluent is further lowered to stop pyrolysis. This reduction in the temperature of the effluent to stop pyrolysis can be carried out in any known manner, such as by injecting a quenching liquid, through a quench, into the effluent. As is well known to those skilled in the art, pyrolysis is stopped when the desired carbon black products have been formed in the reactor. One way of determining when to stop pyrolysis is to sample the effluent and measure its toluene extract level. Toluene extract level is measured according to ASTM DI6I8-83 "Carbon Black Extractables - Toluene Discoloration". Quenching generally takes place at the point where the toluene extract level of the effluent reaches an acceptable level for the desired carbon black product produced in the reactor. After the pyrolysis is stopped, the effluent generally flows through a bag filter system to separate and collect the carbon black.

In het algemeen wordt een enkelvoudig afschrikken toegepast. Het Amerikaanse octrooischrift 3*401.020 beschrijft echter de toepassing van twee maal afschrikken om bepaalde eigenschappen van het roet te regelen. Het Amerikaanse octrooischrift 3*401.020 heeft betrekking op het regelen van de modulus verschaffende eigenschappen van roet door warmtebehandeling. Deze warmtebehandeling wordt bereikt door het regelen van de waters troomsnelheden naar twee watersproeiafschrikkingen, in serie geplaatst, in de uitstromende rook in een roetoven. De modulus van een roet heeft betrekking op het gedrag van het roet in een rubberprodukt. Zoals uiteengezet in het artikel van Schaeffer en Smith, "Effect of Heat Treatment on Reinforcing Properties of Carbon Black" (Industrial and Engineering Chemistry, Vol. 47» No. 6; juni 1955. bladzijde 1286), waarnaar hieronder wordt verwezen als "Schaeffer", is het algemeen bekend dat een warmtebehandeling de modulus verlenende eigenschappen van roet zal bewerkstelligen. Zoals verder uiteengezet in Schaeffer resulteert echter de verandering in de modulus verlenende eigenschappen van roet, geproduceerd door warmtebehandeling, van een verandering in de opper-vlaktechemie van het roet. Derhalve beïnvloedt het plaatsen van de af-schrikbehandelingen, zoals voorgesteld in het Amerikaanse octrooischrift 3.401.020, teneinde de stroom verbrandingsgas te onderwerpen aan verschillende temperatuuromstandigheden, de modulus verlenende eigenschappen van roet schijnbaar door verandering van de oppervlaktechemie van het roet in plaats van door beïnvloeding van de morfologie van het roet op enige merkbare wijze. Bovendien zijn in het Amerikaanse octrooischrift 3*401.020 beide afschrikbehandelingen geplaatst in een plaats in de reactiezone, waar een significante pyrolyse van de voeding reeds heeft plaatsgevonden. Het zou dus lijken, dat in de werkwijze van het Amerikaanse octrooischrift 3*401.020 op het tijdstip dat het uitstromende produkt de eerste afschrikbehandeling bereikt, de CTAB, tint, DBP en Stokes-diametereigenschappen van het roet zijn gedefinieerd. Dit ondersteunt de conclusie dat de wijziging in de modulus verlenende eigenschappen volgens het Amerikaanse octrooischrift niet resulteert uit een wijziging in de morfologische eigenschappen van het roet. Verder nog hecht het Amerikaanse octrooischrift geen belang aan de plaats van de eerste afschrikbehandeling met betrekking tot het punt van injectie van voeding of verblijftijd en dit octrooischrift vermeldt geen middelen voor het kiezen van de plaats van de eerste afschrikbehandeling.A single quench is generally employed. However, U.S. Patent 3,401,020 describes the use of two quenches to control certain properties of the carbon black. U.S. Pat. No. 3,401,020 relates to controlling the modulus of carbon black providing properties by heat treatment. This heat treatment is accomplished by controlling the water flow rates to two water spray quenches, placed in series, in the outflowing smoke in a soot furnace. The modulus of a carbon black relates to the behavior of the carbon black in a rubber product. As set forth in Schaeffer and Smith's article, "Effect of Heat Treatment on Reinforcing Properties of Carbon Black" (Industrial and Engineering Chemistry, Vol. 47 »No. 6; June 1955, page 1286), referred to below as" Schaeffer It is well known that a heat treatment will effect the modulus imparting properties of carbon black. However, as further explained in Schaeffer, the change in the modulus-imparting properties of carbon black produced by heat treatment results in a change in the surface chemistry of the carbon black. Therefore, placing the quench treatments, as proposed in U.S. Pat. No. 3,401,020, in order to subject the combustion gas stream to different temperature conditions, apparently influences the modulus of soot modulation rather than altering the surface chemistry of the carbon black. of the morphology of the carbon black in any noticeable manner. In addition, in U.S. Pat. No. 3,401,020, both quenching treatments are placed in a location in the reaction zone where significant feed pyrolysis has already occurred. Thus, it would appear that in the process of U.S. Pat. No. 3,401,020 at the time the effluent reaches the first quench treatment, the carbon black, CTAB, tint, DBP, and Stokes diameter properties are defined. This supports the conclusion that the change in modulus-imparting properties of the U.S. patent does not result from a change in the morphological properties of the carbon black. Further, the U.S. patent does not attach importance to the site of the first quench treatment with respect to the point of injection of feed or residence time, and this patent does not disclose means for choosing the site of the first quench treatment.

Het Amerikaanse octrooischrift 4.230.670 suggereert de toepassing van twee afschrikbehandelingen om de pyrolyse te stoppen. De twee afschrikbehandelingen zijn geplaatst op enkele inches apart van het punt» waar een enkelvoudige afsehrikbehandeling zou zijn geplaatst. Het doel van de twee afschrikbehandelingen is om de reactiezone vollediger te vullen met afschrikvloeistof teneinde de pyrolyse op effectievere wijze te stoppen. In het Amerikaanse octrooischrift 4.230.670 zijn echter óp het tijdstip dat het uitstromende produkt de afschrikbehandelingen bereikt, dè CTAB, tint, DBP en Stokes-diametereigensehappen van het roet bepaald.U.S. Patent 4,230,670 suggests the use of two quenching treatments to stop pyrolysis. The two quench treatments are placed a few inches apart from the point where a single quench treatment would be placed. The purpose of the two quenching treatments is to more completely fill the reaction zone with quench liquid to more effectively stop the pyrolysis. However, in U.S. Pat. No. 4,230,670, when the effluent reaches the quenching treatments, the CTAB, tint, DBP, and Stokes diameter properties of the carbon black are determined.

De Amerikaanse octrooischriften 4.265.870 en 4.316.876 suggereren de toepassing van een tweede afsehrikbehandeling op een plaats stroomafwaarts van de eerste afsehrikbehandeling teneinde beschadiging van het filtersysteem te voorkomen. In beide octrooischriften stopt de eerste afsehrikbehandeling de pyrolyse volledig en deze vindt plaats op een plaats in het algemeen bekend in de techniek en op het tijdstip dat het uitstromende produkt de eerste afsehrikbehandeling bereikt, zijn de CTAB, tint, DBP en Stokes-diametereigensehappen van het roet bepaald. De tweede afsehrikbehandeling verlaagt verder de temperatuur van de stroom verbrandingsgas teneinde de filtereenheid de beschermen.U.S. Patents 4,265,870 and 4,316,876 suggest the use of a second quench treatment at a location downstream of the first quench treatment to prevent damage to the filter system. In both patents, the first quench treatment completely stops pyrolysis and takes place at a location generally known in the art and at the time the effluent reaches the first quench treatment, the CTAB, hue, DBP and Stokes diameter properties of the soot determined. The second quenching treatment further lowers the temperature of the combustion gas stream to protect the filter unit.

Het Amerikaanse octrooischrift 4.358.289 heeft eveneens betrekking op het voorkomen van beschadiging van het filtersysteem door de toepassing van een warmte-uitwisselaar na de afsehrikbehandeling. In dit octrooischrift stopt de afsehrikbehandeling ook de pyrolyse volledig en is geplaatst op een positie die in de techniek algemeen bekend is. In het Amerikaanse octrooischrift 4.358.289 zijn op het tijdstip dat het uitstromende produkt de eerste afsehrikbehandeling bereikt, de CTAB, tint, DBP en Stokes-diametereigensehappen van het roet bepaald.U.S. Patent 4,358,289 also relates to the prevention of damage to the filter system through the use of a heat exchanger after the quenching treatment. In this patent, the quenching treatment also completely stops pyrolysis and is placed in a position well known in the art. U.S. Patent No. 4,358,289 defines the CTAB, tint, DBP, and Stokes diameter properties of the carbon black when the effluent reaches the first quenching treatment.

Het Amerikaanse octrooischrift 3.615.211 heeft betrekking op een methode voor het verbeteren van de uniformiteit van roet, bereid door een reactor, en voor het verlengen van de levensduur van een reactor. Voor het verbeteren van de uniformiteit en het verlengen van de levensduur yan de reactor suggereert dit Amerikaanse octrooischrift de toepassing van een aantal afschrikbehandelingen langs de reactiezone teneinde een nagenoeg constante temperatuur in de reactiezone te handhaven. Een bepaalde hoeveelheid afschrikvloeistof wordt op de afschrikplaats het meest stroomopwaarts in de reactor geïnjecteerd, terwijl een grotere hoeveelheid afschrikvloeistof wordt geïnjecteerd op elke volgende stroomafwaarts geplaatste afsehrikbehandeling. De meest stroomopwaarts geplaatste afsehrikbehandeling stopt de pyrolyse. Door het handhaven van een constante temperatuur in de reactiezone bevordert de apparatuur van dit Amerikaanse octrooischrift de uniformiteit in het roet dat in de apparatuur wordt geproduceerd. Het aantal afschrikbehandelingen regelt echter niet de morfologie van het in de apparatuur gevormde roet.U.S. Pat. No. 3,615,211 relates to a method for improving the uniformity of carbon black produced by a reactor and for extending the life of a reactor. To improve uniformity and extend the life of the reactor, this U.S. Patent suggests the use of a number of quenching treatments along the reaction zone to maintain a substantially constant temperature in the reaction zone. A certain amount of quench liquid is injected at the quench site most upstream into the reactor, while a greater amount of quench liquid is injected on each subsequent downstream quench treatment. The most upstream quenching treatment stops pyrolysis. By maintaining a constant temperature in the reaction zone, the equipment of this U.S. Patent promotes uniformity in the carbon black produced in the equipment. However, the number of quench treatments does not control the morphology of the soot formed in the equipment.

Het is echter algemeen gewenst in staat te zijn de morfologie van roet zodanig te regelen, dat roet kan worden geproduceerd, dat goed geschikt is voor een bijzondere eindtoepassing. Het is tevens gewenst de aggregaatgrootte en structuur van roet met een gegeven oppervlak te verhogen, aangezien verhoogde aggregaatgrootte en structuur, zoals weergegeven door een hogere DBP, lagere tint en grotere Stokes-diameter, het roet beter geschikt maken voor bepaalde eindtoepassingen.However, it is generally desirable to be able to control the morphology of carbon black to produce carbon black which is well suited for a particular end use. It is also desirable to increase the aggregate size and structure of carbon black with a given surface area, since increased aggregate size and structure, as reflected by higher DBP, lower hue and larger Stokes diameter, make the carbon black more suitable for certain end uses.

Dienovereenkomstig is een doel van de onderhavige uitvinding het verschaffen van een methode voor het regelen van de aggregaatgrootte en de structuur van roet.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of controlling the aggregate size and structure of carbon black.

Een verder doel van de onderhavige uitvinding is het produceren van roet met een grotere aggregaatgrootte en hogere structuur voor een gegeven oppervlak.A further object of the present invention is to produce carbon black with a larger aggregate size and structure for a given surface.

Samenvatting van de uitvindingSummary of the invention

Gevonden werd een werkwijze, waarmee deze gewenste doelstellingen worden bereikt. Gevonden werd, dat de regeling van de morfologie van roet dat is geproduceerd in een ovenproces voor roet, kan worden gecontroleerd door het verlagen van de temperatuur van het uitstromende pro-dukt zonder de pyrolyse te stoppen, bij voorkeur tot ongeveer 427°C, binnen een gespecificeerde verblijftijd tot ongeveer 0,002 sec stroomafwaarts van het eerste stroomafwaartse punt van injectie van voeding. Het verlagen van de temperatuur kan worden uitgevoerd door een eerste af-schrikbehandeling te plaatsen bij of binnen ongeveer 121,9 cm stroomafwaarts van het eerste stroomafwaartse punt van injectie van voeding en afschrikvloeistof te injecteren. Volgens de onderhavige uitvinding kan de produktie van roet worden geregeld voor het produceren van roet met specifieke morfologische eigenschappen, zoals grotere aggregaatgrootte en verhoogde structuur, zoals getoond door hogere DBP, lagere tint en verhoogde Stokes-diameter voor een gegeven oppervlak (CTAB). Verder werd gevonden dat deze morfologische eigenschappen van roet verder kunnen worden geregeld door het variëren van de hoeveelheid, waarmee de temperatuur van het uitstromende produkt wordt verlaagd en/of het variëren van de verblijftijd van de eerste stroomafwaartse injectie van voeding tot de temperatuur van het uitstromende produkt is verlaagd.A method has been found with which these desired objectives are achieved. It has been found that the control of the morphology of carbon black produced in a carbon black furnace process can be controlled by lowering the temperature of the effluent product without stopping pyrolysis, preferably to about 427 ° C, within a specified residence time up to about 0.002 sec downstream from the first downstream point of feed injection. Lowering the temperature can be performed by placing a first quench treatment at or within about 121.9 cm downstream of the first downstream point of injection of feed and quench liquid. According to the present invention, the production of carbon black can be controlled to produce carbon black with specific morphological properties, such as larger aggregate size and increased structure, as shown by higher DBP, lower hue and increased Stokes diameter for a given area (CTAB). It has further been found that these morphological properties of carbon black can be further controlled by varying the amount by which the temperature of the effluent is lowered and / or varying the residence time of the first downstream injection of feed to the temperature of the effluent product is lowered.

Meer in het bijzonder heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een methode voor het regelen van de aggregaatgrootte en structuur van het roet dat wordt geproduceerd in een ovenreactor voor roet, door het verlagen van de temperatuur van, maar niet het stoppen van de pyrolyse in, het uitstromende produkt (het mengsel van verbrandingsgassen en voeding, waarin de pyrolyse plaatsvindt) bij een verblijftijd tussen ongeveer 0,0 sec en ongeveer 0,002 sec, bij voorkeur tussen ongeveer 0,0 en ongeveer 0,0015 sec, stroomafwaarts vanaf het eerste stroomafwaartse punt van injectie van voeding. De temperatuur van het uitstromende produkt wordt verlaagd binnen de boven weergegeven verblijftijd, bij voorkeur tot ongeveer 427°C en met voorkeur tussen ongeveer 10 en ongeveer 427°C. De temperatuur van het uitstromende produkt kan worden verlaagd door een afschrikbehandeling, bij voorkeur een afschrikbehandeling door het injecteren van afschrikvloeistof in het uitstromende produkt, op een plaats in de reactor, waardoor het uitstromende produkt is afgeschrikt tussen ongeveer 0,0 en 0,002 sec, bij voorkeur tussen ongeveer 0,0 en ongeveer 0,0015 sec, stroomafwaarts van het verste stroomafwaartse van injectie van voeding. Om ervoor te zorgen dat het uitstromende produkt wordt afgeschrikt binnen de gespecificeerde verblijftijd, zal het afschrikken gewoonlijk plaatsvinden bij of binnen ongeveer 121,9 cm van het verste stroomafwaartse punt van injectie van voeding. Het afschrikken verlaagt de temperatuur van het uitstromende produkt, bij voorkeur tot ongeveer 427°C en meer bij voorkeur tussen ongeveer 10 en ongeveer 427°C, maar stopt de pyrolyse niet. Volgens de onderhavige uitvinding kunnen de hoeveelheid, waarmee de temperatuur van het uitstromende produkt wordt verlaagd, en de verblijftijd, waarmee de verlaging van de temperatuur van het uitstromende produkt plaatsvindt, onafhankelijk of gelijktijdig worden gevarieerd om de aggregaatgrootte en de structuur van roet dat door de reactor wordt bereid, te regelen. In een reactor, waarin een afschrikbehandeling wordt toegepast, kunnen het injecteren van een afschrikvloeistof voor het verlagen van de temperatuur van het uitstromende produkt binnen de gespecificeerde verblijftijden, dit variërend met de hoeveelheid, waarmee de temperatuur van het uitstromende produkt wordt verlaagd, en de verblijftijd, waarmee de verlaging van de temperatuur van het uitstromende produkt plaatsvindt, worden bereikt door het variëren van de hoeveelheid afschrikvloeistof, die wordt geïnjecteerd van het afschrikpunt respectievelijk het variëren van de plaats van het afschrikken. Nadat roet met de gewenste eigenschappen is gevormd, wordt pyrolyse gestopt.More particularly, the present invention relates to a method for controlling the aggregate size and structure of the carbon black produced in a carbon black furnace reactor by lowering the temperature of, but not stopping the pyrolysis in, the effluent (the mixture of combustion gases and feed, in which the pyrolysis takes place) at a residence time between about 0.0 sec and about 0.002 sec, preferably between about 0.0 and about 0.0015 sec, downstream from the first downstream point of injection of food. The temperature of the effluent is lowered within the residence time shown above, preferably to about 427 ° C and preferably between about 10 and about 427 ° C. The temperature of the effluent can be lowered by a quench treatment, preferably a quench treatment by injecting quench liquid into the effluent, at a location in the reactor, thereby quenching the effluent between about 0.0 and 0.002 sec, at preferably between about 0.0 and about 0.0015 sec, downstream of the furthest downstream from feed injection. To ensure that the effluent is quenched within the specified residence time, quenching will usually occur at or within about 121.9 cm from the furthest downstream point of feed injection. Quenching lowers the temperature of the effluent, preferably to about 427 ° C and more preferably between about 10 and about 427 ° C, but does not stop pyrolysis. According to the present invention, the amount by which the temperature of the effluent is lowered, and the residence time with which the temperature of the effluent is lowered, can be varied independently or simultaneously to the aggregate size and the structure of carbon black produced by the reactor is prepared. In a reactor employing a quench treatment, injecting a quenching liquid to decrease the temperature of the effluent product within the specified residence times, varying with the amount by which the temperature of the effluent is decreased, and the residence time with which the temperature of the effluent is lowered are achieved by varying the amount of quench liquid injected from the quench point and varying the quench location. After carbon black with the desired properties is formed, pyrolysis is stopped.

De onderhavige uitvinding maakt de produktie mogelijk van een roetprodukt met een grotere aggregaatgrootte en structuur voor een gegeven oppervlak dan de roetprodukten die worden bereid door een overeen- komstig proces, waarbij de temperatuur van het uitstromende produkt niet wordt verlaagd binnen de gespecificeerde verblijftijd.The present invention allows the production of a carbon black product having a larger aggregate size and structure for a given area than the carbon black products prepared by a corresponding process, wherein the temperature of the effluent is not lowered within the specified residence time.

Een voordeel van de werkwijze van de onderhavige uitvinding is, dat de aggregaatgrootte en structuur van roet kunnen worden geregeld.An advantage of the method of the present invention is that the aggregate size and structure of carbon black can be controlled.

Een ander voordeel van de werkwijze van de onderhavige uitvinding is, dat roet met een grotere aggregaatgrootte en structuur, zoals aangetoond door een hogere DBP, een lagere tint en verhoogde Stokes-diameter, voor een gegeven oppervlak, zoals aangetoond door CTAB, kan worden geproduceerd.Another advantage of the method of the present invention is that carbon black with a larger aggregate size and structure, as shown by higher DBP, lower hue and increased Stokes diameter, can be produced for a given area, as demonstrated by CTAB .

Andere voordelen van de onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden uit de volgende beschrijving en conclusies.Other advantages of the present invention will become apparent from the following description and claims.

Korte beschrijving van de tekeningBrief description of the drawing

De figuur is een dwarsdoorsnedeaanzicht van een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding in een roetreactor, welke de plaats van een eerste en een tweede afschrikbehandeling aangeeft.The figure is a cross-sectional view of an embodiment of the present invention in a carbon black reactor, indicating the location of a first and a second quenching treatment.

Gedetailleerde beschrijving van de uitvindingDetailed description of the invention

De figuur geeft een mogelijke uitvoering van de onderhavige uitvinding weer. Hoewel een gedeelte van een type roetreactor in de figuur is getekend, zoals hierboven in de onderhavige uitvinding is uiteengezet, kan deze in elke ovenreactor voor roet, waarin roet wordt bereid door pyrolyse en/of onvolledige verbranding van koolwaterstoffen worden uitgevoerd. Hoewel verder de volgende beschrijving een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding uiteenzet onder toepassing van een afschrikbehandeling, het injecteren van een afschrikvloeistof voor het verlagen van de temperatuur van het uitstromende produkt, omvat, zoals door elke deskundige op dit gebied zal worden begrepen, de onderhavige uitvinding elke methode voor het verlagen van de temperatuur van het uitstromende produkt, bij voorkeur door de gespecificeerde hoeveelheden, waarmee de gespecificeerde verblijftijden van het punt van injectie van de voeding het meest nabij de reactiezone. Hoewel de volgende beschrijving de toepassing van een tweede afschrikbehandeling beschrijft voor het stoppen van pyrolyse, zal het op overeenkomstige wijze duidelijk zijn aan de deskundige op dit gebied, dat de onderhavige uitvinding elke methode voor het stoppen van pyrolyse omvat.The figure shows a possible embodiment of the present invention. Although part of a type of carbon black reactor is shown in the figure, as set forth above in the present invention, it can be carried out in any carbon black furnace reactor in which carbon black is prepared by pyrolysis and / or incomplete combustion of hydrocarbons. While further the following description sets forth an embodiment of the present invention using a quench treatment, injecting a quench liquid to reduce the temperature of the effluent product, as will be understood by any person skilled in the art, includes the present invention any method of lowering the temperature of the effluent, preferably by the specified amounts, with the specified residence times of the point of injection of the feed closest to the reaction zone. While the following description describes the use of a second quench treatment to stop pyrolysis, it will correspondingly be apparent to one skilled in the art that the present invention includes any method of stopping pyrolysis.

In de figuur is een deel van de roetreactor 10, bijvoorbeeld met een reactiezone 12 en een zone met beperkte diameter 20, voorzien van een eerste afschrikpunt 40, geplaatst op punt 60, en een tweede af-schrikpunt 42, geplaatst op punt 62 voor het injecteren van afschrikvloeistof 50. De afschrikvloeistof 50 kan dezelfde of een andere zijn voor elke afschrikbehandeling. De stromingsrichting van de hete stroom verbrandingsgas door reactor 10 en zones 12 en 20 is door de pijl aangegeven. Afschrikvloeistof 50 kan worden geïnjecteerd door de eerste afschrikbehandeling 40 en de tweede afschrikbehandeling 42 in tegenstroom of bij voorkeur in gelijkstroom aan de richting van de stroom verbrandingsgas . Punt 14 is het verste stroomafwaartse punt van injectie van voeding 30. Zoals aan de deskundige op dit gebied zal duidelijk zijn, kan 14, het eerste stroomafwaartse punt van injectie van voeding, worden gevarieerd. De afstand van lk, het eerste stroomafwaartse punt van injectie van voeding, naar het punt van de eerste afschrikbehandeling 60 wordt voorgesteld door L-l en de afstand van het eerste stroomafwaartse punt van injectie van voeding 14 tot het punt van de tweede afschrikbehandeling 62 wordt voorgesteld door L-2.In the figure, a part of the carbon black reactor 10, for example with a reaction zone 12 and a zone of limited diameter 20, is provided with a first quench point 40 placed at point 60 and a second quench point 42 placed at point 62 for injecting quench fluid 50. Quench fluid 50 may be the same or different for each quench treatment. The direction of flow of the hot flow of combustion gas through reactor 10 and zones 12 and 20 is indicated by the arrow. Quench liquid 50 can be injected by the first quench treatment 40 and the second quench treatment 42 in countercurrent or preferably direct current to the direction of the combustion gas flow. Point 14 is the furthest downstream point of injection of feed 30. As will be apparent to those skilled in the art, 14, the first downstream point of injection of feed, may be varied. The distance from lk, the first downstream point of injection of feed, to the point of the first quench treatment 60 is represented by L1 and the distance from the first downstream point of injection of feed 14 to the point of the second quench treatment 62 is represented by L-2.

Volgens de getekende uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is de eerste afschrikbehandeling 60 geplaatst teneinde de temperatuur van het uitstromende produkt (het mengsel van verbrandingsgassen en uitgangsmateriaal, waarin pyrolyse plaatsvindt) niet later te verlagen dan 0,002 sec, en bij voorkeur tussen 0,0 en 0,0015 sec, de verblijftijd van het eerste stroomafwaartse punt van injectie van uitgangsmateriaal. Gewoonlijk zal, om ervoor te zorgen dat het uitstromende produkt wordt afgeschrikt binnen de gespecificeerde verblijftijd, de eerste afschrikbehandeling worden uitgevoerd bij of binnen ongeveer 121,9 cm van het eerste stroomafwaartse pünt van injectie van voeding. Derhalve zal L-l liggen tussen ongeveer 0,0 en ongeveer 121,9 cm. Afschrikvloeistof wordt geïnjecteerd door het eerste afschrikpunt 60 teneinde de temperatuur van het uitstromende produkt te verlagen, bij voorkeur tot een waarde tot 427°C, meer bij voorkeur tot een waarde tussen ongeveer 10 en ongeveer 427 °C, met dien verstande echter dat de afschrikvloeistof die door het eerste afschrikpunt 60 wordt geïnjecteerd, de pyrolyse niet zal stoppen.According to the illustrated embodiment of the present invention, the first quenching treatment 60 is placed so as not to lower the temperature of the effluent (the mixture of combustion gases and starting material, in which pyrolysis takes place) no later than 0.002 sec, and preferably between 0.0 and 0 0.0015 sec, the residence time of the first downstream point of starting material injection. Usually, to ensure that the effluent is quenched within the specified residence time, the first quench treatment will be conducted at or within about 121.9 cm of the first downstream point of feed injection. Therefore, L-1 will be between about 0.0 and about 121.9 cm. Quench liquid is injected through the first quench point 60 to lower the temperature of the effluent, preferably to a value of up to 427 ° C, more preferably to a value between about 10 and about 427 ° C, with the proviso that the quench liquid injected by the first quench point 60 will not stop pyrolysis.

Bovendien wordt volgens de onderhavige uitvinding de verblijftijd van het eerste stroomafwaartse punt van injectie van voeding tot de temperatuur van het uitstromende produkt (het mengsel van verbrandingsgassen en voeding, waarin pyrolyse plaatsvindt) aanvankelijk verlaagt en de mate, waarin de temperatuur van het uitstromende wordt verlaagd, kan worden gevarieerd onafhankelijk van of tegelijkertijd voor het regelen van de aggregaatgrootte en structuur van het door de reactor geproduceerde roet. In de uitvoering van de onderhavige uitvinding, die in de figuur is gegeven, zal variatie van L-l de verblijftijd van de tijd van de eerste stroomafwaartse injectie van voeding tot de tijd, waarop de temperatuur van het uitstromende produkt wordt verlaagd, variëren. Door variatie van de hoeveelheid geïnjecteerde afschrikvloeistof kan de mate, waarin de temperatuur van het uitstromende produkt wordt verlaagd, worden gevarieerd.Moreover, according to the present invention, the residence time from the first downstream point of injection of feed to the temperature of the effluent (the mixture of combustion gases and feed, in which pyrolysis takes place) is initially decreased and the degree to which the effluent temperature is decreased , can be varied independently or simultaneously to control the aggregate size and structure of the carbon black produced by the reactor. In the practice of the present invention shown in the figure, variation of L-1 will vary the residence time from the time of the first downstream injection of feed to the time when the temperature of the effluent is lowered. The degree to which the temperature of the outflowing product is lowered can be varied by varying the amount of injected quenching liquid.

Zoals in de voorgaande alinea uiteen is gezet, varieert in de uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding, die in de figuur is getoond, afhankelijk van de aggregaatgrootte en typisch gewenste structuur, L-l van ongeveer 0,0 cm tot ongeveer 121,9 cm. Afschrikvloeistof 50 verlaagt de temperatuur van het uitstromende produkt, bij voorkeur in een mate tot ongeveer 427 *0, meer bij voorkeur in een mate tussen ongeveer 10 en ongeveer 427°C, met dien verstande echter dat de pyrolyse niet zal worden gestopt op het eerste afschrikpunt 60 door de afschrikvloeistof 50.As set forth in the preceding paragraph, depending on the aggregate size and typically desired structure, in the embodiment of the present invention shown in the figure, L-1 ranges from about 0.0 cm to about 121.9 cm. Quenching liquid 50 lowers the temperature of the effluent, preferably to an extent of about 427 * 0, more preferably to an amount of between about 10 and about 427 ° C, with the proviso that the pyrolysis will not be stopped at the first quench point 60 by the quench liquid 50.

Nadat roet met de gewenste eigenschappen is bereid, wordt de pyrolyse gestopt op punt 62 door afschrikbehandeling 42. Punt 62 is een punt, waarop roet met de gewenste eigenschappen door de reactor is geproduceerd. Zoals hierboven uiteengezet, kan punt 62 worden bepaald op elke in de techniek bekende wijze voor het kiezen van de plaats van een afschrikbehandeling die de pyrolyse stopt. Een methode voor het bepalen van de plaats van het af schrikken dat de pyrolyse stopt, is door bepaling van het punt, waarop een aanvaardbaar tolueenextractniveau voor gewenste roetprodukten uit de reactie wordt bereikt. Tolueenextractniveau kan worden gemeten onder toepassing van de ASTM-test DI6I8-83 "Carbon Black Extractables - Toluene Discoloration". L-2 zal variëren volgens de positie van punt 62.After carbon black with the desired properties is prepared, pyrolysis is stopped at point 62 by quench treatment 42. Point 62 is a point at which carbon black with the desired properties is produced by the reactor. As explained above, point 62 can be determined in any manner known in the art to select the site of a quench treatment that stops pyrolysis. One method of determining the quench location that stops pyrolysis is by determining the point at which an acceptable toluene extract level for desired carbon black products from the reaction is achieved. Toluene extract level can be measured using the ASTM test DI6I8-83 "Carbon Black Extractables - Toluene Discoloration". L-2 will vary according to the position of paragraph 62.

De doelmatigheid en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen door het volgende voorbeeld verder worden toegelicht.The efficiency and advantages of the present invention will be further illustrated by the following example.

VoorbeeldExample

Voor het aantonen van de doelmatigheid van de onderhavige uitvinding werden proeven uitgevoerd in een roetproduktieproces met toepassing van twee afschrikbehandelingen en variatie van de verblijftijd van de tijd van de eerste stroomafwaartse injectie van uitgangsmateriaal tot de tijd, waarop de temperatuur van het uitstromende produkt was verlaagd, en de mate, waarin de temperatuur van het uitstromende produkt werd verlaagd. Deze verblijftijd werd gevarieerd door het variëren van L-l. De procesvariabelen voor en de resultaten van de twee reeksen proeven met roet in de experimenten zijn in de onderstaande tabel weergegeven. Set I omvat proeven 1, 2 en 3» en Set II omvat proeven 4, 5 en 6.To demonstrate the effectiveness of the present invention, tests were conducted in a carbon black production process using two quenching treatments and variation of the residence time from the time of the first downstream injection of raw material to the time when the effluent temperature was lowered, and the degree to which the temperature of the effluent product was lowered. This residence time was varied by varying L-1. The process variables for and the results of the two sets of carbon black tests in the experiments are shown in the table below. Set I includes tests 1, 2 and 3 and Set II includes tests 4, 5 and 6.

TABELTABLE

Proef SETT Verblijf- Temp. Eerste Temp. Tweede Temp. CTAB Tint Tolueen CDBP VlokkigTaste SETT Stay Temp. First Temp. Second Temp. CTAB Tint Toluene CDBP Flaky

tijd vóór Q na Q na ontkleu- nm DPBtime before Q after Q after DPB decolorization

(sec) le Q cm le Q cm 2e Q ring(sec) le Q cm le Q cm 2nd Q ring

°C °C °C° C ° C ° C

1 — 1438 — 1438 128 732 109,2 120,5 68 109,5 98,8 186 2 I 0,0007 1438 42,7 1216 518 732 100,7 110,6 45 110,0 109,6 205 3 0,0005 1438 30,5 1216 609 732 94,3 102,2 73 113,4 126,9 232 4 — 1410 — 1410 457 732 91,6 114,6 77 95,2 94,1 148 5 II 0,0004 1410 30,5 1243 1036 732 93,4 106,1 78 106,4 101,5 213 6 0,0004 1410 30,5 1188 1097 732 91,4 105,0 41 107,1 103,3 220 SET I: voorverhitting = 482°C; gas = 7,2 kscfh; lucht = 8θ kcsfh; lucht/gas = 11,11; primaire verbranding = 123#; verbrandings-zonevolume = 17379 cm3; injectiezonediameter = 51 cm; snelheid verbrandingsgas in injectiezone = 609,6 m/sec; olie = 462,5 1/uur; druk olieinjectie = 1537 kPa; aantal oliegaten = 4; diameter oliegaten = 0,107 cm; diameter reactiezone = 33,07 cm.1 - 1438 - 1438 128 732 109.2 120.5 68 109.5 98.8 186 2 I 0.0007 1438 42.7 1216 518 732 100.7 110.6 45 110.0 109.6 205 3 0, 0005 1438 30.5 1216 609 732 94.3 102.2 73 113.4 126.9 232 4 - 1410 - 1410 457 732 91.6 114.6 77 95.2 94.1 148 5 II 0.0004 1410 30 .5 1243 1036 732 93.4 106.1 78 106.4 101.5 213 6 0.0004 1410 30.5 1188 1097 732 91.4 105.0 41 107.1 103.3 220 SET I: preheating = 482 ° C; gas = 7.2 kscfh; air = 8θ kcsfh; air / gas = 11.11; primary combustion = 123 #; combustion zone volume = 17379 cm3; injection zone diameter = 51 cm; combustion gas velocity in injection zone = 609.6 m / sec; oil = 462.5 1 / hour; oil injection pressure = 1537 kPa; number of oil holes = 4; oil hole diameter = 0.107 cm; reaction zone diameter = 33.07 cm.

De vloeibare voeding (olie) had de volgende samenstelling: H/C verhouding = 0,91; waterstof = 6,89 gew.#, 7,00 gew.%; kool 91,1 gew.%, 90,8 gew.%; zwavel = 1,1 gew.%; API gravity = 15,6/15,6 (60F) = 5,0; BMCI (visc-grav.) = l4l.The liquid feed (oil) had the following composition: H / C ratio = 0.91; hydrogen = 6.89 wt%, 7.00 wt%; cabbage 91.1 wt%, 90.8 wt%; sulfur = 1.1 wt%; API gravity = 15.6 / 15.6 (60F) = 5.0; BMCI (visc-grav.) = 14l.

SET II: Voorverhitting = 593°C; gas = 7,5 kscft; lucht = 80 kscft; lucht/gas = 10,6; primaire verbranding = 118%; verbrandings-zonevolume = 17379 cm3; injectiezonediameter = 10,67 cm; snelheid verbrandingsgas in injectiezone = 70104 m/sec; olie = 514 1/uur; druk olieinjectie = 1863 kPa; aantal oliegaten = 4; diameter oliegaten = 1,07 cm; diameter reactiezone = 152,4 cm.SET II: Preheating = 593 ° C; gas = 7.5 kscft; air = 80 kscft; air / gas = 10.6; primary combustion = 118%; combustion zone volume = 17379 cm3; injection zone diameter = 10.67 cm; combustion gas velocity in injection zone = 70104 m / sec; oil = 514 1 / hour; oil injection pressure = 1863 kPa; number of oil holes = 4; oil hole diameter = 1.07 cm; reaction zone diameter = 152.4 cm.

De vloeibare voeding (olie) had de volgende samenstelling: H/C verhouding = 1,06; waterstof = 7,99gew.$, 7,99 gew.$; kool 89,7 gew.X, 89,5 gew.%; zwavel = 0,5 gew.%; API gravity = 15,6/15,6 (60F) = 0,5; BMCI (visc-grav.) = 123·The liquid feed (oil) had the following composition: H / C ratio = 1.06; hydrogen = 7.99 wt. $, 7.99 wt. $; coal 89.7 wt%, 89.5 wt%; sulfur = 0.5 wt%; API gravity = 15.6 / 15.6 (60F) = 0.5; BMCI (visc-grav.) = 123

In zowel Set I als Set II was de vloeibare brandstof, gebruikt in de verbrandingsreactie, aardgas met een methaangehalte van 95,44% en een natte verhittingswaarde van 3446,4.1θ3 J/dm3.In both Set I and Set II, the liquid fuel used in the combustion reaction was natural gas with a methane content of 95.44% and a wet heating value of 3446.4.1θ3 J / dm3.

Zoals door de deskundige op dit gebied in het algemeen zal worden begrepen, vertegenwoordigen de procesvariabelen, weergegeven in de tabel, de variabele op één punt in de reactor en worden op de algemeen bekende wijze bepaald. Elke set proeven met roet werd uitgevoerd in een roetreactor overeenkomstig aan die, welke beschreven is in voorbeeld 1 van het Amerikaanse octrooischrift 3*922.335 met de uitzonderingen als genoteerd in de tabel.As will be generally understood by those skilled in the art, the process variables shown in the table represent the variable at one point in the reactor and are determined in the well known manner. Each set of carbon black tests was run in a carbon black reactor similar to that described in Example 1 of U.S. Patent 3,922,335 with the exceptions noted in the table.

In de tabel heeft Q betrekking op af schrikken. De eerste Q in cm heeft betrekking op L-l, de afstand van het eerste stroomafwaartse van injectie van voeding tot de eerste afschrikbehandeling. De temperatuur vóór de eerste afschrikking (Temp. vóór le Q) heeft betrekking op de f Λ temperatuur van het uitstromende produkt voor de eerste afschrikking, en de temperatuur na de eerste afschrikking (Temp. na le Q) en de temperatuur na de tweede afschrikking (Temp. na 2e Q) heeft betrekking op de temperatuur van het uitstromende produkt na de eerste afschrikbehande-ling respectievelijk de temperatuur van het mengsel van voeding en verbrandingsgassen na de tweede afschrikbehandeling. Alle temperaturen die betrekking op het afschrikken, worden berekend door gebruikelijke, bekende , thermodynamische technieken. De verblijftijd in de tabel heeft betrekking op de tijdsperiode na het eerste stroomafwaartse punt van injectie van voeding, die verliep, voordat de temperatuur van het uitstromende produkt eerst werd verlaagd. Tweede Q cm heeft betrekking op L-2 en werd empirisch bepaald met toepassing van het tolueerextractni-veau. Na elke proef werd het geproduceerde roet verzameld en geanalyseerd voor de bepaling van CTAB, tint, D (gemiddelde Stokes-diameter), S b CDBP, pluizig DBP en tolueenontkleuring. De resultaten voor elke proef zijn in de tabel weergegeven.In the table, Q refers to quenching. The first Q in cm refers to L-1, the distance from the first downstream from feed injection to the first quench treatment. The temperature before the first quench (Temp. Before le Q) refers to the temperature of the effluent before the first quench, and the temperature after the first quench (Temp. After le Q) and the temperature after the second quench (Temp. After 2nd Q) refers to the temperature of the effluent product after the first quenching treatment or the temperature of the mixture of feed and combustion gases after the second quenching treatment. All quenching temperatures are calculated by conventional, known thermodynamic techniques. The residence time in the table refers to the time period after the first downstream point of feed injection, which elapsed, before the temperature of the effluent was first lowered. Second Q cm refers to L-2 and was determined empirically using the toluate extract level. After each run, the carbon black produced was collected and analyzed for determination of CTAB, hue, D (average Stokes diameter), Sb CDBP, fluffy DBP and toluene decolorization. The results for each test are shown in the table.

CTAB werd bepaald volgens de ASTM-testprocedure D 3765-85· De tint werd bepaald volgens de ASTM-testprocedure D 3265-85a. DBP van pluizig roet werd bepaald volgens de werkwijze die weergegeven is in ASTM D 24l4-86. CDBP werd bepaald volgens de procedure die is weergegeven in ASTM D 3^93-86. Tolueenontkleuring werd bepaald volgens de ASTM-testprocedure D 1218-83.CTAB was determined according to the ASTM test procedure D 3765-85a. The hue was determined according to the ASTM test procedure D 3265-85a. Fluffy carbon black DBP was determined by the method set forth in ASTM D 2414-86. CDBP was determined according to the procedure outlined in ASTM D 3 ^ 93-86. Toluene decolorization was determined according to ASTM test procedure D 1218-83.

Dgt (gemiddelde Stokes-diameter) werd bepaald met schijfcentrifu-gefotosedimentometrie volgens de volgende beschrijving. De volgende procedure is een modificatie van de procedure, beschreven in The Instruction Manual for the Joyce-Loebl Disc Centrifuge, file ref. DCF4.008, gepubliceerd op 1 februari 1985, verkrijgbaar van Joyce-Loebl Company ((Marquisway, Team Valley, Gateshead, Tyne & Wear, England), waarvan de leer hierin door referentie wordt opgenomen. De procedure is als volgt. 10 mg van een roetmonster wordt gewogen in een weegvat, vervolgens toegevoegd aan 50 cm3 Van een oplossing van 10% absoluut ethanol, 90% gedestilleerd water, bereid als 0,05% nonidet P-40 oppervlakte-actieve stof (nonidet P-40 is een geregistreerd handelsmerk voor een oppervlakteactieve stof, bereid en in de handel gebracht door Shell Chemical Co.). De suspensie wordt gedispergeerd door middel van ultrasone energie gedurende 15 min onder toepassing van een Sonifier Model No.Dgt (mean Stokes diameter) was determined by disk centrifuge photosedimentometry according to the following description. The following procedure is a modification of the procedure described in The Instruction Manual for the Joyce-Loebl Disc Centrifuge, file ref. DCF4.008, published February 1, 1985, available from Joyce-Loebl Company ((Marquisway, Team Valley, Gateshead, Tyne & Wear, England), the teachings of which are incorporated by reference herein. The procedure is as follows. 10 mg of a carbon black sample is weighed into a weighing vessel, then added to 50 cm3 of a solution of 10% absolute ethanol, 90% distilled water, prepared as 0.05% nonidet P-40 surfactant (nonidet P-40 is a registered trademark for a surfactant, prepared and marketed by Shell Chemical Co.) The suspension is dispersed by ultrasonic energy for 15 min using a Sonifier Model No.

W 385. vervaardigd en in de handel gebracht door Heat Systems Ultrasonics Inc, Farmingdale, New York. Voorafgaande aan de schijfcentrifuge-proef werden de volgende gegevens in de computer gebracht, welke de gegevens uit de schijfcentrifuge registreert: 1. het soortelijk gewicht van het roet, genomen als 1,86 g/cnw is; 2. het volume van de oplossing van het roet, gedispergeerd in een oplossing van water en ethanol, welke in dit geval 0,5 cm3; 3· het volume van de draaivloeistof die in dit geval 10 cm3 water is; 4. de viscositeit van de draaivloeistof, die in dit geval wordt geno men als 0,933 cP bij 23°C; 5. de dichtheid van de draaivloeistof die in dit geval 0,9975 g/cm3 bij 23°C is; 6. de snelheid van de schijf, die in dit geval 8000 omwentelingen per minuut is; 7. de gegevens betreffende het interval van monstername, die in dit geval 1 seconde is.W 385. Manufactured and marketed by Heat Systems Ultrasonics Inc, Farmingdale, New York. Before the disc centrifuge test, the following data was loaded into the computer, which records the data from the disc centrifuge: 1. the specific gravity of the carbon black, taken as 1.86 g / cnw; 2. the volume of the carbon black solution dispersed in a solution of water and ethanol, which in this case is 0.5 cm 3; 3 · the volume of the rotary fluid which in this case is 10 cm3 of water; 4. the viscosity of the rotary fluid, which in this case is taken as 0.933 cP at 23 ° C; 5. the density of the spinning liquid which in this case is 0.9975 g / cm3 at 23 ° C; 6. the speed of the disc, which in this case is 8000 revolutions per minute; 7. the data on the sampling interval, which in this case is 1 second.

De schijfcentrifuge wordt bediend met 8000 omwentelingen per minuut, terwijl de stroboscoop in werking is. 10 cm3 gedestilleerd water wordt geïnjecteerd in de draaiende schijf als de draaivloeistof. Het niveau van troebeling wordt op 0 gesteld en 1 cm3 Van de oplossing van 10¾ absoluut ethanol en 90¾ gedestilleerd water wordt geïnjecteerd als een buffervloeistof. De "cut and boost" schakelaars van de schijfcentrifuge worden vervolgens bediend voor het produceren van een gladde con-centratiegradient tussen de draaivloeistof en de buffervloeistof en de gradient wordt visueel waargenomen. Wanneer de gradiënt zo glad wordt, dat er geen onderscheidbare grens tussen de twee vloeistoffen is, wordt 0,5 cm3 van de gedispergeerde roet in ethanoloplossing in water geïnjecteerd in de draaiende schijf en de verzameling van gegevens wordt onmiddellijk gestart. Indien "stroming" optreedt, wordt de proef afgebroken. De schijf wordt gedurende 20 minuten gedraaid na de injectie van de gedispergeerde roet in de ethanoloplossing in water. Na de 20 minuten draaien wordt de schijf gestopt, de temperatuur van de draaivloeistof wordt gemeten en het gemiddelde van de temperatuur van de draaivloeistof wordt gemeten als het begin van de proef en de temperatuur van de draaivloeistof, gemeten aan het eind van de proef, wordt in de computer gebracht, die de gegevens van de schijfcentrifuge registreert. De gegevens worden geanalyseerd volgens de standaard Stokes-vergelijking en worden gepresenteerd met toepassing van de volgende definities: roetaggregaat - een discrete, stijve colloïdale entiteit, dat is de kleinste dispergeerbare eenheid; deze is samengesteld uit extensief gecoalesceerde deeltjes;The disc centrifuge is operated at 8000 revolutions per minute while the strobe is operating. 10 cm3 of distilled water is injected into the spinning disk as the spinning liquid. The level of turbidity is set to 0 and 1 cm3 of the solution of 10¾ absolute ethanol and 90¾ distilled water is injected as a buffer liquid. The disc centrifuge cut and boost switches are then operated to produce a smooth concentration gradient between the spinning fluid and the buffer fluid and the gradient is visually observed. When the gradient becomes so smooth that there is no discernible boundary between the two liquids, 0.5 ml of the dispersed carbon black in ethanol solution in water is injected into the spinning disk and data collection is started immediately. If "flow" occurs, the test is aborted. The disc is rotated for 20 minutes after the injection of the dispersed carbon black in the ethanol solution in water. After the 20 minute run, the disc is stopped, the spinning fluid temperature is measured, and the spinning fluid average is measured as the start of the test and the spinning fluid temperature, measured at the end of the run, is measured. into the computer, which records the data from the disc centrifuge. The data is analyzed according to the standard Stokes equation and presented using the following definitions: soot aggregate - a discrete, rigid colloidal entity, which is the smallest dispersible unit; it is composed of extensively coalesced particles;

Stokes-diameter - de diameter van een bolletje dat sedimenteert in een viskeus medium in een centrifugaal- of zwaartekrachtveld volgens de Stokes-vergelijking; een niet-bolvormig object, zoals een roetaggregaat, kan ook worden voorgesteld in termen van de Stokes-diameter, wanneer het wordt beschouwd als zich gedragende als een glad, stijf bolletje met dezelfde dichtheid en mate van sedimentatie als het object. De gebruikelijke eenheden wordt uitgedrukt als diameter in run; gemiddelde Stokes-diameter (Dgt voor het weergeven van doelstellingen) - het punt op de verdelingskromme van de Stokes-diameter, waar 50 gew.% van het monster hetzij groter hetzij kleiner is. De waarde komt derhalve overeen met de gemiddelde waarde van de bepaling.Stokes diameter - the diameter of a bead that sediments in a viscous medium in a centrifugal or gravity field according to the Stokes equation; a non-spherical object, such as a carbon black aggregate, can also be imagined in terms of the Stokes diameter, when it is considered to behave as a smooth, stiff bead with the same density and degree of sedimentation as the object. The usual units are expressed as diameter in run; Mean Stokes Diameter (Dgt for Objectives Representation) - the point on the Stokes diameter distribution curve where 50% by weight of the sample is either larger or smaller. The value therefore corresponds to the average value of the determination.

Zoals weergegeven in de tabel maakt de onderhavige uitvinding de produktie mogelijk van roet met verhoogde CDBP, pluizig DBP en D en S t verlaagde tinten in vergelijking met roet, geproduceerd door de controle roetprocesproeven, 1 en k, met toepassing van een enkelvoudig afschrikken. Dit geeft aan dat roet volgens de onderhavige uitvinding wordt gekenmerkt door verhoogde aggragaatgroötte en structuur. Zoals aangegeven door de resultaten voor set II maakt de onderhavige uitvinding verder de produktie mogelijk van roet met verhoogde CDBP, pluizig DBP en D en S w verlaagde tinten voor een betrekkelijk constante CTAB. Dit geeft aan dat de onderhavige uitvinding roet produceert met verhoogde aggregaatgrootte en structuur voor een gegeven CTAB.As shown in the table, the present invention enables the production of carbon black with increased CDBP, fluffy DBP and D and S t reduced shades compared to carbon black produced by the control carbon black process tests, 1 and k, using a single quench. This indicates that carbon black according to the present invention is characterized by increased aggregate size and structure. As indicated by the results for Set II, the present invention further enables the production of carbon black with increased CDBP, fluffy DBP and D and S w reduced shades for a relatively constant CTAB. This indicates that the present invention produces carbon black with increased aggregate size and structure for a given CTAB.

Zoals aangetoond door de resultaten van set I leverde de onderhavige uitvinding roet met verhoogde CDBP, pluizig DBP en D en verlaagdeAs demonstrated by the results of set I, the present invention produced carbon black with increased CDBP, fluffy DBP and D and reduced

SUSU

tinten in vergelijking met roet, dat was bereid door de controle roet-procesproef 1 bij verschillende verblijftijden, waarbij de temperatuur van het uitstromende produkt aanvankelijk in dezelfde mate was verlaagd.shades as compared to carbon black, which was prepared by the control carbon black process test 1 at different residence times, the temperature of the effluent being initially reduced to the same degree.

Aangezien de onderhavige uitvinding betrekking heeft op een werkwijze voor het regelen van de aggregaatgrootte en structuur van roet, kunnen talrijke variaties en modificaties in de boven beschreven roet-produktieproeven zonder van de onderhavige uitvinding af te wijken zonder meer worden uitgevoerd. Dientengevolge moet duidelijk worden begrepen, dat de vormen van de onderhavige uitvinding, die hier beschreven zijn en in de figuur getoond zijn, alleen illustratief zijn en niet zijn beoogd om de omvang van de uitvinding te beperken. De onderhavige uitvinding omvat alle modificaties die binnen het kader van de volgende conclusies vallen.Since the present invention relates to a method of controlling the aggregate size and structure of carbon black, numerous variations and modifications in the carbon black production tests described above can be readily performed without departing from the present invention. Accordingly, it should be clearly understood that the forms of the present invention described herein and shown in the figure are illustrative only and are not intended to limit the scope of the invention. The present invention includes all modifications that fall within the scope of the following claims.

Claims

A method of controlling the aggregate size and structure of carbon black, characterized in that a flow of hot combustion gases is passed through a reactor; injects feed into the stream of hot combustion gases at one or more points to form an effluent and initiate pyrolysis of the feed into the effluent; decreases the temperature of the effluent at a first point within a time period of 0.002 sec downstream of the first downstream point of feed injection without stopping the pyrolysis of the feed into the effluent.

2. Process according to claim 1, characterized in that the temperature of the outflowing product is lowered to an extent of about 427 ° C.

Process according to claim 1 or 2, characterized in that the temperature of the outflowing product is lowered to a degree between about 10 and about 427 ° C.

A method according to claim 1, characterized in that the temperature of the outflowing product is lowered within a time period of from about 0.0 to about 0.0015 sec from the first downstream point of feed injection.

Process according to claim 3, characterized in that the temperature of the outflowing product is lowered within a time period between about 0.0 and about 0.0015 sec from the first downstream point of injection of feed.

A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the outflowing product is lowered by injecting a quenching liquid.

A method according to claim 6, characterized in that the temperature of the outflowing product is lowered within a time period between about 0.0 and about 0.0015 sec from the first downstream point of injection of starting material.

8. Process according to claim 6 or 7, characterized in that the temperature of the outflowing product is lowered with the quenching liquid to about k2] ° C.

Process according to claim 6, characterized in that the quenching liquid is used to reduce the temperature of the outflowing product between about 10 and about 427 ° C.

10. Process according to claim 7, characterized in that the temperature of the outflowing product is reduced between about 10 and about 427 ° C.

Process for the production of carbon black of controlled aggregate size and structure, characterized in that a flow of hot combustion gases is passed through a reactor; injects feed into the stream of hot combustion gases at one or more points to form an effluent and initiate pyrolysis of the feed into the effluent; decreases the temperature of the effluent at a first point within a time period of 0.002 sec downstream of the first downstream point of feed injection without stopping the pyrolysis of the feed in the Outflow product; further decreases the temperature of the effluent at a second point downstream of the first point to stop pyrolysis of the feed in the effluent; and separates and collects carbon black product.

A process according to claim 11, characterized in that the temperature of the outflowing product is lowered to an extent of about 427 ° C.

Process according to claim 11, characterized in that the temperature of the outflowing product is adjusted to a degree between about 10 and about

A method according to claim 11, characterized in that the temperature of the outflowing product is lowered within a time period between about 0.0 and about 0.0015 sec from the first downstream point of feed injection.

A method according to claim 13, characterized in that the temperature of the effluent is lowered within a time period between about 0.0 and about 0.0015 sec from the first downstream point of feed injection.

A method according to any one of claims 11-15, characterized in that the temperature of the outflowing product is lowered by injecting a quenching liquid.

A method according to claim 16, characterized in that the temperature of the outflowing product is lowered within a time period between about 0.0 and about 0.0015 sec from the first downstream point of starting material injection.

Process according to claim 16, characterized in that the temperature of the outflowing product is lowered with the quenching liquid to about 427 ° C.

Method according to 16, characterized in that the quenching liquid reduces the temperature of the outflowing product between about 10 and about 427 ° C.

A method according to claim 17, characterized in that the temperature of the outflowing product is lowered between about 10 and about 427 ° C with the quenching liquid.