PL222582B1

PL222582B1 - Sposoby wytwarzania sadzy przy użyciu wstępnie ogrzanego wsadu oraz służąca do tego instalacja

Info

Publication number: PL222582B1
Application number: PL401614A
Authority: PL
Inventors: Serguei Nester; Frederick H. Rumpf; Yakov E. Kutsovsky; Charles A. Natalie
Original assignee: Cabot Corp
Priority date: 2010-02-19
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2016-08-31
Also published as: MY162560A; JP2013520382A; IT1404063B1; RU2545329C2; US20150064099A1; KR20130004270A; FR2956666B1; CN102869730A; US8871173B2; DE112011100607T5; CO6571921A2; MX2012009567A; NL2006221C2; DE112011100607B4; AR080215A1; WO2011103015A4; CA2788081C; ES2399001B2; ES2399001R1; PT2011103015W

Description

(21) Numer zgłoszenia: 401614 (22) Data zgłoszenia: 10.02.2011 (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

10.02.2011, PCT/US11/024295 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

25.08.2011, WO11/103015 (11) 222582 (13) B1 (51) Int.Cl.

C09C 1/48 (2006.01) C09C 1/50 (2006.01) C01B 31/04 (2006.01)

Opis patentowy przedrukowano ze względu na zauważone błędy

Sposoby wytwarzania sadzy przy użyciu wstępnie ogrzanego wsadu oraz służąca do tego instalacja

	(73) Uprawniony z patentu:
(30) Pierwszeństwo:	CABOT CORPORATION, Boston, US
19.02.2010, US, 61/306,092	(72) Twórca(y) wynalazku:
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 27.05.2013 BUP 11/13	SERGUEI NESTER, Tyngsboro, US FREDERICK H. RUMPF, Billerica, US YAKOV E. KUTSOVSKY, Arlington, US CHARLES A. NATALIE, Pampa, US
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
31.08.2016 WUP 08/16	(74) Pełnomocnik:
	rzecz. pat. Elżbieta Pietruszyńska

PL 222 582 B1

Opis wynalazku

DZIEDZINA WYNALAZKU

Niniejszy wynalazek dotyczy sposobów wytwarzania sadzy z wstępnie ogrzanego wsadu z kontrolą zanieczyszczeń. Niniejszy wynalazek dotyczy ponadto instalacji do wytwarzania sadzy z wstępnie ogrzanego wsadu z kontrolą zanieczyszczeń.

Sadze znajdują szerokie zastosowanie, na przykład jako pigment w kompozycjach atramentów, farbach i podobnych, jako wypełniacz i pigment wzmacniający przy wytwarzaniu mieszanek i otrzymywaniu kompozycji gumy oraz kompozycji tworzyw sztucznych, a także do wielu innych zastosowań. Sadze wytwarza się zasadniczo w reaktorze piecowym w reakcji wsadu węglowodorowego z gorącymi gazami spalinowymi, w wyniku czego uzyskuje się produkty spalania zawierające cząstki sadzy. W literaturze dotyczącej sadzy taka reakcja między gazami spalinowymi a wsadem węglowodorowym nosi zazwyczaj nazwę pirolizy.

Znanych jest zasadniczo wiele sposobów wytwarzania sadzy. W jednym rodzaju reaktora piecowego do wytwarzania sadz, na przykład omawianego w patencie Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3,401,020 dla Kester i wsp. lub w patencie Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2,785,964 dla Pollock, paliwo, na przykład paliwo węglowodorowe, oraz utleniacz, na przykład powietrze, wtryskuje się do strefy pierwszej i poddaje reakcji z gorącymi gazami spalinowymi. Ponadto do strefy pierwszej wtryskuje się wsad węglowodorowy w postaci gazowej, par lub ciekłej; rozpoczyna się wtedy reakcja wsadu węglowodorowego. Powstała mieszanina gazów spalinowych, w której następuje reakcja, przechodzi następnie do strefy reakcyjnej, w której następuje zakończenie reakcji tworzenia sadzy. W innym rodzaju reaktora piecowego do wytwarzania sadzy paliwo ciekłe lub gazowe poddaje się reakcji z utleniaczem, na przykład powietrzem, w strefie pierwszej, uzyskując gorące gazy spalinowe. Takie gorące gazy spalinowe przechodzą ze strefy pierwszej do dalszej części reaktora (do strefy reakcji) i dalej. Aby uzyskać sadzę, wsad węglowodorowy jest wstrzykiwany w jednym lub większej liczbie punktów na drodze przepływu strumienia gorącego gazu spalinowego. Zasadniczo wsad węglowodorowy stanowi olej węglowodorowy lub gaz ziemny. Strefa pierwsza (czyli strefa spalania) oraz strefa reakcji mogą być podzielone przewężeniem lub strefą o zmniejszonej średnicy, której przekrój poprzeczny jest mniejszy od strefy spalania i strefy reakcji. Wsad może być wstrzykiwany na drodze przepływu gorących gazów spalinowych przed, za i (lub) w strefie o zmniejszonej średnicy. Wsad węglowodorowy może być wprowadzany w postaci rozpylonej i (lub) nierozpylonej, wewnątrz strumienia gazów spalinowych i (lub) na zewnątrz strumienia gazów spalinowych. Reaktory piecowe do wytwarzania sadzy tego rodzaju omówiono na przykład w ponownie wydanym patencie Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 28,974 dla Morgan i wsp. oraz w patencie Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3,922,335 dla Jordan i wsp.

W znanych ogólnie reaktorach i sposobach gorące gazy spalinowe mają temperaturę wystarczającą, aby doprowadzić do reakcji wsadu węglowodorowego wtryskiwanego do strumienia gazów spalinowych. W jednym rodzaju reaktora, na przykład omawianego we wspomnianym powyżej patencie Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3,401,020 dla Kester i wsp., wsad jest wtryskiwany w jednym lub większej liczbie punktów do tej samej strefy, w której tworzą się gazy spalinowe. W innym rodzaju reaktorów lub sposobów wtryskiwanie wsadu następuje w jednym lub większej liczbie punktów po utworzeniu strumienia gazów spalinowych. Mieszaninę wsadu i gazów spalinowych, w której przebiega reakcja, określa się niekiedy poniżej w zgłoszeniu jako „strumień reakcyjny”. Czas przebywania strumienia reakcyjnego w strefie reakcji w reaktorze jest wystarczający, aby umożliwić tworzenie odpowiednich sadz. Niezależnie od rodzaju reaktora, ponieważ strumień gazów spalinowych przepływa dalej przez reaktor, reakcja zachodzi, kiedy mieszanina wsadu i gazów spalinowych przechodzi przez strefę reakcji. Po utworzeniu sadz mających odpowiednie właściwości, temperaturę strumienia reakcyjnego obniża się do wartości, w której reakcja zatrzymuje się, i można wyodrębnić produkt - sadzę.

W innych patentach, na przykład w patentach Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3,922,335 dla Jordan i wsp., 4,826,669 dla Casperson, 6,348,181 dla Morgan oraz 6,926,877 dla Green, także omawia się sposoby wytwarzania sadzy, w tym temperaturę wsadu. Typowe wartości temperatury wsadu w punkcie jego wprowadzania do reaktora, na przykład podane w patencie Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4,826,669, mogą zawierać się w zakresie na przykład od 250°F do 500°F (121°C do 260°C).

Twórcy niniejszego wynalazku stwierdzili, że temperatury wsadu węglowodorowego przy wytwarzaniu sadzy, które sięgają lub przekraczają około 300°C w punkcie wprowadzania do reaktora lub

PL 222 582 B1 przed nim spowodowałyby znaczne zagrożenie niekorzystnie wysokim poziomem wynikających z procesów termicznych zanieczyszczeń przewodów doprowadzających wsad i urządzeń. Ponadto twórcy niniejszego wynalazku uważają, że wcześniej nie opracowano sposobów i układów do wytwarzania sadzy, w których tak wysoka temperatura mogłaby występować; ponadto nie wykorzystano lub nie można było uzyskać pełnych możliwych korzyści wynikających z pracy przy wysokiej temperaturze wsadu - umożliwiły to dopiero niniejsze sposoby i instalacje do wytwarzania sadzy.

ISTOTA WYNALAZKU

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania sadzy, polegający na tym, że obejmuje: poddanie reakcji utleniacza i palnego paliwa w strefie spalania reaktora do wytwarzania sadzy z wytworzeniem strumienia ogrzanego gazu zawierającego gorący gaz spalinowy, przy czym gorący gaz spalinowy jest utworzony w reakcji utleniacza i palnego paliwa, przy czym utleniacz zawiera powietrze, tlen, lub mieszaniny powietrza i tlenu, i przy czym palne paliwo zawiera gaz ziemny, wodór, tlenek węgla, metan, acetylen, alkohole lub naftę;

wprowadzenie strumienia ogrzanego gazu zawierającego gorący gaz spalinowy do strefy wtryskiwania wsadu, a następnie strefy reakcji reaktora do wytwarzania sadzy;

dostarczenie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ogrzewacza, przy czym wsad, z którego otrzymuje się sadzę zawiera olej dekantowany, produkt ze smoły węglowej, pozostałości po krakowaniu etylenowym, olej zawierający asfalteny, lub dowolne ich kombinacje;

ogrzanie wstępne wsadu, z którego otrzymuje się sadzę w ogrzewaczu do drugiej temperatury przekraczającej 300°C z uzyskaniem wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przy czym (a) wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma prędkość w ogrzewaczu wynoszącą co najmniej 0,2 m/s, przy czym prędkość oblicza się na podstawie gęstości wsadu mierzonej w 60°C przy 101,325 Pa oraz w oparciu o najmniejsze pole przekroju przewodu do wsadu znajdującego się w ogrzewaczu i (b) wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma pierwszy czas przebywania wsadu w ogrzewaczu poniżej 120 minut;

dostarczenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do punktu wprowadzania wsadu do strefy wtryskiwania wsadu reaktora do wytwarzania sadzy, przy czym punkt wprowadzenia stanowi sondę, szereg otworów w ścianie reaktora do wytwarzania sadzy, lub kombinację sondy i szeregu otworów, przy czym wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma drugi czas przebywania wsadu od opuszczenia ogrzewacza do miejsca bezpośrednio przed punktem wprowadzania do reaktora do wytwarzania sadzy poniżej 120 minut; oraz przy czym połączony pierwszy czas przebywania wsadu i drugi czas przebywania wsadu wynosi 120 minut lub mniej, połączenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę ze strumieniem ogrzanego gazu, obejmujące wprowadzenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę przez punkt wprowadzania do strefy wtryskiwania wsadu reaktora do wytwarzania sadzy do połączenia wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę ze strumieniem ogrzanego gazu w strefie wtryskiwania wsadu z utworzeniem strumienia reakcyjnego, który przepływa do strefy reakcji i w którym sadzę wytwarza się w reaktorze do wytwarzania sadzy; oraz odzyskiwanie sadzy w strumieniu reakcyjnym.

Korzystnie sposób obejmuje ponadto zwiększenie ciśnienia wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia przekraczającego 10⁶ Pa przed wprowadzeniem do ogrzewacza.

Korzystnie sposób obejmuje ponadto zwiększenie ciśnienia wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia przekraczającego 2x10⁶ Pa przed wprowadzeniem do ogrzewacza.

Korzystnie sposób obejmuje ponadto zwiększenie ciśnienia wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia od 2x10⁶ Pa do 1,8x10⁷ Pa przed wprowadzeniem do ogrzewacza.

Korzystnie prędkość wynosi co najmniej 1 m/s.

Korzystnie prędkość wynosi co najmniej 1,6 m/s.

Korzystnie wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma temperaturę początku wrzenia od 160°C do 500°C.

Korzystnie ogrzewanie wstępne wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, obejmuje ogrzewanie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, w ogrzewaczu, który zawiera wymiennik ciepła pracujący przy średnim strumieniu cieplnym przekraczającym 10 kW/m².

Korzystnie sposób obejmuje ponadto co najmniej częściowe dostarczanie ciepła w ogrzewaczu przez ciepło generowane przez reaktor do wytwarzania sadzy lub inny reaktor do wytwarzania sadzy lub obydwa, przy czym co najmniej część ogrzewania wstępnego następuje w ogrzewaczu.

PL 222 582 B1

Korzystnie połączony pierwszy czas przebywania i drugi czas przebywania jest krótszy niż 60 minut.

Korzystnie sposób obejmuje ponadto wymianę ciepła pomiędzy ogrzewaczem a co najmniej częścią reaktora do wytwarzania sadzy.

Korzystnie sposób obejmuje ponadto kontaktowanie strumienia reakcyjnego w reaktorze do wytwarzania sadzy z ogrzewaczem za urządzeniem chłodzącym, przy czym ogrzewacz zawiera wymiennik ciepła, którego ścianki są ogrzewane strumieniem reakcyjnym po jego pierwszej stronie, stykający się z wsadem, z którego otrzymuje się sadzę, po jego stronie przeciwnej.

Korzystnie sposób obejmuje ponadto wymianę ciepła z wymiennika ciepła zawartego w ogrzewaczu ze strumieniem reakcyjnym w reaktorze do wytwarzania sadzy, przy czym ogrzewany jest płynny nośnik ciepła przepływający przez wymiennik ciepła oraz ogrzewany płynny nośnik ciepła przepływa przez ogrzewacz znajdujący się na zewnątrz reaktora i wymienia ciepło płynnego nośnika ciepła z wsadem, aby ogrzać wsad, z którego otrzymuje się sadzę.

Korzystnie sposób obejmuje ponadto co najmniej częściowe zasilanie ogrzewacza w ciepło z gazu resztkowego z wytwarzania sadzy z reaktora do wytwarzania sadzy lub innego reaktora do wytwarzania sadzy lub obydwu, aby ogrzać wsad, z którego otrzymuje się sadzę.

Korzystnie wprowadzenie ogrzanego strumienia gazu do reaktora obejmuje ogrzanie plazmą strumienia gazu, który można ogrzać plazmą, w ogrzewaczu plazmowym, aby uzyskać co najmniej część ogrzanego strumienia gazu.

Korzystnie sposób obejmuje ponadto zastosowanie powierzchni niekatalitycznej na ściankach ogrzewacza, stykających się z wsadem, z którego otrzymuje się sadzę, i na ściankach wewnętrznych przewodu dostarczającego wsad, który doprowadza wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, do reaktora do wytwarzania sadzy, przy czym powierzchnia jest niekatalityczna wobec krakowania lub polimeryzacji węglowodorów.

Korzystnie dostarczenie obejmuje przesyłanie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przez przewód dostarczający wsad, który zasila reaktor do wytwarzania sadzy, przy czym sposób obejmuje ponadto okresowe przedmuchiwanie przewodu dostarczającego wsad, z którego otrzymuje się sadzę, gazem do przedmuchiwania zawierającym utleniacz węgla.

Korzystnie dostarczenie obejmuje przesyłanie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przez przewód dostarczający wsad, który zasila reaktor do wytwarzania sadzy, przy czym sposób obejmuje ponadto wtryskiwanie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do reaktora do otrzymywania sadzy z co najmniej częściowym odparowaniem wsadu, z którego otrzymuje się sadzę.

Korzystnie sposób obejmuje ponadto połączenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, i strumienia ogrzanego gazu w reaktorze do otrzymywania sadzy z ciągłym wytwarzaniem sadzy w reaktorze przez co najmniej 12 godzin.

W korzystnej postaci sposobu dostarczenie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę do ogrzewacza obejmuje:

dostarczenie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę do ogrzewacza w pierwszej temperaturze poniżej 360°C;

ogrzanie wstępne wsadu, z którego otrzymuje się sadzę w ogrzewaczu ogrzewa wsad, z którego otrzymuje się sadzę do drugiej temperatury od 360°C do 850°C z uzyskaniem wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę; oraz połączony pierwszy czas przebywania wsadu i drugi czas przebywania wsadu wynosi od 10 sekund do 120 minut.

Korzystnie sposób obejmuje ponadto zwiększenie ciśnienia wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia przekraczającego 3x10⁶ Pa przed wprowadzeniem do ogrzewacza.

Korzystnie sposób obejmuje ponadto zwiększenie ciśnienia wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia od 3x10⁶ Pa do 1,8x10⁷ Pa przed wprowadzeniem do ogrzewacza.

Korzystnie prędkość wynosi co najmniej około 1 m/s.

Korzystnie prędkość wynosi co najmniej 1,6 m/s.

PL 222 582 B1

Korzystnie ogrzewanie wstępne wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, obejmuje ogrzewanie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, w ogrzewaczu, który zawiera wymiennik ciepła pracujący przy średnim strumieniu cieplnym przekraczającym 20 kW/m².

Korzystnie co najmniej część ogrzewania wstępnego następuje w ogrzewaczu, do którego ciepło co najmniej częściowo jest dostarczane z reaktora do wytwarzania sadzy lub z innego reaktora do wytwarzania sadzy lub obydwu.

Korzystnie ogrzewacz wymienia ciepło z co najmniej częścią reaktora do wytwarzania sadzy.

Korzystnie sposób obejmuje ponadto kontaktowanie strumienia reakcyjnego w reaktorze do wytwarzania sadzy z ogrzewaczem za urządzeniem chłodzącym, przy czym ogrzewacz zawiera wymiennik ciepła, którego ścianki są ogrzewane strumieniem reakcyjnym po jego pierwszej stronie, stykający się z wsadem, z którego otrzymuje się sadzę, po jego stronie przeciwnej przed wsadem, z którego otrzymuje się sadzę.

Korzystnie sposób obejmuje ponadto zastosowanie powierzchni niekatalitycznej na ściankach ogrzewacza, stykających się z wsadem, z którego otrzymuje się sadzę, i na ściankach wewnętrznych przewodu dostarczającego wsad doprowadzającego wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, do reaktora do wytwarzania sadzy, przy czym powierzchnia jest niekatalityczna wobec krakowania lub polimeryzacji węglowodorów.

W innej korzystnej postaci sposobu dostarczenie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę obejmuje: dostarczenie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę w pierwszej temperaturze poniżej 450°C do ogrzewacza;

ogrzanie wstępne wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, w ogrzewaczu ogrzewa wsad, z którego otrzymuje się sadzę do drugiej temperatury przekraczającej 450°C z uzyskaniem wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przy czym wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma pierwszy czas przebywania wsadu w ogrzewaczu od 10 sekund 120 minut; oraz połączony pierwszy czas przebywania wsadu i drugi czas przebywania wsadu wynosi 120 minut lub mniej.

PL 222 582 B1

Korzystnie sposób obejmuje ponadto zwiększenie ciśnienia wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia od 4x10⁶ Pa do 1,8x10⁷ Pa przed wprowadzeniem do ogrzewacza.

Korzystnie prędkość wynosi co najmniej 1 m/s.

Korzystnie prędkość wynosi co najmniej 1,6 m/s.

Korzystnie ogrzewanie wstępne wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, obejmuje ogrzewanie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, w ogrzewaczu, który zawiera wymiennik ciepła pracujący przy średnim strumieniu cieplnym od 20 kW/m² do 150 kW/m².

Korzystnie ogrzewanie wstępne wsadu i dostarczanie wstępnie ogrzanego wsadu do punktu wprowadzania wsadu odbywa się bez nagłego spadku ciśnienia względem warunków pracy w stanie stacjonarnym.

Korzystnie dostarczanie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ogrzewacza obejmuje dostarczanie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę do ogrzewacza przy ciśnieniu przekraczającym 1,5x10⁶ Pa.

PL 222 582 B1

Przedmiotem wynalazku jest również sposób wytwarzania sadzy, polegający na tym, że obejmuje: poddanie reakcji utleniacza i palnego paliwa w strefie spalania reaktora do wytwarzania sadzy z wytworzeniem strumienia ogrzanego gazu zawierającego gorący gaz spalinowy, przy czym gorący gaz spalinowy jest utworzony w reakcji utleniacza i palnego paliwa, przy czym utleniacz zawiera powietrze, tlen, lub mieszaniny powietrza i tlenu, i przy czym palne paliwo zawiera gaz ziemny, wodór, tlenek węgla, metan, acetylen, alkohole lub naftę;

dostarczenie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, mającego pierwszą temperaturę poniżej 300°C, do ogrzewacza z pierwszym ciśnieniem przekraczającym 10⁶ Pa, przy czym wsad, z którego otrzymuje się sadzę zawiera olej dekantowany, produkt ze smoły węglowej, pozostałości po krakowaniu etylenowym, olej zawierający asfalteny, lub dowolne ich kombinacje;

ogrzanie wstępne wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, w ogrzewaczu do drugiej temperatury przekraczającej 300°C z uzyskaniem wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przy czym (a) wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma drugie ciśnienie w ogrzewaczu takie samo lub niższe od ciśnienia pierwszego, obliczone przy założeniu takiego samego pola przekroju poprzecznego, kiedy wsad przemieszcza się przy ciśnieniu pierwszym i ciśnieniu drugim i (b) wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma pierwszy czas przebywania wsadu w ogrzewaczu poniżej 120 minut;

dostarczenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do punktu wprowadzania wsadu do strefy wtryskiwania wsadu reaktora do wytwarzania sadzy, przy czym punkt wprowadzenia stanowi sondę, szereg otworów w ścianie reaktora do wytwarzania sadzy, lub kombinację sondy i szeregu otworów, przy czym wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma drugi czas przebywania wsadu od opuszczenia ogrzewacza do miejsca bezpośrednio przed punktem wprowadzania do reaktora do wytwarzania sadzy poniżej 120 minut; oraz przy czym połączony pierwszy czas przebywania wsadu i drugi czas przebywania wsadu wynosi 120 minut lub mniej;

połączenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę ze strumieniem ogrzanego gazu, obejmujące wprowadzenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę przez punkt wprowadzania do strefy wtryskiwania wsadu reaktora do wytwarzania sadzy do połączenia wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę ze strumieniem ogrzanego gazu w strefie wtryskiwania wsadu z utworzeniem strumienia reakcyjnego, który przepływa do strefy reakcji i w którym sadzę wytwarza się w reaktorze do wytwarzania sadzy; oraz odzyskiwanie sadzy w strumieniu reakcyjnym.

Przedmiot wynalazku stanowi także sposób wytwarzania sadzy, polegający na tym, że obejmuje: poddanie reakcji utleniacza i palnego paliwa w strefie spalania reaktora do wytwarzania sadzy z wytworzeniem strumienia ogrzanego gazu zawierającego gorący gaz spalinowy, przy czym gorący gaz spalinowy jest utworzony w reakcji utleniacza i palnego paliwa, przy czym utleniacz zawiera powietrze, tlen, lub mieszaniny powietrza i tlenu, i przy czym palne paliwo zawiera gaz ziemny, wodór, tlenek węgla, metan, acetylen, alkohole lub naftę;

ogrzanie wstępne wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, w ogrzewaczu do drugiej temperatury przekraczającej 300°C z uzyskaniem wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przy czym wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma i) ciśnienie drugie w ogrzewaczu w przybliżeniu takie samo lub niższe od ciśnienia pierwszego i ii) wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma prędkość w ogrzewaczu wynoszącą co najmniej 0,2 m/s, przy czym prędkość oblicza się na podstawie gęstości wsadu mierzonej w 60°C przy 101,325 Pa oraz w oparciu o najmniejsze pole przekroju przewodu do wsadu znajdującego się w ogrzewaczu i przy czym i) oblicza się ją na podstawie tego samego poła przekroju poprzecznego, przez które wsad przemieszcza się przy ciśnieniu pierwszym i ciśnieniu drugim; oraz dostarczenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do punktu wprowadzania wsadu do strefy wtryskiwania wsadu reaktora do wytwarzania sadzy, przy czym punkt wprowadzenia

PL 222 582 B1 stanowi sondę, szereg otworów w ścianie reaktora do wytwarzania sadzy, lub kombinację sondy i szeregu otworów;

Przedmiot wynalazku stanowi ponadto instalacja do wytwarzania sadzy, charakteryzująca się tym, że zawiera:

reaktor piecowy (2) do wytwarzania sadzy, mający strefę (10) spalania, która ma strefę (11) o zmniejszającej się średnicy, strefę (12) wtryskiwania wsadu i strefę (13) reakcji;

przewód (17) doprowadzający wsad, który doprowadza wsad (15), z którego otrzymuje się sadzę, do punktu (16) wprowadzania wsadu do strefy (12) wtryskiwania wsadu reaktora (2), przy czym punkt (16) wprowadzania wsadu pozwala wprowadzić wsad (15), z którego otrzymuje się sadzę dostarczony z przewodu (17) dostarczającego wsad do strefy (12) wtryskiwania wsadu reaktora (2), aby połączyć wsad (15) ze strumieniem ogrzanego gazu w strefie wtryskiwania wsadu z utworzeniem strumienia reakcyjnego w strefie wtryskiwania wsadu, który przepływa do strefy (13) reakcji i w którym sadzę wytwarza się w reaktorze (2);

ogrzewacz (19, 22, 23) wsadu, który wstępnie ogrzewa wsad, z którego otrzymuje się sadzę doprowadzany przewodem (17) dostarczającym wsad do temperatury co najmniej 300°C; pompę (20) włączoną w przewód (17) dostarczający wsad przed ogrzewaczem (19, 22, 23) wsadu, przy czym pompa (20) zwiększa ciśnienie wsadu (15), z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia przekraczającego około 10⁶ Pa przed wstępnym ogrzaniem wsadu (15) do co najmniej 300°C oraz zapewnia prędkość wsadu w ogrzewaczu w przypadku wsadu (15) dostarczanego do ogrzewacza (19, 22, 23) wsadu co najmniej 0,2 m/s, przy czym prędkość oblicza się na podstawie gęstości wsadu mierzonej w 60°C przy 101,325 Pa oraz w oparciu o najmniejsze pole przekroju przewodu do wsadu znajdującego się w ogrzewaczu (19, 22, 23); oraz urządzenie chłodzące (14), które znajduje się za strefą (13) reakcji reaktora (2) do wytwarzania sadzy, które chłodzi sadzę w strumieniu reakcyjnym; przy czym instalacja zapewnia czas przebywania wsadu w ogrzewaczu (19, 22, 23) wsadu i w przewodzie (17) doprowadzającym wsad przed wprowadzeniem do reaktora (2) w przypadku wsadu ogrzanego wstępnie do temperatury co najmniej 300°C, wynoszący mniej niż 120 minut.

Korzystnie ogrzewacz wsadu zawiera wymiennik ciepła, który ogrzewa wsad, z którego otrzymuje się sadzę, przy średnim strumieniu cieplnym przekraczającym 10 kW/m².

Korzystnie ogrzewacz wsadu jest umieszczony w reaktorze tak, że styka się ze strumieniem reakcyjnym i ogrzewa wsad do temperatury co najmniej 300°C.

Korzystnie ogrzewacz wsadu jest umieszczony w styczności z co najmniej częścią reaktora i ogrzewa wsad do temperatury co najmniej 300°C.

Korzystnie ogrzewacz wsadu zawiera wymiennik ciepła znajdujący się w reaktorze za urządzeniem chłodzącym, przy czym wymiennik ciepła zawiera ścianki, które są ogrzewane strumieniem reakcyjnym po pierwszej jego stronie oraz są w styczności z wsadem po przeciwnej jego stronie przed wprowadzeniem wsadu do przewodu dostarczającego wsad, przy czym wsad jest ogrzewany w wymienniku ciepła do temperatury co najmniej 300°C.

Korzystnie instalacja obejmuje ponadto wymiennik ciepła z płynnym nośnikiem ciepła, znajdujący się w reaktorze, który styka się ze strumieniem reakcyjnym, oraz ogrzewacz wsadu znajdujący się na zewnątrz reaktora, który wymienia ciepło z płynnym nośnikiem ciepła, który opuścił wymiennik ciepła z wsadem w ogrzewaczu wsadu, aby ogrzewać wsad do temperatury co najmniej 300°C.

Korzystnie ogrzewacz wsadu wymienia ciepło ze strumieniem gazu resztkowego z reaktora, aby ogrzewać wsad do temperatury co najmniej 300°C.

Korzystnie instalacja obejmuje ponadto ogrzewacz plazmowy, który ogrzewa strumień gazu, który można ogrzać plazmą, aby uzyskać co najmniej część ogrzanego strumienia gazu.

Korzystnie instalacja obejmuje ponadto powierzchnię niekatalityczną na ściankach ogrzewacza wsadu stykających się z wsadem i na ściankach wewnętrznych stykających się z wsadem przewodu doprowadzającego wsad, przy czym powierzchnia jest niekatalityczna względem krakowania termicznego lub polimeryzacji węglowodorów.

PL 222 582 B1

Korzystnie instalacja obejmuje ponadto niekatalityczną powłokę ceramiczną na ściankach ogrzewacza wsadu stykających się z wsadem i na ściankach wewnętrznych stykających się z wsadem w przewodzie doprowadzającym wsad.

Korzystnie instalacja obejmuje ponadto źródło gazu do przedmuchiwania zawierające utleniacz węgla oraz punkt wprowadzania gazu do przedmuchiwania na przewodzie doprowadzającym wsad, służący do okresowego przedmuchiwania przewodu doprowadzającego wsad gazem do przedmuchiwania.

Korzystnie reaktor łączy wsad i strumień ogrzanego gazu z ciągłym wytwarzaniem sadzy w reaktorze przez co najmniej 12 godzin.

STRESZCZENIE NINIEJSZEGO WYNALAZKU

Cechą niniejszego wynalazku jest uzyskanie zwiększonej temperatury wstępnego ogrzewania wsadu przy wytwarzaniu sadzy z kontrolą zanieczyszczeń wynikających z procesów termicznych przy zwiększonej temperaturze wsadu.

Dodatkowe cechy i korzyści wynikające z niniejszego wynalazku zostaną częściowo omówione w opisie poniżej, zaś częściowo będą oczywiste na jego podstawie; można je ponadto wywnioskować na podstawie praktyki niniejszego wynalazku. Cele i inne korzyści wynikające z niniejszego wynalazku zostaną zrealizowane i uzyskane dzięki elementom i połączeniom w szczególności wymienionym w opisie oraz w dołączonych do niego zastrzeżeniach.

Aby uzyskać te i inne korzyści oraz zgodnie z celami niniejszego wynalazku, których przykłady wykonania i opis ogólny przedstawiono w dokumencie, niniejszy wynalazek dotyczy w części sposobu wytwarzania sadzy, obejmującego wstępne ogrzanie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do temperatury przekraczającej około 300°C, aby uzyskać wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, w tym zakresie temperatury. Wsad można ogrzać do temperatury co najmniej 450°C lub od około 360°C do około 850°C bądź do innej temperatury przekraczającej 300°C. Wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, można dostarczać co najmniej jednym przewodem do dostarczania wsadu do co najmniej jednego punktu wprowadzania wsadu do reaktora. Wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, wprowadza się przez co najmniej jeden punkt do reaktora, aby połączyć go ze strumieniem lub strumieniami ogrzanego gazu z utworzeniem strumienia reakcyjnego, w którym sadzę wytwarza się w reaktorze. Sadzę w strumieniu reakcyjnym można schłodzić w celu wyodrębnienia. Niniejszy sposób obejmuje jedną lub więcej metod zmniejszających ryzyko wynikającego z procesów termicznych zanieczyszczenia przewodów doprowadzających wsad przy zwiększonej temperaturze wsadu. Takie metody mogą prowadzić do zmniejszenia do minimum tworzenia zanieczyszczeń (np. zmniejszenia odkładania koksu), usuwania osadów zanieczyszczeń z powierzchni (np. zwiększone usuwanie koksu) lub kombinacji obydwu procesów, na ściankach wewnętrznych przewodu lub przewodów doprowadzających wsad, aby przewody doprowadzające wsad nadawały się do wykorzystania do transportu wstępnie ogrzanego wsadu do reaktora. Takie metody kontroli zanieczyszczeń mogą obejmować jedną lub większą liczbę (bądź dowolną kombinację) spośród następujących:

- wprowadzenie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, z prędkością co najmniej około 0,2 m/s (lub np. co najmniej około 1 m/s lub co najmniej około 1,1 m/s lub co najmniej około 1,6 m/s lub co najmniej około 2 m/s lub z inną prędkością przekraczającą około 0,2 m/s) przez co najmniej jeden ogrzewacz, który ogrzewa wsad, z którego otrzymuje się sadzę, aby uzyskać wstępne ogrzanie,

- podwyższenie ciśnienia wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do wartości przekraczającej około 10⁶ Pa przed wprowadzeniem do co najmniej jednego ogrzewacza w celu wstępnego ogrzania wsadu, z którego otrzymuje się sadzę (lub np. przekraczającego około 2x10⁶ Pa lub przekraczającego około 3x10⁶ Pa lub przekraczającego około 4x10⁶ Pa lub od około 2x10⁶ do około 1,8x10⁷ Pa lub od około 3x10⁶ do około 1,8x10⁷ Pa lub do innego ciśnienia przekraczającego około 10⁶ Pa),

- uzyskanie całkowitego czasu przebywania wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, w co najmniej jednym ogrzewaczu służącym do wstępnego ogrzewania oraz wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, w przewodzie doprowadzającym wsad przed wprowadzeniem do reaktora wynoszącego poniżej 120 minut (lub np. od około 1 s do około 120 minut lub około 1 do około 60 minut lub innego czasu przebywania mniejszego niż około 120 minut),

- wstępne ogrzanie wsadu w co najmniej jednym ogrzewaczu pracującym przy średnim strumieniu cieplnym (wewnętrznej powierzchni rury) przekraczającym około 10 kW/m² (lub np. przekraczającym około 20 kW/m² lub od około 20 do około 200 kW/m² lub przy innej wartości średniego strumienia cieplnego przekraczającej około 10 kW/m²),

PL 222 582 B1

- zapewnienie powierzchni niekatalitycznej wobec krakowania termicznego lub polimeryzacji węglowodorów na ściankach wewnętrznych stykających się ze wsadem w przewodzie doprowadzającym wsad,

- okresowe wprowadzanie przez przewód doprowadzający wsad co najmniej jednego gazu do przedmuchiwania (np. pary, powietrza, tlenu, CO2) zawierającego utleniacz węgla lub ich kombinacji.

Kontrola zanieczyszczeń dzięki niniejszemu wynalazkowi może umożliwić przeprowadzenie ogrzewania wstępnego co najmniej części wsadu przez ogrzanie wsadu ciepłem wytwarzanym w reaktorze w wysokiej temperaturze reakcji. Warunki wstępnego ogrzewania wsadu oraz konstrukcje, które można opracować dzięki niniejszemu wynalazkowi, mogą mieć zalety i dawać korzyści, takie jak zwiększony odzysk energii, zmniejszenie kosztów surowców, zwiększenie ilości sadzy, zmniejszenie emisji dwutlenku węgla, zmniejszenie emisji SOx i (lub) NOx, stabilność lub ciągłość wytwarzania sadzy przez okres użyteczny w warunkach przemysłowych w wysokiej temperaturze wsadu bądź dowolne ich kombinacje. Dzięki jednej lub większej liczbie korzyści dla środowiska, o których wspomniano w dokumencie, sposób według niniejszego wynalazku można uznać za sposób bardziej ekologiczny w porównaniu do procesów konwencjonalnych.

Opisano tu ponadto instalację do realizacji sposobów, takich jak omawiane powyżej. Instalacja ta obejmuje co najmniej reaktor, w którym ogrzany strumień gazów oraz co najmniej jeden wsad, z którego otrzymuje się sadzę, mający wysoką temperaturę łączy się uzyskując strumień reakcyjny, w którym sadzę wytwarza się w reaktorze. Instalacja ta obejmuje ponadto co najmniej jeden przewód doprowadzający wsad z kontrolą zanieczyszczeń, służący do dostarczania wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do co najmniej jednego punktu wprowadzania wsadu do reaktora, aby połączyć wsad ze strumieniem ogrzanego gazu, oraz co najmniej jeden ogrzewacz wsadu odpowiedni do wstępnego ogrzania wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, doprowadzanego przez co najmniej jeden przewód doprowadzający wsad do temperatury przekraczającej około 300°C z utworzeniem strumienia reakcyjnego, w którym sadzę wytwarza się w reaktorze. Instalacja obejmuje ponadto jedną pompę a) nadającą się do zwiększenia ciśnienia wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia przekraczającego około 10⁶ Pa przed wstępnym ogrzaniem wsadu do temperatury przekraczającej około 300°C lub b) do uzyskania prędkości przepływu wsadu przez co najmniej jeden ogrzewacz wsadu, który ogrzewa wstępnie wsad, z którego otrzymuje się sadzę, co najmniej około 0,2 m/s lub c) dająca oba efekty. Można uwzględnić urządzenie chłodzące do chłodzenia sadzy w strumieniu reakcyjnym. Reaktor może służyć do zapewniania czasu przebywania wsadu w co najmniej jednym ogrzewaczu wsadu i w co najmniej jednym przewodzie doprowadzającym wsad przed wprowadzeniem do reaktora w przypadku wsadu ogrzanego wstępnie do temperatury przekraczającej około 300°C, wynoszącego mniej niż około 120 minut. Co najmniej część ogrzewania wstępnego wsadu można przeprowadzić w instalacji, na przykład przez ogrzewanie, bezpośrednie lub pośrednie, wsadu ciepłem reakcji egzotermicznej tworzącym się dzięki reaktorowi lub w nim. Ogrzewacz wsadu może znajdować się w instalacji na przykład w reaktorze w strumieniu reakcyjnym, może pozostawać w styczności z ogrzewaną ścianką reaktora, może znajdować się w styczności z gazami resztkowymi, może znajdować się na zewnątrz reaktora w celu wymiany ciepła z ogrzaną cieczą doprowadzaną z wymiennika ciepła znajdującego się wewnątrz reaktora lub można zastosować dowolną z tych konfiguracji wraz z jednym lub większą liczbą przewodów doprowadzających wsad. Ogrzewacz wsadu może stanowić jeden lub więcej ogrzewaczy zasilanych gazem resztkowym (z tego samego i (lub) różnych reaktorów do wytwarzania sadzy) lub dowolnym paliwem węglowodorowym i (lub) może stanowić ogrzewacz elektryczny.

Do celów niniejszego wynalazku „przewód doprowadzający” lub „co najmniej jeden przewód doprowadzający wsad” może stanowić dowolny przewód, rurę, rurkę wymiennika ciepła, kanał wymiennika ciepła lub inną konstrukcję odpowiednią do transportu wsadu ciekłego lub w postaci pary, lub ich kombinację, przez które wsad o zwiększonej temperaturze jest przekazywany do reaktora. „Przewód doprowadzający” może mieć dowolną średnicę i (lub) długość. Na przykład, jeśli wsad jest ogrzewany wstępnie do temperatury 300°C, kiedy przechodzi przez rurki lub wężownicę wymiennika, a następnie jest wprowadzany z wymiennika ciepła do reaktora przez odrębną rurę, „co najmniej jeden przewód doprowadzający” obejmuje część rurek wymiennika ciepła, która znajduje się między miejscem wzdłuż rurek wewnątrz wymiennika ciepła, w którym temperatura wsadu osiągnęła 300°C, a końcem wylotowym z rurek wymiennika ciepła, a także rurki za wymiennikiem ciepła, przez które przepływa wstępnie ogrzany wsad, aby dotrzeć do reaktora.

PL 222 582 B1 „Kontrola” w odniesieniu do koksowania związanego z wsadem oznacza co najmniej zmniejszenie (lub zapobieżenie lub opóźnienie powstawania) poziomu koksowania występującego bez zastosowania działania lub działań ochronnych,

Należy rozumieć, że zarówno powyższy opis ogólny, jak i opis szczegółowy poniżej mają charakter jedynie przykładowy i objaśniający, zaś ich celem jest dokładniejsze objaśnienie niniejszego zastrzeganego wynalazku.

Dołączone do dokumentu rysunki, które zostały włączone do niniejszego zgłoszenia i stanowią jego część, ilustrują aspekty niniejszego wynalazku oraz wraz z opisem służą wyjaśnieniu podstaw niniejszego wynalazku. Oznaczenia liczbowe podane na figurach odnoszą się do odpowiednich cech.

SKRÓCONY OPIS RYSUNKÓW

FIG. 1 stanowi schemat części jednego rodzaju reaktora piecowego do wytwarzania sadzy, który można wykorzystać w sposobie według niniejszego wynalazku do wytwarzania sadz. Taki reaktor do wytwarzania sadzy jest jedynie ilustracją reaktorów, które można stosować w niniejszym wynalazku.

FIG. 2 stanowi schemat części innego rodzaju reaktora piecowego do wytwarzania sadzy, który można wykorzystać w sposobie według niniejszego wynalazku do wytwarzania sadz. Taki reaktor do wytwarzania sadzy jest jedynie ilustracją reaktorów, które można stosować w niniejszym wynalazku.

FIG. 3 stanowi schemat części jeszcze innego rodzaju reaktora piecowego do wytwarzania sadzy, który można wykorzystać w sposobie według niniejszego wynalazku do wytwarzania sadz. Taki reaktor do wytwarzania sadzy jest jedynie ilustracją reaktorów, które można stosować w niniejszym wynalazku.

FIG. 4 stanowi schemat części dodatkowego rodzaju reaktora piecowego do wytwarzania sadzy, który można wykorzystać w sposobie według niniejszego wynalazku do wytwarzania sadz. Taki reaktor do wytwarzania sadzy jest jedynie ilustracją reaktorów, które można stosować w niniejszym wynalazku.

FIG. 5 jest schematem sposobu, który można wykorzystać w sposobie według niniejszego wynalazku do wytwarzania sadz. Taki schemat reaktora do wytwarzania sadzy jest stosowany w przykładach, jest on jednak jedynie ilustracją reaktorów, które można stosować w niniejszym wynalazku.

FIG. 6 jest wykresem pojemności cieplnej wsadu (kilodżule/kg-°C) w zależności od temperatury wsadu (°C) stosowanej do obliczenia oszczędności surowców w modelowaniu opisanym w przykładach.

SZCZEGÓŁOWY OPIS PRZEDSTAWIANEGO WYNALAZKU

Zgodnie z wynalazkiem opisano zastosowanie zwiększonej temperatury ogrzewania wstępnego wsadu przekraczającej około 300°C w produkcji sadzy, niezakłóconej problemami związanymi z zanieczyszczeniem wsadu. Niniejszy wynalazek można zastosować do wytwarzania sadzy na skalę przemysłową lub inne skale wytwarzania.

Niniejszy wynalazek dotyczy w części sposobu wytwarzania sadzy.

Sposób ten może obejmować wprowadzenie strumienia ogrzanego gazu do reaktora do wytwarzania sadzy. Taki sposób obejmuje ponadto dostarczanie co najmniej jednego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, mającego temperaturę niższą od docelowej temperatury ogrzewania wstępnego, na przykład poniżej 300°C lub poniżej 275°C (np. od 40°C do 274°C, od 50°C do 270°C, od 70°C do 250°C, od 60°C do 200°C, od 70°C do 150°C i podobną) do co najmniej jednego ogrzewacza (np. co najmniej dwóch ogrzewaczy, co najmniej trzech ogrzewaczy i podobnej liczby, przy czym ogrzewacze mogą być identyczne lub różnić się od siebie). Temperatura wsadu wprowadzanego do co najmniej jednego ogrzewacza jest niższa od docelowej temperatury lub zakresu temperatury ogrzewania wstępnego. Wsad przed ogrzaniem wstępnym może ewentualnie poruszać się z prędkością pierwszą co najmniej około 0,2 m/s (np. co najmniej około 0,4 m/s, co najmniej około 0,6 m/s, co najmniej około 0,8 m/s, co najmniej około 1 m/s, co najmniej około 1,1 m/s, co najmniej około 1,6 m/s, na przykład od 0,2 m/s do 4 m/s, od 1,1 do 3 m/s i podobną). Można zastosować inną prędkość, przy założeniu, że do kontroli zanieczyszczenia i (lub) koksowania ogrzewacza lub ogrzewaczy oraz przewodów doprowadzających do reaktora zostaną wykorzystane inne warunki technologiczne.

Sposób obejmuje ogrzanie wstępne co najmniej jednego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, w co najmniej jednym ogrzewaczu do drugiej temperatury przekraczającej około 300°C (np. co najmniej 350°C, co najmniej 360°C, co najmniej 400°C, co najmniej 450°C, co najmniej 500°C, na przykład od 300°C do 850°C lub od 360°C do 800°C, od 400°C do 750°C, od 450°C do 700°C i podobnej) w celu uzyskania wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przy czym (a) co najmniej jeden wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma prędkość w co najmniej jednym ogrzewaczu wynoszącą co najmniej 0,2 m/s, przy czym prędkość oblicza się na podstawie gęstości wsadu mierzo12

PL 222 582 B1 nej w 60°C przy 101,325 Pa oraz w oparciu o najmniejsze pole przekroju poprzecznego przewodu do wsadu znajdującego się w co najmniej jednym ogrzewaczu. Ponieważ pomiar prędkości wsadu w takiej podwyższonej temperaturze na potrzeby niniejszego wynalazku może być bardzo trudny, prędkość, o której mowa w dokumencie, wynika z konkretnych warunków pomiaru. Niezależnie od najmniejszej średnicy lub najmniejszego pola przekroju poprzecznego występującego z rzeczywistym ogrzewaczu, takie minimalne pole przekroju poprzecznego wykorzystuje się do wyznaczenia prędkości, o której mowa w dokumencie, na potrzeby niniejszego wynalazku. Wiele ogrzewaczy ma tę samą średnicę na całej długości ogrzewacza, jeśli jednak w ogrzewaczu lub ogrzewaczach występuje kilka średnic lub pól przekroju poprzecznego, wprowadza się następujący warunek: prędkość wyznacza się dla minimalnego pola przekroju poprzecznego. Rzeczywista prędkość przepływu przez ogrzewacz wsadu może zasadniczo być większa od prędkości mierzonej w 60°C przy 101,325 Pa.

W tym sposobie wsad, z którego otrzymuje się sadze, może charakteryzować się pierwszym czasem przebywania wsadu w ogrzewaczu poniżej około 120 minut (np. poniżej 100 minut, poniżej 80 minut, poniżej 60 minut, poniżej 40 minut, poniżej 30 minut, poniżej 20 minut, poniżej 10 minut, na przykład od 1 sekundy do 119 minut, od 5 sekund do 115 minut, od 10 sekund do 110 minut, od 30 sekund do 100 minut, od 1 minuty do 60 minut, od 5 minut do 30 minut i podobnym). Na przykład w odniesieniu do figur pierwszy czas przebywania wsadu może na przykład stanowić czas, w którym wsad znajduje się w ogrzewaczu 19 z figury 1 lub w ogrzewaczu 22 z figury 2.

Sposób może obejmować dostarczenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do co najmniej jednego punktu wprowadzania wsadu do reaktora do wytwarzania sadzy (np. co najmniej jeden lub dwa, lub trzy, lub cztery punkty wprowadzania wsadu), przy czym wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma drugi czas przebywania mierzony od wylotu z ogrzewacza lub ogrzewaczy do punktu bezpośrednio przed miejscem wprowadzania do reaktora do wytwarzania sadzy poniżej około 120 minut (np. poniżej 100 minut, poniżej 80 minut, poniżej 60 minut, poniżej 40 minut, poniżej 30 minut, poniżej 20 minut, poniżej 10 minut, na przykład od 1 sekundy do 119 minut, od 5 sekund do 115 minut, od 10 sekund do 110 minut, od 30 sekund do 100 minut, od 1 minuty do 60 minut, od 5 minut do 30 minut i podobnym). Pierwszy czas przebywania wsadu i drugi czas przebywania wsadu w sumie wynoszą korzystnie 120 minut lub mniej (np. poniżej 100 minut, poniżej 80 minut, poniżej 60 minut, poniżej 40 minut, poniżej 30 minut, poniżej 20 minut, poniżej 10 minut, na przykład od 1 sekundy do 119 minut, od 5 sekund do 115 minut, od 10 sekund do 110 minut, od 30 sekund do 100 minut, od 1 minuty do 60 minut, od 5 minut do 30 minut i podobne). Na przykład w odniesieniu do figur drugi czas przebywania wsadu może na przykład stanowić czas, w którym wsad opuszcza ogrzewacz 19 z figury 1 lub ogrzewacz 22 z figury 2 do punktu wprowadzania do reaktora, pokazanego jako punkt 16 wprowadzania na figurze 1 i figurze 2. Połączenie pierwszego czasu przebywania wsadu i drugiego czasu przebywania wsadu oznacza całkowity czas przebywania wsadu.

Sposób może obejmować połączenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, wprowadzanego przez co najmniej jeden punkt do reaktora wytwarzania sadzy, ze strumieniem ogrzanego gazu z utworzeniem strumienia reakcyjnego, w którym sadzę wytwarza się w reaktorze do wytwarzania sadzy.

Sposób może obejmować chłodzenie sadzy w strumieniu reakcyjnym. W sposobach według niniejszego wynalazku można wykorzystać inne etapy po chłodzeniu tradycyjnie stosowane przy wytwarzaniu sadzy.

Ewentualnie, jeśli przewód doprowadzający wsad do ogrzewacza ma przekrój poprzeczny prawie identyczny jak przewód doprowadzający, który prowadzi przez ogrzewacz, wsad, z którego otrzymuje się sadzę, może mieć prędkość w ogrzewaczu lub ogrzewaczach w przybliżeniu taką samą lub większą (np. co najmniej 1% większą, co najmniej 2% większą, co najmniej 3% większą, co najmniej 5% większą, co najmniej 7% większą, co najmniej 10% większą, co najmniej 100% większą, co najmniej 200% większą, na przykład od 1% do 200% większą lub od 20% do 100% większą i podobne) od pierwszej prędkości na wlocie do ogrzewacza lub ogrzewaczy.

Sposoby według niniejszego wynalazku mogą obejmować zwiększenie ciśnienia wsadu lub wsadów, z których otrzymuje się sadzę. Sposób może obejmować zwiększenie ciśnienia lub wykorzystanie ciśnienia wobec wsadu lub wsadów, z których otrzymuje się sadzę, tak że podczas wstępnego ogrzewania wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, nie następuje tworzenie warstewki pary w co najmniej jednym ogrzewaczu lub przed wprowadzeniem do reaktora do wytwarzania sadzy. Sposób według niniejszego wynalazku może obejmować zwiększenie ciśnienia wsadu lub wsadów, z których

PL 222 582 B1 otrzymuje się sadzę, do wartości na przykład przekraczającej około 10⁶ Pa przed wprowadzeniem do co najmniej jednego ogrzewacza w celu wstępnego ogrzania wsadu, z którego otrzymuje się sadzę. To ciśnienie może wynosić co najmniej 1,5x10⁶ Pa, co najmniej 2x10⁶ Pa, co najmniej 3x10⁶ Pa, co najmniej 4x10⁶ Pa, na przykład od 10⁶ Pa do 1,8x10⁷ Pa lub więcej, od 1,5x10⁶ Pa do 1,5x10⁷ Pa, od 2x10⁶ Pa do 1,25x10⁷ Pa, od 2,5x10⁶ Pa do 1x10⁷ Pa.

W niniejszym wynalazku sposób wytwarzania sadzy może obejmować wprowadzenie strumienia ogrzanego gazu do reaktora do wytwarzania sadzy. Taki sposób obejmuje ponadto dostarczanie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, mającego temperaturę niższą od docelowej temperatury ogrzewania wstępnego wsadu, na przykład poniżej 300°C lub poniżej 275°C (np. od 40°C do 274°C, od 50°C do 270°C, od 70°C do 250°C, od 60°C do 200°C, od 70°C do 150°C i podobne) do ogrzewacza lub ogrzewaczy przy pierwszym ciśnieniu przekraczającym 10⁶ Pa. To ciśnienie może wynosić co najmniej 1,5x10⁶ Pa, co najmniej 2x10⁶ Pa, co najmniej 3x10⁶ Pa, co najmniej 4x10⁶ Pa, na przykład od 10⁶ Pa do 1,8x10⁷ Pa lub więcej, od 1,5x10⁶ Pa do 1,5x10⁷ Pa, od 2x10⁶ Pa do 1,25x10⁷ Pa, od 2,5x10⁶ Pa do 1x10⁷ Pa.

Taki sposób może obejmować ogrzewanie wstępne co najmniej jednego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, w ogrzewaczu lub ogrzewaczach (np. co najmniej dwóch ogrzewaczach, co najmniej trzech ogrzewaczach i podobnej liczbie, przy czym ogrzewacze mogą być identyczne lub różnić się od siebie) do drugiej temperatury przekraczającej około 300°C (np. co najmniej 350°C, co najmniej 360°C, co najmniej 400°C, co najmniej 450°C, co najmniej 500°C, na przykład od 300°C do 850°C, lub od 360°C do 800°C, od 400°C do 750°C, od 450°C do 700°C i podobnej) w celu uzyskania wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przy czym (a) wsad, z którego otrzymuje się sadzę, charakteryzuje się drugim ciśnieniem w co najmniej jednym ogrzewaczu prawie takim samym lub niższym (np. co najmniej 1% niższym, co najmniej 2% niższym, co najmniej 3% niższym, co najmniej 5% niższym, co najmniej 7% niższym, co najmniej 10% niższym, co najmniej 15% niższym, co najmniej 20% niższym, na przykład od 1% do 75% niższym lub od 3% do 20% niższym i podobnym) od ciśnienia pierwszego oraz b) wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma pierwszy czas przebywania wsadu w ogrzewaczu poniżej około 120 minut (np. poniżej 100 minut, poniżej 80 minut, poniżej 60 minut, poniżej 40 minut, poniżej 30 minut, poniżej 20 minut, poniżej 10 minut, na przykład od 1 sekundy do 119 minut, od 5 sekund do 115 minut, od 10 sekund do 110 minut, od 30 sekund do 100 minut, od 1 minuty do 60 minut, od 5 minut do 30 minut i podobnym).

Sposób może obejmować dostarczenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do co najmniej jednego punktu wprowadzania wsadu do reaktora do wytwarzania sadzy, przy czym wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma drugi czas przebywania mierzony od wylotu z co najmniej jednego ogrzewacza do punktu wprowadzania do reaktora do wytwarzania sadzy poniżej około 120 minut (np. poniżej 100 minut, poniżej 80 minut, poniżej 60 minut, poniżej 40 minut, poniżej 30 minut, poniżej 20 minut, poniżej 10 minut, na przykład od 1 sekundy do 119 minut, od 5 sekund do 115 minut, od 10 sekund do 110 minut, od 30 sekund do 100 minut, od 1 minuty do 60 minut, od 5 minut do 30 minut i podobnym) oraz przy czym pierwszy czas przebywania wsadu i drugi czas przebywania wsadu w sumie wynoszą korzystnie 120 minut lub mniej (np., poniżej 100 minut, poniżej 80 minut, poniżej 60 minut, poniżej 40 minut, poniżej 30 minut, poniżej 20 minut, poniżej 10 minut, na przykład od 1 sekundy do 119 minut, od 5 sekund do 115 minut, od 10 sekund do 110 minut, od 30 sekund do 100 minut, od 1 minuty do 60 minut, od 5 minut do 30 minut i podobne).

Sposób może obejmować połączenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, wprowadzanego przez punkt lub punkty do reaktora wytwarzania sadzy, ze strumieniem ogrzanego gazu z utworzeniem strumienia reakcyjnego, w którym sadzę wytwarza się w reaktorze do wytwarzania sadzy. Sposób może obejmować chłodzenie sadzy w strumieniu reakcyjnym.

Niniejszy wynalazek może dotyczyć sposobu wytwarzania sadzy, który obejmuje wprowadzenie strumienia ogrzanego gazu do reaktora do wytwarzania sadzy. Taki sposób obejmuje ponadto dostarczanie co najmniej jednego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, mającego temperaturę pierwszą niższą od docelowej temperatury ogrzewania wstępnego wsadu, na przykład poniżej 300°C lub poniżej 275°C (np. od 40°C do 274°C, od 50°C do 270°C, od 70°C do 250°C, od 60°C do 200°C, od 70°C do 150°C i podobną) do co najmniej jednego ogrzewacza (np. co najmniej dwóch ogrzewaczy, co najmniej trzech ogrzewaczy i podobnej liczby, przy czym ogrzewacze mogą być identyczne lub różnić się od siebie), w pierwszym ciśnieniu większym od 10⁶ Pa. Ewentualnie prędkość wprowadzania do ogrzewacza może stanowić prędkość pierwszą wynoszącą co najmniej około 0,2 m/s (np. co najmniej około 0,4 m/s, co najmniej około 0,6 m/s, co najmniej około 0,8 m/s, co najmniej około 1 m/s, co naj14

PL 222 582 B1 mniej około 1,1 m/s, co najmniej około 1,6 m/s, na przykład od 0,2 m/s do 2 m/s, od 0,4 do 1,8 m/s i podobne).

Sposób obejmuje ogrzanie wstępne wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, w ogrzewaczu lub ogrzewaczach do drugiej temperatury przekraczającej około 300°C (np. co najmniej 350°C, co najmniej 360°C, co najmniej 400°C, co najmniej 450°C, co najmniej 500°C, na przykład od 300°C do 850°C lub od 360°C do 800°C, od 400°C do 750°C, od 450°C do 700°C i podobnych) w celu uzyskania wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przy czym (a) wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma prędkość w ogrzewaczu lub ogrzewaczach wynoszącą co najmniej 0,2 m/s, przy czym prędkość oblicza się na podstawie gęstości wsadu mierzonej w 60°C przy 101,325 Pa oraz w oparciu o najmniejsze pole przekroju przewodu do wsadu znajdującego się w co najmniej jednym ogrzewaczu oraz (b) przy czym co najmniej jeden wsad, z którego otrzymuje się sadzę, charakteryzuje się drugim ciśnieniem w ogrzewaczu lub ogrzewaczach takim samym lub niższym (np. co najmniej 1% niższym, co najmniej 2% niższym, co najmniej 3% niższym, co najmniej 5% niższym, co najmniej 7% niższym, co najmniej 10% niższym, co najmniej 15% niższym, co najmniej 20% niższym, na przykład od 1% do 25% niższym lub od 3% do 20% niższym i podobnym) od pierwszego ciśnienia, przy czym ciśnienie można obliczyć zakładając to samo pole przekroju poprzecznego, przez które wsad przechodzi przy ciśnieniu pierwszym i ciśnieniu drugim (jakkolwiek w rzeczywistej instalacji pole przekroju poprzecznego może być takie samo lub różne). Taki sposób wyznaczania można wykorzystać w celu właściwego porównania ciśnienia, jakkolwiek nie jest to konieczne.

Sposób może obejmować dostarczenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do co najmniej jednego punktu wprowadzania wsadu do reaktora do wytwarzania sadzy lub połączenie co najmniej jednego wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, wprowadzanego przez punkt lub punkty do reaktora wytwarzania sadzy, ze strumieniem ogrzanego gazu z utworzeniem strumienia reakcyjnego, w którym sadzę wytwarza się w reaktorze do wytwarzania sadzy. Sposób może obejmować chłodzenie sadzy w strumieniu reakcyjnym.

W niniejszym wynalazku w przypadku dowolnego sposobu podane docelowe temperatury ogrzewania wstępnego stanowią korzystnie temperaturę średnią wsadu przed wprowadzeniem do reaktora do wytwarzania sadzy. Podane temperatury ogrzewania wstępnego mogą stanowić maksymalną temperaturę wsadu lub minimalną temperaturę wsadu przed wprowadzeniem do reaktora do wytwarzania sadzy.

W niniejszym wynalazku w przypadku dowolnego sposobu podane docelowe ciśnienie stanowi korzystnie ciśnienie średnie wsadu. Podane ciśnienie wsadu może stanowić maksymalne ciśnienie wsadu lub minimalne ciśnienie wsadu.

W niniejszym wynalazku w przypadku dowolnego sposobu podana docelowa prędkość stanowi korzystnie prędkość średnią wsadu. Podana prędkość wsadu może stanowić maksymalną prędkość wsadu lub minimalną prędkość wsadu.

W niniejszym wynalazku w przypadku dowolnego sposobu wsad, z którego otrzymuje się sadzę, może stanowić lub zawierać olej dekantowany, produkt ze smoły węglowej, pozostałości po krakowaniu etylenowym, olej zawierający asfalteny lub dowolny ciekły węglowodór o ciężarze właściwym od około 0,9 do około 1,5 lub wyższym (na przykład od 0,9 do 1,3, lub od 1 do 1,2 i podobnym) bądź dowolne ich kombinacje. Wsad, z którego otrzymuje się sadzę, może mieć temperaturę początku wrzenia od około 1 60°C do około 600°C, na przykład od 160°C do około 500°C, lub 200°C do około 450°C, lub 215°C do około 400°C i podobną.

Ogrzewanie wstępne może zachodzić dowolnym sposobem; nie ma ograniczeń dotyczących sposobu prowadzenia tego procesu. Ogrzewanie wstępne może zachodzić w co najmniej jednym ogrzewaczu (np. jednym, dwóch, trzech lub więcej). Źródło ciepła dla co najmniej jednego ogrzewacza może być dowolne, na przykład od jednego lub większej liczby reaktorów do wytwarzania sadzy, ciepło z energii elektrycznej, ciepło z plazmy, ciepło z gazów resztkowych, ciepło ze spalania gazów resztkowych, paliw i (lub) ciepło z innych procesów przemysłowych i (lub) inne formy ciepła i (lub) ich kombinacja. Ogrzewanie wstępne może zachodzić w miejscu, w którym co najmniej jeden ogrzewacz częściowo lub całkowicie ogrzewa wsad do docelowej temperatury ogrzewania wstępnego do wprowadzenia do reaktora. Jeden ogrzewacz może zapewnić częściowe lub całkowite ogrzanie wstępne lub można zastosować dwa lub większą liczbę ogrzewaczy w układzie szeregowym lub w innej konfiguracji, aby zapewnić ogrzanie wstępne (całkowite lub częściowe). Jeśli co najmniej jeden ogrzewacz zapewnia częściowe ogrzewanie wstępne, pozostałe ogrzewanie wstępne następuje za pomocą doPL 222 582 B1 datkowego lub drugorzędnego źródła ciepła bądź kolejnych ogrzewaczy, aby ostatecznie uzyskać docelową temperaturę ogrzewania wstępnego.

Na przykład ogrzanie wstępne co najmniej jednego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, może obejmować lub być wykonywane przez ogrzanie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, w co najmniej jednym ogrzewaczu mającym wymiennik ciepła. Wymiennik ciepła może pracować przy średnim strumieniu cieplnym przekraczającym około 10 kW/m² (na przykład przekraczającym około 10 kW/m², lub przekraczającym około 20 kW/m², lub przekraczającym około 30 kW/m², lub przekraczającym około 40 kW/m², na przykład od około 10 kW/m² do około 150 kW/m² i podobnym).

Ewentualnie co najmniej część ogrzewania wstępnego (lub całe ogrzewanie wstępne) następuje w co najmniej jednym ogrzewaczu, do którego ciepło co najmniej częściowo (lub całkowicie) jest dostarczane z reaktora do wytwarzania sadzy, który otrzymuje wstępnie ogrzany wsad, lub z innego reaktora lub reaktorów do wytwarzania sadzy lub obydwu. Co najmniej jeden ogrzewacz może wymieniać ciepło z co najmniej częścią reaktora do wytwarzania sadzy, który otrzymuje wstępnie ogrzany wsad, lub z innego reaktora lub reaktorów do wytwarzania sadzy, lub obydwu. Na przykład co najmniej jeden ogrzewacz może stykać się ze strumieniem reakcyjnym w reaktorze do wytwarzania sadzy, na przykład za urządzeniem chłodzącym, przy czym co najmniej jeden ogrzewacz może mieć wymiennik ciepła, którego ścianki są ogrzewane strumieniem reakcyjnym po jego pierwszej stronie (na przykład ścianka zewnętrzna), oraz stykający się ze wsadem, z którego otrzymuje się sadzę, po jego stronie przeciwnej (np. ścianka wewnętrzna). Ewentualnie co najmniej jeden ogrzewacz może zawierać wymiennik ciepła, który wymienia ciepło ze strumieniem reakcyjnym w reaktorze do wytwarzania sadzy, przy czym ogrzewany jest płynny nośnik ciepła przepływający przez wymiennik ciepła oraz nośnik ciepła przepływa przez co najmniej jeden ogrzewacz znajdujący się na zewnątrz reaktora i działający w ten sposób, że przekazuje ciepło z nośnika ciepła do wsadu, z którego otrzymuje się sadzę. Co najmniej jeden ogrzewacz może być co najmniej częściowo (lub całkowicie) zasilany w ciepło z gazu resztkowego z wytwarzania sadzy (np. ciepło z gazu resztkowego lub ciepło wytwarzane przy spalaniu gazu resztkowego) z reaktora do wytwarzania sadzy lub z innego reaktora lub reaktorów do wytwarzania sadzy lub obydwu, aby ogrzać wsad, z którego otrzymuje się sadzę. Ogrzewanie wstępne można przeprowadzić częściowo lub całkowicie przy użyciu jednego lub większej liczby ogrzewaczy plazmowych bądź innych ogrzewaczy lub źródeł ciepła.

Wprowadzenie ogrzanego strumienia gazu do reaktora może obejmować ogrzanie plazmą strumienia gazu, który można ogrzać plazmą, w ogrzewaczu plazmowym, aby uzyskać co najmniej część ogrzanego strumienia gazu.

Reaktor plazmowy do wytwarzania sadzy można wykorzystać do uzyskania wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę. Dzięki zastosowaniu wstępnie ogrzanego wsadu oraz ewentualnie wstępnie ogrzanego gazu nośnego (na przykład N2 ewentualnie z O2 w celu kontroli reaktywności), sposób ogrzewania w reaktorze może nie obejmować spalania i łączyć zastosowanie pośredniego ogrzewania wstępnego reagentów i ogrzewania plazmowego do wymaganej temperatury procesu wytwarzania sadzy. Gaz nośny może być ogrzewany wstępnie za pomocą konwencjonalnej technologii ogrzewania powietrzem i (lub) jednej z konfiguracji ogrzewaczy do ogrzewania wstępnego wsadu omówionych w dokumencie. Podobną konfigurację można zastosować w przypadku ewentualnego wykorzystania gazu nośnego. Taki sposób zmniejsza zużycie energii elektrycznej w porównaniu z samym ogrzewaniem plazmą oraz może zmniejszyć koszty surowców, emisję CO 2 i (lub) zużycie wody.

W niniejszym wynalazku można zastosować powierzchnię niekatalityczną na niektórych lub wszystkich ściankach co najmniej jednego ogrzewacza stykających się z wsadem, z którego otrzymuje się sadzę, i (lub) na ściankach wewnętrznych co najmniej jednego przewodu doprowadzającego wsad, który doprowadza wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, do reaktora lub reaktorów do wytwarzania sadzy. Powierzchnia może nie katalizować krakowania (np. krakowania termicznego) lub polimeryzacji węglowodorów.

W niniejszym wynalazku dostarczenie może obejmować lub stanowić transport wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przez co najmniej jeden przewód doprowadzający wsad, który zasila reaktor lub reaktory do wytwarzania sadzy, przy czym sposób ten może obejmować ponadto ewentualnie okresowe przedmuchiwanie co najmniej jednego przewodu lub przewodów doprowadzających wsad, z którego otrzymuje się sadzę, gazem lub gazami do przedmuchiwania, które mogą utleniać węgiel. Przewód doprowadzający wsad wychodzący z co najmniej jednego ogrzewacza, który wstępnie ogrzewa wsad, może mieć pole przekroju poprzecznego (np. średnicę) takie samo

PL 222 582 B1 lub różne od przewodu doprowadzającego, który dostarcza wsad do co najmniej jednego ogrzewacza (np. może mieć pole przekroju poprzecznego mniejsze lub większe).

W niniejszym wynalazku dostarczenie może obejmować doprowadzenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przez co najmniej jeden przewód dostarczający wsad, który zasila reaktor lub reaktory do wytwarzania sadzy, przy czym sposób ten może obejmować wtryskiwanie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do reaktora do otrzymywania sadzy z co najmniej częściowym (lub całkowitym) odparowaniem (np. odparowaniem wsadu, na przykład uzyskiwanym przez obniżenie ciśnienia) wsadu, z którego otrzymuje się sadzę.

Dzięki niniejszemu wynalazkowi, przez zastosowanie jednego lub większej liczby etapów czyszczenia lub zapobiegania zanieczyszczeniu opisywanych w wynalazku, wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, oraz strumień ogrzanego gazu w reaktorze do wytwarzania sadzy można połączyć, tak by sadza w reaktorze była wytwarzana w sposób ciągły lub przez co najmniej około 12 godzin (np. przez co najmniej 24 godziny, przez co najmniej 48 godzin, przez co najmniej 72 godziny, przez co najmniej jeden tydzień, dwa tygodnie, miesiąc lub więcej).

Twórcy niniejszego wynalazku stwierdzili, że wsady węglowodorowe ogrzane do temperatury przekraczającej około 300°C przy wytwarzaniu sadzy są narażone na duże ryzyko zanieczyszczenia substancjami organicznymi (np. koksowania i (lub) polimeryzacji) przewodów doprowadzających wsad i (lub) ogrzewacza lub ogrzewaczy, które wstępnie ogrzewają wsad. Przewody doprowadzające wsad mogą stanowić rury stalowe lub inne konstrukcje metalowe, których powierzchnie wewnętrzne są podatne na zanieczyszczenie substancjami organicznymi. Jeśli zanieczyszczenie nie będzie kontrolowane, może doprowadzić do znacznego zmniejszenia przepustowości przewodów dostarczających wsad i w końcu do niedrożności rur i (lub) wtryskiwaczy do reaktora.

Przy opracowywaniu niniejszego wynalazku stwierdzono, że zanieczyszczenie jest główną przeszkodą techniczną przy wykorzystaniu w produkcji sadzy wsadów o wysokiej temperaturze. Nie ograniczając się do konkretnej teorii, przyczyną zanieczyszczenia wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, substancjami organicznymi w wysokiej temperaturze wsadu mogą być co najmniej dwa mechanizmy zanieczyszczenia: wrzenie warstewkowe i koksowanie indukowane asfaltenem. W przypadku zanieczyszczenia przez wrzenie warstewkowe uważa się, że wsad odparowuje i tworzy warstewkę pary, która blokuje przekazywanie ciepła (tzn. krytyczny strumień cieplny), warstewka pary przegrzewa się i powoduje tworzenie koksu w reakcjach pirolizy w fazie pary. Asfalteny są występującymi zazwyczaj składnikami ropy naftowej, a także w różnym stężeniu przechodzą co najmniej w części do wielu wsadów, z których otrzymuje się sadzę, co w wysokiej temperaturze (np. > 300°C) powoduje ryzyko zanieczyszczenia. W przypadku koksowania indukowanego asfaltenem uważa się, że asfalteny znajdujące się we wsadzie mogą ulegać pirolizie w fazie ciekłej, przy czym asfalteny poddane działaniu temperatury krakowania termicznego zostają zdestabilizowane termicznie tworząc rodniki i łączą się tworząc nierozpuszczalny koks o wysokim ciężarze cząsteczkowym. Na przykład wysoka temperatura wsadu może prowadzić do krakowania cząsteczek długołańcuchowych we wsadzie, wskutek czego tworzą się związki silnie reaktywne, które polimeryzują i powodują zanieczyszczenie. Jeśli tego procesu się nie kontroluje, wyższa temperatura wsadu może powodować aglomerację i wytrącanie asfaltenów znajdujących się we wsadzie na powierzchni ogrzewacza wsadu i przewodów dostarczających. Praca przy wysokiej temperaturze wsadu może sprzyjać innym mechanizmom zanieczyszczenia substancjami organicznymi, na przykład koksowaniu katalitycznemu, które może wynikać z katalizowanych żelazem lub niklem reakcji krakowania termicznego węglowodorów, w zależności od materiału, z którego wykonane są przewody dostarczające wsad. Uważa się ponadto, że potencjalną przyczyną koksowania, w zależności od właściwości chemicznych wsadu, jest polimeryzacja sprzężonych olefin we wsadzie (sprzyjają jej na przykład metale, na przykład żelazo, nikiel i podobne, na powierzchni wewnętrznej rurki). Jeśli w instalacji do wytwarzania sadzy umożliwi się występowanie nierozpuszczalnego koksu lub innych zanieczyszczeń organicznych, na przykład opisywanych powyżej, będą się one osadzać ze wsadu na ściankach wewnętrznych przewodów doprowadzających wsad i wtryskiwaczy do reaktora oraz gromadzić i zatykać przewody, co zakłóci wytwarzanie sadzy i spowoduje konieczność prac konserwacyjnych i (lub) naprawy. Niniejszy wynalazek łączy metody kontroli zanieczyszczeń przy pracy z wysoką temperaturą wsadu, aby zmniejszyć ryzyko indukowanego termicznie zanieczyszczenia przewodów do wsadu; w przeciwnym razie niemożliwe byłoby stabilne i stałe wytwarzanie sadzy.

Jak stwierdzono w niniejszym wynalazku, oznaki koksowania występują, jeśli następuje szybki spadek ciśnienia strumienia opuszczającego ogrzewacz podczas wstępnego ogrzewania wsadu

PL 222 582 B1 w porównaniu z ciśnieniem na wlocie do ogrzewacza. Zazwyczaj, jeśli porównuje się ciśnienie na wlocie do ogrzewacza z ciśnieniem wsadu opuszczającego ogrzewacz, występuje normalny spadek ciśnienia wskutek tarcia wsadu w przewodach. Jednak przy opracowywaniu niniejszego wynalazku stwierdzono, że gwałtowny spadek ciśnienia jest oznaką, iż koksowanie wystąpi lub prawdopodobnie wystąpi. Dokładniej, po ustaleniu się stanu stacjonarnego pracy i jeśli wsad przepływa przez ogrzewacz z odpowiednim natężeniem i odpowiednimi parametrami, uzyskuje się stałe lub stosunkowo stałe ciśnienie wsadu opuszczającego ogrzewacz oraz, jak zaznaczono powyżej, to ciśnienie jest zazwyczaj niższe od ciśnienia na wlocie do ogrzewacza wskutek działania sił tarcia wsadu. Jeśli jednak tworzy się warstewka pary i (lub) rozpoczyna się koksowanie, występuje szybki lub nagły spadek ciśnienia wsadu opuszczającego wylot z ogrzewacza. Zmiana spadku ciśnienia o 2% lub większa po ustaleniu się stanu stacjonarnego pracy może świadczyć o tworzeniu pary, co doprowadzi do koksowania. Nagły spadek ciśnienia o 2% lub więcej, 3% lub więcej, 5% lub więcej, 7% lub więcej, 10% lub więcej, 15% lub więcej, 20% lub więcej, na przykład 2% do 20% lub więcej, świadczy o tworzeniu pary, co niewątpliwie doprowadzi do koksowania. Konkretny przykład jest następujący: ciśnienie na wlocie do ogrzewacza w przypadku wsadu wchodzącego do ogrzewacza może wynosić X po ustaleniu się stanu stacjonarnego pracy, zaś ciśnienie na wylocie z ogrzewacza (czyli ciśnienie wsadu opuszczającego ogrzewacz) może wynosić od X do (0,8) X); takie ciśnienie podczas pracy bez koksowania będzie się utrzymywało przy wartości niższej podczas pracy w stanie stacjonarnym. Jeśli parametry procesu wytwarzania sadzy zmienią się, wtedy, rzecz jasna, ciśnienie może ponownie się zmienić wskutek zmiany parametrów. W przykładzie jednak uzyskano warunki stanu stacjonarnego, dlatego ciśnienie wsadu opuszczającego ogrzewacz będzie zasadniczo stałe, z nie wielkimi fluktuacjami (+/- 0% do 1,9%). Podczas pracy w stanie stacjonarnym, jeśli ciśnienie wsadu opuszczającego ogrzewacz (lub ciśnienie przed wprowadzeniem do reaktora do wytwarzania sadzy) spadnie o więcej niż 2%, na przykład spadek procentowy będzie jak podano powyżej, nastąpi gwałtowny spadek ciśnienia, co oznacza tworzenie pary w przewodzie do wsadu i najprawdopodobniej koksowanie. Sposoby według niniejszego wynalazku służą do wytwarzania sadzy, tak że unika się tworzenia warstewki pary (np. unika się tworzenia warstewki pary blokującej transport) i (lub) gwałtownego spadku ciśnienia; niewątpliwym potwierdzeniem uniknięcia tworzenia warstewki pary jest brak nagłego spadku ciśnienia, co stwierdzono w dokumencie. Kolejny przykład jest następujący: nagły spadek ciśnienia podczas pracy w stanie stacjonarnym może stanowić zmianę ciśnienia o 2% lub więcej, która może wystąpić w czasie 15 sekund do 1 godziny, lub 30 sekund do 30 minut, lub 1 minuty do 10 minut; sposoby według niniejszego wynalazku pozwalają tego uniknąć.

Metody kontroli zanieczyszczenia stosowane przy wytwarzaniu sadzy według niniejszego wynalazku mogą prowadzić do zmniejszenia lub zapobieżenia osadzaniu koksu lub innych zanieczyszczeń na ściankach wewnętrznych przewodu doprowadzającego wsad, usuwania osadzonego koksu lub zanieczyszczeń lub obydwu efektów. Natężenie osadzania zanieczyszczeń w przewodach doprowadzających wsad, w których wsad ma temperaturę przekraczającą około 300°C można zmniejszyć lub mu zapobiec dzięki jednemu lub większej liczbie następujących sposobów: zastosowanie wyższego ciśnienia wsadu, zastosowanie wyższej prędkości wsadu, zmniejszenie maksymalnego strumienia cieplnego ogrzewacza do wsadu, pokrycie powierzchni przewodów doprowadzających wsad (w tym przewodów w ogrzewaczu wsadu) warstwą materiału niekatalitycznego, zmniejszenie czasu przebywania wsadu w obszarach o wysokiej temperaturze bądź dowolne kombinacje tych sposobów. Jak zaznaczono, usuwanie koksu z przewodów doprowadzających wsad można zastosować jako kolejny lub dodatkowy sposób kontroli zanieczyszczeń. Jeśli występują w przewodzie doprowadzającym, osady koksu można usunąć na przykład przez okresowe przedmuchiwanie przewodów do wsadu gazem lub cieczą do przedmuchiwania, na przykład utleniaczem węgla. Przewody do wsadu można poddać rozspajaniu lub czyszczeniu mechanicznemu w celu usunięcia koksu.

W przypadku dowolnej stosowanej kombinacji takich sposobów kontroli zanieczyszczeń celem może być zmniejszenie do minimum wypadkowej szybkości tworzenia zanieczyszczeń w przewodzie doprowadzającym (np. szybkości osadzania koksu zmniejszonej o szybkość ewentualnego zastosowanego usuwania koksu). Wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, może być wprowadzany w sposób ciągły w celu wytwarzania sadzy w reaktorze w sposób stabilny bez zakłóceń (np. bez niedrożności przewodów dostarczających wsad wskutek zanieczyszczenia) przez okres na przykład co najmniej około 12 godzin, lub co najmniej 18 godzin, lub co najmniej około 24 godzin, lub co najmniej około 30 godzin lub więcej (np. 12 godzin do 8 miesięcy lub więcej, 12 godzin do 6 miesięcy, 12 godzin do 3 miesięcy, 20 godzin do 1 miesiąca). Szacowane oszczędności kosztów surowców

PL 222 582 B1 w sposobie według niniejszego wynalazku, wyznaczone na przykład na podstawie modelowania przedstawionego w przykładach, przekraczają 10%, jeśli wsad ogrzano wstępnie do 500°C, oraz przekraczają 20%, jeśli wsad ogrzano wstępnie do 700°C w stabilnym trybie pracy bez zanieczyszczenia wsadu w porównaniu do konwencjonalnej temperatury wsadu (poniżej 300°C). Niniejszy wynalazek daje ponadto dwie dodatkowe korzyści. Jedną jest mechanizm zwiększania wydajności dzięki wstępnemu tworzeniu się zarodków w procesie pirolizy. Drugi mechanizm zwiększenia wydajności wynika z szybkiego samorzutnego odparowania wsadu w reaktorze do wytwarzania sadzy, przy czym nie następuje chłodzenie otaczającego gazu. Ponadto sposoby kontroli zanieczyszczeń według niniejszego wynalazku nie wymagają dodatków chemicznych, co mogłoby być nieekonomiczne i (lub) niekorzystnie wpływać na przetwarzanie sadzy lub produkty.

Jak stwierdzono, jeśli wykorzystuje się niniejsze sposoby kontroli zanieczyszczeń, wsad można ogrzać do temperatury przekraczającej około 300°C lub innej temperatury przekraczającej 500°C. Dzięki usprawnieniom wprowadzanym przez niniejszy wynalazek temperatura wsadu może na przykład wynosić co najmniej 310°C, co najmniej 350°C, co najmniej 375°C, co najmniej 400°C, co najmniej 425°C, co najmniej około 450°C, lub co najmniej około 500°C, lub co najmniej około 550°C, lub co najmniej około 600°C, lub co najmniej około 650°C, lub co najmniej około 700°C, lub co najmniej około 750°C, lub co najmniej około 800°C, co najmniej 850°C, lub od około 305°C do około 850°C, lub od około 350°C do około 850°C, lub od około 450°C do około 750°C, lub od około 450°C do około 700°C, lub od około 500°C do około 750°C, lub od około 500°C do około 700°C. Temperatura wsadu to temperatura wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, bezpośrednio po wyjściu z ogrzewacza lub ogrzewaczy zastosowanych do ogrzewania wstępnego wsadu i (lub) bezpośrednio przed wprowadzeniem do reaktora do wytwarzania sadzy. Temperaturę wsadu w tym przypadku można mierzyć lub wyznaczać w jednym lub większej liczbie punktów na długości przewodu doprowadzającego wsad od punktu, w którym temperaturę wsadu zwiększono do wartości przekraczającej około 300°C do końca przewodu doprowadzającego, którym wsad jest wprowadzany do reaktora. Przewód doprowadzający wsad obejmuje rurkę dowolnej długości w ogrzewaczu wsadu, w której lub po której temperaturę wsadu zwiększono do wartości przekraczającej około 300°C, i przed transportem w dodatkowym odcinku przewodu doprowadzającego, biegnącym od ogrzewacza wsadu do reaktora. Ewentualnie temperatura wstępnie ogrzanego wsadu może mieć bezwzględnie minimalną wartość w przewodzie doprowadzającym wstępnie ogrzany wsad nie niższą od 301°C i (lub) ewentualnie maksymalna zmienność temperatury w przewodzie doprowadzającym wstępnie ogrzany wsad może wynosić, na przykład, ±20% lub ±10%, lub ±5%, lub ±2,5%, lub ±1%, lub ±0,5%, uwzględniając wszystkie punkty wzdłuż przewodu doprowadzającego wsad. Te podane temperatury wsadu można wykorzystać w połączeniu z różnymi zmiennymi procesu kontroli zanieczyszczenia, o których mowa w dokumencie.

Kontrola zanieczyszczenia za pomocą podanej prędkości wsadu, co najmniej w części, może obejmować wprowadzanie wsadu lub wsadów z tą prędkością do ogrzewacza i (lub) przez ogrzewacz, który wstępnie ogrzewa wsad i (lub) przez przewód doprowadzający wsad do reaktora. Ta prędkość może, na przykład, wynosić co najmniej około 0,2 m/s, lub co najmniej około 0,5 m/s, lub co najmniej około 1 m/s, lub co najmniej około 1,6 m/s, lub co najmniej około 2 m/s, lub co najmniej około 3 m/s, lub od około 0,2 m/s do około 10 m/s, lub od około 1 m/s do około 7 m/s, lub od około 1,5 m/s do 3 m/s, lub od około 2 m/s do około 6 m/s, lub od około 3 m/s do około 5 m/s. Prędkość wsadu jest prędkością liniową względem osi podłużnej rury lub innej konstrukcji przewodu doprowadzającego. Prędkość wsadu (prędkość pierwszą) mierzy się w punkcie wprowadzania do ogrzewacza, który wstępnie ogrzewa wsad. Prędkość wsadu przechodzącego przez grzejnik lub grzejniki i (lub) po wyjściu z grzejnika lub grzejników może być taka sama lub różna od prędkości pierwszej i może na przykład być większa (np. co najmniej 1% większa, co najmniej 2% większa, co najmniej 3% większa, co najmniej 5% większa, co najmniej 7% większa, co najmniej 10% większa, co najmniej 100% większa, co najmniej 200% większa, na przykład od 1% do 300% większa lub od 50% do 200% większa i podobna). Prędkość mierzy się lub oblicza na podstawie gęstości wsadu mierzonej w 60°C przy 101,325 Pa oraz na podstawie najmniejszego pola przekroju poprzecznego w przewodzie do wsadu, w którym następuje pomiar. Przewód doprowadzający wsad może obejmować rurkę dowolnej długości w ogrzewaczu wsadu, w której i (lub) po której temperaturę wsadu zwiększono do wartości przekraczającej około 300°C, i przed transportem w dodatkowym odcinku przewodu doprowadzającego, biegnącym od ogrzewacza wsadu do reaktora. Na przykład prędkość wsadu może mieć bezwzględnie minimalną wartość w przewodzie doprowadzającym wsad nie niższą od 0,2 m/s i (lub) ewentualnie maksymalna zmienność prędkości w przewodzie doprowadzającym wsad może wynosić na przykład

PL 222 582 B1 ±20% lub ±10% lub ±5% lub ±1% lub ±0,5%, uwzględniając wszystkie punkty wzdłuż przewodu doprowadzającego wsad.

Kontrola zanieczyszczenia przy pomocy zwiększenia ciśnienia wsadu, co najmniej w części, może obejmować podwyższenie ciśnienia wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, na przykład, do wartości przekraczającej około 10⁶ Pa lub przekraczającej około 2x10⁶ Pa lub przekraczającej około 3x10⁶ Pa lub przekraczającej około 4x10⁶ Pa lub przekraczającej około 5x10⁶ Pa lub od około 10⁶ do około 1,8x10⁷ Pa lub od około 2x10⁶ do około 1,8x10⁷ Pa lub od około 4x10⁶ do około 1,8x10⁷ Pa lub od około 5x10⁶ do około 1,8x10⁷ Pa lub więcej. Ciśnienie wsadu podawane w dokumencie stanowi ciśnienie bezwzględne. Ciśnienie (ciśnienie pierwsze) to ciśnienie mierzone w punkcie przed wprowadzeniem do ogrzewacza w celu ogrzania wstępnego. Ciśnienie w ogrzewaczu lub ogrzewaczach, w których wsad jest ogrzewany wstępnie i (lub) za nimi, do miejsca lub miejsc wprowadzania do reaktora może być takie samo lub różne od ciśnienia pierwszego, na przykład niższe od ciśnienia pierwszego (np. co najmniej 1% niższe, co najmniej 2% niższe, co najmniej 3% niższe, co najmniej 5% niższe, co najmniej 7% niższe, co najmniej 10% niższe, co najmniej 15% niższe, co najmniej 20% niższe, na przykład od 1% do 25% niższe lub od 3% do 20% niższe i podobne). Pomiary ciśnienia w mierniku należy skorygować względem wartości bezwzględnych w znany sposób w celu porównania z zakresami podanymi w dokumencie. Ciśnienie wsadu można mierzyć lub wyznaczać w jednym lub większej liczbie miejsc na długości przewodu doprowadzającego wsad od miejsca, w którym temperaturę wsadu zwiększono do wartości przekraczającej około 300°C, do końca przewodu doprowadzającego, którym wsad jest wprowadzany do reaktora. Przewód doprowadzający wsad może obejmować rurkę dowolnej długości w ogrzewaczu wsadu, w której i po której temperaturę wsadu zwiększono do wartości przekraczającej około 300°C, i przed transportem w dodatkowym odcinku przewodu doprowadzającego, biegnącym od ogrzewacza wsadu do reaktora. Ciśnienie może być wprost proporcjonalne do temperatury wsadu w celu kontroli zanieczyszczenia. Na przykład ciśnienie wsadu wynoszące 10⁶ Pa może być odpowiednie do kontroli zanieczyszczenia w temperaturze wsadu wynoszącej 300°C, zaś zwiększone ciśnienie wynoszące powyżej 10⁶ Pa, na przykład 2x10⁶ Pa lub więcej, może być bardziej użyteczne, aby zapewnić ten sam poziom kontroli zanieczyszczeń, jeśli temperaturę wsadu zwiększy się do 500°C, przy czym wszystkie inne parametry są identyczne.

Można zastosować kontrolę zanieczyszczeń przy niskim całkowitym czasie przebywania wsadu. Całkowity czas przebywania wsadu może stanowić łączny czas przebywania w co najmniej jednym ogrzewaczu do ogrzewania wstępnego, w tym czas przebywania wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przed wprowadzeniem do reaktora. Całkowity czas przebywania może, na przykład, wynosić poniżej około 120 minut, lub poniżej około 90 minut, lub poniżej około 60 minut, lub poniżej około 45 minut, lub poniżej około 30 minut, lub poniżej 15 minut, lub poniżej 10 minut, lub poniżej 5 minut, lub poniżej 4 minut, lub poniżej 3 minut, lub poniżej 2 minut, lub poniżej 1 minuty, lub poniżej 30 sekund, lub poniżej 15 sekund, lub od około 1/60 minuty do około 120 minut, lub od około 0,5 minuty do około 120 minut, lub od około 1 minuty do około 90 minut, lub od około 2 minut do około 60 minut, lub od około 3 minut do około 45 minut, lub od około 4 minut do około 30 minut, lub od 5 do 30 minut, lub od 5 do 40 minut, lub od 10 do 30 minut, lub od około 5 minut do około 15 minut. Czas przebywania może stanowić wartość średnią lub wartość maksymalną lub wartość minimalną. Czas przebywania wsadu można wyznaczać od miejsca, w którym temperaturę wsadu zwiększono do wartości przekraczającej około 300°C, do miejsca, w którym wsad jest wprowadzany do reaktora. Czas przebywania może być odwrotnie proporcjonalny do temperatury wsadu. Na przykład czas przebywania wsadu wynoszący maksymalnie do około 120 minut może być odpowiedni i nie powodować problemów z zanieczyszczeniem w temperaturze wsadu wynoszącej 310°C oraz czas przebywania można korzystnie zmniejszyć do wartości poniżej 120 minut, aby zapewnić ten sam poziom kontroli zanieczyszczeń, jeśli temperaturę wsadu zwiększy się do 500°C, przy czym wszystkie inne parametry są identyczne.

Kontrola zanieczyszczenia podczas ogrzewania wstępnego wsadu, na przykład w ogrzewaczu wsadu, może obejmować zastosowanie ogrzewacza pracującego przy średnim strumieniu cieplnym przekraczającym około 10 kW/m² lub przekraczającym około 20 kW/m², lub przekraczającym około 30 kW/m², lub przekraczającym około 50 kW/m², lub przekraczającym około 100 kW/m², lub od około 10 kW/m² do około 150 kW/m² (lub więcej) lub od około 20 do około 150 kW/m², lub od około 30 do około 100 kW/m², lub od około 40 do około 75 kW/m², lub od około 50 do około 70 kW/m². Eksploatacja przy wyższym strumieniu cieplnym może stanowić sposób kontroli zanieczyszczenia, ponieważ wyższy strumień cieplny zwiększa szybkość ogrzewania wsadu, z którego otrzymuje się sadzę i (lub)

PL 222 582 B1 umożliwia zastosowanie krótszego czasu przebywania w ogrzewaczu, ponieważ czas konieczny do uzyskania docelowej temperatury ogrzewania wstępnego jest krótszy.

Kontrola zanieczyszczenia za pomocą powierzchni niekatalitycznej wobec krakowania (np. krakowania termicznego) i (lub) polimeryzacji węglowodorów na wewnętrznych, stykających się ze wsadem ściankach przewodu doprowadzającego wsad może, co najmniej w części, obejmować na przykład jedną lub większą liczbę warstw powłoki ochronnej, na przykład powłoki ceramicznej (np. z krzemionki, tlenku glinu, tlenku chromu).

Kontrola zanieczyszczenia za pomocą okresowego wprowadzania do przewodu gazu do przedmuchiwania przez przewód doprowadzający wsad może obejmować wtryskiwanie utleniacza węgla (np. CO2, tlenu, pary, mieszanin pary i powietrza) do przewodu doprowadzającego wsad w dostępnym miejscu lub miejscach na długości przewodu do wsadu. Gaz do przedmuchiwania można wprowadzać w temperaturze 150°C lub wyższej lub przekraczającej 300°C za wszelkimi urządzeniami do pompowania płynnego wsadu. Prędkość przepływu pary przez przewód do przedmuchiwania może na przykład wynosić co najmniej około 6 m/s. Wszelkie ślepe odnogi przewodów do wsadu można wyeliminować, tak by gaz do przedmuchiwania natychmiast wyparł cały wsad do reaktora. Gaz do przedmuchiwania można wprowadzić przed ogrzewaczem wsadu, aby dodatkowo zapewnić oczyszczenie wszystkich przewodów dostarczających, w których temperatura procesu przekracza 300°C.

Jak zaznaczono, kontrola zanieczyszczenia przez usuwanie koksu z przewodów doprowadzających wsad może na przykład obejmować rozspajanie lub usuwanie mechaniczne. Rozspajanie może na przykład obejmować chłodzenie pokrytej koksem rury w układzie, tak że co najmniej część koksu osadzonego wewnątrz rury odpadnie lub w inny sposób oddzieli się od wewnętrznych ścianek rury wskutek jej kurczenia podczas chłodzenia. Luźny koks można wypłukać z rury, przy czym rura po rozspajaniu jest ponownie gotowa do użycia. Podczas rozspajania wsad może ominąć rurę poddawaną rozspajaniu, na przykład za pomocą zaworów, przez alternatywny dołączony przewód lub przewody doprowadzające do reaktora, występujące w instalacji. Po oczyszczeniu rura po rozspajaniu jest ponownie gotowa do użycia. Inny sposób usuwania koksu osadzonego w rurach do wsadu może obejmować przesuwanie mechanicznego skrobaka przez rurę w celu mechanicznego usunięcia koksu z wnętrza rur. Podczas usuwania mechanicznego wsad może ominąć rurę, na przykład za pomocą zaworów, przez alternatywny dołączony przewód lub przewody doprowadzające do reaktora, występujące w instalacji; w tym czasie rura odłączona od instalacji w celu oczyszczenia nie jest wykorzystywana. Jeśli wykorzystuje się rozspajanie i (lub) usuwanie mechaniczne, można je wykonywać okresowo w przewodach doprowadzających wsad.

Wsad, z którego otrzymuje się sadzę, który można przetwarzać w wysokiej temperaturze bez kontroli zanieczyszczeń dzięki niniejszemu wynalazkowi, może zawierać dowolny ciekły wsad węglowodorowy lub stanowiący olej, użyteczny do wytwarzania sadzy. Do odpowiednich ciekłych wsadów należą na przykład węglowodory nienasycone, węglowodory nasycone, olefiny, związki aromatyczne i inne węglowodory, na przykład nafta, naftaleny, terpeny, smoły etylenowe, smoły węglowe, pozostałości po krakowaniu oraz związki pierścieniowe aromatyczne bądź dowolne ich kombinacje. Wsad może stanowić na przykład olej dekantowany, produkt ze smoły węglowej, pozostałości po krakowaniu etylenowym, asfalten zawierający olej, lub dowolne ich kombinacje. Rodzaj wsadu może wpływać na powstawanie zanieczyszczeń. Właściwości chemiczne mogą zmieniać się w zależności od rodzaju wsadu i (lub) w obrębie rodzaju wsadu. Na podstawie doświadczenia i badań laboratoryjnych wiadomo, że na przykład olej dekantowany, olej koksowniczy, smoły węglowe i pozostałości po krakowaniu etylenowym mogą tworzyć zanieczyszczenia w temperaturze przekraczającej około 300°C. Pozostałości po krakowaniu etylenowym (ECR), na przykład, mogą mieć dużą zawartość asfaltenów. Inne rodzaje wsadów także mogą zawierać asfalteny i (lub) mieć właściwości chemiczne powodujące podatność na inne mechanizmy zanieczyszczenia.

Zawartość asfaltenu we wsadzie może wynosić na przykład od 0% do około 30% wagowo lub co najmniej około 0,5% wagowo lub co najmniej około 1% wagowo lub co najmniej około 2% wagowo lub co najmniej około 3% wagowo lub od około 1% do około 10% wagowo lub od około 2% do około 7,5% wagowo lub od około 2,5% do około 5% wagowo względem całkowitej masy wsadu. Wsad może mieć temperaturę początku wrzenia na przykład od około 160°C do około 500°C lub od około 180°C do około 450°C lub od około 200°C do około 400°C lub od 225°C do około 350°C. Temperatura początku wrzenia to temperatura, w której pierwszy składnik wsadu (we wsadzie) odparowuje. Wsad może mieć temperaturę środka wrzenia na przykład od około 380°C do około 800°C lub od około 400°C do około 500°C lub od około 425°C do około 475°C lub od 440°C do około 460°C. Temperatura

PL 222 582 B1 środka wrzenia to temperatura, w której 50% składników wsadu odparowało. Wsad może mieć temperaturę końca wrzenia na przykład od około 600°C do około 900°C lub od około 625°C do około 725°C lub od około 650°C do około 700°C lub od 670°C do około 690°C. Temperatura końca wrzenia to temperatura, w której 100% składników wsadu odparowało. Temperatura początku, środka i (lub) końca wrzenia może być inna w zależności od wyboru i właściwości chemicznych wsadu.

Przykładowe zakresy kombinacji zmiennych procesu kontroli zanieczyszczenia podano w tabeli 1.

T a b e l a 1

Nr kombinacji	1	2	3	4	5	6	7
Temp. ogrzewania wstępnego, °C	>300	360-850	>450	>300	360-700	450-700	400-600
Maks (1) czas przebywania, minuty	120	120-1/60	120-1/60	45	40-5	30-5	35-10
Prędkość (2) min., m/s	0,2	0,2	0,2	1	1,6	1,6	1,6
Ciśnienie (3), Pa	>10⁶	>2x10⁶	2x10⁶-1,8x10⁷	>10⁶	>2x10⁶	3x10⁶-1,8x10⁷	3x10⁶-1,2x10⁷
Śr. strumień cieplny kW/m²	>10	>20	20-150	>10	>20	20-150	25-100
Rodzaj wsadu	Olej dekantowany, produkty ze smoły węglowej, ECR, oleje zawierające asfalten
	Temperatura początku wrzenia	Temperatura środka wrzenia	Temperatura końca wrzenia
Temperatura wrzenia wsadu, °C	160-500	380-800	600-900
Mechanizmy koksowania:	Wrzenie warstewkowe	Piroliza fazy ciekłej	Kataliza
Zmniejszenie koksowania	Ciśnienie, prędkość, strumień cieplny	Temperatura, czas przebywania, ciśnienie	Pasywacja powierzchni
Usuwanie koksu	Usuwanie koksu: para lub para/powietrze, rozspajanie (przewód podłączony), mechaniczne (odłączony)

(1) wstępnie ogrzany wsad przed reaktorem (2) przez ogrzewacz (na podstawie warunków testowych 60°C przy 101,325 Pa) (3) przed ogrzewaczem

W świetle powyższego oraz innych wskazówek podanych w dokumencie specjalista w dziedzinie może bez trudności wyznaczyć odpowiednie kombinacje zmiennych procesowych zapewniające kontrolę zanieczyszczenia przewodów dostarczających wstępnie ogrzany wsad.

Sposoby według niniejszego wynalazku można wykorzystać w piecowych reaktorach do wytwarzania sadzy z adaptacjami i modyfikacjami, na przykład podanymi w dokumencie. Sposoby według niniejszego wynalazku można stosować na przykład w reaktorze do wytwarzania sadzy modułowym, określanym także jako etapowy. Etapowe reaktory piecowe, które można zaadaptować lub zmodyfikować do stosowania według niniejszego wynalazku, pokazano na przykład w patentach Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3,922,335; 4,383,973; 5,190,739; 5,877,250; 5,904,762; 6,153,684; 6,156,837; 6,403,659 i 6,485,693 B1. Kontrola zanieczyszczeń dzięki niniejszemu wynalazkowi może ewentualnie umożliwić przeprowadzenie ogrzewania wstępnego co najmniej części wsadu przez ogrzanie wsadu ciepłem wytwarzanym w reaktorze piecowym w jednym lub większej liczbie miejsc w reaktorze. Korzyść tę zilustrowano w poniższym omówieniu w odniesieniu do szeregu figur.

Niniejszym opisano tu ponadto instalację do wytwarzania sadzy.

PL 222 582 B1

Instalacja ta lub układ obejmuje:

reaktor, w którym ogrzany strumień gazów oraz co najmniej jeden wsad, z którego otrzymuje się sadzę, łączy się uzyskując strumień reakcyjny, w którym sadzę wytwarza się w reaktorze; co najmniej jeden przewód doprowadzający wsad do doprowadzania wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do co najmniej jednego punktu wprowadzania wsadu do reaktora, aby połączyć wsad ze strumieniem ogrzanego gazu;

co najmniej jeden ogrzewacz wsadu, który służy do wstępnego ogrzewania wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, doprowadzanego co najmniej jednym przewodem dostarczającym wsad, do temperatury co najmniej około 300°C;

co najmniej jedną pompę, która służy do zwiększania ciśnienia wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia przekraczającego około 10⁶ Pa przed wstępnym ogrzaniem wsadu do co najmniej około 300°C oraz do uzyskania prędkości wsadu w ogrzewaczu wsadu wynoszącej co najmniej około 0,2 m/s lub obydwu oraz urządzenie chłodzące do chłodzenia sadzy w strumieniu reakcyjnym.

Instalacja może służyć do zapewniania czasu przebywania wsadu w co najmniej jednym ogrzewaczu wsadu i w co najmniej jednym przewodzie doprowadzającym wsad przed wprowadzeniem do reaktora w przypadku wsadu ogrzanego wstępnie do temperatury przekraczającej około 300°C, wynoszącego mniej niż około 120 minut.

Co najmniej jeden ogrzewacz wsadu może być taki, jak określono powyżej, i może stanowić lub obejmować wymiennik ciepła służący do ogrzewania wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przy średnim strumieniu cieplnym przekraczającym około 10 kW/m².

Co najmniej jeden ogrzewacz wsadu może znajdować się w reaktorze tak, że może stykać się ze strumieniem reakcyjnym i służyć do ogrzewania wsadu do temperatury co najmniej 300°C, na przykład co najmniej 370°C. Co najmniej jeden ogrzewacz wsadu może być umieszczony w styczności (bezpośrednio lub pośrednio) z co najmniej częścią reaktora służącego do ogrzewania wsadu do temperatury co najmniej 300°C, na przykład co najmniej 370°C. Co najmniej jeden ogrzewacz wsadu może stanowić lub obejmować wymiennik ciepła znajdujący się w reaktorze za urządzeniem chłodzącym, przy czym wymiennik ciepła zawiera ścianki dostosowane do ogrzewania strumieniem reakcyjnym po pierwszej jego stronie oraz dostosowane do styczności ze wsadem po przeciwnej jego stronie przed wprowadzeniem wsadu do co najmniej jednego przewodu dostarczającego wsad, przy czym wsad można ogrzać w wymienniku ciepła do temperatury co najmniej 300°C, na przykład co najmniej 370°C. Instalacja może obejmować co najmniej jeden wymiennik ciepła z płynnym nośnikiem ciepła, znajdujący się w reaktorze tak, że może stykać się ze strumieniem reakcyjnym, oraz co najmniej jeden ogrzewacz wsadu znajdujący się na zewnątrz reaktora i służący do wymiany ciepła z płynnym nośnikiem wsadu, który opuścił wymiennik ciepła ze wsadem w ogrzewaczu wsadu, aby ogrzewać wsad do temperatury co najmniej 300°C, na przykład co najmniej 370°C. Co najmniej jeden ogrzewacz wsadu może służyć do wymiany ciepła ze strumienia gazów resztkowych z reaktora (reaktora otrzymującego wstępnie ogrzany wsad lub innego) w celu ogrzewania wsadu do temperatury co najmniej 300°C, na przykład co najmniej 370°C. Instalacja może obejmować ogrzewacz plazmowy służący do ogrzewania strumienia gazu, który można ogrzać plazmą, aby uzyskać co najmniej część ogrzanego strumienia gazu. Instalacja może obejmować powierzchnię niekatalityczną na niektórych lub wszystkich ściankach ogrzewacza wsadu stykających się ze wsadem i (lub) na ściankach wewnętrznych stykających się ze wsadem co najmniej jednego przewodu doprowadzającego wsad, przy czym powierzchnia jest niekatalityczna względem krakowania termicznego lub polimeryzacji węglowodorów. Instalacja może obejmować niekatalityczną powłokę ceramiczną na ściankach ogrzewacza wsadu stykających się ze wsadem i (lub) na ściankach wewnętrznych stykających się ze wsadem w co najmniej jednym przewodzie doprowadzającym wsad. Instalacja może obejmować co najmniej jedno źródło gazu do przedmuchiwania, na przykład utleniacza węgla, oraz co najmniej jeden punkt wprowadzania gazu do przedmuchiwania na co najmniej jednym przewodzie doprowadzającym wsad, służący do okresowego przedmuchiwania co najmniej jednego przewodu doprowadzającego wsad gazem do przedmuchiwania. Reaktor może służyć do łączenia wsadu i strumienia ogrzanego gazu z ciągłym wytwarzaniem sadzy w reaktorze przez co najmniej około 12 godzin.

Jako przykład, FIG. 1 przedstawia część jednego rodzaju reaktora piecowego do wytwarzania sadzy, który można wykorzystać w sposobie według niniejszego wynalazku do wytwarzania sadz, przy czym co najmniej część ogrzewania wstępnego obejmuje ogrzewanie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, strumieniem reakcyjnym w reaktorze w celu ogrzania wsadu do temperatury przekraczającej około 300°C. W sposobie przedstawionym na schemacie na FIG. 1 stosuje się jedną lub więcej podaPL 222 582 B1 nych metod kontroli zanieczyszczenia, umożliwiających zastosowanie takiego wstępnie ogrzanego wsadu.

W odniesieniu do FIG. 1 sadzę według niniejszego wynalazku można wyprodukować w reaktorze piecowym 2 do wytwarzania sadzy, mającym strefę 10 spalania, w której znajduje się ewentualnie strefa 11 o zmniejszającej się średnicy, strefa lub strefy 12 wtryskiwania wsadu oraz strefa lub strefy 13 reakcji. Po strefie 13 reakcji następuje pierwsza strefa 14 chłodzenia. Użyteczne średnice i długości tych poszczególnych stref, które można zastosować, można wybrać kierując się wymienionymi powyżej patentami dołączonymi na mocy odwołania. W celu wytworzenia sadzy gorące gazy spalinowe wytwarza się w strefie 10 spalania w reakcji paliwa ciekłego lub gazowego z odpowiednim utleniaczem, na przykład powietrzem, tlenem, mieszaninami powietrza i tlenu oraz podobnymi. Wśród paliw odpowiednich do zastosowania w reakcji ze strumieniem utleniacza w strefie 10 spalania w celu wytworzenia gorących gazów spalinowych znajdują się dowolne łatwopalne gazy, pary i (lub) strumienie cieczy, na przykład gaz ziemny, wodór, tlenek węgla, metan, acetylen, alkohole lub nafta. Korzystne jest jednak zasadniczo, aby stosować paliwa o dużej zawartości składników zawierających węgiel, w szczególności węglowodory. Stosunek stechiometryczny powietrza do gazu ziemnego stosowanego do wytwarzania sadzy zgodnie z niniejszym wynalazkiem może wynosić od około 0,6:1 do nieskończoności lub od około 1:1 (stosunek stechiometryczny) do nieskończoności. Aby ułatwić wytwarzanie gorących gazów spalinowych, strumień utleniacza może być wstępnie ogrzany. Strumień gorących gazów spalinowych przepływa za strefami 10 i 11 do stref 12 i 13, a następnie 14. Kierunek przepływu gorących gazów spalinowych pokazano strzałką na FIG. 1. Wsad 15, z którego otrzymuje się sadzę, jest wprowadzany w punkcie 16 znajdującym się w strefie 12. Wsad można wprowadzać przez sondę lub sondy, promieniście do wewnątrz przez szereg otworów znajdujących się w ścianie strefy 12 w punkcie 16 lub w kombinacji obydwu. Wsad można wprowadzać osiowo lub promieniście przez sondę lub sondy wprowadzone osiowo przez palnik w dowolnym miejscu stref 11, 12 i (lub) 13 (działanie na zasadzie wysięgnika). Do zastosowania w wynalazku nadają się rodzaje wsadów węglowodorowych, z których otrzymuje się sadzę, które można łatwo odparować w warunkach reakcji; należą do nich wsady wymienione powyżej. Reaktor i końcówki palników w wysokiej temperaturze wsadu mogą być bardziej podatne na erozję. Aby wydłużyć okres użytkowania końcówki, można zastosować materiały, takie jak stop metali STELLITE®.

Jak pokazano na FIG. 1, wsad 15, z którego otrzymuje się sadzę, jest ogrzewany wstępnie do temperatury przekraczającej około 300°C przed wprowadzeniem go do reaktora 2. Wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, jest dostarczany co najmniej jednym przewodem 17 doprowadzającym wsad do co najmniej jednego punktu 16 wprowadzania wsadu do reaktora 2. Po wprowadzeniu wsad łączy się z ogrzanym strumieniem gazów uzyskując strumień reakcyjny, w którym sadzę wytwarza się w reaktorze. Sadzę w strumieniu reakcyjnym można schłodzić w jednej lub większej liczbie stref. Na przykład w miejscu 18 chłodzenia strefy 14 chłodzenia wtryskiwany jest płyn chłodzący, który może zawierać wodę i który można wykorzystać do całkowitego lub zasadniczo całkowitego zatrzymania pirolizy wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, lub jedynie do częściowego schłodzenia wsadu bez zatrzymania pirolizy, po czym następuje drugie chłodzenie (niepokazane) w celu zatrzymania pirolizy wsadu, z którego otrzymuje się sadzę.

Ponadto jak pokazano na FIG. 1, ogrzewacz 19 wsadu może obejmować wymiennik ciepła (HXR), który może mieć ścianki ogrzewacza (niepokazane), na przykład wykorzystywane w znanych konstrukcjach wymienników ciepła, ogrzewane strumieniem reakcyjnym po ich pierwszej stronie i stykające się ze wsadem po ich stronie przeciwnej przed dostarczeniem wsadu do co najmniej jednego przewodu dostarczającego wsad. Jak stwierdzono, wsad jest ogrzewany w wymienniku ciepła do temperatury przekraczającej około 300°C. Jakkolwiek wymiennik ciepła do wsadu został pokazany za urządzeniem chłodzącym, może on znajdować się przed urządzeniem chłodzącym w strumieniu reakcyjnym, pod warunkiem, że ogrzewacz ma budowę wytrzymałą na wysoką temperaturę w reaktorze przed chłodzeniem i może w niej pracować. Ogrzewacz wsadu może znajdować się w fizycznej styczności z co najmniej częścią reaktora lub np. wężownicy lub rurek umieszczonych wewnątrz lub na nim, w styczności z ogrzewaną ścianką lub ściankami reaktora, w celu ogrzewania wsadu do temperatury przekraczającej około 300°C. Jakkolwiek nie pokazano tego na FIG. 1, wymiennik ciepła może ewentualnie ogrzewać wsad do temperatury pośredniej (np. powyżej 250°C lub 50°C do 350°C lub innej temperatury niższej od docelowej temperatury ogrzewania wstępnego) lub może być wykorzystywany do uzyskania temperatury ogrzewania wstępnego powyżej 300°C, a następnie można wykorzystać

PL 222 582 B1 kolejny wymiennik ciepła lub ogrzewacz na zewnątrz lub wewnątrz reaktora do ogrzania do ostatecznej temperatury ogrzewania wstępnego.

Strumień reakcyjny w reaktorze może mieć temperaturę przy chłodzeniu na przykład od około 600°C do około 2000°C lub od około 800°C do około 1800°C lub od około 1000°C do około 1500°C lub inną wysoką temperaturę odzwierciedlającą ekstremalną reakcję egzotermiczną zachodzącą w reaktorze piecowym. Niniejszy wynalazek może umożliwiać wymianę ciepła wsadu z dużym ciepłem reakcji egzotermicznej tworzącym się w reakcjach zachodzących w reaktorze, przy czym nie występują problemy z zanieczyszczeniem przewodów dostarczających wsad. Niniejszy wynalazek może w ten sposób umożliwić zwiększenie odzysku energii i zmniejszenie kosztów surowców w porównaniu do konwencjonalnej produkcji sadzy przy znacznie niższej temperaturze wsadu.

Jak pokazano ponadto na FIG. 1, można zamontować co najmniej jedną pompę 20, włączoną w przewód do wsadu przed ogrzewaczem 19 wsadu wykorzystywanym do zwiększenia temperatury do wartości przekraczającej 300°C. Pompę można zastosować do zwiększenia ciśnienia wsadu przed jego wprowadzeniem do ogrzewacza wsadu. W ten sposób ciśnienie wsadu może być zwiększone już w momencie zwiększenia temperatury wsadu i uzyskania wartości podwyższonych, przy czym nie występują problemy z zanieczyszczeniem przewodu dostarczającego wsad, które w innym wypadku mogłyby wystąpić, jeśli nie nastąpiłoby zwiększenie ciśnienia lub nie zastosowano by innych wskazanych sposobów kontroli zanieczyszczeń. Ponieważ zazwyczaj może nastąpić spadek ciśnienia wsadu przy przejściu przez ogrzewacz wsadu w normalnych warunkach pracy (np. spadek ciśnienia o 0 do około 2x10⁶ Pa), na przykład w zależności od konstrukcji wymiennika ciepła i trybu pracy, każde zwiększenie ciśnienia wsadu w ramach kontroli zanieczyszczenia powinno równoważyć jakikolwiek spadek ciśnienia, który może wystąpić lub można oczekiwać jego wystąpienia w wymienniku ciepła do wsadu, a także jakikolwiek inny spadek ciśnienia, który może wystąpić lub można oczekiwać jego wystąpienia w rurach przewodów dostarczających lub w innych przewodach do transportu wstępnie ogrzanego wsadu do reaktora, w szczególności, jeśli jest to konieczne do utrzymania ciśnienia wsadu w zakresie wartości docelowych. Jakkolwiek w celu uproszczenia ilustracji na FIG. 1 oraz innych figurach w dokumencie pokazano tylko jeden przewód dostarczający wsad oraz punkt wtryskiwania wsadu w reaktorze, należy rozumieć, że można zastosować więcej przewodów dostarczających wsad i punktów wtryskiwania do reaktora, przy czym można także zastosować w nich wskazane sposoby kontroli zanieczyszczeń.

Po schłodzeniu mieszaniny gorących gazów spalinowych i wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, schłodzone gazy przechodzą dalej i są poddawane dowolnym konwencjonalnym etapom chłodzenia i rozdziału, w których odzyskuje się sadzę. Sadzę można łatwo oddzielić od strumienia gazu za pomocą konwencjonalnych urządzeń, na przykład elektrofiltru, odpylacza cyklonowego lub filtra workowego. W odniesieniu do całkowitego chłodzenia reakcji, aby wytworzyć produkt ostateczny - sadzę, można zastosować dowolny konwencjonalny sposób chłodzenia reakcji po wprowadzeniu wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, znany specjalistom w dziedzinie. Na przykład można wtryskiwać płyn chłodzący, który może stanowić woda lub inne odpowiednie płyny zatrzymujące reakcję chemiczną.

FIG. 2 przedstawia część innego rodzaju reaktora piecowego do wytwarzania sadzy, który można wykorzystać w sposobie według niniejszego wynalazku do wytwarzania sadz, przy czym co najmniej część ogrzewania wstępnego obejmuje zetknięcie wymiennika ciepła 21 ze strumieniem reakcyjnym w reaktorze oraz płynny czynnik grzewczy lub nośnik 28, na przykład para lub azot, przepływający przez wymiennik ciepła, jest ogrzewany w reaktorze, zaś ogrzana para (np. para przegrzana) następnie opuszcza wymiennik ciepła i reaktor, i jest przesyłana rurą przez odrębny ogrzewacz 22 wsadu znajdujący się na zewnątrz reaktora, służący do wymiany ciepła ze wsadem w ogrzewaczu wsadu w celu ogrzania wsadu do temperatury przekraczającej około 300°C, na przykład 370°C lub większej.

FIG. 3 przedstawia część innego rodzaju reaktora piecowego do wytwarzania sadzy, który można wykorzystać w sposobie według niniejszego wynalazku do wytwarzania sadz, przy czym co najmniej część ogrzewania wstępnego obejmuje zetknięcie ogrzewacza 23 wsadu z gazem resztkowym, który opuścił reaktor w celu ogrzania wsadu w ogrzewaczu wsadu do temperatury przekraczającej około 300°C (lub co najmniej częściowo do temperatury docelowej).

FIG. 4 przedstawia inny rodzaj reaktora piecowego do wytwarzania sadzy, który można wykorzystać w sposobie według niniejszego wynalazku, przy czym strumień ogrzanego gazu obejmuje co najmniej częściowo lub całkowicie ogrzany gaz 24, który ogrzano co najmniej w części lub całkowicie za pomocą ogrzewacza plazmowego 25. Ogrzewanie plazmowe gazu można przeprowadzić na przyPL 222 582 B1 kład sposobami znanymi specjalistom w dziedzinie. Można na przykład zastosować palnik plazmowy, na przykład taki jak przedstawiono w patencie Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5,486,674; należy ponadto uwzględnić ogrzewanie plazmowe ujawnione w patentach Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4,101,639 i 3,288,696.

Jak pokazano ponadto na FIG. 4, wsad może być ogrzewany pośrednio za pomocą czynnika grzewczego (np. pary), po uzyskaniu przez niego ciepła ze strumienia reakcyjnego w wymienniku ciepła 26 w reaktorze lub ewentualnie wsad może być ogrzewany bezpośrednio w wymienniku ciepła 26 w reaktorze, co pokazano linią kreskowaną.

Konstrukcja wymiennika ciepła stosowanego do wstępnego ogrzewania wsadu wewnątrz lub na zewnątrz reaktora w różnych schematach technologicznych według niniejszego wynalazku może stanowić dowolną konwencjonalną konstrukcję wymiennika ciepła, na przykład płaszcz i rurkę, płaszcz i wężownicę, płytę i ramę oraz podobne. Jeśli wymiennik ciepła ma konfigurację z wbudowaną wężownicą, można zastosować rurę i kolanka z załącznika 80, na przykład, aby wbudowana wężownica nie była narażona na korozję lub erozję. Ponadto przy projektowaniu rur we wbudowanej wężownicy można zastosować stałe nachylenie rurek oraz wężownica może zajmować cały przekrój poprzeczny komory na gazy spalinowe. W przypadku różnych gatunków i różnych instalacji współczynniki przenikania ciepła wbudowanych wężownic mogą znacznie się różnić.

Ponadto każdy wsad w przypadku opisywanych schematów technologicznych i sposobów może zawierać dodatkowe materiały lub kompozycje stosowane typowo przy wytwarzaniu konwencjonalnej sadzy. Sposób według niniejszego wynalazku może ponadto obejmować wprowadzenie co najmniej jednej substancji, która stanowi lub zawiera co najmniej jeden pierwiastek grupy IA i (lub) grupy IIA (bądź jego jon) układu okresowego. Substancja zawierająca co najmniej jeden pierwiastek grupy IA i (lub) grupy IIA (bądź jego jon) zawiera co najmniej jeden metal alkaliczny lub metal ziem alkalicznych. Przykłady obejmują lit, sód, potas, rubid, cez, frans, wapń, bar, stront lub rad oraz ich kombinacje. Substancja może zawierać dowolne mieszaniny jednego lub większej liczby tych składników. Substancja może być ciałem stałym, roztworem, dyspersją, gazem, lub dowolną ich kombinacją. Można zastosować więcej niż jedną substancję zawierającą ten sam lub inny metal grupy IA i (lub) grupy IIA (bądź jego jon). Jeśli stosuje się więcej niż jedną substancję, można je dodawać razem, oddzielnie, kolejno lub w innych punktach reakcji. Na potrzeby niniejszego wynalazku substancja może być samym metalem (lub jonem metalu), związkiem zawierającym jeden lub większą liczbę takich pierwiastków lub solą zawierającą jeden lub większą liczbę takich pierwiastków i podobnymi.

Substancja może mieć zdolność wprowadzania metalu lub jonu metalu do zachodzącej reakcji tworzenia produktu - sadzy. Na potrzeby niniejszego wynalazku substancję zawierającą co najmniej jeden metal grupy IA i (lub) IIA (lub jego jon), jeśli jest stosowana, można wprowadzić w dowolnym punkcie reaktora, na przykład przed całkowitym schłodzeniem. Na przykład substancję można dodać w dowolnym punkcie przed całkowitym schłodzeniem, w tym przed wprowadzeniem wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do pierwszego etapu reakcji; podczas wprowadzania wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do pierwszego etapu reakcji; po wprowadzeniu wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do pierwszego etapu reakcji; przed, podczas lub bezpośrednio po wprowadzeniu ewentualnego drugiego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, lub w dowolnym etapie po wprowadzeniu drugiego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, ale przed całkowitym schłodzeniem. Można zastosować więcej niż jeden punkt wprowadzania substancji.

Ilość substancji zawierającej metal grupy IA i (lub) grupy IIA (bądź jego jon), jeśli jest stosowana, może stanowić dowolną ilość, pod warunkiem, że można uzyskać produkt - sadzę. Substancje można dodawać w ilości takiej, że w ostatecznym uzyskanym produkcie - sadzy znajduje się 200 ppm lub więcej pierwiastka lub jonu grupy IA i (lub) pierwiastka grupy IIA (bądź jego jonu). Inne ilości obejmują od około 200 ppm do około 20000 ppm lub więcej; inne zakresy mogą wynosić od około 500 ppm do około 20000 ppm lub od około 1000 ppm do około 20000 ppm lub od około 5000 ppm do około 20000 ppm lub od około 10000 ppm do około 20000 ppm lub od około 300 ppm do około 5000 ppm lub od około 500 ppm do około 3000 ppm lub od około 750 ppm do około 1500 ppm pierwiastka grupy IA i (lub) grupy IIA (bądź jego jonu) w uzyskanym produkcie - sadzy. Poziomy te mogą odnosić się do stężenia jonów metalu. Takie ilości pierwiastka grupy IA i (lub) grupy IIA (bądź jego jonu) występujące w uzyskiwanym produkcie - sadzy mogą odnosić się do jednego lub więcej niż jednego pierwiastka grupy IA i (lub) grupy IIA (bądź jego jonu), dlatego stanowią sumaryczną ilość pierwiastków grupy IA i (lub) grupy IIA (bądź ich jonów) w uzyskanym produkcie - sadzy. W związku z tym te ilości mogą dotyczyć samej zawartości pierwiastka lub jonu grupy IA bądź pierwiastka lub jonu grupy IIA. Sub26

PL 222 582 B1 stancję można dodać w dowolny sposób. Substancję można dodać w ten sam sposób, w jaki wprowadza się wsad, z którego otrzymuje się sadzę. Substancję można dodawać w postaci gazu, cieczy lub ciała stałego bądź dowolnej ich kombinacji. Substancję można dodawać w jednym lub kilku punktach i dodawanie może następować w postaci strumienia pojedynczego lub wielu strumieni. Substancję można mieszać z wsadem, paliwem i (lub) utleniaczem przed lub w trakcie ich wprowadzania.

Jednym ze sposobów wprowadzenia do wsadu substancji zawierającej, na przykład, co najmniej jeden pierwiastek grupy IA i (lub) grupy IIA (lub jego jon), na przykład potas, jest dodanie substancji do wsadu. W innym sposobie substancję wprowadza się do reaktora oddzielnie od wsadu, na przykład stosując lancę iniekcyjną wprowadzoną do reaktora. Dodawanie roztworu zawierającego potas do wsadu o wysokiej temperaturze może na przykład powodować ryzyko zatkania końcówki, na przykład w wyniku odparowania potasu. Aby zmniejszyć to ryzyko, można zastosować wstrzykiwanie jonów potasu lub innych metali grupy IA i (lub) IIA (lub ich jonów) za pomocą lancy znajdującej się w palniku. Ponadto można zastosować lancę w celu wprowadzenia potasu lub innych metali grupy IA i (lub) IIA (lub ich jonów) do reaktora, przy czym lanca ma większe otwory od standardowych, dzięki czemu zmniejsza się ryzyko zatkania lub umożliwia się czyszczenie lancy po załadowaniu. Aby zmniejszyć ryzyko uszkodzenia powłoki palnika przy wytwarzaniu gatunków sadzy o dużej zawartości jonów potasu, może wystąpić konieczność zmniejszenia temperatury wsadu do wartości niższej, ale nadal w zakresie >300°C, tak by do oleju można było wstrzyknąć jony potasu. W przypadku ogrzewania wstępnego wsadu do temperatury >300°C można zastosować ewentualnie postać potasu rozpuszczalną w oleju, na przykład materiał CATALYST® 460 HF firmy OM Group, który można wtryskiwać bezpośrednio do wsadu. Materiał CATALYST® 460 HF to organiczna sól potasu (neodekanian potasu), rozpuszczalna we wsadzie, dzięki czemu nie powinno występować takie samo ryzyko odparowania jak w przypadku roztworów wodnych. W związku z tym można dostosować schematy technologiczne według niniejszego wynalazku w oparciu o połączoną wysoką temperaturę wsadu i metody kontroli zanieczyszczenia, aby można było zastosować modyfikatory technologiczne sadzy, na przykład dodatki modyfikujące strukturę (np. potas lub inne źródła metali alkalicznych lub jonów).

Warunki wstępnego ogrzewania wsadu oraz konstrukcje, które można opracować dzięki niniejszemu wynalazkowi, mogą mieć zalety i dawać korzyści, takie jak na przykład zwiększony odzysk energii, zmniejszenie kosztów surowców, zwiększenie ilości sadzy, zmniejszenie emisji dwutlenku węgla, stabilność lub ciągłość wytwarzania sadzy przez okres użyteczny w warunkach przemysłowych w wysokiej temperaturze wsadu bądź dowolne ich kombinacje. Można oczekiwać, że zwiększenie temperatury ogrzewania wstępnego wsadu do wartości przekraczającej 300°C pozwoli zmniejszyć poziom emisji siarki i NOx w przeliczeniu na przepływ masowy w stałych warunkach produkcji. Oczekuje się, że we wszystkich warunkach pracy zmniejszy się wielkość emisji na kg sadzy. Stężenie emisji będzie zależeć od konkretnych wybranych warunków pracy.

Oprócz korzyści i zalet wymienionych wcześniej, według niniejszego wynalazku można uzyskać inne potencjalne korzyści wynikające z ogrzewania wstępnego wsadu. Dzięki wstępnemu tworzeniu się zarodków w procesie pirolizy może wystąpić mechanizm zwiększania wydajności. Bez ograniczania się do konkretnej teorii, wsad podczas etapu ogrzewania wstępnego może ulegać reakcjom dehydrogenacji wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (ang. PAH) oraz eliminacji grup niearomatycznych. Oczekuje się, że PAH po dehydrogenacji będą tworzyć zarodki szybciej niż materiał pierwotny. W przykładach wykazano, że wysokie ciśnienie pozwala kontrolować szybkość dehydrogenacji. Jak opisano szczegółowo w dokumencie, kontrola ciśnienia, czasu przebywania i (lub) temperatury pozwala kontrolować tworzenie dużych cząsteczek PAH, co potencjalnie stanowi mechanizm kontroli wytwarzania zarodków sadzy. Jak wspomniano, wadą pirolizy wsadu w wysokiej temperaturze jest możliwość koksowania i tworzenia zanieczyszczeń mechanicznych, co można zmniejszyć lub zapobiec temu w niniejszym wynalazku, ponieważ warunki wysokiej temperatury wsadu łączy się ze stosowanymi metodami kontroli zanieczyszczeń. Drugi mechanizm zwiększenia wydajności może na przykład wynikać z szybkiego odparowania wstępnie ogrzanego wsadu w reaktorze do wytwarzania sadzy, przy czym nie następuje chłodzenie otaczającego gazu. Dzięki szybkiemu odparowaniu wsadu nie ma konieczności stosowania gazu spalinowego z palnika do rozpylania wsadu. Jeśli wsad wstępnie ogrzany do temperatury przekraczającej 300°C jest wtryskiwany w ciśnieniu bliskim atmosferycznemu do reaktora do wytwarzania sadzy, wsad taki może mieć wystarczającą energię wewnętrzną do samorzutnego odparowania i wymieszania z gazami spalinowymi z palnika.

Za pomocą niniejszego wynalazku można wytworzyć dowolny gatunek sadzy według ASTM (np. N100 do N1 000) lub inne rodzaje. Dzięki zastosowaniu wysokiej temperatury ogrzewania wstępPL 222 582 B1 nego wsadu i (lub) innym parametrom technologicznym wymienionym w dokumencie, sadza wytwarzana sposobami według niniejszego wynalazku może mieć jedną lub większą liczbę unikatowych właściwości (lub właściwości korzystnych) i (lub) parametrów. Sadzę wytwarzaną za pomocą sposobów i konfiguracji urządzeń według niniejszego wynalazku można stosować w dowolnych zastosowaniach końcowych, w których stosuje się sadze konwencjonalne, np. w tuszach, pigmentach, wyrobach z tworzyw sztucznych, szczeliwach, klejach, powłokach, produktach elastomerowych, tonerach, ogniwach paliwowych, oponach lub ich częściach, elementach formowanych, częściach elektronicznych, kablach, drutach lub ich częściach i podobnych, przy użyciu ilości konwencjonalnych lub niższych.

Dzięki niniejszemu wynalazkowi jedną korzyścią, którą można uzyskać, jest wytworzenie sadz o jakości handlowej, mających tę samą morfologię i (lub) inne parametry co sadza wytwarzana w sposób konwencjonalny. Dzięki niniejszemu wynalazkowi można wytworzyć sadze o jakości handlowej, mające tę samą morfologię i (lub) inne parametry za pomocą sposobów według niniejszego wynalazku. Ewentualnie jedną korzyścią, którą można uzyskać dzięki niniejszemu wynalazkowi, jest wytwarzanie sadzy o znacznie niższej zawartości PAH. Niższa zawartość PAH w sadzy nie wpływa na parametry sadzy; z wielu przyczyn wysoka zawartość PAH w sadzy jest niepożądana. Dzięki niniejszemu wynalazkowi można wytworzyć wybraną sadzę mającą tę samą morfologię lub zasadniczo tę samą morfologię (tzn. wartość właściwości morfologicznej w granicach +/- 5% względem jednej lub większej liczby właściwości morfologicznych, na przykład OAN, COAN i podobnych), co wybrana sadza wytwarzana sposobem konwencjonalnym przy użyciu tych samych warunków dotyczących reaktora i wsadu (w tym przypadku jednak bez ogrzewania wstępnego wsadu do temperatury przekraczającej 300°C przed doprowadzeniem wsadu do reaktora do wytwarzania sadzy). Poziom PAH w wybranej sadzy według niniejszego wynalazku można zmniejszyć (w ppm w stosunku wagowym) od 10% do 50%, od 20% do 50% lub 30% do 100% lub więcej w ppm w porównaniu do wybranej sadzy o tej samej morfologii, jednak otrzymanej bez ogrzewania wstępnego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do temperatury przekraczającej 300°C przed doprowadzeniem do reaktora do wytwarzania sadzy w celu wytworzenia sadzy i w tych samych warunkach dotyczących reaktora i wsadu. Ponadto poziom PAH w sadzy można podzielić na trzy kategorie ciężaru cząsteczkowego (ang. MW): PAH o wysokim MW (MW średni wagowo przekraczający 250); PAH o średnim MW (MW średni wagowo 200 do 250) oraz PAH o niskim MW (MW średni wagowo poniżej 250). Niniejszy wynalazek umożliwia zmniejszenie ilości jednego lub więcej PAH o wysokim MW i (lub) średnim MW o od 10% do 50%, od 20% do 50% lub 30% do 100% lub więcej w ppm w porównaniu do wybranej sadzy o tej samej morfologii, jednak otrzymanej bez ogrzewania wstępnego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do temperatury przekraczającej 300°C przed doprowadzeniem do reaktora do wytwarzania sadzy w celu wytworzenia sadzy i w tych samych warunkach dotyczących reaktora i wsadu. Ponadto niniejszy wynalazek umożliwia znaczne zmniejszenie odsetka PAH o wysokim MW (uznawanych za najbardziej niepożądane) względem całkowitej ilości PAH w wybranej sadzy w porównaniu do wybranej sadzy o tej samej morfologii, jednak otrzymanej bez ogrzewania wstępnego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do temperatury przekraczającej 300°C przed doprowadzeniem do reaktora do wytwarzania sadzy w celu wytworzenia sadzy i w tych samych warunkach dotyczących reaktora i wsadu. Odsetek PAH o wysokim MW względem całkowitej ilości PAH można zmniejszyć o wartość od 10% do 50%, od 20% do 50% lub 30% do 100% lub więcej w ppm w porównaniu do wybranej sadzy o tej samej morfologii, jednak otrzymanej bez ogrzewania wstępnego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do temperatury przekraczającej 300°C przed doprowadzeniem do reaktora do wytwarzania sadzy w celu wytworzenia sadzy i tych samych warunkach dotyczących reaktora i wsadu. Powyższe oznaczenia wykonano za pomocą doświadczeń, w których porównano wybrane sadze wytworzone według niniejszego wynalazku z wybranymi sadzami otrzymanymi bez ogrzewania wstępnego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do temperatury przekraczającej 300°C przed doprowadzeniem do reaktora do wytwarzania sadzy w celu wytworzenia sadzy, jednak poza tym w tych samych warunkach dotyczących reaktora i wsadu. Jest to znaczna korzyść, którą można uzyskać dzięki niniejszemu wynalazkowi.

Zgodnie z ujawnieniem niniejszego wynalazku opisano tutaj następujące aspekty, przykłady wykonania i cechy w dowolnej kolejności i (lub) w dowolnej kombinacji:

1. Niniejszy wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania sadzy, obejmującego: wprowadzenie strumienia ogrzanego gazu do reaktora do wytwarzania sadzy; dostarczenie co najmniej jednego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do co najmniej jednego ogrzewacza; ogrzanie wstępne wspomnianego co najmniej jednego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, we wspomnianym co najmniej jednym ogrzewaczu do drugiej temperatury przekraczającej około 300°C

PL 222 582 B1 z uzyskaniem wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przy czym (a) co najmniej jeden wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma prędkość we wspomnianym co najmniej jednym ogrzewaczu wynoszącą co najmniej 0,2 m/s, przy czym prędkość oblicza się na podstawie gęstości wsadu mierzonej w 60°C przy 101,325 Pa oraz w oparciu o najmniejsze pole przekroju przewodu do wsadu znajdującego się w co najmniej jednym ogrzewaczu i (b) co najmniej jeden wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma pierwszy czas przebywania wsadu we wspomnianym ogrzewaczu poniżej około 120 minut;

dostarczenie wspomnianego wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do co najmniej jednego punktu wprowadzania wsadu do reaktora do wytwarzania sadzy, przy czym wspomniany wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma drugi czas przebywania wsadu od opuszczenia wspomnianego co najmniej jednego ogrzewacza do miejsca bezpośrednio przed punktem wprowadzania do wspomnianego reaktora do wytwarzania sadzy poniżej około 120 minut oraz przy czym połączony wspomniany pierwszy czas przebywania wsadu i wspomniany drugi czas przebywania wsadu to 120 minut lub mniej;

połączenie co najmniej wspomnianego wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, wprowadzanego przez co najmniej jeden punkt do wspomnianego reaktora do wytwarzania sadzy, ze strumieniem ogrzanego gazu z utworzeniem strumienia reakcyjnego, w którym sadzę wytwarza się we wspomnianym reaktorze do wytwarzania sadzy oraz odzyskiwanie (np. chłodzenie) sadzy w strumieniu reakcyjnym.

2. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, obejmujący ponadto zwiększenie ciśnienia wspomnianego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia przekraczającego około 10⁶ Pa przed wprowadzeniem do wspomnianego co najmniej jednego ogrzewacza.

3. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, obejmujący ponadto zwiększenie ciśnienia wspomnianego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia przekraczającego około 2x10⁶ Pa przed wprowadzeniem do wspomnianego co najmniej jednego ogrzewacza.

4. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, obejmujący ponadto zwiększenie ciśnienia wspomnianego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia od około 2x10⁶ Pa do około 1,8x10⁷ Pa przed wprowadzeniem do wspomnianego co najmniej jednego ogrzewacza.

5. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniana prędkość wynosi co najmniej około 1 m/s.

6. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniana prędkość wynosi co najmniej około 1,6 m/s.

7. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, zawiera olej dekantowany, produkt ze smoły węglowej, pozostałości po krakowaniu etylenowym, asfalten zawierający olej, lub dowolne ich kombinacje,

8. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma temperaturę początku wrzenia od około 160°C do około 500°C.

9. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniane ogrzewanie wstępne co najmniej jednego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, obejmuje ogrzewanie wspomnianego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, we wspomnianym ogrzewaczu, który zawiera wymiennik ciepła pracujący przy średnim strumieniu cieplnym przekraczającym około 10 kW/m².

10. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym co najmniej część wspomnianego ogrzewania wstępnego następuje we wspomnianym co najmniej jednym ogrzewaczu, do którego ciepło co najmniej częściowo jest dostarczane ze wspomnianego reaktora do wytwarzania sadzy lub z innego reaktora do wytwarzania sadzy lub obydwu.

11. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym połączony wspomniany pierwszy czas przebywania i wspomniany drugi czas przebywania jest krótszy niż 60 minut.

PL 222 582 B1

12. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniany co najmniej jeden ogrzewacz wymienia ciepło z co najmniej częścią wspomnianego reaktora do wytwarzania sadzy.

13. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniany co najmniej jeden ogrzewacz styka się ze wspomnianym strumieniem reakcyjnym we wspomnianym reaktorze do wytwarzania sadzy za urządzeniem chłodzącym, przy czym wspomniany co najmniej jeden ogrzewacz zawiera wymiennik ciepła, którego ścianki są ogrzewane wspomnianym strumieniem reakcyjnym po jego pierwszej stronie, oraz stykający się ze wspomnianym wsadem, z którego otrzymuje się sadzę, po jego stronie przeciwnej.

14. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniany co najmniej jeden ogrzewacz obejmuje wymiennik ciepła, który wymienia ciepło ze wspomnianym strumieniem reakcyjnym we wspomnianym reaktorze do wytwarzania sadzy, przy czym ogrzewany jest płynny nośnik ciepła przepływający przez wymiennik ciepła oraz ogrzewany płynny nośnik ciepła przepływa przez wspomniany co najmniej jeden ogrzewacz znajdujący się na zewnątrz reaktora i działający w ten sposób, że wymienia ciepło płynnego nośnika ciepła z wsadem, aby ogrzać wspomniany wsad, z którego otrzymuje się sadzę.

15. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniany co najmniej jeden ogrzewacz jest co najmniej częściowo zasilany w ciepło z gazu resztkowego z wytwarzania sadzy ze wspomnianego reaktora do wytwarzania sadzy lub z innego reaktora do wytwarzania sadzy lub obydwu, aby ogrzać wsad, z którego otrzymuje się sadzę.

16. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wprowadzenie ogrzanego strumienia gazu do reaktora obejmuje ogrzanie plazmą strumienia gazu, który można ogrzać plazmą, w ogrzewaczu plazmowym, aby uzyskać co najmniej część ogrzanego strumienia gazu.

17. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, obejmujący ponadto zastosowanie powierzchni niekatalitycznej na ściankach wspomnianego co najmniej jednego ogrzewacza, stykających się z wsadem, z którego otrzymuje się sadzę, i na ściankach wewnętrznych co najmniej jednego przewodu dostarczającego wsad, który doprowadza wspomniany wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, do wspomnianego reaktora do wytwarzania sadzy, przy czym powierzchnia jest niekatalityczna wobec krakowania lub polimeryzacji węglowodorów.

18. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniane dostarczenie obejmuje przesyłanie wspomnianego wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przez co najmniej jeden przewód dostarczający wsad, który zasila wspomniany reaktor do wytwarzania sadzy, przy czym wspomniany sposób obejmuje ponadto okresowe przedmuchiwanie co najmniej jednego przewodu dostarczającego wsad, z którego otrzymuje się sadzę, gazem do przedmuchiwania zawierającym utleniacz węgla.

19. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniane dostarczenie obejmuje przesyłanie wspomnianego wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przez co najmniej jeden przewód dostarczający wsad, który zasila wspomniany reaktor do wytwarzania sadzy, przy czym wspomniany sposób obejmuje ponadto wtryskiwanie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do reaktora do otrzymywania sadzy z co najmniej częściowym odparowaniem wsadu, z którego otrzymuje się sadzę.

20. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, obejmujący ponadto połączenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, i strumienia ogrzanego gazu w reaktorze do otrzymywania sadzy z ciągłym wytwarzaniem sadzy w reaktorze przez co najmniej około 12 godzin.

21. Sposób wytwarzania sadzy, obejmujący:

wprowadzenie strumienia ogrzanego gazu do reaktora do wytwarzania sadzy;

dostarczenie co najmniej jednego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, mającego pierwszą temperaturę poniżej 360°C, do co najmniej jednego ogrzewacza;

ogrzanie wstępne wspomnianego co najmniej jednego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, we wspomnianym co najmniej jednym ogrzewaczu do drugiej temperatury od około 360°C do około 850°C z uzyskaniem wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przy czym (a) co najmniej jeden wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma prędkość we wspomnianym co najmniej jed30

PL 222 582 B1 nym ogrzewaczu wynoszącą co najmniej 0,2 m/s, przy czym prędkość oblicza się na podstawie gęstości wsadu mierzonej w 60°C przy 101,325 Pa oraz w oparciu o najmniejsze pole przekroju przewodu do wsadu znajdującego się w co najmniej jednym ogrzewaczu i (b) co najmniej jeden wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma pierwszy czas przebywania wsadu we wspomnianym ogrzewaczu poniżej około 120 minut;

dostarczenie wspomnianego wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do co najmniej jednego punktu wprowadzania wsadu do reaktora do wytwarzania sadzy, przy czym wspomniany wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma drugi czas przebywania wsadu od opuszczenia wspomnianego co najmniej jednego ogrzewacza do miejsca bezpośrednio przed punktem wprowadzania do wspomnianego reaktora do wytwarzania sadzy poniżej około 120 minut oraz przy czym połączony wspomniany pierwszy czas przebywania wsadu i wspomniany drugi czas przebywania wsadu to około 10 sekund do około 120 minut;

połączenie co najmniej wspomnianego wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, wprowadzanego przez co najmniej jeden punkt do wspomnianego reaktora do wytwarzania sadzy, ze strumieniem ogrzanego gazu z utworzeniem strumienia reakcyjnego, w którym sadzę wytwarza się we wspomnianym reaktorze do wytwarzania sadzy oraz odzyskiwanie (np. chłodzenie sadzy) w strumieniu reakcyjnym.

22. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, obejmujący ponadto zwiększenie ciśnienia wspomnianego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia przekraczającego około 2x10⁶ Pa przed wprowadzeniem do wspomnianego co najmniej jednego ogrzewacza.

23. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, obejmujący ponadto zwiększenie ciśnienia wspomnianego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia przekraczającego około 3x10⁶ Pa przed wprowadzeniem do wspomnianego co najmniej jednego ogrzewacza.

24. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, obejmujący ponadto zwiększenie ciśnienia wspomnianego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia od około 3x10⁶ Pa do około 1,8x10⁷ Pa przed wprowadzeniem do wspomnianego co najmniej jednego ogrzewacza.

25. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniana prędkość wynosi co najmniej około 1 m/s.

26. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniana prędkość wynosi co najmniej około 1,6 m/s.

27. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, zawiera olej dekantowany, produkt ze smoły węglowej, pozostałości po krakowaniu etylenowym, asfalten zawierający olej, lub dowolne ich kombinacje.

28. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma temperaturę początku wrzenia od około 160°C do około 500°C.

29. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniane ogrzewanie wstępne co najmniej jednego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, obejmuje ogrzewanie wspomnianego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, we wspomnianym ogrzewaczu, który zawiera wymiennik ciepła pracujący przy średnim strumieniu cieplnym przekraczającym około 20 kW/m².

30. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym co najmniej część wspomnianego ogrzewania wstępnego następuje we wspomnianym co najmniej jednym ogrzewaczu, do którego ciepło co najmniej częściowo jest dostarczane ze wspomnianego reaktora do wytwarzania sadzy lub z innego reaktora do wytwarzania sadzy lub obydwu.

31. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym połączony wspomniany pierwszy czas przebywania i wspomniany drugi czas przebywania jest krótszy niż 60 minut.

32. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniany co najmniej jeden ogrzewacz wymienia ciepło z co najmniej częścią wspomnianego reaktora do wytwarzania sadzy.

PL 222 582 B1

33. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniany co najmniej jeden ogrzewacz styka się ze wspomnianym strumieniem reakcyjnym we wspomnianym reaktorze do wytwarzania sadzy za urządzeniem chłodzącym, przy czym wspomniany co najmniej jeden ogrzewacz zawiera wymiennik ciepła, którego ścianki są ogrzewane wspomnianym strumieniem reakcyjnym po jego pierwszej stronie, stykający się ze wspomnianym wsadem, z którego otrzymuje się sadzę, po jego stronie przeciwnej przed wspomnianym wsadem, z którego otrzymuje się sadzę.

34. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniany co najmniej jeden ogrzewacz obejmuje wymiennik ciepła, który wymienia ciepło ze wspomnianym strumieniem reakcyjnym we wspomnianym reaktorze do wytwarzania sadzy, przy czym ogrzewany jest płynny nośnik ciepła przepływający przez wymiennik ciepła oraz ogrzewany płynny nośnik ciepła przepływa przez wspomniany co najmniej jeden ogrzewacz znajdujący się na zewnątrz reaktora i działający w ten sposób, że wymienia ciepło płynnego nośnika ciepła z wsadem, aby ogrzać wspomniany wsad, z którego otrzymuje się sadzę.

35. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniany co najmniej jeden ogrzewacz jest co najmniej częściowo zasilany w ciepło z gazu resztkowego z wytwarzania sadzy ze wspomnianego reaktora do wytwarzania sadzy lub innego reaktora do wytwarzania sadzy lub obydwu, aby ogrzać wsad, z którego otrzymuje się sadzę.

36. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wprowadzenie ogrzanego strumienia gazu do reaktora obejmuje ogrzanie plazmą strumienia gazu, który można ogrzać plazmą, w ogrzewaczu plazmowym, aby uzyskać co najmniej część ogrzanego strumienia gazu.

37. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, obejmujący ponadto zastosowanie powierzchni niekatalitycznej na ściankach wspomnianego co najmniej jednego ogrzewacza, stykających się z wsadem, z którego otrzymuje się sadzę, i na ściankach wewnętrznych co najmniej jednego przewodu dostarczającego wsad, który doprowadza wspomniany wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, do wspomnianego reaktora do wytwarzania sadzy, przy czym powierzchnia jest niekatalityczna wobec krakowania lub polimeryzacji węglowodorów.

38. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniane dostarczenie obejmuje przesyłanie wspomnianego wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przez co najmniej jeden przewód dostarczający wsad, który zasila wspomniany reaktor do wytwarzania sadzy, przy czym wspomniany sposób obejmuje ponadto okresowe przedmuchiwanie co najmniej jednego przewodu dostarczającego wsad, z którego otrzymuje się sadzę, gazem do przedmuchiwania zawierającym utleniacz węgla.

39. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniane dostarczenie obejmuje przesyłanie wspomnianego wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przez co najmniej jeden przewód dostarczający wsad, który zasila wspomniany reaktor do wytwarzania sadzy, przy czym wspomniany sposób obejmuje ponadto wtryskiwanie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do reaktora do otrzymywania sadzy z co najmniej częściowym odparowaniem wsadu, z którego otrzymuje się sadzę.

40. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, obejmujący ponadto połączenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, i strumienia ogrzanego gazu w reaktorze do otrzymywania sadzy z ciągłym wytwarzaniem sadzy w reaktorze przez co najmniej około 12 godzin.

41. Sposób wytwarzania sadzy, obejmujący:

wprowadzenie strumienia ogrzanego gazu do reaktora do wytwarzania sadzy;

dostarczenie co najmniej jednego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, mającego pierwszą temperaturę poniżej 450°C, do co najmniej jednego ogrzewacza;

ogrzanie wstępne wspomnianego co najmniej jednego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, we wspomnianym co najmniej jednym ogrzewaczu do drugiej temperatury przekraczającej około 450°C z uzyskaniem wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przy czym (a) co najmniej jeden wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma prędkość we wspomnianym co najmniej jednym ogrzewaczu wynoszącą co najmniej 0,2 m/s, przy czym prędkość oblicza się na podstawie gęstości wsadu mierzonej w 60°C przy 101,325 Pa oraz w oparciu o najmniejsze pole przekroju przewodu do wsadu znajdującego się w co najmniej jednym ogrzewaczu i (b) co najmniej jeden wsad, z którego

PL 222 582 B1 otrzymuje się sadzę, ma pierwszy czas przebywania wsadu we wspomnianym ogrzewaczu od 10 sekund do około 120 minut;

42. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, obejmujący ponadto zwiększenie ciśnienia wspomnianego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia od około 2x10⁶ Pa do około 1,8x10⁷ Pa przed wprowadzeniem do wspomnianego co najmniej jednego ogrzewacza.

43. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, obejmujący ponadto zwiększenie ciśnienia wspomnianego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia od około 3x10⁶ Pa do około 1,8x10⁷ Pa przed wprowadzeniem do wspomnianego co najmniej jednego ogrzewacza.

44. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, obejmujący ponadto zwiększenie ciśnienia wspomnianego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia od około 4x10⁶ Pa do około 1,8x10⁷ Pa przed wprowadzeniem do wspomnianego co najmniej jednego ogrzewacza.

45. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniana prędkość wynosi co najmniej około 1 m/s.

46. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniana prędkość wynosi co najmniej około 1,6 m/s.

47. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, zawiera olej dekantowany, produkt ze smoły węglowej, pozostałości po krakowaniu etylenowym, asfalten zawierający olej, lub dowolne ich kombinacje.

48. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma temperaturę początku wrzenia od około 160°C do około 500°C.

49. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniane ogrzewanie wstępne co najmniej jednego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, obejmuje ogrzewanie wspomnianego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, we wspomnianym ogrzewaczu, który zawiera wymiennik ciepła pracujący przy średnim strumieniu cieplnym od około 20 kW/m² do około 150 kW/m².

50. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym co najmniej część wspomnianego ogrzewania wstępnego następuje we wspomnianym co najmniej jednym ogrzewaczu, do którego ciepło co najmniej częściowo jest dostarczane ze wspomnianego reaktora do wytwarzania sadzy lub z innego reaktora do wytwarzania sadzy lub obydwu.

51. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym połączony wspomniany pierwszy czas przebywania i wspomniany drugi czas przebywania jest krótszy niż 60 minut;

52. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniany co najmniej jeden ogrzewacz wymienia ciepło z co najmniej częścią wspomnianego reaktora do wytwarzania sadzy.

53. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniany co najmniej jeden ogrzewacz styka się ze wspomnianym strumieniem reakcyjnym we wspomnianym reaktorze do wytwarzania sadzy za urządzeniem chłodzącym,

PL 222 582 B1 przy czym wspomniany co najmniej jeden ogrzewacz zawiera wymiennik ciepła, którego ścianki są ogrzewane wspomnianym strumieniem reakcyjnym po jego pierwszej stronie, stykający się ze wspomnianym wsadem, z którego otrzymuje się sadzę, po jego stronie przeciwnej przed wspomnianym wsadem, z którego otrzymuje się sadzę.

54. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniany co najmniej jeden ogrzewacz obejmuje wymiennik ciepła, który wymienia ciepło ze wspomnianym strumieniem reakcyjnym we wspomnianym reaktorze do wytwarzania sadzy, przy czym ogrzewany jest płynny nośnik ciepła przepływający przez wymiennik ciepła oraz ogrzewany płynny nośnik ciepła przepływa przez wspomniany co najmniej jeden ogrzewacz znajdujący się na zewnątrz reaktora i działający w ten sposób, że wymienia ciepło płynnego nośnika ciepła z wsadem, aby ogrzać wspomniany wsad, z którego otrzymuje się sadzę.

55. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniany co najmniej jeden ogrzewacz jest co najmniej częściowo zasilany w ciepło z gazu resztkowego z wytwarzania sadzy ze wspomnianego reaktora do wytwarzania sadzy lub innego reaktora do wytwarzania sadzy lub obydwu, aby ogrzać wsad, z którego otrzymuje się sadzę.

56. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wprowadzenie ogrzanego strumienia gazu do reaktora obejmuje ogrzanie plazmą strumienia gazu, który można ogrzać plazmą, w ogrzewaczu plazmowym, aby uzyskać co najmniej część ogrzanego strumienia gazu.

57. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, obejmujący ponadto zastosowanie powierzchni niekatalitycznej na ściankach wspomnianego co najmniej jednego ogrzewacza, stykających się z wsadem, z którego otrzymuje się sadzę, i na ściankach wewnętrznych co najmniej jednego przewodu dostarczającego wsad, który doprowadza wspomniany wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, do wspomnianego reaktora do wytwarzania sadzy, przy czym powierzchnia jest niekatalityczna wobec krakowania lub polimeryzacji węglowodorów.

58. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniane dostarczenie obejmuje przesyłanie wspomnianego wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przez co najmniej jeden przewód dostarczający wsad, który zasila wspomniany reaktor do wytwarzania sadzy, przy czym wspomniany sposób obejmuje ponadto okresowe przedmuchiwanie co najmniej jednego przewodu dostarczającego wsad, z którego otrzymuje się sadzę, gazem do przedmuchiwania zawierającym utleniacz węgla.

59. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniane dostarczenie obejmuje przesyłanie wspomnianego wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przez co najmniej jeden przewód dostarczający wsad, który zasila wspomniany reaktor do wytwarzania sadzy, przy czym wspomniany sposób obejmuje ponadto wtryskiwanie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do reaktora do otrzymywania sadzy z co najmniej częściowym odparowaniem wsadu, z którego otrzymuje się sadzę.

60. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, obejmujący ponadto połączenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, i strumienia ogrzanego gazu w reaktorze do otrzymywania sadzy z ciągłym wytwarzaniem, sadzy w reaktorze przez co najmniej około 12 godzin.

61. Sposób wytwarzania sadzy, obejmujący:

wprowadzenie strumienia ogrzanego gazu do reaktora do wytwarzania sadzy;

dostarczenie co najmniej jednego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, mającego pierwszą temperaturę poniżej 300°C, do co najmniej jednego ogrzewacza z pierwszym ciśnieniem przekraczającym 10⁶ Pa; ogrzanie wstępne wspomnianego co najmniej jednego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, we wspomnianym co najmniej jednym ogrzewaczu do drugiej temperatury przekraczającej około 300°C z uzyskaniem wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przy czym (a) co najmniej jeden wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma drugie ciśnienie we wspomnianym co najmniej jednym ogrzewaczu w przybliżeniu takie samo lub niższe od wspomnianego ciśnienia pierwszego, obliczone przy założeniu takiego samego pola przekroju poprzecznego, kiedy wsad przemieszcza się przy ciśnieniu pierwszym i ciśnieniu drugim i (b) co najmniej jeden wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma pierwszy czas przebywania wsadu we wspomnianym ogrzewaczu poniżej około 120 minut; dostarczenie wspomnianego wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do co najmniej jednego punktu wprowadzania wsadu do reaktora do wytwarzania sadzy, przy czym wspomnia34

PL 222 582 B1 ny wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma drugi czas przebywania wsadu od opuszczenia wspomnianego co najmniej jednego ogrzewacza do miejsca bezpośrednio przed punktem wprowadzania do wspomnianego reaktora do wytwarzania sadzy poniżej około 120 minut oraz przy czym połączony wspomniany pierwszy czas przebywania wsadu i wspomniany drugi czas przebywania wsadu to 120 minut lub mniej;

62. Sposób wytwarzania sadzy, obejmujący:

wprowadzenie strumienia ogrzanego gazu do reaktora do wytwarzania sadzy; dostarczenie co najmniej jednego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, mającego pierwszą temperaturę poniżej 300°C, do co najmniej jednego ogrzewacza z pierwszym ciśnieniem przekraczającym 10⁶ Pa;

ogrzanie wstępne wspomnianego co najmniej jednego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, we wspomnianym co najmniej jednym ogrzewaczu do drugiej temperatury przekraczającej około 300°C z uzyskaniem wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przy czym co najmniej jeden wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma i) ciśnienie drugie we wspomnianym co najmniej jednym ogrzewaczu w przybliżeniu takie samo lub niższe od wspomnianego ciśnienia pierwszego i ii) co najmniej jeden wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma prędkość we wspomnianym co najmniej jednym ogrzewaczu wynoszącą co najmniej 0,2 m/s, przy czym prędkość oblicza się na podstawie gęstości wsadu mierzonej w 60°C przy 101,325 Pa oraz w oparciu o najmniejsze pole przekroju przewodu do wsadu znajdującego się w co najmniej jednym ogrzewaczu i przy czym i) oblicza się ją na podstawie tego samego pola przekroju poprzecznego, przez które wsad przemieszcza się przy ciśnieniu pierwszym i ciśnieniu drugim oraz dostarczenie wspomnianego wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do co najmniej jednego punktu wprowadzania wsadu do reaktora do wytwarzania sadzy; połączenie co najmniej wspomnianego wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, wprowadzanego przez co najmniej jeden punkt do wspomnianego reaktora do wytwarzania sadzy, ze strumieniem ogrzanego gazu z utworzeniem strumienia reakcyjnego, w którym sadzę wytwarza się we wspomnianym reaktorze do wytwarzania sadzy oraz odzyskiwanie (np. chłodzenie) sadzy w strumieniu reakcyjnym.

63. Instalacja do wytwarzania sadzy, zawierająca:

reaktor, w którym ogrzany strumień gazów oraz co najmniej jeden wsad, z którego otrzymuje się sadzę, łączy się z uzyskaniem strumienia reakcyjnego, w którym sadzę wytwarza się w reaktorze; co najmniej jeden przewód doprowadzający wsad do doprowadzania wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do co najmniej jednego miejsca wprowadzania wsadu do reaktora, aby połączyć wsad ze strumieniem ogrzanego gazu;

co najmniej jeden ogrzewacz wsadu, który służy do wstępnego ogrzewania wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, doprowadzanego co najmniej jednym przewodem dostarczającym wsad do temperatury co najmniej około 300°C;

co najmniej jedną pompę, która służy do zwiększania ciśnienia wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia przekraczającego około 10⁶ Pa przed wstępnym ogrzaniem wsadu do co najmniej około 300°C oraz do uzyskania prędkości wsadu w ogrzewaczu w przypadku wsadu dostarczanego do co najmniej jednego ogrzewacza wsadu co najmniej 0,2 m/s, przy czym prędkość oblicza się na podstawie gęstości wsadu mierzonej w 60°C przy 101,325 Pa oraz w oparciu o najmniejsze pole przekroju przewodu do wsadu znajdującego się w co najmniej jednym ogrzewaczu oraz ewentualnie urządzenie chłodzące do chłodzenia sadzy w strumieniu reakcyjnym, przy czym wspomniana instalacja może ponadto służyć do zapewniania czasu przebywania wsadu w co najmniej jednym ogrzewaczu wsadu i w co najmniej jednym przewodzie doprowadzającym wsad przed wprowadzeniem do reaktora w przypadku wsadu ogrzanego wstępnie do temperatury co najmniej około 300°C, wynoszącego mniej niż około 120 minut.

64. Instalacja według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w której co najmniej jeden ogrzewacz wsadu zawiera wymiennik ciepła służący do ogrzewania wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przy średnim strumieniu cieplnym przekraczającym około 10 kW/m².

PL 222 582 B1

65. Instalacja według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w której co najmniej jeden ogrzewacz wsadu znajduje się w reaktorze tak, że może stykać się ze strumieniem reakcyjnym i służyć do ogrzewania wsadu do temperatury co najmniej 300°C.

66. Instalacja według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w której co najmniej jeden ogrzewacz wsadu znajduje się w styczności z co najmniej częścią reaktora i może służyć do ogrzewania wsadu do temperatury co najmniej 300°C.

67. Instalacja według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w której co najmniej jeden ogrzewacz wsadu zawiera wymiennik ciepła znajdujący się w reaktorze za urządzeniem chłodzącym, przy czym wymiennik ciepła zawiera ścianki dostosowane do ogrzewania strumieniem reakcyjnym po pierwszej jego stronie oraz dostosowane do styczności ze wsadem po przeciwnej jego stronie przed wprowadzeniem wsadu do co najmniej jednego przewodu dostarczającego wsad, przy czym wsad można ogrzać w wymienniku ciepła do temperatury co najmniej 300°C.

68. Instalacja według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, zawierająca ponadto wymiennik ciepła z płynnym nośnikiem ciepła, znajdujący się w reaktorze tak, że może stykać się ze strumieniem reakcyjnym, oraz co najmniej jeden ogrzewacz wsadu znajdujący się na zewnątrz reaktora i służący do wymiany ciepła z płynnym nośnikiem wsadu, który opuścił wymiennik ciepła, ze wsadem w ogrzewaczu wsadu, aby ogrzewać wsad do temperatury co najmniej 300°C.

69. Instalacja według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w której co najmniej jeden ogrzewacz wsadu służy do wymiany ciepła ze strumieniem gazu resztkowego z reaktora, aby ogrzewać wsad do temperatury co najmniej 300°C.

70. Instalacja według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, zawierająca ponadto ogrzewacz plazmowy służący do ogrzewania strumienia gazu, który można ogrzać plazmą, aby uzyskać co najmniej część ogrzanego strumienia gazu.

71. Instalacja według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, zawierająca ponadto powierzchnię niekatalityczną na ściankach ogrzewacza wsadu stykających się ze wsadem i na ściankach wewnętrznych stykających się ze wsadem co najmniej jednego przewodu doprowadzającego wsad, przy czym powierzchnia jest niekatalityczna względem krakowania termicznego lub polimeryzacji węglowodorów.

72. Instalacja według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, zawierająca ponadto niekatalityczną powłokę ceramiczną na ściankach ogrzewacza wsadu stykających się ze wsadem i na ściankach wewnętrznych stykających się ze wsadem w co najmniej jednym przewodzie doprowadzającym wsad.

73. Instalacja według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, zawierająca ponadto co najmniej jedno źródło gazu do przedmuchiwania zawierające utleniacz węgla oraz co najmniej jeden punkt wprowadzania gazu do przedmuchiwania na co najmniej jednym przewodzie doprowadzającym wsad, służący do okresowego przedmuchiwania co najmniej jednego przewodu doprowadzającego wsad gazem do przedmuchiwania.

74. Instalacja według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w której wspomniany reaktor służy do łączenia wsadu i strumienia ogrzanego gazu z ciągłym wytwarzaniem sadzy w reaktorze przez co najmniej około 12 godzin.

75. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniane ogrzewanie wstępne pozwala uniknąć tworzenia warstewki pary we wspomnianym co najmniej jednym ogrzewaczu i (lub) przed wspomnianym dostarczeniem do wspomnianego reaktora do wytwarzania sadzy.

76. Sposób według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, w którym wspomniane ogrzewanie wstępne i (lub) wspomniane dostarczanie odbywa się bez nagłego spadku ciśnienia względem warunków pracy w stanie stacjonarnym.

77. Sadza wytworzona sposobem według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów.

78. Sadza według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, przy czym zawartość PAH we wspomnianej sadzy jest co najmniej o 10% mniejsza w porównaniu do sadzy mającej tę samą morfologię, wytworzonej sposobem bez ogrzewania wstępnego wsadu.

PL 222 582 B1

79. Sadza według któregokolwiek z poprzednich lub kolejnych przykładów wykonania, cech lub aspektów, przy czym zawartość procentowa PAH o wysokim MW względem całkowitej zawartości PAH we wspomnianej sadzy jest co najmniej o 10% mniejsza w porównaniu do sadzy mającej tę samą morfologię, wytworzonej sposobem bez ogrzewania wstępnego wsadu.

80. Sposób wytwarzania sadzy, obejmujący:

wprowadzenie strumienia ogrzanego gazu do reaktora do wytwarzania sadzy;

dostarczenie co najmniej jednego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do co najmniej jednego ogrzewacza;

ogrzanie wstępne wspomnianego co najmniej jednego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, we wspomnianym co najmniej jednym ogrzewaczu do drugiej temperatury przekraczającej około 300°C z uzyskaniem wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przy czym (a) co najmniej jeden wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma prędkość we wspomnianym co najmniej jednym ogrzewaczu wynoszącą co najmniej 0,2 m/s, przy czym prędkość oblicza się na podstawie gęstości wsadu mierzonej w 60°C przy 101,325 Pa oraz w oparciu o najmniejsze pole przekroju przewodu do wsadu znajdującego się w co najmniej jednym ogrzewaczu i (b) co najmniej jeden wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma pierwszy czas przebywania wsadu we wspomnianym ogrzewaczu poniżej około 120 minut;

dostarczenie wspomnianego wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do co najmniej jednego punktu wprowadzania wsadu do reaktora do wytwarzania sadzy, przy czym wspomniany wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma drugi czas przebywania wsadu od opuszczenia wspomnianego co najmniej jednego ogrzewacza do miejsca bezpośrednio przed punktem wprowadzania do wspomnianego reaktora do wytwarzania sadzy poniżej około 120 minut oraz przy czym połączony wspomniany pierwszy czas przebywania wsadu i wspomniany drugi czas przebywania wsadu to 120 minut lub mniej, przy czym wspomniane ogrzewanie wstępne zachodzi w wystarczającym ciśnieniu, aby uniknąć tworzenia warstewki pary we wspomnianym co najmniej jednym ogrzewaczu lub przed wspomnianym dostarczeniem do wspomnianego reaktora do wytwarzania sadzy; połączenie co najmniej wspomnianego wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, wprowadzanego przez co najmniej jeden punkt do wspomnianego reaktora do wytwarzania sadzy, ze strumieniem ogrzanego gazu z utworzeniem strumienia reakcyjnego, w którym sadzę wytwarza się we wspomnianym reaktorze do wytwarzania sadzy oraz odzyskiwanie (np. chłodzenie) sadzy w strumieniu reakcyjnym.

Niniejszy wynalazek może obejmować dowolną kombinację różnych takich powyższych i (lub) poniższych cech lub przykładów wykonania podanych w zdaniach i (lub) akapitach. Uznaje się, że częścią niniejszego wynalazku może być dowolna kombinacja cech ujawnionych w dokumencie i nie przewiduje się ograniczeń dotyczących cech, które można połączyć.

Niniejszy wynalazek zilustrowano poniżej dokładniej za pomocą następujących przykładów, których celem jest przykładowe objaśnienie niniejszego wynalazku.

PRZYKŁADY

P r z y k ł a d 1

Wykorzystano modelowanie komputerowe do oszacowania potencjalnych oszczędności kosztów surowców w przypadku dwóch gatunków sadzy (A i B) przy temperaturze wsadu wynoszącej 21 5°C, 500°C i 700°C w schemacie wytwarzania sadzy, w którym możliwa jest stabilna, ciągła praca przy 500°C i 700°C z zastosowaniem wskazanych metod kontroli zanieczyszczenia według niniejszego wynalazku. Do modelowania schematu technologicznego wykorzystano program do modelowania komputerowego Aspen Plus, przy użyciu metodologii i założeń dotyczących bilansu masy i energii oraz chemii reakcji zgodnie z praktyką dopuszczalną w przemyśle. Schemat technologiczny modelu wykorzystany do modelowania jest podobny do pokazanego na FIG. 5. FIG. 5 przedstawia schemat technologiczny dla gatunku A przy temperaturze ogrzewania wstępnego wsadu 500°C; jest to ogólny schemat technologiczny, który obowiązuje także w przypadku innych modelowanych kombinacji temperatury wsadu i rodzaju sadzy. Schemat technologiczny przedstawiony szczegółowo na FIG. 5 jest zasadniczo podobny do schematu technologicznego przedstawionego na FIG. 1. Jak pokazano na FIG. 5, wsad jest ogrzewany przy pomocy ciepła spalin z reaktora do wytwarzania sadzy między chłodzeniem początkowym a dodatkowym. Pojemność cieplną wsadu wykorzystaną przy obliczeniach pokazano na FIG. 6. Założono, że wsad jest niereaktywny; wpływ endotermicznego charakteru reakcji pirolizy nie został uwzględniony w obliczeniach pojemności cieplnej wsadu. Modelowano dwa przyPL 222 582 B1 padki przy temperaturze ogrzewania wstępnego wsadu wynoszącej 500°C i 700°C w porównaniu do stanu wyjściowego (ogrzewanie wstępne do 215°C) dla gatunków A i B.

Płynnymi wsadami, z których otrzymuje się sadzę, w przypadku gatunków A i B wykorzystanych w modelowaniu były olej dekantowany oraz mieszanina oleju dekantowanego i smoły węglowej. Płynne wsady dla gatunków A i B miały następujący skład:

Olej dekantowany (gatunek A):

Wartość opałowa górna [J/kg]: 39.524.446

Analiza elementarna [% masowy]:

POPIÓŁ 0

WĘGIEL 88,68

WODÓR 6,92

AZOT 0,31

CHLOR 0

SIARKA 3,86

TLEN 0,23

Olej dekantowany/smoła węglowa (gatunek B):

Natężenie przepływu [kg/h]: 3,562

Ciepło tworzenia [J/kg]: 50.692

Wartość opałowa górna [J/kg]: 39.878.687

Analiza elementarna [% masowy]:

POPIÓŁ 0

WĘGIEL 88,62

WODÓR 7,40

AZOT 0,31

CHLOR 0

SIARKA 3,44

TLEN 0,23

Smoła węglowa [% masowy]: 30,0

W tabelach 2-7 przedstawiono dane surowe wykorzystane w obliczeniach przy modelowaniu dla każdego gatunku sadzy przy każdej temperaturze ogrzewania wstępnego: 500°C i 700°C. Wyniki obliczeń przy modelowaniu przedstawiono ponadto w tabelach.

T a b e l a 2

Wartość energetyczna surowców i sadzy w obliczeniach w programie Aspen Plus

Gaz ziemny:	53,769,143	J/kg
Wsad (gatunek A);	39,878,687	J/kg
Wsad (gatunek B):	39,524,446	J/kg
Sadza:	32,762,196	J/kg

PL 222 582 B1

T a b e l a 3 (sadza, gatunek A: temp. 500°C)

FSPH03, sadza A, wsad temp. 500C Podstrumień: MIESZANY	01AIR	02NATGAS	04BURNX	07QNCHX	08APHX	08FSHTRX	12TGAS
Temperatura, °C	710	15		905	676	563	250
Ułamek par	1	1	1	1	1	1	1
Przepływ molowy kmol/h	792	60	858	1.758	1.758	1.758	2.168
Przepływ molowy scmh	17.750	1.356	19.231	39.403	39.403	39.403	48.599
Przepływ masowy kg/h	22.934	1.018	23.952	35.795	35.795	35.795	43.186
Entalpia J/kg	7,3E+05	-4,6E+06	5,0E+05	-3,6E+06	-4,0E+06	-4,2E+06	-6,2E+06
Entalpia J/s Ułamek molowy	4,7E+06	-1,3E+06	3,4E+06	-3,6E+07	-4,0E+07	-4,2E+07	-7,4E+07
AR	0,009	0	0,009	0,004	0,004	0,004	0,003
N2	0,781	0,004	0,717	0,353	0,353	0,353	0,286
O2	0,21	0	0,047	0	0	0	0
H2	0	0	0,001	0,162	0,162	0,162	0,132
H2O	0	0	0,137	0,366	0,366	0,366	0,486
CO2	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
SO2	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	0,0,21	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-HEKSAN	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
O	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
Gaz		5,38E+07	8,68E+04	3,79E+06	3,79E+06	3,79E+06	3,14E+06

resztkowy, wartość opałowa górna, J/kg

PL 222 582 B1

T a b e l a 4 (sadza, gatunek A: temp. 700°C)

FSPH04, sadza A, wsad temp. 700C Podstrumień: MIESZANY	01AIR	02NATGAS	04BURNX	07QNCHX	08APHX	08FSHTRX	12TGAS
Temperatura, °C	710	15		905	720	431	250
Ułamek par	1	1	1	1	1	1	1
Przepływ molowy kmol/h	792	60	858	2.055	2.055	2.055	2.339
Przepływ molowy scmh	17.750	1.356	19.231	46.050	46.050	46.050	52.418
Przepływ masowy kg/h	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	-6,1E+06
Entalpia J/s Ułamek molowy	4,7E+06	-1,3E+06	3,4E+06	-4,3E+07	-4,7E+07	-5,3E+07	-7,5E+07
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
O2	0,21	0	0,047	0	0	0	0
H2	0	0	0,001	0,206	0,206	0,206	0,181
H2O	0	0	0,137	0,385	0,385	0,385	0,46
CO2	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
SO2	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-HEKSAN	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	0,004
H	0	0	0	0	0	0	0
O	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
Gaz		5,38E+07	8,68E+04	4,62E+06	4,62E+06	4,62E+06	4,08E+06

resztkowy, wartość opałowa górna, J/kg

PL 222 582 B1

T a b e l a 5 (sadza, gatunek B: temp. 500°C)

FSPH05, sadza B, wsad temp. 500C Podstrumień: MIESZANY	01AIR	02NATGAS	04BURNX	07QNCHX	08APHX	08FSHTRX	12TGAS
Temperatura, °C	760	20		907	622	539	250
Ułamek par	1	1	1	1	1	1	1
Przepływ molowy kmol/h	608	46	660	1.285	1.285	1.285	1.547
Przepływ molowy scmh	13.635	1.041	14.784	28.805	28.805	28.805	34.671
Przepływ masowy kg/h	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/s Ułamek molowy	3,9E+06	-1,0E+06	2,9E+06	-2,8E+07	-3,2E+07	-3.3E+07	-5,4E+07
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
O2	0,21	0	0,047	0	0	0	0
H2	0	0	0,002	0,121	0,121	0,121	0,101
H2O	0	0	0,137	0,385	0,385	0,385	0,489
CO2	0	0,008	0,068	0,013	0,013	0,013	0,011
CO	0	0	0,005	0,103	0,103	0,103	0,086
SO2	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-HEKSAN	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	0,003	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	0	0,007	0	0	0	0
NO	0	0	0,008	0	0	0	0
Gaz		5,38E+07	9,79E+04	3,07E+06	3,07E+06	3,07E+06	2,62E+06

resztkowy, wartość opałowa górna, J/kg

PL 222 582 B1

T a b e l a 6 (sadza, gatunek B: temp. 700°C)

FSPH06, sadza B, wsad temp. 700C Podstrumień: MIESZANY	01AIR	02NATGAS	04BURNX	07QNCHX	08APHX	08FSHTRX	12TGAS
Temperatura, °C	760	20		907	653	449	250
Ułamek par	1	1	1	1	1	1	1
Przepływ molowy kmol/h	608	46	660	1.396	1.396	1.396	1.594
Przepływ molowy scmh	13.635	1.041	14.784	31.293	31.293	31.293	35.734
Przepływ masowy kg/h	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+06	-6,0E+06
Entalpia J/s Ułamek molowy	3,9E+06	-1,0E+06	2,9E+06	-3,2E+07	-3,5E+07	-3,8E+07	-5,3E+07
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
O2	0,21	0	0,047	0	0	0	0
H2	0	0	0,002	0,144	0,144	0,144	0,126
H2O	0	0	0,137	0,4	0,4	0,4	0,475
CO2	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
SO2	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-HEKSAN	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	0,003	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	0	0,007	0	0	0	0
NO	0	0	0,008	0	0	0	0
Gaz		5,38E+07	9,79E+04	3,45E+06	3,45E+06	3,45E+06	3,06E+06

resztkowy, wartość opałowa górna, (HHV), J/kg

PL 222 582 B1

Jednostki

Gatunek sadzy
Wydajność wytwarzania sadzy	%
Wydajność energetyczna reaktora	%
N2SA	m2/g
Stechiometria palnika	%
Temperatura powietrza, ogrzewanie wstępne	C
Temp. wsadu	C
Entalpia wsadu	MJ/kg kWh/kg
Moc energetyczna	CB
Wytworzony CO2	%
Temp. gazu ziemnego	C
Przepływ gazu ziemnego	Ncmh
Przepływ powietrza	Ncmh
Temp. powietrza	C

Przypadek odniesienia 215C wstępne ogrzewanie wsadu Sadza A i B

500C: wstępne ogrzewanie wsadu, sadza A

700C: wstępne ogrzewanie wsadu, sadza B

FSPH01	FSPH02	FSPH03	FSPH04	FSPH05	FSPH06
A	B	A	A	B	B
100	100	107	115	109	120
100	100	111	126	114	131
<100	>100	<100	<100	>100	>100
135	135	135	135	135	135
710	760	710	710	760	760
215	215	500	700	500	700
1,0	0,7	2,0	3,1	1,7	2,8
0,11	0,19	0,08	0,05	0,15	0,10
100	100	74	49	77	55
15	15	15	15	15	15
1.356	1.041	1.356	1.356	1.041	1.041
17.750	13.635	17.750	17.750	13.635	13.635
25	25	25	25	25	25

Wyniki pokazują, że jeśli wsad ogrzewa się wstępnie do 500°C, można uzyskać oszczędności kosztów surowców przekraczające 10% oraz przekraczające 20%, jeśli wsad ogrzewa się wstępnie do 700°C w stabilnym trybie pracy bez zanieczyszczenia wsadu w porównaniu do przetwarzania w niższej konwencjonalnej temperaturze wsadu (215°C). W parametrze „Wydajność wytwarzania sadzy” i niektórych innych w tabeli 7 jako wartość odniesienia przyjęto konwencjonalną temperaturę wsadu 215°C (100%) i wsady ogrzewane wstępnie w wyższej temperaturze porównano ze stanem odniesienia. Jak podano, metody kontroli zanieczyszczenia według niniejszego wynalazku umożliwiają pracę przy wyższej temperaturze wsadu, w tym eksploatację na skalę przemysłową. Wydajność energetyczną reaktora (ang. REE) w tabeli 7 definiuje się jako stosunek wartości opałowej wytworzonego materiału do sumy energii pobranej, która obejmuje wartość opałową wsadu (FS) i paliwa do palnika oraz energię elektryczną REE = (HHV sadzy) / (HHV wsadu + HHV gazu ziemnego + kWh/kg, energia elektryczna przy produkcji sadzy). Stechiometrię palnika w tabeli 7 definiuje się jako odsetek przepływu powietrza przez palnik do stechiometrycznego przepływu powietrza przez palnik (przepływ powietrza niezbędny do całkowitego spalenia paliwa w palniku).

PL 222 582 B1

Korzyści uzyskiwane zgodnie z modelem dotyczą dowolnej sadzy, na przykład gatunków według ASTM, takich jak N100 do N1000 i podobnych. Modelowanie wykaże identyczne korzyści.

P r z y k ł a d 2

W tych przykładach przeprowadzono dziewięć prób badawczych, aby pokazać przykłady ogrzewania wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, od 70°C do około 500°C przy zastosowaniu różnych próbek wsadów omówionych dokładniej poniżej. Poszczególne parametry technologiczne podano w tabeli 8; ponadto w tabeli 8 podano rodzaj zastosowanego wsadu, zaś jego szczegółowe dane podano w tabeli 9. Z tabeli 8 wynika, że dzięki niniejszemu wynalazkowi można ogrzewać wstępnie wsad, z którego otrzymuje się sadzę, do temperatury rzędu 500°C lub wyższej i jednocześnie wytwarzać sadzę w sposób udany i ciągły. W przypadku sadzy wytworzonych w próbach numer 2-5, 8 i 9 przeprowadzono ich analizę; stwierdzono na podstawie morfologii, czystości i podobnych parametrów, że sadza nadaje się do zastosowania handlowego. Stwierdzono, że jedną korzyścią związaną z sadzami wytworzonymi według niniejszego wynalazku jest poziom PAH w sadzy około 50% niższy (w ppm) od sadzy konwencjonalnych mających tę samą morfologię. W ten sposób dodatkową korzyścią wynikającą z niniejszego wynalazku jest możliwość uzyskania sadzy o jakości handlowej o znacznie niższej zawartości PAH. Przy oznaczaniu PAH zastosowano metodę PAH-20 znaną w stanie techniki.

Jak ponadto pokazano poniżej w tabeli 8, parametr „Nagłego spadku ciśnienia” wskazuje, czy następuje lub rozpoczyna się tworzenie warstewki pary i (lub) koksowanie, czy też nie. Jeśli wpisano NIE, oznacza to, że nie stwierdzono nagłego spadku ciśnienia, czyli uznano, że próba badawcza zakończyła się pomyślnie, ponieważ wytworzono sadzę o jakości handlowej i w przewodach ogrzewacza lub dostarczających nie tworzył się koks lub warstewka pary. Jeśli w rzędzie „Nagły spadek ciśnienia” wpisano TAK, oznacza to, że nastąpił nagły spadek ciśnienia w porównaniu z warunkami pracy w stanie stacjonarnym podczas wytwarzana sadzy, co jasno wskazuje na to, że występowało tworzenie warstewki pary i koksowanie instalacji było nieuniknione. Okazuje się, że próba nr 1 potwierdza taką interpretację, ponieważ w próbie nr 1 stwierdzono nagły spadek ciśnienia, a następnie, w wyniku analizy elementów ogrzewacza wsadu, stwierdzono wizualnie koksowanie przewodów doprowadzających w ogrzewaczu i potwierdzono to, że nagły spadek ciśnienia wskazywał na nieuniknione koksowanie.

Przykłady 2-5, 8 i 9 jednoznacznie pokazują, że sadzę można wytworzyć stosując wsady o wysokiej temperaturze, a jednocześnie można uniknąć tworzenia warstewki pary i koksowania oraz uzyskać produkt - sadzę o jakości handlowej.

W przykładach 1,6 i 7, w których stwierdzono nagły spadek ciśnienia, przy czym w próbie nr 1 nastąpiło koksowanie, stwierdzono, że dzięki zastosowaniu niniejszego wynalazku można dostosować próby badawcze tak, by uniknąć gwałtownego spadku ciśnienia, a więc i uniknąć tworzenia warstewki pary poprzez regulację ciśnienia wlotowego w ogrzewaczu lub zwiększenie ciśnienia wlotowego w ogrzewaczu i (lub) zwiększenie prędkości wlotowej oleju i (lub) zmniejszenie czasu przebywania w ogrzewaczu. Dzięki zwiększeniu ciśnienia wlotowego w ogrzewaczu, na przykład o 10% lub więcej, można uniknąć tworzenia par w ogrzewaczu podczas wstępnego ogrzewania wsadu, z którego otrzymuje się sadzę. Zasadniczo dowolna kombinacja regulacji ciśnienia wlotowego w ogrzewaczu (zazwyczaj przez zwiększenie ciśnienia), zwiększenia prędkości wlotowej oleju i (lub) zmniejszenia czasu przebywania w ogrzewaczu pozwala zmniejszyć tworzenie par i (lub) je wyeliminować, a w ten sposób uniknąć gwałtownego spadku ciśnienia.

W poniższych przykładach (przykłady 2-5, 8 i 9) uzyskano zwiększenie wydajności wytwarzania sadzy (w % wag.) w porównaniu do sadzy wytwarzanej w konwencjonalnej temperaturze wsadu 215°C (stan odniesienia, 100%), kiedy wsady ogrzewane wstępnie w wyższej temperaturze porównano ze stanem odniesienia. W tych przykładach wydajność wytwarzania sadzy zwiększyła się o 4% do 8% wag. Ponadto przykłady według niniejszego wynalazku dawały oszczędność energii od 7% do 11% w porównaniu do sadzy wytwarzanej w konwencjonalnej temperaturze wsadu 215°C (stan odniesienia, 100%), kiedy energię wykorzystywaną w przypadku wsadów ogrzewanych wstępnie w wyższej temperaturze porównano ze stanem odniesienia. W ten sposób niniejszy wynalazek zapewnia większą wydajność wytwarzania sadzy i zużywa do tego mniej energii; oznacza to poprawę względem sposobów konwencjonalnych i jest ponadto nieoczekiwane.

PL 222 582 B1

T a b e l a 8

Numer próby	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Temperatura ogrzewania wstępnego (°C)	545	503	500	504	501	500	462	515	515
Ciśnienie wlotowe w ogrzewaczu (Pa)	4,6x10⁶	7,44x10⁶	8,3x10⁶	5,87x10⁶	5x10⁶	9 x10⁵	5 x10⁵	5,1x10⁶	5,2x10⁶
Spadek ciśnienia w ogrzewaczu (Pa)	6,3x10⁵	1,84x10⁶	2,12x10⁶	7,2x10⁵	7,4x10⁵	6,5x10⁵'	8,2x10⁵	6,3x10⁵	6,6x10⁵
Natężenie przepływu oleju (kg/h)	90	105	145	104	105	95	110	432	453
Strumień cieplny (kW/m²)	38	44,3	61	39,2	39	30	31	36,5	39,7
Prędkość wlotowa oleju (m/s)	1,5	1,8	2,5	1,6	1,6	1,5	1,7	1,3	1,4
Właściwy przepływ masowy oleju (kg/s-m²)	1523	1777	2453	1760	1777	1607	1861	1539	1540
Czas przebywania w ogrzewaczu (s)	28	23	17	25	25	23	26	82	77
Wsad	FS1	FS1	FS1	FS2	FS2	FS3	FS3	FS3	FS3
Nagły spadek ciśnienia	Tak*	Nie	Nie	Nie	Nie	Tak**	Tak**	Nie	Nie

* Potwierdzono obecność koksu ** Doświadczenie przerwano natychmiast, aby nie doszło do uszkodzenia ogrzewacza lub reaktora

T a b e l a 9

	Wsad 1 (FS1)	Wsad 2 (FS2)	Wsad 3 (FS3)
Ciężar właściwy	0,99	1,01	1,09
Węgiel (% wag.)	89,88	90,99	90,82
Wodór (% wag.)	9,3	7,5	7,6
Tlen (% wag.)	0,5	-	0,42
Azot (% wag.)	0,15	0,21	0,35
Siarka (% wag.)	0,17	0,74	0,84
Asfalteny (% wag.)	1,9	3,9	2,0
Lepkość (cP) w 50°C	7	243	58

W przypadku, gdy ilość, stężenie lub inną wartość lub parametr podano w postaci zakresu, zakresu korzystnego lub listy górnych wartości korzystnych i dolnych wartości korzystnych, należy je rozumieć jako konkretne ujawnienie wszystkich zakresów objętych każdą parą każdej wartości górnej zakresu lub wartości korzystnej i każdej wartości dolnej zakresu lub wartości korzystnej, niezależnie od tego, czy zakresy zostały ujawnione oddzielnie. Jeśli w dokumencie podano zakres wartości liczbowych, jeśli nie zaznaczono inaczej, zakres taki ma obejmować jego wartości graniczne oraz wszystkie liczby całkowite i ułamkowe w zakresie. Przedmiot wynalazku nie ma być ograniczony do konkretnych podanych wartości, jeśli określono zakres.

PL 222 582 B1

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania sadzy, znamienny tym, że obejmuje:

poddanie reakcji utleniacza i palnego paliwa w strefie spalania reaktora do wytwarzania sadzy z wytworzeniem strumienia ogrzanego gazu zawierającego gorący gaz spalinowy, przy czym gorący gaz spalinowy jest utworzony w reakcji utleniacza i palnego paliwa, przy czym utleniacz zawiera powietrze, tlen, lub mieszaniny powietrza i tlenu, i przy czym palne paliwo zawiera gaz ziemny, wodór, tlenek węgla, metan, acetylen, alkohole lub naftę;

wprowadzenie strumienia ogrzanego gazu zawierającego gorący gaz spalinowy do strefy wtryskiwania wsadu, a następnie strefy reakcji reaktora do wytwarzania sadzy; dostarczenie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ogrzewacza, przy czym wsad, z którego otrzymuje się sadzę zawiera olej dekantowany, produkt ze smoły węglowej, pozostałości po krakowaniu etylenowym, olej zawierający asfalteny, lub dowolne ich kombinacje; ogrzanie wstępne wsadu, z którego otrzymuje się sadzę w ogrzewaczu do drugiej temperatury przekraczającej 300°C z uzyskaniem wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przy czym (a) wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma prędkość w ogrzewaczu wynoszącą co najmniej 0,2 m/s, przy czym prędkość oblicza się na podstawie gęstości wsadu mierzonej w 60°C przy 101,325 Pa oraz w oparciu o najmniejsze pole przekroju przewodu do wsadu znajdującego się w ogrzewaczu i (b) wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma pierwszy czas przebywania wsadu w ogrzewaczu poniżej 120 minut;

dostarczenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do punktu wprowadzania wsadu do strefy wtryskiwania wsadu reaktora do wytwarzania sadzy, przy czym punkt wprowadzenia stanowi sondę, szereg otworów w ścianie reaktora do wytwarzania sadzy, lub kombinację sondy i szeregu otworów, przy czym wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma drugi czas przebywania wsadu od opuszczenia ogrzewacza do miejsca bezpośrednio przed punktem wprowadzania do reaktora do wytwarzania sadzy poniżej 120 minut;

oraz przy czym połączony pierwszy czas przebywania wsadu i drugi czas przebywania wsadu wynosi 120 minut lub mniej, połączenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę ze strumieniem ogrzanego gazu, obejmujące wprowadzenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę przez punkt wprowadzania do strefy wtryskiwania wsadu reaktora do wytwarzania sadzy do połączenia wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę ze strumieniem ogrzanego gazu w strefie wtryskiwania wsadu z utworzeniem strumienia reakcyjnego, który przepływa do strefy reakcji i w którym sadzę wytwarza się w reaktorze do wytwarzania sadzy; oraz odzyskiwanie sadzy w strumieniu reakcyjnym.
2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że obejmuje ponadto zwiększenie ciśnienia wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia przekraczającego 10⁶ Pa przed wprowadzeniem do ogrzewacza.
3. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że obejmuje ponadto zwiększenie ciśnienia wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia przekraczającego 2x10⁶ Pa przed wprowadzeniem do ogrzewacza.
4. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że obejmuje ponadto zwiększenie ciśnienia wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia od 2x10⁶ Pa do 1,8x10⁷ Pa przed wprowadzeniem do ogrzewacza.
5. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że prędkość wynosi co najmniej 1 m/s.
6. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że prędkość wynosi co najmniej 1,6 m/s.
7. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma temperaturę początku wrzenia od 160°C do 500°C.
8. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że ogrzewanie wstępne wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, obejmuje ogrzewanie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, w ogrzewaczu, który zawiera wymiennik ciepła pracujący przy średnim strumieniu cieplnym przekraczającym 10 kW/m².
9. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że obejmuje ponadto co najmniej częściowe dostarczanie ciepła w ogrzewaczu przez ciepło generowane przez reaktor do wytwarzania

PL 222 582 B1 sadzy lub inny reaktor do wytwarzania sadzy lub obydwa, przy czym co najmniej część ogrzewania wstępnego następuje w ogrzewaczu.
10. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że połączony pierwszy czas przebywania i drugi czas przebywania jest krótszy niż 60 minut.
11. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że obejmuje ponadto wymianę ciepła pomiędzy ogrzewaczem a co najmniej częścią reaktora do wytwarzania sadzy.
12. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że obejmuje ponadto kontaktowanie strumienia reakcyjnego w reaktorze do wytwarzania sadzy z ogrzewaczem za urządzeniem chłodzącym, przy czym ogrzewacz zawiera wymiennik ciepła, którego ścianki są ogrzewane strumieniem reakcyjnym po jego pierwszej stronie, stykający się z wsadem, z którego otrzymuje się sadzę, po jego stronie przeciwnej.
13. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że obejmuje ponadto wymianę ciepła z wymiennika ciepła zawartego w ogrzewaczu ze strumieniem reakcyjnym w reaktorze do wytwarzania sadzy, przy czym ogrzewany jest płynny nośnik ciepła przepływający przez wymiennik ciepła oraz ogrzewany płynny nośnik ciepła przepływa przez ogrzewacz znajdujący się na zewnątrz reaktora i wymienia ciepło płynnego nośnika ciepła z wsadem, aby ogrzać wsad, z którego otrzymuje się sadzę.
14. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że obejmuje ponadto co najmniej częściowe zasilanie ogrzewacza w ciepło z gazu resztkowego z wytwarzania sadzy z reaktora do wytwarzania sadzy lub innego reaktora do wytwarzania sadzy lub obydwu, aby ogrzać wsad, z którego otrzymuje się sadzę.
15. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że wprowadzenie ogrzanego strumienia gazu do reaktora obejmuje ogrzanie plazmą strumienia gazu, który można ogrzać plazmą, w ogrzewaczu plazmowym, aby uzyskać co najmniej część ogrzanego strumienia gazu.
16. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że obejmuje ponadto zastosowanie powierzchni niekatalitycznej na ściankach ogrzewacza, stykających się z wsadem, z którego otrzymuje się sadzę, i na ściankach wewnętrznych przewodu dostarczającego wsad, który doprowadza wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, do reaktora do wytwarzania sadzy, przy czym powierzchnia jest niekatalityczna wobec krakowania lub polimeryzacji węglowodorów.
17. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że dostarczenie obejmuje przesyłanie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przez przewód dostarczający wsad, który zasila reaktor do wytwarzania sadzy, przy czym sposób obejmuje ponadto okresowe przedmuchiwanie przewodu dostarczającego wsad, z którego otrzymuje się sadzę, gazem do przedmuchiwania zawierającym utleniacz węgla.
18. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że dostarczenie obejmuje przesyłanie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przez przewód dostarczający wsad, który zasila reaktor do wytwarzania sadzy, przy czym sposób obejmuje ponadto wtryskiwanie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do reaktora do otrzymywania sadzy z co najmniej częściowym odparowaniem wsadu, z którego otrzymuje się sadzę.
19. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że obejmuje ponadto połączenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, i strumienia ogrzanego gazu w reaktorze do otrzymywania sadzy z ciągłym wytwarzaniem sadzy w reaktorze przez co najmniej 12 godzin.
20. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dostarczenie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę do ogrzewacza obejmuje dostarczenie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę do ogrzewacza w pierwszej temperaturze poniżej 360°C;

ogrzanie wstępne wsadu, z którego otrzymuje się sadzę w ogrzewaczu ogrzewa wsad, z którego otrzymuje się sadzę do drugiej temperatury od 360°C do 850°C z uzyskaniem wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę; oraz połączony pierwszy czas przebywania wsadu i drugi czas przebywania wsadu wynosi od 10 sekund do 120 minut.

PL 222 582 B1
21. Sposób według zastrzeżenia 20, znamienny tym, że obejmuje ponadto zwiększenie ciśnienia wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia przekraczającego 2x10⁶ Pa przed wprowadzeniem do ogrzewacza.
22. Sposób według zastrzeżenia 20, znamienny tym, że obejmuje ponadto zwiększenie ciśnienia wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia przekraczającego 3x10⁶ Pa przed wprowadzeniem do ogrzewacza.
23. Sposób według zastrzeżenia 20, znamienny tym, że obejmuje ponadto zwiększenie ciśnienia wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia od 3x10⁶ Pa do 1,8x10⁷ Pa przed wprowadzeniem do ogrzewacza.
24. Sposób według zastrzeżenia 20, znamienny tym, że prędkość wynosi co najmniej około 1 m/s.
25. Sposób według zastrzeżenia 20, znamienny tym, że prędkość wynosi co najmniej 1,6 m/s.
26. Sposób według zastrzeżenia 20, znamienny tym, że wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma temperaturę początku wrzenia od 160°C do 500°C.
27. Sposób według zastrzeżenia 20, znamienny tym, że ogrzewanie wstępne wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, obejmuje ogrzewanie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, w ogrzewaczu, który zawiera wymiennik ciepła pracujący przy średnim strumieniu cieplnym przekraczającym 20 kW/m².
28. Sposób według zastrzeżenia 20, znamienny tym, że co najmniej część ogrzewania wstępnego następuje w ogrzewaczu, do którego ciepło co najmniej częściowo jest dostarczane z reaktora do wytwarzania sadzy lub z innego reaktora do wytwarzania sadzy lub obydwu.
29. Sposób według zastrzeżenia 20, znamienny tym, że połączony pierwszy czas przebywania i drugi czas przebywania jest krótszy niż 60 minut.
30. Sposób według zastrzeżenia 20, znamienny tym, że ogrzewacz wymienia ciepło z co najmniej częścią reaktora do wytwarzania sadzy.
31. Sposób według zastrzeżenia 20, znamienny tym, że obejmuje ponadto kontaktowanie strumienia reakcyjnego w reaktorze do wytwarzania sadzy z ogrzewaczem za urządzeniem chłodzącym, przy czym ogrzewacz zawiera wymiennik ciepła, którego ścianki są ogrzewane strumieniem reakcyjnym po jego pierwszej stronie, stykający się z wsadem, z którego otrzymuje się sadzę, po jego stronie przeciwnej przed wsadem, z którego otrzymuje się sadzę.
32. Sposób według zastrzeżenia 20, znamienny tym, że obejmuje ponadto wymianę ciepła z wymiennika ciepła zawartego w ogrzewaczu ze strumieniem reakcyjnym w reaktorze do wytwarzania sadzy, przy czym ogrzewany jest płynny nośnik ciepła przepływający przez wymiennik ciepła oraz ogrzewany płynny nośnik ciepła przepływa przez ogrzewacz znajdujący się na zewnątrz reaktora i wymienia ciepło płynnego nośnika ciepła z wsadem, aby ogrzać wsad, z którego otrzymuje się sadzę.
33. Sposób według zastrzeżenia 20, znamienny tym, że obejmuje ponadto co najmniej częściowe zasilanie ogrzewacza w ciepło z gazu resztkowego z wytwarzania sadzy z reaktora do wytwarzania sadzy lub innego reaktora do wytwarzania sadzy lub obydwu, aby ogrzać wsad, z którego otrzymuje się sadzę.
34. Sposób według zastrzeżenia 20, znamienny tym, że wprowadzenie ogrzanego strumienia gazu do reaktora obejmuje ogrzanie plazmą strumienia gazu, który można ogrzać plazmą, w ogrzewaczu plazmowym, aby uzyskać co najmniej część ogrzanego strumienia gazu.
35. Sposób według zastrzeżenia 20, znamienny tym, że obejmuje ponadto zastosowanie powierzchni niekatalitycznej na ściankach ogrzewacza, stykających się z wsadem, z którego otrzymuje się sadzę, i na ściankach wewnętrznych przewodu dostarczającego wsad doprowadzającego wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, do reaktora do wytwarzania sadzy, przy czym powierzchnia jest niekatalityczna wobec krakowania lub polimeryzacji węglowodorów.
36. Sposób według zastrzeżenia 20, znamienny tym, że dostarczenie obejmuje przesyłanie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przez przewód dostarczający wsad, który zasila reaktor do wytwarzania sadzy, przy czym sposób obejmuje ponadto okresowe przedmuchiwanie przewodu dostarczającego wsad, z którego otrzymuje się sadzę, gazem do przedmuchiwania zawierającym utleniacz węgla.
37. Sposób według zastrzeżenia 20, znamienny tym, że dostarczenie obejmuje przesyłanie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przez przewód dostarczający

PL 222 582 B1 wsad, który zasila reaktor do wytwarzania sadzy, przy czym sposób obejmuje ponadto wtryskiwanie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do reaktora do otrzymywania sadzy z co najmniej częściowym odparowaniem wsadu, z którego otrzymuje się sadzę.
38. Sposób według zastrzeżenia 20, znamienny tym, że obejmuje ponadto połączenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, i strumienia ogrzanego gazu w reaktorze do otrzymywania sadzy z ciągłym wytwarzaniem sadzy w reaktorze przez co najmniej 12 godzin.
39. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dostarczenie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę obejmuje:

dostarczenie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę w pierwszej temperaturze poniżej 450°C do ogrzewacza;

ogrzanie wstępne wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, w ogrzewaczu ogrzewa wsad, z którego otrzymuje się sadzę do drugiej temperatury przekraczającej 450°C z uzyskaniem wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przy czym wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma pierwszy czas przebywania wsadu w ogrzewaczu od 10 sekund 120 minut; oraz połączony pierwszy czas przebywania wsadu i drugi czas przebywania wsadu wynosi 120 minut lub mniej.
40. Sposób według zastrzeżenia 39, znamienny tym, że obejmuje ponadto zwiększenie ciśnienia wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia od 2x10⁶ Pa do 1,8x10⁷ Pa przed wprowadzeniem do ogrzewacza.
41. Sposób według zastrzeżenia 39, znamienny tym, że obejmuje ponadto zwiększenie ciśnienia wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia od 3x10⁶ Pa do 1,8x10⁷ Pa przed wprowadzeniem do ogrzewacza.
42. Sposób według zastrzeżenia 39, znamienny tym, że obejmuje ponadto zwiększenie ciśnienia wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia od 4x10⁶ Pa do 1,8x10⁷ Pa przed wprowadzeniem do ogrzewacza.
43. Sposób według zastrzeżenia 39, znamienny tym, że prędkość wynosi co najmniej 1 m/s.
44. Sposób według zastrzeżenia 39, znamienny tym, że prędkość wynosi co najmniej 1,6 m/s.
45. Sposób według zastrzeżenia 39, znamienny tym, że wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma temperaturę początku wrzenia od 160°C do 500°C.
46. Sposób według zastrzeżenia 39, znamienny tym, że ogrzewanie wstępne wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, obejmuje ogrzewanie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, w ogrzewaczu, który zawiera wymiennik ciepła pracujący przy średnim strumieniu cieplnym od 20 kW/m² do 150 kW/m².
47. Sposób według zastrzeżenia 39, znamienny tym, że obejmuje ponadto co najmniej częściowe dostarczanie ciepła w ogrzewaczu przez ciepło generowane przez reaktor do wytwarzania sadzy lub inny reaktor do wytwarzania sadzy lub obydwa, przy czym co najmniej część ogrzewania wstępnego następuje w ogrzewaczu.
48. Sposób według zastrzeżenia 39, znamienny tym, że połączony pierwszy czas przebywania i drugi czas przebywania jest krótszy niż 60 minut.
49. Sposób według zastrzeżenia 39, znamienny tym, że obejmuje ponadto wymianę ciepła pomiędzy ogrzewaczem a co najmniej częścią reaktora do wytwarzania sadzy.
50. Sposób według zastrzeżenia 39, znamienny tym, że obejmuje ponadto kontaktowanie strumienia reakcyjnego w reaktorze do wytwarzania sadzy z ogrzewaczem za urządzeniem chłodzącym, przy czym ogrzewacz zawiera wymiennik ciepła, którego ścianki są ogrzewane strumieniem reakcyjnym po jego pierwszej stronie, stykający się z wsadem, z którego otrzymuje się sadzę, po jego stronie przeciwnej przed wsadem, z którego otrzymuje się sadzę.
51. Sposób według zastrzeżenia 39, znamienny tym, że obejmuje ponadto wymianę ciepła z wymiennika ciepła zawartego w ogrzewaczu ze strumieniem reakcyjnym w reaktorze do wytwarzania sadzy, przy czym ogrzewany jest płynny nośnik ciepła przepływający przez wymiennik ciepła oraz ogrzewany płynny nośnik ciepła przepływa przez ogrzewacz znajdujący się na zewnątrz reaktora i wymienia ciepło płynnego nośnika ciepła z wsadem, aby ogrzać wsad, z którego otrzymuje się sadzę.

PL 222 582 B1
52. Sposób według zastrzeżenia 39, znamienny tym, że obejmuje ponadto co najmniej częściowe zasilanie ogrzewacza w ciepło z gazu resztkowego z wytwarzania sadzy z reaktora do wytwarzania sadzy lub innego reaktora do wytwarzania sadzy lub obydwu, aby ogrzać wsad, z którego otrzymuje się sadzę.
53. Sposób według zastrzeżenia 39, znamienny tym, że wprowadzenie ogrzanego strumienia gazu do reaktora obejmuje ogrzanie plazmą strumienia gazu, który można ogrzać plazmą, w ogrzewaczu plazmowym, aby uzyskać co najmniej część ogrzanego strumienia gazu.
54. Sposób według zastrzeżenia 39, znamienny tym, że obejmuje ponadto zastosowanie powierzchni niekatalitycznej na ściankach ogrzewacza, stykających się z wsadem, z którego otrzymuje się sadzę, i na ściankach wewnętrznych przewodu dostarczającego wsad, który doprowadza wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, do reaktora do wytwarzania sadzy, przy czym powierzchnia jest niekatalityczna wobec krakowania lub polimeryzacji węglowodorów.
55. Sposób według zastrzeżenia 39, znamienny tym, że dostarczenie obejmuje przesyłanie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przez przewód dostarczający wsad, który zasila reaktor do wytwarzania sadzy, przy czym sposób obejmuje ponadto okresowe przedmuchiwanie przewodu dostarczającego wsad, z którego otrzymuje się sadzę, gazem do przedmuchiwania zawierającym utleniacz węgla.
56. Sposób według zastrzeżenia 39, znamienny tym, że dostarczenie obejmuje przesyłanie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przez przewód dostarczający wsad, który zasila reaktor do wytwarzania sadzy, przy czym sposób obejmuje ponadto wtryskiwanie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do reaktora do otrzymywania sadzy z co najmniej częściowym odparowaniem wsadu, z którego otrzymuje się sadzę.
57. Sposób według zastrzeżenia 39, znamienny tym, że obejmuje ponadto połączenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, i strumienia ogrzanego gazu w reaktorze do otrzymywania sadzy z ciągłym wytwarzaniem sadzy w reaktorze przez co najmniej 12 godzin.
58. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że ogrzewanie wstępne wsadu i dostarczanie wstępnie ogrzanego wsadu do punktu wprowadzania wsadu odbywa się bez nagłego spadku ciśnienia względem warunków pracy w stanie stacjonarnym.
59. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że dostarczanie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do ogrzewacza obejmuje dostarczanie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę do ogrzewacza przy ciśnieniu przekraczającym 1,5x10⁶ Pa.
60. Sposób wytwarzania sadzy, znamienny tym, że obejmuje:

poddanie reakcji utleniacza i palnego paliwa w strefie spalania reaktora do wytwarzania sadzy z wytworzeniem strumienia ogrzanego gazu zawierającego gorący gaz spalinowy, przy czym gorący gaz spalinowy jest utworzony w reakcji utleniacza i palnego paliwa, przy czym utleniacz zawiera powietrze, tlen, lub mieszaniny powietrza i tlenu, i przy czym palne paliwo zawiera gaz ziemny, wodór, tlenek węgla, metan, acetylen, alkohole lub naftę;

wprowadzenie strumienia ogrzanego gazu zawierającego gorący gaz spalinowy do strefy wtryskiwania wsadu, a następnie strefy reakcji reaktora do wytwarzania sadzy; dostarczenie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, mającego pierwszą temperaturę poniżej 300°C, do ogrzewacza z pierwszym ciśnieniem przekraczającym 10⁶ Pa, przy czym wsad, z którego otrzymuje się sadzę zawiera olej dekantowany, produkt ze smoły węglowej, pozostałości po krakowaniu etylenowym, olej zawierający asfalteny, lub dowolne ich kombinacje; ogrzanie wstępne wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, w ogrzewaczu do drugiej temperatury przekraczającej 300°C z uzyskaniem wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przy czym (a) wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma drugie ciśnienie w ogrzewaczu takie samo lub niższe od ciśnienia pierwszego, obliczone przy założeniu takiego samego pola przekroju poprzecznego, kiedy wsad przemieszcza się przy ciśnieniu pierwszym i ciśnieniu drugim i (b) wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma pierwszy czas przebywania wsadu w ogrzewaczu poniżej 120 minut;

dostarczenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do punktu wprowadzania wsadu do strefy wtryskiwania wsadu reaktora do wytwarzania sadzy, przy czym punkt wprowadzenia stanowi sondę, szereg otworów w ścianie reaktora do wytwarzania

PL 222 582 B1 sadzy, lub kombinację sondy i szeregu otworów, przy czym wstępnie ogrzany wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma drugi czas przebywania wsadu od opuszczenia ogrzewacza do miejsca bezpośrednio przed punktem wprowadzania do reaktora do wytwarzania sadzy poniżej 120 minut; oraz przy czym połączony pierwszy czas przebywania wsadu i drugi czas przebywania wsadu wynosi 120 minut lub mniej;

połączenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę ze strumieniem ogrzanego gazu, obejmujące wprowadzenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę przez punkt wprowadzania do strefy wtryskiwania wsadu reaktora do wytwarzania sadzy do połączenia wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę ze strumieniem ogrzanego gazu w strefie wtryskiwania wsadu z utworzeniem strumienia reakcyjnego, który przepływa do strefy reakcji i w którym sadzę wytwarza się w reaktorze do wytwarzania sadzy; oraz odzyskiwanie sadzy w strumieniu reakcyjnym.
61. Sposób wytwarzania sadzy, znamienny tym, że obejmuje:

poddanie reakcji utleniacza i palnego paliwa w strefie spalania reaktora do wytwarzania sadzy z wytworzeniem strumienia ogrzanego gazu zawierającego gorący gaz spalinowy, przy czym gorący gaz spalinowy jest utworzony w reakcji utleniacza i palnego paliwa, przy czym utleniacz zawiera powietrze, tlen, lub mieszaniny powietrza i tlenu, i przy czym palne paliwo zawiera gaz ziemny, wodór, tlenek węgla, metan, acetylen, alkohole lub naftę:

wprowadzenie strumienia ogrzanego gazu zawierającego gorący gaz spalinowy do strefy wtryskiwania wsadu, a następnie strefy reakcji reaktora do wytwarzania sadzy; dostarczenie wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, mającego pierwszą temperaturę poniżej 300°C, do ogrzewacza z pierwszym ciśnieniem przekraczającym 10⁶ Pa, przy czym wsad, z którego otrzymuje się sadzę zawiera olej dekantowany, produkt ze smoły węglowej, pozostałości po krakowaniu etylenowym, olej zawierający asfalteny, lub dowolne ich kombinacje; ogrzanie wstępne wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, w ogrzewaczu do drugiej temperatury przekraczającej 300°C z uzyskaniem wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, przy czym wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma i) ciśnienie drugie w ogrzewaczu w przybliżeniu takie samo lub niższe od ciśnienia pierwszego i ii) wsad, z którego otrzymuje się sadzę, ma prędkość w ogrzewaczu wynoszącą co najmniej 0,2 m/s, przy czym prędkość oblicza się na podstawie gęstości wsadu mierzonej w 60°C przy 101,325 Pa oraz w oparciu o najmniejsze pole przekroju przewodu do wsadu znajdującego się w ogrzewaczu i przy czym i) oblicza się ją na podstawie tego samego pola przekroju poprzecznego, przez które wsad przemieszcza się przy ciśnieniu pierwszym i ciśnieniu drugim; oraz dostarczenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę, do punktu wprowadzania wsadu do strefy wtryskiwania wsadu reaktora do wytwarzania sadzy, przy czym punkt wprowadzenia stanowi sondę, szereg otworów w ścianie reaktora do wytwarzania sadzy, lub kombinację sondy i szeregu otworów;

połączenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę ze strumieniem ogrzanego gazu, obejmujące wprowadzenie wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę przez punkt wprowadzania do strefy wtryskiwania wsadu reaktora do wytwarzania sadzy do połączenia wstępnie ogrzanego wsadu, z którego otrzymuje się sadzę ze strumieniem ogrzanego gazu w strefie wtryskiwania wsadu z utworzeniem strumienia reakcyjnego, który przepływa do strefy reakcji i w którym sadzę wytwarza się w reaktorze do wytwarzania sadzy; oraz odzyskiwanie sadzy w strumieniu reakcyjnym.
62. Instalacja do wytwarzania sadzy, znamienna tym, że zawiera:

reaktor piecowy (2) do wytwarzania sadzy, mający strefę (10) spalania, która ma strefę (11) o zmniejszającej się średnicy, strefę (12) wtryskiwania wsadu i strefę (13) reakcji; przewód (17) doprowadzający wsad, który doprowadza wsad (15), z którego otrzymuje się sadzę, do punktu (16) wprowadzania wsadu do strefy (12) wtryskiwania wsadu reaktora (2), przy czym punkt (16) wprowadzania wsadu pozwala wprowadzić wsad (15), z którego otrzymuję się sadzę dostarczony z przewodu (17) dostarczającego wsad do strefy (12) wtryskiwania wsadu reaktora (2), aby połączyć wsad (15) ze strumieniem ogrzanego gazu w strefie wtryskiwania wsadu z utworzeniem strumienia reakcyjnego w strefie wtryskiwania wsadu, który przepływa do strefy (13) reakcji i w którym sadzę wytwarza się w reaktorze (2);

PL 222 582 B1 ogrzewacz (19, 22, 23) wsadu, który wstępnie ogrzewa wsad, z którego otrzymuje się sadzę doprowadzany przewodem (17) dostarczającym wsad do temperatury co najmniej 300°C; pompę (20) włączoną w przewód (17) dostarczający wsad przed ogrzewaczem (19, 22, 23) wsadu, przy czym pompa (20) zwiększa ciśnienie wsadu (15), z którego otrzymuje się sadzę, do ciśnienia przekraczającego około 10⁶ Pa przed wstępnym ogrzaniem wsadu (15) do co najmniej 300°C oraz zapewnia prędkość wsadu w ogrzewaczu w przypadku wsadu (15) dostarczanego do ogrzewacza (19, 22, 23) wsadu co najmniej 0,2 m/s, przy czym prędkość oblicza się na podstawie gęstości wsadu mierzonej w 60°C przy 101,325 Pa oraz w oparciu o najmniejsze pole przekroju przewodu do wsadu znajdującego się w ogrzewaczu (19, 22, 23); oraz urządzenie chłodzące (14), które znajduje się za strefą (13) reakcji reaktora (2) do wytwarzania sadzy, które chłodzi sadzę w strumieniu reakcyjnym;

przy czym instalacja zapewnia czas przebywania wsadu w ogrzewaczu (19, 22, 23) wsadu i w przewodzie (17) doprowadzającym wsad przed wprowadzeniem do reaktora (2) w przypadku wsadu ogrzanego wstępnie do temperatury co najmniej 300°C, wynoszący mniej niż 120 minut.
63. Instalacja według zastrzeżenia 62, znamienna tym, że ogrzewacz wsadu zawiera wymiennik ciepła, który ogrzewa wsad, z którego otrzymuje się sadzę, przy średnim strumieniu cieplnym przekraczającym 10 kW/m².
64. Instalacja według zastrzeżenia 62, znamienna tym, że ogrzewacz wsadu jest umieszczony w reaktorze tak, że styka się ze strumieniem reakcyjnym i ogrzewa wsad do temperatury co najmniej 300°C.
65. Instalacja według zastrzeżenia 62, znamienna tym, że ogrzewacz wsadu jest umieszczony w styczności z co najmniej częścią reaktora i ogrzewa wsad do temperatury co najmniej 300°C.
66. Instalacja według zastrzeżenia 62, znamienna tym, że ogrzewacz wsadu zawiera wymiennik ciepła znajdujący się w reaktorze za urządzeniem chłodzącym, przy czym wymiennik ciepła zawiera ścianki, które są ogrzewane strumieniem reakcyjnym po pierwszej jego stronie oraz są w styczności z wsadem po przeciwnej jego stronie przed wprowadzeniem wsadu do przewodu dostarczającego wsad, przy czym wsad jest ogrzewany w wymienniku ciepła do temperatury co najmniej 300°C.
67. Instalacja według zastrzeżenia 62, znamienna tym, że obejmuje ponadto wymiennik ciepła z płynnym nośnikiem ciepła, znajdujący się w reaktorze, który styka się ze strumieniem reakcyjnym, oraz ogrzewacz wsadu znajdujący się na zewnątrz reaktora, który wymienia ciepło z płynnym nośnikiem ciepła, który opuścił wymiennik ciepła z wsadem w ogrzewaczu wsadu, aby ogrzewać wsad do temperatury co najmniej 300°C.
68. Instalacja według zastrzeżenia 62, znamienna tym, że ogrzewacz wsadu wymienia ciepło ze strumieniem gazu resztkowego z reaktora, aby ogrzewać wsad do temperatury co najmniej 300°C.
69. Instalacja według zastrzeżenia 62, znamienna tym, że obejmuje ponadto ogrzewacz plazmowy, który ogrzewa strumień gazu, który można ogrzać plazmą, aby uzyskać co najmniej część ogrzanego strumienia gazu.
70. Instalacja według zastrzeżenia 62, znamienna tym, że obejmuje ponadto powierzchnię niekatalityczną na ściankach ogrzewacza wsadu stykających się z wsadem i na ściankach wewnętrznych stykających się z wsadem przewodu doprowadzającego wsad, przy czym powierzchnia jest niekatalityczna względem krakowania termicznego lub polimeryzacji węglowodorów.
71. Instalacja według zastrzeżenia 62, znamienna tym, że obejmuje ponadto niekatalityczną powłokę ceramiczną na ściankach ogrzewacza wsadu stykających się z wsadem i na ściankach wewnętrznych stykających się z wsadem w przewodzie doprowadzającym wsad.
72. Instalacja według zastrzeżenia 62, znamienna tym, że obejmuje ponadto źródło gazu do przedmuchiwania zawierające utleniacz węgla oraz punkt wprowadzania gazu do przedmuchiwania na przewodzie doprowadzającym wsad, służący do okresowego przedmuchiwania przewodu doprowadzającego wsad gazem do przedmuchiwania.
73. Instalacja według zastrzeżenia 62, znamienna tym, że reaktor łączy wsad i strumień ogrzanego gazu z ciągłym wytwarzaniem sadzy w reaktorze przez co najmniej 12 godzin.

PL 222 582 B1

Rysunki

Chłodzenie

Wsad

Pompa

Paliwo do palnika

Palnik >300 C wsad

Powietrze

Chłodzenie Podawanie wody

Paliwo do palnika

Palnik

Przegrzana para

Powietrze

Wsad

Wsad >300 C

Pompa

FIG. 2

FIG. 1

PL 222 582 B1

Chłodzenie

Pompa

Paliwo do palnika

Wsad

Gaz

Palinik

Powietrze >300 C Wsad

Chłodzenie

Wsad

Paliwo da palnika

Podawanie wody

Palnik

Przegrzana

Powietrze para

Wsad >300 C

Pompa

Wsad

Ogrzewacz plazmowy

FIG. 4

Gaz

PL 222 582 B1

FSPH03- Gatunek A, temperatura wsadu 500°C

PL 222 582 B1

Fig. 5 — wyjaśnienia skrótów i odnośników numerycznych Numer Skrót Nazwa/opis 710 Ot AIR Nazwa strumienia powietrza między* ogrzewaczem powietrza a komorą spalania 2.5 01AIRJN Nazwa wlotowego strumienia powietrza CABLGWER Strumień technologiczny - dmuchawa powietrza do spalania, zużycie mocy W CABLGWER COMPR Moduł technologiczny - dmuchawa powietrza do spalania łub sprężarka 99 0IA1R1NC Nazwa strumienia powietrza AFH-C HEATER Moduł technologiczny - ogrzewacz powietrza AFHTRANS Moduł technologiczny - ciepło przekazywane między dymem a powietrzem 15 02NATGAS Nazwa strumienia technologicznego - gaz ziemny BURNE-R RGWBŚ Nazwa modułu technologicznego - komora spalania, reaktor Gibbsa Γ 04BURNX Spalany gaz ziemny REAĆTOR HIERARCHY Reaktor do sadzy (CB), model specjalny do reakcji chemicznych HTLOSS Straty ciepła 1619 05REACX Nazwa strumienia technologicznego między reaktorem CB a komorą chłodzenia QUENCH RGIBBS Moduł technologiczny - chłodzenie 905 07QNCHX Chłodzony dym APH-H HEATER Moduł technologiczny - ogrzewacz powietrza 676 08ΑΡΗΧ Nazwa strumienia technologicznego: dym o temperaturze 676 st. C między ogrzewaczem powietrza a ogrzewaczem surowca (FS) 500 03FDŚTK FS O temperaturze 500 st, C 20 06QWATER Woda chłodzącą o temperaturze 20 st C APHLOSS Straty energii w ogrzewaczu powietrza 215 G3FDSTKX Strumień surowca (FS) o temperaturze 215 st. między ogrzewaczem FS a reaktorem FSHTRH HEATER Ogrzewacz FS FSHTRO Ciepło przekazywano między FS a dymem FSHTRC HEATER Ogrzewacz FS 563 08FSHTRX Strumień dymu o temperaturze 563 st. C między ogrzewaczem FS a komorą chłodzenia VQUENCH MIXER Chłodzenie wodą, model z mieszalnikiem 250 10VQNCHX Strumień dymu o temperaturze 250 st C przed modułem rozdziału CB CBSEP SEP Moduł rozdziału CB (filtr) 250 12TGAS Nazwa strumienia gazu odlotowego (TG) o temperaturze 250 st. C 25 XSTGA1R Powietrze do spalania TG XSTGBURN RSTOBC Reaktor spalania TG (stechietnetryessny) 1191 TGBRNX Spalany TG o temperaturze 1191 st. C TEMPERATORE(C) Legenda - wyjaśnienie, Ze wartości temperatury obwiedziono kółkami 20 09VQWAT Nazwa strumienia wędy chłodzącej O temperaturze 20 st. C I1CBLACK Nazwa strumienia produktu CB 250 XSTGSTK Wyczerpany TO o temperaturze 250 st. C XSTGQ Ciepło spalania TG (Q) HRCV HEATER Ogrzewacz technologiczny opalany TO Q ...... Ciepłe Q z ogrzewacza technotoRfeoiego opalanego TC w Zasilanie dmuchawy I-SPHO3 Nazwa procesu - technologiczny schemat przepływowy wytwarzania CB (gatunek A) z podgrzewanie® FS (3000 2043 1588 Błąd typograficzny

PL 222 582 B1

Departament Wydawnictw UPRP Cena 7,38 zł (w tym 23% VAT)