SE460052B - Stegvist foerfarande foer framstaellning av ugnskolsvart - Google Patents

Description

460 052 Ett annat ändamål med uppfinningen är åstadkommande av ett för- bättrat ugnsförfarande för framställning av kolsvart lämpligt föi användning vid konventionella tillämpningar innefattande t.ex. gummi, plast, tryckfärger, ledande ändamål och liknande.

Andra och annorlunda ändamål, fördelar och egenskaper hos förelig- gande uppfinning framgâr för fackmannen av följande detaljerade beskrivning och patentkrav.

I enlighet med denna uppfinning har det visat sig att de ovannämn- da och även andra ändamål uppnås genom modifiering av ett stegvis förfarande för framställning av kolsvart, som t.ex. beskrives i amerikanska Reissue patentskriften 28 974. Ett sådant förfarande består av att ett bränsle och ett oxidationsmedel bringas till re- aktion i en första zon för åstadkommande av en ström av varma pri- mära förbränningsgaser, som uppvisar tillräcklig energi för att om- vandla ett kolsvartbildande vätskeformigt kolvätematarmaterial till kolsvart, och att i en andra zon det vätskeformiga kolvätematar- materialet insprutas periferiskt, i form av en mångfald sammanhän- gande strålar, i strömmen av gasformiga förbränningsprodukter i en riktning väsentligen tvärs riktningen av flödet av strömmen av för- bränningsgaser och under tillräckligt tryck för att uppnå den grad av genomträngning, som erfordras för tillfredsställande skjuvning och blandning av matarmaterialet, och att i en tredje zon matar- materialet sönderdelas och omvandlas till kolsvart tills den kol- bildande reaktionen avslutas genom avkylning, varpå det erhållna kolsvartmaterialet kyles, separeras och utvinnes. Förfarandet kän- netecknas enligt uppfinningen av att i de primära förbränningsgaser- na införes vid en punkt, som icke ligger längre nedströms än den punkt, där matarmaterialet insprutas, ett material bestående av kalcium eller strontium i elementär eller kemiskt förenad form i en tillräcklig mängd för att antingen öka ytarean för kolsvartmate- rialet eller öka utbytet från förfarandet.

Vid förfarandet enligt uppfinningen, vilket genomföres i steg, är det väsentligt att det tillsatta materialet införes i procesström- men vid en punkt, som icke är längre nedströms än positionen för ínsprutningen av matarmaterialet i övergångszonen. Även om tidiga- 460 052 re teknik, som t.ex. i amerikanska patentskrifterna 3.408.165 och 3.413.093 har nämnt användning av liknande material vid ett sätt för framställning av kolsvart, så har även särskilt påpekats där- vid att det är nödvändigt att tillsätta materialen i reaktionszo- nen. Detta ligger bortom den punkt där matarmaterialet insprutas vid sättet enligt uppfinningen och är ekvivalent med det tredje steget i processen. Såsom framgår av de nedan beskrivna exemplen har det tvärtom visat sig, att för att sättet enligt uppfinningen skall genomföras framgångsrikt måste materialet tillsättas före reaktionszonen.

Den tillsatta mängden av materialet beror på många faktorer. Exem- pelvis kan den önskade typen av kolsvart, hastigheten för material- genomförseln, det tillsatta specifika materialet och annat påverka den tillsatta mängden material. Det har visat sig att effektivite- ten hos det tillsatta materialet öksr med en ökande mängd till ett maximum uppnås, vid vilket det är oekonomiskt att införa ytterliga- re material. I alla händelser är den tillsatta mängden material en tillräcklig mängd för att förorsaka att processen antingen ger kol- svart med högre ytarea än normalt eller bildar kolsvart på ett mera ekonomiskt sätt mätt genom ökad materialgenomgång. En serie av ex- perimentella prover, såsom beskrives nedan, har fastställt att den föredragna mängden av material. som skall tillsättas, varierar i omrâdet ca 0,0026-0,0264 mol/liter matarmaterial, som utnyttjas i procesströmmen för kolsvartframställningen.

Efter avkylningen av reaktionen uppsamlas kolsvartmaterialet på vilket som helst av de konventionella sätten, som är välkända in- om industrin, t.ex. genom säckfilter enbart eller genom utnyttjan- de av cykloner tillsammans med säckfilter. Det uppsamlade kolsvart- materialet kan därefter pelletiseras på konventionellt sätt, om så önskas.

Vid genomförande av sättet enligt uppfinningen för framställning av kolsvart med hög ytarea iakttages följande steg. Ett flytande kolväte-matarmaterial, som bildar kolsvart, insprutas väsentligen i tvärriktningen in i en i förväg bildad ström av varma förbrän- ningsgaser, som strömmar i en nedströmsriktning med en genomsnitt- 460 052 lig linjär hastighet av minst 152,40 meter/aekund. Matarmaterialet insprutas i tvärriktningen i form av sammanhängande strålar in i förbränningsgaserna från periferin på strömmen i en tillräcklig utsträckning för att uppnå genomträngning och därigenom undvika koksbildning på väggarna i kolbildningszonen i reaktorn. I detta fall har emellertid matarmaterialet insprutats antingen i en i för- väg bildad ström av gasformiga förbränningsprodukter innehållande ett tillsatt material, som är omsorgsfullt blandat därmed, eller tillsammans med tillsatsmaterialet. Närvaron av det tillsatta mate- rialet, insprutat vid lämplig position, är, såsom tidigare nämnts, kritisk för framgångsrikt genomförande av sättet enligt uppfinnnin- gen. Detta medger att det för övrigt här beskrivna stegvisa förfa- randet kan genomföras sâ att man erhåller kolsvart med hög ytarea eller standardprodukter på ett mera ekonomiskt sätt.

Vid framställningen av de varma förbränningsgaserna, som utnyttjas vid framställningen av kolsvart enligt föreliggande uppfinning, bringas i en lämplig förbränningskammare ett vätskeformigt eller gasformigt bränsle till reaktion med en lämplig oxiderande ström, som t.ex. luft, syre, blandningar av luft och syre eller liknande.

Bland lämpliga bränslen för användning vid reaktion med den oxide- rande strömmen i förbränningskammaren för bildning av de varma förbränningsgaserna innefattas samtliga lätt brännbara gasformiga, ångformiga eller vätskeformiga strömmar, som t.ex. väte, kolmon- oxid, metan, acetylen, alkoholer, fotogen. Det föredrages emeller- tid generellt att utnyttja bränslen med en hög halt av kolhaltiga komponenter och i synnerhet kolväten. Exempelvis är strömmar, som är rika på metan, som t.ex. naturgas och modifierad eller anrikad naturgas, utmärkta bränslen, liksom även andra strömmar innehål- lande höga mängder kolväten, som t.ex. olika kolvätegaser och vätskor samt biprodukter från raffinering, innefattande etan, pro- pan, butan och pentanfraktioner, brännoljor och liknande. Med den primära förbränningen avses häri mängden av oxidationsmedel, som användes i det första steget av det stegvisa förfarandet, i förhål- lande till mängden av oxidationsmedel, som teoretiskt erfordras för den fullständiga förbränningen av det första stegets kolväte för bildning av koldioxid och vatten. På detta sätt alstras en ström av varma förbränningsgaser, som strömmar med en hög linjär hastighet. Det har vidare visat sig att en tryckskillnad mellan - 46Û 052 förbränningskammaren och reaktionskammaren av minst 6,9 kPa och företrädesvis ca 10,3 kPa - 69 kPa är önskvärd. Under dessa betin- gelser bildas en ström av gasformiga förbränningsprodukter, som uppvisar tillräcklig energi för att omvandla ett kolsvartbildande flytande kolvätehaltigt matarmaterial till de önskade kolsvartpro- dukterna. Den erhållna förbränningsgasströmmen, som härrör från den primära förbränningszonen, uppnår en temperatur av minst 1588,71K, varvid de mest föredragna temperaturerna är minst över ca 1922,04K. De varma förbränningsgaserna framdrives i en nedströms- riktning med en hög linjär hastighet, som accelereras-genom infö- rande av förbränningsgaserna i ett slutet övergångssteg med mindre diameter, vilket, om så önskas, kan vara avsmalnande eller begrän- sat, t.ex. med hjälp av en konventionell venturihals. Det är vid denna punkt i processen, betraktat som det andra steget, som ma- tarmaterialet under tryck insprutas i strömmen av varma förbrän- ningsgaser.

I det andra steget, där förbränningsgaserna förflyttar sig med hög hastighet och ett gaskinetiskt tryck existerar av minst över 6,9 kPa insprutas sålunda ett lämpligt vätskeformigt kolsvartbildande kolvätematerial i förbränningsgaserna, under tillräckligt tryck för att åstadkomma den önskade genomträngningen så att därigenom tillförsäkras en hög grad av omvandling och skjuvning av de varma förbränningsgaserna och det flytande kolvätematarmaterialet. Till följd av denna miljö sönderdelas det vätskeformiga kolvätematar- materialet snabbt och omvandlas till kolsvart med höga utbyten.

Lämpliga för användning här som kolvätematarmaterial, som lätt för- flyktigas under reaktionsbetingelserna, är omättade kolväten, som t.ex. acetylen, olefiner, såsom eten, propen och buten, aromater såsom bensen, toluen och xylen, vissa mättade kolväten och förflyk- tigade kolväten, som t.ex. fotogener, naftalener, terpener, eten- tjäror, aromatiska cykliska material och liknande. Det vätskefor- miga matarmaterialet insprutas väsentligen i tvärriktningen från den yttre eller inre periferin, eller båda, på strömmen av varma förbränningsgaser i form av en mångfald små sammanhängande strå- lar, vilka väl genomtränger in i de inre områdena, eller kärnan, av strömmen av förbränningsgaser men icke till ett sådant djup att motsatta strålar stöter mot varandra. Vid genomförande av denna uppfinning kan kolvätematarmaterialet lätt införas som samman- 460 052 hängande strömmar av vätska genom att det vätskeformiga matarma- terialet tvingas genom en mångfald mynningar med en diameter i området 0,25-3,81 mm, företrädesvis 0,51-1,52 mm under ett in- sprutningstryck som är tillräckligt för att ge den önskade genom- trängningen.

Det tredje steget i det stegvisa förfarandet innefattar åstadkom- mande av en reaktionszon, vilken medger tillräcklig uppehâllstid för att den kolsvartbildande reaktionen skall kunna inträffa före avslutande av reaktionen genom avkylning. Uppehâllstiden beror i vardera fallet på de speciella betingelserna för förfarandet och det önskade kolsvartmaterialet. Efter att den kolsvartbíldande reaktionen har fortskridit under den önskade tidsperioden avslutas reaktionen genom pâsprutning av en kylvätska, som t.ex. vatten, med användning av åtminstone en uppsättning av sprutmunstycken.

De varma utströmmande gaserna, som innehåller kolsvartprodukterna suspenderade däri, bringas därefter att passera nedströms där ste- gen för kylning, separation och uppsamling av kolsvart utföres på konventionellt sätt. Exempelvis âstadkommes separationen av kol- svart frân gasströmmen lätt på konventionellt sätt, t.ex. med hjälp av en stoftavskiljare, cyklonseparator, säckfilter eller kombina- tioner därav.

Som nämnts ovan resulterar genomförandet av ovan beskrivet förfa- rande antingen i bildning av ugnssvart med högre ytarea än normalt eller i framställning av standardkolsvart med ökade hastigheter för materialgenomgâng då tillsatsmaterialet tillföres som ett vä- sentligt steg i processen. Det torde åter påpekas att det är icke enbart tillsatsen av materialet till processen som resulterar i de önskade effekterna, utan snarare positionen i procesströmmen där materialet införes. I synnerhet måste det tillsatta materialet in- föras i procesströmmen vid en punkt, som icke ligger längre ned- ströms än den punkt där matarmateiralet insprutas i förbrännings- strömmen. Det har föredragits att införa det tillsatta materialet genom samma öppningar som anbringats för införande av en källa av kalium, ett välkänt kolsvartprocessreglerande material eller för införande av matarmaterial. Då det tillsatta materialet införes i den tredje zonen, eller reaktionskammaren, i stället för i den primära förbränningsgasströmmen, uppnås vidare icke den önskade 460 Û52 förbättringen i ytarea eller effekt. I utföringsexemplen uttryc- kes den ökade materialgenomförseln 1 data i termer av hastigheten för matarmaterial infört i en given process för bildning av en gi- ven kvalitet av kolsvart.

Följande testprocedurer användes vid utvärdering av de analytiska och fysikaliska egenskaperna hos kolsvartmaterialen, som framstäl- les genom föreliggande uppfinning.

Jod-ytarea Jod-ytarea för ett kolsvartmaterial hestämmes i enlighet med föl- jande procedur och anges i enheten mz/g. Ett kolsvartprov placeras i en porslinsdegel av storlek 0, utrustad med ett löst passande lock för att medge bortgång av gaser och befrias från ångor eller kalcineras vid en temperatur av 1199,82K under en period av 7 mi- nuter. Degeln med innehåll kyles därefter i en exsickator, varpå det övre skiktet av kalcinerat kolsvart till ett djup av 6,35 mm avlägsnas och bortkastas. Från återstående kolsvart i degeln väges ett lämpligt prov med en noggrannhet av inom 0,1 mg och överföres därefter i en 118,29 cm3 oljeprovflaska. Det har visat sig att för kolsvart, som förväntats uppvisa en ytarea i området 300-750 m2/g, är en lämplig provstorlek 0,1 g, medan för kolsvart med ytarea överstigande 750 m2/g en lämplig provstorlek är 0,05 g. Till flas- kan innehållande kolsvartprovet tillsättes 40 mm 0,0473 N jodlös- ning. Flaskan tillslutes och innehållet skakas därefter under 10 minuter med en hastighet av 120-260 fram- och återgâende förflytt- ningar per minut. Den erhâllna lösningen centrifugeras omedelbart med en hastighet av 1200-2000 varv per minut tills lösningen blir klar, vilket vanligen sker inom en period av 1-3 minuter. Omedel- bart efter centrifugering titreras en 25 ml alikvot del av jodlös- ningen, till vilken har tillsatts några droppar 1-procentig stär- kelselösning som ändpunktindikator, med 0,0394 N natriumtiosulfat- lösning tills en droppe av natriumtiosulfatlösningen medför att den blåa färgen blir färglös. Som blindprov skakas, centrifugeras och titreras 40 ml av den 0,0473 N jodlösningen på samma sätt som ovan beskrivits för den kolsvàrthaltiga lösningen. Jod-ytarean, S.A., uttryckt i m2/g, beräknas i enlighet med formeln = 10 (B-T) - 4,57 S'A' 1,337s 460 052 varvid B är titreringen för blindprovet och T är titreringen för provet.

Dibutylftalat (DBP)-absorptionstal DBP-absorptionstalet för ett kolsvartmaterial bestämmes i enlighet med ASTM-testmetod D 24 14-76.

Färgtonsstyrka Färgtonsstyrkan för ett kolsvartprov bestämmes i förhållande till en industriell svart färgtonsreferens i enlighet med ASTM D 3265- 76a. pH-värdet för kolsvart I en lämplig Erlenmeyer-kolv placerades ett 5 g prov av kolsvart och 50 ml destillerat vatten. Den kolsvarthaltiga vattenblandning- en bringas till en kokpunkt med användning av en elektrisk platta och hålles vid långsam kokning under en period av 10 minuter men inte så att torrhet uppkommer. Den erhållna blandningen kyles till rumstemperatur och dess pH bestämmes därefter med utnyttjande av en pH-meter utrustad med glas- och kalomelelektroder med en nog- grannhet av 1 0,05 pH-enheter. Före bestämningen av pH för kol- svartprovet kalibreras pH-metern mot två buffertlösningar, den ena med pH av 4,0 och den andra med ett pH av 7,0.

Jod-adsorptionstal Detta bestämmes i enlighet med ASTM D-1510-70.

Uppfinningen förklaras nedan närmare med hänvisning till följande exempel. Det finns naturligtvis många andra former av denna upp- finning, vilket är uppenbart för fackmannen, då uppfinningen väl har fullständigt beskrivits, och det torde sålunda inses att des- sa exempel endast anges för illustrationsändamål och icke skall betraktas såsom begränsande för omfattningen av denna uppfinning.

Exempel 1 - 13 I följande serie av tester, benämnda exemplen 1 - 13, utnyttjas en lämplig reaktionsapparat försedd med organ för tillförsel av förbränningsgasbildande reaktanter. dvs ett bränsle och ett oxida- tionsmedel, antingen som separata strömmar eller som i förväg för- 460 052 brända gasformiga reaktionsprodukter till den primära förbrännings- zonen, och likaså organ för tillförsel både av kolsvartbildande kolvätehaltiga matarmaterial och förbränningsgaserna, som skall införas nedströms till anordningen, och organ för införsel av tillsatsmaterialet till förbränningsgaserna. Apparaten kan vara konstruerad av vilket lämpligt material som helst, t.ex. metall, och antingen försedd med eldfast isolering eller omgiven av kyl- anordningar, som t.ex. en recirkulerande vätska, vilken företrädes- vis består av vatten. Dessutom är reaktionsapparaten utrustad med temperatur- och tryckregistreringsanordningar, anordningar för kyl- ning av den kolsvartbildande reaktionen, som t.ex. sprutmunstycken, anordningar för kylning av kolsvartprodukten och anordningar för separation och utvinning av kolsvartmaterialet fràn andra oönskade biprodukter.

I en mera detaljerad beskrivning av den här utnyttjade apparaturen utnyttjas det första steget för erhållande av en väsentligen full- ständig, i förväg bildad förbränning, före insprutningen av matar- materialet. Som en lämplig brännare är anordnad ett slutet reak- tionskärl med en diameter av 508 mm under en längd av 1080 mm, vil- ken därefter gradvis reduceras på ett koniskt sätt över nästföljan- de 260 mm till en diameter av 406 mm. Till den första zonen, eller brännarsektionen, är en andra zon kopplad, benämnd övergångszonen, med en diameter av 135 mm och en längd av 279 mm. Det är i denna zon som det flytande matarmaterialet insprutas som sammanhängande strömmar genom så många mynningar som önskas. Matarmaterialet in- sprutas under betingelser, som är tillräckliga för att tillförsäk- ra en önskad grad av inträngning i förbränningsgasströmmen så att därigenom problem med koksbildning i reaktorn undvikes. Den erhåll- na varma gasströmmen inkommer därefter i en tredje zon, benämnd reaktionszonen, där kolsvart bildas. Denna zon sträcker sig till den punkt, där reaktionen kyles. I föreliggande fall uppvisar re- aktionszonen en diameter av 152 mm och en längd av 1219 mm. vid genomförandet av denna serie av test, där tillsatsmaterialet inför- des i den primära förbränningsgasströmmen, sker införsel antingen med hjälp av en sond med ett utlopp placerat 1219 mm uppströms från den punkt, där matarmaterialet-insprutas eller vid den punkt, där matarmaterialet införes. För jämförelseändamål genomfördes tes- terna med tillsatsmaterial infört i reaktorsektionen med användning 460 052 1o av en sond med ett utlopp placerat vid en punkt 229 mm nedströms från punkten för insprutning av matarmaterial.

Naturgasen som utnyttjades i denna serie av test hafiföljande sam- mansättning, uttryckt i volym-%: N2 - 1,90, C1 - 94,51, C02 - 0,53, C2 - 2,52, C3 - 0,38, iso-C4 - 0,07 och n-C4 - 0,008. Vidare är det nödvändigt att använda 9,56 Nm3 luft för fullständig förbrän- ning av 1 Nms av naturgasen. Det i samtliga test använda matarma- terialet, förutom i 10 och 13, består av "Exxon R", vilket är ett bränsle med, räknat på vikten, en vätehalt av 7,96%, en kolhalt av 88,9%, en svavelhalt av 2,7%, en kvävehalt av 0,12%, ett vätezkol- förhållande av 1,07 och API-densitet vid 288,71K av -0,9, och en relativ densitet (ASTM D287) vid 288,71K av 1,08, en SSU-viskosi- tet (ASTM D88) vid 327,59K av 597, en SSU-viskositet vid 372,04K av 69,8, ett BHCI av 125 och en asfaltenhalt av 3,5%. För tester- na i serien 10 och 13 bestod matarmaterialet av "Exxon Oil R", vil- ket är ett bränsle, som räknat på vikten, uppvisar en vätehalt av 8,13%, en kolhalt av 88,B%, en svavelhalt av 2,6%, en API-densitet vid 288,71K av -0,2, en densitet vid 288,71K av 1,078, en SSU-vis- kositet vid 327,59K av S61, en SSU-viskositet vid 372,04K av 67,9, ett BMCI av 123 och en asfaltenhalt av 2,9%.

Ytterligare detaljer med avseende på sättet enligt uppfinningen och produkterna, som erhålles genom sättet, i enlighet med exemp- len 1 - 13, âterfinnes i följande tabeller I och II. I samtliga exempel 1 - 13 insprutades matarmaterialet genom sex oljemunstyc- ken, vilka vardera uppvisade en storlek av 0,4064 mm. 460 052 11 w@@Hwwnw@wwo.Hw« nmuxnøm @w> Am :mama w weønumuwc .N cwnmccmuß w mbmuvmmms ww www www ä. www www www www www www. www. www www www www m ..;aum>u@wuwsq >.wN ß.w~ ßwww ß.wN >.w~ »www w.w~ ß.w~ ß.w~ >.wN w_w~ ß.wN >_wN :muw:w.c:munußw w muwm w|E>HO> mmmo. mama. mmmo. mama. mmmo. mmmo. mmmo. wmmo. mmmo. mmmo. mmmo. mmmo. mmmo. .xmm\mE2 _mH>mwuu0xmum>D ww w.ww ßwmw w.ww wwmw ow ß.mw ww maow w.ow wwww w.ww ~.ow mcwccwunumw wmuou w w.o~w w.ßww w.ßww w.oNw m.æww m_www m.æww w.mww w.mww m.mww w.mww m_mww ~.mww .ccwunußw wmawum w wwøw mmww mmow mwow www www www www www www www www www z ..m:wu.cwæz >w.w >m.w ßm.w >m.w ßm.w >m_w ßm.w >m_w ßm.w >m_w ßm.w ßm_w ßm.w E _.um:umwm: >m .fifimmfi SU .wwwfiww H wfizwë wmwuwumsumume >m c 2 .m .w a a : a : a c mfifišmmfi ä pëä SU wwâfiwww NmwN.w NmwN.w I NmwN.w wæmw. NmwN.w wwmw. Nmw~.w | lunw w mcwcusummcw lwßflmrfln Hßw COHQAWOW mwoø. wmoo. ßmoo. owwo. owøo. wßoo. | owoo. wwoo. wßoo. wßoo. wwoo. 1 : mfiwm|ww\wQu UBNUMwwwflwflUHMvM mwßø. wmßo. Nmßo. Nwwo. Nwßo. Nwßo. Nwßo. Nwßo. Nwßo. wwßo. Nwßo. Nwßo. Nwwo. w\mE .mmmusumz w~w.o omwwo omw.o -w.o w~w.o wmw.ø w~w.o wwwwo w~w.o wwwwo w~w_o w~w_o wwwwo w\mEz .uwflwmmcflccmnnunm oww www ßww www mmw www www mmw www www www mmw www m _uwwmwuw»maHmuø= >m @cHcEum>u©m owww wwww wwßm mwßm wmßw mwwm wæwm wæww wæwm mmßm mmwm wßmw mwßm ^.uuuw>ß. mmwwxoæuu wuwwmwuwumcumumz w.wß w.ww m.ßw ~.ßw m.w> w_ßw o.ww w.wß w.>w ß.>w ß.ow w_mw >_ßw m\wE .umcmwummn muwwmwumumsnmumz mw Nw ww ow m w ß w w w M N w wwacwxm H Hwwßmfi 460 052 12 Tabell II Kolsvart Ytarea för jod från fluffigz Färgton, % DBP, fluffig test nr. m /9 fluffig ml/100 g 1 456 - - 2 495 - - 3 474 - - 4 555 142 154 468 142 150 6 435 146 149 7 444 134 140 8 564 140 152 9 434 146 148 588 ~ - 11 516 - 156 12 450 - 149 13 477 - - De i tabellerna angivna data illustrerar många av resultaten vid föreliggande uppfinning. Jämförelserna har gjorts mellan tester utförda så liknande varandra som möjligt. Exempelvis torde note- ras vid jämförelse av test nr. 1 med test nr. 4 respektive 6, att införande av kalciumacetat i brännaren antingen medger att yt- arean för kolsvart signifikant ökas eller utbytet av ett givet kolsvart ökas, mätt genom ökning i den hastighet med vilken matar- materialet kan införas i processen.

En jämförelse av testerna nr. 7, 8 och 9 visar samma effekt av tillsats av kalciumacetat, där tillsatsen insprutas vid samma punkt som där matarmaterialet inkommer. Mera specifikt illustreras så- lunda testerna 7 och 8 den signifikanta ökningen i ytarea som upp- nås med hjälp av sättet enligt uppfinningen. Jämförelse av data från test 9 med data från test 7 visar den ökade effektiviteten som uppnås genom sättet enligt uppfinningen.

Testerna nr. 4 och 5 jämföres för att visa effekterna som erhål- les då lika mängder av kalciumacetat införes i brännaren eller i 460 052 13 ugnen. Ett studium av data visar direkt den markanta skillnaden i ytarea. Vidare resulterar test nr. 5, där kalciumacetatet till- sättes i ugnen, väsentligen i en process ekvivalent med kontroll- test nr. 1, där inget kalciumacetat tillsättes, både ifråga om ytarea och effektivitet. Liknande resultat erhålles vid jämförel- se av testerna nr. 2 och 3, där en väsentligen likadan mängd av kalciumacetat tillsatt i brännaren förorsakar en ökad effektivitet i förhållande till tillsatserna i ugnen.

För att bestämma effekterna, som erhålles genom variation av den tillsatta mängden kalcium, kan en jämförelse göras mellan tester- na nr. 1, 11, 8, 4 och 10. Resultatet av en sådan jämförelse är att ytarean för ett kolsvartmaterial ökas ytterligare då större mängder kalciumacetat tillsättes. Emellertid torde hänsyn tagas till förbättring av egenskaperna i förhållande till kostnaden i varje situation. Genom jämförelse av data från testerna nr. 1, 12, 6, 9 och 13 framgår även att ökning av mängderna av kalciumacetat, som tillsättes, ökar effektiviteten för en given kvalitet av kol- svart. Emellertid måste här återigen kostnaden för mängden kalci- umacetat, som användes i vardera fallet, balanseras mot förbätt- ringarna i egenskaper.

Exempel 14 och 15 Följande tvâ exempel, med nr. 14 och 15, anges för att illustrera att liknande effekter erhålles under framställning av kolsvart med lägre ytarea än de i exemplen 1 - 13. I de två testerna 14 och är reaktionsapparaturen identisk med den som användes i 1 - 13, förutom att övergångszonen uppvisar en diameter av 160 mm och en längd av 221 mm och en annan reaktionszon användes. Den här utnytt- jade reaktionszonen består av en sektion med en diameter av 229 mm och en längd av 343 mm, följt av en sektion med en diameter av 343 mm och en längd av 2286 mm, vilken därefter mynnar i en sek- tion med en diameter av 457 mm och en längd av 1181 mm, och slut- ligen en sektion med diametern 686 mm och längden 914 mm. vid genomförande av testerna nr. 14 och 15 användes som matarmate- rial en "Shamrock"-olja med en, räknat på vikten, vätehalt av 8,42%, en kolhalt av 91,2%, ett kolvätezkol(H/C)-förhållande av 1,10, en 460 052 14 svavelhalt av 0,5%, en asfaltenhalt av 4,8%, en API-densitet vid 288,71K av 1,6, en relativ densitet (ASTM D287) vid 288,71K av 1,063, en SSU-viskositet (ASTM D88) vid 327,59K av 386,7, en SSU- viskositet vid 372,04K av 56,5 och en BMCI av 117. Den vid tester- na utnyttjade naturgasen har följande komposition, uttryckt i vo- lym-%: NZ - 6,35, C02 - 0,152, C1 - 90,94, C2 - 2,45, C3 - 0,09, iso-C4 - 0,018, n-C4 - 0,019. gidare torde noteras att det är luft för fullständig förbränning av 1 Nm3 av naturgasen. Ytterligare detaljer framgår av data an- 4.1 w nödvändigt att använda 9,10 Nm givna i tabell III. I synnerhet torde noteras att insprutningen av kalciumnitrat uppströms i brännaren signifikant ökar effektivi- teten i framställningen av ett givet kolsvart, mätt genom de öka- de oljeinsprutningshastigheterna_ 460 052 Tabell III körning nr lü 15 förbränningsluft, Nm;/s 0,707 0,707 kalciumnitrat, mol/1 matarmaterial - 0,0135 naturgas, Nmš/sek. o,ou15-1o'5 o,ou15-1o'5 matarmateríal, ml/s 117,8 168,2 oljemunstycken, nr/storlek, mm U X 1,0Hlü H X 1,}208 oljetryck kPa (övertryck) lUU8 1033 kalium, g/100 liter 0,105? - kylning, i förhållande till oljeínförsel, mm ÄSBH 483U luftförrärmning, K 6UU 91U 1 primär förbränning 188,5 188 % total förbränning 40,7 50,3 förvärmning matarmaterial, K 505 505 kylningstemperatur, K 1005 1033 luft/gas, 17,2 17,1 jodtal, pellet 158 150 DBP, pellet, ml/100 g 112 122 färgton, pellet, % 107,8 109,6 460 052 16 Exemgel 16 - 18 Följande serier av tester 16, 17 och 18 visar att föreliggande 1,1: uppfinning även är användbar för framställning av kolsvart med mycket hög ytarea. Här medför insprutningen av kalciumklorid Gl! uppströms i brännarsektionen på anordningen åter antingen ett kolsvartmaterial med ökad ytarea eller en ökad effektivitet för processen.

Vid genomförande av testerna nr. 16, 17 och 18 består reaktions- anordningen av en brännarsektion av den typ som användes i exemp- len 1 - 15. Övergångszonen har emellertid en diameter av 135 mm och en längd av 221 mm, och ugnsdelen har en diameter av 914 mm under en längd av 6706 mm, följd av en sektion med en diameter av 686 mm under en längd av 1524 mm och en slutlig sektion med en diameter av 457 mm och en längd av 1524 mm.

Det i denna serie av tester använda matarmaterialet består av "Sunray DX", vilket är ett bränsle med, räknat på vikten, en väte- halt av 8,67%, en kolhalt av 89,8%, ett väte:kol(H/C)-förhållande av 1,15, en svavelhalt av 1,4%, en asfaltenhalt av 3,4%, en API- densitet vid 288,71K av 0,0, en relativ densitet (ASTM D287) vid 288,71K av 1,076, en SSU-viskositet (ASTm D88) vid 327,59K av 611, en SSU-viskositetxdd 372,04K av 67,9, och ett BMCI av 122. Den här använda naturgasen uppvisar följande komposition, uttryckt i vo- lym-%: N2 - 8,82, C02 - 0,04, C1 - 87,28, C2 - 3,57, C3 - 0,21, iso-C4 - 0,02, n-C4 - 0,04, iso-C5 - 0,01 och n-C5 - 0,01.

Ytterligare data âterfinnes i tabell IV, varav framgår att till- sats av kalciumklorid i brännarsektionen medger antingen ökning av arean på kolsvart med redan hög ytarea eller ett ökat utbyte av kolsvart med mycket hög ytarea.

Sv. 50 körning nr 460 052 17 Tabell IV 16 17 10 oljemunstycken, nr; storlek, mm 2 X 0,5588 u X 0,5588 H x 0,5S88 2 x o,5o8o matarmaterial, ml/s U9,H 6H,l 55,7 matarmaterial, tryck, 1586 2206 lU69 kPa (övertryck) matarmat. förvärmn., K H28 H22 H16 förbränningsluft, Nmš/sek 0,551 0,551 0,551 luftförvärmníng, K 675 666 672 naturgas, Nmz/s o,o524-1o'5 0,052;-1o'3 o,o528-1o°5 kylning i förhållande till oljeinsprutn. mm 9863 9863 9855 kylningstemp., K 1022 99H 1005 kalciumklorid, mol/1 olja - 0,022l 0,0255 % primär förbränning ll? 117 115 % total förbränning 52,3 45,7 50,2 jod-ytarea, m2/g, fluffig 1005 105U 1210 'nBP, f1uffig, m1/100 g 303 292 300 460 052 18 Exemgel 19 - 22 Nästa serie av tester nr. 19 - 22 illustrerar effekterna som er- .w hålles genom användning av material innehållande såväl stromtium som kalcium. I samtliga fall ökades produktiviteten hos processen, vilket framgår av ökade matarmaterialhastigheter. Tillsatsmateria- let i samtliga tester i denna serie infördes uppströms i brännar- sektionen för anordningen.

Den utnyttjade reaktionsapparaturen i testerna nr. 19 - 22 är sam- mansatt av en brännare och övergångssektion identiska med de i tes- terna 16 - 18. Ugnssektionen uppvisar emellertid en diameter av 229 mm och en längd av 1829 mm. Det utnyttjade matarmaterialet be- stod av "Sunray DX", vilket är ett bränsle med, räknat på vikten, en vätehalt av 8,67%, en kolhalt av 89,8%, ett väte:kol(H/C)-för- hållande av 1,15, en svavelhalt av 1,4%, en asfaltenhalt av 3,4%, en API-densitet vid 288,71K av 0,0, en relativ densitet vid 288,71K av 1,076, en SSU-viskositet vid 327,59K av 611, en SSU-viskositet vid 372,04K av 67,9 och ett BMCI av 122. Den här använda naturga- sen uppvisade följande komposition, uttryckt i volym-%: N2 - 9,75, C02 - 0,35, C1 - 87,40, C2 - 2,40, C3 - 0,08, iso-C4 - 0,01 och n-C4 - 0,01. Ytterligare information återfinnes i tabell V, där tillsatsen insprutas i brännarsektionen i samtliga fall. 'f a: 460 052 19 Nån :in Qi ämm wñcsfipfißw Hmfi: R m.=wfi A.:~H H.=mH H.nwH wcflccwænanw pwsfipn N m.oH m.oA m.oH æ.QH .HHwnpm@|wmw\»@:~ mmm mmm mmm :sm x ..aEwuwmcwcHzx ænmfi wmmfi æmmfl æmmfi EE .wcflcpsnamcfiwwfio fififlp wunmflfiwflgww fl wcficfiæx Hm@o.o m@o.o ~ww@.o >m@@.o x@w\nEz .wmwhzpwc www Nfiw wßw www x .wcfl=s@m>@@~»Q:H m|oH.>o>.o fi|QH.>o>.@ fi|oH.>o>.@ n|@H.ß@~.o m\nsz »m:Hwm=fic:mLßL@@ wmm wmm æmm mmm M .wcfl¶Euw>Lmu .»mELm»mE OHNH ==>H mßwfl mmnfl ^xU>»@»w>@v mix .xoænu wuwfiwflnwumënæumë æmfi wmfi wwfi wmfi w\fiE pwswwummc muwfimflnwumsumpmë @@mm.o x I mommao x J @omm.o x 2 -mo.H x 2 se .xwfipouw .pc .cwxuæumczsmwfio _NN PN om m? h! LC wcficnwx > HHQQMB 460 052 _..: _, r mm. Nm, om_ mm? m Q°f\He _mfl«w=~« .mmm MN? «~P www mm? m oof\He _»wHfim@ .mmm NNP «~_ >~f @~F w _m¥u>»w|=o»@~w~ 00” mm mm mm m\~a .@wHm»>«@@fi mr? MFP wff ON? Hmuføofi w_fo\o 1 1 | mfifio uwuHH\Hos .umnuficësfiuconum | >fP°_Q 1 | mfiflo um»fiH\Hoe .umuuficësfluflmx 1 1 >Pf°.o 1 mfiflo »w»flH\HoE . .ßmumumëøfluamx NN PN ON m? .Hc wcflcußx ^.muu0w. > Hamnmß

Claims (9)

460 052 21 Av ovanstående data framgår att användningen av såväl strontium- haltiga material som kalciumhaltiga material, vid tillsats i brännarsektionen för den stegvisa processen för framställning av kolsvart, medför ett uppnâende av de eftersträvade ändamålen. Patentkrav

1. Stegvist förfarande för framställning av ugnskolsvart, var- vid ett bränsle och ett oxidationsmedel bringas till reaktion i en första zon för åstadkommande av en ström av varma primära förbränningsgaser, som uppvisar tillräcklig energi för att om- vandla ett kolsvartbildande vätskeformigt kolvätematarmaterial till kolsvart, och varvid i en andra zon det vätskeformiga kol- vätematarmaterialet insprutas periferiskt, i form av en mång- fald sammanhängande strålar, i strömmen av gasformiga förbrän- ningsprodukter i en riktning väsentligen tvärs riktningen av flö- det av strömmen av förbränningsgaser och under tillräckligt tryck för att uppnå den grad av genomträngning, som erfordras för tillfredsställande skjuvning och blandning av matarmateria- let, och varvid i en tredje zon matarmaterialet sänderdelas och omvandlas till kolsvart tills den kolbildande reaktionen avslu- tas genom avkylning, och därefter kyles, separeras och utvinnes det erhållna kolsvartmaterialet, k ä n n e t e c k n a t av att i de primära förbränningsgaserna införes vid en punkt, som icke ligger längre nedströms än den punkt, där matarmaterialet insprutas, ett material bestående av kalcium eller strontium i elementär eller kemisktförenad form, i en tillräcklig mängd för att antingen öka ytarean för kolsvartmaterialet eller öka utby- tet från förfarandet.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n é t e c k n a t av att mängden av materialet, som införts, varierar från ca 0,0026 till ca 0,0264 mol material per liter matarmaterial. 460 052 22

3. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att materialet införes uppströms från den punkt, där matarmaterialet insprutas.

4. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att materialet införes vid den punkt, där matarmaterialet insprutas.

5. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det införda materialet är kalciumhaltigt, i elementär eller ke- miskt förenad form.

6. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att det införda materialet är kalciumacetat.

7. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att det införda materialet är kalciumnitrat.

8. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att det införda materialet är kalciumklorid.

9. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det införda materialet är strontiumnitrat. 11t-