SE463157B - Kolsvartprodukt av ugnstyp - Google Patents

Description

46 3 157 vattenånga i en mängd av ca 4 - 15 volymprocent baserat på den totala gasvolymen av bränsle och oxidationsmedel, som använts vid framställningen av den primära förbränningszonen, på så sätt, att vattenângan blandas väl med de gasformiga förbrän- ningsprodukterna, innan man inför matarsatsen.

Lämpligen utföres det stegvisa förfarande för framställning av kolsvart med stor yta, varvid ett bränsle och ett oxidationsme- del bringas att reagera i en första zon för âstadkommande av en ström av heta primära förbränningsgaser med tillräckligt mycket energi för omvandling av en flytande kolsvartbildande kolvätema- tarsats till kolsvart, varvid i en andra zon den flytande kol- vätematarsatsen införes perifert i form av många sammanhängande strålar in i strömmen av gasformiga förbränningsprodukter i huvudsak vinkelrätt mot riktningen av strömmen av förbrännings- gaser vid ett tryck, som är tillräckligt för att uppnå den nöd- vändiga graden av penetrering för tillfredsställande skjuvning och blandning av matarsatsen, varpå i en tredje zon matarsatsen sönderdelas och omvandlas till kolsvart i en kolsvartbildande reaktion, följt av avkylning, separering och utvinning av bil- dat kolsvart, genom att man i den första zonen inför vatten i form av ångai en mängd av ca«4 - 15 volymprocent, baserat på den totala gasvolymen av det bränsle och oxidationsmedel, som använts vid âstadkommande av den primära förbränningen, och bringar vattenângan att blanda sig väl med strömmen av gasfor- miga förbränningsprodukter, innan man inför den flytande matar- satsen, att uppehållstiden i den tredje zonen är minst 0,5 se- kunder och att man utför förfarandet under anpassande av använ- da mängder matarsats, bränsle och oxidationsmedel så att en to- tal förbränning, dvs den totala mängden syre, som förbrukats vid det kolbildande förfarandet i förhållande till den mängd syre, som är nödvändig för fullständig förbränning av den to- tala mängden kolväte, som använts vid kolframställningsförfa- randet, för att ge koldioxid och vatten av ca 40 - 60 §,upp- nås.

I en föredragen utföringsform av förfarandet tillsätter man vat- ten i en mängd av ca 4,6 - 11 volymprocent och i en särskilt föredragen utföringsform i en mängd av 9 - 11 volymprocent. Vatt- net kan införas direkt i de gasformiga förbränningsprodukterna 3 465 157 på lämpligt sätt eller införes företrädesvis med det oxida- tionsmedel, som man använder vid framställning av den primära förbränningszonen. Under alla omständigheter är det, såsom ovan framhållits, nödvändigt att vattenångan är väl blandad med för- bränningsprodukterna, innan matarsatsen införes. För framställ- ning av kolsvart med stor yta är det dessutom nödvändigt att uppehållstiden i reaktionsbehållaren är minst 0,5 sekund, före- trädesvis 1,0 sekund, och att den totala förbränningsprocenten för processen varierar mellan ca 40od160 %, företrädesvis är ca 46 - 57 %.

Sedan reaktionen avbrutits genom avkylning uppsamlas kolsvart på vilket som helst inom industrin känt sätt_sâsom exempelvis medelst enbart säckfilter eller med användning av cykloner tillsammans med säckfilter. Uppsamlat kolsvart pelleteras där- efter på konventionellt sätt och bearbetas under oxiderande betingelser. Denna ugnsprocess ger härvid kolsvart med avse- värt större yta och i stånd att ge ledande egenskaper. Det har dessutom visat sig, att underkastar man pellets av kol- svart, framställda på ovan nämnt sätt, behandling under varie- rande oxiderande betingelser, kan detta även medföra, att man erhåller kolsvart med stor yta och med avpassade pH-värden, särskilt dylika avpassade för att understiga 5.

Enligt en föredragen utföringsform kännetecknas de nya ty- perna av kolsvart av, att de uppvisar en jodyta, dvs. en ge- nom jodadsorption bestämd yta, varierande mellan ca 800 m2/g och ca 1 100 m2/g och däröver. De föredragna typerna av kol- svart har dessutom ett pH-värde. av -ca 2 - 4, varvid man föredrager ca-3 - 4. Med hänsyn till strukturgraden före- _ drager man DBP-värden av ca 180 - 350 och däröver, sär- skilt ca_1so - 27scm3/1oo g.

Vid användning av förfarandet för framställning av kolsvart med stor yta skall man observera följande arbetssteg. En kolsvart- -alstrande flytande kolvätematarsats sprutas i huvudsak vinkelrätt in i en i förväg bildad ström av heta förbränningsgaser, som strömmar i nedströmsriktning med en linjär medelhastighet av 465 157 4 minst ca 154 m/sek. Matarsatsen insprutas i form av sammanhängande strålar vinkelrätt från strömmens periferi in i förbränningsgaser- na vid sådant tryck, att tillräcklig penetrering uppnås, varvid koksbildning på väggarna i den kolsvartalstrande delen av reaktions- behållaren undvikes. Därvid måste matarsatsen sprutas in i en i förväg bildad ström av gasformiga förbränningsprodukter innehållan- de tillsatt vattenånga, som noggrant blandats därmed. Mängden till- satt vatten är, såsom ovan angivits, kritisk för framgångsrik drift av förfarandet och detta särdrag i kombination med de andra ovan nämnda arbetsstegen inkluderande erforderlig total förbränningsgrad och fastställd uppehållstid i den tredje zonen är direkt förbundna med framställningen av kolsvart med ovanligt stor yta.

Vid framställning av de heta förbränningsgaserna, som användes för att framställa kolsvart enligt föreliggande uppfinning, låter man i en lämplig förbränningskammare ett flytande eller gasformigt bräns- le reagera med en ström av ett lämpligt oxidationsmedel, t.ex. luft, syre, blandningar av luft och syre eller liknande. Lämpliga bränslen för reaktionen med strömmen av lämpligt oxidationsmedel i förbrän- ningskammaren för alstring av de varma förbränningsgaserna är vilken som helst lätt antändbar ström i gasform, ångform eller flytande form, t.ex. väte,kolmonoxid, metan, acetylen, alkohol eller fotogen.

Vanligen föredrager man emellertid att använda bränslen med stort innehåll av kolhaltiga beståndsdelar, särskilt kolväten. Så till exempel är strömmar rika på metan, t.ex. naturgas, modifierad eller berikad naturgas, utomordentliga bränslen liksom andra strömmar in- nehâllande stora mängder kolväten, t.ex. olika gasformiga eller fly- tande kolväten och biprodukter vid raffineringen inkluderande etan-, propan-, butan- och pentanfraktioner, brännoljor och liknande. Ut- trycket "den primära förbränningen" betecknar häri mängden oxida- tionsmedel, som använts i det första steget i förfarandet i förhål- lande till mängden oxidationsmedel, som teoretiskt är nödvändig för fullständig förbränning av kolvätet i första steget till koldioxid och vatten. I förfarandet kan den primära för- bränningen variera mellan ca 85 och 300%, varvid den företrädesvis , är 85-150%. Härvid alstras en ström av heta förbränningsgaser, som strömmar med hög linjär hastighet. Det har dessutom visat sig, att en tryckskillnad mellan förbränningskammaren och reaktionskammaren av minst 6,9 kPa, företrädesvis mellan ca 10,3 kPa och 69 kPa, är s 465 157 önskvärd. Under dessa betingelser alstras en ström av gasformiga förbränningsprodukter med tillräcklig energi för att omvandla en kolsvartbildande flytande kolvätematarsats till de önskade kol- svartprodukterna. Den bildade strömmen av förbränningsgaser härrö- rande från den första förbränningszonen uppnår en temperatur av minst 1316OC, varvid de föredragna temperaturerna minst uppgår till ca 1649oC. De heta förbränningsgaserna drivs i nedströms riktning med hög linjär hastighet, som accelereras vid införande av förbrän- ningsgaserna i en sluten övergångsbehâllare med mindre diameter, vilken, om så önskas, kan avsmalna i en spets eller begränsas me- delst ett konventionellt venturirör. I detta steg av förfarandet, som betraktas som andra steget, insprutas matarsatsen med stor kraft i strömmen av heta förbränningsgaser.

Närmare bestämt insprutas i andra steget, där förbränningsgaserna rör sig med stor hastighet och det förekommer ett gaskinetiskt över- tryck överstigande minst 6,9 kPa,en lämplig flytande kolsvartbil- dande kolvätematarsats i förbränningsgaserna vid ett tryck, som är tillräckligt för att erhålla den önskade penetreringen, varvid en höggradig blandning och skjuvning av de varma förbränningsgaserna och den flytande kolvätematarsatsen säkerställas. Som ett resultat av denna miljö sönderdelas den flytande kolvätematarsatsen hastigt och omvandlas med högt utbyte till kolsvart i ett tredje steg. Lämp- liga kolvätematarsatser är sådana som är lätt förgasbara under re- aktionsbetingelserna, exempelvis omättade kolväten, t.ex. acetylen, olefiner, t.ex. eten och propen, buten, aromatiska föreningar t.ex. bensen, tolden och xylen, vissa mättade kolväten, gasformiga kol- väten, t.ex. fotogener, naftalener, terpener, etentjäror, aroma- tiska cykliska râämnen och liknande. Den flytande matarsatsen in- sprutas från den yttre eller inre periferin eller båda i huvudsak vinkelrätt mot strömmen av heta förbränningsgaser i form av flera små sammanhängande strömmar, som intränger väl i den inre regionen eller kärnan av strömmen av förbränningsgaser utan att nå sådant djup, att strömmar i motsatt riktning kommer att inverka. Vid ut- övandet av förfarandet kan kolvätematarsatsen lätt in- sprutas i form av sammanhängande vätskeströmmar genom att den fly- tande matarsatsen tvingas passera genom ett flertal munstycken med diametern 0,25 - 3,81 mm, företrädesvis 0,51 - 1,52 mm, med det in- sprutningstryck, som är nödvändigt för att uppnå den önskade pene- treringen. 463 157 6 Mängden här använd matarsats och/eller bränslemängd och/eller oxi- dationsmedel anpassas så, att man erhåller en total förbränning av ca 40-60%, företrädesvis 46-57%. Den totala förbränningen re- presenterar den totala mängden syre, som förbrukats vid det kol- bildande förfarandet i förhållande till den mängd syre, som är nöd- vändig för fullständig förbränning av den totala mängden kolväte, som använts vid kolframställningsförfarandet för att ge koldioxid och vatten. Den totala förbränningen uttryckes vanligen i procent.

Det tredje steget i förfarandet innebär att man åstadkommer en re- aktbnszon med tillräckligt lång uppehållstid för att den kolsvart- bildande reaktionen skall kunna äga rum, innan reaktionen avbrytes genom kylning. Även om reaktionstiden i varje enskilt fall beror på de speciella betingelserna och den önskade speciella typen av kolsvart, så är uppehâllstiden enligt föreliggande förfarande all- tid minst 0,5 sekund, företrädesvis minst 1,0 sekund. När den kol- svartbildande reaktionen förlöpt den önskade tiden, avbryter man reaktionen genom besprutning med en vätska, t.ex. vatten, som av- bryter densamma, varvid man använder minst en uppsättning spridar- munstycken. De heta utströmmande gaserna innehållande kolsvartpro- dukter, som svävar däri, får därefter strömma i nedströms riktning, där stegen innebärande kylning, avskiljning och uppsamling av kol- svart utföres pâ konventionellt sätt. Så till exempel avskiljer man lätt kolsvart från gasströmmen på konventionellt sätt genom använd- ning av konventionella anordningar, t.ex. stoftavskiljare, cyklon- separator, säckfilter eller kombinationer därav.

Såsom ovan nämnts kommer utförandet av det ovan nämnda förfarandet att resultera i bildning av kolsvart med stor yta och utomordent- liga ledande egenskaper, då vatten i form av ånga inkluderas som ett nödvändigt steg i förfarandet. Det är icke enbart tillsättnin- gen av vatten vid förfarandet, som resulterar i bildning av kol- svart med stor yta, utan det är snarare sättet att tillföra vat- ten, mängden vatten och den form, vari vattnet införes. Samtliga dessa särdrag är nödvändiga för ett riktigt utförande av förelig- gande förfarande. Närmare bestämt är det nödvändigt att vattnet, som kan befinna sig i vilken fysikalisk form som helst vid tiden för tillsättningen, föreligger i form av vattenånga i strömmen av gasformiga förbränningsprodukter, innan man inför den flytande ma- 7 465 157 tarsatsen. Det vatten, som tillsättes, måste dessutom tillföras un- der sådana betingelser, att vattnet i form av ånga blandas väl med strömmen av förbränningsgaser, innan man tillför den flytande kol- vätematarsatsen. Mängden tillsatt vatten i form av vattenånga, som visat sig kritisk för framgångsrikt utförande av förfarandet, är ca 4-15 volymprocent, baserat på den totala gasvolymen av bräns- le och oxidationsmedel, som förbrukats vid åstadkommande av dæxpri- mära förbränningen, varvid man föredrager en mängd av 4,6-11 volym- procent. Den särskilt föredragna mängden är 9-11 volymprocent.

Följande försöksmetoder användes vid utvärdering av de analytiska och fysikaliska egenskaperna hos kolsvart enligt UPPfinnin9' En.

Yta bestämd genom jodadsorption Ytan för kolsvart bestämmes på följande sätt och anges i enheten kvadratmeter per gram (m2/g). Ett prov av kolsvart placeras i en porslinsdegel, storlek 0, försedd med ett löst passande lock som tillåter avgivande av gaser, och kalcineras vid 927oC under 7 mi- nuter. Degeln med innehåll får därefter svalna i en exsickator, var- efter toppskiktet av kalcinerat kolsvart avlägsnas till ca 6,3 mm djup och bortkastas. Från det kolsvart, som återstår i degeln, ut- tager man ett lämpligt prov och väger detta, exakt så när som på 0,1 mg, varefter detsamma överföres till en 120 ml oljeprovflaska.

Det har visat sig att för kolsvart med en förmodad yta av 300-750 m2/g är den lämpliga provstorleken 0,1 g, medan för kolsvart med en yta, som överstiger 750 m2/g, är lämplig provstorlek 0,05 g.

Till flaskan innehållande provet av kolsvart sätter man 40 ml 0,0473 N jodlösning. Flaskan tillslutes och innehållet omskakas minuter med en hastighet av 120-260 rörelser fram och åter per minut. Den bildade lösningen centrifugeras omedelbart med en has- tighet av 1200 - 2000 varv per minut, tills lösningen klarnar, vil- ket vanligen sker efter 1-3 minuter. Omedelbart efter centrifuge- ringen titreras ett 25 ml prov av jodlösningen, till vilken satts några få droppar av en 1-procentig stärkelselösning som en slut- punktsindikator, med 0,0394 N natriumtiosulfatlösning, tills en droppe av natriumtiosulfatlösningen bringar den blå färgen att över- gå till färglös. Som kontrollprov omskakas 40 ml av den 0,0473 N jodlösningen, centrifugeras och titreras på samma sätt som den kol- 465 157 8 svartinnehâllande lösningen ovan. Jodytan, uttryckt i m2/g, be- räknas enligt formeln: (B-T) - 4,57 Yta = 1,3375 där B betecknar kontrollprovets titrering och T betecknar provets titrering.

Dibutylftalat (DBP) absorptionstal Dibutylftalat-adsorptionstalet för kolsvart i pelleterad form be- stämmes medelst ASTM försöksmetod D 2414-76.

Färgstzrka Färgstyrkan för ett kolsvartprov bestämmes i förhållande till en industriell färgstyrkereferens för svart enligt ASTM D 3265-76 a.

Kolsvarts pH-värde I en lämplig erlenmeyerkolv placeras ett 5 grams prov av pellete- rat kolsvart och 50 ml destillerat vatten. Vattenblandningen inne- hållande kolsvart bringas till kokning med användning av en elekt- risk värmeplatta, varefter man fortsätteratt försiktigt koka utan att blandningen får koka torrt. Den bildade blandningen kyles till rumstemperatur, varefter man bestämmer pH-värdet med en pH-mätare med glas- och kalomelelektroder med en exakthet av 1 0,05 pH-enhe- ter. Innan man bestämmer pH-värdet kalibreras pH-mätaren i förhål- lande till två buffertlösningar, varav den ena har pH 4,0 och den andra pH 7,0.

För att utvärdera prestationskarakteristika för kolsvart för åstad- kommande av proáfldíuktighetsabsorption- och inre resistivitets- egenskaper blandades kolsvart med ett lämpligt harts, exempelvis en eten/etylakrylatsampolymer i föreliggande fall. Den produkt, som skall prövas, framställes genom att man inblandar den önskade mängden kolsvart, baserat på vikten, i hartset. Så till exempel föredrager man produkter innehållande kolsvart i en mängd av 12 viktprocent, 20 viktprocent och 36 viktprocent för dylika utvär- deringar.

Sättet att framställa produkter av harts/kolsvart innebär att man placerar hälften av det eten/etylakrylatharts, som skall användas i en bamburyblandare, efterföljt av totalmängden kolsvart och där- 9 465 157 till cirkulationscylindern. Då temperaturen uppnår 121°C låter man vatten cirkulera genom blandarhus och rotor. Efter blandningen vid 115 varv per minut ökar man hastigheten till 230 varv per minut (hastighet nr 3) under ytterligare 105 sekunder. Mot slutet av denna tidsperiod avbryter man bland- ningen och produkten harts/kolsvart avlägsnas ur blandaren.

Vid förekomst av en produkt innehållande 12 eller 20 viktpro- cent inblandning av kolsvart uppgår temperaturen i produkten till 127 - 1h3°c. För en 36-viktprocentig inblandning av kol- svart uppgår däremot temperaturen i produkten till 166 - 182°C. Den bildade föreningen får därefter passera två gånger genom ett kallt tvåvalsverk och formas i ark för efterföljan- de prov.

Produktfuktighetsadsorption Ark av de olika eten/etylakrylatprodukterna, som framställts i en Banburyblandare på det ovan beskrivna sättet skäres i ru- tor och granuleras för erhållande av lämpliga försöksprover.

Ett tvågramsprov av den granulerade produkten väges i en glas- degel med känd vikt och torkas över natten vid 87,8°C för att avlägsna all fuktighet i produkten. Efter avkylning i en exsickator bestämmer man vikten på nära nog 1/10 av ett milli- gram. Produkten placeras därefter i en exsickator som får stå i rumstemperatur och 79-procentig relativ fuktighet. Produkten väges efter 1 timme och därefter då och då under 3 dagar eller längre, omxså erfordras, tills man uppnår konstant vikt. Jäm- viktsfuktighetsadsorptionen beräknas som viktprocent av pro- dukten.

Detta försöksförfarande användes för att fastställa den inre resistiviteten för plastföreningar innehållande kolsvart. Ne- dan beskrives framställningen från de föreningar i form av ark, som framställts i Banburyblandaren, som ovan beskrivits, för de kompressionsformpressade arken, som användes som försöks- rovbitar. Från produkten i arkform, som framställts på två- p k t utskäres prover på 17,8 x 17,8 cm. En kompres- :::::::r: med ett nåirum av 17,8 x 17,8 cm belässeß med ett släppande skikt av polyetentereftalatfilm, på vilken försöks- provbiten placerats. Det översta beläggningsskiktet utgöres 465 157 av en film av polytetrafluoretenfilm. Den övertäckta kompressionsformen placeras i en tryckpress, som hållas vid 160°C genom att man exempelvis inför ånga vid ett tryck av 0,689 MPa. Då kompressionsformen uppnår 160°C, höjer man tryckpressens kolvstyrka från O till 18 1üü kg, varefter detta tryck bibehälles 5 minuter. Trycket på provet är 5,63 _MPa. Kompressionsformen avlägsnas därefter ur den varma tryckpressen och placeras i en kall tryckpress, som också hålles vid kolvtrycket 18 lüü kg, tills formarna svalnat till cirka rumstemperatur. Den formpressade skivan med storleken 17,8 x 17,8 cm avlägsnas därefter från formen och skäggas.

Man framställer det aktuella provet för resistivitetsförsöket på följande sätt. Ett prov med storleken 5,1 x 15,2 cm skäres ut ur det kompressionspressade arket med storleken 17,8 x 17,8 cm. Försöksprovet belägges därefter i varje ände med en silverfärg (silverledande beläggning i etylalkohol) varvid man åstadkommer en silverelektrod ca 1,25 cm bred. Efter torkning mätes den ej belagda delen av provet för att fastställa det exakta avståndet mellan elektroderna, medelbredden och medel- tjockleken. Provet placeras_därefter mellan glasskivor med storleken 20,3 x 15,2 cm, vilka anordnas vinkelrätt mot varandra på så sätt att kanten av den översta plattan ligger i linje med provets kant. Mellanlägg av mässing placeras ovanpå och under varje belagd ände av provet. Till mellanläg- gen av mässing fästes därefter krokodilklämmor, som leder till ett Digitac Model H 102120 Multimeterinstrument, för mätande av resistensen.

Provets resistens mätes först i en ugn; S0" hållas vid 9000 för att erhålla ett värde på resistensen vid denna temperatur.

Detta sker genom att man gör en första mätning efter 3 minu- ter vid 90°C och därefter avläser varannan minut under de föl- ' de 30 minuterna. Efter 30 minuter avläser man var femte Ján t t-115 provet tillbringat totalt 60 minuter i 90°C i mlnu ërovets resístensvärde vid 9009 íflprïckas På ett dia' ugnensâsom den punkt, där avläsningarna förblev konstanta. ë::Éstensmätningarna användes därefter för beräkning av pro- vets inre resistivitet genom följande formel: H 3 463 157 beräkning av provets inre restitivitet genom följande formel: R x A L inre resistivitet, ohm-cm = där R betecknar provets resistans (ohmk A betecknar tvärsnittsytan av den ej belagda delen av provet (cmz) och L betecknar avståndet mellan de båda silverelektroderna, som anbringats i varje ände av provet (cm).

För att lättare förstå uppfinningen hänvisas till följande exempel, där framställningen av representativa produkter beskrives närmare.

Det finns naturligtvis många andra utföringsformer av uppfinningen, vilka är uppenbara för en fackman på området, när uppfinningen be- skrivits i sin helhet. Uppfinningen skall i det följande belysas närmare med hjälp av nedanstående utföringsexempel utan att dock vara begränsad till dessa.

Såsom ovan nämnts finns det en mängd tillgängliga ämnen, som man kan använda som flytande matarsats och förbränningsbränsle. I samt- liga nedanstående exempel har man emellertid använt samma flytande matarsats och bränsle. Uppfinningen begränsas emellertid ej till de använda materialen. Såsom den flytande matarsatsen av kolväte använder man i exemplen “Sunray DX", som är ett bränsle, som inne- håller 90,4 viktprocent kol, 7,56 viktprocent väte, 1,5 viktprocent svavel, 4,4 viktprocent asfaltener, 0,049 viktprocent aska. För- hållandet av väte till kol är 0,995, natriuminnehåll 2,8 ppm, kali- uminnehåll Oï73 ppm, B.M.C.I. 135, specifik vikt enligt ASTM D 287 1,10, API-vikt -3,1, SSU-viskositet (ASTM D 88) vid 54°C 542,9 och SSU-viskositet vid 99°C 63,3. Naturgasen, som användes såsom bränsle i exemplen nedan, innehåller i huvudsak 9,85 molprocent kväve, 0,18 molprocent koldioxid, 86,68 molprocent metan, 3,07 mol- procent etan, 0,19 molprocent propan, 0,01 molprocent isobutan och 0,02 molprocent n-butan. dämförande exempel I detta exempel använder man en lämplig reaktionsanordning med or- gan, som till den primära förbränningszonen tillför reaktionskom- ponenter, som bildar förbränningsgaser, dvs ett bränsle och ett oxidationsmedel, antingen i form av separata strömmar eller som 465 157 12 förförbrända gasformiga reaktionsprodukter samt dessutom organ, som tillförde såväl den kolsvartalstrande kolvätemagarsatsen som de förbränningsgaser, som skall införas i en nedåtgående ström till anordningen, organ för införande av tillsatsmängderna av vatten etc. Anordningen kan framställas av vilket som helst lämpligt material, t.ex. metall och antingen förses med eld- fast isolering eller omges av kylningsmedel, t.ex. en åter- cirkulerande vätska, lämpligen vatten. Dessutom är anordningen försedd med temperatur- och tryck-registrerande organ, organ för att avbryta de kolsvartbildande reaktionerna, t.ex. sprut- munstycken, organ för att kyla kolsvartprodukten och organ för att avskilja och utvinna kolsvart från andra ej önskvärda bi- produkter.

Anordningen beskrives närmare nedan. Man utför första steget så, att man erhåller en i huvudsak fullständig förbränning i förväg, innan man inför matarsatsen. Såsom en lämplig förbränningskam- mare använder man ett slutet reaktionskärl med en diameter av 22 cm och en längd av 103,5 cm, som koniskt reduceras under där- på följande 30,5 dm :in en diameter av 13,5 em. I förbindelse med den första zonen eller förbränningsavdelningen finnes ytter- ligare en zon, benämnd övergångszonen, med en diameter av 13,5 cm och en längd av 22,8 cm. Det är i denna zon, som den flytande matarsatsen infördes i sammanhängande strömmar genom så många öppningar man önskar. Matarsatsen införes under betingelser, som är tillräckliga för att säkerställa en riktig genomträng- níngsgrad i strömmen av förbränningsgaser, varvid man undviker problem med koksbildning i reaktionskammaren. Den bildade heta gasströmmen kommer därefter in i en tredje zon, benämnd reak- tionszonen, där kolsvart bildas. Denna zon sträcker sig till den punkt, där reaktionen avbrytes. I föreliggande fall utgöres reaktionszonen av en sektion med diametern 91,ü cm och längden 7,32 m, efterföljt av en sektion med diametern 69 cm och längden 3,35 N- Vid utförandet av föreliggande exempel sker.följaktligen i första steget en förbränning av 1H0 1, som man erhållit genom att í förbrännaren införa i förväg till 39900 Uppväfmd luft med en hastighet av 0,Uü7_m3/s och naturgas med en hastighet av I 0,036? m3/S víg ett tryck av 0,103 MPa. Trycket 1 förbrännings- 465 157 13 nen, där matarsatsen, som i förväg upphettats till 204oC, införes i huvudsak vinkelrätt i strömmen av förbränningsgas med en hastig- het av 0,062 kg/s och vid ett tryck av ca 1,36 MPa. Matarsatsen införes genom fyra ej tillslutna öppningar, var och en i storleks- ordningen 0,74 mm, vilka är belägna perifert i förhållande till strömmen av förbränningsgaser. Gasströmmen kommer därefter in i reaktionszonen, där efter en uppehållstid av 1,3 sekunder strömmen kyles med vatten till in temperatu' rv 743°C. Reaktionens totala förbränningsprocent är 46,8. De anaiytiska och fysikalistw egenska- perna för denna typ av kolsvart framgår av följande tat _.

Exempel 1 I detta exempel uppvisar anordningen en viss likhet med den som användes i det jämförande exemplet, då övergångszonen har samma dimensioner, med undantag av förekomst av fyra ej tillslutna öppningar med en storlek av 0,97 mm i stället för 0,74 mm. Di- mensionerna i första steget av den använda anordningen liknar i huvudsak den ovan beskrivna, men skiljer sig genom att den inneslutna reaktionsbehållaren har en diameter av 21,3 cm och en längd av 67,6 cm, innan den konformigt avsmalnar nedåt till en diameter av 1,35 cm inom en sträcka av 1,35 cm. I detta fall har den tredje zonen eller den zon, där bildningen av kolsvart fullbordas, en diameter av 91,4 cm och en längd av 4,88 m:. I övrigt överensstämde återstoden av anordningen med den ovan beskrivna." Vid utförande av föreliggande exempel infördes följaktligen för- bränningsluft, som i förväg upphettats till 377°Cfi_förbränningszo- nen med en hastighet av 0,526 m3/s och naturgas med en hastighet av 0,048? m3/s vid ett tryck av 0,179 MPa. Tillsatta vattnet in- fördes i reaktionsbehållaren med förbränningsluften i en mängd av 0,045? m3/s eller 7,3 volymprocent. Dessutom tillsattes syre i en mängd av 0,05fl)m3/s till förbränningskammaren Dylika betingelser resulterade i en primär förbränning av 180% och ett tryck i för- bränningskammaren av 17,2 kPa. Den bildade strömmen av heta förbrän- ningsgaser strömmade in i övergångszonen, vari de sammanhängande 463 157 14 strålarna från den flytande matarsatsen infördes från periferin ge- nom fyra öppningar, var och en med storleken 0,97 mm. Matarsatsen upphettades i förväg till 204°C och infördes med en hastighet av 0,117 kg/s vid ett tryck av 1,49 MPa. Reaktionens uppehållstid var 0,7 sek. och gasströmmen avkyldes med vatten till 760oC. Den to- tala förbränningen vid förfarandet var 48,1%. Kolsvart uppsamlades på brukligt sätt och pelleterades därpå och torkades under till- räckligt oxiderande betingelser, varvid man erhöll en typ av kol- svart med en jodyta av 740 m2/g, pH 3,2, DBP 197 cc/100 g och färg- styrka 132%. Ytterligare information framgår av tabellen.

Exempel 2 Man använde samma förfarande och anordning som ovan i exempel 1 med vissa undantag. Förbränningsluften, som i förväg upphettats till 377°C, infördes i förbränningskammaren med en hastighet av 0,529 m3/s, och innehöll vatten, som blandats därmed, och som in- förts i en mängd av 0,0457 m3/s, som utgjorde 7,9 volymprocent ba- serat på den totala volymen av de reaktionskomponenter, som använ- des för att framställa den första förbränningen. Naturgas inför- des i den första zonen med en hastighet av 0,0248 m3/s vid ett tryck av 0,069 MPa. I detta fall tillsatte man även syre till förbrän- ningszonen med en hastighet av 0,0260 m3/s. Under dessa betingel- ser erhöll man en primär förbränning av 298,7%, varvid trycket i förbränningskammaren uppgick till 10,8 kPa. Den flytande matar- satsen, som i förväg upphettats till 207°C, infördes därefter i den varma snabbströmmande strömmen av förbränningsgaser i form av sammanhängande strålar eller strömmar genom fyra ej tillslutna öppningar, som var och en hade storleken 0,91 mm.Den flytande ma- tarsatsen infördes med en hastighet av 0,115 kg/s vid ett tryck av 1,69 MPa. Det tredje steget eller reaktionszonen var sammansatt av en sektion med en längd av 7,31 m och en diameter av 91 cm, varefter följde en sektion med längden 2,74 m och diametern 68,6 cm. Efter en uppehållstid i reaktionsbehållaren av 1 sekund avbröts reaktionen genom kylning med vatten till 760°C. Den totala förbrän- ningen vid förfarandet uppgick till 47,7%. De analytiska och fysi- kaliska egenskaperna för denna typ av kolsvart framgår av tabellen. 465' 157 Exempel 3 Man använde samma förfarande och anordning som i exempel 1 med un- dantag av mindre modifieringar. Följande driftförsök gjordes.

Förbränningsluften, som i förväg upphettats till 374°C, infördes i reaktionsanordningens första zon med en hastighet av 0,528 m3/s, och med däri ingående tillsatt vatten, som införts med en hastighet av 0,0457 m3/s eller 7,7 volymprocent baserat på de använda reak- tionskomponenternas gasvolym vid åstadkommande av den primära för- bränningen. Man införde även naturgas i förbränningskammaren med en hastighet av 0,0412 m3/s vid ett tryck av 0,145 MPa och syre med en hastighet av 0,0260 m3/s. Detta resulterade i en primär förbrän- ning av 179,6%, varvid trycket i förbränningskammaren uppgick till 13,8 kPa. Den bildade gasströmmen inträngde i övergângszonen, som var 22,9 cm lång och hade diametern 13,4 cm och den flytande matar- satsen, som i förväg upphettats till 207°C, infördes genom fyra ej tillslutna öppningar med storleken 1,02 mm med en hastighet av 0,100 kg/s vid ett tryck av 0,97 MPa, varvid man erhöll en tillfreds- ställande penetrering, som säkerställde en god finfördelning och dispergering av matarsatsen. Gasströmmen infördes i reaktionskamma- ren, som var utformad i tvâ sektioner, varav den första sektionen hade en längd av 7,32 m och en diameter av 91 cm och den därpå föl- jande hade en längd av 2,44 m och en diameter av 68,6 cm. Efter en uppehållstid av 1 sekund avbröts reaktionen med vatten till 760°C.

Kolsvart uppsamlades och pelleterades därefter samt torkades under oxiderande betingelser. Den totala förbränningen uppgick till 47,9%.

De analytiska och fysikaliska egenskaperna av denna typ av kolsvart framgår av tabellen.

Exempel 4 Man använde i huvudsak samma anordning och förfarande som i exem- pel 3 med följande undantag. Förbränningsluft, som i förväg upp- hettats till 39900, infördes i förbränningskammaren med en has- tighet av 0,526 m3/s och innehöll tillsatt vatten, som införts däri med en hastighet av 0,0261 m3/s, vilket fastställdes till 4,5 volymprocent baserat på reaktionskomponenterna i första steget.

Naturgasen infördes idet första.steget med en hastighet av 0,05 m3/s vid ett tryck av 0,179 MPa. Under dessa betingelser var den primä- 465 157 16 ra förbränningen 119,8% och trycket i förbränningskammaren var 12,2 kPa. Den heta strömmen av gasformiga förbränningsprodukter kom därefter in i övergângszonen, där den flytande matatsatsen, som i förväg upphettats till 166°C, infördes från periferin vid ett tryck av 2,20 MPa. Matarsatsen infördes genom fyra ej tillslut- na öppningar med storleken 0,57 mm med en hastighet av 0,051 kg/s.

Efter en uppehållstid av 1,0 sekund kyldes reaktionsbehållaren med vatten till 760°C. Den totala förbränningen uppgick till 55,5%.

Kolsvart uppsamlades, pelleterades och torkades därefter under oxi- derande betingelser. Härvid erhöll man en produkt med lågt pH-vär- de. De analytiska och fysikaliska egenskaperna framgâr av tabellen.

Exempel 5 Man använde samma förfarande och anordning som i exempel 4 med föl- jande undantag. Förbränningsluft, som i förväg upphettats till 377°C, infördes i förbränningskammaren med en hastighet av 0,450 m3/s, tillsammans med tillsatt vatten, som införts däri med en hastighet av 0,0405 m3/s eller 8,3 volymprocent baserat på den totala volymen av förbränningsluften och naturgasen, som använts för att åstadkom- ma den primära förbränningen. Naturgas infördes i den första zonen med en hastighet av 0,0365 m3/s vid ett tryck av 0,117 MPa. Den primära förbränningen fastställdes till 139,7% och trycket i för- bränningskammaren uppgick till 9,1 kPa. Den heta strömmen av gas- formiga produkter passerade därefter in i övergângszonen, som var försedd med fyra ej tillslutna öppningar med storleken 0,64 mm runt periferin. Den flytande matarsatsen, som i förväg upphettêts till 166°C, infördes i gasströmmen genom de fyra öppningarna med en hastighet av 0,048 kg/s vid ett tryck av 1,15 MPa. Reaktionens uppehållstid var 1,2 sekunder, innan man avbröt den med vatten till 760°C. Förbränningen uppgick totalt till 55,9%. Kolsvart uppsamla- des, pelleterades och torkades under oxiderande betingelser, så att man erhöll kolsvart med lågt pH-värde. De analytiska och fysika- liska egenskaperna framgår av tabellen.

Exempel 6 Man använde i huvudsak samma förfarande som i exempel 5 . Förbrän- ningsluften, som i förväg upphettats till 391°C, infördes i för- bränningskammaren med en hastighet av 0,522 m3/s och innehöll till- (p 17 463 157 satt vatten, som införts däri med en hastighet av 0,060 m3/s, vil- ket motsvarar 10,5 volymprocent baserat på den totala volymen av luft och gas, som använts för att åstadkomma den primära förbrän- ningen. Naturgasen infördes i den första zonen med en hastighet av 0,050 m3/s vid ett tryck av 0,124 MPa. Härvid åstadkom man en pri- mär förbränning av 119,9%, varvid trycket i förbränningskammaren uppgick till 10,4 kPa. Den bildade heta strömmen av vattenhaltiga förbränningsgaser infördes i övergångszonen, där den flytande ma- tarsatsen, som i förväg upphettats till 154°C, infördes genom fyra perifert belägna tillslutna öppningar med storleken 0,57 mm. Matar- satsen tillsattes med en hastighet av 0,048 kg/s vid ett tryck av 1,17 MPa, varvid man säkerställde tillfredsställande penetrering av strömmen av förbränningsgaser. Uppehållstiden i reaktionsbehål- laren var 1,0 sekund, varefter man kylde reaktionen med vatten till 729°C. Den totala förbränningen uppgick till 57%. Kolsvart uppsam- lades, pelleterades och torkades under oxiderande betingelser. Yt- terligare detaljer beträffande kolsvart enligt exemplet framgår av tabellen. 18 465 157 hmnflumnmmñmu www: Uflb mhæw mwcmflflwsmcnfl Hwmmm Uwš dmum>Hox umwmmnwm :mä nam wønmnmnmncfl .mum> wøcmaflwswacfl Hmmcflflwcmfinmmm soø wfixonoëflox >m mcfldflflwumämfim Hmm Hmmmwoofimmmcflcwmmnßu ©H> uxøuoum lan Eomwm uflfifimshm :ME umxHfl> .uum>mH0x mwømømfl umflvmnwmms >m mmflnofimuø uw>oumHH0nun0M 2.0 E10 310 äá å... 36 . | S; w _soflumhömnßmuwnmfi»åfišøwohm _ å C NN ä B . SF | 23 euèfio doä Jwfi>fiß3mw~ 23 ÉÉ m! NN 3 ä ä: | MS ...ubflo .åwumsš .ßwpflšßmflmwfi PÉH Éflšfiox få? i wønmflflwnmnnfl wunms#mH>hxmH>um\cmum m2 wï Nï å, m2 EP N? m3 w åvršäwšwm .Cm ÄN ÉN SN mNN m3 SP 23 m Qoåau :En *im OJ mä. ...m "in må Nå wc. mm m3 23 Emm må NI. omm oi. Em m\~s .mfläon Hfionucom m.xm \m.xm w.Nm m.xm N.Xm F.xm mwdwfimm. >0hmunm>mHOM å 19 465 157 Av ovanstående data framgår att de ledande egenskaperna för kolsvart enligt uppfinningen är godtagbara i jämförelse med de- samma för den höggradigt ledande typ av kolsvart, som erhållits som biprodukt vid förgasningsprocesser. Kolsvart enligt det jämförande exemplet, vilket har ett pH över 5, har däremot dålig ledningsförmåga. Även om föreliggande uppfinning beskrivits med avseende på vissa utföringsformer, är den icke begränsad till dessa, och det skall inses att man kan utföra variationer och modifikationer därav, som är uppenbara för en fackman på området utan att man avviker från uppfinningstanken eller ramen för uppfinningen.

Claims (8)

465 157 2° Patentkrav

1. Kolsvartprodukt av ugnatyp. k ä n n e t e c k n a d av att den uppvisar en genom adsorption av jod bestämd yta av . 2 . minst 600 m /g, ett pH-värde mindre än 5 och ett DBP-värde . 3 av minst 160 cm /100 g.

2. Produkt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den . . . 2 genom adsorption av Jod bestämda ytan är minst 800 m /g.

3. Produkt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den genom adsorption av jod bestämda ytan uppgår till ca 800- 1100 m2/g.

4. Produkt enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d ett pH-värde av ca 2-4.

5. Produkt enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d ett pH-värde av ca 3-4.

6. Produkt enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d 3 ett DBP-värde av ca 180-350 cm /100 g.

7. Produkt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av ett 3 DBP-värde av ca 180-275 om /100 g.

8. Produkt enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av ett 3 pH-värde av ca 3-4 och ett DBP-värde av 180-275 cm /100 g. GV' aV I! 1/