BE528067A - Procede et appareil pour la fabrication du noir de fumee - Google Patents

Description

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   La présente invention concerne la fabrication du noir de fumée et comprend plus spécialement un procédé et un appareil perfectionnés pour produire avec un meilleur rendement, à partir d'hydrocarbures liquides, un noir de fumée possédant des propriétés désirables. 



   On a obtenu du noir de fumée en pulvérisant des huiles hydrocarbonées atomisées ayant un rapport H/C dans la gamme de 0,75 à 1,25 et un poids moléculaire moyen dans la gamme de 225 à 550 et en entourant le   brouil-   lard d'huile d'une zone de combustion turbulente. Avantageusement, on introduit un gaz combustible autour du brouillard d'huile et à proximité immédiate de ce brouillard pour fournir une quantité supplémentaire de chaleur pour la réaction de dissociationo On obtient des résultats particulièrement bons lorsque les huiles précitées ont un poids API ne dépassant pas   10,   une viscosité supérieure à   30   SSU (Saybolt Seconds Universal) à 210 F (98 C) et un résidu de carbone d'après Conradson de plus de 1,5. 



   Des huiles typiques utiles pour la mise en oeuvre de l'invention sont citées dans l'exemple 1 ci-dessous. 
 EMI1.1 
 
<tb> 
<tb> 



  Exemple <SEP> Source <SEP> Rapport <SEP> Poids <SEP> molo <SEP> Poids <SEP> Résidu <SEP> de <SEP> Viscosité
<tb> H/C <SEP> moyen <SEP> A.P.I. <SEP> carbone <SEP> SSU <SEP> à <SEP> 210 F
<tb> ¯¯¯¯ <SEP> ¯ <SEP> ¯¯¯¯ <SEP> ¯ <SEP> ¯ <SEP> ¯ <SEP> ¯¯¯ <SEP> Conradson <SEP> ¯¯¯
<tb> I <SEP> Pétrole <SEP> 1.08 <SEP> 391 <SEP> 0.5 <SEP> 17% <SEP> 108
<tb> II <SEP> Pétrole <SEP> Ici <SEP> 31005 <SEP> -0.5 <SEP> 17.4% <SEP> 135
<tb> III <SEP> Pétrole <SEP> 1.16 <SEP> 250 <SEP> 10.0 <SEP> 5% <SEP> 35.5
<tb> IV <SEP> Pétrole <SEP> 1005 <SEP> 440 <SEP> 8.8 <SEP> 20% <SEP> 337
<tb> V <SEP> Goudron <SEP> 1009 <SEP> 277 <SEP> 3.7 <SEP> 2% <SEP> 37
<tb> VI <SEP> Pétrole <SEP> 1.08 <SEP> 314 <SEP> 1.7 <SEP> 15.3% <SEP> 84
<tb> VII <SEP> Goudron <SEP> 0.79 <SEP> 399 <SEP> -1008 <SEP> 24% <SEP> 112
<tb> VIII <SEP> Pétrole <SEP> 1.15 <SEP> 227 <SEP> 3 <SEP> 4% <SEP> 41.5
<tb> 
 
On a trouvé 

  à présent que les rendements en noir de fumée peuvent être fortement augmentés et améliorés et qu'on peut obtenir des types très désirables de noir de fumée,exerçant sur les compositions de caoutchouc un effet de renforcement plus grand et leur communiquant en même temps une grande conductivité électrique par le nouveau procédé et dans le nouvel appareil de l'inventiono 
Au sens large, suivant le procédé de l'invention, on introduit un brouillard atomisé ou finement pulvérisé d'une huile hydrocarbonée,de préférence du type précité et une matière combustible à l'état gazeux en un certain nombre de jets dirigés vers l'extérieur autour du brouillard d'huile dans une extrémité de la première section d'une chambre de réaction cylindrique divisée en deux sections,

   la longueur de la première ne dépassant pas sensiblement son   diamètreo   On introduit axialement de l'air dans la chambre par la même extrémité en un courant annulaire de petit diamètre tourbillomant rapidement et entourant les jets de gaz et le brouillard d'huile,en quantité suffisante pour brûler tout le gaz et une faible proportion de l'huile afin de fournir la chaleur nécessaire pour dissocier le reste de l'huile en noir de fumée. La flamme produite par la combustion du gaz et les produits de combustion sont concentrés autour du brouillard d'huile par contact avec une barrière, et rebondissement sur cette barrière montée sur les parois du four, ladite barrière séparant les deux sections précitées.

   La barrière comporte une ouverture centrale à travers laquelle les produits de réaction passent de la première section dans la seconde où la réaction s'achève. Les produits de combustion et le noir de fumée qu'ils entraînent sont alors refroidis brusquement et le noir est recueilli de la fagon habituelle. 



   La paroi d'extrémité d'entrée du four est ionique,de préférence à environ 45 , pour se raccorder à un passage d'entrée ou,partie étranglée 

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 de diamètre considérablement plus petit que celui de la chambre de réaction. L'huile et le gaz sont injectés dans l'axe de la zone de réaction et dans la zone limitée longitudinalement par la paroi d'extrémité inclinée. 



   La relation mutuelle entre les éléments utilisés dans le procédé et la forme de l'appareil de l'invention est critiquée Il est essentiel d'introduire une matière combustible à l'état gazeux autour du   brouil-   lard d'huile atomisée et essentiel que la distance entre le point d'introduction de l'huile et la barrière soit telle que le reflux des produits de combustion se concentre surlébrouillard   d'huile.   Ces relations mutuelles sont illustrées ci-dessous dans le tableau et on verra qu'elles sont seules la cause d'un accroissement de rendement d'environ 1 livre   (453   g) de noir de fumée par gallon (3,781.)   d'huile.   



   En d'autres mots,si l'on supprime la barrière placée à distance critique, le rendement en noir de four   (HAF)   communiquant au caoutchouc une grande résistance à   l'abrasion  obtenu par un procédé et dans un appareil sinon équivalents,est en moyenne moins de 3,4 livres (1,54 kg) par gallon d'huile. Toutefois,lorsqu'on ajoute une barrière placée à une distance du point d'introduction d'huile ne dépassant pas sensiblement le diamètre de la chambre de réaction,le rendement en noir de fumée peut atteindre 4,50 livres   (2,03   kg) par gallon d'huile et en fonctionnement industriel du four atteint en moyenne   4,20   livres (1,90 kg) par gallon. 



   Il est essentiel que la barrière soit placée à la distance critique et que les jets supplémentaires de gaz combustible entourant le brouillard d'huile soient associés à l'emploi de la barrière. Lorsque la barrière est placée trop en amont relativement au brouillard d'huile, on n'obtient pas d'accroissement appréciable du rendement en noir de fumée. De même, la présence de la barrière à l'endroit voulu n'a aucun effet favorable sur le rendement, lorsqu'on supprime les jets supplémentaires de gaz. 



   Il est clair que l' appareil de l'invention constitue un notable perfectionnement, comparé aux appareils existant à présent dans l'industrie. 



  En combinant un brûleur compound, simple et relativement peu coûteux, facilement remplagable et réglable à l'intérieur du four, avec une section de four de diamètre réduit, placée à une distance critique du brûleur, on a créé un nouveau moyen de fabriquer tous les types de noir de fumée à partir d'hydrocarbures liquides avec des rendements fortement améliorés, résultat qui ne pouvait être attendu de ce qui est connu. 



   Un but de la présente invention est de fournir un nouveau procédé de fabrication de noir de fumée perfectionnéo 
Un autre but de l'invention est de fournir un nouveau procédé de fabrication de divers types de noir de fumée à partir d'hydrocarbures liquides avec des rendements supérieurs. 



   Un autre but de l'invention est de fournir un nouveau procédé permettant d'établir une zone de combustion à haute turbulence immédiatement autour du point d'introduction de la matière première constituée par l'hydrocarbure liquide. 



   Un autre but de l'invention est de fournir un nouvel appareil pour la mise en oeuvre du procédé. 



   Ces buts et d'antres seront mieux compris en se reportant à la description d'une forme caractéristique du nouvel appareil, choisie à titre d'illustration et représentée dans le dessin annexé dont la figure est une vue schématique en élévation de côté et en partie en coupe. 



   Le réacteur ou four de l'invention est construit en matière ré-   fractaire   10 enfermée dans une enveloppe métallique 12. La partie intérieure qui forme l'espace de réaction est sans obstacle, à l'exception   d'une   barrière   14   en matière réfractaire montée sur la paroi intérieure et dont la largeur est seulement suffisante pour lui donner la résistance nécessaire pour 

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 résister aux forces créées dans le réacteurEn général, cette largeur est inférieure à un pied (30 cm).L'épaisseur de la barrière est suffisante pour ménager un passage cylindrique 16 dont le diamètre n'est de préférence pas supérieur à la moitié environ du diamètre de la chambre de réaction qui se trouve ainsi séparée en deux sections de chambre 18 et 20. 



   La section de chambre 18 comporte une paroi d'extrémité conique
22,de préférence à 45 ,et un passage d'entrée 24 au centre de cette pa- roio Ce passage a un diamètre largement inférieur à celui de la chambre de réaction et constitue le seul moyen d'accès des éléments utilisés dans le procédé. 



   Le passage 24 a une longueur appréciable   d'au   moins 4 pieds en- viron   (1921   m)Au centre de ce passage est placée la tête 26 d'un brûleur dont l'extrémité de sortie se place approximativement à l'extrémité inté - rieure du passage 24 pour que la combustion des gaz introduits par ce pas- sage commence dans la zone délimitée par la paroi   d'extrémité   22.

   Un   distri,   buteur d'air en forme de volute est monté à l'extrémité du four et alimenté par le tuyau 30 qui pénètre dans le distributeur suivant une direction tan- gente à la paroi intérieure, constituant une projection de la courbe de la volute suivant laquelle le distributeur est avantageusement établie
Le four est ouvert à l'extrémité opposée au passage 24 et abou- tit à un carneau 32 de modèle connu contenant les pulvérisateurs   d'eau,   habituels (non représentés) qui arrêtent la réaction au moment où les produits de réaction sortent de la section de chambre 20. Ce carneau aboutit aux appareils habituels de refroidissement et de séparation de façon connue. 



   Le brûleur introduisant les matières premières et les gaz combustibles supplémentaires comporte un tuyau central 36 d'arrivée. d'huile se terminant par un ajutage et entouré concentriquement par un tuyau de plus grand diamètre 34 qui se termine autour de l'ajutage par une tête de brûleur 26. La tête de brûleur 26 est percée de plusieurs orifices à gaz disposés à égale distance l'un de l'autre sur sa périphérie et dirigés de préférence vers l'extérieur sous un angle de 45à 90  sur l'axe du tuyau du brûleur. 



   A l'extrémité opposée le tuyau extérieur 34 du conduit sortie est relié à une source de gaz combustible introduit dans le brûleur par le tuyau 40 et le tuyau intérieur 36 aboutit à une chambre 42. de pulvérisation à deux fluides, de type connu. De cette manière, on peut faire passer une huile pulvérisée par un gaz par le tuyau intérieur et l'éjecter dans la chambre 18 en un brouillard de forme conique. Simultanément, un gaz combustible sort de la tête de brûleur 26 et rencontre l'air entrant dans le four par le passage 24, le volume d'air introduit étant plus que suffisant pour entretenir une combustion théoriquement complète de gaz, mais insuffisant pour brûler toute l'huile, et suffisant pour entretenir de 25 à 50% de la combustion théorique de l'ensemble des combustibles.

   L'air animé   d'un   mouvement tournant rapide se mélange rapidement au gaz en formant une zone de combustion à haute turbulence autour dibrouillard d'huile. A cause de la juxtaposition du gaz et de l'huile, une combustion très rapide se produit et forme des produits de combustion chauds centrés sur la zone critique d'utilisation par la barrière 14. 



   On pense que c'est la barrière 14 qui, en combinaison avec le brûleur 26, est responsable des résultats inattendus et exceptionnels obtenus suivant l'inventiono On a trouvé que le rendement de la même qualité de noir de fumée est supérieur de près d'une livre (453g) de noir de fumée par gallon de matière première avec le procédé et l'appareil de l'invention, comparés aux procédés connus. En outre, on peut obtenir facilement et économiquement suivant l'invention, de nouveaux types de noir de fumée qu'on ne pouvait obtenir avec des rendements commercialement satisfaisants. Les résultats d'essais comparatifs repris ci-dessous illustrent ces faits.

   Dans 

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 ces   résultats,   exprimés en mesures américaines., la norme est le Vulcan 3 un noir de fumée   du   commerce obtenu par le procédé décrit à la page 20 EXEMPLE II 
 EMI4.1 
 
<tb> 
<tb> Essai <SEP> Débit <SEP> Débit <SEP> % <SEP> de <SEP> combus- <SEP> Rendement <SEP> Résultat <SEP> sur <SEP> le
<tb> No <SEP> huile <SEP> gaz <SEP> tion <SEP> théo- <SEP> en <SEP> livopar <SEP> caoutchouc <SEP> traité
<tb> 
 
 EMI4.2 
 en galaho supplo rique galo d'huile à froid en de la 
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<tb> en <SEP> CHF <SEP> norme
<tb> Module <SEP> Résistance
<tb> 300% <SEP> à <SEP> l'abra-
<tb> 
 
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 ¯¯¯ #####. = ###-¯¯¯# ¯¯¯¯¯.

   Slono 
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<tb> 
<tb> 5486 <SEP> 59,7 <SEP> 2000 <SEP> 3602 <SEP> 3.71 <SEP> 106 <SEP> 113
<tb> 5371 <SEP> 5906 <SEP> 2000 <SEP> 3602 <SEP> 4a20 <SEP> 134 <SEP> 99
<tb> 5402 <SEP> 5909 <SEP> 1998 <SEP> 3601 <SEP> 4009 <SEP> 120 <SEP> 101
<tb> 5403 <SEP> 60 <SEP> 2000 <SEP> 36 <SEP> 4.06 <SEP> 116 <SEP> 99
<tb> 5404 <SEP> 60.2 <SEP> 2500 <SEP> 35.9 <SEP> 4044 <SEP> 119 <SEP> 101
<tb> 5420 <SEP> 6003 <SEP> 1998 <SEP> 36a8 <SEP> 4.12 <SEP> 134 <SEP> 112
<tb> 5419 <SEP> 5908 <SEP> 1998 <SEP> 3801 <SEP> 4.13 <SEP> 130 <SEP> 104
<tb> 5418 <SEP> 5906 <SEP> 2000 <SEP> 3601 <SEP> 4.51 <SEP> 130 <SEP> 104
<tb> 
 Sans la zone de diamètre réduit 
 EMI4.6 
 
<tb> 
<tb> 5472 <SEP> 60.2 <SEP> 2000 <SEP> 3809 <SEP> 3031 <SEP> 108 <SEP> 102
<tb> 5294 <SEP> 60 <SEP> 04 <SEP> 1500 <SEP> 3808 <SEP> 3.

   <SEP> 33 <SEP> 114 <SEP> 100
<tb> 5409 <SEP> 60.7 <SEP> 1002 <SEP> 3509 <SEP> 3041 <SEP> 115 <SEP> 101
<tb> 
 Sans le gaz supplémentaire 
 EMI4.7 
 
<tb> 
<tb> 5576 <SEP> 5909 <SEP> - <SEP> 36 <SEP> 2.96 <SEP> 106 <SEP> 102
<tb> 5577 <SEP> 5903 <SEP> - <SEP> 3804 <SEP> 2056 <SEP> - <SEP> 105
<tb> 
 Sans legaz supplémentaire et sans la zone de   diamètre   réduit 
 EMI4.8 
 
<tb> 
<tb> 5578 <SEP> 5902 <SEP> - <SEP> 3603 <SEP> 2.96 <SEP> - <SEP> 113 <SEP> (caoutchouc <SEP> naturel)
<tb> 5579 <SEP> 5908 <SEP> - <SEP> 38 <SEP> 2054 <SEP> - <SEP> 115 <SEP> (caoutchouc <SEP> naturel
<tb> 
 
Le four dans lequel les noirs de fumée de l'exemple II ont été obtenus suivait l'invention mesures Passage d'entrée 24 8 pouces (20,3 cm) diamètre intérieur Chambre 18 18 pouces   (45,6   cm) diamètre intérieur   17.,   1/2 pouces (44,

  3 cm) de la sortie du passage 24 à l'an- ne au 14. 



  Passage 16 9 pouces   (22,8   cm) diamètre intérieur,
9 pouces de longueur. 



  Chambre 20 18 pouces   (45,6   cm) diamètre intérieur,
45 pouces   (113   cm) de longueur. 



   Il ressort de ces chiffres qu'en fabriquant du noir de fumée dans un four sans partie de diamètre réduit, le rendement en noir de   quali-   té comparable représente en moyenne près d'une livre de moins par gallon d'huile que lorsque la barrière est en   placée   D'antre part, sans gaz supplémentaire, on ne constate aucune différence de rendement entre les fours avec et sans   barrièreo   

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Un avantage important du four perfectionné suivant l'invention est que la barrière   14   peut être une pièce indépendante introduite dans le four, qu'on peut déplacer dans le sens de la longueur de la chambre 18 et fixer à l'endroit voulu pour approprier le four aux différentes conditions de la pratique et modifier les propriétés du produite 
REVENDICATIONS. 



   1. - Procédé de fabrication de noir de fumée, caractérisé en ce qu'on introduit axialement un brouillard d'huile hydrocarbonée pulvéri- sée dans une première zone à isolation thermique dont la longueur ne dépas- se pas sensiblement le diamètre, on introduit simultanément un gaz combus- tible dans la zone en plusieurs jets formant un cercle entourant étroite- ment le brouillard d'huile, on fait s'écouler dans la zone et au-delà des jets de gaz et du brouillard d'huile un courant d'air d'un volume suffisant pour entretenir de 25 à 50% de la combustion   théorique   de toutes les matiè- res combustibles introduites, on brûle pratiquement tout le gaz et une par- tie de l'huile,

   on concentre la flamme et les produits de combustion sur la partie non brûlée de l'huile par rebondissement sur une paroi périphérique d'extrémité à zone centrale ouverte, on dissocie l'huile en noir de fumée, on fait passer les produits de réaction par l'ouverture et par une seconde zone dont la longueur est inférieure au diamètre, puis par une troisième zone à isolation thermique dont le diamètre est p lus grand que celui de la seconde, et on sépare le noir de fumée des produits de réaction gazeux. 



   20 - Procédé de fabrication de noir de fumée, caractérisé en ce qu'on introduit axialement un brouillard d'huile hydrocarbonée pulvérisée dans une première zone de réaction à isolation thermique dont la longueur ne dépasse pas sensiblement le diamètre comportant des passages d'entrée et de sortie d'un diamètre sensiblement inférieur au diamètre précité, on introduit simultanément un gaz combustible dans la première zone en un certain.nombre de jets formant un cercle entourant étroitement le point d'introduction du brouillard   d'huile,   on fait s'écouler de l'air par le passage d'entrée dans la première zone, autour et au-delà des jets de gaz et du brouillard d'huile, en quantité suffisante pour brûler tout le gaz et une partie de l'huile,

   on fait rebondir les gaz en combustion contre la paroi d'extrémité de la zone de réaction pour concentrer la   flamme   et les pro duits de combustion autour du brouillard d'huile, on dissocie pratiquement toute la partie non brûlée de l'huile en noir de fumée, on fait passer les produits de réaction par le passage de sortie dans une seconde zone à isolation thermique dont le diamètre est plus grand que celui du passage de sortie, on y achève la réaction, puis on sépare le noir de fumée des gaz produits. 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims (1)

1. 3. - Procédé de fabrication de.noir de fumée caractérisé en ce qu'on introduit un brouillard d'huile hydrocarbonée pulvérisée et un anneau de jets de gaz combustible entourant le brouillard d'huile par une extrémité d'une chambre de réaction à isolation thermique comportant un passage d'entrée de petit diamètre, une paroi d'extrémité d'entrée inclinée ou conique et une barrière périphérique placée à une distance de la paroi d'extrémité d'entrée ne dépassant pas sensiblement le diamètre de la chambre, cette barrière étant percée d'une ouverture centrale d'un diamètre sensiblement inférieur à celui de la chambre de réaction,et une épaisseur suffisante pour lui donner la résistance nécessaire pour résister aux forces qui s'exercent dans la chambre de réaction,

   on introduit dans la chambre par le passage d'entrée une quantité suffisante d'air pour entretenir de 25 à 50% de la combustion théorique de toutes les matières combustibles introduites en brûlant pratiquement tout le gaz et une faible proportion de l'huile, on concentre la flamme et les produits de combustion autour du brouillard d'huile par contact avec la barrière et rebondissement, on dissocie la plus grande partie de l'huile non brûlée en noir de fumée, on fait passer les produits de réaction par l'ouverture ménagée dans la barrière et par le reste de la chambre <Desc/Clms Page number 6> de réaction, et on sépare le noir de fumée des gaz produits.

   40 - Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'air est introduit dans la chambre de réaction en un courant tourbil- lonnant en spirale.

   50 - Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le gaz combustible et l'huile sont introduits dans la chambre de réaction en un point situé en amont du plan de jonction de la paroi latérale et de la paroi d'extrémité de la chambre de réaction.

   6. - Procédé suivant la revendication 3,caractérisé en ce que les produits de réaction passent par une ouverture de la barrière dont le diamètre ne dépasse pas la moitié de celui de la chambre de réaction.

   7. - Appareil pour la fabrication de noir de fumée caractérisé en ce qu'il comprend une chambre de réaction allongée à isolation thermi- que à parois latérales parallèles, comportant une paroi d'extrémité incli- née ou conique et un passage d'entrée d'une surface transversale sensible- ment inférieure à celle de la chambre de réaction,une barrière réfractaire, montée sur les parois latérales de la chambre à une distance du point de jonction de la paroi d'extrémité et des parois latérales ne dépassant pas sensiblement le diamètre de la chambre, percée d'une ouverture en son cen- tre, un brûleur compound centré dans le passage d'entrée et ne dépassant pas, à l'intérieur de la chambre de réaction, le plan de jonction de la pa- roi d'extrémité et des parois latérales de la chambre,

   ledit brûleur compor- tant un ajutage central fournissant un brouillard d'huile atomisée en un cô- ne limite et une couronne d'orifices de gaz entourant étroitement l'ajutage central, dirigés vers l'extérieur et dans l'ensemble vers l'aval, un dispo- sitif alimentant l'ajutage central en huile hydrocarbonée, un dispositif alimentant les orifices de gaz en gaz combustible, et un dispositif pour in- troduire un gaz contenant de l'oxygène ar le passage d'entrée autour du brûleur, en quantité suffisante pour bruler moins de 50% des matières combu.s- tibles introduites dans la chambre.

   8. - Four pour la fabrication de noir de fumée caractérisé en ce qu'il comprend des parois réfractaires entourant une chambre cylindrique de diamètre uniforme à l'exception d'une section d'entrée convergente à une ex- trémité, un ajutage à huile placé concentriquement dans l'orifice d'entrée et comprenant des orifices de gaz divergents, et une pièce annulaire sépa- rée montée en un point intermédiaire dans la chambre cylindrique et servant à réfléchir les parties extérieures de la flamme età la concentrer sur le brouillard d'huile sortant de l'ajutage.