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La présente invention concerne la fabrication du noir de carbone et en particulier un procédé qui consiste à décomposer par la chaleur un hydrocarbure (dit ci-après gaz de fabrication) en l'injectant séparément dans un cou- rant turbulent de gaz de four chauffés.
EMI1.1
Le brevet des Etats-Unis dtlln:c3.que n 2 378 055 du l2 juin 1945 donne la description d'un procédé perfec- tionné du type précité,qui consiste à insuffler un
EMI1.2
n;/31>n gé, combustible d'un comhusbible d'J1yctroourbure fluide et d'air duns une extroruité d'une; c1J..,fJ,hre oblongue ne contenant pas d'obstacle) du ucyon à y i'ormor des gaz ChlUfh1
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de flamme soufflée Ce courant turbulent de gaz de flamme senfflée circule dans la chambre du four, dans laquelle on injecte séparément et violeraient dans le courant turbulent de gaz- ],'hydrocarbure à décomposer en un point éloigné du point d'entrée du mélange combustible dans la cham- bre du four.
L'invention concerne, un perfectionnement de ce mode de fonctionnement et en particulier un procédé perfectionné de formation du mélange de l'hydrocarbure à décomposer avec les gaz'chauds de la flamme soufflée.
Lorsqu'on opère de la manière spécialement décrite dans le brevet précité, on injecte l'hydrocarbure à décom- poser radialement dans la chambre du -four de préférence sous forme de courants .de section relativement faible et à grande vitesse arrivant directement l'un en face de - l'autre. Ce mode de fonctionnement donne lieu à des diffi- cultés lorsque le diamètre de la chambre du four est devenu trop grand.
L'usage de chambres de fours rectangulaires s'est largement répandu dans les grandes-installations industrielles,mais on a aussi constaté qu'il était nécessaire dans ces installations de limiter la largeur de la chambre à environ 0,60 m et de préférence de ne pas lui donner une-, valeur supérieure à 0,30 m pour que les courants d'hydrocarbure à décomposer oonservent une forme .. constante et que l'hydrocarbure forme un mélange uniforme avec les gaz chauds de la flamme.
Une des difficultés du type précité à laquelle on s'est heurté consiste dans l'intervalle à donner entre les tubes d'arrivée du gaz de préparation afin d'empêcher les gaz chauds de la flamme soufflée circulant dans la chambre de former des courants passant entre les oourants de l'hydrocarbure à décomposer. On a remédié à cette difficulté dans la plus large mesure en rapprochant les tubes d'arrivée du gaz de fabrication. Fais cette solution a posé de nou- veaux problèmes dans les installations industrielles. veaux problèmes dans les intstallations industrielles.
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En augmentant le nombre de tubes, on a besoin d'un dis- positif distributeur compliqué très difficile à faire actionner. Les dépôts de résidus carbonés qui se for- ment dans les tubes ou dans le distributeur on% tendre . rendre inégale la distribution du gaz de fabrication - . dans les tubes, dont les uns sont ai.si surcharge., tandis que les autres sont insuffisamment chargés.
L'invention a pour objet un procédé de fonctionne- ment perfectionné qui permet de remédier dans une large mesuré à la difficulté antérieurement constatée de réaliser .un mélange rapide et uniforme de l'hydroocarbure à décompo- ser avec les gaz de la flamme soufflée.
Il a été découvert qu'il est possible d'éviter la formation de courants de gaz de la flamme soufflée insuffi- samment mélangés et en même temps de réduire le nombre de .. courants de gaz de fabrication, en ayant recours à une ehambre de réaction de section circulaire, en y injectant le mélange combustible sous forme de courante à grande vitesse dans une direction sensiblement périphérique ou tangentielle, et en injectant séparément et violemment dans la chambre, en un point en aval du point d'éjection du mélange combustible, l'hydrocarbure à décomposer, dans une direction sensiblement radiale.
-
On constate qu'en opérant par ce procédé, les gaz de la flamme soufflée ont tendance à suivre un trajet plus ou moins hélicoïdal dans la chambre et par suite.un trajet beaucoup plus long, de sorte pour une durée de séjour donnée dans une chambre de réaction d'une longueur donnée, on peut ' maintenir une vitesse des gaz soufflés beauooup plus grande que si les gaz de la flamme soufflée passaient dans le cham- bre suivant son axe. En conséquence, il n'est plus néces- saire de coordonner avec soin le diamètre du four et les vitesses de la masse et on dispose d'une latitude beaucoup
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plus grande dans le choix du rapport entre lea débits des gaz de la flamme soufflée et'des hydrocarbures à déoom- poser.
On voit donc j qu'un des avantages de l'injection ..tangentielle des gaz de la flamme soufflée consiste dans la possibilité de leur donner une vitesse beaucoup plus grande que celle qui peut être adoptée dans la pratique lorsque les gaz de la flamme soufflée circulent sensiblement dans le sens longitudinal de la chambre.
Cette augmentation de la vitesse de la flamme soufflée permet d'augmenter la vitesse d'injection du gaz de fabri- cation. Il en résulte que les tubes d'injection de ce gaz , peuvent être maintenus à une température plus basse et qu'on peut injecter un gaz plus riche sans que se posent de graves problèmes de formation de dépôts de coke dans les tubes.
-De plus, en augmentant la vitesse d'injection du gaz de fabrication, on peut diminuer le nombre de tubes d'injection de ce gaz, ce qui simplifie encore les problèmes de cons- truction et d'entretien. '
Un autre avantage de l'injection tangentielle de la flamme -soufflée consiste dans le fait que dans la région où elle prend naissance, elle est en'contact plus étroit avec . les parois du four que si elle est injectée dans le sens longitudinal..On réalise au moins en partie les avantages -,de la combustion superficielle et on peut élargir notable- ment les limites acceptables du rapport entre l'air et le gaz naturel dans le mélange combustible.
Le procédé perfectionne de l'invention s'applique à des opérations qui consistent à décomposer le gaz naturel ou d'autres hydrocarbures normalement gazeux pour former du noir de carbone. liais il est particulièrement avantageux dans des opérations destinées à former le noir de carbone en décomposant des hydrocarbures de poids moléculaire élevé, par exemple un distillat de pétrole. Un hydrocarbure
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lourd particulièrement avantageux consiste en un distillat du type provenant du icraquage du pétrole et contenant une proportion d'environ 20 à 60% en poids et généralement de
30 à 50% d'éléments aromatiques, déterminée par le procédé d'essai D-875-46T de "a'American Society for Testing Mata- rials".
De préférence, l'indice de trouble d'aniline,, tel quel déterminé par le procédé de cette Société et désigné par D-611-46T doit être compris entre -12 et + 52 et son point d'ébullition final ne doit pas dépasser 385100'et de préférence être légèrement inférieur.
Ces hydrocarbures de poids moléculaire élevé parais- sent se décomposer plus facilement par la chaleur que le gaz naturel,'par exemple, et doivent être mélangés unifor- moment avec les gaz de la flamme soufflée et propor- tionnellement plus rapidement. Il convientodon d'accélérer ) d'une manière quel conque la formation du mélange de l'hydro- carbure avec les gaz soufflés.
Ce résultat est obtenu sui- vant l'invention en augmentant la vitesse du gaz soufflé et sa turbulence, en insufflant le mélange combustible dans le four tangentiellement ou à peu près et en injec- tant l'hydrocarbure à décomposer séparément et dans une direction sensiblement radiale dans la masse tourbillon- nante ainsi obtenue des gaz de la flamme soufflée, de préférence en un point voisin de la périphérie du courant de ,.gaz tourbillonnant, c'est-à-dir au voisinage de la paroi du four, en assurant ainsi la formation rapide du mélange uniforme qu'on désire entre l'hydrocarbure lourd et les gaz de la flamme soufflée..
On a constaté que pour accélérer encore la complète dispersion de l'hydrocarbure lourd dans les gaz de la flamme soufflée, il est particulièrement avantageux de diluer t'hydrocarbure lourd vaporisé en y mélangeant de la vapeur,
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de l'air ou un autre diluant, en proportions comprises , de préférence entre 1 et 2 volumes de vapeur par volume de vapeur d'huile. L'addition de vapeur en mélange avec l'hydrocarbure est;particulièrement avantageuse dans l'appli- , cation du procédé de l'invention à la préparation du noir de carbone du type convenant à la formation des mélanges de caoutchouc du type des bandes de roulement des pneuma- tiques.
Suivant une caractéristique préférée de l'inven- tion, onvaporise un distillat de pétrole du type aromatique précité et on mélange ses vapeurs avec une proportion d'environ 1 à 2 volumes de vapeur d'eau par volume de vapeurs dthydrocarbure (à 16 C et 760 mm), puis on in- jecte ce mélange séparément et violemment directement dans;les gaz de la flamme en rapide mouvement tourbillonnant ""dans une direction sensiblement radiale par rapport au mouvement tourbillonnant des gaz de la flamme soufflée, de sorte qu'il s'y disperse à peu près instantanément, se dilue davantage et se chauffe ainsi à la température de dé- composition de l'hydrocarbure.
Au., lieu de diluer l'hydrocarbure lourd par la vapeur d'eau seule, on,peut le diluer par du gaz naturel additionné de vapeur d'eau ou seul. On peut aussi remplacer la vapeur d'eau par un gaz sensiblement inerte, tel que l'anhydride carbonique ou l'azote. La dilution 'par l'air est aussi avan- tageuse dans certaines sortes d'applications.
L'invention est décrite ci-après en détail avec le dessin ci-joint à l'appui, qui représente sous forme plus ou moins schématique une installation convenant particu- lièrement à l'application du procédé de l'invention et sur lequel: - la fig. 1 est une coupe longitudinale verticale d'une charnbre de réaction, complétée par les éléments auxiliaires, tels que l'installation de refroidissement,
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la fig. 2 est une coupe transversale de la chambre de faction suivant la ligne 2-2 de la fig. 1 et la fig. 3 est une coupe transversale de la chambre de réaction suivant 4 ligne 3-3 de la fig. 1.
, Suivant la forme de réalisation représentée, le numéro ). désigne une chambre oblongue et cylindrique de réaction et de refroidissement, débouchant à une extrémité dans un dispositif de refroidissement vertical 2. La chambre de réaction 1 est fermée à son extrémité du côté gauche par un bloc 3, percé suivant son axe d'un canal 4 -servant à intro- duire de l'air secondaire dans la chambre du four, si on le désire.
; La chambre 1 est formée par une paroi cylindrique 5 en ratière fortement réfractaire,elle-même recouverte par des couches 6 et 7 'de matière calorifuge.
Quatre orifices 8 de brûleur à insufflation traversent les couches de matière calorifuge et la paroi du four dans une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe longi- tudinal de la chambre et pénètrent chacun dans la chambre du four dans une direction tangentielle (fig.2), L'installation représentée comporte deux séries sensiblement identiques de ces orifices de brûleur, à des distances différentes du bloc de l'extrémité 3.
Plus loin en aval, la chambre du four comporte une 'série de quatre tubes 9 dirigés radialement, à 90 l'un de l'autre et traversant les couches de matière calorifuge et la paroi du four (fig.3), Ces tubes servent à injecter l'hydrooar ' bure à décomposer dans la chambre du four et leurs extré- mités intérieures affleurent normalement la paroi intérieure de la chambre du four. Le'four comporte encore plus loin en aval une seconde série de tubes'9 d'injection h'hydrooarbure, sensiblement indentiques aux prêt!) lors,
Ces tubes d'injection de l'hydrocarbure doivent être
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en une matière fortement réfractaire par exemple en "carbofrax", alundum, etc.
Les orifices de brûleur 8 doivent être formés ou recouverts d'un revêtement d'une matière réfractaire analogue.
Des pommes d'arrosage à eau 10 sont espacées dans le dispositif de refroidissement vertical 2 de façon à contribuer au refroidissement des gaz chauds sortant du four.
Ses pommes d'arrosage semblables peuvent être disposées dans la portion aval de la chambre 1 qui est voisine du dispositif de refroidissement vertical 2.
Pour faire fonctionner l'installation, on insuffle à grande vitesse un mélange combustible d'un hydrocarbure combustible fluide et d'air par les orifices de brûleur tangentiels 8 ; ce mélange s'allume et brûle dans la chambre en formant une masse chaude, extrêmement turbulente de gaz de la flamme soufflée, qui tourbillonne r apidement dans la chambre en suivant un trajet plus ou moins hélicoïdale Ce . mélange combustible peut être injecté dans une zone de la chambre plus ou moins éloignée du bloc de l'extrémité 3, en choisissant l'une ou l'autre des séries d'orifices de brûleur.
L'hydrocarbure à décomposer est injecté dans la chambre par les tubes dirigés radialement 9 et ainsi qu'il a déjà été dit, il se mélange très rapidement et uniformément.avec le courant tourbillonnant des gaz de la -flamme soufflée, se chauffe ainsi et se décompose en formant du noir de carbone en suspension dans les gaz de la flamme soufflée. Pendant que la suspension continue à avanoer vers l'extémité de sortie de la chambr et passe dans le dis- positif de refroidissement vertical, elle se refroidit en contact avec l'eau des, pommes d'arrosage 10.
L'eau non vaporisée de ces pommes d'arrosage, avec le carbone éven- tuellement séparé de la suspension, tombe verticalement dans le dispositif de refroidissement et se rassemble dans hun bac
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11, tandis que la suspension refroidie sort à la partie supérieure du dispositif de refroidissement vertical par un tuyau 12 pour arriver dans une installation ordinaire de séparation et de récupération, ainsi qu'il est connu.
On a constaté que le nombre et le diamètre des orifices de brûleur tangentiels n'ont pas une valeur critique, pourvu que leur capacité soit suffisante pour remplir la chambre du four par les gaz de la flamme soufflée à l'état de forte turbulence. On a constaté que ce résultat est obtenu dans une chambre d'un four de 0,50 m de diamètre avec une couronne de quatre orifices de brûleur, chacun de 50 mm de diamètre intérieur et à une distance de 76 à 152 mm ' de la face intérieure du bloo de l'extrémité 3.
De même, le nombre' et le diamètre des tubes d'injection de l'hydrocarbure peuvent,¯varier entre certaines -limites. On a obtenu d'excellents résultats aveo quatre,,. tubés en "Carbofrax" de le,7 mm de diamètre intérieur, dispo- ses' comme .1' indique le dessin à une distance de 0,30 à 1,20 m en aval des orifices du brûleur.
On a constaté qu'avec des hydrocarbures de poids moléculaire élevé du type précité, le temps pendant lequel l'hydrocarbure et ses produits de décomposition doivent sé- journer dans la- chambre de réaction à la température de la réaction pourformer un noir de carbone possédant oertaines -'caractéristiques avantageuses de formation des mélanges de caoutchouc est inférieur à la durée dite "de contaot" dans le cas ou le gaz de préparation consiste en gaz naturel.
La durée de contact, c'est-à-direle temps qui s'écoule entre 1'injection de l'hydrocarbure et le refroidissement du produit à. une température inférieure à la température de réaction peut être modifiée en disposant plusieurs.pommes d'arrosage dans la partie aval de la chambre 1 et en choi- sissant la ou les pommes d'arrosage qui conviennent pour
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refroiulr la suspension en temps utile à une température inférieure à la température de la réaction.
Il doit être bien entendu évidemment qu'on détermine la durée de contact par le calcul et qu'on ne peut pas la déterminer autrement d'une manière plus directe en l'absence d'indications plus précises sur le trajet exact suivi par les gaz dans la chambre. On oonstate que la durée de con- tact ainsi calculée peut servir de guide assez sûr dans la conduite de l'opération dans la pratique.
En général, la durée de contact ne,doit pas dé- passer 0,5 seconde à une température supérieure à 1073 C
On obtient de bons résultats avec une durée de contact comprise entre 0,02 et 0,3 seconde. Le refroidissement de la suspension est obtenu dans ces opérations par arrosage avec de l'eau. Nais il doit être bien entendu que le refroidissement --de la suspension peut,s'effectuer par les-gaz d'échappement de l'installation, le gaz naturel ou tout autre fluide approprié relativement peu oxydant.
La vitesse dans les orifices du brûleur à laquelle le mélange combustible arrive dans la chambre du four est d'une très grande importance. On a obtenu de bons résultats avec une vitesse comprise entre environ 18 et 55 m/seo. Mais on a obtenu des' résultats très satisfaisants dans des
Installations.industrielles avec une vitesse dans les orifices du brûleur d'environ 24, m/seo. environ.
Les orifices du brûleur de l'installation repré- sentée sont situés dans'un plan perpendiculaire à ltaxe longitudinal de la chambre. Hais il doit être bien entendu que ces Peuvent être légèrement inclinés vers l'aval, tout en restant conformes au principe de l'invention, pourvu que le mélange combustible soit injecté dans la chambre du four dans une direction sensiblement tangentielle par rapport à la chambre.
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De même les tubes d'éjection de l'hydrocarbure peuvent être légèrement inclinés par rapport au plan transversal de la ohambre du four pourvu qu'ils soient sensiblement perpendiculaires à l'axe longitudinal de la chambre.
En marche normale, on ne se sert pas du tube d'injection d'air secondaire. Cependant, on peut parfois régler d'une manière plus satisfaisante les conditions de fonctionnement dans le four en injectant une proportion relativement faible d'air dans l'axe de la chambre par le conduit 4.
Les exemples suivants indiquent de quelle manière l'invention peut s'appliquer dans la pratique.
Exemple 1 - On a appliqué l' invention à un four de la forme de construction représentée, qui comporte une chambre de réaction cylindrique de 0,30 m de diamètre intérieur et
2,28 m de longueur, débouchant dans une colonne verticale -de refroidissement par arrosage et comportant une série de quatre orifices de brûleur de 50 mm de diamètre intérieur situés à une distance de 152 mm en aval de l'extrémité d'entrée du four, et une seconde ,série identique d'orifices de brûleur situés à une distance de 228 mm en aval de la première.
Une .couronne de quatre tubes d'injection d'hydrocarbure,'de 12,7 mm de diamètre intérieur, est dis- posée à une distance de 0,30 m en aval de la seconde série d'orifices de brûleur et une seconde série identique de tubes .d'injection d'hydrocarbure est située à une distance de 1,06 m en aval de la seconde série d'orifices de br.ûleur. L'air et le gaz soufflés sont uniformément répartis dans cette installa- tion entre les deux brûleurs latéraux de la première série et entre les brûleurs supérieur et inférieur de la seconde série à raison de 1046 m3 d'air soufflé et de 86,6 m3 de gaz soufflé par heure au total,le rapport entre l'air et le gaz soufflés
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étant de 12,
2 On fait arriver de l'air secondaire par le conduit 4 à raison de 79,2 m par heure. On fait arriver de l'huile fortement aromatique à l'état de vapeur à raison de
151 litres par heure, diluée par mélange avec de la vapeur d'eau à raison de 25 m3 par heure, qu'on injecte dans le four par la première série de tubes 9. Le rendement de cette opération est de 285 g par litre d'huile.
Le gaz soufflé, c'est-à-dire le gaz combustible, est environ du gaz naturle à 8,500 calories. La tempérture de four en un par m3 point situé à environ 0,60 m en aval du bloc de l'extrémité est de 1438 C Les propriétés de l'huile d'hydrocarbure décomposer sont les suivantes:
EMI12.1
<tb> 'Distillation <SEP> ASTM
<tb> Point <SEP> initial <SEP> 183 C
<tb> 10% <SEP> 215
<tb> 50% <SEP> 244
<tb> 90% <SEP> 288
<tb> Point <SEP> final <SEP> 327
<tb>
<tb> Quantité <SEP> recueillie <SEP> 98
<tb> Résidu <SEP> 1,5
<tb> Densité <SEP> 0,914Indice <SEP> de <SEP> trouble <SEP> d'aniline <SEP> 3 C
<tb> Oléfines <SEP> % <SEP> 22,1
<tb> Aromatiques <SEP> % <SEP> 55,9
<tb>
On effectue l'opération dans une installation sensiblement identique dans les conditions et avec les résul- tats donnés sur le tableau ci-dessous, en relevant les températures T-l, T-2, T-3 et.T-4 aux points situés respec- tivement à des distances de 0,30, 0,76, 1,37 et 1,
82 m de la face intérieure du bloc de l'extrémité* Au cours de chacun de ces essais on injecte l'hydrocarbure à décomposer seulement par les tubes de la première série en le répartissant unifor- ' mément, le nombre de tubes utilisés dans chaque cas étant indiqué sur le tableau.
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EMI13.1
<tb>
N <SEP> de <SEP> l'exemple <SEP> ' <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> bre <SEP> de <SEP> tubes <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> @ <SEP> soufflé, <SEP> total <SEP> m3/h <SEP> 1273 <SEP> 1279 <SEP> 1132 <SEP> 1415 <SEP> 1415 <SEP> 1415
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Air <SEP> secondaire, <SEP> m3/h <SEP> néant <SEP> néant <SEP> Néant, <SEP> néant <SEP> néant <SEP> néant
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Gaz <SEP> soufflé, <SEP> total <SEP> m3/h <SEP> 101,8 <SEP> 106,4 <SEP> 87,1 <SEP> 108,6 <SEP> 106,1 <SEP> 108,9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Rapport <SEP> air/gaz <SEP> 12,5 <SEP> 12,0 <SEP> 13,0- <SEP> 13,0 <SEP> 1,37 <SEP> 16,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Huile, <SEP> litres/h <SEP> 147,6 <SEP> 179,7 <SEP> 140,0 <SEP> 151,4 <SEP> 151,4 <SEP> 208,
1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Vapeur <SEP> d'eau, <SEP> kg/h <SEP> 16,7 <SEP> 20,3 <SEP> 183, <SEP> 18,3 <SEP> 18,3 <SEP> 16,7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Vapeur <SEP> d'eau <SEP> % <SEP> de <SEP> vap, <SEP> d'huile <SEP> 125 <SEP> 125 <SEP> 169 <SEP> 150 <SEP> 150 <SEP> 100
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Vitesse <SEP> aux <SEP> orifices
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> m/seo <SEP> à <SEP> 15 C <SEP> 23,55 <SEP> 23,67 <SEP> 20,9 <SEP> 26,11 <SEP> 26,08 <SEP> 26,14
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Vitesse, <SEP> gaz <SEP> de <SEP> préparation
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> m/seo <SEP> à <SEP> 15 C <SEP> 21,79 <SEP> 26,60 <SEP> 42,66 <SEP> 29,37 <SEP> 22,03 <SEP> 25,81
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Vitesse, <SEP> gaz <SEP> de <SEP> préparation
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> m/seo <SEP> à <SEP> 315 C <SEP> 44,49 <SEP> 54,24 <SEP> 86,55 <SEP> 59,42 <SEP> 44,49 <SEP> 52,
41
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Températures <SEP> C
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> T-1 <SEP> 1485 <SEP> 1435 <SEP> 1438 <SEP> 1465 <SEP> 1449 <SEP> 1338
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> T-2 <SEP> 1490 <SEP> 1471 <SEP> 1460 <SEP> 1471 <SEP> 1465 <SEP> 1382
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> . <SEP> T-3 <SEP> 1471 <SEP> 1451 <SEP> 1477 <SEP> 1415 <SEP> 1527 <SEP> 1410
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> T-4 <SEP> 1438 <SEP> 1399 <SEP> 1499 <SEP> 1393
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Durée <SEP> de <SEP> contact <SEP> d'arrosage,
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> secondes <SEP> 0,0418 <SEP> 0,0420 <SEP> 0,295 <SEP> 0,238 <SEP> 0,232 <SEP> 0,249
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Rendement, <SEP> g/lit,
<SEP> d'huile <SEP> 333 <SEP> 309 <SEP> 238 <SEP> 273 <SEP> 238 <SEP> soi
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Propriétés <SEP> du <SEP> caoutchouo
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Durée <SEP> de <SEP> vulcanisation, <SEP> min. <SEP> 40 <SEP> 40 <SEP> 40 <SEP> 40 <SEP> 40 <SEP> 40
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Module <SEP> à <SEP> 300% <SEP> d'allong, <SEP> ,1610 <SEP> 1740 <SEP> 1400 <SEP> 1320 <SEP> 1285 <SEP> 1790
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> kg/cm2 <SEP> 284 <SEP> 277 <SEP> 273' <SEP> 275 <SEP> 275 <SEP> 265
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Allongement.% <SEP> 620 <SEP> 590 <SEP> 680 <SEP> 680 <SEP> 710 <SEP> 560
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Dureté <SEP> 62 <SEP> 62 <SEP> 59 <SEP> 60 <SEP> 60 <SEP> 62
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Résistivité <SEP> élect.
<SEP> log <SEP> R <SEP> 2,9 <SEP> 3,9 <SEP> 2,7 <SEP> 2,4 <SEP> 2,2 <SEP> 3,2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Rebondissement <SEP> (vulo. <SEP> optim) <SEP> 59,0 <SEP> 59,0 <SEP> 61,0 <SEP> 57,4 <SEP> 57,9 <SEP> 60,5
<tb>
Les propriétés du caoutchouc du tableau qui précède sont celles'qu'on obtient en mélangeant les divers noirs de carbone aveo un caoutchouc synthétique "poiymérisé à basse température" suivant la formule ci-dessous et en vulcanisant le mélange dans les conditions indiquées:
EMI13.2
<tb> Caoutchouc <SEP> 100,000 <SEP> parties
<tb>
<tb> Noir <SEP> 50,000
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> zino <SEP> 50,000
<tb>
<tb> "Paraflux" <SEP> 4,0
<tb>
<tb> "Ciroosol <SEP> 2XH <SEP> 4,0
<tb>
<tb> Acide <SEP> stéarique' <SEP> 2,0
<tb>
<tb> Santocure" <SEP> 1,125
<tb> Soufre <SEP> 2,0
<tb>
<Desc/Clms Page number 14>
A' titre d'exemple des distillats d'hydrocarbures aro-. matiques qui ont donné des résultats remarquables, on peut citer deux sortes d'huiles dont les caractéristiques sont indiquées sur le tableau ci-dessous:
EMI14.1
<tb> n <SEP> de <SEP> l'échantillon
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Densité <SEP> 0,9076 <SEP> 0,9087
<tb>
<tb>
<tb> Indice <SEP> de <SEP> trouble <SEP> d'aniline <SEP> C <SEP> 16 <SEP> 43
<tb>
<tb>
<tb> Distillation <SEP> C
<tb>
<tb>
<tb> Point <SEP> initial <SEP> 176 <SEP> 149
<tb>
<tb>
<tb> 10% <SEP> 208 <SEP> 263
<tb>
<tb>
<tb> 50% <SEP> 240 <SEP> 277
<tb>
<tb>
<tb> 90% <SEP> 279 <SEP> 297
<tb>
<tb>
<tb> Point <SEP> final <SEP> 327 <SEP> 515
<tb>
<tb>
<tb> quantité <SEP> recueillie, <SEP> % <SEP> 98,5 <SEP> 99,0
<tb>
<tb>
<tb> Résidu, <SEP> % <SEP> 1,4 <SEP> 0,8
<tb>
<tb>
<tb> Perte, <SEP> ;
<SEP> 0,1 <SEP> 0,2
<tb>
<tb>
<tb> Essai <SEP> ASTM <SEP> D-875-46T
<tb>
<tb>
<tb> Naphtènes <SEP> et <SEP> paraffines, <SEP> % <SEP> 32,32 <SEP> 40,40
<tb>
<tb>
<tb> Aromatiques <SEP> % <SEP> 46,97 <SEP> 40,71
<tb>
<tb>
<tb> Oléfines <SEP> % <SEP> ' <SEP> 20,71 <SEP> - <SEP> lE <SEP> ,89 <SEP> ' <SEP>
<tb>
'Le distillat de l'échantillon n 1 a été choisi dans les exemples 4, 5 et' 6 et celui de l'échantillon n 2 dans les exemples 2, 3 et 4 .
On peut faire varier dans une certaine mesure, comme l'indiquent les exemples qui précèdent, en fonction des caractéristiques du noir de carbone qu'on désire obtenir, les proportions relatives de l'air soufflé, de l'hydrocarbure combustible, de l'hydrocarbure injecté séparément 'et de l'air secondaire* Il doit être bien entendu évidemment que dans tous les! cas la proportion d'oxygène fourni doit être sensiblement inférieure à celle qui est nécessaire à la combustion du gaz combustible et de l'hydrocarbure injecté séparément.
L'invention envisage des opérations dans lesquelles les proportions d'air et de gaz dans le mélange combustible injecté tangentiellement dans la chambre sont choisies de façon à former une flamme soufflée oxydante, neutre ou réductrice. De même, on peut faire varier dans une certaine mesure les'proportions des gaz de la flamme soufflée par rapport à l'hydrocarbure injecté séparément ou au mélange d'hydrocarbure et de vapeur d'eau, eto. Dans tous
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les cas, oette proportion doit être choisie de façon qu'après mélange la température du mélange soit au moins suffisante pour provoquer la décomposition thermique de l'hydrocarbure en noir de carbone .
Si l'on opère de façon à former une flamme soufflée oxydante, une certaine quantité de chaleur supplémentaire peut être dégagée du mélange avec l'hydro- carbure injecté séparément par\,la combustion d'une partie de cet hydrocarbure.
Il est particulièrement avantageux de faire .correspon- .dre la distance en tre le point d'injection, de la flamme . soufflée et le point d'injection du gaz de préparation à l'angle du ,trajet hélicoïdal du courant de gaz de façon à faire arriver les divers jets de gaz de fabrication direc- tement dans le trajet du courant complètement formé des gaz.
soufflés et à éviter que les courants de gaz de fabri- cation se superposen.t, sinon légèrement, ce qui tend à diminuer l'inégalité des concentrations du gaz de fabri- cation dans le courant de gaz en mouvement hélicoïdal,,
Suivant un mode préféré de fonctionnement, on va- porise un hydrocarbure combustible, tel que celui du n 2, provenant d'une opération de craquage catalytique, et on le dilue avec de la vapeur d'eau, généralement en proporttions de100 à 200% et de préférence normalement de 120 à 150% en volume, soit à raison de 122 cm3 par litre d'huile.
La vapeur injectée paraît exercer plusieurs effets avantageux. En premier lieu, la vapeur parait diminuer notablement la tendance à la formation de dépôts de coke sur les parois du four et dans les tubes d'injection du gaz de fabrication et les tuyaux qui l'y font arriver. En second lieu, la vapeur paratt agir comme diluant inerte. On peut régler dans une certaine mesure la finesse des particules de noir de carbone obtenues en réglant la proportion de vapeur.
Un troisième avantage qui résulte de l'addition de
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vapeur consiste dans le fait qu'elle constitue un moyen de régler la trajectoire des courants de gaz de fabrication, c'est-à-dire la mesure.dans laquelle ils pénètrent dans la couche des gaz de La, .flamme soufflée en mouvement hélicoïdal, tout en maintenant le rapport voulu entre l'air et l'huile.
Quoique l'invention s'applique particulièrement à des opérations dans lesquelles l'hydrocarbure à décomposer consiste en une huile, elle est indépendante dans son ac- ception la plus générale de la nature de l'hydrocarbure décomposé. L'hydrocarbure peut être liquide ou gazeux, nais celui auquel on donne actuellement la préférence consiste en un distillat de pétrole du type décrit ci-dessus, en détail
En faisant varier les conditions de fonctionnement., on=peut faire varier entre des limites étendues les oarac- téristiques du noir de carbone, obtenu, par exemple entre celles' d'un noir de carbone HMF normal en particules d'une surface de contact de 45 m2 par gramme et celles d'un noir de four dont la surface des particules dépasse 99 m2 par gramme.
'En mélangeant ces noirs normalement préparés avec un élastomère, on obtient des produits possédant un module très élevé et une résistance à l'usure remar- quable. Le noir ainsi préparé normalement est caractérisé par des particules très fines et un module, ou des caractéristiques de rigidité, élevé.
L'invention est indépendante d'une manière générale . de la durée de contact,, Hais en marche normale, on obtient une réaction complète en 0,06 seconde environ en partant d'un gaz de préparation consistant en un hydrocarbure normalement liquide,.et une plus longue durée parait être inutile.
<Desc / Clms Page number 1>
The present invention relates to the manufacture of carbon black and in particular to a process which consists in decomposing by heat a hydrocarbon (hereinafter referred to as production gas) by injecting it separately into a turbulent stream of heated furnace gases.
EMI1.1
United States Patent No. 2,378,055 of June 12, 1945 describes an improved method of the above-mentioned type, which consists in blowing a
EMI1.2
n; / 31> n gé, fuel of a fuel of fluid J1yctrourbure and air dun an extroruity of a; c1J .., fJ, oblong hre not containing any obstacle) from ucyon to y i'ormor of gases ChlUfh1
<Desc / Clms Page number 2>
of blown flame This turbulent stream of swollen flame gas flows through the furnace chamber, into which is injected separately and would breach in the turbulent stream of gas-], 'hydrocarbon to be decomposed at a point remote from the point of entry of the combustible mixture in the oven chamber.
The invention relates to an improvement of this mode of operation and in particular to an improved process for forming the mixture of the hydrocarbon to be decomposed with the hot gases of the blown flame.
When operating in the manner especially described in the aforementioned patent, the hydrocarbon to be decomposed radially is injected into the furnace chamber preferably in the form of relatively small cross-section and high speed streams arriving directly from one another. opposite - the other. This mode of operation gives rise to difficulties when the diameter of the furnace chamber has become too large.
The use of rectangular furnace chambers has spread widely in large industrial plants, but it has also been found necessary in these plants to limit the width of the chamber to about 0.60 m and preferably to do not give it a value greater than 0.30 m so that the streams of hydrocarbon to be decomposed maintain a constant shape and the hydrocarbon forms a uniform mixture with the hot gases of the flame.
One of the difficulties of the aforementioned type which has been encountered consists in the gap to be given between the inlet tubes of the preparation gas in order to prevent the hot gases of the blown flame circulating in the chamber from forming passing currents. between the streams of the hydrocarbon to be decomposed. This difficulty has been overcome to the greatest extent by bringing the inlet tubes of the production gas closer together. Making this solution posed new problems in industrial installations. calving problems in industrial installations.
<Desc / Clms Page number 3>
By increasing the number of tubes, there is a need for a complicated dispensing device which is very difficult to operate. The deposits of carbonaceous residues which form in the tubes or in the distributor are tender. make uneven distribution of manufacturing gas -. in the tubes, some of which are overloaded, while the others are insufficiently loaded.
The object of the invention is an improved method of operation which overcomes to a large extent the previously observed difficulty of achieving rapid and uniform mixing of the hydrocarbon to be decomposed with the gases of the blown flame.
It has been found that it is possible to avoid the formation of insufficiently mixed blown-out flame gas streams and at the same time to reduce the number of process gas streams, by resorting to a pressure chamber. reaction of circular section, by injecting therein the combustible mixture in the form of a high-speed stream in a substantially peripheral or tangential direction, and by injecting separately and violently into the chamber, at a point downstream from the point of ejection of the combustible mixture, the hydrocarbon to be decomposed, in a substantially radial direction.
-
It is found that by operating by this process, the gases of the blown flame tend to follow a more or less helical path in the chamber and therefore a much longer path, so for a given duration of stay in a chamber Reaction of a given length, a much greater blown gas velocity can be maintained than if the blown flame gases passed through the chamber along its axis. As a result, it is no longer necessary to carefully coordinate the furnace diameter and the mass velocities and there is much latitude.
<Desc / Clms Page number 4>
greater in the choice of the ratio between the flow rates of the gases of the blown flame and of the hydrocarbons to be blown off.
It can therefore be seen that one of the advantages of the tangential injection of the gases from the blown flame consists in the possibility of giving them a speed much greater than that which can be adopted in practice when the gases of the blown flame circulate substantially in the longitudinal direction of the chamber.
This increase in the speed of the blown flame makes it possible to increase the speed of injection of the manufacturing gas. As a result, the tubes for injecting this gas can be kept at a lower temperature and that a richer gas can be injected without causing serious problems with the formation of coke deposits in the tubes.
In addition, by increasing the speed of injection of the manufacturing gas, it is possible to reduce the number of tubes for injecting this gas, which further simplifies the problems of construction and maintenance. '
Another advantage of tangential injection of the blown flame is that in the region where it originates it is in closer contact with it. the walls of the furnace only if it is injected in the longitudinal direction. At least in part the advantages of surface combustion are realized and the acceptable limits of the ratio between air and natural gas can be considerably widened in the combustible mixture.
The improved process of the invention is applicable to operations which consist in decomposing natural gas or other normally gaseous hydrocarbons to form carbon black. But it is particularly advantageous in operations intended to form carbon black by decomposing high molecular weight hydrocarbons, for example a petroleum distillate. A hydrocarbon
<Desc / Clms Page number 5>
Particularly advantageous heavy consists of a distillate of the type obtained from petroleum cracking and containing an amount of about 20 to 60% by weight and generally of
30-50% aromatics, determined by American Society for Testing Materials Test Method D-875-46T.
Preferably, the aniline cloud number, as determined by the method of this Company and designated as D-611-46T should be between -12 and + 52 and its final boiling point should not exceed 385100 'and preferably be slightly lower.
These high molecular weight hydrocarbons appear to decompose more readily by heat than natural gas, for example, and must be mixed uniformly with the gases of the blown flame and proportionately more rapidly. The formation of the mixture of the hydrocarbon with the blown gases should be accelerated in any way.
This result is obtained according to the invention by increasing the velocity of the blown gas and its turbulence, by blowing the combustible mixture into the furnace tangentially or roughly and by injecting the hydrocarbon to be decomposed separately and in a substantially direction. radial in the swirling mass thus obtained of the gases of the blown flame, preferably at a point close to the periphery of the swirling gas stream, that is to say in the vicinity of the wall of the furnace, ensuring thus the rapid formation of the desired uniform mixture between the heavy hydrocarbon and the gases of the blown flame.
It has been found that to further accelerate the complete dispersion of the heavy hydrocarbon in the gases of the blown flame, it is particularly advantageous to dilute the vaporized heavy hydrocarbon by mixing it with steam,
<Desc / Clms Page number 6>
air or another diluent, in proportions of preferably between 1 and 2 volumes of vapor per volume of oil vapor. The addition of vapor in admixture with the hydrocarbon is particularly advantageous in the application of the process of the invention to the preparation of carbon black of the type suitable for the formation of rubber mixtures of the strip type. tire rolling.
According to a preferred characteristic of the invention, a petroleum distillate of the aforementioned aromatic type is evaporated and its vapors are mixed with a proportion of about 1 to 2 volumes of water vapor per volume of hydrocarbon vapors (at 16 ° C. 760 mm), then this mixture is injected separately and violently directly into the gas of the flame in rapid swirling motion "" in a direction substantially radial to the swirling motion of the gases of the blown flame, so that it disperses therein almost instantaneously, dilutes further and thus heats up to the decomposition temperature of the hydrocarbon.
Instead of diluting the heavy hydrocarbon with water vapor alone, it can be diluted with natural gas with the addition of water vapor or alone. It is also possible to replace the water vapor with a substantially inert gas, such as carbon dioxide or nitrogen. Dilution by air is also advantageous in certain kinds of applications.
The invention is described below in detail with the accompanying drawing, which shows in more or less schematic form an installation which is particularly suitable for the application of the process of the invention and on which: - fig. 1 is a vertical longitudinal section of a reaction hinge, completed by the auxiliary elements, such as the cooling installation,
<Desc / Clms Page number 7>
fig. 2 is a cross section of the faction chamber taken along line 2-2 of FIG. 1 and fig. 3 is a cross section of the reaction chamber taken along line 3-3 of FIG. 1.
, Depending on the embodiment shown, the number). designates an oblong and cylindrical reaction and cooling chamber, opening at one end into a vertical cooling device 2. The reaction chamber 1 is closed at its end on the left side by a block 3, pierced along its axis by a channel 4 - Serving to introduce secondary air into the furnace chamber, if desired.
; The chamber 1 is formed by a cylindrical wall 5 in a highly refractory dobby, itself covered by layers 6 and 7 'of heat-insulating material.
Four insufflation burner ports 8 pass through the layers of heat insulating material and the furnace wall in a direction substantially perpendicular to the longitudinal axis of the chamber and each enter the furnace chamber in a tangential direction (fig. 2). , The installation shown comprises two substantially identical series of these burner orifices, at different distances from the end block 3.
Further downstream, the furnace chamber comprises a series of four tubes 9 directed radially, at 90 from each other and crossing the layers of heat-insulating material and the wall of the furnace (fig. 3). These tubes serve to inject the hydroarel to be decomposed into the furnace chamber and their interior ends normally flush with the interior wall of the furnace chamber. The kiln comprises even further downstream a second series of hydroarbon injection tubes'9, substantially identical to the loan!) When,
These hydrocarbon injection tubes must be
<Desc / Clms Page number 8>
in a highly refractory material, for example "carbofrax", alundum, etc.
The burner ports 8 should be formed or covered with a coating of a similar refractory material.
Water sprinklers 10 are spaced in the vertical cooling device 2 so as to aid in the cooling of the hot gases leaving the furnace.
Its similar spray heads can be placed in the downstream portion of the chamber 1 which is adjacent to the vertical cooling device 2.
To operate the installation, a combustible mixture of a fluid combustible hydrocarbon and air is blown at high speed through the tangential burner orifices 8; this mixture ignites and burns in the chamber forming a hot, extremely turbulent mass of gas from the blown flame, which swirls rapidly in the chamber following a more or less helical path Ce. combustible mixture can be injected into a zone of the chamber more or less distant from the end block 3, by choosing one or the other of the series of burner orifices.
The hydrocarbon to be decomposed is injected into the chamber through the radially directed tubes 9 and as has already been said, it mixes very quickly and uniformly. With the swirling current of the gases from the blown-out flame, thus heats up and decomposes forming carbon black suspended in the gases of the blown flame. As the slurry continues to flow to the outlet end of the chamber and passes through the vertical cooling device, it cools in contact with the water from the sprinklers 10.
The non-vaporized water from these sprinklers, with the carbon possibly separated from the suspension, falls vertically into the cooling device and collects in a tank.
<Desc / Clms Page number 9>
11, while the cooled suspension exits at the top of the vertical cooling device through a pipe 12 to arrive in an ordinary separation and recovery plant, as is known.
It has been found that the number and diameter of the tangential burner orifices are not critical, provided that their capacity is sufficient to fill the furnace chamber with the gases of the flame blown in the state of strong turbulence. It has been found that this result is obtained in a chamber of a furnace 0.50 m in diameter with a crown of four burner orifices, each 50 mm in internal diameter and at a distance of 76 to 152 mm 'from the inner face of end bloo 3.
Likewise, the number and diameter of the hydrocarbon injection tubes may vary between certain limits. Excellent results have been obtained with four ,,. Tubed in "Carbofrax" of .7 mm internal diameter, arranged as indicated in the drawing at a distance of 0.30 to 1.20 m downstream of the burner ports.
It has been found that with high molecular weight hydrocarbons of the above type, the time during which the hydrocarbon and its decomposition products must remain in the reaction chamber at reaction temperature to form a carbon black having. oertaines -'characteristics advantageous for forming rubber mixtures is less than the so-called "contaot" time in the case where the preparation gas consists of natural gas.
The contact time, that is to say the time which elapses between the injection of the hydrocarbon and the cooling of the product. a temperature below the reaction temperature can be modified by placing several sprinklers in the downstream part of chamber 1 and by choosing the sprinkler (s) which are suitable for
<Desc / Clms Page number 10>
cool the suspension in good time to a temperature below the reaction temperature.
It must of course be understood that the duration of contact is determined by calculation and that it cannot be determined otherwise in a more direct manner in the absence of more precise indications on the exact path followed by the gases in the bedroom. It is observed that the duration of contact thus calculated can serve as a fairly reliable guide in the conduct of the operation in practice.
In general, the contact time should not exceed 0.5 seconds at a temperature above 1073 C
Good results are obtained with a contact time of between 0.02 and 0.3 seconds. The cooling of the suspension is obtained in these operations by spraying with water. However, it must be understood that the cooling of the suspension can be carried out by the exhaust gases of the installation, natural gas or any other suitable fluid which has relatively little oxidizing effect.
Of great importance is the speed in the burner ports at which the combustible mixture enters the furnace chamber. Good results have been obtained with a speed of between about 18 and 55 m / seo. But very satisfactory results have been obtained in
Industrial. Installations with a speed in the burner orifices of approximately 24, m / seo. about.
The burner orifices of the installation shown are located in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the chamber. But it must be understood that these can be slightly inclined downstream, while remaining in accordance with the principle of the invention, provided that the combustible mixture is injected into the chamber of the furnace in a direction substantially tangential to the chamber. .
<Desc / Clms Page number 11>
Likewise, the hydrocarbon ejection tubes may be slightly inclined with respect to the transverse plane of the chamber of the furnace, provided that they are substantially perpendicular to the longitudinal axis of the chamber.
In normal operation, the secondary air injection tube is not used. However, it is sometimes possible to regulate the operating conditions in the furnace in a more satisfactory manner by injecting a relatively small proportion of air into the axis of the chamber via the duct 4.
The following examples show how the invention can be applied in practice.
Example 1 - The invention was applied to a furnace of the construction form shown, which has a cylindrical reaction chamber with an internal diameter of 0.30 m and.
2.28 m in length, opening into a vertical spray-cooling column and comprising a series of four burner orifices of 50 mm internal diameter located at a distance of 152 mm downstream of the inlet end of the furnace , and a second, identical series of burner orifices located at a distance of 228 mm downstream from the first.
A crown of four hydrocarbon injection tubes, 12.7 mm internal diameter, is arranged at a distance of 0.30 m downstream of the second series of burner ports and a second series. The identical hydrocarbon injection tube is located at a distance of 1.06 m downstream of the second set of burner ports. The blown air and gas are evenly distributed in this installation between the two side burners of the first series and between the upper and lower burners of the second series at a rate of 1046 m3 of blown air and 86.6 m3 of gas blown per hour in total, the ratio of air to gas blown
<Desc / Clms Page number 12>
being 12,
2 Secondary air is fed through line 4 at a rate of 79.2 m per hour. Strong aromatic oil is introduced in the vapor state at the rate of
151 liters per hour, diluted by mixing with water vapor at the rate of 25 m3 per hour, which is injected into the furnace through the first series of tubes 9. The yield of this operation is 285 g per liter of 'oil.
The blown gas, that is, the combustible gas, is approximately 8,500 calorie natural gas. The furnace temperature at a per m3 point located approximately 0.60 m downstream of the end block is 1438 C The properties of the hydrocarbon oil decompose are as follows:
EMI12.1
<tb> 'Distillation <SEP> ASTM
<tb> Point <SEP> initial <SEP> 183 C
<tb> 10% <SEP> 215
<tb> 50% <SEP> 244
<tb> 90% <SEP> 288
<tb> Final <SEP> point <SEP> 327
<tb>
<tb> Quantity <SEP> collected <SEP> 98
<tb> Residue <SEP> 1.5
<tb> Density <SEP> 0.914 Aniline <SEP> cloudy <SEP> index <SEP> <SEP> 3 C
<tb> Olefins <SEP>% <SEP> 22.1
<tb> Aromatics <SEP>% <SEP> 55.9
<tb>
The operation is carried out in a substantially identical installation under the conditions and with the results given in the table below, by recording the temperatures Tl, T-2, T-3 and T-4 at the points situated respectively. tively at distances of 0.30, 0.76, 1.37 and 1,
82 m from the inside face of the end block * During each of these tests, the hydrocarbon to be decomposed is injected only through the tubes of the first series, distributing it uniformly, the number of tubes used in each case being shown in the table.
<Desc / Clms Page number 13>
EMI13.1
<tb>
N <SEP> of <SEP> example <SEP> '<SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> bre <SEP> of <SEP> tubes <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> @ <SEP> blown, <SEP> total <SEP> m3 / h <SEP> 1273 <SEP> 1279 <SEP> 1132 <SEP> 1415 <SEP> 1415 <SEP> 1415
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Air <SEP> secondary, <SEP> m3 / h <SEP> none <SEP> none <SEP> None, <SEP> none <SEP> none <SEP> none
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Gas <SEP> blown, <SEP> total <SEP> m3 / h <SEP> 101.8 <SEP> 106.4 <SEP> 87.1 <SEP> 108.6 <SEP> 106.1 < MS> 108.9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Air / gas <SEP> ratio <SEP> 12.5 <SEP> 12.0 <SEP> 13.0- <SEP> 13.0 <SEP> 1.37 <SEP> 16.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Oil, <SEP> liters / h <SEP> 147.6 <SEP> 179.7 <SEP> 140.0 <SEP> 151.4 <SEP> 151.4 <SEP> 208,
1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Water vapor <SEP>, <SEP> kg / h <SEP> 16.7 <SEP> 20.3 <SEP> 183, <SEP> 18.3 <SEP> 18.3 <SEP> 16 , 7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Steam <SEP> of water <SEP>% <SEP> of <SEP> steam, <SEP> of oil <SEP> 125 <SEP> 125 <SEP> 169 <SEP> 150 <SEP> 150 < SEP> 100
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Speed <SEP> at the <SEP> ports
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> m / seo <SEP> to <SEP> 15 C <SEP> 23.55 <SEP> 23.67 <SEP> 20.9 <SEP> 26.11 <SEP> 26.08 <SEP> 26, 14
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Speed, <SEP> gas <SEP> from <SEP> preparation
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> m / seo <SEP> to <SEP> 15 C <SEP> 21.79 <SEP> 26.60 <SEP> 42.66 <SEP> 29.37 <SEP> 22.03 <SEP> 25, 81
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Speed, <SEP> gas <SEP> from <SEP> preparation
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> m / seo <SEP> to <SEP> 315 C <SEP> 44.49 <SEP> 54.24 <SEP> 86.55 <SEP> 59.42 <SEP> 44.49 <SEP> 52,
41
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Temperatures <SEP> C
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> T-1 <SEP> 1485 <SEP> 1435 <SEP> 1438 <SEP> 1465 <SEP> 1449 <SEP> 1338
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> T-2 <SEP> 1490 <SEP> 1471 <SEP> 1460 <SEP> 1471 <SEP> 1465 <SEP> 1382
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>. <SEP> T-3 <SEP> 1471 <SEP> 1451 <SEP> 1477 <SEP> 1415 <SEP> 1527 <SEP> 1410
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> T-4 <SEP> 1438 <SEP> 1399 <SEP> 1499 <SEP> 1393
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Duration <SEP> of <SEP> contact <SEP> for watering,
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> seconds <SEP> 0.0418 <SEP> 0.0420 <SEP> 0.295 <SEP> 0.238 <SEP> 0.232 <SEP> 0.249
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Yield, <SEP> g / lit,
Oil <SEP> <SEP> 333 <SEP> 309 <SEP> 238 <SEP> 273 <SEP> 238 <SEP> self
<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> properties of the rubber <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Duration <SEP> of <SEP> vulcanization, <SEP> min. <SEP> 40 <SEP> 40 <SEP> 40 <SEP> 40 <SEP> 40 <SEP> 40
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Module <SEP> at <SEP> 300% <SEP> elongation, <SEP>, 1610 <SEP> 1740 <SEP> 1400 <SEP> 1320 <SEP> 1285 <SEP> 1790
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Resistance <SEP> to <SEP> the <SEP> traction
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> kg / cm2 <SEP> 284 <SEP> 277 <SEP> 273 '<SEP> 275 <SEP> 275 <SEP> 265
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Elongation.% <SEP> 620 <SEP> 590 <SEP> 680 <SEP> 680 <SEP> 710 <SEP> 560
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Hardness <SEP> 62 <SEP> 62 <SEP> 59 <SEP> 60 <SEP> 60 <SEP> 62
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Resistivity <SEP> elect.
<SEP> log <SEP> R <SEP> 2.9 <SEP> 3.9 <SEP> 2.7 <SEP> 2.4 <SEP> 2.2 <SEP> 3.2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Bounce <SEP> (vulo. <SEP> optim) <SEP> 59.0 <SEP> 59.0 <SEP> 61.0 <SEP> 57.4 <SEP> 57.9 <SEP> 60, 5
<tb>
The properties of the rubber in the preceding table are those obtained by mixing the various carbon blacks with a "low temperature polymerized" synthetic rubber according to the formula below and by vulcanizing the mixture under the conditions indicated:
EMI13.2
<tb> Rubber <SEP> 100,000 <SEP> parts
<tb>
<tb> Black <SEP> 50,000
<tb>
<tb> Zino <SEP> <SEP> <SEP> <SEP> 50,000
<tb>
<tb> "Paraflux" <SEP> 4.0
<tb>
<tb> "Ciroosol <SEP> 2XH <SEP> 4.0
<tb>
<tb> Stearic acid <SEP> '<SEP> 2,0
<tb>
<tb> Santocure "<SEP> 1.125
<tb> Sulfur <SEP> 2.0
<tb>
<Desc / Clms Page number 14>
For example, aro- hydrocarbon distillates. matiques which have given remarkable results, two kinds of oils may be mentioned, the characteristics of which are shown in the table below:
EMI14.1
<tb> n <SEP> of <SEP> sample
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Density <SEP> 0.9076 <SEP> 0.9087
<tb>
<tb>
<tb> Index <SEP> of <SEP> cloudiness <SEP> of aniline <SEP> C <SEP> 16 <SEP> 43
<tb>
<tb>
<tb> Distillation <SEP> C
<tb>
<tb>
<tb> Point <SEP> initial <SEP> 176 <SEP> 149
<tb>
<tb>
<tb> 10% <SEP> 208 <SEP> 263
<tb>
<tb>
<tb> 50% <SEP> 240 <SEP> 277
<tb>
<tb>
<tb> 90% <SEP> 279 <SEP> 297
<tb>
<tb>
<tb> Final <SEP> point <SEP> 327 <SEP> 515
<tb>
<tb>
<tb> quantity <SEP> collected, <SEP>% <SEP> 98.5 <SEP> 99.0
<tb>
<tb>
<tb> Residual, <SEP>% <SEP> 1.4 <SEP> 0.8
<tb>
<tb>
<tb> Loss, <SEP>;
<SEP> 0.1 <SEP> 0.2
<tb>
<tb>
<tb> Test <SEP> ASTM <SEP> D-875-46T
<tb>
<tb>
<tb> Naphthenes <SEP> and <SEP> paraffins, <SEP>% <SEP> 32.32 <SEP> 40.40
<tb>
<tb>
<tb> Aromatics <SEP>% <SEP> 46.97 <SEP> 40.71
<tb>
<tb>
<tb> Olefins <SEP>% <SEP> '<SEP> 20,71 <SEP> - <SEP> lE <SEP>, 89 <SEP>' <SEP>
<tb>
The distillate of sample 1 was chosen in Examples 4, 5 and 6 and that of sample 2 in Examples 2, 3 and 4.
As the foregoing examples indicate, depending on the characteristics of the desired carbon black, the relative proportions of the blown air, of the fuel hydrocarbon, of hydrocarbon injected separately 'and secondary air * It must of course be understood that in all! case the proportion of oxygen supplied must be appreciably less than that which is necessary for the combustion of the fuel gas and of the hydrocarbon injected separately.
The invention contemplates operations in which the proportions of air and gas in the combustible mixture injected tangentially into the chamber are chosen so as to form an oxidizing, neutral or reducing blown flame. Likewise, the proportions of the gases of the blown flame relative to the separately injected hydrocarbon or to the mixture of hydrocarbon and water vapor can be varied to a certain extent. In all
<Desc / Clms Page number 15>
In these cases, this proportion must be chosen so that after mixing the temperature of the mixture is at least sufficient to cause the thermal decomposition of the hydrocarbon into carbon black.
If one operates to form an oxidizing blown flame, some additional heat can be released from the mixture with the separately injected hydrocarbon by the combustion of part of this hydrocarbon.
It is particularly advantageous to make .correspon- .dre the distance between the injection point of the flame. the point of injection of the preparation gas at the angle of the helical path of the gas stream so as to cause the various jets of manufacturing gases to flow directly into the path of the fully formed stream of the gases.
blown and to prevent the streams of manufacturing gas from overlapping, if not slightly, which tends to decrease the unevenness of the concentrations of the manufacturing gas in the helically moving gas stream,
According to a preferred mode of operation, a combustible hydrocarbon, such as that of No. 2, originating from a catalytic cracking operation, is vaporized and diluted with water vapor, generally in proportions of 100 to 200%. and preferably normally from 120 to 150% by volume, ie at a rate of 122 cm3 per liter of oil.
The steam injected appears to exert several advantageous effects. In the first place, the steam appears to significantly reduce the tendency for coke deposits to form on the walls of the furnace and in the tubes for injecting the manufacturing gas and the pipes which bring it there. Second, the vapor appears to act as an inert diluent. The fineness of the carbon black particles obtained can be regulated to a certain extent by adjusting the proportion of vapor.
A third advantage that results from the addition of
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vapor consists in the fact that it provides a means of regulating the path of the manufacturing gas streams, that is, the extent to which they penetrate the gas layer of La, the flame blown in helical motion , while maintaining the desired ratio between air and oil.
Although the invention is particularly applicable to operations in which the hydrocarbon to be decomposed consists of an oil, it is independent in its most general sense of the nature of the decomposed hydrocarbon. The hydrocarbon can be liquid or gaseous, but the presently preferred one is a petroleum distillate of the type described above in detail.
By varying the operating conditions, the characteristics of the carbon black obtained, for example between those of a normal HMF carbon black in particles of a contact surface, can be varied within wide limits. of 45 m2 per gram and those of a kiln black with a particle surface exceeding 99 m2 per gram.
By mixing these blacks normally prepared with an elastomer, products are obtained which have a very high modulus and a remarkable wear resistance. The black thus prepared normally is characterized by very fine particles and a high modulus, or stiffness characteristics.
The invention is generally independent. Of the contact time, except under normal operation, a complete reaction is obtained in about 0.06 seconds starting from a preparation gas consisting of a normally liquid hydrocarbon, and a longer time appears to be unnecessary.