BE569638A

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Publication number: BE569638A
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Description


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   La plupart des procédés connus de fabrication du noir de carbone à l'échelle industrielle, à partir d'hydrocarbures gazeux ou liquides, tels que le méthane, l'acétylène, le naphtalène, les huiles, les goudrons, etc, sont basés sur la combustion incomplète de ceux-ci, selon la réaction type suivante: 
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Toutefois, le rendement de ces méthodes de fabrication est   particu-   lièrement faible, de l'ordre de 30% seulement, dans les cas les plus favorables, de sorte que la majeure partie de l'hydrocarbure utilisé, soit 70%, est rejetée en pure perte. 



   La présente invention a pour objet un nouveau procédé industriel de fabrication du noir de carbone à partir d'hydrocarbures gazeux ou liquides, permettant d'obtenir un rendement de fabrication relativement élevé, au moins le double de celui des procédés antérieurs. 



   En particulier, elle concerne'l'application de la réaction d'un hy- drocarbure à l'état gazeux ou à l'état de vapeur sur de l'anhydride carbonique, réaction réversible du type suivant : 
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Ce procédé présente dans son principe même un net avantage sur le procédé ancien. 



   D'une part, il peut donner du noir de carbone à partir à la fois de l'hydrocarbure et de l'anhydride carbonique, et d'autre part les conditions thermodynamiques dela réaction (2) sont nettement plus favorables que celles de la précédente (1) en raison de l'absence du ballast constitué par le gaz inerte N2. Toutefois, on se heurte dans la pratique à un certain nombre de dif- ficultés lorsque l'on veut obtenir un rendement élevé en noir de carbone. 



   En effet, on doit opérer à des températures relativement élevées de l'ordre de celle de dissociation de l'hydrocarbure et de l'anhydride carbonique, pour obtenir une conversion optimum en carbone. 



   Mais à ces températures élevées, il se produit de nombreuses réac- tions secondaires, en particulier celle de formation du gaz à l'eau aux dépens du carbone obtenu dans la réaction principale : 
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 abaissant ainsi sensiblement le rendement de la fabrication. 



   La présente invention permet de limiter efficacement le développement de ces réactions secondaires. 



   A cet effet, suivant l'invention, les réactifs sont mis à réagir   l'un   sur l'autre à la température de réaction,requise, pendant un temps de con- tact excessivement court, de l'ordre d'une fraction de seconde, puis sont refroi- dis très rapidement. 



   Suivant un mode de réalisation de l'invention, on mélange au préa- lable l'hydrocarbure et l'anhydride carbonique, de préférence à froid, puis on introduit le mélange dans une enceinte de réaction où il est chauffé très ra-   piement   jusqu'à la température de   réactions requise.   



   Celle-ci est variable en fonction à la fois de la température de réaction, de la température de pré-chauffage, de la pression, de la concentra-   tion en-CO et'en hydrocarbure, de la présence et de la nature du catalyseur, et on peut indiquer que, suivant l'invention, elle reste comprise dans la gamme   préférentielle de 900 C à 1.200 C. 



   Le temps de chauffage est dans ces conditions inférieur à une   secon-   

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 de, et peut varier entre 1/1000 et 1/10 de seconde . 



   Suivant un mode de réalisation préférentiel de l'invention, on pré- chauffe séparément les réactifs jusqu'à une température sensiblement voisine de celle de réaction requise, avant de les mettre en contact l'un avec l'autre, de façon que la réaction ait lieu très rapidement et de préférence sans apport de chaleur complémentaireo 
On peut régler la température de réaction du mélange, soit en limitant la température de préchauffage des réactifs, en décomptant une quantité de cha- leur équivalente à celle qui sera ultérieurement fournie par la réaction exother- mique, soit en équipant l'enceinte de réaction d'un système de refroidissement. 



   On opérant ainsi, on peut réduire le temps de contact à une fraction de seconde, ce qui permet d'obtenir de nombreux avantages remarquables. D'abord, on peut réduire sensiblement le volume de l'enceinte de réaction et par consé- quent assurer un refroidissement efficace et très rapide des produits finaux ; ensuite on peut limiter sensiblement le développement des réactions secondaires, et obtenir ainsi un rendement relativement élevé en noir de carbone. 



   Par ailleurs, on peut influer sur la qualité du noir de carbone en agissant sur la   température   de préchauffage, la température et la durée de réaction, ou les quantités de réactifs mis en présence. 



   Par exemple, à très haute température et avec un temps de contact suffisamment prolongé, on obtient un noir de carbone très dur, à texture sensi- blement graphitique. 



   De même, lorsqu'il s'agit d'utiliser des hydrocarbures à peu près purs, comme par exemple du gaz naturel, on peut agir sur la qualité du noir de carbone obtenu en modifiant , les rapports stoechiométriques des réactifs. 



  Un effet identique peut être également obtenu lorsqu'on recycle en totalité ou en partie le gaz issu de la réaction vers l'enceinte de réaction. 



   Le procédé de l'invention permet d'obtenir des rendements en noir de carbone de l'ordre de   60/80%   environ par rapport au carbone total contenu dans le mélange réactionnel, soit un rendement de 120/160% environ par rapport à la teneur en carbone des hydrocarbures. 



   Comme source de matière première, on peut avantageusement utiliser des gaz résiduels, relativement riches en hydrocarbures, Comme exemple, on peut citer, outre les gaz naturels, les gaz de cokeries, les gaz résiduels de la syn- thèse   FISCHER-TROPSCH,   de la synthèse du méthanol et les gaz résiduels de raffi- nerie d'huiles minéraleso 
Comme les gaz de raffinerie de pétrole sont brûlés en pure perte dans les raffineries, ils constituent une matière première particulièrement bon mar- ché. 



   En outre, comme dans ces gaz les hydrocarbures sont dilués par d' autres gaz tels que l'hydrogène, l'oxyde de carbone, l'azote, la quantité de gaz final résiduaire, recueilli à la fin du   precessus   de l'invention peut atteindre un volume tel qu'on peut avantageusement l'utiliser à la production de gaz car- bonique par exemple. Le procédé de l'invention en pareil cas, peut être exploité en cycle fermé. L'installation n'a besoin d'aucun apport extérieur de chaleur. 



   Par ailleurs, on peut également utiliser la fabrication de noir de carbone suivant le procédé de l'intvention à la production de gaz du type gaz à l'eau, gaz de synthèse ou gaz de ville. 



   Pour la production de gaz de ville par exemple, on peut provoquer   catalytiquement   des réactions en chaîne ou bien ajouter une certaine quantité d'hydrocarbures non traités pour élever le pouvoir calorifique du gaz final   composé principalement   de CO + H2. 

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   Il est entendu que l'invention n'est pas limitée aux détails précis de la description précédente, donnée uniquement à titre d'exemple, et qu'on peut y apporter diverses modifications sans sortir du cadre de l'invention, par exemple en conduisant la réaction de l'hydrocarbure sur l'anhydride carbonique en présence de catalyseurs appropriés qui permettent d'abaisser la température de réaction.

   De même, on notera que, dans les cas où la température de réaction est supérieure à la température de décomposition de l'hydrocarbure, cas dans lesquels on ne peut donc préchauffer cet hydrocarbure jusqu'à la température de réaction, on peut, soit préchauffer le CO2 à une température telle qu'au moment où on le met en contact avec l'hydrocarbure préchauffé lui-même à la température maximum admissible, la température résultante soit celle souhaitée pour la réac- tion, soit chauffer l'enceinte, soit prévoir un apport additionnel de chaleur extérieure ; comme exemple de cette dernière modalité, on peut citer l'utilisation   de gaz de fours à chaux, qui contiennent 60% N servant uniquement de véhicule; de même, un mélange d'hydrocarbure peut être chauffé plus haut que CE 4 pur.

Claims

R E S UME.

La présente invention a pour objet un procédé de fabrication du noir de carbone à partir d'hydrocarbures gazeux ou amenés à l'état de vapeur, carac- térisé par les points suivants, pris isolément ou en combinaison : 1 On fait réagir les hydrocarbures ou un mélange d'hydrocarbures sur l'anhydride carbonique à température élevée, pendant un temps de contact très court, de l'ordre d'une fraction de seconde, puis on refroidit très rapi- dement le produit obtenu.

2 La température est comprise entre 900 et 1200 C environ.

3 On mélange à froid au préalable l'hydrocarbure et l'anhydride carbonique, puis on les introduit dans une enceinte de réaction où ils sont por- tés rapidement par chauffage jusqu'à .la température de réaction requise.

4 L'enceinte de réaction est munie de moyens de chauffage, de pré- férence de dispositifs chauffants électriques.

5 Les réactifs sont chauffés séparément jusqu'à la température de réaction ou au voisinage de celle-ci, puis mis en contact l'un avec l'autre.

6 Quand un des réactifs se décompose à la température de réaction, on le préchauffe à la température maximum admissible et on préchauffe l'autre réactif à une température telle, ou bien on introduit un véhicule additionnel de chaleur tel que la température résultante est la température de réaction.

7 L'enceinte de réaction est munie d'un système de refroidisse- ment et/ou de moyens de chauffage d'appoint.

8 On utilise un excès d'un des réactifs par rapport à l'autre dans le mélange réactionnel pour obtenir les qualités différentes de noir de carbone.

9 Les gaz issus de la réaction sont partiellement utilisés pour produire le gaz carbonique nécessaire.

10 Les gaz issus de la réaction sont recycles en totalité ou en partie vers l'enceinte de réaction.

11 Les gaz issus de la réaction sont utilisés en totalité ou en partie au chauffage de l'enceinte de réaction.

12 Les gaz issus de la réaction sont utilisés au préchauffage des réactifs.

13 Pour obtenir du gaz de ville comme sous-produit de la fabrica- tion, on oriente catalytiquement la réaction vers la production d'hydrocarbures plus légers. <Desc/Clms Page number 4>

14 Pour élever le pouvoir calorifique du gaz provenant de la réaction, on y incorpore des hydrocarbures n'ayant pas participé à la réaction.