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'Procédé de fabrication du noir de carbone* la. présente invention concerne la fabrication du noir de carbone et plus particulièrement un procédé perfectionné de fabrication du noir de carbone de four, du type qui consiste à introduire un hydrocarbure fluide dit ci-après "hydrocarbure initial** dans la chambre d'un four chauffé à haute température, dans lequel il se décompose par la chaleur au moins en partie en formant du noir de carbone en suspension gazeuse.
Les opérations de ce type général sont connues et très largement effectuées dans l'industrie en choisissant divers types d'hydrocarbures de matière première.
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Certaines d'entre elle. sont décrites par exemple dans les breveta des Etats-Unis n 2,768 067 du 23 octobre 1956, n 2 779 665 du 29 janvier 1957 et n 2 851 337 du 9 septembre 1958.
La source principale des noire de carbone a été pendant plusieurs années le gaz naturel,, en grande partie à cause de l'abondance de Cas naturel disponible à un prix relativement bas. En raison de sa finesse caracté- ristique et de son faible pouvoir d'absorption de l'huile le noir de carbone préparé à partir du gaz naturel convient parfaitement à la préparation dea pointures, laques, encres, etc. Il a aussi servi dans une large mesure dans la préparation des mélanges de caoutchouc et a donné d'excellente résultats,, en particulier dans la préparation des mélangea de caoutchouc naturel.
Le pouvoir d'abaorption de l'huile d'un noir de carbone dépend normalement et principalement de la nature de la surface de l'agrégat, qui elle-même dépend du diamètre moyen des particules de noir. Cependant on a constaté à la suite d'études antérieures des propriétés du noir de carbone que certains d'entre eux, et en particulier certains noirs de four, se comportent anormalement du fait que leur pouvoir d'absorption de l'huile est supérieur aux prévisions baaéea sur la grosseur moyenne de leurs particules et sur la surface de contact de l'agrégat.
On a constaté au microscope électronique que ce comportement spécial est dû au fait que certaines des particules de carbone se rétifient en formant des chaînes ou groupes. On a constaté dans certains cas que les particules de carbone sont réunies entre elles par des tiges
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de carbone. Cette rétification a été dite 'structure à chaîne rétifiée* ou plus simplement -structure-. Le pouvoir d'absorption d'huile d'un noir de carbone en particules d'une gorsseur comprise entre certaines limites a été choisi à titre d'essai et de meure de la structure.
On a constate au moment où l'on a commencé à utiliser le caoutchouc synthétique du type du styrène-butadiène qu'il était nécessaire de choisir des noire de carbone de structure relativement forte à mélanger avec le caoutchouc synthétique pour le renforcer dans les meilleures conditions. Il en est résulté que les noirs de carbone de four de forte structure préparés à partir des huiles ont été très recherchée, car ils possèdent par eux-mêmes des caractéristiques de structure relativement forte. On a appris que non seulement on obtient avec les goudrons aromatiques lourds et les résidus de goudron des noirs de carbone possédant des caractéristiques de forte structure, mais encore qu'on les obtient avec un rendement exceptionnel.
Bn raison des applications courantes du caoutchouc synthétique et du prix courant élevé du gaz naturel, ainsi que de l'excellent rendement en noir de carbone qu'on obtient avec ces goudrons aromati- ques, l'emploi de ces produits s'est largement répandu dans l'industrie à titre d'hydrocarbure initial du procédé du four.
Mais lorsqu'on mélange ces noirs de carbone de forte structure préparés à partir des goudrons aromatiques et analogues avec le caoutchouc naturel, on n'obtient pas d'aussi bons résultats qu'avec les noirs normaux ou de faible structure préparés à partir du gaz
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naturel ou du gaz enrichi d'huile. Les noirs de carbone de forte structure en mélange avec le caoutchouc naturel ont tendance à diminuer dans une certaine mesure la résistance à la traction de la composition et à roussir fortement le caoutchouc au cours du traitement courant.
Si on considère que le caoutchouc naturel représente encore 0% de la consommation mondiale de caoutchouc, on se rend facilement compte de l'importance de la préparation d'un noir de carbone de structura normale. De même, on préfère aussi en général dans l'industrie des peintures et des encres choisir des noirs de carbone de faible structure ou de structure normale, car ils permettent d'incorporer une plus forte charge de pigment aux véhicules choisis.
Plus récemment on a découvert des procédés qui permettent de choisir des noirs de carbone de plus faible structure à mélanger avec le caoutchouc synthétique, tout en conservant un renforcement satisfaisant, et en procurant encore l'avantage d'améliorer les propriétés d'hystérésis résultait de la diminution de la quantité de chaleur se dégageant dans le caoutchouc. On sait que les noirs de carbone de plus forte structure font diminuer le pouvoir de rebondissement des caoutchoucs naturels et synthétiques, quoique cet effet soit un peu plus marqué dans le caoutchouc naturel. Les pneumatiques d'automobiles en mélanges de caoutchouc dans lesquels le noir de carbone possède une structure modérée ou faible permettent dobtenir une marche plus douce et moins brutale que les pneumatiques ordinaires.
Les noirs de carbone de structure faible ou modérée sont donc
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recherchés maintenant pour les mélanger avec le caoutchouc synthétique, de même qu'avec le caoutchouc naturel.
Il résulte des raisons précitées que les noirs de carbone de structure normale, tels que ceux qu'on ob- tient à partir du gaz naturel et du gaz enrichi d'huile, sont actuellement de plus en plus recherchés. Mais le prix du gaz naturel qui ne cesse d'augmenter et le fai- ble rendement des procédés de préparation par le gaz naturel n'en rendent pas le choix rentable.
Le principal objet de l'invention consiste donc dans un procédé qui permet de préparer des noirs de car- bone de faible structure ou de structure normale à bas prix de revient et avec un rendement élevé à partir de résidus aromatiques de poids moléculaire élevé et de gou- drons d'usage courant dans la préparation des noirs de forte structure.
Un autre objet de l'invention consiste dans un moyen qui permet de modifier le fonctionnement des fours dans lesquels l'hydrocarbure initial consiste en goudrons et résidus de goudrons aromatiques de façon à pouvoir régler la structure du noir obtenu et à la faire varier indépendamment des caractéristiques spéciales de l'hydro- carbure initial.
En général, au cours de ces opérations dans le four dans lequel l'hydrocarbure initial consiste en hui- le, on règle les conditions de fonctionnement, telles que les proportions relatives d'air et de gaz, le débit etc., de façon à obtenir les particules de la grosseur qu'on désire, les caractéristiques d'absorption de l'hui- le du produit ne pouvant être réglées indépendamment
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qu'entre des limites relativement étroites. Un moyen connu de régler le pouvoir d'absorption de l'huile entre certaines limites consiste dans le choix de la charge, c'est-à-dire de l'hydrocarbure initial. L'hydrocarbure initial du type paraffinique, à l'état de gaz ou d'huile a tendance à former des noirs de carbone de caractéristiques normales d'absorption d'huile pour des particules d'un diamètre moyen donné.
Mais, ainsi qu'il a déjà été dit, le rendement et le taux de production sont relativement faibles.
Un autre inconvénient qu'on a constaté avec les goudrons aromatiques ou leurs résidus à titre d'hydrocarbure initial dans le procédé du four consiste dans la variation des caractéristiques des goudrons ou résidus qu'on trouve dans le commerce. Par exemple un de ces résidus aromatiques qui sert dans une large mesure d'hydrocarbure initial est obtenu par craquage d'une charge de recyclage d'un craquage catalytique du pétrole dans la préparation du carburant pour moteurs, et ses caractéristiques dépendent des conditions du raffinage. On a constaté que ces variations de la qualité du résidu font varier les caractéristiques de structure du noir de carbone préparé avec ce résidu.
Un autre objet de l'invention consiste donc dans un moyen qui permet de régler et de maintenir constantes les caractéristiques de structure ou d'absorption d'huile du noir de carbone, quelles que soient les variations de qualité de l'hydrocarbure initial ou de les faire varier entre des limites étendues indépendamment des caractéristiques spéciales de l'hydrocarbure aromatique initial
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et indépendamment de la grosseur des particules du noir de carbone obtenu.
Ces caractéristiques et autres avantages sont obtenus par l'invention, ainsi qu'on le verra plus loin.
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' ' x - .'Il a été découvert d*une manière tout à fait -:âß.ßâ.,-," , t ,t 5. ,-.G m inattendue qu'on peut exercer une action étonnante sur """',-i .... ,.,... 't: "'...'" ' . l' les caractéristiques-de structure du noir de carbone préparé de la manière décrite ci-dessus en partant d'un
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hydrocarbure(in1tiàl tel que les goudrons ou résidus aromatiques de poids moléculaire élevé, en injectant dans la chambre du four en mélange avec l'hydrocarbure initial pulvérisé une faible proportion d'un additif, c'est-àdire d'une matière autre que l'air, l'oxygène, l'eau ou un hydrocarbure.
Plus spécialement, il a été découvert qu'il est possible de diminuer ou atténuer les caractéristiques de structure au noir de carbone dans des conditions surprenantes au moyen d'un additif décrit en détail plus loin et désigné sous le nom "d'affaiblisseur de la structure du noir de carbone" ou pour abréger "affaiblisseur" et de régler et déterminer la caractéristique de structure du noir de carbone ainsi préparé en faisant varier la proportion et la nature de l'affaiblisseur incorporé à l'hydrocarbure initial pulvérisé.
Il a été découvert de plus qu'il est possible de régler et de maintenir constantes les caractéristiques d'absorption d'huile ou de structure du noir de carbone préparé indépendamment des variations de qualité du goudron ou résidu aromatique d'hydrocarbure initial, en faisant varier la proportion de l'affaiblisseur incorporé à
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l'huile pulvérisé*.
Quoiqu'on préfère à l'heure actuelle introduire l'affaiblisseur dans la chambre du four en mélange aveu l'hydrocarbure initial pulvérisé, ainsi qu'il vient d'être dit, on peut aussi l'introduire d'une autre manière dans la zone de réaction, c'est-à-dire dans la sone de la chas- bre du four dana laquelle l'hydrocarbure initial commence à se décomposer en mettant en liberté des particules de carbone. Par exemple, on peut l'introduire en mélange avec les gaz de la flamme soufflée ou l'injecter séparé- ment dans la chambre du four dans cette zone ou en amont d'elle.
L'invention basée sur les faits ainsi nouvelle- ment découverts consiste en des perfectionnements au pro- cédé de fonctionnement des fours à noir de carbone tel qu'il est décrit ci-dessus, qui consistent à choisir un hydrocarbure initial tel qu'un goudron d'hydrocarbure aromatique de poids moléculaire élevé ou un résidu de pé- trole, de goudron de houille ou analogue, et à injecter dans la chambre du four des gouttelettes d'huile finement divisées sous forme de pluie, et à déterminer ou régler la caractéristique d'absorption d'huile ou la structure du noir de carbone obtenu en introduisant un composé de métal alcalin dans la zone de la chambre du four dans laquelle l'hydrocarbure initial se décompose en noir de carbone et en réglant ou faisant varier la proportion ou la nature de l'affaiblisseur ainsi choisi.
Autant qu'on puisse le savoir, on ne savait pas . encore qu'il était possible d'exercer une influence ou de déterminer les caractéristiques de structure d'un noir
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de carbone préparé par le procédé du four en partant de
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goudrons ou rétdiaa aromatiques en introduisant un additif dans la sone de réaction.
L'iaventiom aenviemt apéeialement aux procédés du type îd"nal riOit4,, qui consistant à Injecter l'hy- := i, , ." dr ar'bU iMill4l Àn la abambre du :tour un forme de pluie UlV'wiài 4an vu gas, tel que la vapeur d'eau ou
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autre milita 4 =* Cbpend 't on envisage aussi suivant l'invention aoaaiiâsie dans son aCcePtion la plus générala les opérations qui zone comportent pns de fluide de pnlvérination. L'affaiblisaeur peut alors Stre incorporé à je hydrocarbure initial avant de la faire passer dans l'in- jecteur de pulvérisation on de toute antre manière au cours de l'opération de pulvérisation.
Suivant le procédé actuellement appliqué de préférence et qui consiste à injecter dans la chambre du four l'hydrocarbure initial pulvérisé par un gaz, on peut
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incorporer l'affaiblisaenr à l'hydrocarbure initial ainsi qu'il a été dit, ou le mélanger au préalable avec le fluide de pulvérisation. Le meilleur moyen d'introduire l'affaiblisseur dépend dans une certaine mesure des caractéristiques de solubilité de l'affaiblisseur choisi. Que le fluide de pulvérisation consiste en vapeur d'eau saturée ou surchauffée, on mélange de préférence l'affai- bliaseur avec la vapeur juste avant qu'il arrive dans l'injecteur de pulvérisation.
Si l'affaiblisseur choisi est soluble dans l'eau, il est avantageux de mélanger avec la vapeur une solution aqueuse chauffée de l'affai- blisseur de façon à vaporiser l'eau de la solution en venant en contact avec la vapeur.
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Si l'affaiblisseur choisi est soluble dans l'huile, il est généralement plus avantageux de le mélanger avec l'hydrocarbure initial passant dans l'injecteur de pulvérisation, par exemple en préparant un concentré de l'affaiblisseur dans l'hnile et en Introduisant ce concentré avec un débit doué dans le tuyau d'arrivée de l'hydrocarbure initial. Ce dernier procédé permet de régler et déterminer d'Orne manière plus précité la structura du noir de carbone préparé en faisant varier la proportion du concentré chargé dans le tuyau d'arrivée de l'hydrocarbure initial.
Suivant une autre variante de l'invention, on fait passer dans l'injecteur de pulvérisation un courant continu d'eau chaude sous une pression supérieure à la pression atmosphérique, à une température supérieure à son point d'ébullition à la pression existant dans la chambre du four, et on mélange le courant d'eau chaude seul ou en combinaison avec de la vapeur, avec le courant de l'hydrocarbure initial arrivant dans l'injeoteur de pulvérisa- %ion. En diminuant la pression du mélange au moment où il arrive dans la chambre du four, l'eau chaude se vaporise dans la vapeur, en provoquant ainsi la pulvérisation.
En opérant de cette manière, on peut mélanger au préalable l'affaiblisseur avec l'eau chaude ou avec l'hydrocarbure initial.
Lorsqu'on opère en faisant brùier séparément un hydrocarbure liquide pour former des gaz de flamme soufflée, ainsi qu'il est décrit par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2 918 353 du 22 Décembre 1959, en pulvérisant au moyen d'un fluide de pulvérisation
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l'hydrocarbure liquide dans la chambre de combustion, il peut être avantageux de mélanger au préalable l'additif avec le cembustible d'hydrocarbure liquide ou avec le fluide de pulvérisation.
De pins, ainsi qu'il a déjà été dit, lorsqu'on applique l'un quelconque de ces procédés au four,, on .en injecter séparément l'affaiblisseur dans la chambre du four soit dans la sono de cette chambre dans laquelle l'hydrocarbure initial commence à se décomposer, soit dana une zone de la chambre en amont, de façon à entrainer l'affaiblisseur dans la zone de réaction par lea gas chauds du four.
Au cours de toutes ces opérations, dans lesquelles l'hydrocarbure ou combustible initial consiste en un produit lourd analogue au goudron, il est de pratique courante de préchauffer l'hydrocarbure pour le rendre plus fluide et le pulvériser dans de meilleures conditions.
En général, on préchauffe l'hydrocarbure à une températu- re de 93 à 361 C en ayant soin de l'empêcher de se cokéfier dans le tuyau d'arrivée d'huile et dans l'injecteur de pulvérisation. Il doit être bien entendu que ce préchauffage des hydrocarbures fait partie de l'invention lorsqu'il est nécessaire.
Les additifs qui sont des affaiblisseurs parti- culièrement efficaces de la structure du noir de carbone suivant l'invention sont des composés des métaux alcalins.
On dbtient des résultats particulièrement avantageux en choisissant les hydroxydes ou les sels inorganiques de ces métaux. On sait que ces composés se décomposent et que leur élément métallique s'ionise à la température du
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four à laquelle les hydrocarbures se décomposent en noir de carbone, c'est-à-dire de 1200 à 1650 C.
Quoiqu'on ne se propose pas de faire dépendre l'efficacité des affaiblisseurs de l'invention d'une théorie quelconque, on suppose à l'heure actuelle que l'affaiblissement de la structure du noir de carbone est due d'une certaine manière à la présence des ions de métal alcalin dans la zone de réaction dans laquelle les particules de carbone se forment. Par conséquent, l'élément anionique du composé de métal alcalin ne paratt pas avoir d'importance prépondérante en ce qui concerne la structure du noir de carbone. Cette théorie se confirme par les résultats obtenus au cours de nombreux essais.
On a constaté que parmi ces composés de métaux alcalins, ceux qui sont particulièrement efficaces sont les hydroxydes et sels de sodium, potassium, césium et rubidium. Quoiqu'on puisse aussi choisir suivant l'invention l'hydroxyde et les sels de lithium, on a constaté qu'ils sont un peu moins efficaces dans le procédé de l'invention que ceux des autres métaux alcalins.
La proportion de l'affaiblisseur à ajouter est très variable et celle qui convient le mieux dépend principalement des caractéristiques spéciales de l'hydrocarbure initial choisi, des caractéristiques de structure qu'on désire obtenir dans le mélange de carbone et de l'efficacité de l'affaiblisseur choisi. Les proportions qui conviennent le mieux dans une série quelconque de conditions sont faciles à déterminer par des simples essais, par exemple en augmentant la proportion jusqu'à ce que la caractéristique de structure du noir de carbone
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..préparé ait diminué et ait atteint la valeur qu'on désire.
L'invention est décrite en détail ci-après avec les dessins ci-joints à l'appui, sur lesquels; la figure 1 est un diagramme schématique d'une installation de préparation du noir de carbone convenant à l'introduction de l'affaiblisseur soit en le mélangeant au préalable avec l'hydrocarbure initial, soit en le mé- langeant avec le fluide de pulvérisation, soit en l'ajou- tant à l'huile combustible ou au fluide de pulvérisation de l'huile combustible, soit en l'injectant séparément dans la chambre du four; la figure 2 est un graphique faisant ressortir l'efficacité d'un affaiblisseur d'hydroxyde de sodium en proportions variables dans le fluide de pulvérisation de l'hydrocarbure initial par rapport à la variation du pouvoir d'absorption de l'huile et de l'intensité de co- loration du noir de carbone obtenu;
la figure 3 est un graphique analogue faisant ressortir l'efficacité d'un affaiblisseur d'hydroxyde de sodium ajouté en proportions variables en dissolution dans l'eau chaude sous pression servant de fluide de pulvérisation de l'hydrocarbure initial; la figure 4 est un graphique indiquant la rela- tion entre le pouvoir d'absorption de l'huile et le dia- mètre moyen des particules de noirs de carbone de. struc- tures respectives normale, faible et élevée, et la figure 5 est un graphique faisant ressortir l'efficacité du procédé de l'invention dans la prépara- tion des divers types de noirs de four.
Le four de préparation du noir de carbone de la
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figure 1 comporte une chambre 1 débouchant à son extré- mité d'aval dans un refroidisseur vertical 2 dans lequel la suspension gazeuse de noir de carbone se refroidit de la manière habituelle en venant en contact avec des jets d'eau pulvérisée et duquel la suspension refroidie passe dans un collecteur. La bouillie aqueuse de noir de car- bone qui se sépare éventuellement dans le refroidisseur vertical se rassemble dans un réservoir 3 et on l'utili- se de la manière habituelle.
L'installation représentée comporte des brûleurs soufflée tangentiels 4 dégageant des gaz chauds de flamme soufflée et dans lesquels on fait passer un mélange com- bustible d'un combustible fluide et d'air par des tuyaux 5.
L'hydrocarbure initial arrive dans la chambre du four sous forme de pluie de gouttelettes d'huile finement divisées, au moyen d'un injecteur de pulvérisation 6.
L'injecteur de pulvérisation pénètre radialement dans la chambre dans une zone située immédiatement en aval des brûleurs tangentiels 4. Plusieurs de ces injecteurs sont normalement disposés dans cette position et sont unifor- mément répartis autour de la périphérie de la chambre.
Cependant on envisage aussi suivant l'invention danon acception la plus générale de faire arriver l'hy- drocarbure initial par un injecteur de pulvérisation dis- posé coaxialement par rapport à la chambre du four et pénétrant dans cette chambre par sa paroi de bout d'amont, ainsi que par d'autres moyens connus faisant arriver l'hydrocarbure initial liquide en un ou plusieurs jets pulvérisés. De même, l'invention n'est pas limitée dans
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son acception la plus générale au moyen par lequel se forment les gaz chauds de la combustion ni au choix d'un combustible fluide introduit séparément, mais elle s'applique aussi aux procédés de préparation du noir de carbone qui consistent à former les gaz chauds de la combustion en faisant brûler une portion de l'hydrocarbure ini-
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tiql. tial.
Quoiqu'ainsi qu'il a déjà été dit, l'invention convienne particulièrement aux opérations qui consistent à introduire l'hydrocarbure initial par un injecteur à deux fluides, dans lequel un fluide de pulvérisation sert à provoquer la pulvérisation de l'hydrocarbure initial, elle s'applique également aux procédés de préparation du noir de carbone qui comportent un injecteur de pulvérisation à fluide unique.
Divers types d'injecteurs de pulvérisation sont connus et se trouvent dans le commerce et par suite il est inutile de les décrire en détail.
L'installation de la figure 1 comporte un réservoir 7 de stockage de l'hydrocarbure initial. Lorsque cet hydrocarbure est extrêmement visqueux, on le maintient avantageusement à l'état fluide, pouvant être refoulé par une pompe, au moyen d'un élément de chauffage 8, disposé dans le réservoir et d'un agitateur d'un type quelconque approprié 9, de façon à maintenir le contenu du réservoir à température constante.
L'hydrocarbure initial sort du réservoir 7 par un tuyau 10 sous l'action d'une pompe d'alimentation 11 et passe par un tuyau 12 dans le ou les injecteurs de pulvérisation 6. Le tuyau 12 contient un élément de
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Ainai qu'il a déjà été dits on pent iaire arriver dana le eu les mjeo%ura de pulvérisation 6 l'nffaiblia- 8enr de la atmotcre dn noir de earbono en mélange avec l'hydrocarbcre initial ou avec le fluide de pw1.yért¯UoJl. Dans le preaier cas, on peut le mélanger au préalable avec l'hydrocarbure initial dans le réservoir de stockage 7 ou l'introduire séparément dans le courant de cet hydrocarbure arrivant dans les injecteurs de pulvérisation avant ou après la pompe 11, le préchauffeur 13 et le débitmètre 14 ou en un point intermédiaire quelconque dans le tuyau 10 ou 12.
Lorsqu'on introduit l' affaiblisseur dan s le tuyau d'arrivée de la charge d'hydrocarbure initial, on l'y introduit avantageusement sous forme de concentré de concentration déterminée, en solution ou dispersion dans l'huile, l'eau ou autre liquide inerte. De même, lorsqu'on fait arriver l'affaiblisseur dans l'injecteur de pulvérisation en mélange avec le fluide de pulvérisation, il est généralement avantageux de l'introduire dans.le courant de ce fluide sous forme de solution ou dispersion dans l'eau.
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Lorsqu'on désire introduire l'affaiblisseur par les gaz d'une flamme soufflée, on peut le faire en fermant la soupape 23 du tuyau 22 et en faisant passer l'affaiblisseur ou son concentré par un tuyau de dérivation à soupape 24 dans un ou plusieurs des tuyaux 5 aboutissant
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aux brûleurs soufflés 4. On peut aussi facultat4-vement injecter l'affaiblisseur ou son concentré séparément dans la chambre du four, par exemple par un tuyau de dériva- tion à soupape 25 partant du tuyau 22 et traversant la paroi 26 de la chambre. L'affaiblisseur peut être introduit
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.... lu SI" de riant.. du four en co8b1aan't d'me maair ,¯1-'- les solutious prweitées.
Q3qar eoaa àe ces 88fe.. à'1.oerperor 11as- 1&1-.11.......... 188 Ü8,.a11;U. de pulvdri tion de l'IIJ4:N-n.. U1"181 es de le f8ire arriver 4buaa .la c)aa8lwe du imw ait des ammtffle *MO18 , dans les 1'Wu... o8841U¯. l'1D,y..tioa plique dans son ac- *option la p3,ns pa4nl. t. 0..01lIl des proa6àds décrits ai-deasus .'hl81 ,u'. dsntrea treetM* <t moy.ns de faire a<$r l'a:
t1'a1b11...v ou sea produite de réaction dans la som de réaoti 4* la obaII1are du four. les ex*%le* suivante indiquant de quelle manière llinven-tieu peut appliquer dans la pratique ainai que les rdsnaltats qu'elle peraet d'obtenir dans le réglage des caractéristiques de structure du noir de carbone obtenu.
les diverse* opérations suivantes s'effectuent chacune dans une installation de préparation du noir de carbone à peu prèa telle qu'elle est représentée sur la figure 1 et l'hydrocarbure initial consiste en un résidu de pétrole fortement aromatique, de poids moléculaire élevé, ou un goudron du type dont il a été question cidessus et dont les caractéristiques approximatives sont les suivantes 1
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Y1....1..- à 99'C, oeutiolexes é,35 ....114 1, 051' Poids 88l4n1a11"8 Vou 6i isastit3tif J es lad4se de rdt Ii % à 23*C 19645 74*Uw 1MB a 1s"isisatier, & ose les "8111""'" tudl4ode tau as s wcs itp.is s saut 1n'W:
re....", non senUMU-t loraqu*oa ddetre préparer partir de et* gon4von* ou nat4118 aromatique* un noir 4e carbone 4t0t stsaetnss faible ou Irennet mis <ac<r<t par. mettent dans o!sttins cas dtanaASater l'intensité de co- 1 atioa Indiquant ams la rcsseur des pP"\1oule. a dia1Du4. Il* sont utilsag car ils perrrettent diavpeu ter la 08l"p d'huile dans nu tour donné et par suite la production de noir de carbonn* sans exercer dtinfluence sur l'intsnsité de oolorations ni au88n1er la structure du noir.
Oc arrive à an résultat déterminé en faisant varier dans une oertai:s mesure la proportion la plus asantageuss de 1.atai'l1..eur nécessaire en fonction de la nature de l'hydrooarbure Initial, ainsi que de la a<rua<ure du noir de c*rbones de la nature de llaffaiplisseur et de son de 4'..plo1. Oient pourquoi l'in-
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vention ne peut être définie en fonction d'une propor-
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tion numérique déterminée de l'effeiblieeeur choisi,
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Exemple 1 - On effectue une série de quatre essais dans une installation de préparation du noir de carbone à peu près semblable à celle de la figure 1
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au cours de trois desquels l'affaiblisseur consiste en hydroxyde de sodium.
Le fluide de pulvérisation consiste en vapeur d'eau et on incorpore l'hydroxyde de sodium à
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;.r7thûilé' pulvérisée en introduisant une solution aqueuse ''/ ....:.'/-.. ' "': '. ',t , .tl' w àani, lë courant de vapeur'de pulvérisation passant dans :.:'': l''-''' " ' "."''<-7'-
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les injecteurs de pulvérisation. A titre de comparaison,
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tableau ci-dessous.
EMI20.10
<Desc/Clms Page number 21>
!RAMEAU 1
EMI21.1
NO da l'essai 1 2 3 4
EMI21.2
<tb>
<tb> Conditions <SEP> de <SEP> fonctionnement <SEP> du <SEP> four
<tb>
EMI21.3
Charge n1â!âirm?/h ' 5 5 5 5 Rapport air/gaz souffla z 12, 5 l2 , 5 , 12,5 12, 5
EMI21.4
<tb>
<tb> Charge <SEP> d'huile, <SEP> 1/h <SEP> 718 <SEP> 718 <SEP> 718 <SEP> 718
<tb> Température <SEP> de <SEP> l'huile, <SEP> C <SEP> 83 <SEP> 83 <SEP> 83 <SEP> 83
<tb>
EMI21.5
Pression effect.de la vapeur,kg/cm2 4,5 4,5 4,2 4,2
EMI21.6
<tb>
<tb> NaOH <SEP> injecté <SEP> dans <SEP> la <SEP> vapeur <SEP> de <SEP> pulvérisation
<tb> Solution <SEP> de <SEP> NaOH, <SEP> 1/h <SEP> 0 <SEP> 9,5 <SEP> 19 <SEP> 28,4
<tb> NaOH, <SEP> kg/h <SEP> 0 <SEP> 0,35 <SEP> 0,71 <SEP> 1,065
<tb> NaOH, <SEP> g/l <SEP> d'huile <SEP> 0 <SEP> 0,49 <SEP> 1,00 <SEP> 1,
48
<tb> Propriétés <SEP> colloïdales <SEP> du <SEP> noir <SEP> de <SEP> carbone
<tb> Intensité <SEP> de <SEP> coloration, <SEP> % <SEP> du <SEP> noir <SEP> de
<tb> carbone <SEP> normal <SEP> FF <SEP> 104 <SEP> 109 <SEP> 108 <SEP> 109
<tb> Absorption <SEP> d'huile, <SEP> cm/kg <SEP> 1486 <SEP> 1078 <SEP> 1113 <SEP> 1062
<tb>
Solution, caustique d'injection = 37,6 g/l d'eau.
Les résultats obtenus en faisant varier la pro- portion de NaOH ajouté de cette manière apparaissent sur le graphique de la figure 2, sur lequel les valeurs de l'absorption d'huile en cm3/kg de noir et l'intensité de coloration en pourcentage de l'intensité de coloration du noir normal FF sont indiquées en fonction des propor- tions en g de soude caustique par litre de l'hydrocar- bure initial. Ce graphiques-fait ressortir nettement
<Desc/Clms Page number 22>
l'influence favorable exercée par une très faible proportion de l'affaiblisseur, en particulier sur la diminution du pouvoir d'absorption de l'huile. On observe aussi une influence notable, quoique moins marquée, sur l'intensité de coloration.du noir de carbone obtenu.
La proportion d'hydroxyde de sodium qui convient le mieux dépend aussi des résultats qu'on désire obtenir et de la nature de l'hydrocarbure initial choisi. On obtient des résultats nettement améliorés avec une proportion ne dépassant pas 0,012 g de soude caustique par litre d'hydrocarbure initial et même moindre. Il n'est généralement pas recommandé d'ajouter une proportion supérieure à 6 g/1 d'hydrocarbure initial. On obtient les résultats les plus avantageux par le procédé d'addition décrit ci-dessus lorsque les proportions sont comprises entre 0,012 et 1,2 g d'hydroxyde de sodium par litre d'hydrocarbure initial.
Exemple 2 - On effectue une autre série d'essais dans l'installation de la figure 1 dans laquelle le fluide de pulvérisation consiste en vapeur d'eau. A titre de comparaison, on n'ajoute pas d'affaiblisseur de la structure du noir de carbone au cours de l'essai n 1.
Au cours de l'essai n 2, on introduit une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium dans la vapeur de pulvérisation, comme dans l'exemple précédent et au cours de l'essai n 3 une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium directement dans l'hydrocarbure initial dans l' injecteur de pulvérisation.
Les conditions des résultats de ces trois essais sont données dans le tableau 2 ci-dessous,
<Desc/Clms Page number 23>
EMI23.1
<tb>
<tb> Tapeur <SEP> NaOH <SEP> injecté <SEP> dans
<tb> seule <SEP> la <SEP> vapeur <SEP> ltinjecteur
<tb> N <SEP> de <SEP> l'essai <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3
<tb>
EMI23.2
Charge da3.r, ïa3/hA .''/.' .; 5 5 5 Rapport air/gaz souffle'. , 12,5 12,5 Charge âuiie, - .- ; ,ôo ?oo Charge d'huile, 1/h 700 700 700 Température "de oc 83 83 82 Addition de la)11,)11/ " Q ] ;,/;"
EMI23.3
<tb>
<tb> solution <SEP> aqueuse, <SEP> 1/h. <SEP> 0 <SEP> 9,5 <SEP> 9,5
<tb> NaOH, <SEP> kg/h <SEP> 0 <SEP> 0,35 <SEP> 0,35
<tb>
EMI23.4
NaOH, gil d'huile :
0 0,51 0,51
EMI23.5
<tb>
<tb> Intensité <SEP> de <SEP> coloration, <SEP> % <SEP> du <SEP>
<tb> noir <SEP> de <SEP> carbone <SEP> normal <SEP> FF <SEP> 105 <SEP> 107 <SEP> 111
<tb>
EMI23.6
Absorption d'huilel,ycm3/kg 1436 1252 1260
Il ressort des résultats qui précèdent qu'en ce qui concerne l'absorption d'huile, le mode dintroduc- tion de l'affaiblisseur ne donne lieu à aucune différence. Cependant, on observe dans l'essai n 3 une notable augmentation de l'intensité de coloration.
Exemple 3 - On effectue une troisième série d'essais dans l'installation de la figure 1, dans laquelle le seul fluide de pulvérisation consiste en eau chaude sous pression. A titrede comparaison, on n'ajoute pas d'affaiblisseur au cours de l'essai n 1. Les proportions d'hydroxyde de sodium dissous dans le fluide de pulvérisation sont différentes dans les essais N s 2 et 3.
<Desc/Clms Page number 24>
EMI24.1
s ooud3tis s le....11..
qk* o% 18. rÎilür t <t """,88ai. -" ......... le ..Ne... <4<MMM)Mk ',I:" gj TTMÊ
EMI24.2
<tb>
<tb> N <SEP> de <SEP> l'essai <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3
<tb>
EMI24.3
wa" deu4roi 5 5 5 ....... ""1- ..1IftU 11.' 1495 95 Cbup "8d.l., Vb TM 118 ne TM<t4*twM de 1letlls, 8Q . 1! 82 3au de palir3aati, 11" an la? an rpiratmcs às 1 aas, C Ut 149 149 Nam aiouU à 1'<M kg/h 0 z,2s 390 U1 4'Jm1J.e - ',16 3v9o Intensité de oolora"1OD, ,.
de la norale ioe Ica 112
EMI24.4
<tb>
<tb> Absorption <SEP> d'huile, <SEP> cm3/kg <SEP> 1402 <SEP> 1144 <SEP> 1144
<tb>
Il ressort des tableaux qui procèdent que lorsqu'on introduit l'hydroxyde de sodium de cette manières l'effet produit est un peu vaine accentue que lorsqu'on l'introduit par la vapeur de pulvérisation, ce qui, dans certains cas, peut être très avantageux,, car en peut alors déterminer d'une manière plus précise la caracté- ristique d'absorption d'huile du noir de carbone obtenu.
La diminution du pouvoir d'absorption d'huile en fonction de l'augmentation de la proportion de l'hydroxyde
<Desc/Clms Page number 25>
EMI25.1
de ao4i ajewta de eatta aapiasit, a'eat-à-dire ajao à l'san da pulvérimtl l, atrmb encore anr le o*9Mqb de la tire 3 - lequel le pouvoir 4lab rption diz a 4td ywté au trtt,an itic que " a <t'<rMqr de sa tias r .ise dlttlnatr i,ta,l, ce%% courbe elaxt dtd iraais la aas dss X%Mltgt *bbon par gmn4 nmhà das artisrlta 4wat **mis lias 2 et 3 du w4ment M[<m<. janle 4 - las rdmItat4 dgme qnstrièe slrie dreaaais dans lesquels 1'*4fài%li*oo*r de la Structure du carbe consiste btàroads da eeiwa e:
a 4-" û.- oorpor4 à Ithuile pulirisio proportions variables,, en soluilee dans Illeau chaude se pression servant de fiai- , de de Pulvérisation COMM dsns 108 saasia 2 et 3 de lszes- pit 38 sont indiquée daaa le tableau ci-deaaons. Au cours de cou easaia, la ahsrts désir est de 4,2 a3rh. le rap- Port entre l'air aonitli et le gaz coabustible est de 12#2 et la charge dthuile est de 567 1/h. la température de l'eau de pulvérisation est d'environ 149*C dans chaque
EMI25.2
essai et le Volume rente constant dans loua les essais.
EMI25.3
TApIi1 4
EMI25.4
" de Naou a30u1' ,g/l In-Hu1"W de Pouvoir da1- 11eaea1 d'huile coloration sorption 4'-1- >du noir 17 norwal le c 3,/k& 1 0,081 93 1113
EMI25.5
<tb>
<tb> 2 <SEP> 0,089 <SEP> - <SEP> 1029
<tb> 3 <SEP> 0,168 <SEP> 99 <SEP> 950
<tb> 4 <SEP> 0,198 <SEP> - <SEP> 943
<tb>
EMI25.6
5 09237 100 918
<Desc/Clms Page number 26>
Il ressort du tableau qui précède que, lorsque
EMI26.1
la fflp vtion de l' a:Ua:111tU¯v aasseate, l'l8ton.1" de aolsraüoxt dn noir de carbone ebteaw au Ute léger*non% et le pouvoir .'ù...."1- 4')nI:11. d1a1a- pl"08ft8- 81"¯1iMi qu'il a ddjà tf dit, des avant4gue de 1 inrreatiea oeaa18te daus la possibilité d' anter la )%'0411011- du noir de car'" poM44ut des caractdristiq88. 40na4.. "tatea8114 de coloration et d'absorption d'huiles ainsi qu'il ressort de 1e:
e.le suivant. beJl1)l, 5 - Oa stleatus deux essais en faisant fonctionner le tour dans des conditions identiques, sauf qu'ainsi qu'on le verra plua loin, le fluide de pulvéri- ..,ion de l'installation de la figure 1 consiste en va-
EMI26.2
peur à haute pression. On n'ajoute pas d'affaibliisseur dans l'essai n 1. Au cours de l'easai n 2, on ajoute directement l'hydroxyde de sodium à l'hydrocarbure initial en proportion équivalant à 0,09 !Il d'huile. Au cour* de l'essai n l, on charge l'hydrocarbure initial dans le four à raison de 776 1/h et au cours de l'essai n 2 on augmente ce débit à 946 1/h.
Le débit de la charge d'air et la température de la charge d'huile étant identiques dans les deux essais. les conditions et les résultats de ces essais sont donnés dans le tableau ci-dessous.
<Desc/Clms Page number 27>
TABLEAU 5
EMI27.1
fl * d* 1 " gã1 .I' r..
Cbar...'a1r,.'/b 6, 6 6, 6 IaIpnot ai+/0e8 l , T 1391 Omri* debv4let 1/b ?76 946 !e8 â'&"vre de l'1u111.,.C 288 288 1(s0H a/ 1 d'huile 0 0, 09 Intenai14 de ooloration % du noir 1? norml 123 123 A1taorp'1oa 4' 1r.u11. ,CIl' /kc 1235 1235
EMI27.2
<tb>
<tb> productions <SEP> kg/h <SEP> 390 <SEP> 475
<tb>
On augmente donc la production du noir de carbone, tout en conservant des conditions colloldales identi- que a, d'environ 22 en augmentant le débit de la charge, augmentation rendue possible par l'addition de l'affai- blisseur suivant l'invention.
Lorsqu'on effectue dea opérations de ce type, on obtient généralement en augmentant la charge d'huile, c'est-à-dire le débit de la charge du noir de carbone en particules plus grosses dont le pouvoir d'absorption d'huile est plus grand, Fais lorsqu'on ajoute un affaiblisseur suivant l'invention, non seulement on conserve les mêmes caractéristiques d'absorption de l'huile, mais encore on obtient un noir de carbone en particules plus fines qu'on ne pourrait le prévoir.
L'invention permet donc d'augmenter sensiblement la charge d'huile en augmentant ainsi le taux de production, tout en obtenant
EMI27.3
des Íu1e8 de noir de carbone aussi fines nue éelleÀ9 ",,11.-'" "...,. ' " '
<Desc/Clms Page number 28>
qu'on obtient normalement avec une charge d'huile moindre et en conservant en même temps les caractéristiques d'ab- sorption d'huile initiales.
On peut aussi éviter, ainsi qu'il a déjà été dits les conséquences des variations de la qualité de l'hydro- carbure initial en.ajoutant un affaiblisseur de la struc- ture du noir de carbone suivant l'invention en proportions choisies de façon à maintenir constante la qualité du noir de carbone obtenu.
Exemple 6 - Les conditions et les résultats indiqués dans le tableau 6 ci-après ont été obtenus au cours d'autresessais dans lesquels les affaiblisseurs ont été introduits sous forme de solutions aqueuses et ont été in- jectés sous cette.forme dans la vapeur de pulvérisation.
A titre de comparaison aucun affaiblisseur n'a été ajouté au cours de l'essai n 1.
<Desc/Clms Page number 29>
TABLEAU 6
EMI29.1
<tb>
<tb> N <SEP> de <SEP> l'essai <SEP> 1 <SEP> 2
<tb> Conditions <SEP> de <SEP> fonctionnement <SEP> du <SEP> four
<tb> Charge <SEP> d'air, <SEP> m3/h <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> 5
<tb> Rapport <SEP> gair <SEP> soufflé <SEP> 12,5 <SEP> 12,5 <SEP> 12,5
<tb> Charge <SEP> d'huile <SEP> 1/h <SEP> 618 <SEP> 820 <SEP> 820
<tb> Affaiblisseur <SEP> injecté <SEP> dans <SEP> la
<tb> vapeur <SEP> de <SEP> pulvérisation <SEP> néant <SEP> phosphate <SEP> méthasilicate
<tb> trisodique <SEP> de <SEP> sodium
<tb> Solution <SEP> de <SEP> l'affaiblisseur
<tb> 1/h <SEP> 0 <SEP> 29,5 <SEP> 29,5
<tb> Affaiblisseur <SEP> g/1 <SEP> d'huile <SEP> 0 <SEP> 1,2 <SEP> 1,
2
<tb> Propriétés <SEP> colloïdales <SEP> du <SEP> noir <SEP> de <SEP> carbone
<tb> Intensité <SEP> de <SEP> coloration <SEP> % <SEP> du
<tb> noir <SEP> FF <SEP> normal <SEP> 111 <SEP> 109 <SEP> 108
<tb> Absorption <SEP> d'huile <SEP> cm/kg <SEP> 1461 <SEP> 1186 <SEP> 1078
<tb>
Solution choisie = 30 g d'affaiblisseur par litre d'eau.
Au cours des essais qui précèdent, le phosphate trisodique et le méthasilicate de sodium ont fait dimi- nuer notablement le pouvoir d'absorption d'huile des noirs de carbone obtenus. La charge d'huile est plus for- te dans les essais N s 2 et 3 que dans l'essai comparatif n 1 pour maintenir l'intensité de coloration à peu près à la même valeur que celle de l'essai témoin. Normalement, lorsque la charge d'huile augmente sans addition d'affai- blisseur, l'intensité de coloration diminue et le pouvoir
<Desc/Clms Page number 30>
d'absorption d'huile augmente. On a aussi constaté que le tétraborate de sodium est extrêmement efficace.
Exemple 7 - Ainsi qu'il a déjà été dits les noirs
EMI30.1
de carbone, du type "channel" préparés à partir du gaz e. 5% .L..g y naturel servent en majeure partie à la préparation du caoutchouc naturel et des peintures et encres et surtout des peintures et encres de qualité supérieure.
On se rend mieux compte de l'importance de l'invention en.comparant les rendements obtenus avec un noir dit de "channel" et un noir de four comparable préparé par le procédé de l'invention.
Rendement,% de carbone disponible Procédé "channel" 6 Procédé de l'invention 47 Un exemple de la gamme des noirs de carbone du type "channel" qu'on peut préparer par le procédé de l'invention est donné dans le tableau 7 ci-après, qui indique aussi les caractéristiques principales des diverses catégories de noirs de "channel" pour les comparer facilement.
<Desc/Clms Page number 31>
TABLEAU
Noirs de "channel" N de l'essai CC HPC l'essai -4 ce HPC EPC
EMI31.1
<tb>
<tb> Conditions <SEP> de <SEP> fonctionnement <SEP> du <SEP> four
<tb> Charge <SEP> d'air, <SEP> m3/h <SEP> 4,9 <SEP> 4,9 <SEP> 3,92 <SEP> 4,9 <SEP> - <SEP> - <SEP> Rapport <SEP> air/gaz <SEP> soufflé <SEP> 12,0 <SEP> 12,0 <SEP> 12,0 <SEP> 12,0 <SEP> - <SEP> - <SEP> Charge <SEP> d'huile,l/h <SEP> 657 <SEP> 726 <SEP> 386 <SEP> 635 <SEP> - <SEP> - <SEP> Affaiblisseur <SEP> soude <SEP> caustique,g/1 <SEP> d'huile <SEP> 1,76 <SEP> 1,76 <SEP> 0,42 <SEP> 0,42 <SEP> - <SEP> - <SEP> Propriétés <SEP> colloïdales <SEP> du
<tb> noir <SEP> de <SEP> carbone <SEP> dense
<tb> Couleur <SEP> A.B.C.
<SEP> 185 <SEP> 167 <SEP> 156 <SEP> 161 <SEP> 169 <SEP> 157 <SEP> 160
<tb> Intensité <SEP> de <SEP> coloration,
<tb> % <SEP> du <SEP> noir <SEP> FF <SEP> normal <SEP> 138 <SEP> 133 <SEP> 127 <SEP> 127 <SEP> 130 <SEP> 126 <SEP> 117
<tb> Absorption <SEP> d'huile, <SEP> cm3/l
<tb> 668 <SEP> 901 <SEP> 1078 <SEP> 1175 <SEP> 1219 <SEP> 1053 <SEP> 1113
<tb> Indice <SEP> de <SEP> structure <SEP> 45 <SEP> 77 <SEP> 105 <SEP> 105 <SEP> 101 <SEP> 103 <SEP> 103
<tb>
CC - Channel, conducteur HPC - Channel,traitement dur EPC - Channel,traitement doux.
En comparant les noirs de carbone préparés par le procédé de l'invention avec les noirs de "channel", on voit que ceux de l'invention sont compris à peu près entre les limites des noirs de "channel" et leurs sont même supérieurs lorsqu'on désire obtenir une forte coloration et un faible pouvoir d'absorption d'huile.
<Desc/Clms Page number 32>
EMI32.1
lamwe A titrw 4*oà*%1* de 1 ottiaac i tf ifwtmttww 40 des ài5*P Mfl0m al Uae. ma et- <êewt<wM e4rU 406*mte m era drla 1a pw*oevu 110*MW .,..rn pt 1c ilttroaarbr imi- ';
s " 2. i' A U*l o*% de 0 et toit%" s.tt:3.ts de fonetieanotars" t ' t dr la ebww oit 1 r*p*w o*g<M)t<0) ï. <JM 0!tt dans des IKU E 40 du aO* 40 m*rbone telles qm eolue 9d. *a% xr"fi1 av 1t . a l. À titre --rat m * ajoute P 4'dàhli- dan* lte mi sv 1. d eaux$ de <mtr **mine Mt iatroduit isaff<1tt1Li<KM<y <nt mdla 4t*ant au rmo solution atmu WMte 1 buro Initial paumt dans les inrotsars 41 .t1l.stioa. la tebl * a Indique ltetfl oit4 des dJLv<y< udta al llae en ce qui concerne 1intensit6 de ollora',os et le pouvoir d'aboorption du noir de Mrbons onx ot les proportions des di,"re affsibliaasors on g/l d'huile.
TABLEAU 8
EMI32.2
le de Utalblîsmur Iu tenslt4 de Absorption d' l'waeai Kotttrw a/l 4' 1Q4rocar- coioraticmg% hti.le,cat3llct
EMI32.3
<tb>
<tb> bure <SEP> imitai <SEP> noir <SEP> FF <SEP> normal <SEP> de <SEP> noir
<tb> 1 <SEP> Néant <SEP> - <SEP> 114 <SEP> 1577
<tb> 2 <SEP> LiOH <SEP> 0,72 <SEP> 113 <SEP> 1377
<tb> 3 <SEP> inca <SEP> 1,2 <SEP> 119 <SEP> 1020
<tb> 4 <SEP> NaCl <SEP> 1,8 <SEP> 115 <SEP> 1020
<tb> 5 <SEP> KOH <SEP> 1,68 <SEP> 125 <SEP> 751
<tb> 6 <SEP> KI <SEP> 2,76 <SEP> 127 <SEP> 1127
<tb> 7 <SEP> KCMS <SEP> 2,88 <SEP> 130 <SEP> 876
<tb> 8 <SEP> CaCl <SEP> 2,76 <SEP> 134 <SEP> 1043
<tb>
<Desc/Clms Page number 33>
EMI33.1
"au tel" M <MPt êw trtrlatr tst pme4me 'les. fioaaU i1s des i'trs &10011 rriratitr va- . rtw de me tortaim &Wou 0 qui <t MM)M l'iBMmU 4à oeià Q, r te% Uwr - dom le 1 mo, lÙ àyfl* ëtWNM rttlrtt.
nom rt qwttM ** a44iU-awltr tels 4r WX de 1**4y I ffle met qu'l eoire des .asaia Ilbob 2 et 4 m slutstr 1 *2ZhihU*a* t<or4'M da la h*h+ 4n f- wm peut Q:Ltué à 209 as en à*an1 4n ftt d,siret3os <w 3.'hy<br MMrbwrw laitjl. Au Mwrw des i.i ,0** 1 '1 3, Î lil j1 l'afta3bliavsrar au pr4elAble wv l'hyboeàhmw 1nitml or.. m 4an* luap7.r tai aido.
Daaa toui les 0 la porto dr 1aitafb3iamur ont de 0,m8 4r.4 le ka dldrorrbare. initiai.
3w Ubleau o1-o9cÀo indqoo la tu de Ilaffaiblirnr choisi dans le* 4iv * usaü et les oamatériatiques dintensit6 de ooloration et dtabsorption d'halle des noire de carbone btamti.
EMI33.2
le de leenui 1 234 Attai1tli...ur 001 saci Ion Ioa Intensité do coloration, % du
EMI33.3
<tb>
<tb> noir <SEP> 77 <SEP> normal <SEP> 115 <SEP> 118 <SEP> 125 <SEP> 125
<tb>
EMI33.4
Absorption dhuile, on'/1 1020 1085 751 751
EMI33.5
Exemple 10 - On effectue encore une autre série
EMI33.6
d'essaie dans une installation du type décrit dans le
EMI33.7
brevet des Xtats-Unis d'Amérique précit4 n 2 918 353,
<Desc/Clms Page number 34>
EMI34.1
aw 184-u.. les ffl domo flamme MWfflee M ferment ........ t)M)HMl< 4* ....88Uoa "par'.." <M<tt injectât w".I.J1.Tr-* . 1'14 .'....1 de la cbaaers de r6ratirr.
la tisriars de réaetim de cette installation a M <i )MtW << 20 ** les 'hDula ds ooabnstioa une l )MM<r it 0,75 a. 0a iorrt les ffl te fiMM soufflée .. plY4rJ.8a'" - 1IId1........11tl. pr4.1aa1lU'. , 316*C dans 188 +-a18 dg cOlllna8ticm au mien d'<m fluide de PulvdrlMtIM '&81 ... l'air et on le fait briler à peu près esrplitsarst a1f8lR qne les gaz pénètrent dans la MNtHM rúcti88. 0r Prd"auffe l'hJdreearbU'8 initial dent les earacWr18Ü4"...a" indiquées ci-après à une w.llpb'a'h1'8 .'88ri.roa 1100C et on l'injwett radialomnt dans la chambre de réaction en un point situé en aval da )I8ia d'satrbs des pa de 1'la... soufflée en la pul- vérisant par la vapeur d'eau.
Au cours de chacun des essais on fait arriver le combustible avec un débit de 75 1/h et on le pulvérise dans les tunnels de combustion par l'air nous une pros-
EMI34.2
*ion effective de 3,t5 kgjc.2 et avec un débit de 14 a3/h .
Le débit total de l'air de la charge est de 1100 m3/h. La température de la zone de la chambre du four dans laquelle on injecte l'hydrocarbure initial est d'environ 1482 C.
Le tableau ci-après indique les autres conditions de fonctionnement et les propriétés colloïdales du noir de carbone obtenu au cours des divers essais.
<Desc/Clms Page number 35>
TABLEAU 10
EMI35.1
<tb>
<tb> N <SEP> de <SEP> l'essai <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7
<tb>
EMI35.2
Iaar. C*K q.¯V4 aro..'t1Q lacs aoatd it 1.1..&1.1 0,42 U,8 adant 0,42 a4¯" 0,42 n-damt D'I 1" 41.'-011. 1Jd."U.a18 .. J8lw4r1¯Uoa J1t 150 158 158 170 170 I15 115 Pre881- 81':t'.eu... de la va- )e8r,kcI.-2 7,0 7,0 7,0 593 5t3 7:0 7,0 Bropriétéa collo!'.1.. du noir
EMI35.3
<tb>
<tb> de <SEP> carbonne
<tb> Intensité <SEP> de <SEP> coloration, <SEP> %
<tb>
EMI35.4
noir 77 morml 114 118 109 115 107 121 109 Abacorptien .8hu:
U...ea' /k& 1186 867 1474 1052 1286 1043 1260 les essais l'un 3, 5 et 7 au cours desquels on n'a pas ajouté d'affaiblisseur de la structure du noir de car- bone ont été effectuée à titre de comparaison. L'affai- blisseur de la structure des antres essais consiste en hydroxyde de sodium qu'on a mélangé avec l'hydrocarbure initial en proportions indiquées avant de pulvériser cet hydrocarbure dans la chambre de réaction.
On a fait ressortir avec plus de précision l'ef- ficacité du procédé de l'invention en ce qui concerne la diminution et la détermination de la structure indépen- damment des variations des caractéristiques de l'hydrocar- bure initial en choisissant dans chacun des essais des exemples 1 à 9 qui précèdent un hydrocarbure initial con- sistant en un résidu de. pétrole de craquage dont les
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caractéristiques ont été indiquées précédemment et dont le facteur de caractérisation K est égal à 10,3.
Les caractéristiques de la charge de créosote et du concentré aromatique de l'exemple 10 sont les suivantes :
TABLEAU 11
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<tb>
<tb> Huile <SEP> de <SEP> Concentré
<tb> créosote <SEP> aromatique
<tb> Viscosité <SEP> à <SEP> 99 C, <SEP> centistokes <SEP> 1;56 <SEP> 13,9
<tb> Densité <SEP> -1,044 <SEP> 1,043
<tb> ]Poids <SEP> moléculaire <SEP> moyen <SEP> 189 <SEP> 287
<tb>
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Indice dtaromaticité 99 83
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<tb>
<tb> Facteur <SEP> de <SEP> caractérisation <SEP> K <SEP> 9,2 <SEP> 10,2
<tb> Indice <SEP> de <SEP> réfraction <SEP> nD <SEP> à <SEP> 23 C <SEP> 1,673 <SEP> 1,627
<tb>
Il doit être bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux charges spéciales faisant l'objet des exemples précités ou à la source de la charge,
mais peut s'appliquer à toutes les opérations dans lesquelles on emploie des goudrons très fortement aromatiques de poids moléculaire élevé, des résidus de pétrole et de goudrons de houille ou des concentrés aromatiques provenant des divers traitements d'extraction subis par les fractions de pétrole ou de goudron de houille.
Mais il est indispensable que le poids moléculaire moyen de l'hydrocarbure initial soit compris entre environ 100 et environ 400 et sa teneur en aromatiques entre environ 65% et environ 100%. Ces charges d'hydrocarbures peuvent encore se caractériser par le "facteur de caractérisation UOP" tel qu'il est défini dans
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l'ouvrage "Chemical Process Principles, première partie, Material and Energy Balances" par Hougen & Watson, édi- tion de 1950, pages 329-330, le facteur K étant compris entre 9 et 10,9. Il doit être bien entendu que les indi- cations de la description relatives au poids moléculaire et aux hydrocarbures aromatiques concernant un produit dont les caractéristiques sont comprises entre les limites précitées.
Lorsque la teneur en aromatiques de l'hydrocar- bure initial est inférieure à 65%, les additifs précités n'exercent pas d'influence appréciable sur la structure du noir de carbone obtenu. Il est nécessaire, pour que- leur efficacité soit la meilleure, que le degré dtaroma- ticité de l'hydrocarbure initial soit compris entre 75% et 100%, son poids moléculaire moyen entre 150 et 350 et son facteur de caractérisation K entre 9 et 10,5. la figure 4 est un graphique qui indique la re- lation entre le pouvoir d'absorption d'huile et la gros- seur des particules ou la surface de contact des divers types de noirs de carbone dont il est question.
Ainsi qu'il a déjà été dit, les caractéristiques d'absorption d'huile d'un noir de carbone rapportées au diamètre moyen des particules de ce noir sont un indice de la caracté- ristique de structure du noir.
Les valeurs du pouvoir d'absorption d'huile en cm3/kg de noir de carbone ont été portées sur le graphi- que de la figure 4 en fonction du diamètre moyen des particules en millimicrons.
La bande de ce graphique désignée par "bande d'absorption normale* comprend les noirs de carbone de
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"channel" (de traitement doux, de traitement modéré, de traitement dur et les noire de "channel" de forte coloration) et les noire fine de four FF et semi-renforcés de four SRF, obtenue à partir du gaz ou du gaz enrichi dthuile. Ce sont les noirs compris dans cette bande qui ont été désignée ci-dessus tous le non de noirs de structure normale. Au-dessous de cette bande de structure normale, les noire de la zone dite région d'absorption sous-normale sont dits noire de faible structure, et au-dessus de la bande de structure normale, les noirs de la zone dite région d'absorption super-normale sont dits noirs de forte structure.
Ces noirs sont les noirs d'acétylène et les noirs de four, qu'on obtient normalement par des opérations du type décrit ci-dessus avec une charge aromatique de poids moléculaire élevé. la caractéristique du noir désignée parfois sous le non -d'indice de structure- consiste, dans le rapport entre la caractéristique d"absorption d'huile d'un noir donné, en particules d'un diamètre moyen connu, et le pouvoir d'absorption d'huile d'un noir en particules du même diamètre moyen et de structure normale, multiplié par 100. Les diamètres moyens des particules indiqués sur ce graphique et d'autre part dans la description ont été déterminés par le procédé du microscope électronique.
Le procédé de l'invention s'applique à la préparation de divers types de noirs de four et permet de préparer avec les résidus d'hydrocarbures lourds définis ci-dessus divers types de noirs de four, par exemple de la qualité FF qui r.'ont pu être préparés jusqu'à, présent qu'à partir d'un gaz initial ou d'un gaz enrichi d'huile.
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Le procédé de l'invention permet aussi de préparer des noire de four de la finesse des principaux types de noirs de four actuellement d'usage courant, Nais .dont le pouvoir d'absorption d'huile est notablement moindre. La proportion d'additif nécessaire à la préparation des noirs de four en particules plus fines est généralement inférieu-
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'\ ";$i r' \ :"i)' '- re à celle qui est nécessaire à la préparation de noirs 1 .t};;i" ... -':
't"" en particules plus grosses pour en diminuer dans des conditions comparables les caractéristiques d'absorption
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.r 1\..",. or d'huile. la relation entre la proportion d'additif et la grosseur des particules du noir et l'application de l'invention à la préparation de divers types de noirs de carbone sont indiquées par le graphique de la figure 5 qui donne les résultats obtenus avec un additif d'hydroxyde de potassium et dont les courbes représentent les valeurs du pouvoir d'absorption d'huile en cm3/kg de noir, en fonction de la proportion de l'additif choisi, en gramme d'hydroxyde de potassium par litre d'hydrocarbure initial.
Les diverses courbes de ce graphique représentent respectivement des noirs de four du type FF(four fin) dont la surface de contact est comprise entre 70 et 80 m2/g, les noirs de four de la finesse SRF(four de semi-renforcement) dont la surface de contact est comprise entre 20 et 302m/g, du type GPF(four d'application générale) dont la surface de contact est comprise entre 40 et 50 m2/g, du type HAF (four à forte abrasion) dont la surface de contact est comprise entre 95 et 105 m2/g et du type ISAF (four intermédiaire de super-abrasion) dont la surface de contact est comprise entre 125 et 135 m2/g mais dont les caractéristiques d'absorption d'huile sont notablement moindres.
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Ainsi qu'il ressort de la figure 5. une propertion extrêmement faible d'hydroxyde de potassium a pour effet
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de cl181"..r dans des ooa41 "10118 surprenantes les oarac",'ri."1que. 4'ù8U"pt1oA d4balle. Ce w6anlt*% atwppli4as dtane 88J11tre gdadrale aux colQ884a de potassium. 1Ia8 proportioa ne U,...u.:t pas environ 0,00036 g d'un coaO- *é àe ..--81- f lU' '1 cS'lQ"4roear1 1IX'e initial fait disinosr nettsssnt le 9ouéoiWd'ab*orption d*huile et, aiaai qu'il ressort de la figure 5. cette diminution s'accentus lorsque la proportion du C811pOH de po"tas81ua au6+nùe jU8qu'k une valeur 88%1- d'environ 3.6 gll d$hydrocarbure ini- tial.
Ainsi qu'il a déjà été dit, la proportion la plus avantageuse dépend de la finesse des particules du noir obtenu et de la diminution qu'on désire de la caractéris-
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tique d'absorption d'huile, ainsi que des caractéristiqaes de l'hydrocarbure initial. On recommande généralement d'adopter une proportion au moins égale à environ 0,0012 de composé de potassium par 1 d'hydrocarbure.
Les poids moléculaires moyens dont il est question ci-dessus ont été déterminés par le procédé d'abaissement du point de congélation tel qu'il est décrit par exemple dans l'ouvrage "Encyclopedia of Chemical Technology", Kirk-Othmer, tome 8, page 851, et le pourcentage d'aroma- ticité a été déterminé par le procédé d'absorption par un gel de silice de Mair, tel qu'il est décrit par exemple dans le tome 12 de la même publication à la page 355, en choisissant comme solvant l'éther de pétrole.