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"Four à noir de carbone"
La présente invention est relative à un appareil pour la production de noir de carbone.
Un but de la présente invention est d'offrir un nouvel appareil perfectionné pour la production de noir de carbone par une combustion incomplet' d'hydrocarbures gazeux, du gaz naturel par exemple.
Un autre but est d'offrir un appareil destiné à la pro- duction de noir de carbone possédant un brûleur dans lequel les
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gaz qui sont soumis â une combustion partiel' , ou à une ;&compol'3i- tion thermique sont préc.iaff6s avant leur exposition à un gaz entretenant la cor" L iO'1 .
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Avec ce but en vue, la présente invention offre un 4apiaa,:. , t'til pour la productiion de noir de carbone qui comprend un four équipe d'un conduit d'évacuation dans sa partie supérieure, des moyens pour introduire des gaz comprenant de l'oxygène dans le - ,K 1k four, un brûleur dans ce four et avec une enceinte possédant; une partie supérieure dotée de passages de sortie, une hotte disposée @ autour de ladite partie supérieure et offrant, avèc l'enceinte,, un passage s'ouvrant vers le bas dans le four au-dessus des moyens,,,:
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pour l'introduction des gaz dans celui-ci, ladite hotte étant es-"'; pacée du four afin de laisser un passage annulaire entre eux t;,;
. comportant une cheminée s'étendant vers le haut qui est disposée,
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au-dessus de l'enceinte et en communication avec l'extrémité su-,,Î." périeure des moyens de passage s'étendant vers le bas pour l'in"' < troduction de gaz comportant des hydrocatrbures dans la partie infé"",.
rieure de l'enceinte, et des moyens adjacents à l'extrémité infé- A'.' rieure de la hotte pour modifier l'orifice dudit pasaage annulaires
L'invention comprend en outre, dans un four de produc- tion de noir de carbone, un brûleur comprenant une enceinte prati-
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quement sphérique, des moyens pour introduire des gaz dans ladite enceinte, une hotte pratiquement semi-sphérique disposée autour de ladite enceinte afin d'offrir un passage annulaire s'ouvrant vers le bas entre eux, ladite enceinte possédant plusieurs ajutages s' étendant vers l'extérieur de ladite partie supérieure et offrant des passages communiquant avec ledit passage annulaire s'ouvrant , vers le bas et l'intérieur de l'enceinte,
ladite hotte possédant une cheminée d'évacuation communiquant avec l'extrémité supérieure dudit passage annulaire s'ouvrant vers le haut en un point situé @ au-dessus de ladite hotte à une distance pratiquement égale au
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rayon de ladite enceinte, et des moyens de soupape adjacents à l' extrémité inférieure de ladite hotte et fixés à cette dernière et pouvant s'étendre à partir de celle-ci afin de modifier un passage annulaire entre la hotte et' les surfaces internes du four dans le-
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quel ledit brûleur est situé.
D'autres détails et particularités de l'invention ressor- tiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : j
La figure 1 est une vue en coupe verticale partielle d' un appareil pour la fabrication de noir de carbone suivant l'in- vention.
La figure 2 est une vue en coupe horizontale suivant la ligne 2-2 de la figure 1.
La figure 3 est une vue en coupe partielle d'un fragment de l'enceinte du brûleur et de la hotte.
La figure 4 est une vue en coupe partielle représentant les moyens pour ajuster la position de la hotte sur le brûleur. @
La figure 5 est une vue en coupe verticale suivant la @ ligne 5-5 de la figure 2.
La figure 6 est une vue en coupe verticale d'un appareil pour la fabrication de noir de carbone suivant l'invention, avec une forme modifiée des vannes destinées à commander l'écoulement des gaz transportant de l'oxygène à travers le passage annulaire entre la hotte et le four.
La figure 7 est une vue on coupe suivant la ligna 7-7 de la figure 6,
La figure 8 est une vue en coupe suivant la ligne 8-8 de la figure 7.
La figure 9 est une vue en coupe verticale partielle d' un appareil destiné à la fabrication de noir do carbone suivant
1'invention. la fiqure 10 est une vue on coupe transversele horizonta le suivant la figne 10-10 de la figure 9.
La figre 11est une vue do détail, pettiellemtn el élévation et partiellement on coupe, de l'encene du brûleur et de la hoote, la figura 1. est une vue en coupe partielle représen-
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tant des moyens pour l'ajustage de la position de la hotte sur le brûleur.
La figure 13 est une vue en coupe verticale suivant-la ligne 13-13 de la figure 10.
En se référant plus particulièrement aux figures l à 5 des dessins annexés, lappareil 10 pour la production de noir de carbone suivant l'invention comprend;un four 11 avec un conduit d'évacuation 12 qui peut être connecté à des ventilateurs ou cy- @ clones d'aspiration convenables afin d'éliminer les gaz et le noir de carbone en suspension ou circulant dans ces gaz à partir de l' intérieur du four. Le four puet être doté d'une porte d'achès ap- propriée 13.
Le four possède une partie de paroi pratiquement cy- lindrique 14 et une partie supérieure 15 s'inclinant vers le haut et vers l'intérieur, . l'extrémité supérieure de laquelle est @ connecté le conduit d'échappement d'évacuation 12, Les conduits . , à air 17 et 18 , dotés de vannes de réglage de débit appropriées @
17a et 18a, respectivement, s'étendent dans le four à son extréè mité inférieure pour offrir des moyens grâce auxquels les gaz transportant de l'oxygène peuvent être introduits dans le four.
Un conduit à gaz 20 s'étend également dans le four pour fournir des hydrocarbures gazeux au brûleur 22 qui est situé dans ce four,
Une vanne régulatrice appropriée 23 est prévue dans le conduit à gaz pour régler le débit des hydrocarbures gazeux vers le brûleur,
Le brûleur 22 comprend une enceinte sphérique 25 monté sur quatre pieds 26 qui s'étendent annulairement vers l'extérieur depuis la partie inférieure de l'enceinte. Le conduit à gaz 20 est: connecté au brûleur dans sa partie inférieure centrale, par exemple au moyen d'un raccord 27, de telle sorte que les gaz doi- vent s'écouler vers le haut à travers le brûleur.
La partie supé- rieure ou en forme de dôme du brûleur est dotée de plusieurs bouts ou ajutages d'orifice de sortie 30 dont les parties inférieures réduites 28 pénètrent dans der ouvertures ou alésages convenables
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29 de l'enceinte et sont fixés cette dernière d'une façon appro- priée quelconque, par exemple par soudage, Les ajutages possedent des passages de sortie 31 qui se rétrécissent vers le haut et vers l'extérieur, de telle sorte que les parties d'évacuation supérieu- res des passages ont un plus grand diamètre que leurs parties in- f4rieures.
Il en résulte que les gaz se déplaçant vers le haut à travers les passages 31 depuis l'intérieur de l'enceinte de brûleur 25 perdent de la vitesse alors qu'ils circulent vers le haut et ils ont par conséquent une très faible vitesse de sortie.
Les ajutages ont tous une configuration telle que leurs passages @ 31 s'ouvrent tous vers le haut. Les ajutages sont disposés avec un espacement pratiquement uniforme. La rangée annulaire supérieu- re d'ajutages 26a est agencée en cercle sur l'enceinte à l'exté- rieur de l'extrémité inférieure de la cheminée de sortie 35 d'une hotte 36 placée de façon espacée autour de la partie supérieure de l'enceinte. La rangée ou le cercle inférieur d'ajutages 26a est disposé autour de l'extrémité annulaire inférieure de la hot- te 36.
La hotte est pratiquement semi-sphérique et supportée de façon espacée sur la partie supérieure de l'enceinte afin de for- mer un passage annulaire 38, grâce à plusieurs goujons filetés
40 qui sont fixés rigidement 4 l'enceinte du brûleur et sur les- quels sont vissés des manchons d'écartement 41,
Il sera évident que quand les manchons d'écartement 41 sont amenés à tourner dans un sens, ils se déplacent plus fortement vers l'intérieur sur les goujons 40 et lorsqu'ils sont mis en rot tion dans l'autre sens, ils s'étendent plus fortement vers l'exté- rieur des extrémités externes des goujons 40.
Ainsi, la position de la hotte et la largeur effective ou l'orifice du passage annu- laire 38 peuvent être ajustés en réglant la position de la hotte ; sur l'enceinte. Les manchons peuvent être fixés dans impe de quelle position ajustée sur les goujons par des moyens appro- priés quelconques, comme par exemple des vis de serrage 42.
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La hotte incurvée annulaire est dotée d'un registre ou moyen de commande de débit 50 pour modifier le rapport du débit de l'air à travers le passage annulaire 38 et à travers le passage @ annulaire 51 entre la hotte et le four. Les moyens de commande de . débit peuvent comprendre plusieurs segments ou plaques incurvées
54 dont les extrémités adjacentes se chevauchent et qui sont sup- portées de façon ajustable au moyen de boulons 55 qui traversent des ouvertures alignées allongées convenables 57 dans les segments
54 et dans les ailes horizontales 60 d'équerres 61 fixées rigide- ment à la hotte, par exemple par soudage.
Les boulons sont évi- demment dotés d'écrous 63 et de rondelles 64 qui chevauchent la largeur des fentes. il sera évident que quand les segments 54 sont déplacés vers l'extérieur, l'orifice efficace du passage d'écoulement annu- laire 51 est diminué , tandis que le passage 38, dont l'extrémité inférieure est définie par la surface externe de l'enceinte du brûleur et les barda internes des segments, est augmenté.
Inver- sèment, lorsque les segments sont déplacés vers le haut, le passa- ge d'écoulement 51 est augmenté et, si les segments 54 sont dépla- cés vers des positions telles qu'ils s'étendent au-delà du bord inférieur de la hotte vers la surface externe de la surface du brûleur, l'orifice efficace du passage annulaire 38 est diminué, t'oxygène en tant que constituant de l'air est introduit dans le four 11 par l'intermédiaire des conduits ou tuyaux d'ad- mission d'air 17 et 18 sous un débit commandé par les soupapes 19 et 20 et, simultanément, des hvdrocarbures gazeux tels que du gaz', naturel,
sont amenés à s'écrier sous un débit commandé par la dans vanne régulatrice 23 @ l'extrémité inférieure de l'enceinte et ensuite vers l'extérieur et vers le haut à travers les passages
31 des ajutages dans le passage annulaire 38, L'air transportant de l'oxygène s'écoule dans le four en dessous de l'enceinte du brûleur, une partie s'écoulant vers le haut dans l'extrémité infé-
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rieure du passage annulaire 51 entre la hotte et le four. Le rap- port entre les débits de gaz dans la chambre ou le passage de combustion 38 et le passage 51 est évidemment commandé par les moyens de commande de débit 50. Les gaz transportant de l'oxygène seulement .
,et s'écoulant dans la chambre de combustion ne s'écoulent pas, vers l'extérieur et par les ajutages de sortie dans la chambre, mais s'écoulent également vers le haut et sur la partie en dôme entre la surface externe de l'enceinte du brûleur et les ajutages afin d'obtenir un mélange poussé de l'air avec les hydrocarbures galeux s'écoulant vers l'extérieur des passages de chacun desdit$ ajuta- ges de sortie et également de façon à procurer de l'oxygène pour le mélange avec les hydrocarbures gazeux l'écoulant depuis chacun dos ajutages do sortie.
L'oxygène ainsi introduit et mélangé avec les hydrocarbures gazeux N'écoulant à faible vitesse depuis les ajutages de sortie provoque une combustion partielle des hydrocar bures gazeux et augmente la tompérature du gaz dans la chambre de combustion. L'air s'écoula vers la haut travers la pansage annu- laire 38 où un mouvement de tourbillon ou en spirale est induit dans les gaz qui s'y écoulent alors qu'ils se déplaçant vers la cheminée de sortie 35 de la hotte.
Ce mouvaient en spirale des gaz chauds et des produits de la combustion partielle des hydrocar- bures gazeux les amènent à venir en contact avec lea surfaces in- ternes de la hotte 36 et. de la cheminée de sortie ou d'évacuation qui agissent en tant que catalyseurs de contact pour amener les produits de la combustion partielle des hydrocarbure. A se frac- tionner et à former du noir de carbone.
L'augmentation de la température dans la chambre provo- quée par cette combustion partielle provoquo évidemment une accélé- ration de la vitesse d'écoulement des qaz à travers la cheminée d' évacuation dans la partie supérieure du four imédiatoment en des- sous de l'entrée du conduit d'évacuation 12 du four,
les gaz et le noir de carbone qui s'y trouvent on suspension se déplaçant
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vers le haut et vers l'extérieur du conduit d'évacuation 35 et étant mélangés dans la partie supérieure du four avec l'air relati-
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vement plus froid s'écoulant vers le haut entre l'enceinte d bru" ." leur et la hotte et le four en circulant vers le conduit d'évacua- tion 12 du four pour être envoyés ensuite à un appareil de sépara- tion convenable.
La température dans la chambre de combustion 38 et le conduit 35 de la calotte ne peut pas atteindre une température excessive ou indésirable à cause de l'effet de refroidissement de l'air s'écoulant vers le haut à travers le four à l'extérieur de la calotte et de sa cheminée. Le four n'est pas isolée de telle
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sorte qu'il conduit la chaleur proveant de l'intérieur du four.,'1 ', . contribue à refroidir les gaz dans celui-ci.
La quantité et'io y, type de carbone produit par l'appareil peuvent être modifies non, @ seulement en modifiant la vitesse d'introduction des hydrocarbures
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qaxuux dans l'enceinte et des gaz transportant l'oxygène dans la " j/ four, mais chôment en modifiant ou en réglant le rapport entre les débits des gaz transportant l'oxygène dans le passage annulaire) ou chambre de combustion 38 et dans le passage 51 entre la calotte* ;
et le four,, @
Il sera évident que les hydrocarbures gazeux avant d'être évacués à travers les passages 31 de t'enceinte de sortie sont- préchauffés dans l'enceinte 25, étant donné qu'ils testent pendant
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unf période appréciable dans cette enceinte à cause de sa relut Îllj ' '' vement grande capacité et parce que la température a l'intérieur de l'enceinte du brûleur est élevée à cause de la libération de chaleur provenant, de la combustion partielle des hydrocarbures gazeux dans le passage annulaire 38.
Les hydrocarbures s'écoulant
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dans la chambre de combustion sont primitivement mis à feu/de façon ' appropriée quelconque, par exemple à l'aide d'une flamme"introàliite>1 dans la chambre de combustion, l'accès au brûleur dans'ce but :: étant- obtenu grâce à la porte d'accès 13. i ,,i.i'/ L'on se rendra à présent compte que l'appareil pour la @
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production de noir de carbone comprend un four 11 possédant un
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conduit d'évacuation 12 a son extrémité supérieure, à trtvers la" quel les produits de la combustion partielle d'hydrocarbure et
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d'oxygène ont ret(éx du four, un brûleur 22 disposé dans la partie inférieure du four et alimenté en 'hydrocarbures gazeux au.
moyen d'un tu2nu ou conduit d'admission 20 qui 0'6tendcbno le four, et des tuyaux olqonduits d'admission d'oxygène ou d'air 17 ou 16 qui introduisent à,,\Iloxygène dans le four sous un débit commande pour ne permettre qu'une combustion partielle seulement des hydro- carbures gazeux, L'on se rendra en tre compte que le brûleur comprend une enceinte de préchauffée 25 dans laquelle les hydrocarbures
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sont admis pour préchaufface, q"L encainte est Sxat.quemsnt sont admis pour préchauffée, u",,llenceinte est pratiquement aph6rique et que sa partie ,
upêrfeye en dôme possède des ajutages de sortie 30 qui s'étendent vues l'ex1'%%-rieur depuis sa partie eu- périeure et qui sont dotés de pacages a "évacuation ou de sortie 31 dont le diamètre augmente vers l'extérteùr.-usqu'aux extrémités extérieures des ajutages afin de réduire la vite!:.'; des hydrocar-
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bures s'échappant par les extrémités d'évacuation des'p,qsages de sortie.
L'on se rendra encore compte que les extrémités extérieu- res des ajutages sont espacées de la partie supérieure de l'encein- te afin de permettre aux gaz transportant de l'oxygène tels que l'air, de circuler entre les extrémités supérieures des ajutages et en dessous de celles-ci, de telle sorte que le courant d'hydres
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carbures gazeux s'ëcoulant partir de chaque ajutage reçoit de l'oxygène sous un débit qui permet une combustion partielle prati- quement uniforme dés hydrocarbures s'écoulant à partir de tous les ajutages,
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L'on se rendra également compte qu<. e brûleur 't. doté d'une calotte pratiquement semi-sphérique 36, qui recouvre télé- scopiquement la partie supérieure de l'enceinte du brûleur afin
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de doter cette ence;;
ite d'un passage annulaire Incurvé vers l'in-
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térieur et vera le haut 31, à travers leque de l'air peut circu- ler vers le haut jusqu'à ajutages et ensuite à travées le passage annulaire vers le condui; d'évacuation 35 de la carotte situé au- dessus de la partie supérieure centrale de l'enceinte du brûleur,
L'on se rendra en outre compte que le volume du passage annulaire 38 peut être réglé en modifiant la position de la calotte. sur le sommet du brûleur, et il est clair que le volume est aug- Mente si les manchons d'écartement 41 sont mis en rotation de fa- çon à être déplacé vers l'extérieur sur les goujons 40.
L'on remarquera en outre que l'appareil comprend un pas- sage pour dériver une partie de l'air introduit dans le four entre la calotte et les surfaces internes du four, de telle sorte que la température à l'intérieur du passage annulaire 38 et du conduite d'évacuation 35 est commandée et ne peut pas atteindre des valeurs excessives, grâce aux moyens de commande de débit.
L'on se rendra aussi compte qu'avant le mouvement des gaz chauds et du carbone qui y est en suspension depuis la chemi- née d'évacuation 35 de la calotte vers le conduit d'évacuation. 12 du four, ils sont mélangés avec de l'air s'écoulant vers le haut @ à travers le passage annulaire 51 entre la calotte et le four.
En se référant à présent plus particulièrement aux figu- res 6,7 et 8 des dessins, la variante de réalisation de l'appa- reil qui y est représentée est pratiquement analogue à l'appareil 10 et, par conséquent, les éléments de l'appareil ont été désignés par les mêmes références, suivies du suffixe "a", que les éléments correspondants de l'appareil 10.
Les moyens de commande de déblt 50a de la calotte 36a comprennent plusieurs sections ou plaques @ incurvées pratiquement cylindriques 101 qui sont fixées à pivote- ment à la calotte 36a par des moyens appropriés quelconques, par exemple à l'aide de charnières 102 dont les éléments inférieurs 10 sont fixés rigidement à la surface extérieure des plaques incurvées et dont les éléments supérieurs 104 sont fixés à la surface exté-
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rieure de la calotte.
Une paire de segments diamétralement opposés 101a et 101b s'étend par les parties d'extrémité externes en des- sous des segments adjacents 101c et 101b, lolo et 101f, respoc- tivement, en association de chevauchement avec ceux-ci, de telle sorte que quand les segments 101a et 101b sont relevés, les autres segments le sont également.
Chacune des plaques 101a et 101b peut être déplacée vers le haut par un embiellage convenable 105 qui comprend un levier coudé 106 fixéà pivotement, comme indiqué en 107, à une équerra 108, fixée rigidement à la calotte 36a et qui s'étend radialement vers l'extérieur à partir de celle-ci. L'extrémité inférieure d' un bras 109 du levier est fixée à pivotement aux segments 101a ou 101b au moyen d'une goupille pivot 110 qui traverse une fente allon gée convenable 101 du levier coudé et qui est fixée à une patte 112 qui s'étend radialement vers l'extérieur depuis la plaque.
Le levier coudé peut être amené à pivoter autour de la goupille 107 au moyen d'une tige 115 qui s'étend à travers un palier convenable 116 fixé au four et dont l'extrémité interne est munie d'un bras
118 qui s'étend à travers une fente allongée 123 dans l'autre bras 124 du levier, L'extrémité extérieure de la tige peut présen- ter une partie de poignée 125.
Un collier ou anneau de butée 126 peut être fixé au levier en une position ajustée quelconque sur celui-ci, au moyen d'une vis de serrage 127, afin de limiter le déplacement vers l'intérieur du levier,
Il sera évident que quand la tigo coulissante 115 est déplacée vers l'intérieur, le levier coudé est amené à pivoter pour déplacer son bras inférieur vers le haut et faire pivoter sa plaque assciée lOla ou 101b et les plaques adjacentes sur les extrémités pposées de celles-ci vers le haut, afin de diminuor l'orifice effectif du passage annulaire' 51a contre la cadette el le four et.' lorsqu'elle est déplacée vers l'exterpour,
les plaques sont déplace es vers le bas afin d'augmenter l'orifice effectif du
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Il sera également évident que la commande de débit 50a est ajustable depuis 1 extérieur du four.
Il sera à prient évident que l'appareil 100 travaille de la même façon que 1 appareil la pour produire du noir de car- bone à partir d'hydrocarbures.
L'on se rendra en outre compte que bien qu'un type parti- culier de moyens de soupape ou de registre pour commander l'orifi- ce et, par conséquent, le débit de l'air, à travers le passage annulaire entre la calotte et le four ait été illustrée et décrit, n'importe quel autre moyen de soupape ou de registre convenable peut être utilisé dans ce but.
Par exemple, les segments ou plaques 50 ou 101 peuvent âtre fixés aux parois intérieures du four, au lieu de l'être à la calotte.
L'on se rendra en outre compte que la cheminée d'évacua- tion 35 de la calotte a une longueur importante, approximativement égale au rayon de l'enceinte 25, de telle sorte que les gaz prove- nant du passage annulaire s'écoulent vers le haut pendant une pé- riode appréciable avant de se mélanger avec l'air se déplaçant vers le haut à travers le passage 51.
Une autre variante de réalisation d'un appareil 210 pour la production de noir de carbone suivant l'invention est représen- tée aux figures 9 à 13, dans laquelle les éléments du four sont pratiquement analogues à ceux de la première forme de réalisation décrite et portent les mêmes références précédées du chiffre "2".
Lu four possède une partie de paroi pratiquement cylin- drique 214 et une partie supérieure s'inclinant vers le haut et vers l'intérieur ou tronconique 215, à l'extrémité supérieure de laquelle est connecté le conduit à fumée ou d'évacuation,212. Des conduits d'admission d'air 217 et 218, munis de vannes régulatri- ('NI de débit convenables 217a ot 218a, respectivement, s'étendent .
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dans le four à sa partie d'extrémité inférieure pour offrir des moyens grâce auxquels des gaz transportant de l'oxygène peuvent être introduits dans le four.
Un conduit à gaz 220 s'étend dans la partie inférieure du four afin de fournir des hydrocarbures ga- zeux au brûleur 222 disposé pratiquement au centre du four et une vanne régulatrice convenable 223 est connectée dans le conduit à gaz 220 afin de régler le débit des hydrocarbures gazeux dans le brûleur.
Sous cette forme, toutefois, la cheminée ou le conduit de sortie 235 à partir de la calotte s'étend vers le haut en com- munication d'écoulement avec le conduit d'échappement 212 à partir !i du four, de telle sorte que tous les gaz et les autres matières circulant vers le haut à travers l'espace entre la calotte et le brûleur et vers le haut à travers la cheminée 35, circuleront vers l'extérieur à travers l'échappement 212 sans communiquer avec le four à l'extérieur de la calotte ou de la cheminée de sortie.
Bien évidemment, l'on peut former dans la cheminée de sortie 235 un joint emboité 235a, entre la calotte et le tuyau de cheminée 212, afin de permettre l'ajustage de la calotte par rapport au brû- leur, si on le désire. ou hotte # La calotte/incurvée annulaire est dotée de moyens de re- gistre ou de commande de débit 250, qui peuvent être analogues aux moyens de commande 50 des figures 1 à 5 ou aux moyens de commande
50a des figures 6 à 8, afin de modifier le rapport de débit de l' air dans le passage annulaire 248 et dans le passage 251 entre la calotte et la paroi du four.
Commereprésenté, toutefois, les moyens de commande de débit peuvent comprendre(plusieurs segments ou pla- ques incurvées 254, dont les extrémités adjacentes se chevauchent et qui sont supportées de façon ajustable au moyen de bouleas 255 qui s'étendent à travers des ouvertures ou fente allongées 4'ignées convenables 257 dans les segments 254 et dans les ailes horizonta- les 260 des équerres 261 fixées rigidement à la hotte, par exemple
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par soudage. Les boulons sont évidemment munis d'éprous et, de rondel les 264, qui chevauchent les ouvertures des dentes.
Un conduit servant d'échappement 265 est formé dans la partie inclinée supérieure de la paroi d'extrémité tronconique su- périeure 215 du four, en un point espacé latéralement de la chemi- née 235 et du conduit de cheminée 212 et il est connecté à un cyclone ou ventilateur d'échappement 270, qui est entraîné par un moteur électrique ou une autre unité d'entraînement.271 support , tée sur un montage 272, afin d'aspirer de l'air ou d'autres gaz transportant de l'oxygène à travers le four, à l'extérieur du brû- -leur et de la calotte et à l'extérieur de la cheminée 235, puis vers l'extérieur à travers le conduit d'échappement 265 en passant;
par le ventilateur et ensuite vers l'extérieur à travers un con- duit ou tuyau d'échappement 273, L'on se rendra ainsi compte que de l'air ou des gaz transportant de l'oxygène aspirés vers l'in- térieur à travers les admissions 217 et 218 seront aspirés partiel- lement vers le haut à travers l'enveloppe du four jusqu'au conduit! d'échappement 265 et seront dirigés vers l'extérieur à travers le vehtilateur 270 et le conduit ou tuyau d'échappement 273,
Plusieurs écrans 275, inclinés vers l'intérieur et vers le haut, sont fixés à la paroi interne 214 du four en une pos'i- tion espacée au-dessus du centre de l'enceinte de brûleur 225 et ,
ils peuvent être constitués par plusieurs sections distinctes in- clinécs vers l'intérieur et vers le haut, qui sont soudées rigide- ment à la paroi du four ou qui peuvent constituer une section pra- tiquement tronconique qui peut être suspendue de façon ajustée .. verticalement au moyen de boulons d'ajustage 280 fixés à leurs ex- -ÏÏ trémités inférieures aux écrans au moyen de manchons filetés 281 et qui traversent la paroi supérieure 215 du four et des manchons ou fourrures de support réglables 285 fixées convenablement à la paroi supérieure du four, de telle sorte que la position de l'é- cran à l'intérieur du four par rapport au brûleur et à la hotte
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peut être ajustée.
De même, si on le désire, l'on peut prévoir plus d'une rangée de ces écrans, la rangée supérieure étant située au- dessus et vers l'intérieur par rapport à la rangée inférieure.
L'oxygène en tant que constituant de l'air est introduit dans le four 211 par l'intermédiaire des conduits ou tuyaux d'ad- mission d'air 217 et 218, sous un débit commandé par l'aspiration engendrée par le ventilateur d'échappement 270 agissant par l'in- termédiaire du conduit d'échappement 265 et par suite de l'échappe-. ment à travers le tuyau de cheminée 212 et ce débit peut encore être commandé par les soupapes 217a et 218a.
Simultanément, des hydrocarbures gazeux, comme par exemple du gaz naturel, sont amenés à s'écouler sous un débit commandé par la vanne régulatrice 223 dans l'extrémité inférieure de l'enceiiite de brûleur 225 puis vers l'extérieur et vers le haut à travers les passages 231 des ajuta- ges dans les passages semi-sphériques incurvés 238 existant entre le dôme de l'enceinte du brûleur et la hotte 236.
Lorsque l'air transportant de l'oxygène s'écoule dans le four en dessfous do 1' enceinte du brûleur, une partie de l'oxygène est dirigea vers le haut dans l'extrémité inférieure du passage annulaire 238 entra la hotte et le four, tandis qu'une partie majeure de l'air est as- pirée vers le haut entre la hotte et la paroi cylindrique 214 du four et également vers le haut Il l'extérieur de la hotte 236 et de la cheminée 235 jusqu'au conduit ou évent d'échappement 205, à par- tir duquelel est aspiré hors du four et envoyén à l'extérieur do celui-ci par le ventilateur 270 et .le t.uyau d'échappement 273.
Le rapport antre les débits de gaz dans la chambre do combustion ou passage 238 et vers le passage annulaire 251 à 1' extérieur de la hotte est évidemment commando par les moyens de commande de débit 250, qui sont ajustables do la façon décrite précédemment.
les gaz transportant, de l'oxygène et s'écoulant dans la chambre du combustion, circulent non seulement vors l'extérieur et
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sur les ajutages de sortie externes 230 dans la chambre 238, mais s'écoulent également vers le Fut et entre la surface externe en dôme de l'enceinte du brûleur et la face inférieure de la hotte et les ajutages introduisant les hydrocarbures gazeux dans le pas- sage d'écoulement ou de combustion semi-sphérique permettent un mélange poussé de l'air avec les hydrocarbures gazeux s'écoulant vers l'extérieur des passages 231 de chacun des ajutages de sor- tie et permettent également un mélange des gaz transportant l'oxy- gène avec les hydrocarbures gazeux s'écoulant à partir de chacun @ n des ajutages de sortie en une qualité désirée pour
provoquer la combustion incomplète telle que décrite plus en détail ci-après.
Les gaz transportant de l'oxygène qui sont ainsi introduits et mélangés avec les hydrocarbures gazeux s'écoulant à faible vitesse à partir des ajutage de sortie 230, provoquent une combustion par- tielle avec les hydrocarbures gazeux et augmentent la température du gaz dans la chambre de combustion. Les gaz ou l'air transpor- tant de l'oxygène s'écoulent vers le haut à travers le passage an- nulaire semi-sphérique 238, ou un mouvement tourbillonnant ou en spirale est induit dans les gaz qui s'y écoulent alors qu'ils se déplacent vers l'extrémité inférieure de la cheminée de sortie 235 à l'extrémité supérieure de la hotte.
Ce mouvement en spirale des gaz chauds et des produits de la combustion partielle des hy- drocarbures gazeux les amènent à entrer en contact avec les surfa- ces internes de la hotte 236 et de la cheminée de sortie d'évacua- tion 235, qui agissant en tant que catalyseurs de contact afin d'amener les produits de la combustion partielle des hydrocarbures à se fractionner et à former du noir de carbone. l'augmentation de température dans la chambre de combus- tien provoquée par cette combustion partielle des gaz entraîne évidemment une accélération de la vitesse d'écoulement dos gaz à travers la (cheminée d'évacuation et vers l'extérieur à travers le tuyau de cheminée d'échappement 212.
Toutefois,à cause de 1'
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écoulement d'air froid introduit dans le four par la succion ou l'aspiration du ventilateur d'échappement à travers l'évent d'échap- pement 265, air qui s'écoule vers le haut le long do l'extérieur ou de la surface externe de la hotte 236 et le long de l'extérieur de la cheminée d'échappement 235, une commande de la température des gaz s'écoulant à travers la chambre de combustion 238 et la cheminée 235 est possible. L'air aspiré à travers les admission.
217 et 218 et qui circule vers le haut le long de l'extérieur de la hotte et de l'extérieur de la cheminée d'échappement jusqu'à l'évent d'échappement 265 maintiendra par conséquent la températu- re à 1' intérieur de la hotte de la chambre de combustion et de la cheminée à une valeur maximum désirée, de telle sorte que la chalsu et la température à l'intérieur de la chambre de combustion et de la cheminée 235 à partir de la hotte ne peut pas atteindre des valeurs excessives ou indésirables à causa de l'effet de refroi- dissement de l'air ou des gaz transportant de l'oxygène qui s'écou- lent vers le haut dans le four à l'extérieur de la hotte et de la cheminée.
Les écrans 275 inclinés vers l'intérieur dirigent éga- lement l'air de refroidissement aspiré vers l'intérieur à travers les admissions et s'écoulant le long de l'extérieur de la hotte et de la cheminée d'échappement vers cette hotte et cette cheminée afin d'augmenter l'échange thermique qui s'établit entre ces élé- ments et les gaz transportant de l'oxygène ou l'air qui passent dans le four à l'extérieur de la hotte et de la cheminée. La paroi et le sommet du four ne sont pas isolés, de teJle sorte qu'ils transmettent la chaleur depuis l'intérieur du four à travers la pa- roi 214 et le sommet 215 de celui-ci et contribuent à refroidir les gaz dans le four.
La quantité et le type de carbone r -,duit }.la; l'apparatn peuvent être modifiés non seulement on modifiant la vitesse d'in- troduction des hydrocarbures gazeux dans l'enceinte ainsi que des gaz transportant de l'oxygène dans le four, mais également en mo-
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difiant ou en ajustant le rapport entre les débits des gaz trans- portant de l'oxygène dans le passage annulaire ou la chambre de com bustion 238 et des gaz de refroidissement s'écoulant le long de l' extérieur de la hotte 236 et de la cheminée d'échappement 235 à travers le passage 251 vers le conduit d'échappement 265.
Il sera évident que des hydrocarbures gazeux, avant d' être évacués à travers les passages 231 de l'enceinte du brûleur, sont préchauffés dans cette enceinte 225, étant donné qu'ils res- tent pendant une période de temps appréciable dans l'enceinte! cause de la relativement grande capacité de celle-ci et étant donné, que la température à l'intérieur de l'enceinte du brûleur est éle- vée à cause de la libération de chaleur provenant de la combustion partielle des hydrocarbures gazeux dans le passage de brûleur an- nulaire 238.
Les hydrocarbures s'écoulant dans la chambre de com- bustion sont mis à feu à l'origine d'une façon appropriés quel- conque, par exemple grâce à une flamme introduite dans la chambra de combustion, l'accès au brûleur dans ce but étant obtenu par 1,' intermédiaire de la porte d'accès 213.
L'on se rendra également compte que l'appareil pour la production de noir de carbone comprend un four 211 possédant un conduit d'évacuation 212 à son extrémité supérieure, par l'intermé- diaire duquel les produits de la combustion partielle des hydrocar- bures et de l'oxygène sont retirés du four, un brûleur 222 est dis- posé dans la partie inférieure du four et alimenté en hydrocarbures gazeux au moyen d'un tuyau ou conduit d'admission 220 qui pénètre dans le four, et des conduits ou tuyaux d'admission de gaz ou d'air transportant de l'oxygène, 217 et 218, qui introduisent les gaz transportant de l'oxygène dans le four sous des débits commandés afin de ne permettre qu'une combustion partielle des hydrocarbures gazeux.
L'on se rendra également compte que l'enceinte de brin-, leur 225 agit en tant que dispositif de préchauffage dans lesquels, les hydrocarbures sont admis pour un préchauffage, que l'enceinte
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est pratiquement sphérique et que sa partie supérieure en formede dôme possède des ajutages de sortie 230 qui s'étendent vers l'ex- térieur depuis la partie supérieure et qui sont dotés de passages ou d'évacuation/de sortie 231 dont le diamètre s'évase et augmente vers l'extérieur jusqu'à l'extrémité externe des ajutages afin de réduire la vitesse des hydrocarbures s'échappant à travers les passages.
L'on se rendra en outre compte que les extrémités exter- nes des ajutages sont espacées dans la partie supérieure ou de dôme de l'enceinte afin de permettre aux gaz transportant de 1'oxygène. tels que l'air, de circuler entre les extrémités supérieure!) des ajutages et en dessous de celles-ci, de telle sorte que le courant dhydrocarbures gazeux s'écoulant à partir de chaque ajutage est alimenté en oxygène sous un débit qui permet une combustion par- tielle pratiquement uniforme des hydrocarbures s'écoulant à partir de tous les ajutages.
1.'on se rendra encore compte que le brûleur est doté d' une hotte pratiquement semi-sphérique 236 qui recouvre de façon téléscopique la partie de dôme supérieure de l'enceinte du brûleur afin de former, avec l'enceinte, un passage do combustion annulai- re ou semi-sphérique incurvé vers l'intérieur et vers le haut 238, à travers lequel de l'air peut s'écouler vers le haut jusqu'aux ajutages et ensuite à travers le passage annulaire vers le conduit ou cheminée d'évacuation de la calotte, disposée au-dessus de la partie supérieure centrale de l'enceinte de brûleur à partir de laquelle les gaz brûlés et le noir de carbone sont évacués à tra- vers l'évont 212 pour le traitement et l'emmagasinage ultérieure.
L'on se rendra également compta que le volume du passade annulaire 238 peut. être ajusté en modifiant, la positon de la hot- te par rapport: au sommet ou dôme de l'enceinte d, brûleu, et i' est évident que le volume est augmenté si les m chons d'6carLe- ment 241 sont, mis en rotation de façon à les déplacer vers l'ex-
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térieur sur les goujons 240.
De même, l'on remarquera en particulier que des moyens sont prévus pour aspirer un volume d'air vers l'in- térieur à.travers les admissions et vers le haut à travers le four jusqu'au conduit d'échappement 265, de telle sorte que l'air circulant à travers le four peut être commandé aux admissions d' air par les vannes ou registres 217a et 218a ou en modifiant la vitesse de rotation du ventilateur d'échappement, de telle sorte que l'effet de refroidissement de l'air traversant le four à l'ex- térieur de la hotte 236 et la cheminée d'échappement 235 peut être commandé afin de commander la température des gaz ayant subi une combustion partielle à l'intérieur de la hotte et de la cheminée d'échappement,
De même,
l'on se rendra aussi compte qu'avant le mouve- ment des gaz chauds et du carbone qui y est en suspension depuis la cheminée d'évacuation de la hotte vers le tuyau de cheminée d' échappement 212 du four, ils sont refroidis par le contact de l' air circulant le long de l'extérieur de la cheminée d'échappement et qu'une commande précise est offerte en ce qui concerne les gaz transportant de l'oxygène qui traversent le four par l'intermédiai- re du passage de combustion annulaire 238 et du passage de refroi- dissement 251, en commandant la vitosse ou le volume de débit de l'air provoqué par le ventilateur d'échappement 270 et en commandant l'air introduit à travers les admissions 217 et 218, au moyen des registres 217a et 218a.
Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Carbon black oven"
The present invention relates to an apparatus for the production of carbon black.
An object of the present invention is to provide a new and improved apparatus for the production of carbon black by incomplete combustion of gaseous hydrocarbons, for example natural gas.
Another object is to provide an apparatus for the production of carbon black having a burner in which the
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Gases which are subjected to partial combustion, or thermal decomposition, are precised before their exposure to a gas maintaining the cor "L 10".
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With this aim in view, the present invention provides a 4apiaa,:. , t'til for the production of carbon black which comprises a furnace fitted with an exhaust duct in its upper part, means for introducing gases comprising oxygen into the -, K 1k furnace, a burner in this oven and with an enclosure having; an upper part provided with outlet passages, a hood arranged around said upper part and offering, with the enclosure, a passage opening downwards into the oven above the means ,,,:
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for the introduction of gases therein, said hood being removed from the furnace in order to leave an annular passage between them t;,;
. having an upwardly extending chimney which is disposed,
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above the enclosure and in communication with the upper end of the passage means extending downwards for the introduction of gas comprising hydrocatrbons in the lower part. ",.
upper part of the enclosure, and adjacent means at the lower end. top of the hood to modify the orifice of said annular pasaage
The invention further comprises, in a furnace for the production of carbon black, a burner comprising a practical enclosure.
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cally spherical, means for introducing gases into said enclosure, a substantially semi-spherical hood arranged around said enclosure in order to provide an annular passage opening downwardly between them, said enclosure having several nozzles extending towards the 'exterior of said upper part and offering passages communicating with said annular passage opening, downwards and inside the enclosure,
said hood having an exhaust chimney communicating with the upper end of said annular passage opening upwardly at a point above said hood at a distance substantially equal to
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radius of said enclosure, and valve means adjacent to and attached to the lower end of said hood and extending therefrom to modify an annular passage between the hood and internal surfaces of the hood. oven in the-
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which said burner is located.
Other details and features of the invention will emerge from the description below, given by way of non-limiting example and with reference to the accompanying drawings, in which:
Figure 1 is a partial vertical sectional view of an apparatus for the manufacture of carbon black according to the invention.
Figure 2 is a horizontal sectional view taken along line 2-2 of Figure 1.
Figure 3 is a partial sectional view of a fragment of the burner enclosure and the hood.
FIG. 4 is a partial sectional view showing the means for adjusting the position of the hood on the burner. @
Figure 5 is a vertical sectional view taken along line 5-5 of Figure 2.
Figure 6 is a vertical sectional view of an apparatus for the manufacture of carbon black according to the invention, with a modified form of the valves for controlling the flow of gases carrying oxygen through the annular passage between hood and oven.
Figure 7 is a sectional view along line 7-7 of Figure 6,
Figure 8 is a sectional view taken along line 8-8 of Figure 7.
Figure 9 is a partial vertical sectional view of an apparatus for the manufacture of carbon black according to
The invention. Figure 10 is a horizontal cross-sectional view along line 10-10 of Figure 9.
Figure 11 is a detail view, pettiellemtn el elevation and partially cut, of the encene of the burner and the hood, Figure 1. is a partial sectional view shown.
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both means for adjusting the position of the hood on the burner.
Figure 13 is a vertical sectional view taken along line 13-13 of Figure 10.
Referring more particularly to Figures 1 to 5 of the accompanying drawings, the apparatus 10 for the production of carbon black according to the invention comprises: a furnace 11 with an exhaust duct 12 which can be connected to fans or cycles. Suction clones suitable for removing gases and carbon black suspended or circulating in these gases from the interior of the furnace. The oven can be fitted with a suitable access door 13.
The oven has a substantially cylindrical wall portion 14 and an upper portion 15 tilting upward and inward. the upper end of which is connected the discharge exhaust duct 12, The ducts. , air 17 and 18, fitted with appropriate flow control valves @
17a and 18a, respectively, extend into the furnace at its lower end to provide a means by which oxygen carrying gases can be introduced into the furnace.
A gas duct 20 also extends into the furnace to supply gaseous hydrocarbons to the burner 22 which is located in this furnace,
A suitable regulating valve 23 is provided in the gas pipe to regulate the flow of gaseous hydrocarbons to the burner,
The burner 22 comprises a spherical enclosure 25 mounted on four legs 26 which extend annularly outward from the lower part of the enclosure. The gas pipe 20 is: connected to the burner in its lower central part, for example by means of a connector 27, so that the gases must flow upwards through the burner.
The upper or dome-shaped part of the burner is provided with a number of outlet tips or nozzles 30, the reduced lower parts 28 of which enter into suitable openings or bores.
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29 of the enclosure and are fixed to the latter in any suitable manner, for example by welding. The nozzles have outlet passages 31 which narrow upwards and outwards, so that the parts upper discharge passages have a larger diameter than their lower parts.
As a result, the gases moving upward through the passages 31 from inside the burner enclosure 25 lose velocity as they flow upward and therefore have a very low exit velocity. .
The nozzles are all configured such that their passages @ 31 all open upward. The nozzles are arranged with substantially uniform spacing. The upper annular row of nozzles 26a is arranged in a circle on the enclosure outside the lower end of the outlet chimney 35 of a hood 36 spaced apart around the upper part of the hood. the enclosure. The lower row or circle of nozzles 26a is disposed around the lower annular end of the hood 36.
The hood is practically semi-spherical and spaced apart on the upper part of the enclosure to form an annular passage 38, by means of several threaded studs.
40 which are rigidly fixed 4 to the burner enclosure and on which are screwed spacer sleeves 41,
It will be evident that when the spacer sleeves 41 are rotated in one direction they move more strongly inward on the studs 40 and when they are rotated in the other direction they move more strongly inwardly on the studs 40 and when rotated in the other direction they move inward. extend more strongly outward from the outer ends of the studs 40.
Thus, the position of the hood and the effective width or orifice of the annular passage 38 can be adjusted by adjusting the position of the hood; on the speaker. The sleeves may be fixed in any of any fitted position on the studs by any suitable means, such as, for example, set screws 42.
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The annular curved hood is provided with a flow rate damper or control means 50 for changing the ratio of air flow through the annular passage 38 and through the annular passage 51 between the hood and the oven. The means of ordering. flow can include multiple segments or curved plates
54 having adjacent ends overlap and which are adjustably supported by means of bolts 55 which pass through suitable elongated aligned openings 57 in the segments
54 and in the horizontal flanges 60 of brackets 61 fixed rigidly to the hood, for example by welding.
The bolts are of course provided with nuts 63 and washers 64 which overlap the width of the slots. it will be evident that when the segments 54 are moved outward, the effective orifice of the annular flow passage 51 is decreased, while the passage 38, the lower end of which is defined by the outer surface of the burner enclosure and the internal barda of the segments, is increased.
Conversely, as the segments are moved upward, the flow passage 51 is increased and, if the segments 54 are moved to positions such that they extend beyond the lower edge of the body. the hood towards the outer surface of the burner surface, the effective orifice of the annular passage 38 is reduced, oxygen as a constituent of the air is introduced into the furnace 11 via the ducts or pipes of air intake 17 and 18 under a flow controlled by valves 19 and 20 and, simultaneously, gaseous hydrocarbons such as natural gas,
are caused to flow at a flow rate controlled by the regulator valve 23 @ the lower end of the enclosure and then outward and upward through the passages
31 of the nozzles in the annular passage 38, The oxygen carrying air flows into the furnace below the burner enclosure, some of it flowing upward into the lower end.
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upper of the annular passage 51 between the hood and the oven. The ratio between the gas flow rates in the combustion chamber or passage 38 and the passage 51 is obviously controlled by the flow control means 50. The gases carrying oxygen only.
, and flowing into the combustion chamber do not flow, outward and through the outlet nozzles into the chamber, but also flow upward and over the domed portion between the outer surface of the chamber. burner enclosure and nozzles in order to obtain a thorough mixing of the air with the scaly hydrocarbons flowing outwardly from the passages of each of said outlet nozzles and also in order to provide oxygen for mixing with gaseous hydrocarbons flowing from each of the outlet nozzles.
The oxygen thus introduced and mixed with the gaseous hydrocarbons flowing at low speed from the outlet nozzles causes partial combustion of the gaseous hydrocarbons and increases the temperature of the gas in the combustion chamber. The air flowed upwardly through the annulus grooming 38 where a vortex or spiral motion is induced in the gases flowing therein as they move towards the exhaust chimney 35 of the hood.
These spiraling hot gases and the products of the partial combustion of the gaseous hydrocarbons cause them to come into contact with the internal surfaces of the hood 36 and. of the outlet or exhaust stack which act as contact catalysts to deliver the products of the partial combustion of the hydrocarbons. To fractionate and form carbon black.
The increase in the temperature in the chamber caused by this partial combustion obviously causes an acceleration of the rate of flow of the gas through the exhaust chimney in the upper part of the furnace immediately below the gasket. '' inlet of the exhaust duct 12 of the oven,
the gases and carbon black therein is moving suspension
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upwards and outwards from the exhaust duct 35 and being mixed in the upper part of the furnace with the relative air.
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colder event flowing up between the enclosure d bru "." Their and the hood and the oven circulating to the exhaust duct 12 of the oven to be sent thereafter to a suitable separating apparatus.
The temperature in the combustion chamber 38 and the duct 35 of the cap cannot reach an excessive or undesirable temperature due to the cooling effect of the air flowing upward through the furnace to the outside. of the cap and its chimney. The oven is not insulated in such
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so that it conducts heat from inside the oven., '1',. helps cool the gases in it.
The quantity and type of carbon produced by the apparatus can be modified not, @ only by modifying the rate of introduction of the hydrocarbons
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qaxuux in the enclosure and gases carrying oxygen in the "j / furnace, but not by modifying or adjusting the ratio between the flow rates of the gases carrying oxygen in the annular passage) or combustion chamber 38 and in the passage 51 between the cap *;
and the oven ,, @
It will be obvious that the gaseous hydrocarbons before being discharged through the passages 31 of the outlet enclosure are preheated in the enclosure 25, since they test for
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an appreciable period in this chamber because of its very large capacity and because the temperature inside the burner chamber is high due to the release of heat from the partial combustion of the hydrocarbons. gas in the annular passage 38.
Hydrocarbons flowing
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in the combustion chamber are initially ignited / in some suitable manner, for example by means of a flame "introduced> 1 in the combustion chamber, access to the burner for this purpose: being- obtained thanks to the access door 13. i ,, i.i '/ We will now realize that the device for the @
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production of carbon black comprises a furnace 11 having a
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exhaust duct 12 at its upper end, through which the products of the partial combustion of hydrocarbon and
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oxygen have ret (ex the furnace, a burner 22 arranged in the lower part of the furnace and supplied with gaseous hydrocarbons.
by means of an inlet pipe or duct 20 which extends the furnace, and oxygen or air inlet ducts 17 or 16 which introduce oxygen into the furnace at a controlled flow rate for allow only partial combustion of only the gaseous hydrocarbons, it will be appreciated that the burner comprises a preheating chamber 25 in which the hydrocarbons
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are admitted for preheating, q "The encainte is Sxat.quemsnt are admitted for preheating, u" ,, the enclosure is practically aphiric and its part,
domed upêrfeye has outlet nozzles 30 which extend outwardly from its upper part and which are provided with outlet or outlet pastures 31 whose diameter increases outwardly. -up to the outer ends of the nozzles in order to reduce the speed!:. '; of hydrocar-
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bures escaping through the des'p evacuation ends, exit qsages.
It will also be appreciated that the outer ends of the nozzles are spaced from the top of the enclosure to allow oxygen carrying gases such as air to flow between the upper ends of the nozzles. nozzles and below them, so that the stream of hydra
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gaseous carbides flowing from each nozzle receives oxygen at a flow rate which allows substantially uniform partial combustion of the hydrocarbons flowing from all nozzles,
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We will also realize that <. e burner 't. provided with a practically semi-spherical cap 36, which telescopically covers the upper part of the burner chamber in order to
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to endow this ence ;;
ity of an annular passage Curved inward
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the interior and the top 31, through which air can flow upwards to the nozzles and then through the annular passage towards the duct; evacuation 35 of the core located above the upper central part of the burner chamber,
It will also be appreciated that the volume of the annular passage 38 can be adjusted by modifying the position of the cap. on the top of the burner, and it is clear that the volume is increased if the spacer sleeves 41 are rotated so as to be moved outward on the studs 40.
It will further be noted that the apparatus comprises a passage for diverting part of the air introduced into the furnace between the cap and the internal surfaces of the furnace, so that the temperature inside the annular passage 38 and the discharge line 35 is controlled and cannot reach excessive values, thanks to the flow control means.
It will also be appreciated that before the movement of the hot gases and the carbon suspended therein from the exhaust duct 35 of the cap to the exhaust duct. 12 of the oven, they are mixed with air flowing upwards through the annular passage 51 between the cap and the oven.
Referring now more particularly to Figures 6, 7 and 8 of the drawings, the alternative embodiment of the apparatus shown therein is substantially analogous to the apparatus 10 and, therefore, the elements of the apparatus. The apparatus have been designated by the same references, followed by the suffix "a", as the corresponding elements of the apparatus 10.
The clearance control means 50a of the cap 36a comprises a plurality of substantially cylindrical curved sections or plates 101 which are pivotally attached to the cap 36a by any suitable means, for example by means of hinges 102 the elements of which are lower parts 10 are rigidly fixed to the outer surface of the curved plates and the upper members 104 of which are fixed to the outer surface.
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top of the crown.
A pair of diametrically opposed segments 101a and 101b extend through the outer end portions below adjacent segments 101c and 101b, lolo and 101f, respectively, in overlapping association therewith, so that when the segments 101a and 101b are raised, the other segments are also raised.
Each of the plates 101a and 101b can be moved upwards by a suitable linkage 105 which includes an elbow lever 106 pivotally fixed, as indicated at 107, to a bracket 108, rigidly fixed to the cap 36a and which extends radially towards the bottom. 'outside from it. The lower end of an arm 109 of the lever is pivotally attached to segments 101a or 101b by means of a pivot pin 110 which passes through a suitable extended slot 101 of the elbow lever and which is attached to a tab 112 which is attached. extends radially outward from the plate.
The elbow lever can be pivoted about the pin 107 by means of a rod 115 which extends through a suitable bearing 116 attached to the furnace and the inner end of which is provided with an arm.
118 which extends through an elongated slot 123 in the other arm 124 of the lever. The outer end of the rod may have a handle portion 125.
A collar or stop ring 126 may be attached to the lever in any adjusted position thereon, by means of a set screw 127, in order to limit inward movement of the lever,
It will be evident that when the sliding tigo 115 is moved inward, the angled lever is caused to pivot to move its lower arm upward and rotate its associated plate lOla or 101b and the adjacent plates on the posed ends of those. -Here upwards, in order to reduce the effective orifice of the annular passage '51a against the cadet el the oven and.' when it is moved to the outside,
the plates are moved down to increase the effective orifice of the
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It will also be evident that the flow control 50a is adjustable from outside the oven.
It will be evident that the apparatus 100 works in the same way as the apparatus 1a to produce carbon black from hydrocarbons.
It will further be appreciated that although a particular type of valve or damper means for controlling the orifice, and therefore the flow of air, through the annular passage between the cap and furnace has been illustrated and described, any other suitable valve or damper means may be used for this purpose.
For example, the segments or plates 50 or 101 can be attached to the interior walls of the oven, instead of being attached to the cap.
It will further be appreciated that the exhaust chimney 35 of the cap has a substantial length, approximately equal to the radius of the enclosure 25, so that the gases from the annular passage will flow. upward for an appreciable period before mixing with the air moving upward through passage 51.
Another alternative embodiment of an apparatus 210 for the production of carbon black according to the invention is shown in Figures 9 to 13, in which the elements of the furnace are substantially similar to those of the first embodiment described and bear the same references preceded by the number "2".
The oven has a substantially cylindrical wall portion 214 and an upward and inwardly sloping or frustoconical upper portion 215, to the upper end of which the flue or exhaust duct is connected, 212. . Air intake ducts 217 and 218, provided with suitable flow regulating valves 217a and 218a, respectively, extend.
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in the furnace at its lower end portion to provide a means by which oxygen-carrying gases can be introduced into the furnace.
A gas duct 220 extends into the lower part of the furnace to supply gaseous hydrocarbons to the burner 222 disposed substantially in the center of the furnace and a suitable regulating valve 223 is connected in the gas duct 220 to regulate the flow. gaseous hydrocarbons in the burner.
In this form, however, the chimney or outlet duct 235 from the cap extends upwardly in flow communication with the exhaust duct 212 from the furnace, so that all gases and other materials flowing upward through the space between the cap and the burner and upward through the chimney 35, will flow outward through the exhaust 212 without communicating with the furnace at the top. outside the cap or the outlet chimney.
Obviously, it is possible to form in the outlet chimney 235 a nested seal 235a, between the cap and the chimney pipe 212, in order to allow the adjustment of the cap relative to the burner, if desired. or hood # The annular / curved cap is provided with register or flow control means 250, which may be analogous to the control means 50 of Figures 1 to 5 or to the control means
50a of FIGS. 6 to 8, in order to modify the air flow ratio in the annular passage 248 and in the passage 251 between the cap and the wall of the furnace.
As shown, however, the flow control means may include (several segments or curved plates 254, the adjacent ends of which overlap and which are adjustably supported by means of balls 255 which extend through openings or slits. elongated 4 'suitable lines 257 in the segments 254 and in the horizontal flanges 260 of the brackets 261 fixed rigidly to the hood, for example
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by welding. The bolts are obviously provided with nuts and washer the 264, which overlap the openings of the teeth.
An exhaust duct 265 is formed in the upper inclined portion of the upper frustoconical end wall 215 of the furnace, at a point laterally spaced from the chimney 235 and the chimney duct 212 and is connected to it. a cyclone or exhaust fan 270, which is driven by an electric motor or other drive unit. 271 support, tee on a mount 272, in order to suck in air or other gases carrying air oxygen through the furnace, outside the burner and the cap and outside the chimney 235, then to the outside through the exhaust duct 265 passing;
through the blower and then outward through an exhaust duct or pipe 273. It will thus be seen that air or oxygen carrying gases sucked inwardly at through inlets 217 and 218 will be sucked partially upwards through the furnace casing to the duct! exhaust 265 and will be directed outward through the vehicle 270 and the exhaust duct or pipe 273,
A plurality of screens 275, angled inward and upward, are attached to the interior wall 214 of the furnace at a spaced position above the center of the burner enclosure 225 and,
they may consist of several distinct inward and upward sloping sections which are rigidly welded to the furnace wall or which may constitute a substantially frustoconical section which can be suspended in a snug fashion. vertically by means of adjusting bolts 280 fixed at their lower ends to the screens by means of threaded sleeves 281 and which pass through the top wall 215 of the furnace and adjustable support sleeves or flanges 285 suitably fixed to the top wall oven, so that the position of the screen inside the oven in relation to the burner and the hood
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can be adjusted.
Likewise, if desired, more than one row of these screens can be provided, the upper row being located above and inwardly with respect to the lower row.
Oxygen as a constituent of air is introduced into the oven 211 through the air intake ducts or pipes 217 and 218, at a flow rate controlled by the suction generated by the fan d. The exhaust 270 acting through the exhaust duct 265 and hence the exhaust. ment through the chimney pipe 212 and this flow can still be controlled by the valves 217a and 218a.
Simultaneously, gaseous hydrocarbons, such as for example natural gas, are caused to flow at a rate controlled by the regulating valve 223 in the lower end of the burner chamber 225 then outward and upwardly. through the passages 231 of the nozzles in the curved semi-spherical passages 238 existing between the dome of the burner enclosure and the hood 236.
As the oxygen carrying air flows into the furnace below the burner enclosure, some of the oxygen is directed upward into the lower end of annular passage 238 between the hood and furnace. , while a major part of the air is sucked up between the hood and the cylindrical wall 214 of the oven and also upwards outside the hood 236 and the chimney 235 to the duct or exhaust vent 205, from which it is sucked out of the furnace and sent out of the furnace by the fan 270 and the exhaust pipe 273.
The ratio between the gas flow rates in the combustion chamber or passage 238 and to the annular passage 251 outside the hood is obviously controlled by the flow control means 250, which are adjustable as previously described.
the gases carrying oxygen and flowing in the combustion chamber, not only circulate outside and
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on the external outlet nozzles 230 into chamber 238, but also flow to the Fut and between the domed outer surface of the burner enclosure and the underside of the hood and the nozzles introducing gaseous hydrocarbons into the pitch - wise flow or semi-spherical combustion allow a thorough mixing of the air with the gaseous hydrocarbons flowing out of the passages 231 of each of the outlet nozzles and also allow a mixture of the gases carrying the oxygen with the gaseous hydrocarbons flowing from each of the outlet nozzles in a quality desired for
cause incomplete combustion as described in more detail below.
The oxygen carrying gases which are thus introduced and mixed with the gaseous hydrocarbons flowing at low speed from the outlet nozzles 230, cause partial combustion with the gaseous hydrocarbons and increase the temperature of the gas in the chamber. combustion. The oxygen-carrying gases or air flow upward through the semi-spherical annular passage 238, or a whirling or spiral motion is induced in the gases flowing therein they move towards the lower end of the outlet chimney 235 at the upper end of the hood.
This spiral movement of the hot gases and the products of the partial combustion of the gaseous hydrocarbons causes them to come into contact with the internal surfaces of the hood 236 and of the exhaust outlet chimney 235, which acting as contact catalysts to cause the products of the partial combustion of hydrocarbons to fractionate and form carbon black. the increase in temperature in the combustion chamber caused by this partial combustion of the gases obviously results in an acceleration of the gas flow rate through the (exhaust chimney and outward through the chimney pipe exhaust 212.
However, because of 1 '
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flow of cold air introduced into the furnace by the suction or suction of the exhaust fan through the exhaust vent 265, air which flows upwardly along the exterior or the outer surface of the hood 236 and along the exterior of the exhaust stack 235, temperature control of the gases flowing through the combustion chamber 238 and the stack 235 is possible. The air drawn in through the intakes.
217 and 218 and which flows upwardly along the outside of the hood and the outside of the exhaust stack to the exhaust vent 265 will therefore maintain the temperature inside. of the hood of the combustion chamber and the chimney to a maximum desired value, so that the chalsu and the temperature inside the combustion chamber and the chimney 235 from the hood can not reach excessive or undesirable values due to the cooling effect of the air or oxygen carrying gases flowing upwards into the oven outside the hood and chimney .
The inwardly inclined screens 275 also direct the cooling air sucked inward through the inlets and flowing along the exterior of the hood and the exhaust chimney to this hood and this chimney in order to increase the heat exchange which is established between these elements and the gases carrying oxygen or the air which pass into the oven outside the hood and the chimney. The wall and top of the furnace are not insulated, so that they transmit heat from the interior of the furnace through wall 214 and top 215 thereof and help cool the gases in the furnace. oven.
The quantity and type of carbon r -, duit} .la; The apparatus can be modified not only by modifying the rate of introduction of gaseous hydrocarbons into the enclosure as well as of gases carrying oxygen in the furnace, but also by modifying
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modifying or adjusting the ratio between the flow rates of the gases carrying oxygen in the annular passage or the combustion chamber 238 and the cooling gases flowing along the exterior of the hood 236 and the chamber. exhaust stack 235 through passage 251 to exhaust duct 265.
It will be obvious that gaseous hydrocarbons, before being discharged through the passages 231 of the burner enclosure, are preheated in this enclosure 225, since they remain for an appreciable period of time in the enclosure. ! due to its relatively large capacity and given that the temperature inside the burner chamber is high due to the liberation of heat from the partial combustion of the gaseous hydrocarbons in the passage of annular burner 238.
The hydrocarbons flowing into the combustion chamber are initially ignited in any suitable way, for example by a flame introduced into the combustion chamber, access to the burner for this purpose being obtained by 1, 'via the access door 213.
It will also be appreciated that the apparatus for the production of carbon black comprises a furnace 211 having an exhaust duct 212 at its upper end, through which the products of the partial combustion of the hydrocarbons. bures and oxygen are withdrawn from the furnace, a burner 222 is arranged in the lower part of the furnace and supplied with gaseous hydrocarbons by means of an inlet pipe or duct 220 which enters the furnace, and ducts or oxygen-carrying gas or air inlet pipes, 217 and 218, which introduce the oxygen-carrying gases into the furnace at controlled rates to allow only partial combustion of the gaseous hydrocarbons.
It will also be appreciated that the strand enclosure, their 225 acts as a preheating device in which, the hydrocarbons are admitted for preheating, that the enclosure
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is substantially spherical and its domed upper part has outlet nozzles 230 which extend outwardly from the top and which are provided with passageways or discharge / outlet 231 whose diameter is up to widens and expands outward to the outer end of the nozzles to reduce the velocity of oil escaping through the passages.
It will further be appreciated that the outer ends of the nozzles are spaced apart in the top or dome portion of the enclosure to allow gases carrying oxygen. such as air, to circulate between the upper ends!) of the nozzles and below them, so that the gaseous hydrocarbon stream flowing from each nozzle is supplied with oxygen at a flow rate which allows a Substantially uniform partial combustion of the oil flowing from all nozzles.
1. 'It will also be appreciated that the burner is provided with a practically semi-spherical hood 236 which telescopically covers the upper dome portion of the burner enclosure so as to form, with the enclosure, a passageway. annular or semi-spherical combustion curved inwards and upwards 238, through which air can flow upwards to the nozzles and then through the annular passage to the duct or chimney d 'cap discharge, disposed above the upper central part of the burner chamber from which the burnt gases and carbon black are discharged through the vent 212 for processing and storage later.
It will also be appreciated that the volume of the annular passage 238 can. be adjusted by modifying, the position of the hood with respect to: the top or dome of the burner chamber, and it is evident that the volume is increased if the pieces of chamber 241 are, put rotating so as to move them towards the former
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terior on the studs 240.
Likewise, it will be noted in particular that means are provided for drawing a volume of air inwardly through the inlets and upwardly through the furnace to the exhaust duct 265, from such that the air flowing through the furnace can be controlled at the air intakes by valves or registers 217a and 218a or by varying the rotational speed of the exhaust fan, so that the cooling effect of the air passing through the furnace outside the hood 236 and the exhaust chimney 235 can be controlled to control the temperature of the partially combusted gases within the hood and the exhaust stack. 'exhaust,
Likewise,
it will also be appreciated that before the movement of the hot gases and the carbon suspended therein from the exhaust chimney of the hood to the exhaust chimney 212 of the furnace, they are cooled by contact of the air flowing along the exterior of the exhaust stack and precise control is provided for the oxygen carrying gases which pass through the furnace through the passage combustion ring 238 and the cooling passage 251, by controlling the vitosse or the volume of air flow caused by the exhaust fan 270 and by controlling the air introduced through the inlets 217 and 218, at the by means of registers 217a and 218a.
It should be understood that the present invention is in no way limited to the above embodiments and that many modifications can be made thereto without departing from the scope of the present patent.
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