PL163727B1

PL163727B1 - Sposób wytwarzania sadzy PL PL

Info

Publication number: PL163727B1
Application number: PL90284616A
Authority: PL
Inventors: David J Kaul; Gregory T Gaudet; Allan C Morgan; William L Sifleet; William M Porteous
Original assignee: Cabot Corp
Priority date: 1989-04-06
Filing date: 1990-04-04
Publication date: 1994-04-29
Also published as: CA2012627C; KR900016395A; SE9001090D0; RO113148B1; SE9001090L; GB2232409B; AU625117B2; DE4010776A1; ES2020713A6; CZ161590A3; AR245477A1; PT93676A; CA2012627A1; TR24400A; GB9007714D0; FR2645542A1; PE3991A1; NL9000500A; FR2645542B1; IT1240745B

Abstract

1. Sposób wytwarzania sadzy, o regulowanej strukturze i wielkosci skupisk, w którym przepuszcza sie strumien goracych gazów spalinowych przez reaktor i wstrzykuje sie suro- wiec do strumienia goracych gazów spalinowych w jednym lub kilku punktach z utworzeniem strumienia, w którym rozpoczyna sie pirolize surowca, znamienny tym, ze obniza sie temperature w czasie do 0,002 sekundy w pierwszym punkcie od najwczesniejszego punktu iniekcji surowca, bez wstrzymania pirolizy surowca w strumieniu, po czym oddziela sie i odbiera wyprodukowana sadze. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania sadzy o regulowanej strukturze i wielkości skupisk.

Sadze na ogół produkuje się w reaktorze typu piecowego, przez pirolizę surowca węglowodorowego gorącymi gazami spalinowymi, wytwarzając produkty spalania zawierające drobnoziarnistą sadzę.

W znanym piecowym reaktorze sadzy, przedstawionym w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 401 020 oraz w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2 785 964, paliwo, korzystnie węglowodorowe i środek utleniający, korzystnie powietrze, wstrzykuje się do pierwszej strefy, gdzie reaguje tworząc gorące gazy spalinowe. Surowiec węglowodorowy wstrzykuje się do pierwszej strefy bądź w postaci gazu, bądź w postaci oparów lub cieczy, po czym rozpoczyna się piroliza surowca węglowodorowego. W tym przypadku, piroliza oznacza rozkład termiczny węglowodoru. Otrzymaną mieszaninę gazu spalinowego, w którym zaszła piroliza, przeprowadza się do następnej strefy reakcji, gdzie następuje zakończenie reakcji tworzenia się sadzy.

W innym typie piecowego reaktora sadzy, ciekłe lub gazowe paliwo poddaje się reakcji z czynnikiem utleniającym, korzystnie z powietrzem w pierwszej strefie tworząc gorące gazy spalinowe. Te gorące gazy spalinowe z pierwszej strefy przechodzą przez reaktor do strefy reakcji i poza tę strefę. Przy wytwarzaniu sadzy surowiec węglowodorowy wstrzykuje się w jednym lub kilku punktach drogi strumienia gorących gazów spalinowych. Stosuje się surowiec węglowodorowy ciekły, gazowy lub jego opary, przy czym może być to taki sam lub inny surowiec niż paliwo stosowane do tworzenia strumienia gazu spalinowego. Strefa pierwsza (lub spalania) i strefa reakcji są przedzielone gardzielą lub strefą o ograniczonej średnicy, która w przekroju jest mniejsza niż średnica spalania czy strefy reakcji. Surowiec jest wstrzykiwany do gorących gazów spalinowych powyżej, poniżej i/lub w strefie o ograniczonej średnicy. Tego typu piecowe reaktory sadze znane są z opisów patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr nr 28974 (wydany powtórnie) i 3 922 335.

W obu opisanych powyżej sposobach wytwarzania sadzy i reaktorach oraz w innych ogólnie znanych sposobach i reaktorach, gorące gazy spalinowe mają temperaturę wystarczającą do przeprowadzenia pirolizy surowca węglowodorowego wstrzykiwanego do strumienia gorących gazów spalinowych.

W reaktorze znanym z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 401 020, surowiec wstrzykuje się w jednym lub kilku punktach do tej samej strefy, w której tworzą się gorące gazy spalinowe. W innym typie reaktorów i sposobów wstrzykiwanie surowca następuje w jednym lub kilku punktach po utworzeniu strumienia gorących gazów spalinowych. W obu typach reaktorów, ponieważ strumień gorących gazów spalinowych ciągle przepływa przez reaktor, stale następuje piroliza w miarę jak mieszanina surowca i gazów spalinowych przechodzi przez strefę reakcji.

Mieszanina surowca i gazów spalinowych, w których zachodzi piroliza nazywana jest w dalszej części odciekiem. Czas rezydencji odcieku w strefie reakcji reaktorajest wystarczający, aby w odpowiednich warunkach tworzyła się sadza. Czas rezydencji oznacza czas, który upływa od początkowego kontaktu pomiędzy gorącymi gazami spalinowymi, a surowcem. Po utworzeniu się sadzy o pożądanych własnościach, temperaturę odcieku dalej obniża się w celu wstrzymania pirolizy.

To obniżenie temperatury w celu zatrzymania pirolizy można osiągnąć dowolnym znanym sposobem takim jak iniekcja do odcieku płynu schładzającego przez gaśnicę. Jak ogólnie wiadomo, pirolizę wstrzymuje się, gdy pożądane produkty sadzowe zostaną wyprodukowane w reaktorze. Jednym sposobem określenia kiedy należy wstrzymać pirolizę jest pobranie próbki odcieku i oznaczenie jego ekstraktu toluenowego. Stężenie ekstraktu toulenowego mierzy się według normy ASTM D 16118-83 Carbon Black Extractables - Toluene Discoloration. Gaśnicę na ogół umieszcza się w punkcie, gdzie stężenie ekstraktu toluenowego odcieku osiąga dopuszczalny poziom dla pożądanego produktu, to jest sadzy wytwarzanej w reaktorze. Po zatrzymaniu pirolizy, odciek na ogół przechodzi przez układ filtrów workowych w celu oddzielenia i odebrania sadzy.

Na ogół stosuje się pojedynczą gaśnicę. Jednak w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 401 020 ujawniono zastosowanie dwóch gaśnic w celu regulacji niektórych własności sadzy. Własności sadzy reguluje się tu poprzez obróbkę cieplną. Taką obróbkę cieplną uzyskuje się przez regulowanie szybkości dopływu wody do dwóch gaśnic rozpylających wodę usytuowanych w dymie odlotowym w piecu sadzy. Moduł sadzy dotyczy zachowania się sadzy w wyrobach gumowych. Jak wyjaśniają autorzy Schaeffer i Smith w artykule Effect of Heat Treatment on Reinforcing Properties of Carbon Black /Industrial and Engineering Chemistry, tom 47, nr 6, czerwiec 1955, str 1286/, obróbka cieplna wywiera wpływ na właściwości modułu dodawania sadzy. Jednak jak dalej wyjaśniają, że zmiana właściwości modułu dodawania sadzy, produkowanej przez obróbkę cieplną, wynika ze zmiany chemii powierzchniowej sadzy. Zatem usytuowanie gaśnic, zgodne z opisem patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 401 020, w celu poddania strumienia gazów spalinowych różnym warunkom temperaturowym wpływającym na właściwość modułu dodawania sadzy uwidacznia się raczej przez zmianę chemii powierzchniowej sadzy, a nie przez oddziaływanie na morfologię sadzy w jakikolwiek zauważalny sposób.

Ponadto, w patencie tym obie gaśnice usytuowane są w strefie reakcji, gdzie nastąpiła już znaczna piroliza surowca, zaś w czasie gdy odciek osiągnie pierwszą gaśnicę właściwości CTAb, barwa, DBP i średnica Stokesa sadzy są już zdefiniowane. To potwierdza wniosek, że zmiana we właściwościach modułu dodawania nie wynika ze zmiany własności morfologicznych sadzy. Nie ma żadnego znaczenia usytuowanie pierwszej gaśnicy w stosunku do punktu iniekcji surowca lub czasu rezydencji. Nie ujawniono także środków dla doboru miejsca usytuowania pierwszej gaśnicy.

W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 230 670 proponuje się użycie gaśnic do wstrzymania pirolizy. Dwie gaśnice usytuowane są o kilka centymetrów od miejsca gdzie powinna być umieszczona jedna gaśnica. Celem zastosowania dwóch gaśnic jest bardziej kompletne pokrycie strefy reakcji płynem schładzającym dla skuteczniejszego wstrzymania pirolizy. W opisie tym jednakże, w czasie, gdy odcinek osiągnie gaśnice, własności powierzchnia właściwa CTAB, barwa, puszystość DBP i średnica Stokesa sadzy są już określone.

W opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr nr 4 265 870 i 4 316 876, proponuje się z kolei użycie drugiej gaśnicy usytuowanej z prądem za pierwszą gaśnicą w celu zapobiegania uszkodzeniu układu filtra. W obu rozwiązaniach pierwsza gaśnica całkowicie wstrzymuje pirolizę i jest usytuowana w powszechnie znanej pozycji, i w czasie, gdy odciek osiąga pierwszą gaśnicę zdefiniowane są już własności sadzy powierzchnia właściwa CTAB, barwa, puszystość DBP i średnica Stokesa. Druga gaśnica redukuje następnie temperaturę strumienia gazów spalinowych w celu ochrony filtra.

Opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 358 289 także również dotyczy zapobiegania uszkodzeniom układu filtra przez zastosowanie wymieniacza ciepła po gaśnicy.

163 727

W rozwiązaniu tym, gaśnica również całkowicie wstrzymuje pirolizę i usytuowanajest w miejscu na ogół znanym. W procesie tym, w czasie gdy odciek osiąga pierwszą gaśnicę zdefiniowane są już własności sadzy CTAB, barwa, DBP i średnica Stokesa.

W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 615 211, przedstawiono sposób poprawienia jednorodności sadzy produkowanej w reaktorze i poprawienia czasookresu użytkowania reaktora. Dla poprawienia jednorodności sadzy i przedłużenia życia reaktora proponuje się wiele gaśnic usytuowanych wzdłuż strefy reakcji w celu utrzymania zasadniczo stałej temperatury w strefie reakcji. Pewną ilość płynu schładzającego wstrzykuje się z gaśnicy usytuowanej w reaktorze możliwie najbliżej wlotu do reaktora, przy zwiększających się ilościach płynu schładzającego, wstrzykiwanych z każdej następnej gaśnicy z prądem strumienia. Gaśnica usytuowana najdalej z prądem strumienia wstrzymuje pirolizę. Dzięki utrzymaniu stałej temperatury w strefie reakcji aparat według tego opisu aktywizuje proces w kierunku jednorodności sadzy produkowanej w aparacie. Jednak wiele gaśnic nie reguluje morfologii sadzy produkowanej w aparacie.

W procesie wytwarzania sadzy pożądana jest zdolność regulowania morfologii sadzy tak, ażeby można było produkować sadze dobrze nadające się do poszczególnych zastosowań finalnych. Pożądane jest również zwiększenie wielkości skupisk i poprawa struktury sadzy dla danej powierzchni właściwej, ponieważ zwiększona powierzchnia właściwa i struktura reprezentowane przez wyższe DBP, niższe zabarwienie większą średnicę Stokesa czynią sadzę bardziej odpowiednią dla pewnych zastosowań końcowych.

W sposobie wytwarzania sadzy według wynalazku, w którym przepuszcza się strumień gorących gazów spalinowych przez reaktor i wstrzykuje się surowiec do strumienia gorących gazów spalinowych w jednym lub kilku punktach z utworzeniem strumienia, w którym rozpoczyna się pirolizę surowca, obniża się temperaturę strumienia w czasie do 0,002 sekundy w pierwszym punkcie od najwcześniejszego punktu iniekcji surowca, bez wstrzymania pirolizy surowca w strumieniu, po czym oddziela się i odbiera wyprodukowaną sadzę.

Korzystne jest, gdy zgodnie ze sposobem według wynalazku temperaturę strumienia obniża się do około 427°C albo o wartość między około 10°C, a około 427°C. Temperaturę strumienia obniża się ponadto w czasie do około 0,0015 sekundy od najwcześniejszego punktu iniekcji surowca w kierunku przepływu strumienia albo przez iniekcję płynu schładzającego.

W drugim sposobie wytwarzania sadzy według wynalazku, w którym przepuszcza się strumień gorących gazów spalinowych przez reaktor i wstrzykuje sie surowiec do strumienia gorących gazów spalinowych w jednym lub kilku punktach z utworzeniem strumienia, w którym rozpoczyna się pirolizę surowca, obniża się temperaturę strumienia w czasie 0,002 sekundy w pierwszym punkcie, w kierunku przepływu strumienia od najwcześniejszego punktu iniekcji surowca, bez wstrzymania pirolizy surowca, następnie obniża się temperaturę strumienia w drugim punkcie, kolejnym za pierwszym punktem i zatrzymuje się pirolizę surowca w strumieniu, po czym oddziela się i odbiera wyprodukowaną sadzę.

Korzystne jest, gdy zgodnie z drugim sposobem według wynalazku temperaturę strumienia obniża się do około 427°C albo o wartość między około 10°C, a około 427°C. Temperaturę strumienia obniża się ponadto w czasie do około 0,0015 sekundy od najwcześniejszego punktu iniekcji surowca w kierunku przepływu strumienia albo przez iniekcję płynu schładzającego.

Wynalazek pozwala na wytwarzanie sadzy o większej wielkości skupiska i lepszej strukturze dla danej powierzchni właściwej, niż sadzy produkowanej w podobnym procesie, w którym temperatura odcieku nie zostaje obniżona w określonym czasie rezydencji.

Zaletą sposobu według wynalazku jest to, że wielkość skupiska i struktura sadzy mogą być regulowane oraz, że można produkować sadzę o większej wielkości skupiska i lepszej strukturze, by wykazywała wyższe DBP, niższe zabarwienie i zwiększone średnice Stokesa, dla danej powierzchni właściwej.

Na załączonym rysunku przedstawiono w przekroju przykład wykonania wynalazku z umiejscowieniem pierwszej i drugiej gaśnicy w reaktorze sadzy.

Na rysunku część reaktora sadzy 10 mającego strefę reakcji 12 i strefę ograniczonej średnicy 20 wyposażona jest w pierwszą gaśnicę 40 usytuowaną w punkcie 60 i drugą gaśnicę

163 727 usytuowaną w punkcie 62 dla iniekcji płynu schładzającego 50. Do każdej gaśnicy stosuje się taki sam lub różny płyn schładzający. Kierunek przepływu strumienia gorącego gazu spalinowego przez reaktor 10 i strefy 12 i 20 pokazuje strzałka. Płyn schładzający 50 wstrzykuje się przez pierwszą gaśnicę 40 i drugą gaśnicę 42 przeciwprądowo lub korzystnie współprądowo do kierunku przepływu strumienia gazu spalinowego. Punkt 14 jest nawcześniejszym punktem iniekcji surowca 30. Należy zauważyć, że najwcześniejszy punkt 14 iniekcji surowca może być różny. Odległość od punktu 14, najwcześniejszego punktu iniekcji surowca do punktu usytuowania pierwszej gaśnicy 60 oznaczona jest przez L-1, a odległość od najwcześniejszego punktu iniekcji surowca 14 od drugiej gaśnicy 42 oznaczona jest przez L-2.

Zgodnie z przykładem wykonania wynalazku, pierwsza gaśnica 60 usytuowana jest w celu obniżenia temperatury odcieku /mieszaniny gazów spalinowych i surowca, w której zachodzi piroliza/ nie dalej niż 0,002 sekundy, a korzystnie do 0,0015 sekundy czasu rezydencji od najwcześniejszego punktu iniekcji surowca 14. Zwykle, aby odciek był schładzany w wyszczególnionym okresie czasu, pierwsza gaśnica będzie umieszczona w odległości około 120 cm w kierunku przepływu od najwcześniejszego punktu iniekcji surowca. Zatem odległość L-1 będzie wynosić do około 120 cm. Płyn schładzający wstrzykiwany jest przez pierwszą gaśnicę 60 w celu obniżenia temperatury odcieku, korzystnie do różnicy wynoszącej 427°C, korzystniej o wielkość pomiędzy około 10°C, a około 427°C, pod warunkiem, że płyn schładzający wstrzykiwany przez pierwszą gaśnicę 60 nie wstrzymuje pirolizy.

Ponadto czas rezydencji od najwcześniejszego punktu iniekcji surowca aż do początkowego obniżenia temperatury odcieku /mieszaniny gazów spalinowych i surowca, w której zachodzi piroliza/ oraz wielkość obniżenia temperatury odcieku, mogą się zmieniać niezależnie od siebie lub równocześnie dla regulacji wielkości skupiska i struktury sadzy produkowanej w reaktorze.

W przykładzie wykonania wynalazku przedstawionym na rysunku, zmiana L-1 spowoduje zmianę czasu rezydencji od momentu, gdy strumień znajdzie się w najwcześniejszym punkcie iniekcji surowca, do momentu w którym ulega obniżeniu temperatura odcieku. Poprzez zmianę ilości wstrzykiwanego płynu schładzającego, może się zmieniać wielkość obniżeniu się temperatury odcieku.

Jak podano wcześniej, zależnie od pożądanej wielkości skupiska i struktury odległość L-1 wynosi do około 120 cm. Płyn schładzający 50 obniża temperaturę odcieku, korzystnie o różnicę do około 427°C, korzystnie o wielkość pomiędzy 10°C, a 427°C, pod warunkiem jednakże że piroliza nie zostanie wstrzymana przy pierwszej gaśnicy 60 przez płyn schładzający 50.

Po wyprodukowaniu sadzy o pożądanych własnościach wstrzymuje się pirolizę w punkcie 62 za pomocą gaśnicy 42. Punkt 62 jest punktem, w którym została wyprodukowana w reaktorze sadza o pożądanych własnościach. Jak wyjaśniono uprzednio punkt 62 może być określony w każdy dowolny sposób wyznaczania usytuowania gaśnicy, która zatrzymuje pirolizę. Jedną z metod oznaczania pozycji gaśnicy wstrzymującej pirolizę jest oznaczenie punktu, w którym uzyskuje się akceptowalne stężenie w ekstrakcie toluenowym pożądanych produktów sadzowych z reaktora. Stężenie ekstraktu toluenowego można oznaczać w próbie według testu ASTM D1618-83 Carbon Black Extraktables - Toluene Discoloration. Odległość L- 2 będzie zmieniać się zależnie od usytuowania punktu 62. ‘

Skuteczność i korzyści z wynalazku zostaną dalej przedstawione w następującym przykładzie.

Przykład. Dla wykazania skuteczności wynalazku przeprowadzono próby w procesie wytwarzania sadzy z zastosowaniem dwóch gaśnic i zmianą czasu rezydencji od momentu najwcześniejszej iniekcji surowca aż do momentu obniżenia się temperatury odcieku i wartości o którą obniżyła się temperatura odcieku.

Czas rezydencji zmieniał się wraz ze zmianą L-1. W tabeli przedstawionej poniżej podano zmienne procesu oraz rezultaty dwóch kompletów prób wytwarzania sadzy.

Komplet I obejmuje serie 1, 2 i 3, a komplet II obejmuje serie 4, 5 i 6.

λ <u

Xł

H n

ti nn n

n π

II u

II.

n

II

II n

IU

II n

II

n.

II n

II ti

II łl tlił

II łl

II n

IU u

n

II

II fi

		&	so	A	OJ	1	00	A	o	8 Π
		U	00	o	A		^4·	rd	Ol	11
a \|		0	rd	OJ	OJ		rd	OJ	CM	n
		0								n
		-4U-				_a_-				-Ul
		n								n
		n	00	kO	A		rd	A	ΙΛ	II
4»		n	«	»	*				•k	n
Q 8		n	en	os	\Z>			rd	o	II
o S		II	en	o	OJ		OS	o	o	8
		II		rd	rd	1		rd	rd	n
		•d~				“Τ’				-d
PM		II	A	O			OJ	A	rd	łl
CP		II	»	•k	*		*	«		Π
a		II	σ\	o	CO		A	rd	>-	n
O		8	o	rd	rd	1	A	o	O	II
		II	rd	rd	rd			rd	rd	n
		.J_.								-JI
Γ Φ		II								h
Cl Ή 1		8								II
β Cl 3		II	00	A	<Λ		t-	CO	rd	łl
χ» «η a		0	kO		f-	1	c-	t-		II
β -rl O C		II								tt
N B 4» ffl		8								Ił 0
		--(i-				-Ί—				-li
aj		II	A	o	OJ			rd	o	n
£		Π		«k		1	·>	·.	»	II
		II	o	o	OJ		M-		A	II
CO		u	OJ	rd	o	1	rd	o	O	II
ip		II	rd	rd	rd			rd	rd	n
		n				1				II
		•τι—
PQ		Π	Ol	t-	CO	1	kD	^4“	M-	II
		II		*	·»		«	*	«	II
		u	CS	o		1	rd	A	rd	11
O		II	o	o	A		OS	A	OS	R
		0	rd	rd		1				II
		.41-.								-d
α> i o	«Η	II								Ił
a 3 &	C o	n	A	A	A	1	A	A	A	II
a +»	mo O	II	A	CO	A		A	A	A	łl
8) CO CD bd	® t-?·.	n		O-	C—	1	O-	C—	O-	1'
	bo υ	II								u

T— <0 η φ ό to >>

II rd SA o η Ό O Μ Ή II O fM H C

Ti π l u bO

Π Γ----Γ— η φ l o-«i II o, 3 O, ffl >>

H E +· tO O ιι β CO CO Ή

BE-< hfcH fi

II__________

R I I u bO '(0 R a»O ffl >1 II rl 'B bO O Β Ό O -H HOiMH fi n

T“ o

II n

II .JL

II n

II β

co

OJ

CO

O

A

OS

O |-t

ITl i—1

OJ

A rd

OJ

O A rd MOJ

O

OS rd

IU-.				.41-
II 1	CD	1		łf
Π Φ		Ό '10		II	o
II cx	3	Φ CD ej*		II
r a -p	N b0 U	o	łl
II Φ	CD	C-ł Ή	o	II	rd
II E-<		O.M C	\	II
II				II
ir—
II				II
II	1			n
II oo	►>	1 id	,x	11
tt Φ		C -O	Φ	π	t
II N	Φ	Φ O	o	II
II O			11
fl				11
IV-				.41-

O ^4*

MOJ ^4*

O co

Π

II

H

II

Tf

II (1

II u

((

Π •τι n

II tl

II fl

O rd

Μ^-

O rd *3O rd

II

II .41

I «Ρ e φ

O rd O.

II

II tl

II

- diii II II II II 8

t—	A	1			II
o	o		o	O	II
o	o	1	1 o	o	II
o	o		o	o	II
•k	—	1	*	•k	II
o	o		o	o	Π
		_I___			-ł
		1			11
bd			bd		11
		1	bd		II

OJ A

A kO

II .41

II n

II

Opis do tabeli.

Komplet I. Grzanie wstępne 485°C. Gaz = 205 Nnr/godz. Powietrze 2265 Nm³/h. Powietrze/Gaz = 11,05; Spalanie główne = 123%. Objętość strefy spalania = 0,024 m3; średnica strefy iniekcji = 10,7; długość strefy iniekcji = 30,5 cm; szybkość gazu do spalania w strefie iniekcji = 65,8 m/sek; olej = 125 g/godzinę; ciśnienie oleju podczas iniekcji 1686 kPa, ilość dysz oleju = 4; średnica dyszy oleju = 1,067 mm; średnica strefy reakcji = 34,3 cm.

Ciekły surowiec /olej/ miał następujący skład: stosunek H/C = 0,91; wodór = 6,89% wag. 7,00% wag.; węgiel = 91,1% wag.; 90,8% wag; siarka =1,1% wag. Ciężar według normy API 0,9619/0,9619/15,5° = -5,0; lepkość właściwa BMCI = 141.

Komplet II. Grzanie wstępne = 595°C. Gaz + 215 Nm3/godzinę; Powietrze = 2265 Nm3/godzinę; Powietrze/gaz = 10,53. Główne spalanie = 118%. Objętość strefy spalania 0,024 m3, średnica strefy iniekcji = 10,7 cm; długość strefy iniekcji = 30,5 cm; szybkość w strefie iniekcji gazu do spalania = 75,7 m/sek; olej = 136 g/godz., ciśnienie oleju podzcas iniekcji = 1980 kPa, ilość dysz oleju = 4, średnica dyszy olejowej = 1,067 mm; średnica strefy reakcji = 15,24 cm. Surowiec ciekły /olej/ miał następujący skład; stosunek H/C = 1,06; wodór = 7,99%, 7,99%wag.; węgiel = 89,7% wag, 89,5% wag.; siarka = 0,5% wag. Ciężar według normy API 0,9619/0,9619/15,5°C = 0,5; lepkość właściwa BMCI = 123.

W obu kompletach I i II paliwem płynnym stosowanym do reakcji spalania był gaz naturalny o zawarości metanu 95,44% i wartości opałowe na mokro = 8232 kcal/m3. Należy rozumieć, że parametry procesu podane w tabeli reprezentują zmienne w jednym punkcie reaktora i są oznaczane znanym sposobem. Każdy komplet serii wykonano w reaktorze sadzy podobnym do reaktora opisanego w przykładzie 1 opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 922 335, z wyjątkami podanymi w tabeli.

W tabeli Q oznacza gaśnicę. Odległość I gaśnicy L-1 oznacza odległość od najwcześniejszego punktu iniekcji surowca do pierwszej gaśnicy. Temperatura przed I gaśnicą dotyczy temperatury odcieku przed I gaśnicą, a temperatura po I gaśnicy i temperatura po II gaśnicy dotyczy odpowiednio temperatury odcieku po pierwszej gaśnicy i temperatury mieszaniny surowca i gazów spalinowych po drugiej gaśnicy. Wszystkie temperatury dotyczące szybkiego schładzania obliczane są tradycyjnymi dobrze znanymi technikami termodynamicznymi. W tabeli czas rezydencji dotyczy czasu przebywania między najwcześniejszym punktem iniekcji surowca, jaki upłynął zanim temperatura odcieku została raz pierwszy obniżona. Odległość L-2 II gaśnicy jest ustalana doświadczalnie za pomocą stężenia ekstraktu toluenowego. Po każdej serii sadze były zbierane i analizowane w celu oznaczenia CTAB, zabarwienia, Dst/mediana średnicy Stokesa/, CDBP. puszystości DBP i zabarwienia toluenu. Wyniki dla każdej serii podano w tabeli .

CTAB oznacza się zgodnie z normą ASTM D3765-85. Zabarwienie oznacza się zgodnie z normą ASTM D3265-85a. DBP sadzy oznacza się według postępowania podanego w normie ASTM D2414-86. CDBP oznacza się według normy ASTM D3493-86. Zabarwienie toluenu oznacza się według normy ASTM D1618-83.

Dst/średnia średnica Stokesa/ oznacza się metodą fotosedymentometrii przy użyciu wirówki talerzowej, zgodnie z następującym opisem. Postępowanie to jest modyfikacją postępowania opisanego w Instruction Manual for the Joyce-Loebl Disc Centrifuge, akta Ref. DCF4.008, publikacja z dnia 1 lutego 1985, dostępna w firmie Joyce-Loebl Company, /Marquisway, Team Calley, Gateshead, Tyne Wear, Anglia/. Postępuje się następująco: 10 mg próbkę sadzy waży się w naczynku wagowym, następnie dodaje się do 50 cm3 roztworu 10% absolutnego etanolu i 90% wody destylowanej z dodatkiem 0,05% środka powierzchniowo czynnego NoNIDET P-40, produkowanego przez firmę Shell Chemical Co. Zawiesinę dysperguje się za pomocą ultradźwięków przez 15 minut przy użyciu urządzenia Sonifier Model No. W 385, produkowanego przez firmę Heat Systems Ultrasonics Inc., Farmingdale, New York. Zanim uruchomi się wirówkę talerzową wprowadza się następujące dane do komputera, który rejestruje dane z wirówki talerzowej:

1. Ciężar właściwy sadzy, przyjęty jako 1,86 g/cm3,

2. Objętość roztworu sadzy zdyspergowanej w roztworze wody i etanolu, która w tym przypadku wynosi 0,5 cm3,

163 727

3. Objętość płynu wirówkowego, która w tym przypadku wynosi 10 cm³ wody.

4. Lepkość płynu wirówkowego, który w tym przypadku przyjęto jako 0,933 mPa.s w temperaturze 23°C.

5. Gęstość płynu wirówkowego, która w tym przypadku wynosiła 0,9975 g/cm3 w temperaturze 23°C.

6. Szybkość talerza, która w tym przypadku wynosiła 8000 obr/min.

7. Interwał w oznaczaniu danych, który w tym przypadku wynosił 1 sekundę.

W czasie, gdy pracuje stroboskop talerz wirówki ma 8000 obr/min. Na wirujący talerz wstrzykuje się 10 cm3 wody destylowanej jako płynu wirówkowego. Poziom turbulencji ustalono na 0 po czym wstrzyknięto 1 cm3 roztworu etanolu absolutnego i 90% wody destylowanej jako ciecz buforową. Następnie uruchomiono wyłączniki wyłączania i rozruchu wirówki talerzowej w celu uzyskania równomiernego gradientu stężenia pomiędzy płynem wirówkowym, a ciekłym buforem i gradient ten obserwowano wizualnie. Gdy gradient stał się równomierny tak, że nie było rozróżnialnej granicy pomiędzy dwoma płynami wstrzyknięto 0,5 cm3 zdyspergowanej sadzy w roztworze wodnoetanolowym na wirujący talerz i natychmiast rozpoczęto zbieranie danych. Jeśli pojawiał się przepływ przerywano serię. Po wstrzyknięciu zdyspergowanej sadzy w roztworze wodnoetanolowym talerz wirował przez 20 minut. Po 20 minutach wirowania, talerz zatrzymano, zmierzono temperaturę płynu wirówkowego i przeciętną temperaturę płynu wirówkowego zmierzoną na początku serii i temperaturę płynu wirówkowego zmierzoną pod koniec serii wprowadzono do komputera, który rejestruje dane z wirówki talerzowej. Dane analizowano według standardowego równania Stokesa i przedstawiono za pomocą następujących definicji:

Skupisko sadzy - drobna, sztywna jednostka koloidalna, która jest najmniejszą jednostką ulegającą dyspergowaniu, składa się ono z szeroko skoagulowanych cząsteczek;

Średnica Stokesa - średnica kulki, która ulega sedymentacji w środowisku lepkim w polu działania siły odśrodkowej lub grawitacyjnej według równania Stokesa. Obiekt niekulisty, taki jak skupisko sadzy, może również być przedstawiany posługując się określeniem średnica Stokesa, jeśli uważany jest za zachowujący się jako gładka, sztywna kulka o tej samej gęstości i szybkości osadzania jak obiekt. Zwyczajowo jednostki wyrażane są w nm średnicy.

Średnia średnica Stokesa /Dst w celach omówienia/ - punkt rozdziału krzywej średnicy Stokesa gdzie 50% wagowych jest albo większa albo mniejsza. Reprezentuje zatem średnią wartość oznaczenia.

Jak przedstawiono w tabeli wynalazek pozwala na wytwarzanie sadzy o zwiększonych wartościach CDBP, puszystości DBP i D_St oraz o zmniejszonym zabarwieniu w porównaniu z sadzami produkowanymi w kontrolnych seriach procesu 1 i 4 z jedną gaśnicą. Wskazuje to, że sadze wytwarzane według wynalazku charakteryzują się zwiększoną wielkością i strukturą skupiska. Jak wykazują wyniki II kompletu prób, wynalazek pozwala na wytwarzanie sadzy o zwiększonej CDBP, puszystości DBP i Dst oraz zmniejszonym zabarwieniu przy stosunkowo stałej wartości CTAB. Wskazuje to na wytwarzanie sposobem według wynalazku sadzy o zwiększonej wielkości i strukturze skupiska dla danego CTAB.

Jak pokazują wyniki dla kompletu I sposobem według wynalazku produkuje się sadzę o zwiększonej CDBP, puszystości DBP i Dst i obniżonym zabarwieniu w porównaniu z sadzami produkowanymi w kontrolowanej serii wytwarzania sadzy przy zróżnicowanych czasach, przy których temperatura odcieku została początkowo obniżona o tę samą wielkość.

Ponieważ sposób według wynalazku dotyczy wytwarzania sadzy o regulowanej wielkości i strukturze skupiska sadzy możliwe są różne zmiany i modyfikacje w wyżej opisanych seriach produkcyjnych sadzy bez odchodzenia od idei wynalazku.

Cześć powyżej wlotu, nie pokazana

Strumień gazu spalinowego

Częsc za wypływem niepokalana

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania sadzy, o regulowanej strukturze i wielkości skupisk, w którym przepuszcza się strumień gorących gazów spalinowych przez reaktor i wstrzykuje się surowiec do strumienia gorących gazów spalinowych w jednym lub kilku punktach z utworzeniem strumienia, w którym rozpoczyna się pirolizę surowca, znamienny tym, że obniża się temperaturę w czasie do 0,002 sekundy w pierwszym punkcie od najwcześniejszego punktu iniekcji surowca, bez wstrzymania pirolizy surowca w strumieniu, po czym oddziela się i odbiera wyprodukowaną sadzę.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że temperatura strumienia obniża się do około 427°C.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że temperaturę strumienia obniża się o wartość między około 10°C, a około 427°C.
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że temperaturę strumienia obniża się w czasie do około 0,0015 sekundy od najwcześniejszego punktu iniekcji surowca w kierunku przepływu strumienia.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że temperaturę strumienia obniża się w czasie do około 0,0015 sekundy od najwcześniejszego punktu iniekcji surowca w kierunku przepływu strumienia.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że temperaturę strumienia obniża się przez iniekcję płynu schładzającego.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że temperaturę strumienia obniża się do około

427°C.
8. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że temperaturę strumienia obniża się o wartość między około 10°C, a około 427°C.
9. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że temperaturę strumienia obniża się w czasie od około 0,0015 sekundy od najwcześniejszego punktu iniekcji surowca w kierunku przepływu strumienia.
10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że temperaturę strumienia obniża się o wartość między okoli 10°C, a około 427°C.
11. Sposób wytwarzania sadzy, o regulowanej strukturze i wielkości skupiska, w którym przepuszcza się strumień gorących gazów spalinowych przez reaktor i wstrzykuje się surowiec do strumienia gorących gazów spalinowych w jednym lub kilku punktach z utworzeniem strumienia, w którym rozpoczyna się pirolizę surowca, znamienny tym, że obniża się temperaturę strumienia w czasie 0,002 sekundy w pierwszym punkcie, w kierunku przepływu strumienia od najwcześniejszego punktu iniekcji surowca, bez wstrzymania pirolizy surowca, następnie obniża się temperaturę strumienia w drugim punkcie, kolejnym za pierwszym punktem i zatrzymuje się pirolizę surowca w strumieniu, po czym oddziela się i odbiera wyprodukowaną sadzę.
12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że temperaturę strumienia obniża się do około 427°C.
13. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że temperaturę strumienia obniża się o wartość między około 10°C, a około 427°C.
14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że temperaturę ssrrumienia obniżasię w czasie do około 0,0015 sekundy od najwcześniejszego punktu iniekcji surowca w kierunku przepływu strumienia.
15. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że temperaturę strumienia obniża się w czasie do około 0,0015 sekundy od najwcześniejszego punktu iniekcji surowca w kierunku przepływu strumienia.

163 727
16. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że temperaturę strumienia obniża się przez iniekcję płynu schładzającego.
17. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że temperaturę strumienia obniża się do około 427°C.
18. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że temperaturę strumienia obniża się o wartość między około 10°C, a około 427°C.
19. Sposób według zastrz. 16, znamienny tym, że temperaturę strumienia obniża się w czasie do około 0,0015 sekundy od najwcześniejszego punktu iniekcji surowca w kierunku przepływu strumienia.
20. Sposób według zastrz. 19, znamienny tym, że temperaturę strumienia obniża się o wartość między około 10°C, a około 427°C.