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La présente invention est relative a la production de noir de carbone, de monoxyde de carbone et d'hydrogène par réaction d'un hydrocarbure liquide avec* de la vapeur d'eau et un gaz' contenant de. l'oxygène libre.
L'invention a trait à un procédé pour engendrer simultanément du monoxyde de carbone et de l'hydrogène, ainsi qu'un noir de carbone à partir d'un:hydrocarbure liquide, dans lequel procédé on soummet cet hydrocarbure liquide à .une réaction avec de la vapeur d'eau et un gaz contenant de l'oxygène libre dans une zone de réaction compacte, close et exempte de garnissage, on fournit le dit gaz contenant de l'oxygène libre à la zone de réaction en une quantité telle qu'au moins 0,5% et pas plus de 10%, de préférence pas plus de 5%, du carbone contenu dans l'hydrocarbure liquide reste non combiné et soit libéré sous forme d'un noir de carbone ayant un poids spécifique apparent , à l'état non compact , de 0,3 à 1 livre anglaise par pied cubique,
tout en maintenant automatiquement la zone de réaction à une température de l'or- dre de 2000 F. et davantage, et on évacue de la zone de réaction un courant de gaz contenant du monoxyde de carbone et de l'hydrogène en même temps que le noir de carbone.
-Lors de l'exécution de l'invention, on fait réagir un hydrocarbure liquide avec un gaz contenant de l'oxygène li bre et de la vapeur d'eau dans des proportions relatives tel- les que l'hydrocarbure liquide soit converti en quantités sensiblement maxima de monoxyde de carbone et d'hydrogène, tandis qu'en même temps une quantité substantielle du carbone contenu dans l'hydrocarbure liquide est libérée sous forme de carbone libre. Les proportions relatives des réactifs sont contrôlées de façon que les pr oduits gazeux principaux soient du monoxyde de carbone et de l'hydrogène. L'hydrocarbure li- quide est directement mélangé à et mis en réaction avec la
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vapeur d'eau et le gaz contenant de l'oxygène libre.
Les proportions sont telles que la température de réaction soit maintenue de manière autogène, la totalité de la chaleur, à l'exeption de celle nécessitée par un préchauffage, étant fournie par la réaction. Ceci contraste avec ce qui se passe dans les procédés courants de production de noir de carbone dans des fours,dans lequel proc0dé l'huile est soumise à un crackage par injection, avec ou sans addition d'air ou d'oxy- gène, dans une zone de réaction dans laquelle au moins une partie de la chaleur nécessaire pour le procédé est fournie par combustion supplémentaire.
Le noir de carbone obtenu par le procédé suivant l'invention possède des propriétés inaccoutumées, en compa- raison de celles du noir de carbone obtenu par les procédés classiques,.ainsi qu'il ressortira de la description détaillée suivante. L'invention convient particulièrement pour la pro- duction de noir de -carbone, d'hydrogène et de monoxyde de carbone à partir d'une huile lourde, telle qu'une huile brute lourde ou un résidu brut. Un avantage important de la présente invention réside dans la production simultanée de monoxyde de carbone et d'hydrogène, en même temps que de noir de carbone.
Le noir de carbone obtenu par le procédé suivant la présente invention diffère du noir de carbone obtenu par d'autres procédés exécutés dans des fours.
Les poids spécifiques apparents d'échantillons non compacts de noir de carbone obtenu par le procédé décrit dans le présent mémoire sont compris entre 0,3 et 1 livre anglaise par pied cubique. En particulier, le poids spécifi- que apparent est d'environ 0,5 livre par pied cubique. Par contre, le noir de carbone obtenu par les procédés usuels exécutés dans des fours a un poids spécifique apparent de l'ordre de 10 à 12 livres par pied cubique. Quant au noir de carbone obtenu dans des installations à canaux, il a un poid;
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spécifique apparent de l'ordre de 3 livres anglaises par pied cubique.
Mélangés à de l'eau, des échantillons du noir de carbone obtenu par le procédé suivant la présente invention se déposent jusqu'à ce qu'une concentration de 0,5 à 1% en poids de carbone soit atteinte,après quoi il ne-se produit plus aucune concentration par gravité. Ceci -représente une concentration de 0,3 à 0,6 livre anglaise de carbone par pied cubique. Par contre, lorsqu'il est dispersé dans de l'eau, le noir de carbone provenant d'un procédé de production en canaux, atteint, par dépôt ou précipitation, une concentra- tion de l'ordre de 6 à 8% de carbone, tandis que le noir de carbone obtenu dans un four atteint une concentration en car- bone de l'ordre de 10% en poids.
Le noir de carbone obtenu par le procéfé suivant l'invention présente une capacité d'absorption d'huile considérablement supérieure à celle des noirs de carbone de structure et de dimensions comparables obtenus dans des fours.
L'absorption d'huile d'échantillons représentatifs du noir de carbone obtenu par le procédé suivant l'invention, par La méthode d'absorption'd'huile en pâte épaisse, est de 35 à 40 gallons par 100. libres anglaises, alors que cette absorp tion est d'environ 16 gallons pour un noir de carbone fin de four ayant une structure similaire. Comme produit de comparaison, on a utilisé le noir de four dénomé"Statex 125" ,mis sur le marché par la Columbian Carbon Company, New York.
L'essai en pâte épaisse a été effectué en mélangeant de l'huis de lin à un échantillon de noir de carbone pesant 1 gramme jusqu'à obtenir une boule cohérente. Les résultats ont été convertis de cc/gr en gallons par 100 livres. Les valeurs d'absorption d'iode pour les mêmes échantillons représentatifs du noir de carbone obtenu par le procédé suivant l'invention sont 3 à 3,5 fois plus élevées que la valeur d'absorption
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d'iode du noir de four utilisé à des fins comparatives.
La teneur en matières volatiles du noir de carbone obtenu par le procédé suivant l'invention est de l'ordre de 4 à 6%, alors que celle du noir de four de comparaison est de 1,4%. Le noir de carbone de canaux contient généralement environ 5% de matières volatiles,tandis que les noirs de four en contiennent généralement moins de 1,5% environ.
Les noirs de four sont généralement alcalins, leur pH étant de l'odre de 7 à 9 ou même de 10. Le pH élevé du noir de four constitue un inconvénient dans certaines applications. Le noir de canal a généralement un pH de l'ordre de 4 à 5. Un noir de carbone représentatif obtenu par le pro- cédé suivant la présente invention (dont des détails sont donnés. plus lon dans un exemple spécifique) avait un pH de 4.
La teneur en cendre du noir de carbone obtenu par le procédé suivant l'invention peut être de l'ordre de 0,5 à 10%, même lorsqu'on utilise de l'eau distillée (exempte de produits minéraux) pour le refroidissement. Bien que la teneur en cendre du carbone de four puisse atteindre 1,5%, la teneur élevée en cendre est généralement attribuée aux sels présents dans l'eau utilisée pour le refroidissement. Quant à la teneur en cendre du noir de canal.elle peut n'être que de 0,05%.-
Au microscope électronique., le noir de carbone ob- tenu par le procédé suivant la présente invention se présente sous forme de petites particules généralement sphérique et reliées entre elles par des chaînes fortement ramifiées.
Dans un échantillon représentatif, les particules sphériques avaient un diamètre moyen estimé à environ 40 millimicrons.
Les particules individuelles ou sphères de carbone ont des surfaces très irrégulières et paraissent trouées et dans cer- tains cas,creuses. L'absorption d'huile et les valeurs d'ab- @ sorption d'iode extraordinairement élevées indiquent que
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la surface des particules de noir de carbone est exceptionnellement élevée, ce qui tend à confirmer les observations faites au microspope électronique, en ce qui concerne les caractéristiques de surface irrégulières des particules indivi- duelles.
La capacité d'absorption de la lumière du noir de carbone suivant la présente invention est considérablement plus élevée que celle du noir de carbone de four présentant des dimensions comparables. Ceci est apparemment dû en partie au moins à la nature trouée ou creuse des particules individuelles. Un échantillon de noir,de carbone en particules d'un diamètre moyen de 40 millimicrons avait une capacité
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d'absorption de lumière, c'est-à-dire une "noirceur", supérieure à celle du noir de four de comparaison (Statex 125) de struc- ture comparable, dont les particules avaient un diamètre moyen estimé à 20-25 millimicrons.
En général, plus le 'dia- mètre des particules d'un noir de carbone est;; petit.. , plus sa capacité d'absorption, de lumière est grande*
Le noir de carbone obtenu par le procédé suivant la présente invention possède une affinité extraordinairement élevée vis-à-vis de l'eau, c'est-à-dire qu'il présente un caractère très hydrophile. Dans un essai comparatif, on a qu' constaté/un échantillon de noir de carbone produit dans les conditions décrites plus loin contenait 805 d'humidité ab- sorbée au bout de 14 jours, alors qu'un échantillon de noir de four de structure comparable en contenait 16% et que- d'autres noirs de four en contenaient 8 à 20%.
La structure générale du noir de carbone suivant l'invention est similaire à la structure caractéristique du noir d'acétylène produit par décomposition thermique d'acéty- lène au contact de surfaces réfractaires chauffées. Cependant, -le noir d'acétylène ne possède pas l'absorption d'huile, l'absorption d'iode et l'absorption d'humidité élevées du noir de carbone obtenu par le présent procédé.
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Le noir de carbone obtenu par le procédé suivant l'intention est utilisable dans les encres et peintures et convient particulièrement pour des applications dans les- quelles une grande capacité d'absorption de lumière est re- quise et dans lesquelles le caractère brillant n'est pas un facteur important. Ce noir de carbone convient également dans les applications où un noir de renforcement à nodule élevé ou un noir conducteur est indiqué. Dans ces cas, il est fréquemment souhaitable de mélanger le noir de carbone obtenu par le présent procédé à du noir de four.
Les propriété absorbantes et adsorbantes anormalement élevées du noir de carbone suivant la présente invention militent en faveur de son application dans la purification d'huiles et de vins, dans les bateries à piles sèches, dans les explosifs et comme absorbants en traces dans les isolateurs électriques et les tubes radioélectriques.
Dans maints cas il est souhaitable d'employer un hydrocarbure liquide contenant des constituants formant de la cendre, notamment des composés de métaux lourds, comme matière de départ dans le procédé suivant la présente inven- tion. Le pétrole contient habituellement de petites quanti- tés de métaux lourds. Les métauxlourds renfermés le plus communément dans le pétrole sont le vanadium, le nickel, le fer, le chrome et le molybdène. Ces métaux lourds se présen- tent vraisemblablement sous forme de composés dans le pétrole.
Les compositions chimiques exactes des composés de métaux ou sont quelque peu douteuses. On admet, en général, que les métaux sont présents, tout au moins en pantie, sous la forme de composés organo-métalliques oléisolubles. Les proportions dans lesquelles des métaux lourds ou leurs composés sont présents 'dans le pétrole peuvent varier d'environ 1 à envi- ron 1000 parties par million en poids, sur la base du poids du métal.
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Dans les procédés classiques de production de noir de carbone, les huiles contenant des.métaux lourds sont considérées comme étant impropres à servir de matières de départ. Toutefois, on a constaté que le procédé suivant l'invention permet d'obtenir -' un noir de carbone à proprié- tés uniques et que la présence de métaux lourds n'est pas défavorable.*, Bien qu'il soit difficile(de déterminer l'effet qu'exercent les métaux lourds sur les propriétés du noir de carbone obtenu, on suppose que la présence de métaux lourds en ,concentrations supérieures à 10 parties par million et, de préférence, supérieures à 100 parties par million est au moins partiellement responsable des propriétés uniques présentées par le noir de carbone.
La théorie précédente constitue une explication possible du fait que le noir de carbone obtenu conformément à la présente invention diffère du noir de carbone de four produit dans le commerce. Il doit cependant être entendu que cette théorie n'est donnée qu'à titre d'ex- p lication et ne doit pas être considérée comme limitant dans. une mesure quelconque la présente invention.
Parmi les métaux lourds contenus normalement dans les matières carburantes à base'de pétrole, le vanadium, . le nickel et le fer se présentent dans les proportions les plus élevées. Ordinairement les huiles de pétrole conbenant même de petites quantités de vanadium sont gênantes, lorsqu'on les utilise comme carburants. La cendre provenant de ces hui- les est corrosive ou érosive tant vis-à-vis des réfractaires que des alliages métalliques.
Les huiles carburantes contenant, @ du nickel et du molybdène sont également gênantes, quoique dans une moindre mesure, .aux points de vue de la 'corrosion et de l'érosion* Parmi les matières contaminantes à base de métaux lourds, le vanadium et le nickel paraissent être les plus nuisibles pour les matiè res réfractaires, en parti- culier pour les matières réfractaires à base d'oxyde d'alumi-
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nium .
On a toutefois constaté que dans les conditions d'oxydation partielle appliquées dans le présent procédé, dans lequel une partie substantielle, à savoir au moins 0,5%, du carbone contenu dans la matière carburante est libérée sous forme de carbone libre en présence d'une atmosphère non oxydante ou fortement réductrice, les métaux lourds n'ont pas ou n'ont que peu d'effet nuisible sur les matières réfractaires à haute température bans une forme d'exécution particulière de la présen- te invention, une huile à base d'hydrocarbure, par exemple une huile carburante résiduelle, est mise en réaction avec de la vapeur d'eau et de l'oxygène dans une zone de réaction compacte à une température de l'ordre de 2000 à 3200 F., de préférence à une température supérieure à 2250 F.
et avantageux sement comprise entre 2500 et 2900 F. La zone de réaction est exempte de garnissage et présente, de préférence, une surface interne voisine du minimum. Un réacteur satisfaisant est, par exemple, un réacteur en forme de cylindre, dont la longueur correspond sensiblement à 2,5 fois son diamètre.
Les réacteurs dont le rapport longueur-diamètre est compris entre 1 et 4 environ conviennent généralement le mieux.
La température de réaction, qui est avantageusement d'environ 2600 F, est maintenue de manière autogène. Un préchauffage des réactifs est généralement souhaitable. La quantité d'oxygène non combiné fournie à la zone de réaction est limitée de façon à obtenir des rendements en monoxyde de carbone et hydrogène voisins des rendements maxima. Le produit gazeux consiste essentiellement en monoxyde de carbone et en , hydrogène et contient des quantités relativement faibles d'anhydride carbonique et d'hydrocarbure non converti.
'La réaction peut être conduite à pression atmosphérique ou à une pression élevée, qui peut, par exemple, atteindre 1000 livures anglsices par pouce carré. Une pression com-
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prise entre 100 et 600 livres anglaises par pouce carré'est généralement préférée.
On peut utiliser de l'air, de l'air enrichi en oxygène ou de l'oxygène sensiblement pur. L'oxygène peut être obtenu par rectification d'air. On dispose de géné- rateurs d'oxygène commerciaux capables de débiter de grandes quantités d'oxygène de pureté élevée. L'oxygène commercial ainsi produit contient ordinairement plus de 95 mol. % d'oxy- gène.
Les proportions relatives d'huile, d'oxygène et de
Vapeur d'eau requises varient avec les diverses huiles utili- sables et peuvent amsément être déterminées par un essai pour une huile particulière. Les proportions d'oxygène, de vapeur d'eau et d'huile sont équilibrées pour maintenir au- tomatiquement la température opératoire désirée et le degré désiré de conversion de carbone. Il est évident que la réaction entre l'huile hydroèarburée liquide et l'oxygène est for- tement exothermique, tandis que les réactions avec la vapeur d'eau sont endothermiques.. La vapeur d'eau sert d'une part, à limiter la température maximum dans la zone. de réaction, tandis que, dtautre part, elle fournit l'oxygène pour la .réaction et produit de l'hydrogène.
Pour conserver de l'oxy- gène libre, la vapeur d'eau est de préférence préchauffée à une température.dtau moins 600 F. La vapeur d'eau est avantagea sentent chauffée à la température la plus élevée pratiquement obtenable, par exemple à une température comprise entre 600' et 1200 F. De même, il est souhaitable de préchauffer. l'hydro- carbure liquide à la température pratiquement la plus' élevée possible. Il est souvent avantageux de préchauffer la vapeur d'eau et l'hydrocarbure liquide mélangés l'un à l'autre à une température d'au moins 600 F. Des températures de pré- chauffage plus élevées qont souhaitables, mais ne sont géné- ralement pas pratiques.
La quantité d'oxygène libre fournie-
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à la zone de réaction est limitée de façon que la conversion . de carbone en oxydes de carbone s'opère à raison de 90 à
99,5% de la teneur en carbone de l'hydrocarbure liquide ame- né à la zone de réaction. Le degré de conversion du carbone peut varier entre les limites indiquées ci-avant, selon les quantités de métaux lourds contenues dans l'hydrocarbure liquide. La Quantité de carbone non convertie doit être au moins de 50 fois et, de préférence, d'au moins 100 fois les poids combinés du nickel et du vanadium contenus dans l'hydrocarbure liquide, sur la base du poids de la proportion de métal des constituants métallifères présents dans cette huile.
Le carbone non converti provenant de l'hydrocar- bure liquide est libéré sous forme' de carbone libre, qui constitue le noir de carbone suivant l'invention.
L'oxygène total, c'est-à-dire l'oxygène fourni, par la dissociation de la vapeur d'eau ainsi que l'oxygène libre, est en généarl quelque/peu supérieur en quantité à la quantité théorique stoéchiométriq uement requise pour con- vertir tout le carbone présent dans l'hydrocarbure liquide en monoxyde de carbone. Il a été constaté que, même si la quantité totale d'oxygène entrant en réaction est supérieure à la quantité théorique stoéchiométriquement requise pour convertir tout le carbone présent dans l'hydrocarbure liquide en monoxyde de carbone, il se forme néanmoins du carbone libre
Ceci peut s'expliquer du fait qu'une partie de l'oxygène se combine avec de l'hydrogène provenant de l'hydrocarbure liqui- de, de manière à,former de la vapeur d'eau.
Il a été constaté que le pouvoir calorifique élevé de l'hydrocarbure liquide est un indice convenable des besions en oxygène libre. 1,5 à 1,9 mols. d'oxygène libre sont nécessa: res pour chaque valeur de 1000000 d'unités thermiques bri- tanniques ou , "British thermal units" du pouvoir calorifique de l'hydrocarbure liquide amené au réacteur. Les besoins en
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oxygène libre sont généralement compris entre environ 0,6 et environ 1,3 livres anglaises par livre.anglaise d'hydrocar- bure liquide, tandis que les besoins en vapeur d'eau sont compris entre environ 0,2 et environ 1,5 livres anglaises par livre anglaise d'hydrocarbure liquide.
Comme exemples de proportions typiques de vapeur d'eau et d'oxygène, on peut ci, ter celles de 0,5 - 0,6 livre de vapeur et celles de 1-0,95 livre d'oxygène respectivement par livre d'huile.
Le caractère souhaitable du préchauffage de la vapeur d'eau a été mentionné précédemment. Il est généralement souhaitable de préchauffer les autres réactifs à une température aussi élevée que le permet la pratique,. Ainsi, de l'air est, de préférence, préchauffé à une température d'au moins 600 F. Par suite de la réactivité de l'oxygène pure, il est ordinairement indésirable de préchauffer l'oxy- gène dans quelque mesure que ce soit ou de préchauffer l'oxygène à une température n'excédant pas 600 F. Une marche satisfaisante du procédé peut être obtenue sans aucun pré chauf- fage du courant d'oxygène de départ.
L'huile hydrocarburée peut être préchauffée, de manière générale, jusqu'à une température,dépassant 600 F ; le préchauffage de l'hydrocarbure est limité par la tendance au crackage de l'huile particulière. En général, le crackage limite la température de préchauffage pratique à une valeur inférieure à environ 8000 F.
Une marche satisfaisante du procédé est obtenue en préchauf- fant séparément l'huile jusqu'à une température voisine de sa température de vaporisation à la pression régnant dans la conduite d'alimentation, en mélangeant l'huile préchauffée à de la vapeur d'eau de manière à former une dispersion de l'huile dans la vapeur et en préchauffant ensuite la disper- .$!on à une température de l'ordre de 7000 F.
Là quantité d'anhydride carbonique contenue dans le produit gazeux obtenu constitue une indication convenable pour déterminer les proportions relatives correctes
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d'hydrocarbure liquide, d'oxygène et de vapeur. En général, la teneur en anhydride carbonique du courant gazeux produit doit être comprise entre environ 2 et environ 6 % et doit, de préférence, Être de l'ordre'de 3,5 à 5,5 %.
La cendre provenant de l'hydrocarbure liquide, en particulier des constituants à base de métaux lourds de cet hydrocarbure, est retenue de manière sensiblement complète dans le noir de carbone résultant. Par suite de la séquestration de la cendre avec le noir de carbone, le garnissage réfractaire du générateur est protégé contre l'attaque des métaux lourds. La concentration en métaux lourds du noir de carbone peut varier de 0,5 à 10 % en poids.
Les gaz chauds sortant du générateur et contenant du carbone entraîné sont refroidis à une température inférieure à la température de réaction, après quoi le carbone est séparé du courant gazeux. La séparation peut s'effectuer par des moyens classiques, par exemple dans des pré- ipitateurs Cottrell, des séparateurs cyclones et des filtres à sac. Dans une forme d'exécution préférée, les gaz chauds venant de la zone de réaction et contenant du carbone entraîné sont mis directement en contact avec de l'eau. Dans un exemple spécifique, ceci se fait en déchargeant les gaz par une conduite d'évacuation submergée dans une masse d'eau, le courant gazeux étant par ailleurs lavé pour en éliminer complètement le carbone, par contact à contre-courant de ce courant gazeux avec un courant d'eau.
Le courant gazeux est un mélange constitué principalement de monoxyde de carbone et d'hydrogène, ce mélange convenant comme gaz de départ pour d'autres opérations commerciales.
Les exemples spécifiques suivants illustrent la présente invention. Dans chacun de ces exemples, le générateur était pourvu d'un garnissage de 2,5 pouces d'alundon
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(oxyde d'aluminium) de grande pureté, ce revêtement étant entouré d'une maçonnerie réfractaire isolante.
L'huile carburante utilisée était une huile brute de San Ardo présentant la composition et les propriétés physiques suivantes :
Densité 12,8 API
Viscosité 650 S.F. à 122 F.
Point d'éclair 235 F.
Point de coulée 50 F.
Indice carbone Conradson 9,6
Pouvoir calorifique brut 18450 Btu/livres
Analyse élémentaire
Carbone 85,5 % en poids
Hydrogène 11,0 % en poids
Azote 1,0 % en poids
Soufre 1,9 % en poids
Oxygène 0,6 % en poids
Cendre : Vanadium 68 parties par million
EMI13.1
Nickel 56 rr rr il
Fer ' 57 " " " L'huile a été atomisée avec de la vapeur d'eau et mélangée à de l'oxygène d'une pureté de 99,9 % dans un gazogène du type à circulation, tel que celui décrit dans le brevet des
EMI13.2
Etats-Unis d'Amérique n .5$2.3$.
EMI13.3
<tb>
<tb>
Exemple <SEP> 1 <SEP> Exemple <SEP> 2
<tb> Débits <SEP> d'alimentation
<tb> Oxygène <SEP> en <SEP> pieds <SEP> cubiques/
<tb> heure <SEP> 5.186 <SEP> 12.107
<tb> Huile <SEP> en <SEP> livres/heure <SEP> 401,5 <SEP> 954
<tb> Eapeur <SEP> d'eau <SEP> en <SEP> livres/heure <SEP> 224,1 <SEP> 258
<tb> Moles <SEP> O2 <SEP> / <SEP> MM <SEP> Btu <SEP> d'huile <SEP> 1,047 <SEP> 1,024
<tb> Conditions <SEP> opératoires
<tb> Température <SEP> du <SEP> générateur
<tb> ( F) <SEP> 2.
<SEP> 600 <SEP> 2.850
<tb> Pression <SEP> du <SEP> générateur
<tb> (livres <SEP> par <SEP> pouce <SEP> carré) <SEP> 373 <SEP> 341
<tb> Température <SEP> de <SEP> préchauffage
<tb> ( F)
<tb> huile-vapeur <SEP> d'eau <SEP> 710 <SEP> 740
<tb> oxygène <SEP> 67 <SEP> 70
<tb>
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Production de carbone
Livres par heure 1,50 15,47
Carbone non-converti (%) 0,44 1,89
Production de gas sec en pieds cubique/heure 20.195 47.915
Analyse du gaz produit,.base sèche en mol %
Hydrogène 47,0 46,51 '
Monoxyde de carbone 47,0 49,06
Anhydride carbonique 5, 5 3,71
Azote 0,3 0,22 @ Méthane 0,1 0,04
Hydrogène sulfuré 0,1 0,
44 sulfure de carbonyle - 0,02
Après 186 heures de marche dans les conditions opératoires de conversion élevée de carbone, dont les don- nées sont montrées dans l'exemple 1, le revêtement en alundor du générateur a été examiné et on a constaté qu'il s'était détérioré à un point tel que tout fonctionnement ultérieur du générateur était exclu. Le revêtement a été remplacé et examiné après environ 673 heures de marche du générateur dans les conditions de conversion modérée de carbone, dont certaines données sont montrées dans l'exemple 2. On a constaté que le revêtement ou garnissage était alors en ex- cellent état. On a continué à faire marcher le même généra- teur dans des conditions similaires de conversion modérée de carbone, jusqu'à ce qu'il ait fonctionné au total pendant
3. 091 heures environ.
Pendant cette période, un certain nom- bre d'huiles carburantes lourdes ont été fournies au géné- rateur. Certaines de ces huiles carburantes contenaient des quantités de vanadium et de nickel supérieures à celles con- tenues dans l'huile brute de San Ardo. Au bout de cette période, une inspection du revêtement intérieur du généra- teur a révélé que ce revêtement était en excellent état.
Aucune évaluation n'a été faite du carbone produit dans les deux exemples susdérits. Le carbone obte- nu dans 'l'exemple 1 n'a pas été testé, car les conditions opératoires n'ont pas pu être maintenues pendant une période de durée suffisamment longue pour assurer l'obtention de
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résultats concordants.
EXEMPLES 3 et 4,
De l'huile carburante dénommée "Bunker Oil" a été chargée dans un générateur d'une capacité de 4 pieds, cubiques, comme dans les exemples 1 et 2. L'huile avait la composition et les propriétés physiques suivantes :
EMI15.1
<tb>
<tb> Densité <SEP> 9 <SEP> API
<tb> Viscosité <SEP> 150 <SEP> S.F. <SEP> à <SEP> 1220 <SEP> F.
<tb>
Point <SEP> d'éclair <SEP> 2850 <SEP> F
<tb> Pouvoir <SEP> calorifique <SEP> brut <SEP> 18.200 <SEP> Btu/livre
<tb> Analyse <SEP> élémentaire <SEP> (% <SEP> poids)
<tb> Carbone <SEP> 87
<tb> Hydrogène <SEP> 10
<tb> Azote <SEP> 0,9
<tb> Soufre <SEP> 1,3
<tb> Oxygène <SEP> 0,8
<tb>
EMI15.2
<tb>
<tb> Cendre <SEP> : <SEP> Vanadium <SEP> 130 <SEP> parties <SEP> par <SEP> million
<tb> Nickel <SEP> 80 <SEP> " <SEP> " <SEP> "
<tb> Fer <SEP> 73 <SEP> " <SEP> " <SEP> "
<tb> Silice <SEP> 240 <SEP> " <SEP> " <SEP> "
<tb> Sodium <SEP> 69 <SEP> " <SEP> "
<tb>
L'huile a été atomisée avec de la vapeur d'eau et mélangée à de l'oxygène d'une pureté de plus de 99%.
Les conditions opératoires et les compositions analytiques des produits obtenus sont les suivantes :
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<tb>
<tb> Exemple <SEP> 3 <SEP> Exemple <SEP> 4
<tb> Débits <SEP> d'alimentation
<tb> Oxygène <SEP> en <SEP> pieds <SEP> cubiques/heure <SEP> 5.258 <SEP> 5.405
<tb> Huile <SEP> en <SEP> livres/heure <SEP> 441,9 <SEP> 442,7
<tb> Vapeur <SEP> d'eau, <SEP> livres/heure <SEP> 260,6 <SEP> 250,2
<tb> Conditions <SEP> opératoires
<tb> Température <SEP> du <SEP> générateur <SEP> ( F) <SEP> 2.540 <SEP> 2.577
<tb> Pression <SEP> du <SEP> générateur, <SEP> (livres <SEP> par
<tb> pouce <SEP> carré) <SEP> 345 <SEP> 345
<tb> Température <SEP> de <SEP> préchauffage <SEP> ( F)
<tb> huile <SEP> - <SEP> vapeur <SEP> d'eau <SEP> 722 <SEP> 716
<tb> oxygène <SEP> 52 <SEP> 61
<tb>
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Production de carbone
Livres par heure 15,79 9,
69
EMI16.1
Carbone non converti (çp) li,10 2,gaz Production de gaz sec en pieds cubiques/heure 22.182 22.500 Analyse du gaz produit-base sèche en mol %
EMI16.2
Hydrogène 4.6,9 16,7 Monoxyde de carbone .',7'0 47,3
Anhydride carbonique 5,2 5,3
Azote 0,3 0,3
Méthane 0,4 0,2
Hydrogène sulfuré 0,15 0,2
Sulfure de carbonyle 0,01 0,02
Les propriétés du carbone produit dans les exem- ples 3 et 4 sont données dans le tableau suivant :
EMI16.3
<tb>
<tb> Exemple <SEP> 3 <SEP> Exemple <SEP> 4 <SEP> Statex <SEP> 125
<tb> Carbone <SEP> Carbone <SEP> ISAF <SEP> carbone
<tb> Teinte <SEP> estimée <SEP> (ABC <SEP> Standard) <SEP> 162 <SEP> 146 <SEP> 140
<tb> Absorption <SEP> d'huile <SEP> (gal/100
<tb> livres) <SEP> 41 <SEP> 38 <SEP> 16
<tb>
EMI16.4
Matières volatiles (;ô) 6,0 4,8 1,4
EMI16.5
<tb>
<tb> Absorption <SEP> d'iode <SEP> 436 <SEP> 424 <SEP> 115
<tb> pH <SEP> 4,0 <SEP> -- <SEP> 7,5
<tb>
EMI16.6
Extractible acétone (5&) bzz # 0,07 Cendre zoo) 1$83 # 0,20
EMI16.7
<tb>
<tb> Absorption <SEP> d'humidité <SEP> (14 <SEP> jours)
<tb> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> noir <SEP> 80 <SEP> 16
<tb>
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The present invention relates to the production of carbon black, carbon monoxide and hydrogen by reacting a liquid hydrocarbon with water vapor and a gas containing. free oxygen.
The invention relates to a process for simultaneously generating carbon monoxide and hydrogen, as well as a carbon black from a liquid hydrocarbon, wherein the process is subjected to this liquid hydrocarbon to reaction with. water vapor and a gas containing free oxygen in a compact, closed and packed free reaction zone, said gas containing free oxygen is supplied to the reaction zone in an amount such that at least 0.5% and not more than 10%, preferably not more than 5%, of the carbon contained in the liquid hydrocarbon remains uncombined and is released as a carbon black having an apparent specific weight, to the non-compact state, from 0.3 to 1 English pound per cubic foot,
while automatically maintaining the reaction zone at a temperature of the order of 2000 F. and higher, and discharging from the reaction zone a gas stream containing carbon monoxide and hydrogen together with carbon black.
In carrying out the invention, a liquid hydrocarbon is reacted with a gas containing free oxygen and water vapor in relative proportions such that the liquid hydrocarbon is converted into quantities substantially maxima of carbon monoxide and hydrogen, while at the same time a substantial amount of the carbon contained in the liquid hydrocarbon is released as free carbon. The relative proportions of the reactants are controlled so that the main gaseous products are carbon monoxide and hydrogen. The liquid hydrocarbon is directly mixed with and reacted with the
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water vapor and gas containing free oxygen.
The proportions are such that the reaction temperature is maintained autogenously with all of the heat, except that required by preheating, being supplied by the reaction. This contrasts with that which occurs in common processes for producing carbon black in furnaces, in which the oil is subjected to injection cracking, with or without the addition of air or oxygen, in the process. a reaction zone in which at least part of the heat necessary for the process is supplied by additional combustion.
The carbon black obtained by the process according to the invention has unusual properties compared to those of the carbon black obtained by the conventional processes, as will emerge from the following detailed description. The invention is particularly suitable for the production of carbon black, hydrogen and carbon monoxide from a heavy oil, such as a heavy crude oil or a crude residue. An important advantage of the present invention is the simultaneous production of carbon monoxide and hydrogen, along with carbon black.
The carbon black obtained by the process according to the present invention differs from the carbon black obtained by other processes carried out in furnaces.
The bulk specific gravities of non-compacted samples of carbon black obtained by the method described herein are between 0.3 and 1 English pound per cubic foot. In particular, the apparent specific weight is about 0.5 pounds per cubic foot. On the other hand, the carbon black obtained by the usual methods carried out in furnaces has an apparent specific weight of the order of 10 to 12 pounds per cubic foot. As for the carbon black obtained in channel installations, it has a weight;
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apparent specific of the order of 3 pounds per cubic foot.
When mixed with water, samples of the carbon black obtained by the process according to the present invention settle out until a concentration of 0.5 to 1% by weight of carbon is reached, after which it does not. no more concentration occurs by gravity. This represents a concentration of 0.3 to 0.6 English pounds of carbon per cubic foot. On the other hand, when it is dispersed in water, the carbon black coming from a channel production process, reaches, by deposition or precipitation, a concentration of the order of 6 to 8% carbon. , while the carbon black obtained in an oven reaches a carbon concentration of the order of 10% by weight.
The carbon black obtained by the process according to the invention exhibits an oil absorption capacity considerably greater than that of carbon blacks of comparable structure and dimensions obtained in furnaces.
The oil absorption of representative samples of carbon black obtained by the method according to the invention, by the thick-paste oil absorption method, is 35 to 40 gallons per 100. that this absorption is about 16 gallons for a fine kiln carbon black having a similar structure. As a comparison product, kiln black referred to as "Statex 125", marketed by the Columbian Carbon Company, New York, was used.
The thick paste test was performed by mixing linseed oil with a sample of carbon black weighing 1 gram until a consistent ball was obtained. The results were converted from cc / gr to gallons per 100 pounds. The iodine absorption values for the same representative samples of carbon black obtained by the method according to the invention are 3 to 3.5 times higher than the absorption value
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of iodine from kiln black used for comparative purposes.
The volatile matter content of the carbon black obtained by the process according to the invention is of the order of 4 to 6%, while that of the comparison furnace black is 1.4%. Channel carbon black generally contains about 5% volatiles, while kiln blacks generally contain less than about 1.5%.
Kiln blacks are generally alkaline with a pH in the range of 7 to 9 or even 10. The high pH of kiln black is a drawback in some applications. Channel black generally has a pH in the range of 4 to 5. A representative carbon black obtained by the process according to the present invention (details of which are given further in a specific example) had a pH of. 4.
The ash content of the carbon black obtained by the process according to the invention can be of the order of 0.5 to 10%, even when distilled water (free from mineral products) is used for cooling. Although the ash content of furnace carbon can reach 1.5%, the high ash content is generally attributed to the salts present in the water used for cooling. As for the ash content of the channel black, it may be only 0.05% .-
Under the electron microscope, the carbon black obtained by the process according to the present invention is in the form of small generally spherical particles and linked together by strongly branched chains.
In a representative sample, the spherical particles had an estimated average diameter of about 40 millimicrons.
Individual particles or spheres of carbon have very irregular surfaces and appear to be perforated and in some cases hollow. The oil absorption and extraordinarily high iodine absorption values indicate that
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the surface area of the carbon black particles is unusually large, which tends to confirm the observations made with the electron microspope with regard to the irregular surface characteristics of the individual particles.
The light absorbing capacity of carbon black according to the present invention is considerably higher than that of furnace carbon black having comparable dimensions. This is apparently at least in part due to the pitted or hollow nature of the individual particles. A sample of black, particulate carbon with an average diameter of 40 millimicrons had a capacity
EMI5.1
of light absorption, that is to say a "blackness", greater than that of the comparison furnace black (Statex 125) of comparable structure, the particles of which had an estimated average diameter of 20-25 millimicrons .
In general, the larger the particle size of a carbon black is; small .., the greater its absorption capacity, of light *
The carbon black obtained by the process according to the present invention has an extraordinarily high affinity with respect to water, that is to say it has a very hydrophilic character. In a comparative test, it was found that a sample of carbon black produced under the conditions described below contained 80% of absorbed moisture after 14 days, whereas a sample of furnace black of comparable structure contained 16% and other oven blacks contained 8-20%.
The general structure of the carbon black according to the invention is similar to the characteristic structure of acetylene black produced by thermal decomposition of acetylene in contact with heated refractory surfaces. However, acetylene black does not have the high oil absorption, iodine absorption and moisture absorption of carbon black obtained by the present process.
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The carbon black obtained by the process according to the intention is suitable for use in inks and paints and is particularly suitable for applications in which high light absorption capacity is required and in which glossiness is not. not an important factor. This carbon black is also suitable in applications where a high nodule reinforcing black or a conductive black is indicated. In these cases, it is frequently desirable to mix the carbon black obtained by the present process with furnace black.
The abnormally high absorbent and adsorbent properties of carbon black according to the present invention militate in favor of its application in the purification of oils and wines, in dry cell batteries, in explosives and as trace absorbents in electrical insulators. and radio tubes.
In many cases it is desirable to employ a liquid hydrocarbon containing ash-forming constituents, especially heavy metal compounds, as a starting material in the process according to the present invention. Petroleum usually contains small amounts of heavy metals. The heavy metals most commonly contained in petroleum are vanadium, nickel, iron, chromium and molybdenum. These heavy metals are likely to occur as compounds in petroleum.
The exact chemical compositions of the compounds or metals are somewhat doubtful. It is generally accepted that the metals are present, at least in combination, in the form of oil-soluble organometallic compounds. The proportions in which heavy metals or their compounds are present in petroleum can vary from about 1 to about 1000 parts per million by weight, based on the weight of the metal.
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In conventional processes for the production of carbon black, oils containing heavy metals are considered to be unsuitable for use as starting materials. However, it has been found that the process according to the invention makes it possible to obtain a carbon black with unique properties and that the presence of heavy metals is not unfavorable. * Although it is difficult to to determine the effect of heavy metals on the properties of the carbon black obtained, it is assumed that the presence of heavy metals in concentrations greater than 10 parts per million and, preferably, greater than 100 parts per million, is at least partially responsible for the unique properties exhibited by carbon black.
The foregoing theory is one possible explanation for the fact that the carbon black obtained according to the present invention differs from the furnace carbon black produced commercially. It should be understood, however, that this theory is given only by way of explanation and should not be construed as limiting in. any measure of the present invention.
Among the heavy metals normally contained in petroleum-based fuel materials, vanadium,. nickel and iron are present in the highest proportions. Usually petroleum oils containing even small amounts of vanadium are troublesome when used as fuels. The ash from these oils is corrosive or erosive to both refractories and metal alloys.
Fuel oils containing nickel and molybdenum are also a nuisance, albeit to a lesser extent, from the point of view of corrosion and erosion. Among the heavy metal contaminants, vanadium and carbon. nickel appear to be the most harmful for refractory materials, in particular for refractories based on aluminum oxide.
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nium.
It has been found, however, that under the partial oxidation conditions applied in the present process, in which a substantial part, namely at least 0.5%, of the carbon contained in the fuel material is released as free carbon in the presence of In a non-oxidizing or strongly reducing atmosphere, heavy metals have little or no detrimental effect on high temperature refractories In a particular embodiment of the present invention, a high temperature refractory oil. Hydrocarbon base, for example residual fuel oil, is reacted with water vapor and oxygen in a compact reaction zone at a temperature in the range of 2000 to 3200 F., preferably at a temperature above 2250 F.
and advantageously between 2500 and 2900 F. The reaction zone is free of packing and preferably has an internal surface close to the minimum. A satisfactory reactor is, for example, a cylinder-shaped reactor, the length of which corresponds substantially to 2.5 times its diameter.
Reactors with a length-to-diameter ratio of between about 1 and 4 are generally most suitable.
The reaction temperature, which is preferably around 2600 F, is maintained autogenously. Preheating of the reagents is generally desirable. The quantity of uncombined oxygen supplied to the reaction zone is limited so as to obtain yields of carbon monoxide and hydrogen close to the maximum yields. The gaseous product consists primarily of carbon monoxide and hydrogen and contains relatively small amounts of carbon dioxide and unconverted hydrocarbon.
The reaction can be carried out at atmospheric pressure or at an elevated pressure, which can, for example, be up to 1000 pounds per square inch. Pressure com-
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taken between 100 and 600 English pounds per square inch is generally preferred.
Air, oxygen enriched air or substantially pure oxygen can be used. Oxygen can be obtained by air rectification. Commercial oxygen generators are available capable of delivering large amounts of oxygen of high purity. The commercial oxygen thus produced usually contains more than 95 mol. % oxygen.
The relative proportions of oil, oxygen and
Water vapor requirements vary with the various oils that can be used and can be determined by testing for a particular oil. The proportions of oxygen, water vapor and oil are balanced to automatically maintain the desired operating temperature and the desired degree of carbon conversion. It is obvious that the reaction between liquid hydro-carbonated oil and oxygen is highly exothermic, while the reactions with water vapor are endothermic. Water vapor serves on the one hand to limit the maximum temperature in the area. reaction, while on the other hand it supplies oxygen for the reaction and produces hydrogen.
To conserve free oxygen, the water vapor is preferably preheated to a temperature of at least 600 F. The water vapor is preferably heated to the highest temperature practically achievable, for example to a temperature of at least 600 F. temperature between 600 'and 1200 F. Likewise, it is desirable to preheat. liquid hydrocarbon at substantially the highest possible temperature. It is often advantageous to preheat the water vapor and liquid hydrocarbon mixed with each other to a temperature of at least 600 F. Higher preheating temperatures than are desirable, but are not general. not practical.
The amount of free oxygen supplied
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to the reaction zone is limited so that the conversion. of carbon in carbon oxides takes place at a rate of 90 to
99.5% of the carbon content of the liquid hydrocarbon supplied to the reaction zone. The degree of carbon conversion can vary between the limits indicated above, depending on the amounts of heavy metals contained in the liquid hydrocarbon. The Amount of unconverted carbon should be at least 50 times and preferably at least 100 times the combined weights of the nickel and vanadium contained in the liquid hydrocarbon, based on the weight of the metal proportion of the metal constituents present in this oil.
The unconverted carbon from the liquid hydrocarbon is liberated as free carbon, which constitutes the carbon black according to the invention.
The total oxygen, that is to say the oxygen supplied by the dissociation of the water vapor as well as the free oxygen, is generally somewhat greater in quantity than the theoretical stoichiometric quantity required for converting all of the carbon in the liquid hydrocarbon to carbon monoxide. It has been found that even though the total amount of oxygen entering the reaction is greater than the theoretical amount stoichiometrically required to convert all of the carbon present in the liquid hydrocarbon to carbon monoxide, free carbon is nevertheless formed.
This can be explained by the fact that part of the oxygen combines with the hydrogen from the liquid hydrocarbon to form water vapor.
It has been found that the high calorific value of liquid hydrocarbon is a suitable index of free oxygen requirements. 1.5 to 1.9 mols. of free oxygen are required for every 1,000,000 British thermal units or "British thermal units" of the calorific value of the liquid hydrocarbon supplied to the reactor. Needs in
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Free oxygen is generally between about 0.6 and about 1.3 English pounds per English pound of liquid hydrocarbon, while water vapor requirements are between about 0.2 and about 1.5 pounds per English pound of liquid hydrocarbon.
Examples of typical proportions of water vapor and oxygen are those of 0.5 - 0.6 pounds of vapor and those of 1-0.95 pounds of oxygen per pound of oil, respectively. .
The desirability of preheating steam has been mentioned previously. It is generally desirable to preheat other reagents to as high a temperature as practicable. Thus, air is preferably preheated to a temperature of at least 600 F. Due to the reactivity of pure oxygen, it is ordinarily undesirable to preheat the oxygen to any extent. or preheating the oxygen to a temperature not exceeding 600 F. Satisfactory operation of the process can be obtained without any preheating of the starting oxygen stream.
Hydrocarbon oil can be preheated, in general, to a temperature in excess of 600 F; preheating of the hydrocarbon is limited by the tendency to crack the particular oil. In general, cracking limits the practical preheat temperature to a value below about 8000 F.
Satisfactory operation of the process is obtained by separately preheating the oil to a temperature close to its vaporization temperature at the pressure prevailing in the supply pipe, by mixing the preheated oil with steam. so as to form a dispersion of the oil in the vapor and then preheating the dispersion to a temperature of the order of 7000 F.
The quantity of carbon dioxide contained in the gaseous product obtained constitutes a suitable indication for determining the correct relative proportions.
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of liquid hydrocarbon, oxygen and vapor. In general, the carbon dioxide content of the product gas stream should be between about 2 and about 6% and should preferably be in the range of 3.5 to 5.5%.
Ash from the liquid hydrocarbon, in particular the heavy metal constituents of this hydrocarbon, is substantially completely retained in the resulting carbon black. As a result of the sequestration of the ash with the carbon black, the refractory lining of the generator is protected against attack by heavy metals. The concentration of heavy metals in the carbon black can vary from 0.5 to 10% by weight.
The hot gases leaving the generator and containing entrained carbon are cooled to a temperature below the reaction temperature, after which the carbon is separated from the gas stream. The separation can be carried out by conventional means, for example in Cottrell precipitators, cyclone separators and bag filters. In a preferred embodiment, the hot gases coming from the reaction zone and containing entrained carbon are contacted directly with water. In a specific example, this is done by discharging the gases through a discharge pipe submerged in a body of water, the gas stream being moreover washed in order to completely remove the carbon, by contact against the current of this gas stream. with a stream of water.
The gas stream is a mixture consisting mainly of carbon monoxide and hydrogen, this mixture being suitable as a starting gas for other commercial operations.
The following specific examples illustrate the present invention. In each of these examples, the generator was provided with a 2.5-inch lining of alundon
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(aluminum oxide) of high purity, this coating being surrounded by an insulating refractory masonry.
The fuel oil used was a crude oil from San Ardo with the following composition and physical properties:
API density 12.8
Viscosity 650 S.F. to 122 F.
Flash point 235 F.
Pour point 50 F.
Conradson Carbon Index 9.6
Gross calorific value 18450 Btu / lb
Elemental analysis
Carbon 85.5% by weight
Hydrogen 11.0% by weight
Nitrogen 1.0% by weight
Sulfur 1.9% by weight
Oxygen 0.6% by weight
Ash: Vanadium 68 parts per million
EMI13.1
Nickel 56 rr rr it
Iron '57 "" "The oil was atomized with water vapor and mixed with oxygen of 99.9% purity in a flow-through type gasifier, such as that described in the patent. of
EMI13.2
United States of America n. 5 $ 2.3 $.
EMI13.3
<tb>
<tb>
Example <SEP> 1 <SEP> Example <SEP> 2
<tb> Power <SEP> flow rates
<tb> Oxygen <SEP> in <SEP> cubic feet <SEP> /
<tb> time <SEP> 5.186 <SEP> 12.107
<tb> Oil <SEP> in <SEP> pounds / hour <SEP> 401.5 <SEP> 954
<tb> Steam <SEP> of water <SEP> in <SEP> pounds / hour <SEP> 224.1 <SEP> 258
<tb> Moles <SEP> O2 <SEP> / <SEP> MM <SEP> Btu <SEP> of oil <SEP> 1.047 <SEP> 1.024
<tb> Operating <SEP> conditions
<tb> Temperature <SEP> of generator <SEP>
<tb> (F) <SEP> 2.
<SEP> 600 <SEP> 2.850
<tb> Generator <SEP> pressure <SEP>
<tb> (pounds <SEP> by <SEP> inch <SEP> square) <SEP> 373 <SEP> 341
<tb> Preheating <SEP> <SEP> temperature
<tb> (F)
<tb> oil-steam <SEP> water <SEP> 710 <SEP> 740
<tb> oxygen <SEP> 67 <SEP> 70
<tb>
<Desc / Clms Page number 14>
Carbon production
Pounds per hour 1.50 15.47
Unconverted carbon (%) 0.44 1.89
Dry gas production in cubic feet / hour 20,195 47,915
Product gas analysis, dry basis in mol%
Hydrogen 47.0 46.51 '
Carbon monoxide 47.0 49.06
Carbon dioxide 5, 5 3.71
Nitrogen 0.3 0.22 @ Methane 0.1 0.04
Hydrogen sulfide 0.1 0,
44 carbonyl sulfide - 0.02
After 186 hours of operation under the high carbon conversion operating conditions, the data of which is shown in Example 1, the alundor coating of the generator was examined and found to have deteriorated to a minimum. point such that any subsequent operation of the generator was excluded. The liner was replaced and examined after approximately 673 hours of generator operation under the conditions of moderate carbon conversion, some data of which is shown in Example 2. The liner or liner was found to be in excellent condition then. . The same generator was continued to run under similar conditions of moderate carbon conversion, until it had run in total for
3.091 hours approximately.
During this period, a number of heavy fuel oils were supplied to the generator. Some of these fuel oils contained higher amounts of vanadium and nickel than those contained in the crude oil from San Ardo. At the end of this period, an inspection of the generator interior lining revealed that the lining was in excellent condition.
No evaluation was made of the carbon produced in the above two examples. The carbon obtained in Example 1 was not tested because the operating conditions could not be maintained for a period of time long enough to ensure that
<Desc / Clms Page number 15>
consistent results.
EXAMPLES 3 and 4,
Fuel oil referred to as "Bunker Oil" was loaded into a generator with a capacity of 4 cubic feet, as in Examples 1 and 2. The oil had the following composition and physical properties:
EMI15.1
<tb>
<tb> Density <SEP> 9 <SEP> API
<tb> Viscosity <SEP> 150 <SEP> S.F. <SEP> to <SEP> 1220 <SEP> F.
<tb>
Flash point <SEP> <SEP> 2850 <SEP> F
<tb> Calorific value <SEP> gross <SEP> 18.200 <SEP> Btu / lb
<tb> Elementary <SEP> analysis <SEP> (% <SEP> weight)
<tb> Carbon <SEP> 87
<tb> Hydrogen <SEP> 10
<tb> Nitrogen <SEP> 0.9
<tb> Sulfur <SEP> 1.3
<tb> Oxygen <SEP> 0.8
<tb>
EMI15.2
<tb>
<tb> Ash <SEP>: <SEP> Vanadium <SEP> 130 <SEP> parts <SEP> by <SEP> million
<tb> Nickel <SEP> 80 <SEP> "<SEP>" <SEP> "
<tb> Iron <SEP> 73 <SEP> "<SEP>" <SEP> "
<tb> Silica <SEP> 240 <SEP> "<SEP>" <SEP> "
<tb> Sodium <SEP> 69 <SEP> "<SEP>"
<tb>
The oil was atomized with water vapor and mixed with oxygen of greater than 99% purity.
The operating conditions and the analytical compositions of the products obtained are as follows:
EMI15.3
<tb>
<tb> Example <SEP> 3 <SEP> Example <SEP> 4
<tb> Power <SEP> flow rates
<tb> Oxygen <SEP> in <SEP> cubic <SEP> feet / hour <SEP> 5.258 <SEP> 5.405
<tb> Oil <SEP> in <SEP> pounds / hour <SEP> 441.9 <SEP> 442.7
<tb> Water vapor <SEP>, <SEP> pounds / hour <SEP> 260.6 <SEP> 250.2
<tb> Operating <SEP> conditions
<tb> Temperature <SEP> of the <SEP> generator <SEP> (F) <SEP> 2.540 <SEP> 2.577
<tb> Pressure <SEP> of the <SEP> generator, <SEP> (books <SEP> by
<tb> inch <SEP> square) <SEP> 345 <SEP> 345
<tb> Preheating <SEP> <SEP> temperature <SEP> (F)
<tb> oil <SEP> - <SEP> steam <SEP> water <SEP> 722 <SEP> 716
<tb> oxygen <SEP> 52 <SEP> 61
<tb>
<Desc / Clms Page number 16>
Carbon production
Pounds per hour 15.79 9,
69
EMI16.1
Unconverted carbon (çp) li, 10 2, gas Dry gas production in cubic feet / hour 22,182 22,500 Analysis of dry product-base gas in mol%
EMI16.2
Hydrogen 4.6.9 16.7 Carbon monoxide. ', 7'0 47.3
Carbon dioxide 5.2 5.3
Nitrogen 0.3 0.3
Methane 0.4 0.2
Hydrogen sulfide 0.15 0.2
Carbonyl sulphide 0.01 0.02
The properties of the carbon produced in Examples 3 and 4 are given in the following table:
EMI16.3
<tb>
<tb> Example <SEP> 3 <SEP> Example <SEP> 4 <SEP> Statex <SEP> 125
<tb> Carbon <SEP> Carbon <SEP> ISAF <SEP> carbon
<tb> Estimated <SEP> hue <SEP> (ABC <SEP> Standard) <SEP> 162 <SEP> 146 <SEP> 140
<tb> Oil <SEP> absorption <SEP> (gal / 100
<tb> books) <SEP> 41 <SEP> 38 <SEP> 16
<tb>
EMI16.4
Volatile matter (; ô) 6.0 4.8 1.4
EMI16.5
<tb>
<tb> Absorption <SEP> of iodine <SEP> 436 <SEP> 424 <SEP> 115
<tb> pH <SEP> 4.0 <SEP> - <SEP> 7.5
<tb>
EMI16.6
Extractable acetone (5 &) bzz # 0.07 Zoo ash) $ 1 83 # 0.20
EMI16.7
<tb>
<tb> <SEP> moisture absorption <SEP> (14 <SEP> days)
<tb>% <SEP> in <SEP> weight <SEP> of <SEP> black <SEP> 80 <SEP> 16
<tb>
** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.