BRPI0610659A2 - método para produzir hidrogênio ou gás de sìntese - Google Patents

Abstract

MéTODO PARA PRODUZIR HIDROGêNIO OU GáS DE SìNTESE. é descrito um método para produzir gás hidrogênio ou gás de síntese e envolve o uso de um reator em estágios. A presente invenção refere-se ainda à operação eficaz de um processo de tal modo que quantidades eficientes de gás hidrogênio sejam produzidas, juntamente com quantidades economicamente úteis de negro de fumo. Uma instalação combinada utilizando uma usina de manufatura de negro de rumo e uma usina de refinaria é adicionalmente descrita, em como produtos feitos pelos vários métodos da presente invenção.

Description

MÉTODO PARA PRODUZIR HIDROGÊNIO OU GÁS DE SÍNTESE

O presente pedido reivindica o benefício de acordo com35 U.S.C. §119(e) do pedido de patente provisional USanterior no. 60/668.754 depositado em 6 de abril de 2005,que é incorporado na íntegra a título de referência aqui.

A presente invenção refere-se a vários métodos paraproduzir hidrogênio ou gás de síntese. A presente invençãorefere-se ainda ao uso de um método para produzirhidrogênio ou gás de síntese que está em comunicação comuma refinaria ou outro usuário de hidrogênio ou gás desíntese. Além disso, a presente invenção refere-se àprodução/recuperação de negro de fumo e um ou mais gases,como CO, C02 e H2 ou gases contendo um ou mais dessesgases.

Várias tentativas foram feitas para elaborar métodospara a preparação de combustível gasoso e negro de fumo.Por exemplo, a patente US no. 2.605.178 descreve umprocesso para produzir monóxido de carbono e hidrogênioutilizando um leito fluidificado de material refratário nãocarbonáceo em pó em uma zona de reação confinada. Materiaishidrocarbonáceos liqüefeitos como alcatrões, pez, carvõesde baixo grau, e similares são preferivelmente utilizados.Uma mistura de oxigênio e vapor é carregada na zona dereação e a temperatura no leito fluidificado épreferivelmente mantida abaixo de 1093,3°C. Uma misturagasosa de monóxido de carbono e hidrogênio é recuperada.

Oxigênio secundário é adicionado em uma tentativa de reagiras quantidades substanciais de fuligem é hidrocarbonetosvaporizáveis formadas durante craqueamento. O processonessa patente não se refere à obtenção de negro de fumousável ou utilização de um reator em estágios. Além disso,não há referência ou menção à remoção de enxofre.

A patente US no. 2.809.104 refere-se à gaseificação decombustíveis líquidos. A patente descreve a reação dehidrocarbonetos líquidos pesados, como óleos brutospesados, com vapor e oxigênio livre para produzir umamistura de produtos gasosos que contêm monóxido de carbonoe hidrogênio. A patente descreve ainda que esse produtogasoso pode ser utilizado como um gás de síntese, gás decombustível ou uma fonte de hidrogênio para váriasfinalidades. Nesse processo específico, uma alimentação deóleo pesado é injetada em uma corrente de vapor e a misturaresultante é submetida a condições de fluxo altamenteturbulentas. Nessa patente, várias quantidades de monóxidode carbono, dióxido de carbono, hidrogênio, nitrogênio,metano, e sulfeto de hidrogênio e sulfeto de carbonilacombinadas, são fornecidas em base seca de percentagem demol. Nesse processo, não há esforço para fazer negro defumo juntamente com os produtos gasosos, e não se utilizareator em estágios.

Na patente US 2.987.386, é descrito um processo para aprodução de monóxido de carbono e hidrogênio a partir decombustíveis fósseis por reação com oxigênio. No processo,o produto consiste essencialmente em monóxido de carbono ehidrogênio e quantidades relativamente pequenas de vapord'água, dióxido de carbono, e sólido carbonáceo aprisionadoque podem ser partículas de carbono . muito finas as quaispodem ser úteis como negro de fumo. O carbono aprisionadopode ser removido dos gases de produto pelo contato do gásde síntese resfriado com água. Novamente, a finalidadeprincipal desse processo é não fazer ou recuperarquantidades substanciais de negro de fumo. Além disso,nenhum reator em estágio é utilizado. Adicionalmente, nãohá esforço para controlar ou remover enxofre.

A patente US no. 2.564.736 refere-se a um processo deproduzir negro de fumo. Em particular, essa patentedescreve a queima de fluxos de gás natural e oxigênio, naausência de ar, e reporta um aumento no rendimento de negrode fumo e também reporta a produção de um produto gasosovalioso. A patente descreve o uso do princípio de síntesede Fischer-Tropsch pelo que uma mistura gasosa de monóxidode carbono e hidrogênio passa sobre um catalisador sobcondições apropriadas de temperatura e pressão paraproduzir hidrocarbonetos na faixa de combustível líquido.

Nessa patente, um forno de produção de negro de fumo éutilizado, e gás natural e oxigênio são fornecidos. Comoparte do processo, a patente descreve recirculação de umaporção substancial do gás de descarga e mistura do mesmocom o oxigênio para formar uma mistura de oxigênio diluídaque pode então ser queimada com o gás natural. A patentereporta que a reintrodução de monóxido de carbono ehidrogênio com o oxigênio fornecido ao espaço de combustãotêm um efeito favorável em suprimir um pouco das reações dedestruição de carbono. Ao contrário do processo da patente736, preferivelmente nenhuma reciclagem do gás de descargaocorre no processo da presente invenção. A patente US no.2.672.402 mostra um processo similar.

A patente US no. 2.731.328 refere-se a um processo demanufatura de negro de fumo e envolve em uma modalidade, amanufatura de negro de fumo a partir de um gás contendomonóxido de carbono. Em particular, material carbonáceo debaixo grau é queimado em uma temperatura elevada napresença de oxigênio livre para produzir monóxido decarbono como um produto de combustão. O produto é entãoresfriado bruscamente e contatado com um materialrefratário sólido em uma câmara de conversão para formarnegro de fumo e dióxido de carbono como um subproduto, eaté um ponto de um certo modo menor, formar negro de fumo eágua como subproduto.

Desse modo, embora tenha havido tentativas anteriorespara formar produtos gasosos sozinhos ou com materialcarbonáceo, como negro de fumo, tem sido difícil criar umprocesso que formará eficiente e eficazmente quantidadessubstanciais de negro de fumo em combinação com quantidadessubstanciais de hidrogênio ou hidrogênio e monóxido decarbono e remover o enxofre dos gases. Além disso,tentativas anteriores não tomaram essa combinação de fazernegro de fumo e gás hidrogênio e forneceram uma quantidadeverdadeiramente útil de gás a ser fornecido a um usuário degás hidrogênio, como uma refinaria juntamente com umaquantidade útil de negro de fumo. Além disso, tentativasanteriores foram limitadas pelo tipo de negro de fumomanufaturado.

Desse modo, tentativas anteriores tiveramessencialmente de escolher se deve concentrar na fabricaçãode um produto de negro de fumo desejável e um gás desíntese ou hidrogênio menos desejável, ou o oposto, ouseja, formar um gás de síntese útil com produção de negrode fumo menos desejável.

SUMÁRIO DA INVENÇÃOUma característica da presente invenção é superar umaou mais das desvantagens identificadas acima.

Outra característica da presente invenção é fornecerum processo que produza um gás hidrogênio útil ouhidrogênio e gás de monóxido de carbono opcionalmentejuntamente com quantidades aceitáveis de negro de fumo dequalidade.

Uma característica adicional da presente invenção éfornecer uma instalação combinada que inclua operações demanufatura e refinaria de negro de fumo.

Uma característica adicional da presente invenção éfornecer uma operação essencialmente "verde", que reduzasignificativamente as emissões de gases para o meioambiente, incluindo emissões de enxofre.

Características e vantagens adicionais da presenteinvenção serão expostas em parte na descrição que se segue,e em parte serão evidentes a partir da descrição ou podemser aprendidas pela prática da presente invenção. Osobjetivos e outras vantagens da presente invenção serãorealizados e obtidos por intermédio dos elementos ecombinações particularmente indicados na descrição ereivindicações apensas.

Para obter essas e outras vantagens e de acordo com asfinalidades da presente invenção, como incorporada eamplamente descrita aqui, a presente invenção refere-se aum método para produzir pelo menos um gás e negro de fumo.O gás compreende pelo menos gás hidrogênio. O métodoenvolve converter pelo menos uma porção de pelo menos uminsumo de hidrocarboneto em negro de fumo em um reator e napresença de gases de combustão gerados pela queima de pelomenos um combustível em um gás que contém pelo menosoxigênio. O combustível pode ser uma porção do insumo dehidrocarboneto e/ou pode ser uma fonte de combustívelseparada. O negro de fumo está presente em um fluxo deproduto e o fluxo de produto contém negro de fumo, uma oumais impurezas, gás hidrogênio, e gás CO. As impurezaspodem compreender material(is) contendo enxofre,material(is) contendo nitrogênio ou ambos. Nesse método, ogás contendo oxigênio pode ser oxigênio puro ou pode conteruma quantidade maior de oxigênio. O método inclui aindaremover substancialmente todo negro de fumo a partir dofluxo de produto e remover pelo menos uma porção dasimpurezas a partir do fluxo de produto. Etapas opcionaispodem ser incluídas nesse método, como converter pelo menosuma porção do gás CO no fluxo de produto em C02, porexemplo, pela condução de uma reação de mudança que tambémproduzirá gás hidrogênio adicional em modalidadespreferidas. O método pode incluir ainda opcionalmentetransferência do fluxo de produto, que pode conterprincipalmente gás hidrogênio sozinho ou com CO através deuma unidade de processo para uso como combustível ou insumoquímico. A unidade de processo pode compreender umarefinaria de petróleo.

A presente invenção também se refere a um método paraproduzir gás hidrogênio ou gás hidrogênio juntamente commonóxido de carbono. O processo envolve a introdução deoxigênio e pelo menos um combustível em um reator, porexemplo, reator em estágios, para formar um fluxo de gás decombustão quente. Pelo menos um insumo de hidrocarboneto éintroduzido no fluxo de gás de combustão quente para formarum fluxo de produto que contém negro de fumo, CO, H2 ematerial contendo enxofre. O produto envolve ainda removero negro de fumo a partir do fluxo de produto e tambémremover material contendo enxofre a partir do fluxo deproduto. O processo pode então incluir ainda a introduçãode vapor nas partes restantes do fluxo de produto e removerC02 para obter gás H2 substancialmente puro. O processopode ser obtido com ou sem desvio de qualquer porção dofluxo de produto para o fluxo de gás de combustão quente oupara o fluxo de combustível ou fluxo de oxigênio. Oprocesso produz preferivelmente um fluxo de produto, apósremover material contendo enxofre, que tem uma quantidadede enxofre muito baixa.

A presente invenção refere-se ainda a uma instalaçãocombinada que inclui uma usina de fabricação de negro defumo e uma usina de refinaria onde a usina de fabricação denegro de fumo inclui um reator de negro de fumo, como umreator de negro de fumo em estágios, e inclui meio pararemover negro de fumo a partir de um fluxo de produto, meiopara remover enxofre a partir de um fluxo de produto, meiopara introduzir vapor no fluxo de produto, meio opcionalpara remover C02; e meio para transferir o gás H2 para umarefinaria. Preferivelmente, a instalação combinada édisposta de tal modo que a usina de fabricação de negro defumo esteja em comunicação de fluido com uma refinaria ouum usuário similar de gás hidrogênio.

A presente invenção refere-se ainda a negro de fumoproduzido por processos da presente invenção.

Deve ser entendido que tanto a descrição geral acimacomo a seguinte descrição detalhada é exemplar eexplanatória somente e pretende fornecer uma explicaçãoadicional da presente invenção, como reivindicado.

O desenho em anexo, que é incorporado em e constituiuma parte dessa invenção, ilustra várias modalidades dapresente invenção e juntamente com a descrição, serve paraexplicar os princípios da presente invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é um diagrama de fluxo mostrando umamodalidade do processo preferido da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA PRESENTE INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um método paraproduzir gás hidrogênio ou gás hidrogênio com monóxido decarbono ou outros gases, que pode ser especialmente útilpara uma refinaria ou outros usuários de hidrogênio ou gásde síntese. A presente invenção permite a capacidade deproduzir quantidades úteis de negro de fumo juntamente comas quantidades úteis de gás hidrogênio ou gás hidrogênio emonóxido de carbono. A qualidade do negro de fumo, bem comoa qualidade do gás hidrogênio sozinho ou com monóxido decarbono, é preferivelmente também comercialmente aceitável.O processo da presente invenção permite uma combinação útilde manufatura de negro de fumo com produção de gáshidrogênio e pela obtenção de ambos, um processo "verde" édesenvolvido que pode permitir a redução significativa ememissões, como emissões de gás de descarga, bem comoemissões de enxofre e/ou nitrogênio, por exemplo, no localonde o processo ocorre. Além disso, os processos dapresente invenção permitem um uso muito econômico dainstalação combinada para evitar desperdício.

Em um ou mais processos da presente invenção, negro defumo, juntamente com um ou mais gases, como gases desíntese, gás hidrogênio, monóxido de carbono, ou misturasdos mesmos, podem ser produzidos, preferivelmente emquantidades úteis, juntamente com quantidades úteis denegro de fumo usável. Para fins da presente invenção, umgás de síntese é tipicamente subentendido como misturas depelo menos hidrogênio e monóxido de carbono, que podem, porexemplo, ser úteis para a síntese de hidrocarbonetosinsaturados e líquidos orgânicos oxigenados, como no tipode síntese Fischer Tropsch. O gás de síntese pode conterquantidades de nitrogênio, dióxido de carbono ou misturasdos mesmos.

Em uma modalidade, um método para produzir gáshidrogênio é obtido, onde o método inclui a introdução deoxigênio e opcionalmente pelo menos um combustível em umreator, como um reator em estágios, para formar um fluxo degás de combustão quente. Pelo menos um insumo dehidrocarboneto é introduzido antes de, durante e/ou apósformação do fluxo de gás de combustão quente para formar umfluxo de produto. Esse fluxo dê produto contém,preferivelmente, pelo menos negro de fumo, CO, H2, e tambémmateriais contendo enxofre, como H2S, CS2, S02, S0X esimilares, ou materiais contendo nitrogênio (por exemplo,N0X) ou ambos. Nesse processo, o negro de fumo pode serentão removido ou recuperado a partir do fluxo de produto.Além disso, os materiais contendo enxofre e/ou materiaiscontendo nitrogênio podem ser removidos do fluxo deproduto. Opcionalmente, água ou vapor pode ser introduzidonas partes restantes do fluxo de produto que podem ser,preferivelmente, pelo menos monóxido de carbono e H2 eprincipalmente CO e H2. A água ou vapor converte pelo menosum pouco do CO em C02 e forma gás hidrogênio adicional. Aseguir, o C02 pode ser removido para obter gás hidrogêniosubstancialmente puro. O processo pode ser obtido,preferivelmente, sem desviar nenhuma porção do fluxo deproduto para o fluxo de gás de combustão quente ou para ofluxo de combustível ou para o fluxo de oxigênio. Em outraspalavras, a presente invenção não recicla opcionalmentenenhum do gás de descarga de volta para a área de combustãoou para qualquer área de pré-combustão. Uma porção do fluxode produto pode ser opcionalmente desviada. Por exemplo, apartir de aproximadamente 1% a aproximadamente 20% ou mais,ou a partir de aproximadamente 1% a aproximadamente 10%, oua partir de aproximadamente 1% a aproximadamente 5% dofluxo de produto podem ser opcionalmente desviados, ondeessas percentagens se baseiam em volume.

Em uma ou mais modalidades, a presente invençãorefere-se a um método para produzir pelo menos um gás, emque o gás pode compreender pelo menos gás hidrogêniosozinho ou com outros gases. O método compreende converterpelo menos uma porção (por exemplo, de 1% a 90% em peso, oude 10% a 70% em peso) de pelo menos um insumo dehidrocarboneto em negro de fumo em um reator, como umreator de negro de fumo. Essa conversão em negro de fumoocorre na presença de gases de combustão que são geradospela queima de pelo menos um combustível em um gás contendooxigênio de modo que pelo menos uma porção de insumo dehidrocarboneto seja convertida em negro de fumo. O gás podeser principalmente oxigênio. A fonte de combustível podeser uma porção do insumo de hidrocarboneto e/ou pode seruma fonte de combustível separada. Quando negro de fumo éformado, está presente em um fluxo de produto. O fluxo deproduto compreende negro de fumo, gás hidrogênio,opcionalmente gás CO, e uma ou mais impurezas. As impurezaspodem compreender espécie contendo enxofre e/ou espéciecontendo nitrogênio e/ou outras impurezas. Um combustívelpode ser opcionalmente utilizado durante a combustão. Alémdisso, nesse processo, o negro de fumo que é formado éremovido e genericamente isso significa quesubstancialmente todo negro de fumo é removido (porexemplo, pelo menos 80% em peso do negro de fumo que éformado é removido, como 80% em peso a 99% em peso oumais). Além disso, pelo menos uma porção das impurezastambém pode ser removida do fluxo de produto.

Como opção, o método pode incluir ainda converter pelomenos uma porção do gás CO que está presente no fluxo deproduto em C02. Como exemplo, a conversão de pelo menos umaporção do gás CO em C02 pode envolver contatar o fluxo deproduto que contém o gás CO com água e/ou vapor, porexemplo, em um reator de mudança. Quando vapor éintroduzido, por exemplo, para o reator de mudança, o vaporpode ser introduzido na presença de um leito catalítico. Oreator de mudança genericamente reagirá CO com H20 paraformar C02, gás hidrogênio, e um pouco de gás CO estarátambém tipicamente presente. Após formação do gás C02, comoopção, esse gás pode ser removido e opcionalmenterecuperado e utilizado para uma variedade de usos. Aremoção e recuperação opcional do gás C02 podem ocorrerpela passagem do fluxo de produto que acabou de passar, porexemplo, por uma reação de mudança, através de pelo menosum purificador, ou pelo menos um adsorvedor de balanço depressão, ou pelo menos uma membrana, ou qualquer outrodispositivo de purificação, ou quaisquer combinações dosmesmos para remover gás C02 a partir do fluxo de produto.Como exemplo, um ou mais desses processos pode remover pelomenos 50% por volume do C02 presente, pelo menos 75% do C02presente, pelo menos 90% do C02 presente, ou pelo menos 95%do C02 presente por volume no fluxo de produto. Porexemplo, a partir de aproximadamente 60% a aproximadamente98% por volume do C02 presente no fluxo de produto pode serremovido por um ou mais desses processos. A conversão depelo menos uma porção do gás CO em C02 pode ocorrer antesde qualquer etapa de remover pelo menos uma porção dasimpurezas, e/ou durante a etapa de remover pelo menos umaporção das impurezas, e/ou após a etapa de remover pelomenos uma porção das impurezas.

Como mencionado, uma quantidade de gás CO podepermanecer no fluxo de produto após converter pelo menosuma porção do gás CO no fluxo de produto em C02. Comoopção, o processo pode compreender ainda remover pelo menosuma porção do gás CO a partir do fluxo de produto. Porexemplo, isso pode ser feito pela passagem do fluxo deproduto através de pelo menos um adsorvedor de balanço depressão e/ou outro dispositivo de purificação. Além disso,nesse ponto, pela remoção da porção restante do gás COutilizando, por exemplo, pelo menos um adsorvedor debalanço de pressão, essa etapa pode remover adicionalmentepelo menos uma porção de metano, nitrogênio, ou combinaçõesdos mesmos que podem estar presentes no fluxo de produtocomo impurezas. Como opção, qualquer gás CO que é removidopode ser reciclado ou reprocessado através de um reator demudança para converter uma porção adicional do gás CO emC02 juntamente com gás hidrogênio adicional que pode seradicionado ao fluxo de produto. Pela remoção do gás COatravés desses vários meios, o gás CO que permanece nofluxo do produto após esses vários processos de purificaçãoe etapas de remoção pode ser inferior a 10% por volume,inferior a 5% por volume, ou inferior a 2% por volume,inferior a 1% por volume, ou inferior a 500 ppm por volumeno fluxo de produto.

O reator que pode ser utilizado no processo paraconverter pelo menos uma porção do insumo de hidrocarbonetoem negro de fumo e formar um fluxo de produto contendo gáshidrogênio pode ser uma variedade de reatores, comoreatores de negro de fumo. Por exemplo, o reator pode serum reator em estágios. Além disso, como opção, o insumo dehidrocarboneto pode ser introduzido no reator por adiçõesem estágios. Adicionalmente, como exemplo, o insumo dehidrocarboneto pode compreender um insumo de hidrocarbonetoprimário e um ou mais insumos de hidrocarbonetosecundários. Nesse arranjo, pelo menos uma porção (porexemplo, de 1% a 90% em peso) do insumo de hidrocarbonetoprimário é convertida em negro de fumo a jusante de onde umou mais insumos de hidrocarboneto secundário sãointroduzidos no reator. Em tal arranjo, pelo menos umaporção do insumo de hidrocarboneto secundário pode ou nãoser convertido em negro de fumo como opção. No processo dapresente invenção, como opção, o insumo de hidrocarbonetopode ter um nível de enxofre de pelo menos 4% em peso combase no peso do insumo de hidrocarboneto. O nível deenxofre pode ser de aproximadamente 0,05% a aproximadamente5% em peso do insumo de hidrocarboneto. A presenteinvenção, através do processamento variado, tem acapacidade de utilizar insumo de hidrocarboneto que tenhaníveis de enxofre significativamente mais elevados do quecomumente utilizados pelos fabricantes de negro de fumo. Apresente invenção tem a capacidade de remover enxofreatravés de várias técnicas incluindo a formação de negro defumo e processamento do fluxo de produto através de váriastécnicas de separação/purificação, como purificadores quepodem remover enxofre, e portanto podem manipular insumosde hidrocarboneto tendo níveis de enxofre elevados, como deaproximadamente 4% a aproximadamente 10% ou mais elevado empeso do insumo de hidrocarboneto. Como opção, insumos dehidrocarboneto tendo baixos níveis de enxofre também podemser utilizados, como de aproximadamente 0,1% aaproximadamente 5% ou quantidades ainda mais baixadas doque essa faixa, com base no peso do insumo dehidrocarboneto. Como opção, com relação aos processos dapresente invenção, o combustível e oxigênio podem estarpresentes em uma razão equivalente de combustível/oxigêniode aproximadamente 0 a aproximadamente 2. Como opção, oinsumo de hidrocarboneto pode ter uma razão mol dehidrogênio para carbono de 0,5 a 3,5. Como outra opção, osmétodos da presente invenção podem ocorrer sem reciclar ofluxo de produto de volta para o reator onde a formação donegro de fumo está ocorrendo, ou antes, desse ponto.

Como opção, os métodos da presente invenção podemcompreender introduzir pelo menos um combustível no reatorem um ponto antes de ou onde ocorre a conversão. Ocombustível pode compreender ou principalmente ser gásnatural, embora outros combustíveis possam ser utilizadosindividualmente ou em combinação. Na presente invenção, apercentagem por volume de gás hidrogênio produzida e apercentagem de taxa de negro de fumo produzido no fluxo deproduto podem ser controladas por vários meios. Porexemplo, pela variação do tipo de um insumo dehidrocarboneto, o tipo de combustível quando presente,razão de combustível quando presente, razão de 02 parainsumo de hidrocarboneto, taxas de alimentação relativas deoxigênio, combustível e insumo de hidrocarboneto,temperatura dos gases de alimentação, temperatura do insumode hidrocarboneto, a taxa de combustão estequiométrica, arazão estequiométrica de carbono para hidrogênio no insumode hidrocarboneto, ou quaisquer combinações dos mesmos, arazão de negro de fumo para gás hidrogênio que é formada noprocesso pode ser ajustada.

O reator pode ser um reator em estágios ou um reatorde múltiplos estágios como um reator de dois ou trêsestágios. O reator pode ser um reator resfriado a água. Oreator pode ser um reator de negro de fumo, como descritona patente US no. 5.190.739, que é incorporado na íntegraaqui e faz parte do presente pedido. "Em estágios" serefere ao processo onde o estágio 1 é um queimador que podeproduzir um gás de combustão quente limpo substancialmentesem a presença de carbono sólido. O estágio 2 é a zona ondeinsumo pode ser introduzido no fluxo de gás quente a partirdo estágio 1, e o estágio 3 é o reator no qual a formaçãode negro de fumo ocorre e ao término do qual a fumaça podeser resfriada bruscamente. Quando o termo de múltiplosestágios é utilizado, refere-se tipicamente à injeção deinsumo que pode estar em vários lugares e os seguintestermos foram utilizados para descrever multi-estágios:aguilhão retraído, bobina de regeneração, transição dual, einjeção de insumo a partir da parede do fluxo deconvergência bem como a partir da parede da restrição. Otermo "zona", "em zona" pode ser sinônimo de "em estágios".Na presente invenção o processo pode ser em estágios eopcionalmente em múltiplos estágios. No presente pedido,com qualquer tipo de reator, oxigênio juntamente compreferivelmente pelo menos um combustível é utilizado paraformar um fluxo de gás de combustão quente. Com relação aooxigênio, preferivelmente, o oxigênio é oxigênio puro ou umoxigênio altamente puro. Por exemplo, o oxigênio pode teruma pureza de pelo menos 90% ou pelo menos 95% por volume emais pref erivelmente, uma pureza de pelo menos 99%, como99,5% por volume ou mais puro com relação ao teor deoxigênio, em pelo menos uma modalidade, o nível denitrogênio no oxigênio utilizado é preferivelmente abaixode 5% em volume do gás oxigênio geral e, maispreferivelmente, é menor do que 1% em volume, e ainda maispref erivelmente, menor do que 0,5% em volume, como deaproximadamente 0,05% a aproximadamente 0,5% em volume combase no volume geral do gás. Com relação ao combustível, ocombustível pode ser um combustível líquido. Oscombustíveis podem estar na fase gasosa, de vapor oulíquida, incluindo, porém não limitado a gás natural,hidrogênio, monóxido de carbono, metano, acetileno,álcoois, querosene e similares. Entretanto, épreferivelmente útil utilizar combustíveis tendo um teorelevado de componentes contendo carbono e, em particular,hidrocarbonetos. Por exemplo, fluxos ricos em metano, comogás natural, e gás natural modificado ou enriquecido sãocombustíveis excelentes como são outros fluxos contendoquantidades elevadas de hidrocarbonetos, como vários gasesde hidrocarboneto e líquidos e subprodutos de refinariaincluindo frações de etano, propano, butano e pentano,óleos combustíveis e similares. Mais preferivelmente, gásnatural é utilizado. O oxigênio que é introduzido pode serpré-aquecido em uma temperatura mais elevada, como 537,7°Cou menos.

O fluxo de gases quentes pode fluir em uma velocidademédia que excede 3 0,5 m/s. O diferencial de pressão entre acâmara de combustão e a câmara de reação pode ser pelomenos 6.9 kPA, por exemplo, de aproximadamente 10.3 IcPA a68.9 IcPA. Os gases de combustão quentes podem sertipicamente muito mais quentes do que gases de combustãotradicionais. Por exemplo, a temperatura do fluxo de gás decombustão antes da introdução do insumo de hidrocarboneto éde aproximadamente 1371,1°C a aproximadamente 3037,7°C, emais particularmente de aproximadamente 2204,4°C aaproximadamente 2760°C. Os gases quentes podem serpropelidos em uma direção a jusante e acelerados pelaintrodução dos gases em um estágio de injeção de insumoencerrado de diâmetro pequeno que pode se desejado, serafilado ou restrito como uma garganta venturi convencional.Nesse ponto do processo, que pode ser considerado o segundoestágio, o insumo de hidrocarboneto pode ser injetado nofluxo de gases de combustão quentes. O insumo pode serinjetado em qualquer ponto subseqüente ao ponto onde acombustão de primeiro estágio é concluída. O insumo dehidrocarboneto pode ser injetado no fluxo de gás decombustão quente sob pressão suficiente para obterpenetração desejada, desse modo assegurando uma taxaelevada de mistura dos gases de combustão quentes e insumode hidrocarboneto. Insumos de hidrocarboneto apropriadosque são facilmente volatilizáveis sob as condições dareação são hidrocarbonetos insaturados, como acetileno,olefinas, como etileno, propileno, butilenos; aromáticos,como benzeno, tolueno, e xileno; certos hidrocarbonetossaturados e outros hidrocarbonetos como querosenes,naftalenos, terpenos, alcatrões de etileno, cíclicosaromáticos, resíduos craqueadores catalíticos, alcatrões decarvão, e similares. O insumo pode ser injetadosubstancialmente transversalmente a partir da periferiaexterna do fluxo dos gases de combustão quentes na forma deuma pluralidade de fluxos atomizados ou coerentes quepenetram nas regiões interiores do fluxo de combustãoquente. Alternativamente, o insumo pode ser injetadosubstancialmente axialmente ou transversalmente a partir daperiferia interna do fluxo de gases de combustão quentes naforma de um único fluxo ou uma pluralidade de fluxosatomizados ou coerentes. O insumo de hidrocarboneto podeser introduzido como fluxos de líquido forçando o insumolíquido através de uma pluralidade de orifícios tendo umdiâmetro que varia de 0,05 cm a aproximadamente 0,5 cmdurante uma pressão de injeção suficiente para obter apenetração ou atomização desejada. A quantidade de insumoutilizado pode ser ajustada em relação às quantidades decombustível e oxigênio empregado de modo a resultar em umapercentagem geral de combustão para o processo de formaçãode carbono que varia de aproximadamente 15 aaproximadamente 4 0 por cento e preferivelmente deaproximadamente 20 por cento a aproximadamente 25 por cento.

Um terceiro estágio do processo de múltiplos estágiospode envolver uma zona de reação que pode permitir tempo deresidência suficiente para que a reação de formação decarbono ocorra de tal modo que um fluxo de produto sejaformado contendo negro de fumo, monóxido de carbono, gáshidrogênio, e material contendo enxofre e/ou contendonitrogênio. Esse fluxo de produto é permitido formar antesdo término da reação por resfriamento brusco. O tempo deresidência em cada caso pode depender das condiçõesespecíficas e do negro específico desejado. Os tempos deresidência do presente processo podem variar de tão baixoquanto 1 m/s ou menos até aproximadamente 500 m/s ou mais.Por conseguinte, após a reação de formação de carbono terprosseguido pelo período de tempo desejado, a reação podeser terminada, por exemplo, por pulverização na mesma de umlíquido de resfriamento, como água que sai de pelo menos umbocal de pulverização. Os gases efluentes quentes ou ofluxo de produto contendo os negros de fumo suspensos nosmesmos podem ser passados a jusante para etapasconvencionais de resfriamento, separação e coleta do negrode fumo. A separação do negro de fumo a partir do fluxo degás pode ser facilmente realizada por meio convencional,como um precipitador, separador de ciclone, filtro de sacoou combinações dos mesmos.

No processo da presente invenção, a razão deequivalência primária (combustível/oxigênio) pode ser deaproximadamente 0 a aproximadamente 2, como deaproximadamente 1 a aproximadamente 0,8.

Como opção, o fluxo de produto pode conterprincipalmente ou substancialmente gás hidrogênio. Issopode ser obtido, como descrito acima, pela remoção de CO,como pela conversão pelo menos de porções do CO em C02 egás hidrogênio através do uso de um reator de mudança ououtro meio. Além disso, impurezas como materiais contendoenxofre e/ou materiais contendo nitrogênio e/ou outrasimpurezas podem ser removidas através de purificadores,adsorvedores de balanço de pressão, membranas, e similares,de tal modo que o gás recuperado é principalmente gáshidrogênio. Como descrito em mais detalhe abaixo, nesseponto, o gás hidrogênio pode ter uma pureza de pelo menos90% em volume no fluxo de produto. Como indicado acima, ogás hidrogênio pode ser até mesmo purificado adicionalmentepela passagem do fluxo de produto que contém principalmentehidrogênio através de pelo menos um ou mais adsorvedores debalanço de pressão, ou uma ou mais membranas, ou outrosdispositivos de purificação/separação ou combinações dosmesmos. Em uma modalidade, o fluxo de produto pode conterpelo menos H2 e CO e H2 e CO podem estar presentes em umarazão mol de aproximadamente 0,5 para 2 ou de 2 (ou acimade 2) para aproximadamente 3,5 antes de qualquer remoção donegro de fumo.

No processo, várias impurezas ou porções das mesmas,podem ser removidas do fluxo de produto. Essa remoção dasimpurezas pode ocorrer em qualquer estágio. Por exemplo, aremoção das impurezas pode ocorrer antes da remoção donegro de fumo, e/ou após remoção do negro de fumo, e/ouantes do uso opcional de um reator de mudança paraconverter o CO em C02 e gás hidrogênio, e/ou após essareação de mudança. Para fins da presente invenção,impurezas incluem tipicamente, porém não são limitadas amateriais contendo enxofre, metano, materiais contendonitrogênio, acetileno e outros hidrocarbonetos. Os exemplosincluem NOx (por exemplo, óxidos de nitrogênio) , H2S, CS2,S02, S0X (por exemplo, óxidos de enxofre), e similares. Umaporção das impurezas pode ser removida, por exemplo, apartir do fluxo de produto passando o fluxo de produtoatravés de um ou mais purificadores e/ou outrosdispositivos que são capazes de remover essas impurezas.Após passar o fluxo de produto através de um ou maispurificadores e/ou outros dispositivos, por exemplo, aquantidade de enxofre baseada em enxofre elementar, podeser 100 ppm ou menos no fluxo de produto. Preferivelmente,o fluxo de produto após formação e após remoção do materialcontendo enxofre tem uma quantidade de enxofre deaproximadamente 100 ppm ou menos e mais pref erivelmente 10ppm ou menos como de aproximadamente 1 ppm atéaproximadamente 50 ppm ou de aproximadamente 5 ppm atéaproximadamente 10 ppm. A remoção do enxofre pode serobtida por qualquer meio como por um purificadorconvencional que pode remover espécie contendo enxofre.

Além disso, através das várias técnicas de purificaçãomencionadas aqui, as impurezas presentes no fluxo deproduto após processamento, excluindo H20 com base no pesoseco, podem ter um teor total de impureza de 5% ou menos,1% ou menos, como de 100 ppm a 1% (onde uma impureza équalquer material que não seja H2, CO, C02 ou H2).

Como opção, na presente invenção, o método da presenteinvenção pode resultar em emissões gasosas no local doreator de enxofre em espécie de fase gasosa (ou espéciecontendo enxofre (por exemplo, S0X, H2S, S02) ) na atmosferamenores do que 5% em peso com base na quantidade total deenxofre (por exemplo, enxofre elementar) alimentada para oprocesso. Como opção, as emissões gasosas do enxofre emespécie de fase gasosa podem ser menores do que 10% em pesoou menores do que 20% em peso novamente, onde essapercentagem em peso se baseia na quantidade total deenxofre alimentado para o método. Uma faixa pode ser de0,5% em peso a 10% em peso de enxofre na espécie de fasegasosa, com base na quantidade total de enxofre alimentadopara o método.

Como opção, o método pode resultar em emissões gasosasde carbono em espécie de fase gasosa (ou espécie contendocarbono, como COx (por exemplo, óxidos contendo carbono)) ,onde o método resulta em emissões gasosas no local doreator de carbono em espécie de fase gasosa na atmosferamenores do que 10% em peso, ou menores do que 20% em peso,ou menores do que 3 0% em peso com base na quantidade totalde carbono (por exemplo, carbono elementar) alimentado parao método. Essas faixas podem ser de 1% em peso a 3 0% empeso, ou de 5% em peso a 25% em peso de carbono em espéciede fase gasosa, com base na quantidade total de carbonoalimentado para o método.

Como opção, o método pode resultar em emissões gasosasno local do reator de nitrogênio em espécie de fase gasosa(ou espécie contendo nitrogênio, como N0X) para aatmosfera, como menores do que 0,01 tonelada métrica portonelada métrica de negro de fumo produzido no processo, oumenores do que 0,1 tonelada métrica,ou menor do que 1tonelada métrica por tonelada métrica de negro de fumoproduzido. Uma faixa pode ser de 0,001 tonelada métrica a 1tonelada métrica de nitrogênio liberado em espécie de fasegasosa por tonelada métrica de negro de fumo produzido noprocesso.

Na presente invenção, como opção, o método pode formarnegro de fumo no reator em uma quantidade maior do que 20%em peso, maior do que 25% em peso, ou maior do que 30% empeso do fluxo de produto, em uma base seca. Uma faixa podeser de 20% em peso a 60% ou mais em peso, ou de 25% em pesoa 50% em peso do fluxo de produto, em uma base seca. Outrasquantidades de negro de fumo podem ser formadas.

Uma porção do enxofre que está presente no insumo dehidrocarboneto pode ser removida pela formação de negro defumo que está então presente com o negro de fumo. Alémdisso, uma porção de qualquer metal presente nohidrocarboneto pode ser removida pela formação do negro defumo e portanto estar presente com o negro de fumo. O negrode fumo que é produzido através desse método pode serremovido através de várias técnicas, como, porém nãolimitado a, um ciclone, filtração e/ou lavagem do fluxo deproduto contendo negro de fumo com água.

O método pode compreender ainda transferir o fluxo deproduto, após remoção do negro de fumo e opcionalmenteremoção de impurezas e opcionalmente conversão de CO em C02e gás hidrogênio, para uma unidade de processo para uso,por exemplo, como combustível ou insumo químico ou outrafinalidade. A unidade de processo pode compreender umarefinaria de petróleo. Em uma modalidade, o processo deformar o negro de fumo ocorre em uma usina de manufatura denegro de fumo e o fluxo de produto é então transferido apósvários processamentos como descrito aqui para uma refinariade petróleo para uso.

Um ou mais gases recuperados do processo podem serutilizados ou transferidos para uma refinaria ou outrousuário de um ou mais dos gases recuperados, comohidrogênio, CO, dióxido de carbono ou quaisquer combinaçõesdos mesmos. Um ou mais gases podem ser transferidos portubulações ou outros meios. Por exemplo, os gasesrecuperados podem ser armazenados em tanques de armazenagemou outras instalações de retenção e subseqüentementetransferidos para os usuários dos gases utilizando meiopadrão para transporte de gases em uma fase gasosa ou fasede gás liqüefeito com caminhões-tanque ou vagõesferroviários e similares. Em uma montagem preferida, arefinaria ou outro usuário de um ou mais gases estaria nasproximidades, de tal modo que os gases poderiam serimediatamente transferidos para a refinaria ou para outrousuário por tubulação.

Como opção, o negro de fumo que é produzido por esseprocesso pode ser removido e pode ser um negro de fumocompreendido em uma especificação ASTM para negro de fumo,especialmente com relação à estrutura e/ou áreasuperficial.

Na presente invenção, H2 e CO podem estar presentes emuma razão mol de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 1,ou de aproximadamente 1 a aproximadamente 2, ou deaproximadamente 2 a aproximadamente 3,5 no fluxo de produtoantes de qualquer remoção do negro de fumo. Outras razõesmol de H2 e CO podem estar presentes no fluxo de produtoantes de qualquer remoção do negro de fumo.

Como opção, na presente invenção, utilizando um oumais processos da presente invenção, pelo menos 20% em pesode todas as fontes de carbono sendo introduzidas no reatorpodem ser recuperadas na forma de negro de fumo. Comoopção, essa quantidade pode ser pelo menos 3 0%, ou pelomenos 50%, ou pelo menos 60%, ou de aproximadamente 25% aaproximadamente 70% em peso de todas as fontes de carbonosendo introduzidas no reator podem ser recuperadas na formade negro de fumo.

Na presente invenção, pelo menos 15 por cento em pesodo carbono presente no insumo de hidrocarboneto podem serrecuperados como negro de fumo de tal modo que pelo menos30 por cento em peso, ou pelo menos 4 0 por cento em peso oumais do carbono presente no insumo de hidrocarboneto podemser recuperados como negro de fumo. Por exemplo, deaproximadamente 15 por cento em peso a aproximadamente 65por cento em peso do carbono presente no insumo dehidrocarboneto podem ser recuperados como negro de fumo.

O fluxo de produto, após formação, tem preferivelmenteum baixo teor de nível de nitrogênio como 1% em peso oumenos, 5% em peso ou menos, ou 10% em peso ou menos em pesodo fluxo de produto (por exemplo, de aproximadamente 0,1%em peso a aproximadamente 1% em peso) . Pelo menos em umamodalidade, o fluxo de produto contendo negro de fumo, H20,CO, C02 e H2 tem impurezas de 1% em peso ou menos, 5% empeso ou menos, ou 10% em peso ou menos em peso do fluxo deproduto, onde as impurezas incluem nitrogênio e/ou outrasimpurezas.

Com relação aos gases recuperados nos processos dapresente invenção, pelo menos em uma modalidade, o gáshidrogênio tem uma pureza de pelo menos 95% (% em volume) ,como de aproximadamente 95% a aproximadamente 99,99% (% emvolume) de gás hidrogênio puro. As purezas podem ser maiselevadas. Outras faixas para a pureza do gás hidrogêniorecuperado podem ser de aproximadamente 98% a 99,99% (% emvolume) ou de aproximadamente 99% a aproximadamente 99,995%(% em volume) ou mais. Um ou mais dos gases recuperados,como gás hidrogênio ou dióxido de carbono, podem sersubmetidos a qualquer número de métodos de purificaçãoconvencionais para obter um gás mais purificado.

Métodos de purificação e/ou remoção que podem removeruma ou mais das impurezas descritas aqui, incluem porém nãosão limitados a, purificadores, leitos catalisadores,peneiras moleculares, adsorventes, adsorções de balanço depressão, adsorvedores de balanço de temperatura, uso deadsorventes zeolíticos, uso de materiais absorventesmetálicos, materiais aceitadores, e/ou membranas (porexemplo, membranas permeáveis). Como exemplos adicionais,catalisador pode ser utilizado, como catalisador coronal.Purificadores, como purificadores de baixa pressão e/oupressão elevada, podem ser utilizados para removerimpurezas, como S0X e/ou N0X e outras impurezas. Ospurificadores podem utilizar soluções de purificaçãoaquosas, e/ou licores regeneráveis aquoso, e/ou soluçõesalcalinas, e/ou quelatos poliméricos solúveis em água esimilares. Um único ou múltiplos purificadores venturi e/oupurificadores de emissão em bandeja e/ou purificadores decontra-difusão podem ser utilizados, e/ou superfícies deincidência. 0(s) gás(es) pode(m) ser limpos por aglomeraçãoe/ou absorção e/ou adsorção. Um separador de ciclonecentrífugo pode ser utilizado. Composições purificadoras,como metais do Grupo IA ou compostos de metal, ou polímeros(por exemplo, polímeros macrorreticulados) ou outroscompostos podem ser utilizados. Genericamente, sistemas depurificação de água e/ou sistemas de filtração, comofiltros de carvão (utilizando carvão ativado ou carvãoimpregnado) podem ser utilizados. Pulverizações de águae/ou purificadores seco ou úmido podem ser utilizados.Qualquer combinação desses vários dispositivos, métodos,sistemas pode ser utilizada no processo da presenteinvenção. Os dispositivos, métodos, sistemas podem serutilizados uma vez ou múltiplas vezes em qualquer sériee/ou locais no processo. Os métodos/dispositivos descritosnas patentes US nos. 6.464.756; 6.183.542; 5.895.519;5.484.512; 5.458.748; 4.663.134; 4.379.130; 4.344.920;4.344.779; 4.223.735; 5.385.689; 6.511.529 BI; 6.482.367BI; 6.333.015 BI; 5.681.371; 4.249.920; 4.216.001;4.008.056; 3.976.727; 5.661.987; 5.354.361; 4.983.190;4.957.523; 4.299.595; 6.527.828 B2; 6.030.591; 5.843.395;4.910.002 e 3.976.451 podem ser utilizados e essas patentessão incorporadas na íntegra a título de referência aqui.

Em uma ou mais modalidades, o C02 tem uma pureza depelo menos 95% (% em volume) ou mais, como deaproximadamente 95% a aproximadamente 99,99% de C02 ou deaproximadamente 98% a aproximadamente 99,995% de C02 esimilares.Em uma ou mais modalidades da presente invenção, aquantidade de negro de fumo produzido/recuperado emcomparação com a quantidade de gás produzido/recuperado,como gás hidrogênio e/ou dióxido de carbono, pode serotimizada a partir de um ponto de vista de produção ouponto de vista econômico. Por exemplo, várias quantidadesrelativas de negro de fumo e um ou mais gases podem serobtidos nos processos da presente invenção. Por exemplo, de20% em peso a 85% em peso do fluxo de produto podem sernegro de fumo. Outras faixas incluem de aproximadamente 30%em peso a aproximadamente 8 0% em peso, de aproximadamente40% em peso a 8 0% em peso, ou de aproximadamente 50% empeso a 80% em peso do fluxo de produto são negro de fumo.

Na presente invenção, pela obtenção de uma combinaçãode formação de quantidades suficientes de negro de fumo comquantidades suficientes de gás hidrogênio e monóxido decarbono, as emissões de enxofre podem ser muito reduzidas.Por exemplo, grandes porções, como 30 por cento peso aaproximadamente 60 por cento do enxofre originalmentepresente no insumo de hidrocarboneto, podem ser removidaspela formação do negro de fumo e está presente em e/ou como negro de fumo. A porção restante do enxofre pode serremovida por técnicas de remoção de enxofre como descritoacima, ou pode ser removida pela refinaria apóstransferência das partes restantes do fluxo de produto paraa refinaria ou para o usuário de gás hidrogênio.

Em uma modalidade adicional da presente invenção, umainstalação combinada contendo uma usina de manufatura denegro de fumo e uma usina de refinaria ou usuário de gáshidrogênio ou gás de síntese pode ser utilizado. A usina demanufatura de negro de fumo tem um reator de negro de fumo,como um reator de negro de fumo em estágios, e meio pararemover negro de fumo a partir de um fluxo de produto; meiopara remover enxofre a partir de um fluxo de produto; meioopcional para introduzir vapor no fluxo de produto; meioopcional para remover C02; e meio para transferir gáshidrogênio ou gás de síntese produzido a partir da usina demanufatura de negro de fumo para uma refinaria ou outrainstalação. A instalação combinada pode ser opcionalmenteprojetada de modo que nenhum do fluxo de produto sejareciclado de volta para o reator de negro de fumo emestágios.

Com relação ao meio para remover negro de fumo apartir de um fluxo de produto, como exemplo, o fluxo deproduto pode ser lavado com um líquido, como água, pararemover o negro de fumo. Outras técnicas para remover negrode fumo a partir de um fluxo de produto incluem, porém nãosão limitadas a, filtração com meios porosos.

Com relação ao meio para remover enxofre a partir dofluxo de produto, como indicado acima, purificadoresconvencionais que podem remover espécie contendo enxofrepodem ser utilizados. Com relação ao meio opcional pararemover C02, purificadores convencionais que podem removerC02 podem ser utilizados.

Com relação ao meio para transferir o gás hidrogêniopara a refinaria ou usuário de gás hidrogênio ou gás desíntese, qualquer técnica ou arranjo de tubulação pode serutilizado para bombear o gás hidrogênio para a refinaria.Tanques de armazenagem e similares podem ser utilizados.

Em outra modalidade da presente invenção, a presenteinvenção refere-se a negro de fumo produzido pelosprocessos acima descritos. Com o processo da presenteinvenção, essencialmente qualquer tipo de negro de fumoconvencional pode ser feito, como tendo uma absorção deóleo DBP a partir de aproximadamente 3 0 a aproximadamente1000 cm3/100 g e com uma área superficial BET deaproximadamente 10 a aproximadamente 1000 m2/g. QualquerEspecificação ASTM para negro de fumo pode ser produzidapelo processo da presente invenção. O processo da presenteinvenção permite de que se forme um negro de fumo deestrutura mais elevada do que anteriormente utilizando umoxidante de ar em um forno de negro de fumo.

Por intermédio da presente invenção, os negros de fumoproduzidos podem ter várias composições químicas. Porexemplo, os negros de fumo podem ter a seguinte composiçãoquímica:

Carbono: 97,3 a 99,3%

Hidrogênio: 0,2 a 0,4%

Oxigênio: 0,2 a 1,2%

Enxofre: 0,2 a 1,2%

Cinza: 0,1 a 1,0%

Níveis voláteis: 0,6 a 1,5%

Pelo menos em uma modalidade, a presente invenção podefazer uma variedade de negros de fumo da série N de acordocom ASTM-D 1765. Por exemplo, os negros de fumo que podemser feitos pelos processos da presente invenção podem sernegros de fumo da série N100, N200, N300, N500, N700 ouN990. Mais particularmente, os exemplos de negros de fumoque podem ser feitos pelos processos da presente invençãoincluem N110, N121, N220, N231, N234, N299, N326, N330,N339, N347, N351, N358, N375, N539, N550, N650, N660, N683,N762, N765, N774, N990, e similares, e têm as propriedadespadrão associadas a esses negros de fumo de ASTm comrelação à adsorção de iodo, DBPA, CTAB, área superficial denitrogênio, resistência à tintagem, e similares. Para finsda presente invenção, a adsorção de iodo se baseia em ASTMD-1510, a área superficial de nitrogênio se baseia em ASTMD-3037, a área superficial de CTAB se baseia em ASTM D-3765, a adsorção DBP se baseia em ASTM D-2414, absorção24M4-DPB se baseia em ASTM D-3493, resistência de tinta sebaseia em ASTM D-3265, volatilidade se baseia em ASTM D-1620, meios de extração se baseiam em ASTM D-3392, o teorde cinza se baseia em ASTM D-1506, e teor de enxofre sebaseia em ASTM D-1619.

Para fins da presente invenção, o negro de fumo quepode ser feito pelo processo pode ser negros de fumotratados com silício, negros de fumo revestidos com sílica,negros de fumo tratados com metal e similares, comodescrito nas patentes US nos. 6.709.506; 6.686.409;6.364.944; 6.197.274; 6.150.453; 6.028.137; 5.977.213;5.948.835; e 5.877.238, todas incorporadas na íntegra atítulo de referência aqui.

O negro de fumo da presente invenção pode serutilizado em modos convencionais como uma carga, agente dereforço, e/ou pigmento e ser útil em elastômeros, emtoners, em tintas, em polímeros, em plásticos e similares.

Com a presente invenção, as emissões totais de C02,bem como emissões de enxofre, são drasticamente reduzidasespecialmente em vista da operação de instalação combinada.

As emissões podem ser essencialmente substancialmentereduzidas. Desse modo, a presente invenção prove umainstalação "verde" exclusiva que faz uso de todos oscomponentes reativos em um modo eficiente e eficaz.

Os requerentes incorporam especificamente o conteúdocompleto de todas as referências citadas nessa revelação.Além disso, quando uma quantidade, concentração, ou outrovalor ou parâmetro é dado como uma faixa, faixa preferida,ou uma lista de valores preferíveis superiores e valorespreferíveis inferiores, deve ser subentendido comorevelando especificamente todas as faixas formadas dequalquer par de qualquer limite de faixa superior ou valorpreferido e qualquer limite de faixa inferior ou valorpreferido, independente de se as faixas são separadamentereveladas. Onde uma faixa de valores numéricos é mencionadaaqui, a menos que de outro modo mencionado, a faixapretende incluir os pontos finais da mesma, e todos osnúmeros inteiros e frações compreendidos na faixa. Não sepretende que o escopo da invenção seja limitado aos valoresespecíficos mencionados ao definir uma faixa.

A menos que de outro modo mencionado, níveis de purezade gás e % são em % em volume. Outras modalidades dapresente invenção serão evidentes para aqueles versados natécnica a partir da consideração do presente relatóriodescritivo e prática da presente invenção aqui revelada.

Pretende-se que o presente relatório descritivo e exemplossejam considerados somente como exemplares com umverdadeiro escopo e espírito da invenção sendo indicadospelas reivindicações a seguir e equivalentes das mesmas.

Claims (60)

1. Método para produzir pelo menos um gás, em queo gás compreende pelo menos gás hidrogênio, o métodocaracterizado por compreender:(a) em um reator, converter pelo menos uma porçãode pelo menos um insumo de hidrocarboneto em negro de fumona presença de gases de combustão gerados pela queima de umcombustível em um gás consistindo essencialmente emoxigênio, em que o negro de fumo está presente em um fluxode produto e o fluxo de produto compreende negro de fumo,uma ou mais impurezas, gás hidrogênio, e gás CO, em que asimpurezas compreendem um material contendo enxofre oumaterial contendo nitrogênio, ou ambos, em que ocombustível é uma porção do insumo de hidrocarboneto ou umafonte de combustível separada;(b) remover substancialmente todo negro de fumodo fluxo de produto; e(c) remover pelo menos uma porção das impurezasdo fluxo de produto.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por compreender ainda converter pelo menosuma porção do gás CO no fluxo de produto em C02.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que a conversão de pelo menosuma porção do gás CO em C02 compreende contatar o fluxo deproduto contendo CO com água ou vapor em um reator demudança para produzir gás hidrogênio adicional e C02 nofluxo de produto.

4. Método, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado por compreender ainda removersubstancialmente e recuperar opcionalmente C02.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que a remoção substancial de C02compreende remover C02 pelo processamento do fluxo deproduto contendo C02 através de pelo menos um purificador,ou pelo menos um adsorvedor de oscilação de pressão, oupelo menos uma membrana, ou um ou mais purificadores, ou umou mais materiais aceptores, ou qualquer combinação dosmesmos.

6. Método, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de que o gás hidrogênio épurificado pela passagem de hidrogênio através de um oumais adsorvedores de oscilação de pressão ou uma ou maismembranas ou combinações dos mesmos.

7. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o método ocorre semreciclagem do fluxo de produto para o reator na etapa (a).

8. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que pelo menos um insumo dehidrocarboneto compreende um insumo de hidrocarbonetoprimário e pelo menos um insumo de hidrocarbonetosecundário, em que pelo menos uma porção do insumo dehidrocarboneto primário é convertida em negro de fumo àjusante de onde o insumo de hidrocarboneto secundário éintroduzido no reator.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o reator é um reator emestágios.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por compreender ainda introduzir o insumo dehidrocarboneto no reator mediante adições de múltiplosestágios.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que pelo menos 20% em peso detodas as fontes de carbono sendo introduzidas no reator sãorecuperados na forma de negro de fumo.

12. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que pelo menos 3 0% em peso detodas as fontes de carbono sendo introduzidas no reator sãorecuperados na forma de negro de fumo.

13. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que pelo menos 50% em peso detodas as fontes de carbono sendo introduzidas no reator sãorecuperados na forma de negro de fumo.

14. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que pelo menos 60% em peso detodas as fontes de carbono sendo introduzidas no reator sãorecuperadas na forma de negro de fumo.

15. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que de 25% a aproximadamente 7 0%em peso de todas as fontes de carbono sendo introduzidas noreator são recuperados na forma de negro de fumo.

16. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por compreender ainda introduzir pelo menosum combustível no reator em um ponto antes de ou onde aconversão ocorre.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato de que o combustível compreende umgás natural.

18. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a remoção de pelo menos umaporção das impurezas a partir do fluxo de produtocompreende passar o fluxo de produto através de pelo menosum purificador que remove a espécie contendo enxofre ou aespécie contendo nitrogênio ou ambas.

19. Método, de acordo com a reivindicação 18,caracterizado pelo fato de que o fluxo de produto, apóspassagem do fluxo de produto através pelo menos de umpurificador que remove a espécie contendo enxofre, tem umaquantidade de enxofre no fluxo de produto de 100 ppm oumenos.

20. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a % em volume do gáshidrogênio e a % em peso de negro de fumo no fluxo deproduto são controladas pela variação do tipo do insumo dehidrocarboneto, tipo de combustível quando presente, razãode oxigênio para combustível quando presente, razão de 02para insumo de hidrocarboneto, temperatura de gases dealimentação, temperatura do insumo de hidrocarboneto, taxade combustão estequiométrica, razão estequiométrica decarbono para hidrogênio no insumo de hidrocarboneto, outaxas de alimentação relativa de oxigênio, combustível, einsumo de hidrocarboneto ou combinações dos mesmos.

21. Método, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que a conversão de pelo menosuma porção do gás CO em C02 ocorre antes da etapa deremover pelo menos uma porção das impurezas.

22. Método, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que a conversão de pelo menosuma porção do gás CO em C02 ocorre durante e/ou após aetapa de remover pelo menos uma porção das impurezas.

23. Método, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que uma quantidade de gás COpermanece no fluxo de produto após conversão de pelo menosuma porção do CO no fluxo de produto em C02 e o processocompreende ainda remover pelo menos uma porção do gás COrestante a partir do fluxo de produto.

24. Método, de acordo com a reivindicação 22,caracterizado pelo fato de que a remoção de uma porção dogás CO compreende passar o fluxo de produto através de pelomenos um adsorvedor de balanço de pressão.

25. Método, de acordo com a reivindicação 23,caracterizado pelo fato de que a remoção de gás CO por pelomenos um adsorvedor de balanço de pressão remove ainda pelomenos uma porção de metano, nitrogênio ou combinações dosmesmos que estão presentes no fluxo de produto comoimpurezas.

26. Método, de acordo com a reivindicação 22,caracterizado pelo fato de que o gás CO que é removido éreciclado ou processado novamente através de um reator demudança para converter uma porção adicional de CO em C02.

27. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o oxigênio tem uma pureza depelo menos 90% em peso.

28. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que as impurezas, excluindo H20,em uma base de peso seco, têm um teor de impureza de 1% oumenos.

29. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que as impurezas, excluindo H20,em uma base de peso seco, têm um teor de impureza de 5% oumenos.

30. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o reator tem uma temperaturade combustão de aproximadamente 1.371°C a aproximadamente 3.037°C.

31. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o reator tem uma temperaturade combustão de aproximadamente 2.204°C a aproximadamente 2.760°C.

32. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o insumo de hidrocarbonetotem um nível de enxofre de pelo menos 4% em peso do insumode hidrocarboneto.

33. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o insumo de hidrocarbonetotem um nível de enxofre de aproximadamente 0,1% aaproximadamente 5% em peso do insumo de hidrocarboneto.

34. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o método resulta em emissõesgasosas no local do reator de enxofre na espécie de fasegasosa para a atmosfera, inferiores a 5% em peso com basena quantidade total de enxofre alimentado no método.

35. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o método resulta em emissõesgasosas no local do reator de enxofre na espécie de fasegasosa para a atmosfera, inferiores a 10% em peso com basena quantidade total de enxofre alimentado no método.

36. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o método resulta em emissõesgasosas no local do reator de enxofre na espécie de fasegasosa para a atmosfera, inferiores a 20% em peso com basena quantidade total de enxofre alimentado no método.

37. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o método resulta em emissõesgasosas no local do reator de nitrogênio na espécie de fasegasosa para a atmosfera, inferiores a aproximadamente 0,01tonelada métrica por tonelada métrica de negro de fumoproduzido.

38. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o método resulta em emissõesgasosas no local do reator de carbono na espécie de fasegasosa para a atmosfera, inferiores a 10% em peso com baseno total de carbono alimentado no método.

39. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o método forma negro de fumono reator em uma quantidade maior do que 20% em peso dofluxo de produto, em uma base a seco.

40. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o método forma negro de fumono reator em uma quantidade maior do que 25% em peso dofluxo de produto, em uma base a seco.

41. Método, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato de que o combustível e oxigênioestão presentes em uma razão de equivalentes decombustível/oxigênio de aproximadamente 0 paraaproximadamente 2.

42. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que uma porção do enxofrepresente no insumo de hidrocarboneto é removida pelaformação do negro de fumo e está presente com o negro defumo.

43. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que uma porção de metal presenteno insumo de hidrocarboneto é removida pela formação donegro de fumo e está presente com o negro de fumo.

44. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a remoção do negro de fumo éobtida por ciclone ou filtração e/ou lavagem do fluxo deproduto contendo o negro de fumo com água.

45. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por compreender ainda transferir o fluxo deproduto após a etapa (c) para uma unidade de processo parauso como combustível ou insumo químico.

46. Método, de acordo com a reivindicação 43,caracterizado pelo fato de que a unidade de processocompreende uma refinaria de petróleo.

47. Método, de acordo com a reivindicação 43,caracterizado pelo fato de que o processo de formar o negrode fumo presente em um fluxo de produto ocorre em uma usinade manufatura de negro de fumo e o fluxo de produto após aetapa (c) é transferido para uma refinaria de petróleo.

48. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o negro de fumo removido naetapa (b) é um negro de fumo de acordo com pelo menos umaespecificação ASTM para negros de fumo com relação pelomenos à estrutura e área superficial.

49. Método, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de que o fluxo é introduzido napresença de um leito catalítico.

50. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o fluxo de produto contémpelo menos H2 e CO e H2 e CO estão presentes em uma razãode mol de aproximadamente 0,5 para 2 no fluxo de produtoantes da remoção do negro de fumo.

51. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o fluxo de produto contémpelo menos H2 e CO e H2 e CO estão presentes em uma razãode mol de aproximadamente 2 para aproximadamente 3,5 nofluxo de produto antes da remoção do negro de fumo.

52. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o insumo de hidrocarbonetotem uma razão de mol de hidrogênio para carbono de 0,5 para 3,5.

53. Método, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que o fluxo de produto após aconversão e remoção de impurezas compreende gás hidrogênioem uma quantidade de aproximadamente 90% a aproximadamente 99,99% em volume do fluxo de produto.

54. Método, de acordo com a reivindicação 4,caracterizado pelo fato de que C02 que é recuperado tem umnível de pureza de aproximadamente 90% a aproximadamente 99,99%.

55. Negro de fumo, caracterizado por serproduzido pelo método da reivindicação 1.

56. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o método resulta em emissõesgasosas no local do reator de nitrogênio na espécie de fasegasosa para a atmosfera, inferiores a aproximadamente 0,1tonelada métrica por tonelada métrica de negro de fumoproduzido.

57. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o método resulta em emissõesgasosas no local do reator de nitrogênio na espécie de fasegasosa para a atmosfera, inferiores a aproximadamente 1tonelada métrica por tonelada métrica de negro de fumoproduzido.

58. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o método forma negro de fumono reator em uma quantidade maior do que 30% em peso dofluxo de produto, em uma base a seco.

59. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o método resulta em emissõesgasosas no local do reator de carbono na espécie de fasegasosa para a atmosfera, inferiores a 20% em peso baseadono carbono total alimentado no método.

60. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o método resulta em emissõesgasosas no local do reator de carbono na espécie de fasegasosa para a atmosfera, inferiores a 30% em peso baseadono carbono total alimentado no método.