DE112014001444T5

DE112014001444T5 - Verfahren zum Herstellen von Ruß unter Verwenden eines Extenderfluids

Info

Publication number: DE112014001444T5
Application number: DE112014001444.3T
Authority: DE
Inventors: O. HUNT David; Serguei Nester; J. UNRAU Chad; M. MATHEU David
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2016-01-07
Anticipated expiration: 2034-02-27
Also published as: PL244981B1; PL414977A1; NL2014716B1; JP2016512276A; CN105073906A; MX2015011626A; HU230948B1; ES2552392A2; NL2014716A; BR112015023043A2; US10829642B2; DE112014001444B4; FR3003263A1; FR3003263B1; RU2015144037A; NL2012423C2; KR101788951B1; JP6224815B2; HUP1500427A2; NL2012423A

Abstract

Verfahren zum Herstellen von Ruß unter Verwenden eines Extenderfluids werden bereitgestellt sowie Verfahren zum Steuern einer oder mehrerer Teilcheneigenschaften des Rußes unter Nutzen von Extenderfluiden und andere Techniken.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ruß und Verfahren zum Herstellen von Ruß. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf das Steuern einer oder mehrerer Teilcheneigenschaften des Rußes.
In der Rußherstellung sind Änderungen in der Rußherstellungssteuerung und/oder Vorrichtungskonfigurationen üblicherweise erforderlich, wenn eine Produktionslinie geändert wird, um unterschiedliche Qualitäten von Ruß herzustellen oder um an unterschiedliche Arten von Ausgangsmaterial anzupassen, und diese Änderungen beeinträchtigen den kontinuierlichen und/oder effizienten Betrieb der Produktionslinie. Operative Anpassungen, die wirksam sind, um die Teilcheneigenschaften zu ändern, können verwendet werden, wenn eine Änderung in einer Teilcheneigenschaft (zum Beispiel Struktur oder Oberfläche) des Rußes aus Produktionsgründen gewünscht ist. Diese Anpassungen verursachen eine Verfahrensunterbrechung des Rußreaktors, die sogar ein Abschalten beinhalten kann, und die Strahldüsen, die verwendet werden um das Ausgangsmaterial einzuführen, um den Ruß zu bilden, werden ersetzt, um die Strahl- oder Fluiddynamik, die Färbe- oder andere Eigenschaften einstellen kann, zu ändern. Es ist unnötig zu sagen, dass das Abschalten des Reaktors und Ändern der Düsen zeitaufwendig und teuer sein kann.
Zusätzlich können in der Herstellung von Ruß bestimmte Ausgangsmaterialien problematischer sein als andere, wie die Verwendung von Kohlenteer-Ausgangsmaterialien und die resultierende Häufigkeit von Düsenspitzenverschleiß. Dies kann auch zutreffend sein für andere Ausgangsmaterialien, die als Ausgangsmaterialien mit höheren Mengen von kleinen Partikeln, wie Asche, angesehen werden, welche problematisch sein können für das Herstellen von Rußen und/oder problematisch sein können beim Verwenden von Spitzen mit schmaler Größe als Einführungspunkte für die Ausgangsmaterialien aufgrund der Befürchtung des Verstopfens. Tatsächlich kann ein Verstopfen der Spitze durch Partikel verursacht werden, die aus dem Ausgangsmaterial kommen können, Verkokung, Kalium, Wasser, um einige zu nennen. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist der Begriff „Strahldüse” oder „Düse” oder „Spitze” ein Verweis auf die gleiche Komponente.
Außerdem wäre es wünschenswert, die Verfahren zur Rußherstellung, die vorgeheiztes Ausgangsmaterial verwenden, wie in der internationalen Anmeldung Nr. WO 2011/103015 beschrieben, zu verbessern. In diesem bisherigen Verfahren wurde vorgeheiztes Ausgangsmaterial verwendet, um vorteilhafte Eigenschaften in Bezug auf den Ruß und wirtschaftlichen Maßstab zu erlangen. Es wäre vorteilhaft, dieses Verfahren zu verbessern, um noch mehr Effizienz zu erreichen.
Dementsprechend wäre es vorteilhaft, Verfahren zum Herstellen von Ruß bereitzustellen, die eines oder mehrere der oben genannten Ziele erreichen können.
ZUSAMMENFASSUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Dementsprechend ist es ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, Verfahren bereitzustellen, um mindestens eine Teilcheneigenschaft des Rußes zu steuern ohne eine Prozessunterbrechung oder Abschalten des Rußreaktors.
Ein anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren bereitzustellen, um mindestens eine Teilcheneigenschaft des Rußes zu steuern ohne eine Notwendigkeit, die Düse bei den Einführungspunkten für das Ausgangsmaterial zu wechseln.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, die Möglichkeit bereitzustellen, die Vorheiztemperaturen des Ausgangsmaterials in der Rußherstellung noch mehr zu erhöhen, mit Steuern von thermisch induzierter Verschmutzung der Ausgangsmaterialleitung bei den erhöhten Ausgangsmaterialtemperaturen.
Ein zusätzliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren bereitzustellen, um Ruß herzustellen, unter Verwenden von Ausgangsmaterialien mit hohen Mengen an Partikeln, wie Asche.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden zum Teil in der folgenden Beschreibung dargelegt und ergeben sich zum Teil aus der Beschreibung oder können durch Praktizieren der vorliegenden Erfindung erlernt werden. Die Ziele und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mittels der Bestandteile und Kombinationen, die insbesondere in der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen aufgezeigt werden, realisiert und erreicht.
Um diese und andere Vorteile zu erreichen und in Übereinstimmung mit den Zwecken der vorliegenden Erfindung, wie ausgeführt und ausführlich hierin beschrieben, betrifft die vorliegende Erfindung zum Teil ein Verfahren zum Herstellen von Ruß. Das Verfahren beinhaltet das Einführen eines geheizten Gasstroms in einen Rußreaktor. Das Verfahren beinhaltet ferner das Vereinigen von mindestens einem Extenderfluid mit mindestens einem Rußausgangsmaterial, um ein Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden. Das Vereinigen ist vorzugsweise solcher Art, dass das mindestens eine Extenderfluid den Impuls von dem mindestens einen Rußausgangsmaterial in einer Richtung, die im Wesentlichen axial (innerhalb 10 Grad von axial) oder axial zu mindestens einem Ausgangsmaterialeinführungspunkt in den Rußreaktor ist, erhöht. Das Fluid-Ausgangsmaterialgemisch wird durch mindestens einen Ausgangsmaterialeinführungspunkt (vorzugsweise mehrere) in den Rußreaktor gegeben. Das Verfahren beinhaltet ferner das Vereinigen von mindestens des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs durch den einen oder mehrere Einführungspunkte zu dem Rußreaktor mit dem geheizten Gasstrom, um einen Reaktionsstrom zu bilden, in dem Ruß in dem Rußreaktor gebildet wird. Das Verfahren kann ferner das Rückgewinnen des Rußes in dem Reaktionsstrom beinhalten. In diesem Verfahren kann das Extenderfluid chemisch inert sein und ist vorzugsweise chemisch inert zu dem Rußausgangsmaterial.
Anstatt von oder zusätzlich zum Vereinigen von mindestens einem Extenderfluid mit mindestens einem Rußausgangsmaterial, um ein Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, kann das Fluid-Ausgangsmaterialgemisch in dem Reaktor erzeugt werden. In anderen Worten, das mindestens eine Extenderfluid kann in den Reaktor eingeführt werden und das mindestens eine Ausgangsmaterial kann in den Reaktor in solch einer Weise eingeführt werden, dass die Einführungspunkte für jedes so angeordnet sind, dass das Extenderfluid den Impuls des Ausgangsmaterials in dem Verbrennungsstrom erhöht.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet ferner ein Verfahren zum Steuern von mindestens einer Teilcheneigenschaft des Rußes, wie Struktur und/oder Oberfläche. Das Verfahren beinhaltet das Vereinigen von mindestens einem Extenderfluid mit mindestens einem Rußausgangsmaterial, um ein Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, und Zuleiten des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs in einen Rußreaktor. Das Zuleiten des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs findet in Form von einer oder mehreren Strahlen statt. Das Verfahren beinhaltet ferner das Steuern der Menge des Extenderfluids, das in dem Fluid-Ausgangsmaterialgemisch vorhanden ist, um mindestens eine Teilcheneigenschaft, wie den Farbton, zu steuern. Andere Teilcheneigenschaften können Oberfläche (zum Beispiel gemessen durch BET, CTAB und/oder STSA (ASTM D 6556)) oder Struktur, wie OAN oder DPB, sein.
In den Verfahren der vorliegenden Erfindung kann das Rußausgangsmaterial Ausgangsmaterialien mit viel Partikeln, 0,01 Gew.-% bis 0,5 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des Ausgangsmaterials, so wie Asche, sein oder beinhalten, weil die Verfahren der vorliegenden Erfindung die Fähigkeit, mit diesen Arten von Ausgangsmaterialien zu arbeiten, bereitstellen ohne die früher beschriebenen Nebenwirkungen.
Es versteht sich, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung nur beispielhaft und erläuternd sind und gedacht sind, eine weitere Erklärung der vorliegenden Erfindung wie beansprucht bereitzustellen.
Die beigefügten Zeichnungen, die in die Beschreibung aufgenommen sind und einen Teil dieser Anmeldung darstellen, veranschaulichen Aspekte der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundlagen der vorliegenden Erfindung zu erläutern. Gleiche numerische Identifizierungsmerkmale, die in den Figuren verwendet werden, beziehen sich auf gleiche Merkmale.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1–5 sind schematische Darstellungen eines Teils von verschiedenen Arten von Furnacerußreaktoren, die in einem Verfahren der vorliegenden Erfindung genutzt werden können, um Ruße herzustellen. Dieser Rußreaktor ist nur illustrativ für die Reaktoren, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
6 ist eine schematische Darstellung von einem Beispiel des Injektors, die das Injizieren des Extenderfluids in atomisiertes Ausgangsmaterial vor Eintritt in den Rußreaktor und das Primärfeuer darstellt.
7 und 8 sind Zeichnungen, die Möglichkeiten zum Einführen des Extenderfluids und Ausgangsmaterial ohne vorheriges Mischen vor Eintritt in den Reaktor darstellen, mit einer Ringkonstruktion und einer Seite-an-Seite-Konstruktion.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Herstellen von Ruß. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf Verfahren zum Steuern mindestens einer Teilcheneigenschaft des Rußes. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf die Fähigkeit, Ausgangsmaterialien mit hohen Mengen an Partikeln zu verwenden, ohne einen der Einführungspunkte in den Reaktor zu verstopfen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf Verfahren, um die Ausgangsmaterialvorheiztemperaturen in der Rußherstellung noch mehr zu erhöhen mit Steuern von thermisch induzierter Verschmutzung der Ausgangsmaterialleitungen bei den erhöhten Ausgangsmaterialtemperaturen.
Bei der Herstellung von Ruß wird ein Kraftstoff verbrannt, um einen Strom von heißem Gas zu erzeugen, der mit einer hohen Geschwindigkeit durch eine Übergangszone fließt, in die Rußausgangsmaterial eingeführt wird und mit dem Strom von heißem Gas vermischt wird. Das Gemisch fließt weiter mit hoher Geschwindigkeit in einen heißen Reaktor, in dem das Ausgangsmaterial sich einer Pyrolyse unterzieht, um Teilchen des Rußes zu ergeben, die Reaktion wird dann gequencht, Reaktanten werden gekühlt und das Rußprodukt wird auf einem Filter gesammelt.
Im Allgemeinen betrifft ein Aspekt der vorliegenden Erfindung das Herstellen von Ruß durch Vereinigen von mindestens einem Extenderfluid mit mindestens einem Rußausgangsmaterial vor Einführen des Ausgangsmaterials (oder nach Einführen des Ausgangsmaterials) in den Reaktor durch einen oder mehrere Einführungspunkte. Unter Verwenden eines Extenderfluids, das unten näher beschrieben wird, hat das Extenderfluid(e) die Fähigkeit, verschiedene Vorteile bereitzustellen, einschließlich einem oder mehreren der folgenden: Die Fähigkeit, mit verschiedenen Arten von Rußausgangsmaterial einschließlich was als Ausgangsmaterialien mit hohen Mengen von Partikeln (zum Beispiel Asche) angesehen werden, wie Kohlenteer-Ausgangsmaterialien zur Rußherstellung zu arbeiten; die Fähigkeit ein rußergebendes Ausgangsmaterial sogar höher als bislang beschrieben vorzuheizen; die Fähigkeit ein oder mehrere Teilcheneigenschaften des Rußes zu steuern; die Fähigkeit niedrigere Drücke zur Ausgangsmaterialeinführung zu verwenden; und/oder andere Vorteile.
Das Extenderfluid kann ein Gas oder eine Flüssigkeit sein. Bevorzugte Beispiele sind Gase. Das Extenderfluid kann chemisch inert zu dem Rußausgangsmaterial sein und ist vorzugsweise chemisch inert zu dem Rußausgangsmaterial. Das Extenderfluid kann mindestens ein inertes Gas sein (zum Beispiel Argon, Neon, Helium und dergleichen). Das Extenderfluid kann Stickstoff allein oder mit anderen Gasen sein. Das Extenderfluid kann Dampf, Wasser, Luft, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Rußabgas, Erdgas oder Stickstoff sein, ein oder mehrere inerte Gase oder jede Kombination davon. Im Allgemeinen besitzt das Gas oder die Flüssigkeit eine Reinheit von mindestens 95 Gew.-% (zum Beispiel mindestens 97%, mindestens 98%, mindestens 99%, mindestens 99,5% oder mindestens 99,9 Gew.-%) des Gases oder der Flüssigkeit. Zum Beispiel, wenn Stickstoff verwendet wird (allein oder mit anderen Gasen/Flüssigkeiten), besitzt das Stickstoffgas eine Reinheit von mindestens 95 Gew.-% dieses Gases.
Das Extenderfluid kann, wenn es mit mindestens einem Rußausgangsmaterial vereinigt wird, um ein Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, optional gleichförmig in dem Rußausgangsmaterial verteilt sein. Das Vereinigen von dem Extenderfluid(en) mit mindestens einem Rußausgangsmaterial führt zu einem Fluid-Ausgangsmaterialgemisch, wobei das Extenderfluid im Rußausgangsmaterial verteilt ist (gleichmäßig oder ungleichmäßig).
Bevor das Extenderfluid mit dem Rußausgangsmaterial vereinigt wird, kann das Rußausgangsmaterial atomisiert oder zumindest teilweise atomisiert werden. Das Extenderfluid wird optional nicht als das Mittel verwendet, um das Rußausgangsmaterial in der vorliegenden Erfindung zu atomisieren. Das Extenderfluid stellt vorzugsweise einen Impuls für das Rußausgangsmaterial beim Vermischen mit dem Rußausgangsmaterial bereit. Der Begriff „Impuls” ist ein Verweis auf Impuls, wie er in der Strömungslehre verstanden wird. Als eine Möglichkeit stellt das Extenderfluid beim Vereinigen mit dem Rußausgangsmaterial den Impuls bereit, um einen säulenförmigen Strahl von Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, während das Gemisch die Düse verlässt und in den Rußreaktor eintritt. Das Extenderfluid hat die Fähigkeit, den Impuls von dem Ausgangsmaterial zu kanalisieren. Das Fluid-Ausgangsmaterialgemisch wird in dem Injektor so kanalisiert, dass sich der Vorwärtsimpuls des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs bei Eintritt in den Reaktor in einer Richtung axial zur zentralen Achse des Injektors fortsetzt (oder im Wesentlichen axial zu der zentralen Achse des Injektors, zum Beispiel innerhalb von 10 Grad davon axial zur zentralen Achse zu sein). Das Fluid-Ausgangsmaterialgemisch ist ferner so angeordnet, dass es vorzugsweise senkrecht (oder im Wesentlichen senkrecht, d. h. innerhalb von 10 Grad) zu dem Primärfeuer oder Zersetzungsstrom ist und/oder vorzugsweise senkrecht (oder im Wesentlichen senkrecht, d. h. innerhalb von 10 Grad) zu der Wand der Rußreaktors ist. Als eine Möglichkeit kann das Fluid-Ausgangsmaterialgemisch oder der Injektor, der zum Injizieren des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs verwendet wird, jeden Winkel haben in Bezug auf das Primärfeuer oder Zersetzungsstrom (zum Beispiel senkrecht (90 Grad), im Wesentlichen senkrecht (80–110 Grad), oder andere Winkel (so wie 20–79 Grad, 20 Grad, 30 Grad, 40 Grad, 45 Grad, 50 Grad, 55 Grad, 60 Grad, 65 Grad, 75 Grad und dergleichen)). Ein Beispiel des Vereinigens des Extenderfluids und Rußausgangsmaterials wird in 6 gezeigt. In 6 betritt das Rußausgangsmaterial 100 eine Öffnung 102 und verlässt die Öffnung als atomisiertes Rußausgangsmaterial 104. Das Extenderfluid 106 wird durch Port 108 eingeführt und mit dem atomisierten Rußausgangsmaterial 104 vermischt, um ein Fluid-Ausgangsmaterialgemisch 110 zu bilden. Das Gemisch 110 hat einen erhöhten Impuls im Vergleich zu dem Impuls, der vor dem Einführen des Extenderfluids vorhanden war. Dieses Gemisch 110 verlässt den Injektor durch eine Düse oder Port 112 in der Reaktorwand 117 als ein säulenförmiger Strahl von Fluid-Ausgangsmaterialgemisch mit hohem Impuls (114), welches dann in den Hochgeschwindigkeitszersetzungsstrom oder Primärfeuer 116 eindringt. Daher ist vorzugsweise in der vorliegenden Erfindung das Vereinigen von dem mindestens einen Extenderfluid mit mindestens einem Rußausgangsmaterial, um ein Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, so, dass das mindestens eine Extenderfluid den Impuls von dem mindestens einen Rußausgangsmaterial, in einer Richtung, die axial oder im Wesentlichen axial zu mindestens einem Ausgangsmaterialeinführungspunkt in den Rußreaktor ist, erhöht.
Die Menge des Extenderfluids(e), das mit dem Rußausgangsmaterial vereinigt wird, ist einstellbar. Die Menge des Extenderfluids, das mit dem Rußausgangsmaterial vereinigt wird, kann eingestellt werden, während das Verfahren in Betrieb ist und Ruß produziert. In anderen Worten, die Menge des Extenderfluids kann spontan geändert werden. Dadurch kann, weil die Menge des Extenderfluids mit dem Rußausgangsmaterial in einstellbarer Weise vereinigt werden kann, dies getan werden, ohne den Reaktor abzuschalten. Daher kann eine kontinuierliche Rußproduktion beibehalten werden, selbst wenn die Reaktorbedingungen eingestellt werden, um unterschiedliche Qualitäten von Ruß zu erhalten oder um die Qualität des herzustellenden Rußes zu optimieren oder die Qualität des herzustellenden Rußes einzustellen/zu ändern und/oder andere Einstellungen, die während der Rußherstellung im Verfahren/Reaktor gemacht werden.
Allgemein kann das Extenderfluid in das Rußausgangsmaterial bei jedem Druck eingeführt werden, aber allgemein sind hohe Drücke bevorzugt, um das gewünschte Mischen des Extenderfluids mit dem Rußausgangsmaterial zu erreichen, insbesondere wenn das Extenderfluid ein Gas ist. Geeignete Drücke können von etwa 1 lb/in² bis etwa 350 lb/in² oder von etwa 50 lb/in² bis etwa 175 lb/in² sein oder von etwa 20 lb/in² bis etwa 200 lb/in² oder höher oder von etwa 100 lb/in² bis etwa 200 lb/in² oder höher.
Diese Drücke und andere Drücke können verwendet werden, um das Extenderfluid in das Rußausgangsmaterial einzuführen. Der Druck kann ausreichend sein, um in das Rußausgangsmaterial einzudringen, um das Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, und vorzugsweise wobei das Extenderfluid gleichförmig innerhalb des Rußausgangsmaterials verteilt ist.
Eine beliebige Menge des Extenderfluids kann in dem Fluid-Ausgangsmaterialgemisch vorhanden sein. Zum Beispiel kann das Extenderfluid in dem Fluid-Ausgangsmaterialgemisch in einer Menge von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 400 Gew.-% (oder höher), basierend auf dem Gewicht des Rußausgangsmaterials, vorhanden sein. Andere Mengen beinhalten zum Beispiel von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 100 Gew.-% oder mehr, basierend auf dem Gewicht des Rußausgangsmaterials oder von etwa 5 Gew.-% bis etwa 15 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des Rußausgangsmaterials, oder von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des Rußausgangsmaterials, oder von etwa 1 Gew.-% bis etwa 40 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des Rußausgangsmaterials.
Das Zuleiten des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs kann in der Form von einer oder mehreren Strahlen sein. Die Art des Extenderfluids und/oder die Menge des Extenderfluids ist in der Lage, die Strahleindringung des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs in den geheizten Gasstrom einzustellen. Wie früher erwähnt, unter der Verwendung eines Fluid-Ausgangsmaterialgemischs, welches in der Form von einem oder mehreren Strahlen abgegeben wird, ist die Menge des Extenderfluids und/oder die Art des Extenderfluids in der Lage, die Strahleindringung des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs in dem geheizten Gasstrom einzustellen, ohne eine Düsenänderung und/oder ohne die Notwendigkeit einer Verfahrensunlterbrechung oder Abschalten des Rußreaktors.
Als eine Möglichkeit kann das Extenderfluid mit dem Rußausgangsmaterial vereinigt werden an einem Punkt, der vor dem Einführungspunkt des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs in den Rußreaktor ist. Das Fluid kann in solche Weise eingeführt werden, dass das Fluid und Ausgangsmaterial vor Verlassen des Injektors/Düse zusammengemischt werden. Das Extenderfluid kann mit dem Rußausgangsmaterial vereinigt werden an einem Punkt, der mehr als oder weniger als 0,5 Inch, so wie mindestens 0,75 Inch, mindestens 1 Inch, mindestens 2 Inch, mindestens 4 Inch oder mindestens 6 Inch, vor dem Einführungspunkt in den Reaktor ist.
Als eine Möglichkeit kann das Extenderfluid mit dem Rußausgangsmaterial nach dessen entsprechender Einführung in den Rußreaktor vereinigt werden. In anderen Worten, das Extenderfluid kann in den Rußreaktor separat von dem Rußausgangsmaterial eingeführt werden. Jede Geometrie, um die separate Einführung des Extenderfluids und Rußausgangsmaterials in den Reaktor zu ermöglichen, so dass die zwei Fluide benachbart zueinander sind oder einander in dem Reaktor berühren, kann verwendet werden. Zum Beispiel kann, wie in 7 und 8 gezeigt, die Einführung des Extenderfluids und Rußausgangsmaterial separat durchgeführt werden, mit einer Rohrleitung, die eine ringförmige hohle Konstruktion besitzt, so dass eines der Fluide das andere Fluid umgibt. Eine andere Geometrie, die verwendet werden kann, ist Einführungspunkte für das Extenderfluid und Rußausgangsmaterial Seite an Seite zu haben. In dieser Konstruktion kann einer der Einführungspunkte in geringer Weise vor dem anderen sein, so wie ein halbes Inch oder ein Inch oder mehr. Wenn das Extenderfluid und Rußausgangsmaterial separat in den Reaktor eingeführt werden, ist die Geometrie so, dass das Extenderfluid das Rußausgangsmaterialfluid berührt und das Extenderfluid den Impuls des Ausgangsmaterialfluids in dem Zersetzungsstrom (oder Kreuzflussstrom) erhöht. Es besteht keine Beschränkung im Hinblick auf die Geometrie, die verwendet werden kann, um diese duale separate Einführung des Extenderfluids und Rußausgangsmaterials zu erreichen. Es können wieder ein oder mehrere Einführungspunkte verwendet werden, so wie rund um den Umfang des Reaktors, so wie im Halsbereich.
Jeder Einführungspunkt des Rußausgangsmaterials kann entweder eine Vorvereinigung des Extenderfluids mit dem Rußausgangsmaterial vor der Einführung des Ausgangsmaterials in den Rußreaktor und/oder ein entsprechender Einführungspunkt für das Extenderfluid für jeden Rußausgangsmaterialeinführungspunkt, der existiert, sein.
Die Art, in welcher das Fluid-Ausgangsmaterialgemisch in den Rußreaktor eingeführt wird, wie an den Übergangspunkten des Verfahrens, kann in der Form von einem oder mehreren Strahlen oder Strahldüsen erfolgen, oder in Kombination mit oder als Alternative mit einer oder mehreren Lanzen. Wenn Strahldüsen verwendet werden, sind diese üblicherweise an einer radialen Position um den Umfang des Reaktors angeordnet, zum Beispiel wie in 1 gezeigt. Wenn eine Lanze verwendet wird, befindet sich diese üblicherweise mehr in dem axialen Zentrum des Reaktors.
Für jedes Verfahren in der vorliegenden Erfindung kann das rußergebende Ausgangsmaterial ein flüssiger Kohlenwasserstoff mit einer spezifischen Dichte von etwa 0,9 bis etwa 1,5 oder größer (so wie von 0,9 bis 1,3 oder von 1 bis 1,2 und dergleichen) oder jede Kombination davon sein oder beinhalten. Das rußergebende Ausgangsmaterial kann einen anfänglichen Siedepunkt von etwa 160°C bis etwa 600°C besitzen, so wie von 160°C bis etwa 500°C oder 200°C bis etwa 450°C oder 215°C bis etwa 400°C und dergleichen. Das rußergebende Ausgangsmaterial kann jedes übliche rußergebende Ausgangsmaterial sein, welches in der Bildung von Ruß resultiert. Zum Beispiel kann ein Kohlenwasserstoffmaterial verwendet werden. Ein geeignetes Ausgangsmaterial kann ein rußergebendes Kohlenwasserstoffausgangsmaterial sein, welches unter den Bedingungen der Reaktion leicht verflüchtigbar ist. Zum Beispiel können ungesättigte Kohlenwasserstoffe wie Acetylen; Olefine wie Ethylen, Propylen, Butylen; Aromaten wie Benzol, Toluol und Xylol; bestimmte gesättigte Kohlenwasserstoffe; und andere Kohlenwasserstoffe wie Kerosine, Naphthaline, Terpene, Ethylenteere, Materialien mit aromatischen Zyklen und dergleichen verwendet werden.
Das rußergebende Ausgangsmaterial, das bei Verwenden der vorliegenden Erfindung verarbeitet werden kann, kann im Allgemeinen eine Kohlenwasserstoffflüssigkeit oder ein Ölausgangsmaterial, geeignet zur Rußherstellung, beinhalten. Geeignete flüssige Ausgangsmaterialien beinhalten zum Beispiel ungesättigte Kohlenwasserstoffe, gesättigte Kohlenwasserstoffe, Olefine, Aromaten und andere Kohlenwasserstoffe, so wie Kerosine, Naphthaline, Terpene, Ethylenteere, Kohlenteere, Rückstände aus dem Cracker und Materialien mit aromatischen Zyklen oder jede Kombination davon. Die Ausgangsmaterialien können zum Beispiel dekantiertes Öl, Kohlenteerprodukt, Ethylen-Cracker-Rückstände, asphaltenhaltiges Öl oder jede Kombination davon sein. Die Art des Ausgangsmaterials kann das Verschmutzungsverhalten beeinflussen. Die Chemie kann zwischen den verschiedenen Ausgangsmaterialarten und/oder innerhalb einer Art des Ausgangsmaterials variieren. Basierend auf Erfahrung und Labortests können dekantiertes Öl, Kokereiöl, Kohlenteere und Ethylen-Cracker-Rückstände, zum Beispiel alle bei verschiedenen Temperaturen über etwa 300°C verschmutzen. Ethylen-Cracker-Rückstände (ECR), zum Beispiel können relativ reich an Asphaltenen sein. Andere Ausgangsmaterialarten können auch Asphaltene enthalten und/oder besitzen Chemikalien, die anderen Verschmutzungsmechanismen unterliegen.
Der Asphaltengehalt des Ausgangsmaterials kann zum Beispiel von 0% bis etwa 30 Gew.-% sein, oder mindestens etwa 0,5 Gew.-%, oder mindestens etwa 1 Gew.-%, oder mindestens etwa 2 Gew.-%, oder mindestens etwa 3 Gew.-%, oder von etwa 1% bis etwa 10 Gew.-%, oder von etwa 2% bis etwa 7,5 Gew.-%, oder von etwa 2,5% bis etwa 5 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtausgangsmaterialgewicht. Das Ausgangsmaterial kann einen anfänglichen Siedepunkt von zum Beispiel von etwa 160°C bis etwa 500°C, oder von etwa 180°C bis etwa 450°C, oder von etwa 200°C bis etwa 400°C, oder von 225°C zu etwa 350°C haben. Der anfängliche Siedepunkt verweist auf die Temperatur, bei der die erste Ausgangsmaterialkomponente (des Ausgangsmaterials) verdampft. Das Ausgangsmaterial kann einen mittleren Siedepunkt von zum Beispiel von etwa 380°C bis etwa 800°C, oder von etwa 400°C bis etwa 500°C, oder von etwa 425°C bis etwa 475°C, oder von 440°C bis etwa 460°C haben. Der mittlere Siedepunkt verweist auf die Temperatur, bei welcher 50% der Ausgangsmaterialkomponenten verdampft sind. Das Ausgangsmaterial kann einen abschließenden Siedepunkt von zum Beispiel von etwa 600°C bis etwa 900°C, oder von etwa 625°C bis etwa 725°C, oder von etwa 650°C bis etwa 700°C, oder von 670°C bis etwa 690°C haben. Der abschließende Siedepunkt verweist auf die Temperatur bei welcher 100% der Ausgangsmaterialkomponenten verdampft sind. Andere anfängliche, mittlere und/oder abschließende Siedepunkte können gelten, abhängig von der Wahl und Chemie des Ausgangsmaterials.
Die Verfahren der vorliegenden Erfindung können mit Furnacerußreaktoren mit Anpassungen und Modifikationen so wie hier verwendet werden. Die Verfahren der vorliegenden Erfindung können praktiziert werden, zum Beispiel in einem modularen, auch als stufenweisen Furnacerußreaktor bezeichnet. Stufenweise Furnace-Reaktoren, die angepasst oder modifiziert werden können, um die vorliegende Erfindung zu praktizieren, sind zum Beispiel in US-Patent Nr. 3,922,335 ; 4,383,973 ; 5,190,739 ; 5,877,250 ; 5,904,762 ; 6,153,684 ; 6,156,837 ; 6,403,695 ; und 6,485,693 B1 gezeigt, von denen alle in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hierin einbezogen sind.
Im Hinblick auf den Strom von heißen Gasen (oder geheizter Gasstrom), der mit dem rußergebenden Ausgangsmaterial vereinigt wird, kann der Strom von heißen Gasen auch als heiße Zersetzungsgase oder ein geheizter Gasstrom, der durch Berühren eines Feststoffs, Flüssigkeit und/oder gasförmigen Kraftstoff mit einem geeigneten Oxidationsstrom erzeugt werden kann, so wie, aber nicht beschränkt auf, Luft, Sauerstoff, Gemische von Luft und Sauerstoff oder dergleichen, angesehen werden. Alternativ kann ein vorgeheizter Oxidationsstrom ohne Zugeben eines flüssigen oder gasförmigen Kraftstoffs durchgegeben werden. Beispiele für den Kraftstoff, geeignet zur Verwendung im Berühren des Oxidationsstroms, um die heißen Gase zu erzeugen, beinhalten eins von den leicht zersetzlichen Gasen, Dämpfen oder Flüssigströmen, wie Erdgas, Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Methan, Acetylen, Alkohol, recyceltes Abgas oder Kerosin. Im Allgemeinen ist es bevorzugt, Kraftstoffe mit einem hohen Gehalt von kohlenstoffhaltigen Komponenten zu verwenden und insbesondere Kohlenwasserstoffe. Das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff, das genutzt wird, um die Ruße der vorliegenden Erfindung herzustellen, kann von etwa 0,7:1 bis unendlich oder von etwa 1:1 (stöchiometrisches Verhältnis) bis unendlich sein. Um die Bildung von heißen Gasen zu erleichtern, kann der Oxidationsstrom vorgeheizt werden. Im Wesentlichen wird der erhitzte Gasstrom durch Zünden oder Zersetzen des Kraftstoffs und/oder Oxidationsmittels gebildet. Temperaturen so wie von etwa 1000°C bis etwa 3500°C für den geheizten Gasstrom können erhalten werden.
Mit der vorliegenden Erfindung kann die Strahleindringung des Ausgangsmaterials durch das Extenderfluid eingestellt werden. Zum Beispiel besitzt das Extenderfluid die Fähigkeit, die Drosselströmungsgeschwindigkeit oder die kritische Geschwindigkeit oder beide von dem einen oder mehreren Strahlen des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs, das in der Form von einem Strahlstrom, während es durch einen oder mehrere Einführungspunkte in den Reaktor eingeführt wird, zu beeinflussen. Je höher die Menge des Extenderfluids, umso höher die Drosselströmungsgeschwindigkeit des Gemischs oder kritische Geschwindigkeit des Gemischs (wobei die die Drosselströmungsgeschwindigkeit und die kritische Geschwindigkeit auf die Schallgeschwindigkeit für das Gemisch verweisen) und daher das weitere Eindringen des Strahls in den geheizten Gasstrom.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit, die Gesamtausbeute des Rußes durch Verwenden eines Extenderfluids zu erhöhen. Mit der vorliegenden Erfindung kann beim Verwenden der gleichen Menge des Ausgangsmaterialfluids mehr Ruß hergestellt werden. Zum Beispiel kann die Ausbeute um mindestens 1%, mindestens 2% oder mindestens 5% erhöht werden, wobei die Ausbeutenprozente auf den Gewichtsprozenten von Ruß basieren. Die Ausbeuten können ferner erhöht werden durch Verwenden der Option des Vorheizens (wie hierin beschrieben) des Extenderfluids, des Rußausgangsmaterials oder beiden.
Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist in Bezug auf die Fähigkeit große Öffnungen oder Düsengrößen zu verwenden. In einigen Rußverfahren werden aufgrund von Partikeln in dem Rußausgangsmaterial große Öffnungen oder Düsengrößen verwendet. Große Düsengrößen werden verwendet, um Verstopfen der Düse aufgrund der vorhandenen Partikel zu verhindern. Allerdings kann, wenn große Düsengrößen verwendet werden, dies ausreichendes oder gutes Eindringen des Ausgangsmaterialfluids in den Zersetzungsstrom des geheizten Gases aufgrund von reduziertem Ausgangsmaterialdruck und -geschwindigkeit verhindern. Allerdings stellt in der vorliegenden Erfindung die Verwendung von Extenderfluid die Fähigkeit zur Verfügung, den Impuls des Ausgangsmaterialfluids zu erhöhen, selbst wenn er aus großen Düsengrößen kommt, so dass Eindringen auf der gleichen Stufe wie mit schmalen Düsengrößen erreicht wird, um die gewünschte Rußbildung zu erreichen.
Als eine Option kann das Rußausgangsmaterial, das mit dem Extenderfluid gemischt wird, vor dem Vereinigen mit dem Extenderfluid geheizt werden. In anderen Worten, das Rußausgangsmaterial kann vorgeheizt werden. Das Vorheizen des Ausgangsmaterials und die einbezogenen Techniken können sein wie in der internationalen Publikationsnummer WO 2011/103015 beschrieben, in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hierin eingeschlossen.
In der vorliegenden Erfindung kann als eine Option das Rußausgangsmaterial vor dem Vereinigen mit dem Extenderfluid auf eine Temperatur von größer als 300°C, oder von etwa 360°C bis etwa 850°C oder höher, oder von etwa 400°C bis etwa 600°C oder anderen Temperaturen geheizt werden.
In der vorliegenden Erfindung kann als eine Option das Extenderfluid vor dem Vereinigen mit dem Rußausgangsmaterial auf eine Temperatur von mindestens 100°C, mindestens 300°C, oder mindestens 500°C, oder mindestens 750°C, oder mindestens 1000°C, oder mindestens 1200°C oder andere Temperaturen geheizt werden.
In der vorliegenden Erfindung kann als eine Option das Extenderfluid und das Rußausgangsmaterial vor Vereinigen jeweils separat auf die gleichen oder unterschiedliche Vorheiztemperaturen vorgeheizt werden. Die Vorheiztemperaturen können die oben genannten Bereiche sein, nämlich kann auf eine Temperatur von größer als 300°C, oder von etwa 360°C bis etwa 850°C oder höher, oder von etwa 400°C bis etwa 600°C für das Rußausgangsmaterial, und/oder eine Temperatur von mindestens 100°C, mindestens 300°C, oder mindestens 500°C, oder mindestens 750°C, oder mindestens 1000°C, oder mindestens 1200°C oder andere Temperaturen für das Extenderfluid geheizt werden. Als eine weitere Option kann das Fluid-Ausgangsmaterialgemisch optional geheizt werden auf eine höhere Temperatur mit oder ohne das Vorheizen des Rußausgangsmaterials und/oder Extenderfluids.
Als eine Option kann das Rußausgangsmaterial auf eine erste Temperatur geheizt werden, wie eine Temperatur von mindestens 300°C, zum Beispiel 300°C bis etwa 850°C, vor dem Vereinigen mit dem Extenderfluid, um ein Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, und dann kann das Fluid-Ausgangsmaterialgemisch weitergeheizt werden auf eine zweite Temperatur, die höher ist als die Temperatur des vorgeheizten Rußausgangsmaterials allein vor Vereinigen mit dem Extenderfluid. Dieses Heizen des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs auf eine höhere Temperatur kann mindestens 50°C höher sein als das vorgeheizte Ausgangsmaterial, wie mindestens 75°C höher oder mindestens 100°C höher und dergleichen. Als eine Option kann das Rußausgangsmaterial geheizt oder vorgeheizt werden auf eine erste Temperatur vor dem Vereinigen mit dem Extenderfluid, um das Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, und kann ferner auf eine zweite Temperatur geheizt werden, die höher ist als die erste Temperatur, wie bis zu etwa 950°C.
Das Verfahren kann das Quenchen des Rußes in dem Reaktionsstrom beinhalten. Der Ruß in dem Reaktionsstrom kann in einer oder mehreren Zonen gequencht werden. Zum Beispiel in 2, an Quenchposition 18 von Quenchzone 14 wird ein Quenchfluid injiziert, das Wasser beinhalten kann und das verwendet werden kann, um die Pyrolyse des rußergebenden Ausgangsmaterials vollständig oder im Wesentlichen vollständig zu stoppen, oder nur teilweise das Ausgangsmaterial zu kühlen, ohne die Pyrolyse zu stoppen, gefolgt von einem sekundären Quenchen (nicht gezeigt), das verwendet wird, um die Pyrolyse des rußergebenden Ausgangsmaterials zu stoppen. Andere Nachquenchschritte, die üblich sind in der Rußherstellung, können in den Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Nachdem das Gemisch von heißen Zersetzungsgasen und rußergebenden Ausgangsmaterial gequencht ist, durchlaufen die gekühlten Gase nachgeschaltet ein herkömmliches Kühl- und Trenninstrument, wobei der Ruß gewonnen wird. Die Trennung des Rußes von dem Gasstrom wird durch herkömmliche Instrumente leicht erreicht, wie ein Ausfällapparat, Zyklonseparator oder Beutelfilter. Im Hinblick auf das komplette Quenchen der Reaktionen zum Bilden des Endrußprodukts, kann jedes herkömmliches Instrument zum Quenchen der Reaktion nachgeschaltet der Einführung des zweiten rußergebenden Ausgangsmaterials verwendet werden und ist dem Fachmann bekannt. Zum Beispiel kann ein Quenchfluid eingespritzt werden, das Wasser sein kann oder andere geeignete Fluide, um die chemische Reaktion zu stoppen.
Wie oben und im weiteren Detail beschrieben, kann ein Verfahren das Einführen eines geheizten Gasstroms in einen Rußreaktor beinhalten. Das Verfahren beinhaltet ferner optional das Zuleiten von mindestens einem rußergebenden Ausgangsmaterials mit einer ersten Temperatur unter der zu erreichenden Vorheiztemperatur, wie unter 300°C oder unter 275°C (zum Beispiel von 40°C bis 274°C, von 50°C bis 270°C, von 70°C bis 250°C, von 60°C bis 200°C, von 70°C von 150°C und dergleichen) zu mindestens einem Heizapparat, (zum Beispiel mindestens zwei Heizapparaten, mindestens drei Heizapparaten und dergleichen, wobei die Heizapparate gleich oder unterschiedlich voneinander sein können). Das mindestens eine Extenderfluid kann mit dem rußergebenden Ausgangsmaterial an einem Punkt vor und/oder nach Einführung des rußergebenden Ausgangsmaterials in den Reaktor vereinigt werden. Idealerweise wird ein höherer Vorteil erreicht, wenn das Extenderfluid vor Einführung in den Reaktor gemischt oder vereinigt wird. Dies kann kurz vor dem Einführungspunkt oder an jedem Punkt nach der hierin beschriebenen Heizstufe zum Vorheizen oder vor der Heizstufe getan werden. Die Temperatur des Ausgangsmaterials, das den mindestens einen Heizapparat betritt, ist unter der als Ziel gesetzten Vorheiztemperatur oder Temperaturbereich. Das Ausgangsmaterial kann, bevor es vorgeheizt wird, sich als eine Möglichkeit mit einer ersten Geschwindigkeit von mindestens 0,2 m/s (zum Beispiel mindestens etwa 0,4 m/s, mindestens etwa 0,6 m/s, mindestens etwa 0,8 m/s, mindestens etwa 1 m/s, mindestens etwa 1,1 m/s, mindestens 1,6 m/s, wie von 0,2 m/s bis 4 m/s, von 1,1 bis 3 m/s und dergleichen) fortbewegen. Andere Geschwindigkeiten können verwendet werden, vorausgesetzt andere Prozessbedingungen sind gewählt, um Verschmutzung und/oder Verkokung in dem Heizapparat(en) und Zuleitungen zu dem Reaktor zu steuern.
Das Verfahren kann das Vorheizen des mindestens einen rußergebenden Ausgangsmaterials in dem mindestens einen Heizapparat auf eine zweite Temperatur von größer als etwa 300°C (zum Beispiel mindestens 350°C, mindestens 360°C, mindestens 400°C, mindestens 450°C, mindestens 500°C, so wie von 300°C bis 850°C, oder von 360°C zu 800°C, von 400°C zu 750°C, von 450°C zu 700°C und dergleichen) beinhalten, um ein vorgeheiztes rußergebendes Ausgangsmaterial bereitzustellen, wobei (a) das mindestens eine rußergebende Ausgangsmaterial eine Geschwindigkeit in dem mindestens einen Heizapparat hat, die mindestens 0,2 m/s ist, wobei die Geschwindigkeit berechnet ist basierend auf einer Ausgangsmaterialdichte gemessen bei 60°C bei 1 atm und basierend auf der schmalsten Querschnittsfläche einer Zuleitung, die in dem mindestens einen Heizapparat vorhanden ist. Da es schwierig sein kann, die Geschwindigkeit eines Ausgangsmaterials bei so einer erhöhten Temperatur zu messen, basiert die hierin angegebene Geschwindigkeit für die Zwecke der vorliegenden Erfindung auf diesen spezifischen Messungsbedingungen. Egal welcher kleinste Durchmesser oder kleinste Querschnittsfläche in dem eigentlichen Heizapparat vorhanden ist, wird diese minimale Querschnittsfläche verwendet, um die hierin genannte Geschwindigkeit für die Zwecke der vorliegenden Erfindung zu bestimmen. Viele Heizapparate haben den gleichen Durchmesser in dem Heizapparat, aber in dem Fall, dass verschiedene Durchmesser oder Querschnittsflächen in dem Heizapparat(en), vorhanden sind, wird diese Bedingung bereitgestellt. Geschwindigkeit basiert auf der minimalen Querschnittsfläche. Die eigentliche Geschwindigkeit durch den Ausgangsmaterialheizapparat kann im Allgemeinen schneller sein als die Geschwindigkeit, die bei 60°C bei 1 atm gemessen wird.
In dem Verfahren kann das rußergebende Ausgangsmaterial eine erste Ausgangsmaterialverweilzeit in dem Heizapparat von weniger als etwa 120 Minuten besitzen (zum Beispiel weniger als 100 Minuten, weniger als 80 Minuten, weniger als 60 Minuten, weniger als 40 Minuten, weniger als 30 Minuten, weniger als 20 Minuten, weniger als 10 Minuten, so wie von einer 1 Sek. bis 119 Minuten, von 5 Sek. bis 115 Minuten, von 10 Sek. bis 110 Minuten, von 30 Sek. bis 100 Minuten, von 1 Minuten bis 60 Minuten, von 5 Minuten bis 30 Minuten und dergleichen).
Das Verfahren kann das Zuleiten des vorgeheizten rußergebenden Ausgangsmaterials (optional vorvereinigt mit dem Extenderfluid) zu mindestens einem Ausgangsmaterialeinführungspunkt in den Rußreaktor beinhalten (zum Beispiel mindestens ein oder zwei oder drei oder vier Ausgangsmaterialeinführungspunkte), wobei das vorgeheizte rußergebende Ausgangsmaterial eine zweite Ausgangsmaterialverweilzeit, gemessen vom Verlassen des Heizapparats(e) bis direkt vor den Einführungspunkt in den Rußreaktor, von weniger als etwa 120 Minuten (zum Beispiel weniger als 100 Minuten, weniger als 80 Minuten, weniger als 60 Minuten, weniger als 40 Minuten, weniger als 30 Minuten, weniger als 20 Minuten, weniger als 10 Minuten, wie von 1 Sek. bis 119 Minuten, von 5 Sek. bis 115 Minuten, von 10 Sek. bis 110 Minuten, von 30 Sek. bis 100 Minuten, von 1 Minuten bis 60 Minuten, von 5 Minuten bis 30 Minuten und dergleichen) besitzt. Die erste Ausgangsmaterialverweilzeit und die zweite Ausgangsmaterialverweilzeit kombiniert sind vorzugsweise 120 Minuten oder weniger (zum Beispiel weniger als 100 Minuten, weniger als 80 Minuten, weniger als 60 Minuten, weniger als 40 Minuten, weniger als 30 Minuten, weniger als 20 Minuten, weniger als 10 Minuten, so wie von 1 Sek. bis 119 Minuten, von 5 Sek. bis 115 Minuten, von 10 Sek. bis 110 Minuten, von 30 Sek. bis 100 Minuten, von 1 Minuten bis 60 Minuten, von 5 Minuten bis 30 Minuten und dergleichen). Zum Beispiel in Bezug auf die Figuren wäre die zweite Ausgangsmaterialverweilzeit, zum Beispiel die Zeit, in der das Ausgangsmaterial den Heizapparat 19 in 2 oder Heizapparat 22 in 3 verlässt bis zum Einführungspunkt in den Reaktor, gezeigt als den Einführungspunkt 16 in 2 und 3. Die Kombination der ersten Ausgangsmaterialverweilzeit und der zweiten Ausgangsmaterialverweilzeit wäre die Gesamtausgangsmaterialverweilzeit.
Als eine Option, wenn die Ausgangsmaterialleitung zum Heizapparat etwa den gleichen Querschnitt hat wie die Zuleitung durch den Heizapparat, kann das rußergebende Ausgangsmaterial eine Geschwindigkeit in dem Heizapparat(en) haben, die etwa die gleiche oder größer ist (zum Beispiel mindestens 1% größer, mindestens 2% größer, mindestens 3% größer, mindestens 5% größer, mindestens 7% größer, mindestens 10% größer, mindestens 100% größer, mindestens 200% größer so wie von 1% bis 200% größer oder von 20% bis 100% größer und dergleichen) als die erste Geschwindigkeit beim Eintritt in den Heizapparat(e).
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann das unter Druck setzen des rußergebenden Ausgangsmaterials(ien) beinhalten. Das Verfahren kann unter Druck setzen oder Verwenden von Druck für das rußergebende Ausgangsmaterial(ien) beinhalten, so dass das Vorheizen des rußergebenden Ausgangsmaterials das Bilden eines Dampffilms in dem mindestens einen Heizapparat oder vor dem Zuleiten in den Rußreaktor vermeidet. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann das unter Druck setzen des rußergebenden Ausgangsmaterials(ien) beinhalten, um einen Druck, zum Beispiel von größer als etwa 10 bar vor Eintritt in den mindestens einen Heizapparat, der das rußergebende Ausgangsmaterial vorheizt, zu besitzen. Dieser Druck kann mindestens 15 bar, mindestens 20 bar, mindestens 30 bar, mindestens 40 bar, so wie von 10 bis 180 bar oder mehr, von 15 bar bis 150 bar, von 20 bar bis 125 bar, von 25 bar bis 100 bar sein.
In der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Herstellen von Ruß das Einführen eines geheizten Gasstroms in einen Rußreaktor beinhalten. Das Verfahren beinhaltet ferner das Zuleiten von rußergebenden Ausgangsmaterial mit einer ersten Temperatur unter der als Ziel gesetzten Vorheiztemperatur des Ausgangsmaterials, so wie unter 300°C oder unter 275°C (zum Beispiel von 40°C bis 274°C, von 50°C bis 270°C, von 70°C bis 250°C, von 60°C bis 200°C, von 70°C bis 150°C und dergleichen), zu Heizapparat(en) bei einem ersten Druck von größer als 10 bar. Dieser Druck kann mindestens 15 bar, mindestens 20 bar, mindestens 30 bar, mindestens 40 bar, so wie von 10 bis 180 bar oder mehr, von 15 bar bis 150 bar, von 20 bar bis 125 bar, von 25 bar bis 100 bar sein.
Das Verfahren kann das Vorheizen des mindestens einen rußergebenden Ausgangsmaterials in dem Heizapparat(en) (zum Beispiel mindestens zwei Heizapparaten, mindestens drei Heizapparaten und dergleichen, wobei die Heizapparate gleich oder unterschiedlich voneinander sein können) auf eine zweite Temperatur von größer als etwa 300°C (zum Beispiel mindestens 350°C, mindestens 360°C, mindestens 400°C, mindestens 450°C, mindestens 500°C, wie von 300°C bis 850°C oder von 360°C bis 800°C, von 400°C bis 750°C, von 450°C bis 700°C und dergleichen) beinhalten, um ein vorgeheiztes rußergebendes Ausgangsmaterial bereitzustellen, wobei (a) das rußergebende Ausgangsmaterial einen zweiten Druck in dem mindestens einen Heizapparat hat, der in etwa der Gleiche oder niedriger (zum Beispiel mindestens 1% niedriger, mindestens 2% niedriger, mindestens 3% niedriger, mindestens 5% niedriger, mindestens 7% niedriger, mindestens 10% niedriger, mindestens 15% niedriger, mindestens 20% niedriger, so wie von 1% bis 75% niedriger oder von 3% bis 20% niedriger und dergleichen) als der erste Druck ist und (b) das rußergebende Ausgangsmaterial eine erste Ausgangsmaterialverweilzeit in dem Heizapparat von weniger als etwa 120 Minuten besitzt (zum Beispiel weniger als 100 Minuten, weniger als 80 Minuten, weniger als 60 Minuten, weniger als 40 Minuten, weniger als 30 Minuten, weniger als 20 Minuten, weniger als 10 Minuten, so wie von 1 Sekunde bis 119 Minuten, von 5 Sekunden bis 115 Minuten, von 10 Sekunden bis 110 Minuten, von 30 Sekunden bis 100 Minuten, von 1 Minute bis 60 Minuten, von 5 Minuten bis 30 Minuten und dergleichen).
Wie früher erwähnt, kann in einem der hierin beschriebenen Verfahren oder früher oder später das mindestens eine Extenderfluid mit dem vorgeheizten rußergebenden Ausgangsmaterial an jedem Punkt (vor dem Vorheizen, während des Vorheizens und/oder nach Vorheizen und/oder vor und/oder nach Einführen in den Rußreaktor) vereinigt werden oder gemischt werden
Das Verfahren kann das Zuleiten des vorgeheizten rußergebenden Ausgangsmaterials zu mindestens einem Ausgangsmaterialeinführungspunkt in den Rußreaktor beinhalten, wobei das vorgeheizte rußergebende Ausgangsmaterial eine zweite Ausgangsmaterialverweilzeit vom Verlassen des mindestens einen Heizapparat zu dem Einführungspunkt in den Rußreaktor von weniger als etwa 120 Minuten besitzt (zum Beispiel weniger als 100 Minuten, weniger als 80 Minuten, weniger als 60 Minuten, weniger als 40 Minuten, weniger als 30 Minuten, weniger als 20 Minuten, weniger als 10 Minuten, so wie von 1 Sekunde bis 119 Minuten, von 5 Sekunden bis 115 Minuten, von 10 Sekunden bis 110 Minuten, von 30 Sekunden bis 100 Minuten, von 1 Minute bis 60 Minuten, von 5 Minuten bis 30 Minuten und dergleichen); und wobei die erste Ausgangsmaterialverweilzeit und die zweite Ausgangsmaterialverweilzeit kombiniert 120 Minuten oder weniger sind (zum Beispiel weniger als 100 Minuten, weniger als 80 Minuten, weniger als 60 Minuten, weniger als 40 Minuten, weniger als 30 Minuten, weniger als 20 Minuten, weniger als 10 Minuten, so wie von 1 Sekunde bis 119 Minuten, von 5 Sekunden bis 115 Minuten, von 10 Sekunden bis 110 Minuten, von 30 Sekunden bis 100 Minuten, von 1 Minute bis 60 Minuten, von 5 Minuten bis 30 Minuten und dergleichen).
Die vorliegende Erfindung kann ein Verfahren zum Herstellen von Ruß, dass das Einführen eines geheizten Gasstroms in einen Rußreaktor beinhaltet, betreffen. Das Verfahren beinhaltet ferner das Zuleiten von mindestens einem rußergebenden Ausgangsmaterial mit einer ersten Temperatur, die unter der als Ziel gesetzten Vorheizausgangsmaterialtemperatur liegt, wie unter 300°C oder unter 275°C (zum Beispiel von 40°C bis 274°C, von 50°C bis 270°C, von 70°C bis 250°C, von 60°C bis 200°C, von 70°C bis 150°C und dergleichen) zu mindestens einem Heizapparat (zum Beispiel mindestens zwei Heizapparaten, mindestens drei Heizapparaten und dergleichen, wobei die Heizapparate gleich oder unterschiedlich voneinander sein können) bei einem ersten Druck von mehr als 10 bar. Als eine Option kann die Geschwindigkeit beim Eintreten in den Heizapparat eine erste Geschwindigkeit von mindestens etwa 0,2 m/s (zum Beispiel mindestens etwa 0,4 m/s, mindestens etwa 0,6 m/s, mindestens etwa 0,8 m/s, mindestens etwa 1 m/s, mindestens etwa 1,1 m/s, mindestens etwa 1,6 m/s, so wie von 0,2 m/s bis 2 m/s, von 0,4 bis 1,8 m/s und dergleichen) sein.
Das Verfahren beinhaltet das Vorheizen des rußergebenden Ausgangsmaterial in dem Heizapparat(en) auf eine zweite Temperatur von mehr als etwa 300°C (zum Beispiel mindestens 350°C, mindestens 360°C, mindestens 400°C, mindestens 450°C, mindestens 500°C, so wie von 300°C bis 850°C, oder von 360°C bis 800°C, von 400°C bis 750°C, von 450°C bis 700°C und dergleichen), um ein vorgeheiztes rußergebendes Ausgangsmaterial bereitzustellen, wobei (a) das rußergebende Ausgangsmaterial eine Geschwindigkeit in dem Heizapparat(en) besitzt, die mindestens 0,2 m/s ist, wobei die Geschwindigkeit basierend auf einer Ausgangsmaterialdichte gemessen bei 60°C bei 1 atm und der kleinsten Querschnittsfläche einer Ausgangsmaterialleitung, die in dem mindestens einen Heizapparat vorhanden ist, berechnet wird und (b) wobei das mindestens eine rußergebende Ausgangsmaterial einen zweiten Druck in dem Heizapparat(en) besitzt, der etwa der Gleiche oder niedriger ist (zum Beispiel mindestens 1% niedriger, mindestens 2% niedriger, mindestens 3% niedriger, mindestens 5% niedriger, mindestens 7% niedriger, mindestens 10% niedriger, mindestens 15% niedriger mindestens 20% niedriger, so wie von 1% bis 25% niedriger oder von 3% bis 20% niedriger und dergleichen) als der erste Druck, wobei der Druck basierend auf Annehmen der gleichen Querschnittsfläche, die das Ausgangsmaterial zwischen ersten Druck und zweiten Druck durchläuft (obwohl eigentlich in Betrieb kann die Querschnittsfläche die gleiche oder unterschiedlich sein), berechnet werden kann. Diese Art der Bestimmung kann verwendet werden, um den Druck geeignet zu vergleichen, obwohl es nicht obligatorisch ist.
Das Verfahren kann das Zuleiten des vorgeheizten rußergebenden Ausgangsmaterials (optional vorvereingt mit Extenderfluid) zu mindestens einem Ausgangsmaterialeinführungspunkt in den Rußreaktor beinhalten und Vereinigen von mindestens dem vorgeheizten rußergebenden Ausgangsmaterial durch den Einführungspunkt(e) in den Rußreaktor mit dem geheizten Gasstrom, um einen Reaktionsstrom zu bilden, in dem Ruß in dem Rußreaktor gebildet wird. Das Verfahren kann das Quenchen des Rußes in dem Reaktionsstrom beinhalten.
Für jedes Verfahren in der vorliegenden Erfindung sind die genannten als Ziel gesetzten Vorheiztemperaturen bevorzugt eine Durchschnittstemperatur des Ausgangsmaterials vor Einführung in den Rußreaktor. Die genannten Vorheiztemperaturen des Ausgangsmaterials können eine Maximaltemperatur des Ausgangsmaterials oder eine Minimaltemperatur des Ausgangsmaterials vor der Einführung in den Rußreaktor sein.
Für jedes Verfahren in der vorliegenden Erfindung ist der genannte Zieldruck bevorzugt ein durchschnittlicher Druck des Ausgangsmaterials. Der genannte Druck des Ausgangsmaterials kann ein Maximaldruck des Ausgangsmaterials oder ein Minimaldruck des Ausgangsmaterials sein.
Für jedes Verfahren in der vorliegenden Erfindung ist die genannte Zielgeschwindigkeit vorzugsweise eine Durchschnittsgeschwindigkeit des Ausgangsmaterials. Die genannte Geschwindigkeit des Ausgangsmaterials kann eine Maximalgeschwindigkeit des Ausgangsmaterials oder eine Minimalgeschwindigkeit des Ausgangsmaterials sein.
Das Vorheizen kann auf eine Vielzahl von Wegen stattfinden und keine Beschränkungen sollen auf die Art und Weise, um dies zu erreichen, gelegt werden. Das Vorheizen kann in mindestens einem Heizapparat (zum Beispiel ein, zwei, drei oder mehr) stattfinden. Die Quelle der Wärme für den mindestens einen Heizapparat kann jede Quelle sein, wie von einem oder mehreren Rußreaktoren, elektrische Wärme, Plasmawärme, Wärme von Abgasen, Wärme von Zersetzung von Abgasen, Kraftstoffen und/oder Wärme von anderen industriellen Prozessen und/oder anderen Formen von Wärme und/oder jede Kombination davon. Das Vorheizen kann stattfinden, wobei der mindestens eine Heizapparat partiell oder vollständig das Ausgangsmaterial auf die als Ziel gesetzte Vorheiztemperatur zum Einführen in den Reaktor heizt. Ein Heizapparat kann das partielle oder vollständige Vorheizen erreichen oder zwei oder mehrere Heizapparate können in Sequenz oder anderen Ausrichtung verwendet werden, um das Vorheizen (ganz oder partiell) zu erreichen. Wenn partielles Vorheizen mit dem mindestens einen Heizapparat erreicht wird, dann wird die übrige Vorwärme durch eine zusätzliche oder eine zweite Wärmequelle oder weitere Heizapparate ermöglicht, um letztendlich die als Ziel gesetzte Vorheiztemperatur zu erreichen.
Zum Beispiel kann das Vorheizen von dem mindestens einen rußergebenden Ausgangsmaterial durch Heizen des rußergebenden Ausgangsmaterials in mindestens einem Heizapparat, der einen Wärmetauscher besitzt, beinhalten oder ermöglicht werden. Der Wärmetauscher kann bei einem durchschnittlichen Wärmefluss von größer als etwa 10 kW/m² arbeiten (so wie größer als etwa 10 kW/m² oder größer als etwa 20 kW/m² oder größer als etwa 30 kW/m² oder größer als etwa 40 kW/m², so wie von etwa 10 kW/m² bis etwa 150 kW/m² und dergleichen).
Als eine Option findet mindestens ein Teil des Vorheizens (oder vollständiges Vorheizen) in mindestens einem Heizapparat statt, der zumindest teilweise (oder vollständig) Wärme besitzt, bereitgestellt durch Wärme erzeugt durch den Rußreaktor, der das vorgeheizte Ausgangsmaterial empfängt oder anderen Rußreaktor(en) oder beiden. Der mindestens eine Heizapparat kann im Wärmetausch mit mindestens einem Teil von dem Rußreaktor sein, der das vorgeheizte Ausgangsmaterial empfängt oder ein unterschiedlicher Rußreaktor(en) oder beide. Zum Beispiel kann mindestens ein Heizapparat den Reaktionsstrom in dem Rußreaktor berühren, zum Beispiel einem Quencher nachgeschaltet, wobei der mindestens eine Heizapparat einen Wärmetauscher hat mit Wänden, die durch den Reaktionsstrom auf einer ersten Seite davon geheizt werden (zum Beispiel äußere Wände) und Berühren des rußergebenden Ausgangsmaterial auf einer gegenüberliegenden Seite (zum Beispiel innere Wand) davon. Als eine Option kann der mindestens eine Heizapparat einen Wärmetauscher beinhalten, der die Wärme mit dem Reaktionsstrom in einem Rußreaktor austauscht, wobei ein fließfähiger Wärmeträger, der durch den Wärmetauscher fließt, geheizt wird und der Wärmeträger durch den mindestens einen Heizapparat läuft, positioniert extern zum Reaktor und betriebsfähig, um Wärme von dem Wärmeträger zu dem rußergebenden Ausgangsmaterial zu transferieren. Der mindestens eine Heizapparat kann zumindest teilweise (oder vollständig) mit Rußabgasen (zum Beispiel Wärme vom Abgas oder Wärme erzeugt durch brennendes Abgas) vom Rußreaktor oder einem unterschiedlichen Rußreaktor(en) oder beiden mit Wärme versorgt werden, um das rußergebende Ausgangsmaterial zu heizen. Die Vorwärme kann teilweise oder vollständig erzeugt werden durch Verwenden eines oder mehrerer Plasmaheizapparate oder andere Heizapparate oder Wärmequellen.
Das Einführen des geheizten Gasstroms in den Reaktor kann Plasmaheizen von einem plasmaheizbaren Gasstrom in einem Plasmaheizapparat beinhalten, um mindestens einen Teil des geheizten Gasstroms bereitzustellen.
In der vorliegenden Erfindung kann eine nicht katalytische Oberfläche auf einigen oder allen das rußergebenden Ausgangsmaterial berührenden Wänden von dem mindestens einen Heizapparat und/oder inneren Wänden von der mindestens einen Ausgangsmaterialzuleitung, die das vorgeheizte rußergebende Ausgangsmaterial zu dem Rußreaktor(en) zuführt, verwendet werden. Die Oberfläche kann nicht katalytisch für Cracken (zum Beispiel thermisches Cracken) oder Polymerisieren von Kohlenwasserstoffen sein.
In der vorliegenden Erfindung kann der Zuleitungsschritt das Einspeisen des vorgeheizten rußergebenden Ausgangsmaterials durch mindestens eine Ausgangsmaterialzuleitung, die zu dem Rußreaktor(en) leitet, beinhalten oder sein, und das Verfahren kann ferner optional das periodische Einspeisen eines Spülgases(en), das ein Oxidationsmittel für Kohlenstoff sein kann, durch die mindestens eine rußergebende Ausgangsmaterialzuleitung(en) beinhalten. Die Ausgangsmaterialzuleitung, die den mindestens einen Heizapparat, der das Ausgangsmaterial vorheizt, verlässt, kann eine Querschnittsfläche (zum Beispiel Durchmesser) haben, die die gleiche oder unterschiedlich ist von der Zuleitung, die das Ausgangsmaterial in den mindestens einen Heizapparat zuführt (zum Beispiel kann eine schmalere oder größere Querschnittsfläche besitzen).
In der vorliegenden Erfindung kann das Zuleiten das Einspeisen des vorgeheizten rußergebenden Ausgangsmaterial durch mindestens eine Ausgangsmaterialzuleitung, die den Rußreaktor(en) versorgt, beinhalten, und das Verfahren kann das Injizieren des vorgeheizten rußergebenden Ausgangsmaterials in den Rußreaktor mit mindestens teilweisen (oder vollständigen) Flashen (zum Beispiel Ausgangsmaterialverdampfung, zum Beispiel erreicht durch Senken des Drucks) des rußergebenden Ausgangsmaterials beinhaltet.
Wie angezeigt kann das Ausgangsmaterial auf eine Temperatur von größer als etwa 300°C oder andere Temperaturen, die 500°C übersteigen, geheizt werden unter Verwenden des vorliegenden Verschmutzungssteuerungsvorgehens. Die Ausgangsmaterialtemperatur kann aufgrund der Vorteile der vorliegenden Erfindung zum Beispiel mindestens 310°C, mindestens 350°C, mindestens 375°C, mindestens 400°C, mindestens 425°C, mindestens 450°C, oder mindestens etwa 500°C, oder mindestens etwa 550°C oder mindestens etwa 600°C, oder mindestens etwa 650°C, oder mindestens etwa 700°C, oder mindestens etwa 750°C, oder mindestens etwa 800°C, mindestens 850°C, oder von etwa 305°C bis etwa 850°C, oder von etwa 350°C bis etwa 850°C, oder von etwa 450°C bis etwa 750°C, oder von etwa 450°C bis etwa 700°C, oder von etwa 500°C bis etwa 750°C, oder von etwa 500°C bis etwa 700°C sein. Diese Ausgangsmaterialtemperatur ist die Temperatur des rußergebenden Ausgangsmaterials gerade nach Verlassen des Heizapparats(e), die verwendet wird, um das Ausgangsmaterial vorzuheizen und/oder gerade vor dem Eingeführtwerden in den Rußreaktor. Die Ausgangsmaterialtemperatur kann in diesem Fall an einem oder mehreren Punkten entlang der Ausgangsmaterialzuleitung von dem Punkt, an welchem die Ausgangsmaterialtemperatur auf einen Wert, der etwa 300°C übersteigt, angehoben wurde bis zum Entnahmeende der Zuleitung, wo das Ausgangsmaterial in den Reaktor eingeführt wird, gemessen oder bestimmt werden. Diese Ausgangsmaterialzuleitung beinhaltet jede Länge der Leitung innerhalb eines Ausgangsmaterialheizapparats bei und nachdem die Ausgangsmaterialtemperatur auf einen Wert, der etwa 300°C übersteigt, angehoben wurde und vor Transport in einen zusätzlichen Zuleitungsteil, der sich vom Ausgangsmaterialheizapparat zu dem Reaktor erstreckt. Als eine Option kann die Vorheizausgangsmaterialtemperatur einen absoluten Minimalwert in der vorgeheizten Ausgangsmaterialzuleitung von nicht weniger als 301°C besitzen und/oder als eine Option eine maximale Variabilität der Temperatur in der vorgeheizten Ausgangsmaterialzuleitung kann zum Beispiel ±20% oder ±10% oder ±5% oder ±2,5%, oder ±1%, oder ±0,5% sein, unter Berücksichtigung aller Punkte entlang der Ausgangsmaterialzuleitung. Diese angezeigten Ausgangsmaterialtemperaturen können verwendet werden in Kombination mit den verschiedenen Verschmutzungssteuerungsprozessvariablen, die hierin angezeigt werden.
Verschmutzungssteuerung unter Verwenden der genannten Ausgangsmaterialgeschwindigkeit, zumindest im Teil, kann Einspeisen des Ausgangsmaterials(ien) bei dieser Geschwindigkeit zu dem Heizapparat und/oder durch den Heizapparat, der das Ausgangsmaterial vorheizt und/oder durch die Ausgangsmaterialzuleitung zu dem Reaktor beinhalten. Die Geschwindigkeit kann zum Beispiel mindestens etwa 0,2 m/s, oder mindestens etwa 0,5 m/s, oder mindestens etwa 1 m/s, oder mindestens etwa 1,6 m/s, oder mindestens etwa 2 m/s, oder mindestens etwa 3 m/s, oder von etwa 0,2 m/s bis etwa 10 m/s, oder von etwa 1 m/s bis etwa 7 m/s, oder von etwa 1,5 m/s bis 3 m/s, oder von etwa 2 m/s bis etwa 6 m/s, oder von etwa 3 m/s bis etwa 5 m/s sein. Die Ausgangsmaterialgeschwindigkeit ist eine lineare Geschwindigkeit relativ zur longitudinalen Achse der Rohre oder anderer Zuleitungsstrukturen. Die Ausgangsmaterialgeschwindigkeit (erste Geschwindigkeit) wird an dem Punkt der Einführung in den Heizapparat, der das Ausgangsmaterial vorheizt, gemessen. Die Ausgangsmaterialgeschwindigkeit durch den Heizapparat(e) und/oder nach Verlassen des Heizapparats(e) kann die gleiche oder unterschiedlich sein von der ersten Geschwindigkeit und kann zum Beispiel größer sein (zum Beispiel mindestens 1% größer, mindestens 2% größer, mindestens 3% größer, mindestens 5% größer, mindestens 7% größer, mindestens 10% größer, mindestens 100% größer, mindestens 200% größer, so wie von 1% bis 300% größer oder von 50% bis 200% größer und dergleichen). Die Geschwindigkeit wird basierend auf einer Ausgangsmaterialdichte gemessen bei 60°C bei 1 atm und basierend auf der kleinsten Querschnittsfläche, die in der Ausgangsmaterialleitung vorhanden ist, gemessen oder berechnet. Diese Ausgangsmaterialzuleitung kann jede Länge von Rohrleitungen innerhalb eines Ausgangsmaterialheizapparats bei und/oder nachdem die Ausgangsmaterialtemperatur auf einen Wert, der etwa 300°C überschreitet, angehoben wurde und vor Transport in einen zusätzlichen Zuleitungsteil, der sich vom Ausgangsmaterialheizapparat zu dem Reaktor erstreckt, beinhalten. Zum Beispiel kann die Ausgangsmaterialgeschwindigkeit einen absoluten Minimalwert in der Ausgangsmaterialzuleitung von nicht weniger als 0,2 m/s haben und/oder, als eine Option, eine maximale Variabilität der Ausgangsmaterialgeschwindigkeit in der Ausgangsmaterialzuleitung kann zum Beispiel ±20% oder ±10% oder ±5% oder ±2,5%, oder ±1 Prozent, oder ±0,5% sein unter Berücksichtigung aller Punkte entlang der Ausgangsmaterialzuleitung.
Verschmutzungssteuerung unter Verwenden von Ausgangsmaterialdruckbeaufschlagung, zumindest im Teil, kann das unter Druck setzen des rußergebenden Ausgangsmaterials beinhalten, zum Beispiel auf einen Druck größer als etwa 10 bar, oder größer als etwa 20 bar, oder größer als etwa 30 bar, oder größer als etwa 40 bar, oder größer als etwa 50 bar, oder von etwa 10 bis etwa 180 bar, oder von etwa 20 bis etwa 180 bar, oder von etwa 40 bis etwa 180 bar, oder von etwa 50 bis etwa 180 bar oder mehr. Die Ausgangsmaterialdrücke hierin sind als absolute Drücke angegeben. Der Druck (erster Druck) ist der Druck, gemessen an dem Punkt vor Einführung in den Heizapparat zum Vorheizen. Der Druck durch den Heizapparat(e), der das Ausgangsmaterial vorheizt, und/oder nach dem Einführungspunkt(en) in den Reaktor kann der Gleiche oder unterschiedlich von dem ersten Druck sein, so wie niedriger als der erste Druck (zum Beispiel mindestens 1% niedriger, mindestens 2% niedriger, mindestens 3% niedriger, mindestens 5% niedriger, mindestens 7% niedriger, mindestens 10% niedriger, mindestens 15% niedriger, mindestens 20% niedriger, so wie von 1% bis 25% niedriger oder von 3% bis 20% niedriger und dergleichen). Die Manometerdruckmessungen sollten eingestellt werden auf absolute Werte in einer bekannten Weise um Vergleiche zu den hierin gegebenen Bereichen zu machen. Der Ausgangsmaterialdruck kann an einem oder mehreren Punkten entlang der Ausgangsmaterialzuleitung von dem Punkt, an dem die Ausgangsmaterialtemperatur auf einen Wert, der etwa 300°C übersteigt, angehoben wurde, bis zu dem Entnahmeende der Zuleitung, wo das Ausgangsmaterial in den Reaktor eingeführt wird, gemessen oder bestimmt werden. Diese Ausgangsmaterialzuleitung kann jede Länge von Rohrleitungen innerhalb eines Ausgangsmaterialheizapparats bei und nachdem die Ausgangsmaterialtemperatur auf einen Wert, der etwa 300°C übersteigt, angehoben wurde und vor Transport in einen zusätzlichen Zuleitungsteil, der sich vom Ausgangsmaterialheizapparat zu dem Reaktor erstreckt, beinhalten. Der Druck kann direkt mit der Ausgangsmaterialtemperatur zur Verschmutzungssteuerung zusammenhängen. Zum Beispiel kann ein Ausgangsmaterialdruck von 10 bar geeignet sein, um Verschmutzung bei einer Ausgangsmaterialtemperatur von 300°C zu steuern, wobei ein erhöhter Druck von mehr als 10 bar, so wie 20 bar oder mehr, geeigneter sein kann, die gleiche Stufe von Verschmutzungssteuerung bereitzustellen, wenn die Ausgangsmaterialtemperatur auf 500°C erhöht wird, alle anderen Dinge gleich sind.
Verschmutzungssteuerung unter Verwenden einer geringen Gesamtausgangsmaterialverweilzeit kann verwendet werden. Die Gesamtausgangsmaterialverweilzeit kann die kombinierte Zeit sein, die in dem mindestens einen Heizapparat zum Vorheizen verbracht wird einschließlich der Zeit die das vorgeheizte rußergebende Ausgangsmaterial vor Einführung in den Reaktor verbringt. Die Gesamtverweilzeit kann zum Beispiel weniger als etwa 120 Minuten, oder weniger als etwa 90 Minuten, oder weniger als etwa 60 Minuten, oder weniger als etwa 45 Minuten, oder weniger als etwa 30 Minuten, oder weniger als 15 Minuten, oder weniger als 10 Minuten, oder weniger als 5 Minuten, oder weniger als 4 Minuten, oder weniger als 3 Minuten, oder weniger als 2 Minuten, oder weniger als 1 Minute, oder weniger als 30 Sekunden, oder weniger als 15 Sekunden, oder von etwa 1/60 Minuten bis etwa 120 Minuten, oder von etwa 0,5 Minuten bis etwa 120 Minuten, oder von etwa 1 Minute bis etwa 90 Minuten, oder von etwa 2 Minuten bis etwa 60 Minuten, oder von etwa 3 Minuten bis etwa 45 Minuten, oder von etwa 4 Minuten bis etwa 30 Minuten, oder von 5 bis 30 Minuten, oder von 5 bis 40 Minuten, oder von 10 bis 30 Minuten, oder von etwa 5 Minuten bis etwa 15 Minuten sein. Die Verweilzeit kann ein durchschnittlicher Wert oder ein Maximalwert oder ein Minimalwert sein. Die Ausgangsmaterialverweilzeit kann von dem Punkt, an dem die Ausgangsmaterialtemperatur auf einen Wert, der etwa 300°C übersteigt, angehoben wurde, bis zu dem Punkt, wo das Ausgangsmaterial in den Reaktor eingeführt wird, bestimmt werden. Die Verweilzeit kann invers zusammenhängen mit der Ausgangsmaterialtemperatur. Zum Beispiel kann eine Ausgangsmaterialverweilzeit von bis zu etwa 120 Minuten ohne Verschmutzungsprobleme toleriert werden bei einer Ausgangsmaterialtemperatur von 310°C, wobei die Verweilzeit vorzugsweise auf weniger als 120 Minuten reduziert werden kann, um die gleiche Stufe von Verschmutzungssteuerung bereitzustellen, wenn die Ausgangsmaterialtemperatur auf 500°C angehoben wird, alle anderen Dinge gleich sind.
Verschmutzungssteuerung während des Vorheizens des Ausgangsmaterials, zum Beispiel in einem Ausgangsmaterialheizapparat, kann die Verwendung eines Heizapparats, der bei einem durchschnittlichen Wärmefluss zum Beispiel von größer als etwa 10 kW/m², oder größer als etwa 20 kW/m², oder größer als etwa 30 kW/m², oder größer als etwa 50 kW/m², oder größer als etwa 100 kW/m², oder von etwa 10 kW/m² bis etwa 150 kW/m² (oder mehr), oder von etwa 20 bis etwa 150 kW/m², oder von etwa 30 bis etwa 100 kW/m², oder von etwa 40 bis etwa 75 kW/m², oder von etwa 50 bis etwa 70 kW/m² arbeitet, beinhalten. Der Betrieb bei einem höheren Wärmefluss kann als Verschmutzungssteuerungsmaßnahme angesehen werden, weil der höhere Wärmefluss darin resultiert, dass das rußergebende Ausgangsmaterial schneller aufheizt und/oder eine kürzere Verweilzeit in dem Heizapparat erlaubt, weil weniger Zeit benötigt wird, die als Ziel gesetzte Vorheiztemperatur zu erreichen.
Verschmutzungssteuerung unter Verwenden einer nicht katalytischen Oberfläche zum Cracken (zum Beispiel thermisches Cracken) und/oder Polymerisieren von Kohlenwasserstoffen an das Ausgangsmaterial berührenden inneren Wänden der Ausgangsmaterialzuleitung, zumindest zum Teil, kann zum Beispiel eine oder mehrere Schicht(en) von Schutzbeschichtungen, wie eine keramische Beschichtung (zum Beispiel Siliziumdioxid, Aluminiumdioxid, Chromoxid) beinhalten.
Verschmutzungssteuerung unter Verwenden von periodisch betriebenen Einspeisen eines Spülgases durch die Ausgangsmaterialzuleitung kann das Injizieren eines Oxidationsmittel für Kohlenstoff (zum Beispiel CO₂, Sauerstoff, Dampf, Dampf und Luftgemische) in die Ausgangsmaterialzuleitung an einem zugänglichen Punkt oder Punkten entlang der Ausgangsmaterialleitung beinhalten. Das Spülgas kann eingeführt werden bei einer Temperatur von 150°C oder höher oder 300°C übersteigen nachgeschaltet einer flüssigen Ausgangsmaterialpumpvorrichtung. Die Dampfgeschwindigkeit durch die Spülleitung kann zum Beispiel mindestens etwa 6 m/s sein. Jegliche Toträume des Ausgangsmaterials können beseitigt werden, so dass die Spülung unmittelbar alles von dem Ausgangsmaterial in den Reaktor bläst. Das Spülgas kann einem Ausgangsmaterialheizapparat vorgeschaltet eingeführt werden, um ferner sicherzustellen, dass alle Zuleitungen, die Verfahrenstemperaturen ausgesetzt sind, die 300°C übersteigen, behandelt werden.
Wie angezeigt kann Verschmutzungssteuerung durch Koksentfernung von den Ausgangsmaterialleitungen zum Beispiel Abplatzen oder mechanisches Abkratzen beinhalten. Abplatzen zum Beispiel kann das Kühlen eines koksbeschichteten angeschlossenen Rohrs einbeziehen, so dass mindestens etwas von dem auf der Innenseite des Rohrs abgelagerten Koks abplatzt oder auf andere Weise von den inneren Rohrwänden abbricht, wenn sich das Rohr während des Kühlens in der Größe zusammenzieht. Der gelöste Koks kann aus dem Rohr gespült werden und das durch Abplatzen behandelte Rohr ist wieder einsatzbereit. Während des Abplatzens kann das Ausgangsmaterial aus dem durch Abplatzen zu behandelnden Rohr umgeleitet werden, so wie mit Verwenden von Ventilen, durch eine alternative angeschlossene Zuleitung oder Zuleitungen zu dem Reaktor, die an der Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden. Sobald es gereinigt ist, ist das durch Abplatzen behandelte Rohr bereit zur Wiederverwendung. Ein anderes Verfahren zum Reinigen von abgelagertem Koks aus den Ausgangsmaterialrohren kann das Bewegen eines mechanischen Kratzers durch das Rohr einbeziehen, um den Koks mechanisch von der Innenseite der Rohre zu entfernen. Während dem mechanischen Abkratzen kann das Ausgangsmaterial umgeleitet werden, so wie mit Verwenden von Ventilen, durch eine alternative angeschlossene Zuleitung oder Zuleitungen zu dem Reaktor, die an der Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden, während der Zeit, in der das Rohr nicht angeschlossen ist zum Reinigen, ist es temporär außer Betrieb. Abplatzen und/oder mechanisches Abkratzen, wenn verwendet, kann regelmäßig an den Ausgangsmaterialzuleitungen durchgeführt werden.
Bezugnehmend auf 1, dort ist ein Ofen 1 gezeigt, der aus fünf Zonen besteht, einer primäre Verbrennungszone 10, einer Übergangszone 13, einer erste Reaktionszone 31, einer Halszone 33 und einer zweite Reaktionszone 35, in der die Quenchsonde 41 platziert ist, um die Rußbildungsreaktion zu beenden.
Verbrennungszone 10 ist definiert durch die vorgeschaltete Wand 6 und Seitenwand 4 und endet an Punkt 12, welches der Anfang der Übergangszone 13 ist. Durch Wand 6 ist Verbindung 8 eingefügt, durch die Kraftstoff in die Verbrennungszone 10 eingeführt wird. Durch Seitenwand 4 ist Verbindung 5 eingefügt, durch die ein Oxidationsmittel in die Verbrennungszone 10 eingeführt wird. Enthalten innerhalb der Verbrennungszone 10 ist Flammenhalter 11, der an Rohr 3 angebracht ist, das in Verbrennungszone 10 durch Öffnung 7 in Wand 6 eingeführt ist. Nachgeschaltet von und verbunden mit Verbrennungszone 10 ist Übergangszone 13, welche definiert ist durch Wand 17, die an Punkt 12 beginnt und an Punkt 14 endet. Kreisförmig angeordnet um Wand 17 sind eine Vielzahl von im Wesentlichen radial orientierten Öffnungen 21 (oder Strahldüsen 21) durch die das Fluid-Ausgangsmaterialgemisch 87 in die Übergangszone 13 injiziert werden kann. 1 zeigt auch das Extenderfluid 85, das mit Ausgangsmaterial 83 kombiniert wird, um das Fluid-Ausgangsmaterialgemisch 87 zu bilden, bevor es durch ein oder mehrere Öffnungen 21 (oder Strahldüsen 21) eingeführt wird (zum Beispiel injiziert).
Nachgeschaltet von und verbunden mit der Übergangszone 13 ist die erste Reaktionszone 31, die durch Wand 37 definiert wird. Zone 31 kann von variabler Länge und Breite sein, abhängig von den gewünschten Reaktionsbedingungen. Die innere Querschnittsfläche der ersten Reaktionszone 31 kann größer sein als Übergangszone 13. Vorzugsweise ist das Verhältnis von der inneren Querschnittsfläche der ersten Reaktionszone zu dem der Übergangszone zwischen 1,1 und 4,0. Wand 37 konvergiert dann in einem 45° Winkel relativ zur Mittellinie des Ofens 1 und führt zu Wand 38 bei Punkt 32. Wand 38 definiert die Halszone 33. Die innere Querschnittsfläche von Halszone 33 ist geringer als die innere Querschnittsfläche der Übergangszone 13. Vorzugsweise ist das Verhältnis von der inneren Querschnittsfläche der Halszone 33 zu der inneren Querschnittsfläche von Übergangszone 13 zwischen etwa 0,25 und 0,9. Das nachgeschaltete Ende 34 von Wand 38 führt in Wand 39. Wand 39 divergiert in einem 30 Grad Winkel relativ zu der Mittellinie von Ofen 1 und definiert die zweite Reaktionszone 35. Die innere Querschnittsfläche der zweiten Reaktionszone 35 ist größer als die innere Querschnittsfläche der Halszone 33. Vorzugsweise ist das Verhältnis von der inneren Querschnittsfläche der zweiten Reaktionszone 35 zu dem der Übergangszone 13 zwischen etwa 1,1 und 16,0. Quenchsonde 41 ist durch Wand 39 in der zweiten Reaktionszone 35 positioniert, durch die ein Quenchmedium wie Wasser injiziert werden kann, um die Rußbildungsreaktion zu beenden.
Wie in 2–5 gezeigt, wird mindestens ein Extenderfluid 85 mit rußergebenden Ausgangsmaterial 15 vereinigt, um das Fluid-Ausgangsmaterialgemisch 17 vor seiner Einführung in den Reaktor 2 zu bilden, so wie in der Übergangszone 12. Wie in 2 gezeigt, ist das rußergebende Ausgangsmaterial 15 auf eine Temperatur von größer als etwa 300°C vorgeheizt, bevor es mit dem Extenderfluid 85 vereinigt wird und dann in den Reaktor 2 als ein Fluid-Ausgangsmaterialgemisch 17 eingeführt wird. Das vorgeheizte rußergebende Ausgangsmaterial wird in mindestens einer Fluid-Ausgangsmaterialgemisch-Zuleitung 17 zu dem mindestens einen Ausgangsmaterialeinführungspunkt 16 zu dem Reaktor 2 geleitet. Nach Einführung vereinigt sich das Ausgangsmaterial mit dem geheizten Gasstrom, um einen Reaktionsstrom zu bilden, in dem Ruß im Reaktor gebildet wird. Der Ruß in dem Reaktionsstrom kann in einer oder mehreren Zonen gequencht werden. Zum Beispiel wird an Quenchposition 18 von Quenchzone 14 Quenchfluid injiziert, das Wasser beinhalten kann und das verwendet werden kann, um die Pyrolyse von dem rußergebenden Ausgangsmaterial vollständig oder nahezu vollständig zu stoppen oder nur partiell das Ausgangsmaterial zu kühlen, ohne die Pyrolyse zu stoppen, gefolgt von einem zweiten Quenchen (nicht gezeigt), das verwendet wird, um die Pyrolyse des rußergebenden Ausgangsmaterials zu stoppen.
Wie auch in 2 gezeigt, kann der Ausgangsmaterialheizapparat einen Wärmetauscher 19 (HXR) beinhalten, der Heizapparatwände (nicht gezeigt) besitzen kann, wie in bekannten Wärmetauscherkonstruktionen verwendet werden, die durch den Reaktionsstrom auf einer ersten Seite davon geheizt werden und Berühren des Ausgangsmaterials an einer gegenüberliegenden Seite davon, bevor das Ausgangsmaterial zu der mindestens einen Ausgangsmaterialzuleitung zugeleitet wird. Wie angezeigt wird das Ausgangsmaterial in dem Wärmetauscher auf eine Temperatur von größer als etwa 300°C geheizt. Obwohl gezeigt ist, dass der Ausgangsmaterialwärmetauscher einem Quencher nachgeschaltet angeordnet ist, kann er dem Quencher im Reaktionsstrom vorgeschaltet angeordnet sein, vorausgesetzt, dass der Heizapparat eine Konstruktion hat, die höhere Vorquenchtemperaturen innerhalb des Reaktors tolerieren kann und dabei arbeiten kann. Der Ausgangsmaterialheizapparat kann angeordnet sein, um im physischen Kontakt mit mindestens einem Teil des Reaktors, zum Beispiel als eine Wendel oder Rohrleitung, die innen untergebracht ist, und oder gegen und in Kontakt mit einer geheizten Wand oder Wände des Reaktors zu stehen, um das Ausgangsmaterial auf eine Temperatur von größer als etwa 300°C zu heizen. Obwohl nicht in 2 gezeigt, kann der Wärmetauscher optional das Ausgangsmaterial auf eine Zwischentemperatur (zum Beispiel über 250°C oder 50°C bis 350°C, oder andere Temperaturen unter der Zielvorheiztemperatur) heizen oder verwendet werden, um die Vorheiztemperatur über 300°C zu bekommen, und dann kann ein weiterer Wärmetauscher oder Heizapparat, extern oder intern zu dem Reaktor, verwendet werden, um auf die abschließende Vorheiztemperatur zu erhitzen.
Der Reaktionsstrom innerhalb des Reaktors kann beim Quenchen eine Temperatur von zum Beispiel von etwa 600°C bis etwa 2000°C oder von etwa 800°C bis etwa 1800°C oder von etwa 1000°C bis etwa 1500°C oder andere hohe Temperaturen, die eine extrem exotherme Reaktion widerspiegeln, die in dem Furnacereaktor erzeugt wird, besitzen. Die vorliegende Erfindung kann Ausgangsmaterialwärmetausch mit der hoch exothermen Wärme, erzeugt durch die Reaktionen in dem Reaktor ohne Verschmutzungsprobleme, die in den Ausgangsmaterialzuleitungen auftreten, zur Verfügung stellen. Die vorliegende Erfindung kann es daher möglich machen, die Energierückgewinnung zu verbessern und Rohmaterialkosten zu sparen, im Vergleich zur konventionellen Rußproduktion, die bei viel tieferen Ausgangsmaterialtemperaturen arbeitet.
Wie auch in 2 gezeigt, kann mindestens eine Pumpe 20 an die Ausgangsmaterialleitung vorgeschaltet vor dem Ausgangsmaterialheizapparat 19, der verwendet wird, um die Ausgangsmaterialtemperatur auf einen Wert zu erhöhen, der 300°C überschreitet, angeschlossen sein. Die Pumpe kann verwendet werden, um das Ausgangsmaterial unter Druck zu setzen, bevor es den Ausgangsmaterialheizapparat betritt. In dieser Weise kann das Ausgangsmaterial bereits zu der Zeit unter Druck gesetzt werden, zu der die Ausgangsmaterialtemperatur auf erhöhte Werte erhöht wird, bei denen Verschmutzungsprobleme in der Ausgangsmaterialzuleitung sonst in Abwesenheit der Druckbeaufschlagung oder anderer angezeigten Verschmutzungssteuerungsvorgehensweisen auftreten könnten. Da das Ausgangsmaterial üblicherweise einen Druckabfall beim Durchlaufen durch den Ausgangsmaterialheizapparat unter normalen Betriebsbedingungen (zum Beispiel ein Druckabfall von 0 bis etwa 20 bar) erfahren kann, abhängig zum Beispiel von der Wärmetauscherkonstruktion und Betriebsweise, sollte jede Druckbeaufschlagung, die an das Ausgangsmaterial als eine Verschmutzungssteuerungsmaßnahme angelegt wird, jeden Druckabfall, der in einem Ausgangsmaterialwärmetauscher auftreten kann oder erwartet wird aufzutreten, kompensieren, so wie jeder andere Druckabfall, der in den Zuleitungsrohren oder anderen Verbindungen, die verwendet werden, um das vorgeheizte Ausgangsmaterial zu dem Reaktor zu transportieren, auftritt oder erwartet wird aufzutreten, insbesondere, wenn es notwendig ist, den Ausgangsmaterialdruck innerhalb eines als Vorziel gesetzten Wertbereich zu halten. Obwohl nur eine einzige Ausgangsmaterialzuleitung und Ausgangsmaterialinjektionspunkt an dem Reaktor in 2 und in anderen Figuren hierin gezeigt ist, aus Gründen der Vereinfachung der Illustrationen, ist es so zu verstehen, dass mehrere Ausgangsmaterialzuleitungen und Injektionspunkte in den Reaktor verwendet werden können, auf welche die angezeigten Verschmutzungssteuerungen auch angewendet werden können.
Nachdem das Gemisch von heißen Verbrennungsgasen und rußergebenden Ausgangsmaterial gequencht wird, passiert das gekühlte Gas nachgeschaltet beliebige konventionelle Kühl- und Trennungsschritte, wobei der Ruß zurückgewonnen wird. Das Abtrennen des Rußes von dem Gasstrom kann durch konventionelle Vorrichtungen, wie ein Ausfällapparat, Zyklonseparator oder Beutelfilter, leicht ermöglicht werden. Im Bezug auf das vollständige Quenchen der Reaktionen, um das abschließende Rußprodukt zu bilden, kann jedes konventionelle Verfahren, um die Reaktion nachgeschaltet der Einführung des rußergebenden Ausgangsmaterials zu quenchen, verwendet werden und ist dem Fachmann bekannt. Zum Beispiel kann ein Quenchfluid injiziert werden, das Wasser oder andere geeignete Fluide sein kann, um die chemische Reaktion zu stoppen.
3 zeigt einen Teil von einer anderen Art von Furnacerußreaktor, der in einem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, um Ruße herzustellen, wobei mindestens ein Teil des Vorheizens das Berühren eines Wärmetauschers 21 mit dem Reaktionsstrom in den Reaktor beinhaltet, wobei ein fließbares Heizmedium oder Träger 28, wie Dampf oder Stickstoff, durch den Wärmetauscher fließt, in dem Reaktor geheizt wird und der geheizte Dampf (zum Beispiel überhitzter Dampf) dann den Wärmetauscher und Reaktor verlässt und durch einen separaten Ausgangsmaterialheizapparat 22 geleitet wird, der außerhalb des Reaktors angeordnet ist, wo er betriebsbereit ist, um Wärme mit dem Ausgangsmaterial in dem Ausgangsmaterialheizapparat zu tauschen, um das Ausgangsmaterial auf eine Temperatur von größer als etwa 300°C, so wie 370°C oder größer zu heizen.
4 zeigt einen Teil von einer anderen Art von Furnacerußreaktor, der verwendet werden kann in einem Verfahren der vorliegenden Erfindung, um Ruße herzustellen, wobei mindestens ein Teil des Vorheizens das Berühren eines Ausgangsmaterialheizapparats 23 mit Abgas, das den Reaktor verlassen hat, beinhaltet, um das Ausgangsmaterial in dem Ausgangsmaterialheizapparat auf eine Temperatur von größer als etwa 300°C (oder mindestens teilweise zu der Zieltemperatur) zu erhitzen.
5 zeigt eine andere Art von Furnacerußreaktor, der verwendet werden kann in einem Verfahren der vorliegenden Erfindung, wobei der geheizte Gasstrom ferner zumindest im Teil oder vollständig ein geheizten Gas 24 beinhaltet, das mindestens zum Teil oder vollständig unter Verwendung eines Plasmaheizapparats 25 geheizt wurde. Plasmaheizen des Gases kann erreicht werden zum Beispiel gemäß Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind. Ein Plasmabrenner kann verwendet werden, zum Beispiel so wie in US Patent Nummer 5,486,674 gezeigt, die gesamte Offenbarung davon ist hiermit durch Verweis einbezogen, und es kann verwiesen werden auf Plasmaheizen gezeigt in US Patent Nummer 4,101,639 und 3,288,696 , die gesamte Offenbarung davon ist hiermit durch Verweis einbezogen.
Wie auch in 5 gezeigt, kann das Ausgangsmaterial durch ein Heizmedium (zum Beispiel Dampf) das Wärme ausgetauscht hat mit dem Reaktionsstrom in dem Wärmetauscher 26 in dem Reaktor indirekt geheizt werden oder alternativ kann das Ausgangsmaterial direkt in einem Wärmetauscher 26 in dem Reaktor, wie durch die gestrichelten Linien gezeigt, geheizt werden.
Wie in 7 gezeigt kann das Ausgangsmaterial (FS) separat vom Extenderfluid unter Verwenden einer Rohrkonstruktion, die einen Ring hat, eingeführt werden. Das „Primärfeuer” in 7 und 8 ist ein Verweis auf den Verbrennungsstrom. 8 zeigt eine Konstruktion, wobei das Rußausgangsmaterial (FS) separat vom Extenderfluid eingeführt wird in einer Konstruktion, worin die Rohre Seite an Seite sind.
Die Wärmetauscherkonstruktion, die zum Vorheizen des Ausgangsmaterials innerhalb oder außerhalb des Reaktors in den verschiedenen Prozessschemata der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann jede konventionelle Wärmetauscherkonstruktion besitzen, so wie Gehäuse und Rohrleitung, Gehäuse und Wendel, Platte und Rahmen und dergleichen. Wo der Wärmetauscher eine angeschlossene Wendelkonfiguration besitzt, können zum Beispiel Schedule 80 Rohr und Winkel für die angeschlossene Wendel verwendet werden, um Korrosion/Erosionsprobleme zu verhindern. Auch kann ein konstanter Abstand zwischen den Rohrleitungen in der Konstruktion der angeschlossenen Wendelrohre verwendet werden und die Wendel kann den gesamten Querschnitt des Abgaskopfes verwenden. Wärmetransferkoeffizienten für angeschlossene Wendeln können für unterschiedliche Qualitäten und unterschiedliche Anlagen signifikant variieren.
Auch kann jedes der Ausgangsmaterialien für die beschriebenen Verfahrensschemata und Verfahren zusätzliche Materialien oder Zusammensetzungen enthalten, die üblicherweise verwendet werden, um übliches Ruß herzustellen. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann ferner das Einführen von mindestens einer Substanz, die mindestens ein Gruppe IA und/oder Gruppe IIA Element (oder Ion davon) des Periodensystems ist oder enthält, beinhalten. Die Substanz, enthaltend mindestens ein Gruppe IA und/oder Gruppe IIA Element (oder Ion davon) enthält mindestens ein Alkalimetall oder Erdalkalimetall. Beispiele beinhalten Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Francium, Calcium, Barium, Strontium oder Radium oder Kombinationen davon. Beliebige Gemische von einer oder mehreren dieser Komponenten können in der Substanz vorhanden sein. Die Substanz kann ein Feststoff, Lösung, Dispersion, Gas oder jede Kombination davon sein. Mehr als eine Substanz mit den gleichen oder unterschiedlichen Gruppe IA und/oder Gruppe IIA Metall (oder Ion davon) können verwendet werden. Wenn viele Substanzen verwendet werden, können die Substanzen separat, sequenziell oder an unterschiedlichen Reaktionsorten zusammengegeben werden. Für die Zwecke dieser Erfindung kann die Substanz das Metall (oder Metallion) selbst, eine Verbindung, die eine oder mehrere dieser Elemente enthält, einschließlich ein Salz, das ein oder mehrere dieser Elemente enthält, und dergleichen sein. Die Substanz kann in der Lage sein, ein Metall oder Metallion in die Reaktion, die im Gang ist, um das Rußprodukt zu bilden, einzuführen. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung kann die Substanz, die mindestens ein Gruppe IA und/oder IIA Metall (oder Ion davon) enthält, wenn sie verwendet wird, an jedem Punkt in den Reaktor eingeführt werden, zum Beispiel vor dem vollständigen Quenchen. Zum Beispiel kann die Substanz an jedem Punkt vor dem vollständigen Quenchen hinzugefügt werden, einschließlich vor der Einführung des rußergebenden Ausgangsmaterials in einer ersten Reaktionsstufe; während der Einführung des rußergebenden Ausgangsmaterials in einer ersten Reaktionsstufe; nach der Einführung des rußergebenden Ausgangsmaterials in einer ersten Reaktionsstufe; vor, während oder unmittelbar nach der Einführung von einem zweiten rußergebenden Ausgangsmaterials; oder jeden Schritt nach der Einführung eines zweiten rußergebenden Ausgangsmaterials, aber vor dem vollständigen Quenchen. Mehr als ein Einführungspunkt der Substanz kann verwendet werden.
Zusätzlich bezieht sich in der vorliegenden Erfindung, wie früher gesagt, die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Steuern von mindestens einer Teilcheneigenschaft eines Rußes. Dieses Verfahren bezieht das Vereinigen von mindestens einem Extenderfluid mit mindestens einem Rußausgangsmaterial (vor und/oder nach Betreten des Reaktors) ein, um ein Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden. Das Verfahren kann ferner das Zuleiten des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs in einen Rußreaktor beinhalten oder separat Zuleiten des Extenderfluids und Ausgangsmaterials in den Reaktor. Das Zuleiten des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs kann in der Form von einer oder mehreren Strahlen sein. Das Verfahren beinhaltet das Steuern der Menge des Extenderfluid, das in dem Fluid-Ausgangsmaterialgemisch vorhanden ist, um mindestens eine Teilcheneigenschaft zu steuern. Der Verweis auf „Extenderfluid”, „Rußausgangsmaterial” und „Fluid-Ausgangsmaterialgemisch” haben die gleiche Meinung wie diese Begriffe definiert sind und oben erklärt sind.
Ein Beispiel für mindestens eine Teilcheneigenschaft ist der Farbton. Die Teilcheneigenschaft kann eine Oberflächeneigenschaft oder Struktureigenschaft sein.
Die vorliegende Erfindung wird weiter klargestellt durch die folgenden Beispiele, die gedacht sind, beispielhaft zu sein für die vorliegende Erfindung.
BEISPIELE
Beispiel 1
In einem Beispiel der vorliegenden Erfindung wurde ein Hochgeschwindigkeitsstrom (über 200 m/s) von heißem Gas von einer Erdgasflamme in eine Übergangszone (D = 135 mm) eines Rußreaktors, so wie der in 1 Gezeigte, bei einem Äquivalenzverhältnis von 0,8 gefeuert. Dekantiertes Ausgangsmaterial wurde in den Übergang unter Verwendung von vier Injektoren bei einem Gesamtäquivalenzverhältnis von 3,33 injiziert. Die Ausgangsmaterialinjektoren hatten jeweils eine Öffnung von 0,76 mm, gefolgt von einer Ausdehnungssektion, die 76 mm lang und 6,5 mm im Durchmesser ist. Das Ausgangsmaterial wurde auf etwa 500°C vor Eintreten in die Injektoren vorgeheizt. Stickstoff wurde als ein Extenderfluid bei Flussraten zwischen 0 Gew.-% und 20 Gew.-% (siehe Tabelle unten) des Ausgangsmaterialfllusses unmittelbar nachgeschaltet der Öffnung zu dem Ausgangsmaterial gegeben. Der Stickstoff wurde in solcher Weise zugegeben, dass er mit dem Ausgangsmaterial vor Eintritt in den Übergang gemischt wurde.

Das Eindringen der Fluid-Ausgangsmaterialstrahlen in die Übergangszone wurde anhand eines Beobachtungsports in dem Reaktor visuell beobachtet. Ohne Extenderfluid dringen die Ausgangsmaterialstrahlen nur in den Kreuzfluss des Hochgeschwindigkeitsstroms des heißen Gases zu einer Tiefe von etwa 25% des Übergangsdurchmessers (das heißt eine Strahleindringung von etwa 34 mm) ein. Als das Extenderfluid zu dem Ausgangsmaterial zugegeben wurde, stieg die Fluid-Ausgangsmaterialstrahleindringung kontinuierlich bis gegenüberliegende Fluid-Ausgangsmaterialstrahlen sich im Zentrum des Übergangs berührten (das heißt eine Strahleindringung von etwa 68 mm). Dies wurde beobachtet bei 20 Gew.-% Stickstofffluss, auf einer injizierten Ausgangsmaterialgewichtsbasis, aufzutreten. Zusätzlich wurde der Farbtonwert des Rußes durch das ASTM D3265 Verfahren gemessen und gefunden, für eine gegebene Rußoberfläche anzusteigen, wenn mehr Stickstoff zu dem Ausgangsmaterial in das Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zugegeben wurde. Die unten stehende Tabelle zeigt wie Farbton und Strahleindringung sich mit Stickstoffflussrate ändern. Tabelle 1

N2 Fluss (Gew.-% des Ausgangsmaterials)	Strahleindringung (% des Übergangsdurchmessers)	Farbton% (ASTM D3265)
0	25%	122
5	35%	127
10	45%	130
20	> 50% (Strahlen berühren sich im Zentrum)	132

Beispiel 2
In einem zweiten Beispiel der vorliegenden Erfindung, unter Verwendung des gleichen Reaktors wie in Beispiel 1, wurde Stickstoff in einem Ring (wie in 7 gezeigt) um die Ausgangsmaterialstrahlen zugegeben, so dass das Extenderfluid in dem Ring und das Ausgangsmaterial sich nicht vor Eintritt in den Übergang vermischten. Das Extenderfluid war in nächster Nähe zu dem Ausgangsmaterial, so dass es den Impuls des Ausgangsmaterialstrahls erhöhte und dabei die Fluid-Ausgangsmaterialstrahleindringung erhöhte. Die gleichen Reaktorbedingungen wie in Beispiel 1 wurden verwendet und Stickstoff wurde in dem Ring zugeführt mit Flussraten von 0 Gew.-% bis 20 Gew.-% des Ausgangsmaterialflusses, auf einer injizierten Ausgangsmaterialgewichtsbasis. Wie in dem vorherigen Beispiel war die Ausgangsmaterialstrahleindringung nur ~25% des Übergangsdurchmessers mit keinem Fluidfluss in dem Ring. Die Strahleindringung stieg mit einem Extenderfluidfluss in dem Ring auf bis zu ~40% des Übergangsdurchmessers bei 20 Gew.-% Fluss, auf einer injizierten Ausgangsmaterialgewichtsbasis, an. Daher erhöht das Zugeben des Extenderfluid in dieser Weise die Fluid-Ausgangsmaterialstrahleindringung, aber nicht so effektiv wie in dem vorherigen Beispiel. Der Farbton stieg auch etwas an mit der Zugabe von Stickstoff in dem Ring. Tabelle 2

N2 Fluss (Gew.-% des Ausgangsmaterials) Strahleindringung (% des Übergangsdurchmessers) Farbton% (ASTM D3265)

0 ~25% 122

5 ~30% 123,5

10 ~35% 126

20 ~40% 127,5
Die vorliegende Erfindung beinhaltet die folgenden Aspekte/Ausführungsformen/Merkmale in jeder Reihenfolge und/oder in jeder Kombination:

1. Verfahren zum Herstellen von Ruß umfassend: Einführen eines geheizten Gasstroms in einen Rußreaktor; Vereinigen von mindestens einem Extenderfluid mit mindestens einem Rußausgangsmaterial, um ein Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, so dass das mindestens eine Extenderfluid den Impuls von dem mindestens einen Rußausgangsmaterial in einer Richtung, die axial oder im Wesentlichen axial zu mindestens einem Ausgangsmaterialeinführungspunkt in den Rußreaktor ist, erhöht; Zuleiten des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs zu dem genannten mindestens einen Ausgangsmaterialeinführungspunkt in den Rußreaktor, Vereinigen mindestens des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs durch den mindestens einen Einführungspunkt in den Rußreaktor mit dem geheizten Gasstrom, um einen Reaktionsstrom zu bilden, in dem Ruß gebildet wird in dem genannten Rußreaktor; und Rückgewinnen des Rußes in dem Reaktionsstrom.
2. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Extenderfluid chemisch inert ist zu dem Rußausgangsmaterial.
3. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Extenderfluid gleichförmig verteilt ist in dem genannten Rußausgangsmaterial.
4. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das Zuleiten des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs in der Form von einem oder mehreren Strahlen erfolgt, und der eine oder mehrere Strahlen des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs ausreichend Extenderfluid enthalten, um das Rußausgangsmaterial in einen inneren Teil des geheizten Gasstroms zu treiben.
5. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Extenderfluid mindestens ein Inertgas ist.
6. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Extenderfluid Dampf, Wasser, Luft, Kohlendioxid, Erdgas, Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Rußabgas, Stickstoff oder jede Kombination davon ist.
7. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Extenderfluid Stickstoff ist.
8. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Extenderfluid in das genannte Rußausgangsmaterial eingeführt wird bei einem Druck, ausreichend um in das genannte Rußausgangsmaterial einzudringen, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden.
9. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Extenderfluid in das genannte Rußausgangsmaterial eingeführt wird bei einem Druck von etwa 1 lb/in² bis etwa 350 lb/in², um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden.
10. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Rußausgangsmaterial vor dem genannten Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid atomisiert wird.
11. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei die Menge des genannten Extenderfluids, das mit dem genannten Rußausgangsmaterial vereinigt wird, einstellbar ist während kontinuierlicher Rußherstellung.
12. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Zuleiten des Fluid-Ausgangsmaterialgemisch in der Form von einem oder mehreren Strahlen ist und die Strahleindringung des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs in den genannten geheizten Gasstrom einstellbar ist durch Ändern des Extenderfluidgehalts des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs während kontinuierlicher Rußherstellung.
13. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Extenderfluid zumindest partiell verteilt ist in dem genannten Rußausgangsmaterial.
14. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Extenderfluid in dem genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemisch vorhanden ist in einer Menge von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 400 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des Rußausgangsmaterials.
15. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden.
16. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine Temperatur von größer als etwa 300°C vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden.
17. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine Temperatur von etwa 360°C bis etwa 850°C vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden.
18. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine erste Temperatur von etwa 300°C bis etwa 850°C vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, und anschließend Heizen des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs auf eine zweite Temperatur, die höher ist als die genannte erste Temperatur, wobei jeder der genannten Heizschritte vor Einführung in den genannten Rußreaktor stattfindet.
19. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine erste Temperatur von etwa 400°C bis etwa 600°C vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, und anschließend Heizen des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs auf eine zweite Temperatur, die um mindestens 50°C höher ist als die genannte erste Temperatur, wobei jeder der genannten Heizschritte vor Einführung in den genannten Rußreaktor stattfindet.
20. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine erste Temperatur von etwa 400°C bis etwa 600°C vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterial Gemisch zu bilden, und anschließend Heizen des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs auf eine zweite Temperatur, die um mindestens 100°C höher ist als die genannte erste Temperatur, wobei jeder der genannten Heizschritte vor Einführung in den genannten Rußreaktor stattfindet.
21. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine erste Temperatur vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, und anschließend Heizen des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs auf eine zweite Temperatur, die höher ist als die genannte erste Temperatur und bis zu etwa 950°C, wobei jeder der genannten Heizschritte vor Einführung in den genannten Rußreaktor stattfindet.
22. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei Extenderfluideinstellungen durchgeführt werden, um die Drosselströmungsgeschwindigkeit oder kritische Geschwindigkeit oder beide des einen oder mehreren Strahlen des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs zu steuern, dabei Ändern der Eindringung des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs in den geheizten Gasstrom.
23. Verfahren zum Steuern von mindestens einer Teilcheneigenschaft eines Rußes umfassend: Vereinigen von mindestens einem Extenderfluid mit mindestens einem Rußausgangsmaterial, um ein Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, und Zuleiten des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs in einen Rußreaktor; und wobei das genannte Zuleiten des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs in der Form von einem oder mehreren Strahlen erfolgt und Steuern der Menge des Extenderfluids, das in dem genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemisch vorhanden ist, um die genannte mindestens eine Teilcheneigenschaft zu steuern.
24. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei die genannte mindestens eine Teilcheneigenschaft der Farbton ist.
25. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das Extenderfluid chemisch inert zu dem Rußausgangsmaterial ist.
26. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Extenderfluid gleichförmig verteilt ist in dem genannten Rußausgangsmaterial.
27. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das Zuleiten des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs in der Form von einem oder mehreren Strahlen erfolgt, und der eine oder mehrere Strahlen des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs ausreichend Extenderfluid enthalten, um das Rußausgangsmaterial in einen inneren Teil des geheizten Gasstroms zu treiben.
28. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Extenderfluid mindestens ein Inertgas ist.
29. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Extenderfluid Dampf, Wasser, Luft, Kohlendioxid, Erdgas, Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Rußabgas, Stickstoff oder jede Kombination davon ist.
30. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Extenderfluid Stickstoff ist.
31. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Extenderfluid in das genannte Rußausgangsmaterial eingeführt wird bei einem Druck, ausreichend um in das genannte Rußausgangsmaterial einzudringen, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden.
32. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Extenderfluid in das genannte Rußausgangsmaterial eingeführt wird bei einem Druck von etwa 1 lb/in² bis etwa 350 lb/in², um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden.
33. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei die Menge des genannten Extenderfluids, das mit dem genannten Rußausgangsmaterial vereinigt wird, einstellbar ist während das genannte Verfahren Ruß herstellt.
34. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei die Menge des genannten Extenderfluids, das mit dem genannten Rußausgangsmaterial vereinigt wird, einstellbar ist während kontinuierlicher Rußherstellung.
35. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Zuleiten des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs in der Form von einem oder mehreren Strahlen ist und die Strahleindringung des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs in den genannten geheizten Gasstrom einstellbar ist durch Ändern des Extenderfluidgehalts des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs während kontinuierlicher Rußherstellung.
36. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Extenderfluid in dem genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemisch vorhanden ist in einer Menge von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 400 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des Rußausgangsmaterials.
37. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Extenderfluid in dem genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemisch vorhanden ist in einer Menge von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des Rußausgangsmaterials.
38. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden.
39. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine Temperatur von größer als etwa 300°C vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden.
40. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine Temperatur von etwa 360°C bis etwa 850°C vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden.
41. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine erste Temperatur von etwa 300°C bis etwa 850°C vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, und anschließend Heizen des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs auf eine zweite Temperatur, die höher ist als die genannte erste Temperatur, wobei jeder der genannten Heizschritte vor Einführung in den genannten Rußreaktor stattfindet.
42. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine erste Temperatur von etwa 400°C bis etwa 600°C vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, und anschließend Heizen des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs auf eine zweite Temperatur, die um mindestens 50°C höher ist als die genannte erste Temperatur, wobei jeder der genannten Heizschritte vor Einführung in den genannten Rußreaktor stattfindet.
43. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine erste Temperatur von etwa 400°C bis etwa 600°C vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterial Gemisch zu bilden, und anschließend Heizen des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs auf eine zweite Temperatur, die um mindestens 100°C höher ist als die genannte erste Temperatur, wobei jeder der genannten Heizschritte vor Einführung in den genannten Rußreaktor stattfindet.
44. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine erste Temperatur vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, und anschließend Heizen des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs auf eine zweite Temperatur, die höher ist als die genannte erste Temperatur und bis zu etwa 950°C, wobei jeder der genannten Heizschritte vor Einführung in den genannten Rußreaktor stattfindet.
45. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei die Strahleindringung eingestellt wird durch das Extenderfluid, die Drosselströmungsgeschwindigkeit oder kritische Geschwindigkeit oder beide des einen oder mehreren Strahlen des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs beeinflusst.
46. Verfahren zum Herstellen von Ruß umfassend: Einführen eines geheizten Gasstroms in einen Rußreaktor; Zuleiten des mindestens einen Rußausgangsmaterials zu mindestens einem Ausgangsmaterialeinführungspunkt in den Rußreaktor, Zuleiten des mindestens einen Extenderfluids zu mindestens einem Einführungspunkt in den Rußreaktor wobei der mindestens eine Einführungspunkt für das Extenderfluid so angeordnet ist, dass das mindestens eine Extenderfluid den Impuls von dem mindestens einen Rußausgangsmaterial erhöht während das Rußausgangsmaterial auf den geheizten Gasstrom einwirkt; Vereinigen des genannten mindestens einen Rußausgangsmaterials und des genannten mindestens einen Extenderfluids mit dem geheizten Gasstrom, um einen Reaktionsstrom zu bilden, in dem Ruß gebildet wird in dem Rußreaktor; und Rückgewinnen des Rußes in dem Reaktionsstrom.
47. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Extenderfluid inert ist zu dem Rußausgangsmaterial.
48. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Extenderfluid verteilt ist in dem genannten Rußausgangsmaterial.
49. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Zuleiten des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs und das Zuleiten des Extenderfluids in der Form von einem oder mehreren Strahlen erfolgt, jeder Strahl eine zentrale hohle Spitze mit einem Hüllring (shealth annulus) hat, der das genannte Extenderfluid einführt.
50. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Zuleiten des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs und das Zuleiten des Extenderfluids in der Form von einem Paar von einem oder mehreren zueinander benachbarten Strahlen erfolgt, wobei ein Strahl in jedem Paar das genannte Rußausgangsmaterial liefert und der andere Strahl in jedem Paar das genannte Extenderfluid liefert.
51. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Extenderfluid bei einem Druck, ausreichend um in das genannte Rußausgangsmaterial einzudringen, eingeführt wird.
52. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine Temperatur von größer als etwa 300°C vor Zuleiten zu dem genannten mindestens einen Einführungspunkt.
53. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine Temperatur von etwa 360°C bis etwa 850°C vor Zuleiten zu dem genannten mindestens einen Einführungspunkt.
54. Verfahren zum Steuern von mindestens einer Teilcheneigenschaft eines Rußes umfassend: separat Zuleiten des a) mindestens einen Extenderfluids benachbart zu b) mindestens einem Rußausgangsmaterial in einen Rußreaktor und wobei das genannte Zuleiten von a) und b) in der Form von einem oder mehreren Strahlen erfolgt, und Steuern der Menge des vorhandenen Extenderfluids, um mindestens eine Teilcheneigenschaft zu steuern.
55. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei die genannte mindestens eine Teilcheneigenschaft der Farbton ist.
56. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, ferner umfassend Heizen des genannten Extenderfluids auf eine erste Temperatur vor Vereinigen mit dem genannten Rußausgangsmaterial, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden.
57. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine erste Temperatur vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid und Heizen des genannten Extenderfluids auf eine zweite Temperatur vor Vereinigen mit dem genannten Rußausgangsmaterial, und dann Vereinigen, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, und dann Heizen des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs auf eine dritte Temperatur, die höher ist als die genannte erste Temperatur und bis zu etwa 950°C, wobei jeder der genannten Heizschritte vor Einführung in den genannten Rußreaktor stattfindet.
58. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei die genannte mindestens eine Teilcheneigenschaft die Oberfläche ist.
59. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Rußausgangsmaterial vor dem genannten Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid atomisiert wird.
60. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine Temperatur von größer als etwa 300°C vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, und wobei das genannte Rußausgangsmaterial vor dem genannten Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid atomisiert wird.
61. Verfahren nach einer vorangegangenen oder nachfolgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei das genannte Extenderfluid vorhanden ist in dem genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemisch in einer Menge von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des Rußausgangsmaterials.

Die vorliegende Erfindung kann jede Kombination von diesen verschiedenen Merkmalen oder Ausführungsformen wie oben und/oder unten fortgesetzt in Sätzen und/oder Absätzen beinhalten. Jede Kombination von hierin offenbarten Merkmalen wird als Teil der vorliegenden Erfindung betrachtet und keine Beschränkung ist im Hinblick auf die kombinierbaren Merkmale beabsichtigt.
Die Anmelder nehmen insbesondere den gesamten Inhalt aller in dieser Offenbarung zitierten Referenzen auf. Ferner ist, wenn die Menge, Konzentration oder ein anderer Wert oder Parameter, entweder als Bereich, bevorzugter Bereich, oder eine Liste der oberen bevorzugten Werte und unteren bevorzugten Werte gegeben ist, dies als spezifisches Offenbaren aller Bereiche, die von jedem Paar einer oberen Bereichsgrenze oder bevorzugten Wert und jede untere Bereichsgrenze oder bevorzugten Wert gebildet werden, zu verstehen, unabhängig davon, ob die Bereiche separat offenbart werden. Wenn ein Bereich von Zahlenwerten hier aufgeführt ist, ist beabsichtigt, sofern nichts anderes angegeben ist, dass der Bereich die Endpunkte davon und alle ganzen Zahlen und Bruchteile innerhalb des Bereichs beinhaltet. Es ist beim Definieren eines Bereichs nicht beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung auf die angegebenen spezifischen Werte beschränkt ist.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann aus der Betrachtung der vorliegenden Beschreibung und Praxis der vorliegenden Erfindung, die hierin offenbart ist, offensichtlich. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft betrachtet werden, wobei der wahre Umfang und Geist der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und deren Entsprechungen angegeben wird.

Claims

Verfahren zum Herstellen von Ruß umfassend: Einführen eines geheizten Gasstroms in einen Rußreaktor; Vereinigen von mindestens einem Extenderfluid mit mindestens einem Rußausgangsmaterial, um ein Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, so dass das mindestens eine Extenderfluid den Impuls von dem mindestens einen Rußausgangsmaterial in einer Richtung, die axial oder im Wesentlichen axial zu mindestens einem Ausgangsmaterialeinführungspunkt in den Rußreaktor ist, erhöht; Zuleiten des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs zu dem genannten mindestens einen Ausgangsmaterialeinführungspunkt in den Rußreaktor, Vereinigen mindestens des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs durch den mindestens einen Einführungspunkt in den Rußreaktor mit dem geheizten Gasstrom, um einen Reaktionsstrom zu bilden, in dem Ruß gebildet wird in dem genannten Rußreaktor; und Rückgewinnen des Rußes in dem Reaktionsstrom.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das genannte Extenderfluid chemisch inert ist zu dem Rußausgangsmaterial.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das genannte Extenderfluid gleichförmig verteilt ist in dem genannten Rußausgangsmaterial.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Zuleiten des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemisch in der Form von einem oder mehreren Strahlen erfolgt, und der eine oder mehrere Strahlen des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs ausreichend Extenderfluid enthalten, um das Rußausgangsmaterial in einen inneren Teil des geheizten Gasstroms zu treiben.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das genannte Extenderfluid mindestens ein Inertgas ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das genannte Extenderfluid Dampf, Wasser, Luft, Kohlendioxid, Erdgas, Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Rußabgas, Stickstoff oder jede Kombination davon ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das genannte Extenderfluid Stickstoff ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das genannte Extenderfluid in das genannte Rußausgangsmaterial eingeführt wird bei einem Druck, ausreichend um in das genannte Rußausgangsmaterial einzudringen, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das genannte Extenderfluid in das genannte Rußausgangsmaterial eingeführt wird bei einem Druck von etwa 1 lb/in² bis etwa 350 lb/in², um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das genannte Rußausgangsmaterial vor dem genannten Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid atomisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Menge des genannten Extenderfluids, das mit dem genannten Rußausgangsmaterial vereinigt wird, einstellbar ist während kontinuierlicher Rußherstellung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das genannte Zuleiten des Fluid-Ausgangsmaterialgemisch in der Form von einem oder mehreren Strahlen ist und die Strahleindringung des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs in den genannten geheizten Gasstrom einstellbar ist durch Ändern des Extenderfluidgehalts des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs während kontinuierlicher Rußherstellung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das genannte Extenderfluid zumindest partiell verteilt ist in dem genannten Rußausgangsmaterial.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das genannte Extenderfluid in dem genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemisch vorhanden ist in einer Menge von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 400 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des Rußausgangsmaterials.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine Temperatur von größer als etwa 300°C vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine Temperatur von etwa 360°C bis etwa 850°C vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine erste Temperatur von etwa 300°C bis etwa 850°C vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, und anschließend Heizen des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs auf eine zweite Temperatur, die höher ist als die genannte erste Temperatur, wobei jeder der genannten Heizschritte vor Einführung in den genannten Rußreaktor stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine erste Temperatur von etwa 400°C bis etwa 600°C vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, und anschließend Heizen des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs auf eine zweite Temperatur, die um mindestens 50°C höher ist als die genannte erste Temperatur, wobei jeder der genannten Heizschritte vor Einführung in den genannten Rußreaktor stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine erste Temperatur von etwa 400°C bis etwa 600°C vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterial Gemisch zu bilden, und anschließend Heizen des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs auf eine zweite Temperatur, die um mindestens 100°C höher ist als die genannte erste Temperatur, wobei jeder der genannten Heizschritte vor Einführung in den genannten Rußreaktor stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine erste Temperatur vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, und anschließend Heizen des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs auf eine zweite Temperatur, die höher ist als die genannte erste Temperatur und bis zu etwa 950°C, wobei jeder der genannten Heizschritte vor Einführung in den genannten Rußreaktor stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei Extenderfluideinstellungen durchgeführt werden, um die Drosselströmungsgeschwindigkeit oder kritische Geschwindigkeit oder beide des einen oder mehreren Strahlen des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs zu steuern, dabei Ändern der Eindringung des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs in den geheizten Gasstrom.
Verfahren zum Steuern von mindestens einer Teilcheneigenschaft eines Rußes umfassend: Vereinigen von mindestens einem Extenderfluid mit mindestens einem Rußausgangsmaterial, um ein Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, und Zuleiten des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs in einen Rußreaktor; und wobei das genannte Zuleiten des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs in der Form von einem oder mehreren Strahlen erfolgt und Steuern der Menge des Extenderfluids, das in dem genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemisch vorhanden ist, um die genannte mindestens eine Teilcheneigenschaft zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die genannte mindestens eine Teilcheneigenschaft der Farbton ist.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Extenderfluid chemisch inert zu dem Rußausgangsmaterial ist.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das genannte Extenderfluid gleichförmig verteilt ist in dem genannten Rußausgangsmaterial.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Zuleiten des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemisch in der Form von einem oder mehreren Strahlen erfolgt, und der eine oder mehrere Strahlen des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs ausreichend Extenderfluid enthalten, um das Rußausgangsmaterial in einen inneren Teil des geheizten Gasstroms zu treiben.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das genannte Extenderfluid mindestens ein Inertgas ist.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das genannte Extenderfluid Dampf, Wasser, Luft, Kohlendioxid, Erdgas, Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Rußabgas, Stickstoff oder jede Kombination davon ist.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das genannte Extenderfluid Stickstoff ist.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das genannte Extenderfluid in das genannte Rußausgangsmaterial eingeführt wird bei einem Druck, ausreichend um in das genannte Rußausgangsmaterial einzudringen, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das genannte Extenderfluid in das genannte Rußausgangsmaterial eingeführt wird bei einem Druck von etwa 1 lb/in² bis etwa 350 lb/in², um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Menge des genannten Extenderfluids, das mit dem genannten Rußausgangsmaterial vereinigt wird, einstellbar ist während das genannte Verfahren Ruß herstellt.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Menge des genannten Extenderfluids, das mit dem genannten Rußausgangsmaterial vereinigt wird, einstellbar ist während kontinuierlicher Rußherstellung.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das genannte Zuleiten des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs in der Form von einem oder mehreren Strahlen ist und die Strahleindringung des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs in den genannten geheizten Gasstrom einstellbar ist durch Ändern des Extenderfluidgehalts des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs während kontinuierlicher Rußherstellung.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das genannte Extenderfluid in dem genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemisch vorhanden ist in einer Menge von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 400 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des Rußausgangsmaterials.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei das genannte Extenderfluid in dem genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemisch vorhanden ist in einer Menge von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des Rußausgangsmaterials.
Verfahren nach Anspruch 23, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 23, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine Temperatur von größer als etwa 300°C vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 23, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine Temperatur von etwa 360°C bis etwa 850°C vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 23, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine erste Temperatur von etwa 300°C bis etwa 850°C vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, und anschließend Heizen des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs auf eine zweite Temperatur, die höher ist als die genannte erste Temperatur, wobei jeder der genannten Heizschritte vor Einführung in den genannten Rußreaktor stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 23, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine erste Temperatur von etwa 400°C bis etwa 600°C vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, und anschließend Heizen des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs auf eine zweite Temperatur, die um mindestens 50°C höher ist als die genannte erste Temperatur, wobei jeder der genannten Heizschritte vor Einführung in den genannten Rußreaktor stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 23, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine erste Temperatur von etwa 400°C bis etwa 600°C vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterial Gemisch zu bilden, und anschließend Heizen des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs auf eine zweite Temperatur, die um mindestens 100°C höher ist als die genannte erste Temperatur, wobei jeder der genannten Heizschritte vor Einführung in den genannten Rußreaktor stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 23, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine erste Temperatur vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, und anschließend Heizen des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs auf eine zweite Temperatur, die höher ist als die genannte erste Temperatur und bis zu etwa 950°C, wobei jeder der genannten Heizschritte vor Einführung in den genannten Rußreaktor stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Strahleindringung eingestellt wird durch das Extenderfluid, die Drosselströmungsgeschwindigkeit oder kritische Geschwindigkeit oder beide des einen oder mehreren Strahlen des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs beeinflusst.
Verfahren zum Herstellen von Ruß umfassend: Einführen eines geheizten Gasstroms in einen Rußreaktor; Zuleiten des mindestens einen Rußausgangsmaterials zu mindestens einem Ausgangsmaterialeinführungspunkt in den Rußreaktor, Zuleiten des mindestens einen Extenderfluids zu mindestens einem Einführungspunkt in den Rußreaktor wobei der mindestens eine Einführungspunkt für das Extenderfluid so angeordnet ist, dass das mindestens eine Extenderfluid den Impuls von dem mindestens einen Rußausgangsmaterial erhöht während das Rußausgangsmaterial auf den geheizten Gasstrom einwirkt; Vereinigen des genannten mindestens einen Rußausgangsmaterials und des genannten mindestens einen Extenderfluids mit dem geheizten Gasstrom, um einen Reaktionsstrom zu bilden, in dem Ruß gebildet wird in dem Rußreaktor; und Rückgewinnen des Rußes in dem Reaktionsstrom.
Verfahren nach Anspruch 46, wobei das genannte Extenderfluid inert ist zu dem Rußausgangsmaterial.
Verfahren nach Anspruch 46, wobei das genannte Extenderfluid verteilt ist in dem genannten Rußausgangsmaterial.
Verfahren nach Anspruch 46, wobei das genannte Zuleiten des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs und das Zuleiten des Extenderfluids in der Form von einem oder mehreren Strahlen erfolgt, jeder Strahl eine zentrale hohle Spitze mit einem Hüllring (shealth annulus) hat, der das genannte Extenderfluid einführt.
Verfahren nach Anspruch 46, wobei das genannte Zuleiten des Fluid-Ausgangsmaterialgemischs und das Zuleiten des Extenderfluids in der Form von einem Paar von einem oder mehreren zueinander benachbarten Strahlen erfolgt, wobei ein Strahl in jedem Paar das genannte Rußausgangsmaterial liefert und der andere Strahl in jedem Paar das genannte Extenderfluid liefert.
Verfahren nach Anspruch 46, wobei das genannte Extenderfluid bei einem Druck, ausreichend um in das genannte Rußausgangsmaterial einzudringen, eingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 46, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine Temperatur von größer als etwa 300°C vor Zuleiten zu dem genannten mindestens einen Einführungspunkt.
Verfahren nach Anspruch 46, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine Temperatur von etwa 360°C bis etwa 850°C vor Zuleiten zu dem genannten mindestens einen Einführungspunkt.
Verfahren zum Steuern von mindestens einer Teilcheneigenschaft eines Rußes umfassend: separat Zuleiten des a) mindestens einen Extenderfluids benachbart zu b) mindestens einem Rußausgangsmaterial in einen Rußreaktor und wobei das genannte Zuleiten von a) und b) in der Form von einem oder mehreren Strahlen erfolgt, und Steuern der Menge des vorhandenen Extenderfluids, um mindestens eine Teilcheneigenschaft zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 54, wobei die genannte mindestens eine Teilcheneigenschaft der Farbton ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Heizen des genannten Extenderfluids auf eine erste Temperatur vor Vereinigen mit dem genannten Rußausgangsmaterial, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine erste Temperatur vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid und Heizen des genannten Extenderfluids auf eine zweite Temperatur vor Vereinigen mit dem genannten Rußausgangsmaterial, und dann Vereinigen, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, und dann Heizen des genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemischs auf eine dritte Temperatur, die höher ist als die genannte erste Temperatur und bis zu etwa 950°C, wobei jeder der genannten Heizschritte vor Einführung in den genannten Rußreaktor stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 23, wobei die genannte mindestens eine Teilcheneigenschaft die Oberfläche ist.
Verfahren nach Anspruch 46, wobei das genannte Rußausgangsmaterial vor dem genannten Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid atomisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Heizen des genannten Rußausgangsmaterials auf eine Temperatur von größer als etwa 300°C vor Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid, um das genannte Fluid-Ausgangsmaterialgemisch zu bilden, und wobei das genannte Rußausgangsmaterial vor dem genannten Vereinigen mit dem genannten Extenderfluid atomisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das genannte Extenderfluid vorhanden ist in dem genannten Fluid-Ausgangsmaterialgemisch in einer Menge von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 50 Gew.-%, basierend auf dem Gewicht des Rußausgangsmaterials.