HUT77871A

HUT77871A - Method for producing carbon black

Info

Publication number: HUT77871A
Application number: HU9801418A
Authority: HU
Inventors: Ryoichi Adachi; Katsu Iida; Mitsuyuki Sasaki; Makoto Takahashi
Original assignee: Cabot Corporation
Priority date: 1995-05-04
Filing date: 1995-05-04
Publication date: 1998-09-28
Also published as: EP0824572A1; WO1996034918A1; EP0824572A4; AU2448795A; CA2220047A1; CZ347997A3; AU708989B2; CZ291549B6

Abstract

A process for producing carbon blacks having a lower surface area and structure wherein steam is introduced into the combustion gas stream at a point located a distance "L" from the point of introduction of feedstock (4) into the combustion gas stream such that the ratio of L/D ranges from 0 to less than 1.0, where "D" is the diameter of the zone (30) of the reactor at the point of introduction of feedstock.

Description

A találmány tárgya új, javított kemence eljárás olyan kormok könnyű és folyamatos termelésére, amelyeknek kisebb a fajlagos felületük és szerkezet-szintjük, mint azoknak a kormoknak, amelyek szokásos kemence-korom eljárással állíthatók elő. A jelen találmány szerinti eljárással gyártott kormok különféle alkalmazási területeken, így kaucsuk és műanyagok töltőanyagaként, erősítő anyagaként és színező pigmenseként használhatók fel.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a novel improved furnace process for the easy and continuous production of carbon blacks having a lower specific surface and structural level than carbon blacks produced by a conventional furnace carbon black process. The carbon blacks produced by the process of the present invention can be used in a variety of applications such as fillers, reinforcing agents and coloring pigments for rubbers and plastics.

A szokásos kemence-korom előállítási eljárás során folyékony szénhidrogén alapanyagot egy olyan forró primer, tüzelő gázárammal pirolizálnak, amelyet egy üzemanyagnak és egy oxidálószernek, mint előmelegített levegőnek vagy hasonlónak a keverékéből képeznek. A betáplált anyag pirolízisét hirtelen hűtéssel leállítják és a korom termékeket egy hirtelenül lehűtött gázáramból különítik el és nyerik ki.In a conventional furnace carbon black process, a liquid hydrocarbon feedstock is pyrolyzed by a hot primary fuel gas stream formed from a mixture of a fuel and an oxidizing agent, such as preheated air or the like. The pyrolysis of the feed material is stopped abruptly by cooling and the carbon black products are separated and recovered from a suddenly cooled gas stream.

A kemence eljárással gyártott korom fajlagos felülete általában függ a bomlási reakció hőmérsékletétől, amit a primer tüzelő gáz hőmérsékletével és a betáplált alapanyag mennyiségével szabályoznak.The specific surface area of the soot produced by the furnace process generally depends on the temperature of the decomposition reaction, which is controlled by the temperature of the primary fuel gas and the amount of feedstock fed.

A korom fajlagos felülete csökkenő reakcióhőmérséklettel általában csökken, ez utóbbi pedig a primer tüzelőgáz hőfokával és a betáplált anyag mennyiségének növelésével csökken. A primer tüzelőgáz hőfoka azonban nem csökkenthető korlátlanul, mert a primer tüzelőgáz szolgáltatja az alapanyag elbontásához szükséges energiát. Ezért az ilyen kis fajlagos felületű kormok kemence eljárással történő gyártását általában úgy végzik, hogy növelik a betáplált anyag mennyiségét, aminek az a következménye, hogy a reaktort tisztítás céljából le kell állítani, mert a ko···· ···· rom a reaktor belső falára rakódik, amit a toluol elszíneződés okozta kis fényáteresztés idéz elő.The specific surface area of carbon black generally decreases with decreasing reaction temperature, the latter decreasing with the temperature of the primary fuel gas and increasing the amount of feed material. However, the temperature of the primary fuel gas cannot be reduced indefinitely because the primary fuel gas provides the energy needed to decompose the feedstock. Therefore, the production of such low specific surface carbon black by the furnace process is generally done by increasing the amount of feedstock, which results in the reactor having to be shut down for purification because the co ···· ···· is deposited on the inner wall, which is caused by low light transmission due to toluene discoloration.

Feltéve, hogy az alapanyag betáplálást fokozzuk, nő a reaktor térfogategységre eső termelés, és az ennek eredményeként bekövetkező megnövekedett kokszképződés növekvő durva szemcse szennyeződést okoz, ami lerontja a korom minőségét. E probléma megoldása céljából a reakciózóna kiterjeszthető, de a reakciózóna megnövelése egy új problémához vezethet, ami abban áll, hogy a reaktorban átáramló gáz sebességének lecsökkenése következtében képződött korom felgyülemlik. Emellett nemkívánatos a nagyobb berendezések biztosításával kapcsolatos gazdasági probléma sem.Provided that feedstock input is increased, production per unit volume of the reactor will increase and the resulting increased coke formation will result in increased coarse grain impurities, which will reduce the quality of the carbon black. To solve this problem, the reaction zone can be expanded, but expanding the reaction zone may lead to a new problem, which is the accumulation of soot formed as a result of the reduction in the rate of gas flowing through the reactor. In addition, the economic problem of providing larger equipment is undesirable.

A korom primer szemcseátmérője általános jelleggel a reakcióhőmérséklettől függ. Minél magasabb a reakcióhőmérséklet, annál kisebb a képződött primer koromszemcse átmérője. Minél bonyolultabb a korom szerkezete, annál kisebb adott szemcseméretnél a korom fajlagos felülete. Ez azt jelenti, hogy az egyszerűbb szerkezetű kormoknak adott szemcseméret mellett nagyobb a fajlagos felületük, mint a bonyolult szerkezetű kormoké.The primary particle diameter of carbon black is generally dependent on the reaction temperature. The higher the reaction temperature, the smaller the diameter of the primary carbon black formed. The more complex the structure of carbon black, the smaller the specific surface area of carbon black for a given particle size. This means that the carbon blacks given to the simpler structure have a larger surface area than the more complex carbon blacks.

A koromszerkezet kialakulásának korlátozását a konvencionális eljárások során azzal érik el, hogy a reaktorba alkálifém ionokat táplálnak be, de ez a módszer a szerkezet csökkentésével egyidejűén a fajlagos felület megnövekedését idézi elő, mert a primer szemcsék átmérője állandó marad. így érthető, hogy az olyan kormok előállítása, amelyek egyszerű szerkezetűek és egyszersmind kicsiny a fajlagos felületük is, az eddigi, konvencionális kemence eljárásokkal nehéz.Conventional methods for limiting carbon black formation are achieved by introducing alkali metal ions into the reactor, but this method causes the specific surface area to be increased at the same time as the structure is reduced because the diameter of the primary particles remains constant. Thus, it is understood that the production of carbon black which is simple in structure and low in specific surface area is difficult by conventional conventional furnace processes.

Az ilyen típusú probléma megoldása céljából az US 5,190.739 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi irat fontos javaslatokat ad olyan kormok termelésére vonatkozóan, amelyeknek egyszerű a szerkezete és ugyanakkor kicsiny a fajlagos felülete egy adott égetési szinten, ami egy fontos javaslatot jelent egy olyan módszerre vonatkozóan, amely adott betáplált mennyiség mellett egyszerű szerkezetű, ugyanakkor kis fajlagos felületű kormokat szolgáltat. Ezt az eljárást úgy hajtják végre, hogy egy további segéd-szénhidrogént, mint nagy hidrogén:szén molarányú szénhidrogént vagy hidrogént adnak a rendszerhez.To solve this type of problem, U.S. Patent No. 5,190,739 provides important suggestions for the production of carbon blacks which have a simple structure and yet have a low specific surface area at a given firing level, which is an important suggestion for a method that it provides a carbon black with a simple structure and a low specific surface area when fed. This process is accomplished by adding an additional auxiliary hydrocarbon such as a high hydrogen: carbon molar hydrocarbon or hydrogen.

A kemence korom reaktorokba történő víz vagy gőz betáplálásra vonatkozó technológiát az US 4,283.378 és US 4,631.180 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi iratok ismertetik. A kemence eljáráson alapuló koromgyártás, víz vagy gőzbevezetéssel kapcsolatos, javított technológiát írtak le az ShoThe technology for feeding water or steam into furnace carbon black reactors is described in U.S. Patent Nos. 4,283,378 and 4,631,180. Improved technology for furnace process based carbon black, water or steam injection has been described by Sho

54-7634 és Sho-56-24455 számú, valamint Hei 3-128.974, stb. számú japán szabadalmi iratok is. E találmányok mindegyike azonban olyan kormok előállítására vonatkozik, amelyeknek nagyobb a fajlagos felülete, mint azoknak a kormoknak, amelyeket hasonló módon, de gőz-aktivitás nélkül gyártottak. Ily módon ezeknek a találmányoknak más a tárgya, mint a jelen találmánynak, amely olyan kormok gyártására vonatkozik, amelyeknek kisebb a fajlagos felülete, mint a hasonló módon, gőz-aktiválás nélkül gyártott kormoké.54-7634 and Sho-56-24455; Japanese Patent Nos. Each of these inventions, however, relates to the production of carbon blacks having a greater specific surface area than carbon blacks manufactured in a similar manner but without vapor activity. Thus, the subject matter of these inventions is different from that of the present invention, which relates to the manufacture of carbon blacks having a lower specific surface area than those produced in a similar manner without steam activation.

Ennek megfelelően a jelen találmány egyik feladata javított kemence koromgyártási eljárás kifejlesztése olyan kormok könnyűszerrel és folyamatosan történő előállítására, amelyek egyrészt • · · · kis fajlagos felületűek, másrészt egyszerű szerkezetűek és amelyek eddig a konvencionális kemence eljárással nehezen voltak előállíthatok.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an improved furnace carbon black production process for the easy and continuous production of carbon black which, on the one hand, has a low specific surface area and, on the other hand, simple structure and which has hitherto been difficult to produce.

A találmány összefoglalásaSummary of the Invention

A fentemlített célt és egyéb előnyöket egy javított kemence-korom eljárással értük el, ami mind a fajlagos felület csökkentése, mind a koromszerkezet egyszerűsítése tekintetében fejlesztést jelent azáltal, hogy a kemence-korom eljárásban a betáplált alapanyag bevezetési helyén vagy annak közelében gőzt vezetünk be. A jelen találmány szerinti eljárás során egy kemence-korom gyártási eljárás során, amely abból áll, hogy szénhidrogén alapanyagot - előnyösen folyékony formában - egy forró, primer tüzelőgáz áramba vezetünk be, azt pirolizáljuk és hirtelen lehűtjük, a szénhidrogén alapanyag gázáramba történő befecskendezési pontján vagy ahhoz (áramlásiránnyal ellenkező vagy áramlásiránnyal egyező) közel eső helyen gőzt vezetünk be, oly módon, hogy a szénhidrogén alapanyag gázáramba történő befecskendezési pontját úgy választjuk meg, hogy az (alábbiakban meghatározott) L/D arány 0-tól 1,0-nél kisebb értékig terjed.The foregoing object and other advantages have been achieved by an improved furnace carbon black process, which is an improvement both in reducing the specific surface area and in simplifying the carbon black structure by introducing steam at or near the point of introduction of the feedstock into the furnace carbon black process. In the process of the present invention, a furnace carbon black process comprises the step of introducing a hydrocarbon feedstock, preferably in liquid form, into a hot primary fuel gas stream, pyrolizing it, and quenching it at or at the point of injection of the hydrocarbon feedstock into the gas stream. injecting vapor in the vicinity of (opposite to or downstream of the flow direction) such that the point of injection of the hydrocarbon feedstock into the gas stream is selected such that the L / D ratio (defined below) is from 0 to less than 1.0 .

A rajzok rövid leírásaBrief description of the drawings

Az 1. ábra a jelen találmány szerinti eljárás foganatosítására használható kemence-korom gyártó reaktor típus egy részletének keresztmetszeti képe.Figure 1 is a cross-sectional view of a detail of a type of furnace carbon black reactor useful in carrying out the process of the present invention.

A találmány részletes leírásaDetailed Description of the Invention

A jelen találmány jobban érthető az 1. ábrára hivatkozással, amely egy, a találmány szerinti eljárás kivitelezésére felhasználható kemence-korom reaktor típust szemléltet.The present invention will be better understood with reference to Figure 1, which illustrates a type of furnace carbon black reactor useful in carrying out the process of the invention.

Az 1. ábrán szemléltetett korom reaktornak van egy l-gyel jelzett égető zónája, ahol a 2 betápláló nyíláson át az alapanyagot és egy, a 3 térben cirkuláló oxidálószert, mint levegőt vagy hasonló oxidálószert vezetünk be, és ezeket forró tüzelőgáz-áram kialakítása céljából reagáltatjuk. Az oxidálószerárammal az 1 égető zónában történő érintkeztetésre, a forró tüzelőgáz képzésére felhasználható alapanyag bármilyen könnyen égő gáz-, gőz- vagy folyadékáram megfelel, mint a földgáz, a hidrogén, a szénmonoxid, metán, acetilén, alkohol vagy petróleum. Általában előnyös azonban, ha alapanyagként nagy széntartalmú komponenseket, különösen szénhidrogéneket használunk. A jelen találmány szerinti kormok gyártásánál felhasznált levegő:földgáz arány előnyösen körülbelül 10:1 és 100:1 között van. A forró tüzelőgázok fejlesztésének megkönnyítése céljából az oxidáló gázáram előmelegíthető.The carbon black reactor illustrated in Figure 1 has a combustion zone 1, where feedstock 2 and an oxidant circulating in space 3, such as air or the like, are introduced and reacted to form a hot stream of fuel gas. . The raw material used for contacting the oxidant stream in the combustion zone 1 to produce hot fuel gas is any flammable gas, vapor or liquid stream such as natural gas, hydrogen, carbon monoxide, methane, acetylene, alcohol or petroleum. However, it is generally preferable to use high carbon components, in particular hydrocarbons, as starting materials. The air: natural gas ratio used in the preparation of the carbon black of the present invention is preferably between about 10: 1 and 100: 1. In order to facilitate the development of hot fuel gases, the oxidizing gas stream may be preheated.

A forró tüzelőgázok áramlási irányát az ábrán a nyíl mutatja. A forró tüzelőgáz-áram az 1 zónából lefelé, a „D átmérőjű 20 átmeneti zónába jut. A 20 zóna 4 pontján folyékony szénhidrogén alapanyagot táplálunk be. Erre alkalmas anyagok kormot szolgáltató szénhidrogén alapanyagok, amelyek a reakciókörülmények között könnyen elpárologtathatok, így a telítetlen szénhidrogének, mint az acetilén; az olefinek, mint az etilén, propilén, butilén; aromás vegyületek, mint a benzol, toluol és xilol; és egyéb szénhidrogének, mint a kerozinok, naftalinok, terpének, etilén-kátrányok, aromás gyűrűs nyersanyagok és hasonlók. A kormot szolgáltató alapanyagot általában sok sugár formájában fecskendezzük be, amelyek a forró tüzelőgáz-áram belső régiójába hatolnak, hogy biztosítsák a forró tüzelőgázok és a kormot szolgáltató alapanyag nagy sebességgel történő összekeverését és nagy nyírósebességét, hogy ez utóbbi gyorsan elbomoljon és korommá alakuljon.The direction of flow of the hot fuel gases is shown in the figure. The hot fuel gas flows from zone 1 down to the transition zone 20 of diameter D. Liquid hydrocarbon feedstock is fed at point 4 of zone 20. Suitable materials for this are carbon black hydrocarbon feedstocks which can be easily evaporated under reaction conditions, such as unsaturated hydrocarbons such as acetylene; olefins such as ethylene, propylene, butylene; aromatic compounds such as benzene, toluene and xylene; and other hydrocarbons such as kerosenes, naphthalenes, terpenes, ethylene tars, aromatic ring materials and the like. The carbon black feedstock is generally injected in the form of a plurality of jets that penetrate the inner region of the hot fuel stream to provide high speed mixing of the hot fuel gas and the carbon black feedstock for high speed decomposition and carbon black.

A gőzt a 20 zóna 6 pontján vezetjük be, ami az 1. ábrán a 4 alapanyag befecskendezési ponttól áramlásirányban lefelé van. Az „L távolság a 4 ponttól áramlásiránnyal ellentétes irányba vagy azzal egyirányba mért távolság a 6 pontig. Abban az esetben, ha az alapanyagot és a gőzt ugyanazon a ponton vezetjük be, akkor L = 0 és ezért L/D = 0. Bár az 1. ábrán bemutatott eljárás esetében a gőzbevezetési pont áramlásirányban lefelé esik az alapanyag betáplálási ponttól, a jelen találmány szerinti eljárásnak megfelelően a gőzbevezetés pontja az alapanyag betáplkálás pontjától áramlási irányba ellentétes irányban, áramlásirányban vagy pedig az alapanyag betáplálás pontján helyezhető el, feltéve, hogy az L/D arány 0 és 1-nél kisebb érték között van. A gőzbevezetési pontot előnyös módon az alapanyag betáplálási pont áramlásiránnyal ellentétes irányban lévő ponton helyezzük el.The steam is introduced at point 6 of zone 20, which is shown downstream of injection point 4 in Figure 1. The distance 'L' is the distance from 4 points in the opposite direction or up to 6 points. In the case where the feedstock and the steam are introduced at the same point, L = 0 and therefore L / D = 0. Although in the process of FIG. In accordance with the method of claim 1, the vapor inlet point may be located upstream of the feedstock feed point, downstream, or at the feed feed point, provided the L / D ratio is less than 0. Preferably, the vapor inlet point is located at a point opposite the flow direction of the feed material feed point.

Az alapanyag és a gőz bevezetése után a termék áramlásirányba lefelé a 30 zónába jut. A 30 zónában elhelyezett hűtőforrás hűtőfolyadékot, mint vizet injektál be, annak érdekében, hogy leállítsuk a reakciót, ha megfelelő tulajdonságokkal rendelkező korom képződött. Az 5 hűtőforrás helye bármilyen, a szakterületen ismert olyan módszerrel meghatározható, ami alkalmas a pirolízis leállítására. Egy módszer ennek a pontnak a meghatározására az, hogy meghatározzuk azt a pontot, amelynél a képződött korom egy elfogadható toluol-extraktum értékét érjük el. A toluol-extraktum érték az ASTM D 1618-83 szerinti „koromextraktumok-toluol elszíneződés módszerrel határozható meg.After the feedstock and steam have been introduced, the product will flow down to zone 30. The coolant located in zone 30 injects coolant as water to stop the reaction when soot with appropriate properties is formed. The location of the cooling source 5 can be determined by any method known in the art that is capable of stopping pyrolysis. A method for determining this point is to determine the point at which the carbon black formed achieves an acceptable toluene extract. The value of the toluene extract can be determined using the "carbon black extracts-toluene coloration method" according to ASTM D 1618-83.

A SÍ távolság a 2 vezetéken át történő betáplálás! pont és a 4 alapanyag betáplálás! pont közötti távolság. Az S2 távolság a 4 alapanyag betáplálási pont és az 5 hűtőközeg betáplálási pont közötti távolság. Az S3 távolság az 5 hűtőközeg betáplálási pont és a 30 zóna vége közötti távolság.The distance S1 is fed through the 2 wires! points and 4 feeds! distance between points. The distance S2 is the distance between the feed material feed point 4 and the refrigerant feed point 5. The distance S3 is the distance between the refrigerant supply point 5 and the end of zone 30.

Miután a forró tüzelőgázok és a kormot szolgáltató alapanyag keverékét lehűtöttük, a lehűtött gázok áramlásirányba egy szokásos hűtő- és szeparáló berendezésbe jutnak, ahol a kormot kinyerjük. A koromnak a gázáramból történő leválasztása könnyen végezhető a szokásos berendezésekkel, mint kicsapóberendezéssel, ciklon szeparátorral vagy zsákszűrővel. Ezt a leválasztást a szemcsézés követi, például nedves szemcséző berendezésben.After the mixture of hot fuel gases and carbon black supplying material has been cooled, the cooled gases are directed downstream into a conventional refrigeration and separation device where the carbon black is recovered. Separation of the carbon black from the gas stream can be easily accomplished with conventional equipment such as a precipitator, cyclone separator or bag filter. This separation is followed by granulation, for example in a wet granulator.

Mint fentebb említettük, az SÍ első szekció 1 égető zónájában forró primer tüzelőgázt képezünk a 2 szondából kilépő üzemanyagnak oxidálószerrel, mint előmelegített levegővel vagy hasonló oxidálószerrel végzett összekeverése és reagáltatása útján. Az első szekció melletti S2 második zónában az alapanyag pirolízise, a korom előtermékének a képzése és a primer koromszemcse növekedése megy végbe azt követően, hogy a folyékony szénhidrogén alapanyagot a primer tüzelőgáz áramba tápláltuk. Végül az S3 harmadik zónában a kilépő anyagot az 5 hűtőanyag betápláló nyílásból kilépő hűtőközeggel, mint vízzel hűtjük le a reakció befejezése és a korom előállítása céljából.As mentioned above, hot primary fuel gas is formed in the combustion zone 1 of the S1 section by mixing and reacting the fuel leaving the probe 2 with an oxidizing agent such as preheated air or a similar oxidizing agent. In the second zone S2 adjacent to the first section, pyrolysis of the feedstock, formation of the carbon black precursor, and growth of the primary carbon black grain occurs after feeding the liquid hydrocarbon feedstock into the primary fuel gas stream. Finally, in the third zone S3, the outlet material is cooled with refrigerant outlet water such as water from the refrigerant feed port 5 to complete the reaction and produce a carbon black.

Azt találtuk fel, hogy a 4 alapanyag betápláló nyílásnál vagy annak közelében lévő helyen bevezetett gőz csökkenteni képes mind a képződött korom fajlagos felületét, mind annak szerkezete 'bonyolultságát . Pontosabban azt találtuk, hogy a gőzbevezetés helye fontos a korom fajlagos felületének és szerkezete bonyolultságának csökkentése szempontjából, és a gőzbevezetés helyének megfelelő megválasztásával olyan korom termékek állíthatók elő, melyeknek fajlagos felülete kisebb, szerkezete egyszerűbb, mint azoké a kormoké, amelyeket hasonló módon, de gőz bevezetése nélkül állítunk elő.It has been found that vapor introduced at or near the feed inlet 4 can reduce both the specific surface area and the complexity of the carbon black formed. Specifically, it has been found that the location of the steam inlet is important for reducing the specific surface and structure of the carbon black, and by appropriately selecting the location of the vapor inlet, carbon black products having a smaller specific surface and a simpler structure than carbon black without its introduction.

A jelen találmányi eljárás szerint, az alapanyag betáplálás helye és az attól áramlás-iránnyal ellentétes vagy áramlás-irányban történő gőzbevezetés helye közötti L távolságnak kisebbnek kell lennie, mint a torok D átmérője, úgyhogy az L/D aránynak 0 és 1,0-nél kisebb közöttinél kell lennie.According to the present invention, the distance L between the feed material feed point and the opposite or downstream steam injection point should be less than the throat diameter D, so that the L / D ratio is between 0 and 1.0. must be less than.

Az alapanyag-betápláló nyílás torok-átmérőjét az egyedi kemence-korom gyártó reaktornak megfelelően optimalizáljuk. Abban az esetben, ha az L/D arány értéke 0 és 1,0-nél kisebb között van, akkor a reaktor alakjától függetlenül ugyanazt az eredményt kapjuk minden esetben, ha gőzt vezetünk be.The feed throat diameter is optimized according to the individual furnace carbon black reactor. When the L / D ratio is between 0 and 1.0, the same result is obtained regardless of the reactor shape when steam is introduced.

Abban az esetben, ha a bevezetett gőz mennyisége kisebb, mint a betáplált alapanyag 1 %-a, akkor a gőzbevezetés csak enyhe hatást gyakorol a korom fajlagos felületére és szerkezetére. A korom fajlagos felülete és szerkezete bonyolultsága csökkentésének foka körülbelül a bevezetett gőz mennyiségével arányos. Ha rendkívül nagymennyiségű gőzt vezetünk be, akkor a koromképződést a korom előtermék-képződést akadályozó erőteljes hatás csökkenti. Az alapanyag mennyiség 15 tömeg %-ánál nagyobb menynyiségű gőzt nehéz bevezetni a koromgyártás folyamán. Ezért a jelen találmány szerinti eljárásnál előnyös, ha a tüzelőgázáramba bevezetett gőz mennyisége a betáplált alapanyag mennyiségének 1-15 tömeg%-a.If the amount of vapor introduced is less than 1% of the feedstock input, the vapor introduction will have only a slight effect on the specific surface and structure of the carbon black. The degree of reduction in the complexity of the surface and structure of the carbon black is approximately proportional to the amount of steam introduced. When extremely high levels of steam are introduced, the carbon black formation is reduced by the powerful effect of the carbon black precursor formation. Steam in excess of 15% by weight of the feedstock is difficult to introduce during carbon black production. Therefore, in the process of the present invention, it is preferred that the amount of steam introduced into the fuel gas stream is from 1% to 15% by weight of the feedstock.

A következő vizsgálati módszereket az alábbi példák szerint előállított kormok analitikai és fizikai tulajdonságainak meghatározására használtuk.The following test methods were used to determine the analytical and physical properties of the carbon black prepared by the following examples.

A korom fajlagos felületének és szerkezetének mértékéül a példákban és ellenpéldákban az alábbi vizsgálati módszerekkel meghatározott értékeket fogadtuk el:The specific surface area and structure of carbon black were measured by the following assay methods in the Examples and Counter Examples:

Fajlagos felület meghatározás nitrogén abszorpcióval: BET-módszer (N₂SA) alapján. Ezt az I. és II. példa esetében az ASTM D 3037 módszernek megfelelően határoztuk meg.Determination of specific surface area by nitrogen absorption: BET method (N ₂ SA). This is shown in Annexes I and II. Example 1 was determined according to ASTM D 3037.

Abszorbciós jódszám: Ezt az I. példa esetében a JIS K-6221-nek, a II. példa esetében az ASTM D 1510-nek megfelelően határoztuk meg.Absorption Iodine Number: This is the case for Example I of JIS K-6221, Part II. Example 1 was determined according to ASTM D 1510.

DBP (dibutil-ftálát) abszorpció-számot: Ezt az I. példa esetében a JIS Κ-6221-nek, a II. példa esetében az ASTM D 3493-nak megfelelően határoztuk meg.DBP (dibutyl phthalate) absorption number: This is the case for JIS Κ-6221, Example II, for Example I. Example 1 was determined according to ASTM D 3493.

A komprimált DBP abszorpció-számot négyszeri, 1680 kg/cm^ terheléssel végzett kompressziós vizsgálattal határoztuk meg. AzThe compressed DBP absorption number was determined by a four-fold compression test at 1680 kg / cm 2. The

I. példa esetében a vizsgálatot az ASTM D 3493 szerinti módszerrel végeztük.For Example I, the assay was performed according to ASTM D 3493.

A jelen találmány hatásosságát és előnyeit a következő példákkal szemléltetjük tovább.The effectiveness and advantages of the present invention will be further illustrated by the following examples.

I. példaExample I

Ez a példa a jelen találmány szerinti eljárást szemlélteti 0-nál nagyobb és 1,0-nél kisebb L/D arány alkalmazása esetében olyan eljárásokkal összehasonlítva, ahol gőzbevezetést nem alkalmaztunk .This example illustrates the process of the present invention when using an L / D ratio greater than 0 and less than 1.0 when compared to methods without steam injection.

A kísérleteket az 1. ábrán bemutatott reaktorban hajtottuk végre. Az SÍ első reaktor-zóna hossza 3,000 mm, az S2 második zóna hossza 15,000 mm és az alapanyagot betápláló D torok átmérője 200 mm volt. A felhasznált üzem- és alapanyag tulajdonságait az 1. táblázatban soroljuk fel. A szerkezet szabályozása céljából az üzemanyaghoz mind a példákban, mind az ellenpéldákban vizes káliumion oldatot adtunk.The experiments were performed in the reactor shown in Figure 1. The length of the first reactor zone S1 was 3,000 mm, the length of the second zone S2 was 15,000 mm and the diameter D of the feed material was 200 mm. The properties of the fuel and feedstock used are listed in Table 1. To control the structure, an aqueous solution of potassium ion was added to the fuel in both the Examples and the counter-examples.

1. TáblázatTable 1

Alkalmazott üzem- és alapanyag Used fuel and raw materials Üzemanyag Fuel Alapanyag commodity Típus Type Folyékony szénhidrogén Liquid hydrocarbon Sűrűség 15°C-on (g/cm³)Density at 15 ° C (g / cm ³ ) 0,970 0.970 1,057 1,057 Viszkozitás 50°C-on (cSt) Viscosity at 50 ° C (CSt) 5 5 15 15 Szénatom (tömeg%) Carbon (% by weight) 89,8 89.8 91,1 91.1 Hidrogénatom (tömeg%) Hydrogen (wt%) 10,1 10.1 8, 6 8, 6 Összes kalória-érték (kcal/kg) Total calories (Kcal / kg) 9920 9920 11230 11230

• ··· ·_ν* »·♦ ····• ··· · _ν * »· ♦ ····

A példák szerinti eredményeket a 2. táblázat, az ellenpéldák szerinti eredményeket a 3. táblázat tünteti fel.The results of the examples are shown in Table 2 and the results of the counter examples are shown in Table 3.

Ezen túlmenően, a korom fajlagos felülete függ a korom szerkezetétől. A kemence eljárással előállított koromnak van egy lehetséges legkisebb fajlagos felülete az alkalmazott reaktor üzemelési korlátái miatt. Ezért a kemence eljárásnál kell legyen egy adott korom szerkezetnek megfelelő minimális fajlagos felület. Ezt a minimális fajlagos felületet a továbbiakban „korlátozott fajlagos felület-nek nevezzük. A korlátozott fajlagos felület-érték a reaktor különböző alakjai szerint változik. A 2. és 3. táblázat szerinti példák esetében a korlátozott fajlagos felület értékét a következő (1) egyenlet szerint határozzuk meg:In addition, the specific surface area of the carbon black depends on its structure. The soot produced by the furnace process has the smallest possible specific surface area due to the operating limitations of the reactor used. Therefore, the furnace process should have a minimum specific surface area corresponding to a particular carbon black structure. This minimum specific surface area is hereinafter referred to as a "limited specific surface area." The limited specific surface area varies with different reactor shapes. In the examples of Tables 2 and 3, the value of the limited specific surface area is determined by the following equation (1):

korlátozott fajlagos felület = 78,5-0,748 x (komprimált DBP) (1) ahol a nitrogén-felület adatokat, DBP adatokat és alkalmazott üzemelési körülményeket vettük számításba.limited specific surface area = 78.5-0.748 x (compressed DBP) (1) where nitrogen surface data, DBP data and operating conditions used were taken into account.

···· ···« • ····· ··· «• ·

2. táblázatTable 2

Példák Examples száma number 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 Az ége- téshez használt levegő sebessége The burn- The speed of the air used for cleaning N m³/óraN m ³ / h 3530 3530 3530 3530 3530 3530 3530 3530 3530 3530 3530 3530 Az üzem- anyag betáplálás sebessége The plant material feed rate kg/óra kg / h 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 80 Alapanyag betápláló sebessége commodity supply speed kg/óra kg / h 1800 1800 1770 1770 1800 1800 1870 1870 1620 1620 1590 1590 Kálium mennyiség Potassium quantity g/óra g / hr 0 0 128 128 0 0 9 9 9 9 15 15 Az alapanyag The raw material és a gőz and steam betáplálásának helye place of supply Az L helytől mért távolság L/D Distance from location L L / D (mm) (Mm) 30 0, 15 30 0, 15 30 0, 15 30 0, 15 30 0, 15 30 0, 15 30 0,15 30 0.15 150 0, 75 150 0, 75 150 0,75 150 0.75 A bevezetett gőz mennyisége The amount of steam introduced kg/óra kg / h 30 30 50 50 70 70 50 50 85 85 200 200 Gőzmennyi- ség/alap- anyag Gőzmennyi- quality / primary material tömeg% crowd% 1,7 1.7 2,8 2.8 3,9 3.9 2,7 2.7 5, 2 5, 2 Nitrogénnel mért fajlagos telület Nitrogen specific gravity (^m2/g)( ^m2 / g) 22,3 22.3 22,5 22.5 19,1 19.1 18,0 18.0 26, 1 26, 1 29,8 29.8 Adszorpciós jódszám Adsorption iodine number (mg/g) (Mg / g) 22, 6 22, 6 18,2 18.2 17, 1 17, 1 11,5 11.5 25,6 25.6 32,8 32.8 DBP-ab- szorpciós szám DBP ab- sorption song (cm³/100 g)(cm ^3/100 g) 100, 6 100, 6 60,4 60.4 79,0 79.0 89,2 89.2 84,3 84.3 81,2 81.2 Komprimált DBP Compressed DBP (cm³/100 g)(cm ^3/100 g) 71,7 71.7 56,2 56.2 60, 5 60, 5 65, 7 65, 7 63, 9 63, 9 64,6 64.6 Fajlagos felület határérték Specific surface limit (m²/g)(m ² / g) 24,9 24.9 36,5 36.5 33,2 33.2 29, 4 29, 4 30, 7 30, 7 30,2 30.2 Fajlagos felület határérték-index Specific surface boundary index (m²/g)(m ² / g) -2,6 -2.6 -14,0 -14.0 -14,1 -14.1 -11,4 -11.4 -4,6 -4.6 -0,4 -0.4

3. táblázatTable 3

Ellenpéldák counterexample CE1 CE1 CE2 CE2 CE3 CE3 Égetéshez felhasznált levegőmennyiség Amount of air used for combustion (Nm³/óra)(Nm ³ / h) 3530 3530 3170 3170 3170 3170 Alapanyag menynyiség Quantity of raw material (kg/óra) (Kg / hr) 80 80 70 70 70 70 Alapanyag betáplálás sebessége Raw material feed rate (kg/óra) (Kg / hr) 1870 1870 1760 1760 1800 1800 Kálium mennyi- sége How much potassium of (g/óra) (G / hr) 27 27 3408 3408 12150 12150 Az Alapanyag- és gőzbetáplálás helye The place of raw material and steam supply Az L helytől From L (mm) (Mm) NA SO NA SO NA SO mért távolság L/D distance measured L / D NA SO NA SO NA SO A gőz betáplálást sebessége Steam feed rate (kg/óra) (Kg / hr) 0 0 0 0 0 0 Gőz/alapanyag Steam / feedstock (tömeg%) (crowd%) 0 0 0 0 0 0 Nitrogénnel mért fajlagos felület Nitrogen specific surface area (m²/g)(m ² / g) 26,5 26.5 40, 6 40, 6 44,2 44.2 Adszorpciós jódszám adsorptive iodine value (mg/g) (Mg / g) 22, 9 22, 9 38,2 38.2 36, 7 36, 7 DBP-abszorpció szám DBP absorption number (cm³/100 g)(cm ^3/100 g) 106, 5 106, 5 78,3 78.3 76,0 76.0 Komprimált DBP Compressed DBP (cm³/100 g)(cm ^3/100 g) 73, 7 73, 7 67,8 67.8 67,0 67.0 Fajlagos felület határérték Specific surface limit (m²/g)(m ² / g) 23, 4 23, 4 27,8 27.8 28, 4 28, 4 Fajlagos felület határérték-index Specific surface boundary index (m²/g)(m ² / g) 3,1 3.1 12,8 12.8 15,8 15.8

j ; ···· ».·· • * · -» , . * ·*·» ·»., _a· _β * · »j; ···· ». ·· • * · -»,. * · * · »·»., _A · _β * · »

Mint az ellenpéldákkal bemutattuk, a nitrogén fajlagos felület és a fajlagos felület határérték közötti különbség pozitív, mert a konvencionális kemence korom esetében a fajlagos felület határérték a fajlagos felület lehetséges minimuma, és ez azt is jelenti, hogy minél kisebb a különbség abszolút értékben, annál közelebb állunk a reaktor üzemelési körülményeinek határához. Ekkor a különbséget úgy határozzuk meg a következő 2. egyenlet segítségével, hogy az a fajlagos felület határérték indexe :As shown in the counter examples, the difference between the nitrogen specific surface area and the specific surface area limit is positive because the conventional surface carbon black limit is the minimum possible specific surface area, which also means that the smaller the absolute, the closer we are at the limit of reactor operating conditions. The difference is then determined by the following equation 2, which is the specific surface boundary index:

[ Fajlagos felület határérték-index] = [nitrogénnel mért fajlagos felület] - [ fajlagos felület határérték] (2)[Specific surface area index] = [Nitrogen specific surface area] - [Specific surface area limit value] (2)

Ha a példák esetében az 1. és 2. egyenletek segítségével kiszámítjuk a fajlagos felület határértékét és a fajlagos felület határérték-indexet, akkor a fajlagos felület határértékindexek mindegyike negatív érték. Ez azt jelenti, hogy a gőzbevezetés segítségével olyan kormokat kapunk, amelyek fajlagos felülete kisebb, mint az alkalmazott reaktor minimális fajlagos felület határértéke, és nyilvánvaló, hogy a jelen találmány igen hatásos a kis fajlagos felületű kormok gyártása tekintetében.If the specific surface area limit and the surface area limit index are calculated using the equations 1 and 2 in the examples, each of the surface area limit indexes is negative. This means that steam injection produces soot having a specific surface area less than the minimum specific surface area of the reactor used, and it is obvious that the present invention is very effective in the production of low specific surface carbon black.

Minthogy a példák esetében a fajlagos felület határérték abszolút értéke direkt úton bizonyítja, hogy a gőz bevezetése hatékony a fajlagos felület csökkentése szempontjából, és azt, hogy a példák esetében körülbelül 3 % gőz bevezetése a fajlagos felületet legalább körülbelül 14 m^/g-al vagy ennél többel csökkentheti .Since the absolute value of the specific surface area limit in the examples directly demonstrates that the vapor introduction is effective in reducing the specific surface area and that in the examples, the introduction of about 3% vapor with the specific surface area is at least about 14 µm / g or you can reduce it by more.

- <·· l,n- <·· l, n

A jelen találmány szerinti módszer felhasználásával - mint ezt a 2. táblázat 4. példája mutatja - olyan kis fajlagos felületű kormok gyárthatók, amelyek szokásos kemence-eljárással történő gyártását eddig nehéz problémának tartották. Ezen túlmenően, ezeknek a kormoknak a szerkezete sokkal bonyolultabb, mint a termikus koromé és olyanok a jellemzőik, amit a konvencionális kemence kormok nem tudnak felmutatni.Using the method of the present invention, as shown in Example 4 of Table 2, soot having a low specific surface area, which has so far been considered a difficult problem to manufacture by conventional furnace processes, can be produced. In addition, these carbon blacks have a much more complex structure than thermal carbon blacks and have characteristics that conventional furnace carbon blacks cannot exhibit.

II. példaII. example

Ez a példa azt a jelen találmány szerinti eljárást szemlélteti, amelynél az L/D arány 0, a gőzbevezetés nélkül végzett eljárásokkal összehasonlítva.This example illustrates a process according to the present invention wherein the L / D ratio is 0 compared to non-steam injection processes.

Kísérleteket végeztünk egy, a konvencionális koromgyártási eljárások során használt tipikus, az 1. ábrán bemutatotthoz hasonló kialakítású reaktorban. A (D) toroknak az átmérője, melyen át az alapanyagot bevezettük 50,8 mm volt. Az alapanyagot háromExperiments were carried out in a typical reactor of the conventional carbon black production process, similar to that shown in Figure 1. The diameter of the throat (D) through which the feedstock was introduced was 50.8 mm. The raw material is three

0,838 mm átmérőjű, a torok külső kerületén egyenletesen elhelyezett csúcson át tápláltuk be. Az olyan kísérletek során, amelyeknél gőzt vezettünk be, a gőzbevezetés az egyes alapanyag injektáló csúcsokat körülvevő gyűrűhüvelyen át történt. Ez azonban csupán példaként szolgáló elrendezés, amivel nem áll szándékunkban korlátozni a gőzbevezetés módját.It was fed through a tip of 0.838 mm diameter evenly spaced around the outer circumference of the throat. In experiments in which steam was introduced, the vapor was introduced through the annular sleeve surrounding each injection nozzle of the feedstock. However, this is an exemplary arrangement only and is not intended to limit the manner in which the steam is introduced.

A képződött kilépő gázt az alapanyag betáplálás pontjától 5,44 méter távolságra elhelyezett oltóberendezéssel hűtöttük le.The resulting effluent gas was cooled by a fire extinguisher at a distance of 5.44 meters from the feed point.

Az alkalmazott üzemanyag és alapanyag tulajdonságait a 4. táblázatban soroljuk fel. A szerkezet szabályozása céljából mind a példák, mind az ellenpéldák esetében az alapanyaghoz alkálifém ionként vizes káliumion oldatot adunk.The properties of the fuel and feedstock used are listed in Table 4. In order to control the structure, an aqueous potassium ion solution is added to the starting material as an alkali metal ion in both the Examples and the counter-examples.

4. táblázatTable 4

Alkalmazott üzem- és alapanyag Used fuel and raw materials Üzemanyag Fuel Alapanyag commodity Típus Type Földgáz natural gas Folyékony szénhidrogén Liquid hydrocarbon Fajsúly (15°C, g/cm³)Specific gravity (15 ° C, g / cm ³ ) 0,583 .583 1,105 1,105 Viszkozitás (50°C, cSt) Viscosity (50 ° C, cSt) - - 130,0 130.0 C-atom (tömeg?:) C atom (mass? :) 73,1 73.1 90, 6 90, 6 H-atom (tömeg%) H (wt%) 23,8 23.8 7,5 7.5 Ossz kalóriaérték (kcal/kg) Total calorie value (kcal / kg) 12800 12800 9700 9700

A kísérleti eredményeket az 5. táblázat tünteti fel, ami két, jelen találmány szerinti példát tartalmaz, amelyeknél L/D = 0 és egy kontroll kísérlet, ahol gőzbevezetés nem volt.The experimental results are shown in Table 5, which contains two examples of the present invention for which L / D = 0 and one control experiment in which no steam was introduced.

5. táblázatTable 5

Példák Examples CE4 CE4 7 7 8 8 Égetéshez felhasznált levegőmennyiség Amount of air used for combustion (Nm³/óra)(Nm ³ / h) 375 375 375 375 375 375 Égetéshez használt levegő előmelegítése Preheat air used for combustion °C C 482 482 482 482 482 482 Alapany meny- nyiség Mother of the bride quantity (kg/óra) (Kg / hr) 12,2 12.2 12,2 12.2 12,2 12.2 Üzemanyag felhasználás Fuel usage (kg/óra) (Kg / hr) 115, 7 115, 7 115, 7 115, 7 115,7 115.7 Primer égetés Primary firing g. g. 250 250 250 250 250 250 Teljes égetés Full burn % % 28 28 28 28 28 28 Az alapanyag- és The raw materials and gőzbevezetésre steaming vonatkozó adatok relevant data Távolság az (L) ponttól L/D Distance from point (L) L / D (mm) (Mm) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Bevezetett gőzmennyiség introduced steam (kg/óra) (Kg / hr) 0 0 4,5 4.5 13,5 13.5 Gőz/alapanyag Steam / feedstock (tömeg%) (crowd%) 0 0 3,9 3.9 11,7 11.7 Nitrogén fajlagos felület Nitrogen specific surface (m²/g)(m ² / g) 74,9 74.9 63,3 63.3 57,3 57.3 Ads zorpciós j óds zám Ads adsorption iodine (mg/g) (Mg / g) 77,7 77.7 62,3 62.3 55, 6 55, 6 DBP abszorpciós szám DBP absorption number (cm³/100 g)(cm ^3/100 g) 131,9 131.9 121,1 121.1 115,0 115.0

Mint az 5. táblázatból látható, a jelen találmány szerinti gőzbevezetés, ahol L/D = 0, olyan kormokat eredményez, melyeknek csökkentett a fajlagos felülete és egyszerű a szerkezete.As shown in Table 5, the steam inlet of the present invention, where L / D = 0, results in soot having a reduced specific surface area and a simple structure.

A felületcsökkentést a találmány szerinti eljárás 7. és 8. példája mutatja be, ahol a korom Ng felülete és adszorpciós jódszáma csökkentett a 4 (CE 4) ellenpéldához képest, ahol gőzbevezetést nem alkalmaztunk. A szerkezet egyszerűsítését a találmány szerinti eljárás 7. és 8. példája bizonyítja, ahol a koromnak csökkentett DBP abszorpció-száma van a 4 (CE 4) ellenpéldához képest, ahol gőzbevezetést nem alkalmaztunk.The surface reduction is illustrated in Examples 7 and 8 of the process of the invention, where the Ng surface and adsorption iodine number of carbon black are reduced compared to the counterexample 4 (CE 4), where no steam injection was used. Simplification of the structure is demonstrated by Examples 7 and 8 of the process of the present invention, where the carbon black has a reduced DBP absorption number compared to the counterexample 4 (CE 4), where no steam injection was used.

Mint ezt az 5. táblázat a 7. és 8. példák eredményeinek összehasonlítása bizonyítja, a gőzbevezetés sebességének növelése a felület nagyobb csökkenését és a szerkezet további egyszerűsítését eredményezi.As Table 5 demonstrates by comparing the results of Examples 7 and 8, increasing the rate of steam delivery results in greater surface reduction and further simplification of the structure.

Figyelembe kell venni, hogy a jelen találmány itt leírt foganatosítási módjai csak szemléltető jellegűek, azok a találmány célját nem korlátozzák.It is to be understood that the embodiments of the present invention described herein are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the invention.

Claims

1. Eljárás koromnak kemence-korom reaktorban történő gyártására, azzal jellemezve, hogy a következő lépésekből áll:A process for the production of carbon black in a furnace carbon black reactor, comprising the steps of:

üzemanyag és egy oxidálószer reagáltatásával tüzelőgáz-áramot állítunk elő;reacting the fuel with an oxidant to produce a stream of fuel gas;

a kormot szolgáltató alapanyagot a D átmérőjű reaktor egyik zónájában lévő ponton a tüzelőgáz-áramba vezetjük be;introducing the carbon black feedstock into a fuel gas stream at a point in a D-reactor zone;

a reaktor egy másik, az alapanyag betáplálás pontjától L távolságra lévő ponton a tüzelőgáz-áramba gőzt vezetünk be oly módon, hogy az L/D arány 0 és 1,0-nél kisebb szám közötti legyen;injecting steam at another point in the reactor at a distance L from the feedstock feed point such that the L / D ratio is between 0 and 1.0;

az alapanyagot, gőzt és tüzelőgáz-áramot koromképződés mellett reagáltatjuk; és a képződött anyagot lehűtjük, a kormot leválasztjuk és kinyerjük.reacting the feedstock, steam, and fuel gas stream with carbon black; and cooling the resulting material, separating the carbon black and recovering it.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az alapanyagra számítva 1-15 tömeg% gőzmennyiséget vezetünk be.Process according to claim 1, characterized in that from 1 to 15% by weight of the vapor is introduced into the base material.

3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy L/D = 0 L/D arányt alkalmazunk.The process of claim 1, wherein the L / D = 0 L / D ratio is used.

4. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy L/D = 0 L/D arányt alkalmazunk.The process of claim 2, wherein the L / D = 0 L / D ratio is used.

5. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gőzt az alapanyag betáplálás pontjától az áramlás-iránnyal ellentétes irányba fekvő ponton vezetjük be.5. The method of claim 1, wherein the steam is introduced at a point opposite the flow direction from the feed material feed point.

6. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gőzt az alapanyag betápláló pontjától az áramlás-iránnyal ellentétes irányba fekvő ponton vezetjük be.6. The method of claim 2, wherein the steam is introduced at a point opposite the flow direction from the feed point of the feedstock.

2-22-2