NL9000500A

NL9000500A - Afschrikwerkwijze in serie.

Info

Publication number: NL9000500A
Application number: NL9000500A
Authority: NL
Original assignee: Cabot Corp
Priority date: 1989-04-06
Filing date: 1990-03-02
Publication date: 1990-11-01
Also published as: CA2012627A1; CZ284688B6; JPH0749541B2; AU625117B2; SE9001090L; AU5256890A; KR930005684B1; RO113148B1; CN1050855C; TR24400A; BE1002548A3; HU902100D0; IT1240745B; PL163727B1; FR2645542B1; GB2232409A; CA2012627C; FR2645542A1; JPH0362858A; PT93676A

Description

Afschrikwerkwij ze in serie Gebied van de uitvinding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het regelen van de aggregaatgrootte en de structuur van roetsoorten.

Achtergrond

Roet wordt in het algemeen geproduceerd in een reactor van het oventype door pyrolyse van een koolwaterstofvoeding met hete verbrandingsgassen voor de produktie van verbrandingsprodukten die deeltjes-vormig roet bevatten.

In een type van een ovenreactor voor roet, zoals weergegeven in het Amerikaanse octrooischrift 3-401.020 of het Amerikaanse octrooi-schrift 2.785.96^ worden een brandstof, bij voorkeur op basis van koolwaterstof, en een oxidatiemiddel, bij voorkeur lucht, in een eerste zone geïnjecteerd en omgezet onder vorming van hete verbrandingsgassen. Een koolwaterstofvoeding in gasvormige, dampvormige of vloeibare vorm wordt tevens in de eerste zone geïnjecteerd, waarna pyrolyse van de koolwater-stofvoeding begint. In dit geval heeft pyrolyse betrekking op de thermische ontleding van een koolwaterstof. Het verkregen verbrandingsgasmengsel, waarin pyrolyse plaatsvindt, stroomt vervolgens naar een reactiezo-ne, waar voltooiing van de reactie van de vorming van roet plaatsvindt.

In een ander type van een ovenreactor voor roet wordt een vloeibare of gasvormige brandstof omgezet met een oxidatiemiddel, bij voorkeur lucht, in de eerste zone onder vorming van hete verbrandingsgassen. Deze hete verbrandingsgassen stromen van de eerste zone naar beneden door de reactor in een reactiezone en verder. Voor de bereiding van roet wordt een koolwaterstof houdende voeding geïnjecteerd op een of meer punten in de weg van de hete stroom verbrandingsgas. De koolwaters tof voeding kan vloeibaar, gas of damp zijn en kan hetzelfde als of verschillend zijn van de brandstof die toegepast werd voor de vorming van de stroom verbrandingsgas. De eerste (of verbrandings-)zone en de reactiezone kunnen zijn gescheiden door een smoorklep of zone van beperkte diameter, die kleiner is in doorsnede dan de verbrandingszone of de reactiezone. De voeding kan worden geïnjecteerd in de weg van de hete verbrandingsgassen stroomopwaarts of -afwaarts en/of in de zone met beperkte diameter. Ovenreactoren voor roet van dit type zijn in het algemeen beschreven in het Amerikaanse Reissue-octrooischrift 28.974 en het Amerikaanse octrooischrift 3·922.335·

Hoewel twee typen ovenreactoren voor roet en werkwijzen zijn beschreven, moet erop worden gewezen dat de onderhavige uitvinding kan worden uitgevoerd in elke andere ovenreactor voor roet of andere werkwijze, waarbij roet wordt geproduceerd door pyrolyse en/of onvolledige verbranding van koolwaterstoffen.

In beide bovenbeschreven typen processen en reactoren en in andere algemeen bekende reactoren en processen zijn de hete verbrandingsgassen op een temperatuur die voldoende is voor het bewerkstelligen van pyrolyse van de koolwaterstof houdende voeding die in de stroom verbrandingsgas is geïnjecteerd. In een type reactor, zoals beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3··020 wordt voeding geïnjecteerd op een of meer punten in dezelfde zone, waarin verbrandingsgassen worden gevormd. In een ander type reactoren of processen heeft de injectie van voeding op een of meer punten, nadat de stroom verbrandingsgas is gevormd, plaats. Aangezien de stroom heet verbrandingsgas continu naar beneden door de reactor stroomt, heeft in elk type reactor pyrolyse continu plaats, wanneer het mengsel van voeding en verbrandingsgassen door de reactiezone stroomt. Het mengsel van voeding en verbrandingsgassen, waarin pyrolyse plaatsvindt, wordt in de onderstaande beschrijving aangeduid als "het uitstromende produkt". De verblijftijd van het uitstromende produkt in de reactiezone van de reactor is voldoende lang en onder geschikte omstandigheden om de vorming van roet mogelijk te maken. "Verblijftijd" heeft betrekking op de tijdsperiode die is voorbijgegaan sinds het eerste contact tussen de hete verbrandingsgassen en de voeding. Nadat roet met de gewenste eigenschappen is gevormd, wordt de temperatuur van het uitstromende produkt verder verlaagd om de pyrolyse te stoppen. Deze verlaging van de temperatuur van het uitstromende produkt om de pyrolyse te stoppen kan worden uitgevoerd op elke bekende wijze, zoals door injectie van een afschrikkende vloeistof, door een afschrikmiddel, in het uitstromende produkt. Zoals algemeen bekend is aan de deskundige op dit gebied, wordt de pyrolyse gestopt, wanneer de gewenste roetprodukten zijn gevormd in de reactor. Een manier voor het bepalen, wanneer pyrolyse moet worden gestopt, is door het nemen van een monster van het uitstromende produkt en het meten van het tolueenex-tractniveau ervan. Tolueenextractniveau wordt gemeten volgens ASTM DI6I8-83 "Carbon Black Extractables - Toluene Discoloration". Het afschrikken vindt in het algemeen plaats op het punt, waar het tolueenextractniveau van het uitstromende produkt een aanvaardbaar niveau bereikt voor het gewenste roetprodukt dat in de reactor is geproduceerd. Nadat de pyrolyse is gestopt, stroomt het uitstromende produkt in het algemeen door een zakfiltersysteem voor het afscheiden en verzamelen van het roet.

In het algemeen wordt een enkelvoudig afschrikken toegepast. Het Amerikaanse octrooischrift 3*401.020 beschrijft echter de toepassing van twee maal afschrikken om bepaalde eigenschappen van het roet te regelen. Het Amerikaanse octrooischrift 3*401.020 heeft betrekking op het regelen van de modulus verschaffende eigenschappen van roet door warmtebehandeling. Deze warmtebehandeling wordt bereikt door het regelen van de waters troomsnelheden naar twee watersproeiafschrikkingen, in serie geplaatst, in de uitstromende rook in een roetoven. De modulus van een roet heeft betrekking op het gedrag van het roet in een rubberprodukt. Zoals uiteengezet in het artikel van Schaeffer en Smith, "Effect of Heat Treatment on Reinforcing Properties of Carbon Black" (Industrial and Engineering Chemistry, Vol. 47» No. 6; juni 1955. bladzijde 1286), waarnaar hieronder wordt verwezen als "Schaeffer", is het algemeen bekend dat een warmtebehandeling de modulus verlenende eigenschappen van roet zal bewerkstelligen. Zoals verder uiteengezet in Schaeffer resulteert echter de verandering in de modulus verlenende eigenschappen van roet, geproduceerd door warmtebehandeling, van een verandering in de opper-vlaktechemie van het roet. Derhalve beïnvloedt het plaatsen van de af-schrikbehandelingen, zoals voorgesteld in het Amerikaanse octrooischrift 3.401.020, teneinde de stroom verbrandingsgas te onderwerpen aan verschillende temperatuuromstandigheden, de modulus verlenende eigenschappen van roet schijnbaar door verandering van de oppervlaktechemie van het roet in plaats van door beïnvloeding van de morfologie van het roet op enige merkbare wijze. Bovendien zijn in het Amerikaanse octrooischrift 3*401.020 beide afschrikbehandelingen geplaatst in een plaats in de reactiezone, waar een significante pyrolyse van de voeding reeds heeft plaatsgevonden. Het zou dus lijken, dat in de werkwijze van het Amerikaanse octrooischrift 3*401.020 op het tijdstip dat het uitstromende produkt de eerste afschrikbehandeling bereikt, de CTAB, tint, DBP en Stokes-diametereigenschappen van het roet zijn gedefinieerd. Dit ondersteunt de conclusie dat de wijziging in de modulus verlenende eigenschappen volgens het Amerikaanse octrooischrift niet resulteert uit een wijziging in de morfologische eigenschappen van het roet. Verder nog hecht het Amerikaanse octrooischrift geen belang aan de plaats van de eerste afschrikbehandeling met betrekking tot het punt van injectie van voeding of verblijftijd en dit octrooischrift vermeldt geen middelen voor het kiezen van de plaats van de eerste afschrikbehandeling.

Het Amerikaanse octrooischrift 4.230.670 suggereert de toepassing van twee afschrikbehandelingen om de pyrolyse te stoppen. De twee afschrikbehandelingen zijn geplaatst op enkele inches apart van het punt» waar een enkelvoudige afsehrikbehandeling zou zijn geplaatst. Het doel van de twee afschrikbehandelingen is om de reactiezone vollediger te vullen met afschrikvloeistof teneinde de pyrolyse op effectievere wijze te stoppen. In het Amerikaanse octrooischrift 4.230.670 zijn echter óp het tijdstip dat het uitstromende produkt de afschrikbehandelingen bereikt, dè CTAB, tint, DBP en Stokes-diametereigensehappen van het roet bepaald.

De Amerikaanse octrooischriften 4.265.870 en 4.316.876 suggereren de toepassing van een tweede afsehrikbehandeling op een plaats stroomafwaarts van de eerste afsehrikbehandeling teneinde beschadiging van het filtersysteem te voorkomen. In beide octrooischriften stopt de eerste afsehrikbehandeling de pyrolyse volledig en deze vindt plaats op een plaats in het algemeen bekend in de techniek en op het tijdstip dat het uitstromende produkt de eerste afsehrikbehandeling bereikt, zijn de CTAB, tint, DBP en Stokes-diametereigensehappen van het roet bepaald. De tweede afsehrikbehandeling verlaagt verder de temperatuur van de stroom verbrandingsgas teneinde de filtereenheid de beschermen.

Het Amerikaanse octrooischrift 4.358.289 heeft eveneens betrekking op het voorkomen van beschadiging van het filtersysteem door de toepassing van een warmte-uitwisselaar na de afsehrikbehandeling. In dit octrooischrift stopt de afsehrikbehandeling ook de pyrolyse volledig en is geplaatst op een positie die in de techniek algemeen bekend is. In het Amerikaanse octrooischrift 4.358.289 zijn op het tijdstip dat het uitstromende produkt de eerste afsehrikbehandeling bereikt, de CTAB, tint, DBP en Stokes-diametereigensehappen van het roet bepaald.

Het Amerikaanse octrooischrift 3.615.211 heeft betrekking op een methode voor het verbeteren van de uniformiteit van roet, bereid door een reactor, en voor het verlengen van de levensduur van een reactor. Voor het verbeteren van de uniformiteit en het verlengen van de levensduur yan de reactor suggereert dit Amerikaanse octrooischrift de toepassing van een aantal afschrikbehandelingen langs de reactiezone teneinde een nagenoeg constante temperatuur in de reactiezone te handhaven. Een bepaalde hoeveelheid afschrikvloeistof wordt op de afschrikplaats het meest stroomopwaarts in de reactor geïnjecteerd, terwijl een grotere hoeveelheid afschrikvloeistof wordt geïnjecteerd op elke volgende stroomafwaarts geplaatste afsehrikbehandeling. De meest stroomopwaarts geplaatste afsehrikbehandeling stopt de pyrolyse. Door het handhaven van een constante temperatuur in de reactiezone bevordert de apparatuur van dit Amerikaanse octrooischrift de uniformiteit in het roet dat in de apparatuur wordt geproduceerd. Het aantal afschrikbehandelingen regelt echter niet de morfologie van het in de apparatuur gevormde roet.

Het is echter algemeen gewenst in staat te zijn de morfologie van roet zodanig te regelen, dat roet kan worden geproduceerd, dat goed geschikt is voor een bijzondere eindtoepassing. Het is tevens gewenst de aggregaatgrootte en structuur van roet met een gegeven oppervlak te verhogen, aangezien verhoogde aggregaatgrootte en structuur, zoals weergegeven door een hogere DBP, lagere tint en grotere Stokes-diameter, het roet beter geschikt maken voor bepaalde eindtoepassingen.

Dienovereenkomstig is een doel van de onderhavige uitvinding het verschaffen van een methode voor het regelen van de aggregaatgrootte en de structuur van roet.

Een verder doel van de onderhavige uitvinding is het produceren van roet met een grotere aggregaatgrootte en hogere structuur voor een gegeven oppervlak.

Samenvatting van de uitvinding

Gevonden werd een werkwijze, waarmee deze gewenste doelstellingen worden bereikt. Gevonden werd, dat de regeling van de morfologie van roet dat is geproduceerd in een ovenproces voor roet, kan worden gecontroleerd door het verlagen van de temperatuur van het uitstromende pro-dukt zonder de pyrolyse te stoppen, bij voorkeur tot ongeveer 427°C, binnen een gespecificeerde verblijftijd tot ongeveer 0,002 sec stroomafwaarts van het eerste stroomafwaartse punt van injectie van voeding. Het verlagen van de temperatuur kan worden uitgevoerd door een eerste af-schrikbehandeling te plaatsen bij of binnen ongeveer 121,9 cm stroomafwaarts van het eerste stroomafwaartse punt van injectie van voeding en afschrikvloeistof te injecteren. Volgens de onderhavige uitvinding kan de produktie van roet worden geregeld voor het produceren van roet met specifieke morfologische eigenschappen, zoals grotere aggregaatgrootte en verhoogde structuur, zoals getoond door hogere DBP, lagere tint en verhoogde Stokes-diameter voor een gegeven oppervlak (CTAB). Verder werd gevonden dat deze morfologische eigenschappen van roet verder kunnen worden geregeld door het variëren van de hoeveelheid, waarmee de temperatuur van het uitstromende produkt wordt verlaagd en/of het variëren van de verblijftijd van de eerste stroomafwaartse injectie van voeding tot de temperatuur van het uitstromende produkt is verlaagd.

Meer in het bijzonder heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een methode voor het regelen van de aggregaatgrootte en structuur van het roet dat wordt geproduceerd in een ovenreactor voor roet, door het verlagen van de temperatuur van, maar niet het stoppen van de pyrolyse in, het uitstromende produkt (het mengsel van verbrandingsgassen en voeding, waarin de pyrolyse plaatsvindt) bij een verblijftijd tussen ongeveer 0,0 sec en ongeveer 0,002 sec, bij voorkeur tussen ongeveer 0,0 en ongeveer 0,0015 sec, stroomafwaarts vanaf het eerste stroomafwaartse punt van injectie van voeding. De temperatuur van het uitstromende produkt wordt verlaagd binnen de boven weergegeven verblijftijd, bij voorkeur tot ongeveer 427°C en met voorkeur tussen ongeveer 10 en ongeveer 427°C. De temperatuur van het uitstromende produkt kan worden verlaagd door een afschrikbehandeling, bij voorkeur een afschrikbehandeling door het injecteren van afschrikvloeistof in het uitstromende produkt, op een plaats in de reactor, waardoor het uitstromende produkt is afgeschrikt tussen ongeveer 0,0 en 0,002 sec, bij voorkeur tussen ongeveer 0,0 en ongeveer 0,0015 sec, stroomafwaarts van het verste stroomafwaartse van injectie van voeding. Om ervoor te zorgen dat het uitstromende produkt wordt afgeschrikt binnen de gespecificeerde verblijftijd, zal het afschrikken gewoonlijk plaatsvinden bij of binnen ongeveer 121,9 cm van het verste stroomafwaartse punt van injectie van voeding. Het afschrikken verlaagt de temperatuur van het uitstromende produkt, bij voorkeur tot ongeveer 427°C en meer bij voorkeur tussen ongeveer 10 en ongeveer 427°C, maar stopt de pyrolyse niet. Volgens de onderhavige uitvinding kunnen de hoeveelheid, waarmee de temperatuur van het uitstromende produkt wordt verlaagd, en de verblijftijd, waarmee de verlaging van de temperatuur van het uitstromende produkt plaatsvindt, onafhankelijk of gelijktijdig worden gevarieerd om de aggregaatgrootte en de structuur van roet dat door de reactor wordt bereid, te regelen. In een reactor, waarin een afschrikbehandeling wordt toegepast, kunnen het injecteren van een afschrikvloeistof voor het verlagen van de temperatuur van het uitstromende produkt binnen de gespecificeerde verblijftijden, dit variërend met de hoeveelheid, waarmee de temperatuur van het uitstromende produkt wordt verlaagd, en de verblijftijd, waarmee de verlaging van de temperatuur van het uitstromende produkt plaatsvindt, worden bereikt door het variëren van de hoeveelheid afschrikvloeistof, die wordt geïnjecteerd van het afschrikpunt respectievelijk het variëren van de plaats van het afschrikken. Nadat roet met de gewenste eigenschappen is gevormd, wordt pyrolyse gestopt.

De onderhavige uitvinding maakt de produktie mogelijk van een roetprodukt met een grotere aggregaatgrootte en structuur voor een gegeven oppervlak dan de roetprodukten die worden bereid door een overeen- komstig proces, waarbij de temperatuur van het uitstromende produkt niet wordt verlaagd binnen de gespecificeerde verblijftijd.

Een voordeel van de werkwijze van de onderhavige uitvinding is, dat de aggregaatgrootte en structuur van roet kunnen worden geregeld.

Een ander voordeel van de werkwijze van de onderhavige uitvinding is, dat roet met een grotere aggregaatgrootte en structuur, zoals aangetoond door een hogere DBP, een lagere tint en verhoogde Stokes-diameter, voor een gegeven oppervlak, zoals aangetoond door CTAB, kan worden geproduceerd.

Andere voordelen van de onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden uit de volgende beschrijving en conclusies.

Korte beschrijving van de tekening

De figuur is een dwarsdoorsnedeaanzicht van een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding in een roetreactor, welke de plaats van een eerste en een tweede afschrikbehandeling aangeeft.

Gedetailleerde beschrijving van de uitvinding

De figuur geeft een mogelijke uitvoering van de onderhavige uitvinding weer. Hoewel een gedeelte van een type roetreactor in de figuur is getekend, zoals hierboven in de onderhavige uitvinding is uiteengezet, kan deze in elke ovenreactor voor roet, waarin roet wordt bereid door pyrolyse en/of onvolledige verbranding van koolwaterstoffen worden uitgevoerd. Hoewel verder de volgende beschrijving een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding uiteenzet onder toepassing van een afschrikbehandeling, het injecteren van een afschrikvloeistof voor het verlagen van de temperatuur van het uitstromende produkt, omvat, zoals door elke deskundige op dit gebied zal worden begrepen, de onderhavige uitvinding elke methode voor het verlagen van de temperatuur van het uitstromende produkt, bij voorkeur door de gespecificeerde hoeveelheden, waarmee de gespecificeerde verblijftijden van het punt van injectie van de voeding het meest nabij de reactiezone. Hoewel de volgende beschrijving de toepassing van een tweede afschrikbehandeling beschrijft voor het stoppen van pyrolyse, zal het op overeenkomstige wijze duidelijk zijn aan de deskundige op dit gebied, dat de onderhavige uitvinding elke methode voor het stoppen van pyrolyse omvat.

In de figuur is een deel van de roetreactor 10, bijvoorbeeld met een reactiezone 12 en een zone met beperkte diameter 20, voorzien van een eerste afschrikpunt 40, geplaatst op punt 60, en een tweede af-schrikpunt 42, geplaatst op punt 62 voor het injecteren van afschrikvloeistof 50. De afschrikvloeistof 50 kan dezelfde of een andere zijn voor elke afschrikbehandeling. De stromingsrichting van de hete stroom verbrandingsgas door reactor 10 en zones 12 en 20 is door de pijl aangegeven. Afschrikvloeistof 50 kan worden geïnjecteerd door de eerste afschrikbehandeling 40 en de tweede afschrikbehandeling 42 in tegenstroom of bij voorkeur in gelijkstroom aan de richting van de stroom verbrandingsgas . Punt 14 is het verste stroomafwaartse punt van injectie van voeding 30. Zoals aan de deskundige op dit gebied zal duidelijk zijn, kan 14, het eerste stroomafwaartse punt van injectie van voeding, worden gevarieerd. De afstand van lk, het eerste stroomafwaartse punt van injectie van voeding, naar het punt van de eerste afschrikbehandeling 60 wordt voorgesteld door L-l en de afstand van het eerste stroomafwaartse punt van injectie van voeding 14 tot het punt van de tweede afschrikbehandeling 62 wordt voorgesteld door L-2.

Volgens de getekende uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is de eerste afschrikbehandeling 60 geplaatst teneinde de temperatuur van het uitstromende produkt (het mengsel van verbrandingsgassen en uitgangsmateriaal, waarin pyrolyse plaatsvindt) niet later te verlagen dan 0,002 sec, en bij voorkeur tussen 0,0 en 0,0015 sec, de verblijftijd van het eerste stroomafwaartse punt van injectie van uitgangsmateriaal. Gewoonlijk zal, om ervoor te zorgen dat het uitstromende produkt wordt afgeschrikt binnen de gespecificeerde verblijftijd, de eerste afschrikbehandeling worden uitgevoerd bij of binnen ongeveer 121,9 cm van het eerste stroomafwaartse pünt van injectie van voeding. Derhalve zal L-l liggen tussen ongeveer 0,0 en ongeveer 121,9 cm. Afschrikvloeistof wordt geïnjecteerd door het eerste afschrikpunt 60 teneinde de temperatuur van het uitstromende produkt te verlagen, bij voorkeur tot een waarde tot 427°C, meer bij voorkeur tot een waarde tussen ongeveer 10 en ongeveer 427 °C, met dien verstande echter dat de afschrikvloeistof die door het eerste afschrikpunt 60 wordt geïnjecteerd, de pyrolyse niet zal stoppen.

Bovendien wordt volgens de onderhavige uitvinding de verblijftijd van het eerste stroomafwaartse punt van injectie van voeding tot de temperatuur van het uitstromende produkt (het mengsel van verbrandingsgassen en voeding, waarin pyrolyse plaatsvindt) aanvankelijk verlaagt en de mate, waarin de temperatuur van het uitstromende wordt verlaagd, kan worden gevarieerd onafhankelijk van of tegelijkertijd voor het regelen van de aggregaatgrootte en structuur van het door de reactor geproduceerde roet. In de uitvoering van de onderhavige uitvinding, die in de figuur is gegeven, zal variatie van L-l de verblijftijd van de tijd van de eerste stroomafwaartse injectie van voeding tot de tijd, waarop de temperatuur van het uitstromende produkt wordt verlaagd, variëren. Door variatie van de hoeveelheid geïnjecteerde afschrikvloeistof kan de mate, waarin de temperatuur van het uitstromende produkt wordt verlaagd, worden gevarieerd.

Zoals in de voorgaande alinea uiteen is gezet, varieert in de uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding, die in de figuur is getoond, afhankelijk van de aggregaatgrootte en typisch gewenste structuur, L-l van ongeveer 0,0 cm tot ongeveer 121,9 cm. Afschrikvloeistof 50 verlaagt de temperatuur van het uitstromende produkt, bij voorkeur in een mate tot ongeveer 427 *0, meer bij voorkeur in een mate tussen ongeveer 10 en ongeveer 427°C, met dien verstande echter dat de pyrolyse niet zal worden gestopt op het eerste afschrikpunt 60 door de afschrikvloeistof 50.

Nadat roet met de gewenste eigenschappen is bereid, wordt de pyrolyse gestopt op punt 62 door afschrikbehandeling 42. Punt 62 is een punt, waarop roet met de gewenste eigenschappen door de reactor is geproduceerd. Zoals hierboven uiteengezet, kan punt 62 worden bepaald op elke in de techniek bekende wijze voor het kiezen van de plaats van een afschrikbehandeling die de pyrolyse stopt. Een methode voor het bepalen van de plaats van het af schrikken dat de pyrolyse stopt, is door bepaling van het punt, waarop een aanvaardbaar tolueenextractniveau voor gewenste roetprodukten uit de reactie wordt bereikt. Tolueenextractniveau kan worden gemeten onder toepassing van de ASTM-test DI6I8-83 "Carbon Black Extractables - Toluene Discoloration". L-2 zal variëren volgens de positie van punt 62.

De doelmatigheid en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen door het volgende voorbeeld verder worden toegelicht.

Voorbeeld

Voor het aantonen van de doelmatigheid van de onderhavige uitvinding werden proeven uitgevoerd in een roetproduktieproces met toepassing van twee afschrikbehandelingen en variatie van de verblijftijd van de tijd van de eerste stroomafwaartse injectie van uitgangsmateriaal tot de tijd, waarop de temperatuur van het uitstromende produkt was verlaagd, en de mate, waarin de temperatuur van het uitstromende produkt werd verlaagd. Deze verblijftijd werd gevarieerd door het variëren van L-l. De procesvariabelen voor en de resultaten van de twee reeksen proeven met roet in de experimenten zijn in de onderstaande tabel weergegeven. Set I omvat proeven 1, 2 en 3» en Set II omvat proeven 4, 5 en 6.

TABEL

Proef SETT Verblijf- Temp. Eerste Temp. Tweede Temp. CTAB Tint Tolueen CDBP Vlokkig

tijd vóór Q na Q na ontkleu- nm DPB

(sec) le Q cm le Q cm 2e Q ring

°C °C °C

1 — 1438 — 1438 128 732 109,2 120,5 68 109,5 98,8 186 2 I 0,0007 1438 42,7 1216 518 732 100,7 110,6 45 110,0 109,6 205 3 0,0005 1438 30,5 1216 609 732 94,3 102,2 73 113,4 126,9 232 4 — 1410 — 1410 457 732 91,6 114,6 77 95,2 94,1 148 5 II 0,0004 1410 30,5 1243 1036 732 93,4 106,1 78 106,4 101,5 213 6 0,0004 1410 30,5 1188 1097 732 91,4 105,0 41 107,1 103,3 220 SET I: voorverhitting = 482°C; gas = 7,2 kscfh; lucht = 8θ kcsfh; lucht/gas = 11,11; primaire verbranding = 123#; verbrandings-zonevolume = 17379 cm3; injectiezonediameter = 51 cm; snelheid verbrandingsgas in injectiezone = 609,6 m/sec; olie = 462,5 1/uur; druk olieinjectie = 1537 kPa; aantal oliegaten = 4; diameter oliegaten = 0,107 cm; diameter reactiezone = 33,07 cm.

De vloeibare voeding (olie) had de volgende samenstelling: H/C verhouding = 0,91; waterstof = 6,89 gew.#, 7,00 gew.%; kool 91,1 gew.%, 90,8 gew.%; zwavel = 1,1 gew.%; API gravity = 15,6/15,6 (60F) = 5,0; BMCI (visc-grav.) = l4l.

SET II: Voorverhitting = 593°C; gas = 7,5 kscft; lucht = 80 kscft; lucht/gas = 10,6; primaire verbranding = 118%; verbrandings-zonevolume = 17379 cm3; injectiezonediameter = 10,67 cm; snelheid verbrandingsgas in injectiezone = 70104 m/sec; olie = 514 1/uur; druk olieinjectie = 1863 kPa; aantal oliegaten = 4; diameter oliegaten = 1,07 cm; diameter reactiezone = 152,4 cm.

De vloeibare voeding (olie) had de volgende samenstelling: H/C verhouding = 1,06; waterstof = 7,99gew.$, 7,99 gew.$; kool 89,7 gew.X, 89,5 gew.%; zwavel = 0,5 gew.%; API gravity = 15,6/15,6 (60F) = 0,5; BMCI (visc-grav.) = 123·

In zowel Set I als Set II was de vloeibare brandstof, gebruikt in de verbrandingsreactie, aardgas met een methaangehalte van 95,44% en een natte verhittingswaarde van 3446,4.1θ3 J/dm3.

Zoals door de deskundige op dit gebied in het algemeen zal worden begrepen, vertegenwoordigen de procesvariabelen, weergegeven in de tabel, de variabele op één punt in de reactor en worden op de algemeen bekende wijze bepaald. Elke set proeven met roet werd uitgevoerd in een roetreactor overeenkomstig aan die, welke beschreven is in voorbeeld 1 van het Amerikaanse octrooischrift 3*922.335 met de uitzonderingen als genoteerd in de tabel.

In de tabel heeft Q betrekking op af schrikken. De eerste Q in cm heeft betrekking op L-l, de afstand van het eerste stroomafwaartse van injectie van voeding tot de eerste afschrikbehandeling. De temperatuur vóór de eerste afschrikking (Temp. vóór le Q) heeft betrekking op de f Λ temperatuur van het uitstromende produkt voor de eerste afschrikking, en de temperatuur na de eerste afschrikking (Temp. na le Q) en de temperatuur na de tweede afschrikking (Temp. na 2e Q) heeft betrekking op de temperatuur van het uitstromende produkt na de eerste afschrikbehande-ling respectievelijk de temperatuur van het mengsel van voeding en verbrandingsgassen na de tweede afschrikbehandeling. Alle temperaturen die betrekking op het afschrikken, worden berekend door gebruikelijke, bekende , thermodynamische technieken. De verblijftijd in de tabel heeft betrekking op de tijdsperiode na het eerste stroomafwaartse punt van injectie van voeding, die verliep, voordat de temperatuur van het uitstromende produkt eerst werd verlaagd. Tweede Q cm heeft betrekking op L-2 en werd empirisch bepaald met toepassing van het tolueerextractni-veau. Na elke proef werd het geproduceerde roet verzameld en geanalyseerd voor de bepaling van CTAB, tint, D (gemiddelde Stokes-diameter), S b CDBP, pluizig DBP en tolueenontkleuring. De resultaten voor elke proef zijn in de tabel weergegeven.

CTAB werd bepaald volgens de ASTM-testprocedure D 3765-85· De tint werd bepaald volgens de ASTM-testprocedure D 3265-85a. DBP van pluizig roet werd bepaald volgens de werkwijze die weergegeven is in ASTM D 24l4-86. CDBP werd bepaald volgens de procedure die is weergegeven in ASTM D 3^93-86. Tolueenontkleuring werd bepaald volgens de ASTM-testprocedure D 1218-83.

Dgt (gemiddelde Stokes-diameter) werd bepaald met schijfcentrifu-gefotosedimentometrie volgens de volgende beschrijving. De volgende procedure is een modificatie van de procedure, beschreven in The Instruction Manual for the Joyce-Loebl Disc Centrifuge, file ref. DCF4.008, gepubliceerd op 1 februari 1985, verkrijgbaar van Joyce-Loebl Company ((Marquisway, Team Valley, Gateshead, Tyne & Wear, England), waarvan de leer hierin door referentie wordt opgenomen. De procedure is als volgt. 10 mg van een roetmonster wordt gewogen in een weegvat, vervolgens toegevoegd aan 50 cm3 Van een oplossing van 10% absoluut ethanol, 90% gedestilleerd water, bereid als 0,05% nonidet P-40 oppervlakte-actieve stof (nonidet P-40 is een geregistreerd handelsmerk voor een oppervlakteactieve stof, bereid en in de handel gebracht door Shell Chemical Co.). De suspensie wordt gedispergeerd door middel van ultrasone energie gedurende 15 min onder toepassing van een Sonifier Model No.

W 385. vervaardigd en in de handel gebracht door Heat Systems Ultrasonics Inc, Farmingdale, New York. Voorafgaande aan de schijfcentrifuge-proef werden de volgende gegevens in de computer gebracht, welke de gegevens uit de schijfcentrifuge registreert: 1. het soortelijk gewicht van het roet, genomen als 1,86 g/cnw is; 2. het volume van de oplossing van het roet, gedispergeerd in een oplossing van water en ethanol, welke in dit geval 0,5 cm3; 3· het volume van de draaivloeistof die in dit geval 10 cm3 water is; 4. de viscositeit van de draaivloeistof, die in dit geval wordt geno men als 0,933 cP bij 23°C; 5. de dichtheid van de draaivloeistof die in dit geval 0,9975 g/cm3 bij 23°C is; 6. de snelheid van de schijf, die in dit geval 8000 omwentelingen per minuut is; 7. de gegevens betreffende het interval van monstername, die in dit geval 1 seconde is.

De schijfcentrifuge wordt bediend met 8000 omwentelingen per minuut, terwijl de stroboscoop in werking is. 10 cm3 gedestilleerd water wordt geïnjecteerd in de draaiende schijf als de draaivloeistof. Het niveau van troebeling wordt op 0 gesteld en 1 cm3 Van de oplossing van 10¾ absoluut ethanol en 90¾ gedestilleerd water wordt geïnjecteerd als een buffervloeistof. De "cut and boost" schakelaars van de schijfcentrifuge worden vervolgens bediend voor het produceren van een gladde con-centratiegradient tussen de draaivloeistof en de buffervloeistof en de gradient wordt visueel waargenomen. Wanneer de gradiënt zo glad wordt, dat er geen onderscheidbare grens tussen de twee vloeistoffen is, wordt 0,5 cm3 van de gedispergeerde roet in ethanoloplossing in water geïnjecteerd in de draaiende schijf en de verzameling van gegevens wordt onmiddellijk gestart. Indien "stroming" optreedt, wordt de proef afgebroken. De schijf wordt gedurende 20 minuten gedraaid na de injectie van de gedispergeerde roet in de ethanoloplossing in water. Na de 20 minuten draaien wordt de schijf gestopt, de temperatuur van de draaivloeistof wordt gemeten en het gemiddelde van de temperatuur van de draaivloeistof wordt gemeten als het begin van de proef en de temperatuur van de draaivloeistof, gemeten aan het eind van de proef, wordt in de computer gebracht, die de gegevens van de schijfcentrifuge registreert. De gegevens worden geanalyseerd volgens de standaard Stokes-vergelijking en worden gepresenteerd met toepassing van de volgende definities: roetaggregaat - een discrete, stijve colloïdale entiteit, dat is de kleinste dispergeerbare eenheid; deze is samengesteld uit extensief gecoalesceerde deeltjes;

Stokes-diameter - de diameter van een bolletje dat sedimenteert in een viskeus medium in een centrifugaal- of zwaartekrachtveld volgens de Stokes-vergelijking; een niet-bolvormig object, zoals een roetaggregaat, kan ook worden voorgesteld in termen van de Stokes-diameter, wanneer het wordt beschouwd als zich gedragende als een glad, stijf bolletje met dezelfde dichtheid en mate van sedimentatie als het object. De gebruikelijke eenheden wordt uitgedrukt als diameter in run; gemiddelde Stokes-diameter (Dgt voor het weergeven van doelstellingen) - het punt op de verdelingskromme van de Stokes-diameter, waar 50 gew.% van het monster hetzij groter hetzij kleiner is. De waarde komt derhalve overeen met de gemiddelde waarde van de bepaling.

Zoals weergegeven in de tabel maakt de onderhavige uitvinding de produktie mogelijk van roet met verhoogde CDBP, pluizig DBP en D en S t verlaagde tinten in vergelijking met roet, geproduceerd door de controle roetprocesproeven, 1 en k, met toepassing van een enkelvoudig afschrikken. Dit geeft aan dat roet volgens de onderhavige uitvinding wordt gekenmerkt door verhoogde aggragaatgroötte en structuur. Zoals aangegeven door de resultaten voor set II maakt de onderhavige uitvinding verder de produktie mogelijk van roet met verhoogde CDBP, pluizig DBP en D en S w verlaagde tinten voor een betrekkelijk constante CTAB. Dit geeft aan dat de onderhavige uitvinding roet produceert met verhoogde aggregaatgrootte en structuur voor een gegeven CTAB.

Zoals aangetoond door de resultaten van set I leverde de onderhavige uitvinding roet met verhoogde CDBP, pluizig DBP en D en verlaagde

SU

tinten in vergelijking met roet, dat was bereid door de controle roet-procesproef 1 bij verschillende verblijftijden, waarbij de temperatuur van het uitstromende produkt aanvankelijk in dezelfde mate was verlaagd.

Aangezien de onderhavige uitvinding betrekking heeft op een werkwijze voor het regelen van de aggregaatgrootte en structuur van roet, kunnen talrijke variaties en modificaties in de boven beschreven roet-produktieproeven zonder van de onderhavige uitvinding af te wijken zonder meer worden uitgevoerd. Dientengevolge moet duidelijk worden begrepen, dat de vormen van de onderhavige uitvinding, die hier beschreven zijn en in de figuur getoond zijn, alleen illustratief zijn en niet zijn beoogd om de omvang van de uitvinding te beperken. De onderhavige uitvinding omvat alle modificaties die binnen het kader van de volgende conclusies vallen.

Claims

1. Werkwijze voor het regelen van de aggregaatgrootte en structuur van roet, met het kenmerk dat men een stroom van hete verbrandingsgassen door een reactor leidt; voeding in de stroom van hete verbrandingsgassen injecteert op een of meer punten voor de vorming van een uitstromend produkt en het starten van pyrolyse van de voeding in het uitstromende produkt; de temperatuur van het uitstromende produkt op een eerste punt binnen een tijdsperiode van 0,002 sec stroomafwaarts van het eerste stroomafwaartse punt van injectie van voeding verlaagt zonder de pyrolyse van de voeding in het uitstromende produkt te stoppen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat men de temperatuur van het uitstromende produkt verlaagt in een mate tot ongeveer 427°C.

3· Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat men de temperatuur van het uitstromende produkt verlaagt tot een mate tussen ongeveer 10 en ongeveer 427°C.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat men de temperatuur van het uitstromende produkt verlaagt binnen een tijdsperiode van ongeveer 0,0 tot ongeveer 0,0015 sec van het eerste stroomafwaartse punt van injectie van voeding.

5· Werkwijze volgens conclusie 3» met het kenmerk dat men de temperatuur van het uitstromende produkt verlaagt binnen een tijdsperiode tussen ongeveer 0,0 en ongeveer 0,0015 sec vanaf het eerste stroomafwaartse punt van injectie van voeding.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk dat men de temperatuur van het uitstromende produkt verlaagt door het injecteren van een afschrikvloeistof.

7· Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk dat men de temperatuur van het uitstromende produkt verlaagt binnen een tijdsperiode tussen ongeveer 0,0 en ongeveer 0,0015 sec vanaf het eerste stroomafwaartse punt van injectie van uitgangsmateriaal.

8. Werkwijze volgens conclusie 6 of 7. met het kenmerk dat men met de afschrikvloeistof de temperatuur van het uitstromende produkt verlaagt tot ongeveer k2]°C.

9· Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk dat men met de afschrikvloeistof de temperatuur van het uitstromende produkt verlaagt tussen ongeveer 10 en ongeveer 427°C.

10. Werkwijze volgens conclusie 7. met het kenmerk dat men met de temperatuur van het uitstromende produkt verlaagt tussen ongeveer 10 en ongeveer 427°C.

11. Werkwijze voor de bereiding van roet met geregelde aggregaatgroot-te en structuur, met het kenmerk dat men een stroom van hete verbrandingsgassen door een reactor leidt; voeding in de stroom van hete verbrandingsgassen injecteert op een of meer punten voor de vorming van een uitstromend produkt en het starten van pyrolyse van de voeding in het uitstromende produkt; de temperatuur van het uitstromende produkt op een eerste punt binnen een tijdsperiode van 0,002 sec stroomafwaarts van het eerste stroomafwaartse punt van injectie van voeding verlaagt zonder de pyrolyse van de voeding in het Uitstromende produkt te stoppen; de temperatuur van het uitstromende produkt verder verlaagt op een tweede punt, stroomafwaarts ten opzichte van het eerste punt om pyrolyse van de voeding in het uitstromende produkt te stoppen; en roetprodukt afscheidt en verzamelt.

12 Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk dat men de temperatuur van het uitstromende produkt verlaagt in een mate tot ongeveer 427°C.

13. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk dat men de temperatuur van het uitstromende produkt tot een mate tussen ongeveer 10 en ongeveer

14. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk dat men de temperatuur van het uitstromende produkt verlaagt binnen een tijdsperiode tussen ongeveer 0,0 en ongeveer 0,0015 sec vanaf het eerste stroomafwaartse punt van injectie van voeding.

15. Werkwijze volgens conclusie 13, met het kenmerk dat men de temperatuur van het uitstromende produkt verlaagt binnen een tijdsperiode tussen ongeveer 0,0 en ongeveer 0,0015 sec vanaf het eerste stroomafwaartse punt van injectie van voeding.

16. Werkwijze volgens een der conclusies 11-15 met het kenmerk dat men de temperatuur van het uitstromende produkt verlaagt door injectie van een afschrikvloeistof.

17· Werkwijze volgens conclusie 16, met het kenmerk dat men de temperatuur van het uitstromende produkt verlaagt binnen een tijdsperiode tussen ongeveer 0,0 en ongeveer 0,0015 sec vanaf het eerste stroomafwaartse punt van injectie van uitgangsmateriaal.

18. Werkwijze volgens conclusie 16, met het kenmerk dat men met de afschrikvloeistof de temperatuur van het uitstromende produkt verlaagt tot ongeveer 427°C.

19· Werkwijze volgens 16, met het kenmerk dat men met de afschrikvloeistof de temperatuur van het uitstromende produkt verlaagt tussen ongeveer 10 en ongeveer 427°C.

20. Werkwijze volgens conclusie 17, met het kenmerk dat men met de afschrikvloeistof de temperatuur van het uitstromende produkt tussen ongeveer 10 en ongeveer 427°C verlaagt.