RO113148B1

RO113148B1 - Metoda pentru controlul granulatiei si structurii negrului de fum

Info

Publication number: RO113148B1
Application number: RO144735A
Authority: RO
Inventors: J Kaul David; L Sifleet William; T Gaudet Gregory; M Porteous William; C Morgan Allan
Original assignee: Cabot Corp
Priority date: 1989-04-06
Filing date: 1990-04-05
Publication date: 1998-04-30
Also published as: CA2012627A1; CZ284688B6; JPH0749541B2; AU625117B2; SE9001090L; AU5256890A; KR930005684B1; CN1050855C; TR24400A; BE1002548A3; HU902100D0; IT1240745B; NL9000500A; PL163727B1; FR2645542B1; GB2232409A; CA2012627C; FR2645542A1; JPH0362858A; PT93676A

Description

Invenția de față se referă la o metodă pentru controlul granulației și structurii negrului de fum, care se produce într-un reactor corespunzător, prin piroliza unei hidrocarburi, cu gaze de combustie fierbinți, rezultând produși de combustie, ce conțin negru de fum sub formă de particule.

Sunt cunoscute procedee de obținere a negrului de fum, conform cărora (US 3401020, 2785964), un combustibil, ales de preferință dintre hidrocarburi și un oxidant, de prefrință aer, sunt injectate într-o primă zonă a reactorului, pentru a reacționa și a forma gaze de combustie fierbinți. în prima zonă menționată, se alimentează de asemenea o hidrocarbură sub formă gazoasă sau lichidă și se începe piroliza acesteia. Piroliza menționată se referă la descompunerea respectivei hidrocarburi. Amestecul de gaze de combustie rezultat, în care se realizează piroliza trece apoi întro zonă de reacție unde se definitivează reacția de formare a negrului de fum.

Conform unui alt procedeu cunoscut, într-un reactor corespunzător un combustibil lichid sau gazos reacționează cu un oxidant, de preferință aer, în prima zonă, pentru a se forma gaze de combustie fierbinți. Aceste gaze de combustie fierbinți, circulă în flux descendent în reactor, într-o zonă de reacție și dincolo de acestea. Pentru producerea negrului de fum, într-unul sau mai multe puncte pe traseul fluxului de gaze fierbinți, de combustie, se injectează o hidrocarbură, sub formă lichidă, gazoasă sau vapori, care poate să fie aceiaș sau diferită de combustibilul utilizat, pentru formarea fluxului de gaz de combustie, prima zonă (sau zonă de combustie) și zona de reacție, sunt despărțite printr-o gâtuitură sau o zonă cu diametru redus, mai mică în secțiune transversală, decât respectivele zone de combustie sau de reacție. Hidrocarbura ce se alimentează poate fi injectată pe traseul fluxului gazelor de combustie, după și/sau în zona cu diametrul redus. Reactoare pentru producerea negrului de fum, de acest tip, sunt descrise în brevetul US (republicat)

28974 și US 3922335.

Atât în cazul procedeelor și reactoarelor prezentate mai sus, cât și în cazul altor procedee și tipuri de reactoare cunoscute, pentru producerea negrului de fum, gazele de combustie fierbinți sunt menținute la o temperatură suficient de ridicată, pentru a realiza piroliza hidrocarburii, injectate în fluxul gazului de combustie. în reactorul descris în brevetul US 3401020, la care s-a făcut mențiune mai sus, hidrocarbura se injectează într-unul sau mai multe puncte în aceeași zonă în care se formează gazele de combustie. în cazul altor tipuri de procedee și reactoare, injectarea hidrocarburii se realizează în unul sau mai multe puncte, după ce s-a format fluxul de gaz de combustie. în oricare tip de reactor, ținând cont că fluxul de gaz de combustie circulă continuu, în direcție descendentă, piroliza se realizează continuu, pe măsură ce amestecul hidrocarbură injectată-gaze de combustie trece prin zona de reacție. Amestecul constituit din hidrocarbura alimentată și din gaze de combustie, în care se realizează piroliza, este definit în cele ce vor urma, prin noțiunea de efluent”. Durata de staționare a efluentului în zona de reacție a reactorului, trebuie să fie suficientă, în condițiile date, pentru formarea negrului de fum. Prin durată de staționare sau “timp de rezidență” se înțelege durata din momentul contactului inițial între gazele de combustie fierbinți și materialul hidrocarbonic (hidrocarbura] alimentat prin injectare. După ce se formează negrul de fum cu caracteristicile dorite, temperatura efluentului este redusă, pentru oprirea pirolizei. Această reducere a temperaturii se poate realiza prin orice tehnică cunoscută, cum este injectarea unui lichid de răcire sau introducerea unui răcitor în efluent. După cum s-a menționat mai sus, piroliza se oprește, în momentul în care, în reactor s-a obținut negru de fum cu caracteristicile dorite. Pentru a determina momentul în care piroliza trebuie oprită, există posibilitatea preluării unei probe de efluent și determinarea nivelului de decolorare a

RO 113148 Bl toluenului, (conform ASTM 1618-93). Răcitorul, de regulă, este amplasat în punctul unde nivelul de extract de toluen atinge un nivel acceptabil pentru realizarea în respectivul reactor a negrului de fum de calitate dorită. După ce piroliza este oprită, efluentul este trecut printr-un sistem de filere cu saci, pentru separarea și colectarea negrului de fum.

De regulă, se utilizează un singur răcitor. Totuși în brevetul US 3401020, este descrisă folosirea a două răcitoare pentru controlul anumitor proprietăți ale negrului de fum. Respectivul brevet se referă la controlul proprietăților, prin tratament termic, respectivele proprietăți determinând nivelul modulului negrului de fum. Modulul negrului de fum, se refră la perfoemanța sa în produsele de cauciuc. Tratamentul termic menționat, se realizează prin reglarea debitelor de apă, în două răcitoare cu pulverizare de apă, montate în serie în fluxul de efluent a unui reactor pentru obținerea negrului de fum. în articolul intitulat “Efectul tratamentului termic asupra determinării proprietăților negrului de fum”, autorii Scheffer și Smith, publicat în Industrial and Engineering chemistry, voi. 47, nr. 6, iunie 1955, pag. 1296, este precizat faptul că aplicarea tratamentului termic, va conferi anumite proprietăți negrului de fum. De menționat însă, că schimbarea proprietăților de modul ale negrului de fum, este efectul unei schimbări în caracteristicile chimice superficiale ale negrului de fum. De aceea, poziționând răcitoarele, așa cum este specificat în brevetul US 3401020, pentru a supune fluxul de gaz de combustie la condiții diferențiate de temperatură, sunt influențate proprietățile de modul ale negrului de fum, în aparență prin modificarea caracteristicilor chimice superficiale ale negrului de fum, și într-o mai mică măsură este influențată, morfologia negrului de fum, într-un mod plauzibil. Astfel în brevetul menționat, se face precizarea, că ambele răcitoare sunt amplasate într-o poziție în zona de reacție, în care s-a realizat deja, într-o măsură semnificativă, piroliza materialului hidrocarbonic, alimentat prin injectare. Astfel, se poate considera că în cadrul procedeului descris în brevetul US 3401020, timpul în care efluentul ajunge la primul răcitor, este determinant pentru proprietatea negrului de fum de absorbție superficială a bromurii de cetiltrimetilamoniu (în continuare CTAB), nuanța negrului de fum, pentru valoarea indicelui de absorbție a dibutilftalatului (în continuare DBP) și pentru diametrul Stokes al negrului de fum. Ca urmare, modificarea proprietăților de modul ale negrului de fum, în cadrul procedeului descris în brevetul US 3401020, nu conduce la o modificare a proprietăților morfologice ale negrului de fum. De asemenea, în cadrul procedeului descris nu se acordă nici o semnificație poziției primului răcitor față de punctul de injectare a materialului hidrocarbonic sau “timpului de rezidență” și nu sunt descrise posibilitățile sau mijloacele de selectare a poziției acestui prim răcitor.

în brevetul US 4230670, se sugerează, de asemenea, folosirea a două răcitoare, pentru oprirea pirolizei. Cele două răcitoare sunt amplasate la o distanță semnificativă de punctul unde un singur răcitor ar putea să fie localizat. Scopul folosirii celor două răcitoare, este de a asigura într-o mai mare măsură, lichid de răcire în zona de reacție, pentru a se opri cu mai multă eficiență piroliza. Totuși, prin timpul în care efluentul atinge răcitoare, se definesc caracteristicile CTAB, de nuanță, DSP și diametrul Stokes ale negrului de fum ce se obține.

în brevetele US 4265870 și 4316876, se sugerează folosirea unui al doilea răcitor, amplasat în aval de primul răcitor, pentru a preveni deterioararea sistemului filtrant. în ambele brevete, primul răcitor oprește complet piroliza și este amplasat într-o poziție, în general cunoscută, iar prin timpul în care efluentul ajunge la primul răcitor sunt definite caracteristicile CTAB, de nuanță, DSP și diametrul Stokes ale negrului de fum. Al doilea răcitor reduce în continuare temperatura fluxului de gaz de combustie, pentru protejarea unității filtrante.

RO 113148 Bl

Brevetul US 4358289 se referă, de asemenea, la preîntâmpinarea deteriorării sistemului de filtrare, prin utilizarea unui schimbător de căldură, amplasat după răcitor. în acest brevet, răcitorul oprește de asemenea complet piroliză și este amplasat într-o poziție în general cunoscută în stadiul tehnicii. în acest brevet de asemenea timpul în care efluentul ajunge la primul răcitor, este determinant pentru caracteristicile CTAB, de nuanță, DSP și diametrul Stokes ale negrului de fum.

Brevetul US 3615211 se referă la o metodă de îmbunătățire a uniformității negrului de fum, cât și de prelungire a duratei de funcționare a reactorului. Pentru acesta se sugerează folosirea unei multitudini de răcitoare amplasate în zona de reacție pentru menținerea unei temperaturi practic constante în această zonă. O anumită cantitate de fluid de răcire se injectează în răcitorul plasat amonte în reactor, la distanța cea mai mare, această cantitate de fluid injectat, mărinduseîn fiecare răcitor amplasat în continuare în aval. Răcitorul plasat cel mai departe în aval oprește piroliză. Prin menținerea unei temperaturi constante în zona de reacție, se asigură uniformitatea negrului de fum rezultat.

Este totuși, în general, de dorit să existe posibilitatea de a regla morfologia negrului de fum, astfel încât să poată fi produs un negru de fum bine adaptat unei anumite utilizări finale.

Este, de asemenea, de dorit mărirea granulației și a structurii agregatului pentru o arie dată de suprafață, reprezentate de un DBP mărit, o nuanță atenuată și un diametru Stokes mărit, caracteristici care asigură realizarea unui negru de fum mai bine adaptat unor utilizări finale prestabilite.

Problema pe care o rezolvă invenția de față constă în stabilirea condițiilor și definirea mijloacelor pentru reglarea dimensiunii și structurii agregatului negrului de fum.

Metoda pentru controlul granulației și structurii negrului de fum, conform invenției, realizează controlul morfologiei negrului de fum, format în efluent, prin scăderea temperaturii efluentului, până la oprirea pirolizei materialului în efluent, într-un prim punct, situat în aval de punctul din aval cel mai îndepărtat de injectare a materialului, într-o perioadă de timp de maximum O.OO2 s.

Invenția de față prezintă următoarele avantaje:

- se poate controla granulație și structura negrului de fum, rezultat din proces;

- se poate produce negru de fum, având granulația și structura agregatului mărite, puse în evidență prin DBP mărit, nuanțe atenuate, și diametre Stokes mărite, pentru o arie dată a suprafeței.

în cele ce urmează, invenția va fi expusă în detaliu, cu referire și la figură, care reprezintă o secțiune transversală printr-un reactor pentru producerea negrului de fum, și în care se ilustrează amplasarea primului și a celui de la doilea răcitor.

Metoda conform invenției asigură posibilitatea controlului morfologiei negrului de fum produs în cadrul unui proces ce se desfășoară într-un furnal corespunzător, pentru negru de fum, prin scăderea temperaturii efluentului, fără oprirea pirolizei, de preferință până la circa 427°C [800°F], într-un timp de rezidență specificat de până la circa 0,002 s, în aval, de cel mai îndepărtat punct de aval al injectării materialului hidrocarbonic în gazele de combustie. Această scădere a temperaturii poate fi realizată prin amplasarea primului răcitor, la sau până la circa 122 cm în aval, de cel mai îndepărtat punct în aval de injectăre a materialului hidrocarbonic și prin injectarea lichidului de răcire.

Prin controlul asigurat de metoda conform invenției, se poate obține un negru de fum având caracteristici morfologice specifice, cum sunt o granulație mai mare a agregatului și structură îmbunătățită ce prezintă un DBP mai ridicat, o nuanță atenuată și diametrul Stokes mărit pentru o suprafață dată având CTAB mărit. Aceste proprietăți morfologice ale negrului de fum pot fi controlate, prin variația gradului în

RO 113148 Bl care temperatura efluentului este redusă și/sau prin variația timpului de rezidență, față de timpul injectării materialului hidrocarbonic în punctul cel mai îndepărtat în aval, până când temperatura efluentului este redusă.

Mai detaliat, prezenta invenție se referă la o metodă pentru controlul granulației și structurii negrului de fum, produs într-un agregat corespunzător, prin scăderea temperaturii efluentului, (amestecul de gaze de combustie și material hidrocarbonic injectat, în care are loc piroliza) fără oprirea pirolizei, la un timp de rezidență cuprins între □,□ și 0,002 s, de preferință între 0,0 și 0,0015 se, în aval de cel mai îndepărtat punct de injectare a materialului hidrocarbonic. Temperatura efluentului este redusă, în intervalul “timpului de rezidență” specificat mai sus, de preferință până la 427°C (800°F) și optim între 10°C (50°F) și 427°C (800°F),

Temperatura efluentului poate fi redusă cu ajutorul unui răcitor de preferință un răcitor care poate să injecteze lichid de răcire, în efluent, amplasat într-un astfel de punct al reactorului, încât efluentul să fie răcit în intervalul cuprins între 0,0 și circa 0,002 s și de preferință între 0,0 și 0,0015 s, în aval de cel mai îndepărtat punct în aval de injectare a materialului hidrocarbonic. în mod tipic, pentru ca efluentul să fie răcit în timpul de rezidență menționat mai sus, răcitorul trebuie amplasat la sau până la circa 122 cm în aval, de cel mai îndepărtat punct în aval de injectare a materialului hidrocarbonic. Răcitorul reduce temperatura efluentului de preferință de preferință până la 427°C și optim între 10°C și 427°C, dar nu oprește piroliza. Conform prezentei invenții, gradientul cu care temperatura efluentului este redusă și timpul de rezidență la care scăderea temperaturii efluentului are loc, pot fi variate independent sau simultan, pentru realizarea controlului granulației și structurii negrului de fum produs în respectivul reactor. într-un reactor ce folosește un răcitor și injectarea unui fluid de răcire, pentru scăderea temperaturii efluentului, în cadrul timpilor de rezidență specificați, această variație a gradientului de reducere a temperaturii efluentului, poate fi realizată prin variația corespunzătoare a poziției răcitorului. După obținerea negrului de fum cu proprietățile dorite, piroliza este oprită. Ca urmare, prezenta invenție permite producerea negrului de fum, având granulații și structuri, la o anumită arie a suprafeței, mai mari decât în cazul negrului de fum fabricat prin procedee similare, în care temperatura efluentului nu este redusă în timpul de rezidență specificat.

în continuare, se prezintă un exemplu concret de realizare a invenției.

Pe figură, este ilustrată o porțiune 10 a unui reactor pentru producerea negrului de fum, ce include o zonă de reacție 12 și o zonă cu diametrul redus 20. Zona de reacție 12 este echipată cu un prim răcitor 40 amplasat într-un punct 60 și respectiv cu un al doilea reactor 42 amplasat într-un punct 62, al respectivei zone de reacție de 12. Prin răcitoarele 40 și 42 se injectează jeturi de fluid de răcire 50. Fluidul de răcire injectat prin respectivele răcitoarele 40 și 42 poate fi același în ambele cazuri sau diferit. Direcția de curgere a fluxului de gaz de combustie fierbinte prin porțiunea de reactor 10 și respectiv prin zonele 12 și 20 este ilustrată de săgeata A. Lichidul de răcire poate să fie injectat de primul răcitor40 și de cel de al doilea răcitor 42, în contracurent sau de preferință în echicurent cu direcția fluxului gazului de combustie. Punctul 14 ilustrat pe figură este cel mai depărtat punct în aval al injectării materialului hidrocarbonic 30. Desigur poziția punctului (14), poate să varieze. Distanța de la punctul 14 menționat la punctul 50, în care este amplasat prin răcitor (40), este notată cu Lj, iar distanța dintre punctul 14 și punctul 62, în care este amplasat al doilea răcitor (42), este notată cu L₂.

în varianta prezentată, primul răcitor 40, este amplasat în zona de reacție (12), pentru a scădea temperatura efluentului (amestecul de gaze de combustie și mate

RO 113148 Bl rial hidrocarbonic injectat, în care are loc piroliza], nu mai târziu de 0,002 s, și de preferință între 0,0 și 0,0015 s, timpul de rezidență de4 la cel mai îndepărtat punct în aval respectiv 14 de injectare a materialului hidrocarbonic. în mod tipic, pentru ca efluentul să fie răcit în timpul de rezidență specificat, primul răcitor 40 va fi amplasat la sau până la 122 cm de cel mai îndepărtat punct în aval 14, de injectare a materialului hidrocarbonic. Ca urmare, distanța L, poate să varieze între 0,0 și 122 cm. Lichidul de răcire este injectat prin primul răcitor 40, pentru a scădea temperatura efluentului de preferință cu un gradient de până la 427°C, și optim cuprins între 10°C și 427°C, cu condiția ca primul răcitor 40, să nu oprească piroliza.

în plus, în condițiile conform invenției, timpul de rezidență, de la cel mai îndepărtat punct în aval de injectare distanța L₁, până ce temperatura efluentului se reduce, și gradientul cu care temperatura menționată se reduce, poate să fie variat, independent sau simultan cu variația timpului de rezidență, în cauză, pentru a se realiza controlul granulației și a structurii negrului de fum, produs în reactor. în varianta ilustrată pe figură, prin varierea distanței L_n se variază timpul de rezidență, de la timpul celei mai apropiate injectări în aval a materialului hidrocarbonic, la timpul la care temperatura efluentului se reduce. Prin Variația cantității fluidului de răcire injectat, se poate modifica gradientul de reducere a temperaturii efluentului.

Așa cum s-a expus în paragraful precedent, în varianta ilustrată pe figură, în funcție de granulația și structura dorită,

L, variază în mod tipic, între 0,0 și 122 cm. Fluidul de răcire injectat reduce temperatura efluentului de preferință cu un gradient de până la 427°C, și optim cuprins între 10°C și 427°C, cu condiția ca fluidul alimentat să nu întrerupă piroliza.

După ce s-a obținut negru de fum în cantitatea dorită, având caracteristicile impuse, piroliza este întreruptă cu ajutorul răcitorului 42. Punctul 62 este poziția în care în reactorul respectiv, s-a obținut negru de fum având caracteristicile dorite. Poziția punctului 62, poate să fie determinată în orice mod în sine cunoscut, pentru a determina poziția unui răcitor care oprește piroliza. O metodă posibilă pentru a determina poziția răcitorului care oprește piroliza, constă în a determina poziția în care se realizează un nivel acceptabil al extractului de toluen, pentru negrul de fum din reactor. Nivelul extractului de toluen se determină efectuând testul de decolorare a toluenului conform ASTM 1618-83. L_a va varia în funcție de poziția punctului 62.

Pentru demonstrarea eficienței metodei conform invenției, s-au efectuat teste, în cadrul unui procedeu de fabricare a negrului de fum utilizând două răcitoare, variind timpul de rezidență, între timpul corespunzător celei mai îndepărtate injectări de material hidrocarbonic și timpul când are loc reducerea temperaturii efluentului și micșorând gradientul de reducere a temperaturii. Timpul de rezidență menționat se modifică prin varierea distanței L,. S-au testat două seturi de negru de fum. Variabilele de proces și rezultatele obținute, sunt prezentate în tabelul ce urmează. Setul I cuprinde testele 1, 2 și 3, iar setul II testele 4, 5 și 6.

RO 113148 Bl

DBP	CD CD	205	cu 00 cu	148	213	o CU CU
Diametru Stokes nm-Dst	98,8	109,6	126,9	cn	101,5	10,3
cl CD O ω	109, 2	110, 0		95,2	cd’ _ O	107, 1
Decolorare toluen	89	45	73	77	78	sr
Nuanța	120,5	110,6	102,2	114,6	cd' O	105,0
CTAB	109, 2	100, 7	94,3	91,6	93,4	91,4
Temperatur a după al doilea căcitoc [°C]	732	732	732	732	cu co [X	732
_y E —¹ o	131	531	LO CU CD	468	CD O CU	cu IO
Tempel·atul·a după primul l·ăcitol· (°C)	00 co	CD cu	1216	1410	1243	1243
	o	44	co	O	312,5	312,5
Tempel·atul·a înainte de primul l·ăcitol· (°C)	CD 00 st V	1438	00 00	1410	O	1410
Timp de l·ezidență [sec]	o	0,007	io o o o		o o o	0,004
Test ne.		cu	co		LO	CD
Set	—	—

RO 113148 Bl

Datele din tabel

SET I: Preîncălzire = 482°C; Gaz = 216 m³/h; Aer = 2400 m³/h; Aer: Gaz = 11:11; Combustie primară =123 %; Volumul zonei de combustie = 2,55 m³; Diametrul zonei de injecție = 10,67 cm; Lungimea zonei de injecție = 30,48 cm; Viteza gazului de combustie în zona de injecție = 625 m/sec; Petrol = 480 l/h; Presiunea de injecție a petrolului =16,1 kg/cm²; Tipul injectoarelor = 4; Diametrul injectoarelor de petrol = 0,11 cm; Diametrul zonei de reacție = 35 cm.

Materialul injectat (petrol], are următoarea compoziție: H:C=0,91; Hidrogen=6,89-7,00 % greutate; Carbon=91,1 % în greutate; Sulf=1,1 % în greutate; Gravitate API=5,0 la 15,6°C; BMCI (viscozitate-gravitate)=141.

SET II: Preîncălzire = 593°C; Gaz = 225 m³/h; Aer = 2400 m³/h; Combustie primară =118%; Volumul zonei de combustie = 2,55 m³; Diametrul zonei de injecție = 10,67 cm; Lungimea zonei de injecție = 30,48 cm; Viteza gazului de combustie în zona de injecție = 719 m/sec; Țiței (debit] = 533 l/h; Presiunea de injecție a petrolului = 18,9 kg/cm²; Tipul injectoarelor de petrol = 4; Diametrul injectoarului de petrol = 0,11 cm; Diametrul zonei de reacție = 15,24 cm.

Lichidul injectat (petrol), are următoarea compoziție: raportul

H:C=1,D6; Hidrogen=7,99 % greutate; Carbon=89,5-89,7 % greutate; Sulf=0,5 % în greutate; Gravitate API=5,0 la 15,6°C; BMCI (viscozitate-gravitate)=123.

în ambele seturi (I și II) combustibilul fluid utilizat în reacția de combustie, este gazul natural, având un conținut de metan de 95,44 % si o putere calorifică de

8231,6 Kcal/m³.

Parametrii procedeului ilustrați în tabelul 1, reprezintă variabile într-un anumit punct al reactorului, și sunt determinați într-un mod în sine cunoscut. Fiecare set de teste cu negru de fum, s-a realiza întrun reactor similar celui descris în brevetul US 3922335 [exemplul 1) cu excepțiile indicate în tabelul 1.

în tabelul 1, L, reprezintă distanța de la cel mai îndepărtat punct de injecție în aval al materialului hidrocarbonic, la primul răcitor, temperatura înaintea primului răcitor, se referă la temperatura efluentului înaintea primului răcitor și temperatura după al doilea răcitor, se referă la temperatura efluentului după primului răcitor și respectiv la temperatura amestecului de material injectat și gaze de combustie, după cel de al doilea răcitor. Toate temperaturile referitoare la răcire, sunt calculate prin tehnicile termodinamice convenționale. Timpul de rezidență prezentat în tabel, se referă la intervalul de timp din momentul injectării materialului hidrocarbonic la punctul cel mai îndepărtat în aval înainte ca temperatura efluentului să înceapă să scadă. L_a se determină experimental, luând ca bază nivelul extractului de toluen (al negrului de fum testat). După fiecare testare, negrul de fum produs se colectează și se supune analizei pentru determinarea CTAB (absorbția superficială a bromurii de cetiltrimetilamoniu, cum s-a precizat și mai înainte), nuanța, Dst (diametru Stokesvaloarea medie), CDBP (indicele de absorbție a dibutilftalatului de negru de fum în cazul negrului de fum afânat) și decolorarea cu toluen. Rezultatele fiecărui test sunt înscrise în tabel.

CTAB se determină în condițiile ASTM D 3765-85. Nuanța negrului de fum se detrmină în condițiile procedurii din ASTM D 3765-85. DBPîn cazul negrului de fum afânat (pufos), se determină în condițiile ASTM D 2414-86. CDBP se determină în condițiile procedurii din ASTM D 3493-86. Decolorarea cu toluen se determină în condițiile ASTM D 1618-83.

Dst (diametru Stokes mediu) se determină prin fotosedimentametrie, folosind centrifuga cu disc, în condițiile care vor fi descrise în cele ce vor urma. Procedura de determinare folosită, reprezintă o modificare a procedurii descrise în Manualul de instrucțiuni pentru Centrifuga cu Disc Joyce Laebel, File Ref. DCF4008, publicația 1 februarie 1985, pus la dispoziție de firma Joyce Laebel (Marquisway, Team Valley, Gateescead, Tyne and Wear, GB) ale cărui prevederi sunt prezentate în continuare. Se proce

RO 113148 Bl dează, după cum urmează: 10 mg negru de fum se cântăresc într-un vas de cântărire. Se adaugă apoi 50 cm³ soluție conținând 10 % alcool absolut, 90 % apă distilată și 0,05 % agent tensioactiv NONIDET P-40 (sub aceastp marcă, respectivul agent activ de suprafață este produs și comercializat de firma Schell Chemical Co). Suspensia este dispersată cu ajutorul energiei ultrasonice, timp de 15 minute, folosind modelul Sonifier Nr. W 385, realizat și comercializat de către Heat Systems Ultrasonics Inc., Farmingdale, New York.

înainte de efectuarea testului cu centrifuga cu disc, se introduc în calculator, următoarele date care se înregistrează:

1- greutatea specifică a negrului de fum preluat, care este 1,86 g/cm³;

2- volumul soluției de negru de fum, dispersată într-o soluție de apă și etanol, care în acest caz este de 0,5 cm³;

3- volumul de fluid rotitor care în acest caz este de 10 cm³ de apă;

4- viscozitatea fluidului rotitor, care în cazul dat este preluată la 23°C, și este de 0,933 centipoise;

5- densitatea fluidului rotitor, care în acest caz este de 0,9975 g/cm³ la 23°C;

6- viteza discului, care în acest caz este de 8000 rot/minut;

7- intervalul de preluare a datelor de probă - 1 secundă.

Centrifuga cu disc funcționează la o turație de 8000 rot/minut, concomitent cu funcționarea stroboscopului; 10 cm³de apă, se injectează în discul rotitor ca fluid rotitor. Nivelul de turbiditate se stabilește la O; ca lichid tampon, se injectează 1 cm³ soluție cuprinzând 10 cm³alcool etilic absolut și 90 % apă distilată. Se acționează butonul centrifugii cu disc, pentru producerea unui gradient stabil de concentrație între fluidul rotitor și lichidul tampon, acest gradient este înregistrat vizual. Atunci când gradientul respectiv se tabilizează, astfel încât să nu existe o graniță distinctivă între cele două fluide, în discul rotitor se injectează 0,5 cm³negru de fum, dispersat în soluție apoasă de etanol și se începe imediat colectarea datelor. Dacă se produce o fluxare, experimentul este oprit. Discul se rotește timp de 20 minute, după injectarea negrului de fum dispersat în soluția apoasă de etanol. După 20 minute de rotire, discul este oprit, se măsoară temperatura fluidului rotitor, și media dintre temperatura fluidului rotitor măsurată la începutul experimentului și temperatura aceluiași fluid măsurată la sfârșitul experimentului, se introduc în calculator, care înregistrează datele de la centrifuga cu disc. Datele sunt anlizate conform ecuației Stokes standard și se prezintă folosind următoarele definiții:

- Agregat negru de fum = entitate coloidală discretă rigidă, ce reprezintă unitatea disponibilă cea mai mică; este compus din particule coalescente extensiv;

- Diametrul Stokes = diametrul unei sfere care se sedimentează într-un câmp centrifugal sau gravitațional, conform ecuației Stokes. Un obiect nesferic, cum este agregatul de negru de fum, poate de asemenea să fie definit în termeni de diametru Stokes, dacă este considerat ca fiind similar unei sfere netede, rigide, de aceeași densitate și rată de sedimentare. Unitățile obișnuite de măsură, sunt diametre exprimate în nm;

- Diametrul Stokes median (Dst)= punctul de pe curba de distribuție a diametrului Stokes, unde 50 %în greutate din probă este fie mai mare fie mai mică. El reprezintă valoarea medie a determinării.

Așa cum este ilustrat în tabelul 1, aplicând metoda conform invenției, se poate produce negru de fum cu caracteristici COBP, DBP și Dst având valori ridicate, și caracteristici de nuanță atenuate, comparativ cu negrul de fum de control, testele 1 și 4, produse folosind un singur răcitor. Rezultă că negrul de fum produs în condițiile de control prin metoda conform invenției, este caracterizat printr-o granulație și structură a agregatului mărite. în plus rezultatele obținute pentru Setul II, atestă faptul că în condițiile de control conform invenției se poate realiza negru de fum având valori ale CDBP, DBP și Dst mai mari și caracteristici de culoare

RO 113148 Bl atenuate, pentru un CTAB relativ constant. Aceasta indică faptul că se poate fabrica, în condițiile de control conform invenției, un negru de fum ce prezintă caracteristici de granulației si structură superioare 5 pentru un CTAB dat.

Rezultatele obținute pentru Setul I, atestă faptul că în condițiile de control conform invenției, se poate realiza un negru de fum având valori ridicate ale CDBP, DBP 10 și Dst si caracteristici de nuanță atenuate, comparativ cu negrul de fum ce constituie obiectul testului 1, constatându-se totodată că pentru timpi de rezistență diferiți, temperatura efluentului a scăzut cu același 15 gradient.

Claims

Revendicări

1. Metodă pentru controlul granulației și structurii negrului de fum, care se produce prin trecerea unui flux de gaze de combustie fierbinți, printr-un reactor corespunzător, injectarea în fluxul de gaze 25 de combustie fierbinți, în unul sau mai multe puncte, a unui material hidrocarbonic pentru formarea unui efluent și declanșarea pirolizei materialului din efluent, pentru obținerea negrului de fum. caracterizată prin aceea că se controlează morfologia negrului de fum format în efluent, prin scăderea temperaturii efluentului. până la oprirea pirolizei materialului în efluent, la un prim punct, într-o perioadă de timp de maximum 0,002 secunde, in aval dt. punctul din aval cel mai îndepărtat de injectare a materialului.
2. Metodă conform revendicării 1. caracterizată prin aceea că temperatura efluentului este micșorată până la aproximativ 427°C.
3. Metodă, conform revendicărilor 1 și 2, caracterizată prin aceea că, temperatura efluentului este micșorată aproximativ între 10°C si 427°C.
4. Metodă conform revendicărilor

1 la 3, caracterizată prin aceea că temperatura efluentului este micșorată întro perioadă de timp de la O la 0,0015 secunde, de la punctul de injectare a materialului hidrocarbonic cel mai îndepărtat în aval.
5. Metodă conform revendicărilor 1 la 4, caracterizată prin aceea că temperatura efluentului este micșorată prin injectarea unui lichid de răcire.