生產(chǎn)碳黑的方法和設(shè)備的制作方法

專利名稱:生產(chǎn)碳黑的方法和設(shè)備的制作方法
一方面，本發(fā)明是關(guān)于炭黑的生產(chǎn);另一方面，本發(fā)明是關(guān)于專門適于生產(chǎn)炭黑用的加熱爐。
生產(chǎn)炭黑的加熱爐法，是利用熱燃燒氣體使含碳的原料油熱解，而所用的熱燃燒氣體是通過燃料燃燒的方法，例如用氧化劑(通常用空氣)使天然氣或渣油燃燒的方法形成的。在構(gòu)成反應(yīng)器主體并且襯有耐火材料的煙道中發(fā)生碳形成反應(yīng)。通過控制送入反應(yīng)器中的燃料、氧化劑和含碳原料量，控制其送入位置以及反應(yīng)器煙道的內(nèi)部尺寸，來生產(chǎn)各種等級的炭黑。能夠相對自由地控制所生產(chǎn)的炭黑性質(zhì)的一些反應(yīng)器，是十分理想的。能夠?qū)⑸a(chǎn)的所不希望有的產(chǎn)物，例如硬渣控制在低含量的一些反應(yīng)器，也是十分理想的。以熱效率程度高為特征的反應(yīng)器，仍然是十分理想的。
本發(fā)明的目的之一，在于提供一種生產(chǎn)炭黑的設(shè)備和方法，通過控制其進(jìn)料參數(shù)，容易對炭黑的性能加以控制。
本發(fā)明的另一目的，在于提供一種生產(chǎn)硬渣雜質(zhì)含量低的炭黑的設(shè)備和方法。
本發(fā)明的第三目的，在于提供一種生產(chǎn)炭黑用的方法和設(shè)備，其中利用各種反應(yīng)物共同高效地生產(chǎn)炭黑。
本發(fā)明的第四目的，在于提供一種容易控制炭黑色調(diào)的炭黑生產(chǎn)設(shè)備和方法。
本發(fā)明的某些方面，涉及的是一種炭黑反應(yīng)器。此反應(yīng)器的特征在于其中有一般為園柱形的燃燒區(qū)、會聚區(qū)和反應(yīng)器喉管，其中所說的會聚區(qū)把所說的燃燒區(qū)和所說的反應(yīng)器喉管連接起來。在反應(yīng)器喉管的下游，設(shè)置有熱解區(qū)，此熱解區(qū)一般呈園柱形，其直徑是所說反應(yīng)器喉管的大約1.5至大約5倍。在所說反應(yīng)器喉管和所說熱解區(qū)之間，至少設(shè)置有一般為環(huán)形的端壁，它朝向下游方向。還安裝有產(chǎn)生熱燃燒氣體的裝置;熱燃燒氣體由一般為園柱形的燃燒區(qū)向一般為園柱形的熱解區(qū)流動。且安裝有在一般為園柱形的熱解區(qū)的下游端通入猝滅液體的裝置。在這種反應(yīng)器中，按照本發(fā)明安裝有一種在沿著反應(yīng)器縱軸互相有間隔的位置上，通常為徑向向內(nèi)朝所說反應(yīng)器縱軸通入含碳原料的裝置。通過在縱向互相間隔的位置上把所說的原料送入反應(yīng)器，可以使炭黑產(chǎn)物的色調(diào)保持在通常值范圍內(nèi)，而且可以控制進(jìn)料以使生產(chǎn)總效率不低于所不希望的水平。
另一方面，本發(fā)明是關(guān)于炭黑的生產(chǎn)。熱燃燒氣體在一般為園柱形的燃燒區(qū)形成。這種熱燃燒氣體，從一般為園柱形的燃燒區(qū)沿著反應(yīng)氣流的軸向，經(jīng)過會聚區(qū)和反應(yīng)器喉管，然后流入熱解區(qū)。一般為環(huán)形的壁，把所說的反應(yīng)器喉管與所說熱解區(qū)的上游端連接起來。按照本發(fā)明，在所說會聚區(qū)、反應(yīng)器喉管和熱解區(qū)之中的至少兩個位置上，一般朝反應(yīng)氣流軸徑向向內(nèi)把含碳原料通入到所說的燃燒氣體中。在保證碳形成反應(yīng)的條件下生產(chǎn)炭黑。為了終止所說的碳形成反應(yīng)，并且把煙氣的溫度冷卻到能夠更容易地進(jìn)一步處理的溫度下，在熱解區(qū)下游端把猝滅液體通入反應(yīng)混合物之中。
附圖1是體現(xiàn)本發(fā)明某些特征的炭黑反應(yīng)器的縱剖面?zhèn)仍噲D。
附圖2是附圖1的反應(yīng)器沿2～2線觀察時呈現(xiàn)的橫斷面視圖。
附圖3是附圖1中反應(yīng)器沿3～3線觀察時呈現(xiàn)的橫斷面視圖。
按照本發(fā)明的某些方面，由參照號2籠統(tǒng)指明的炭黑反應(yīng)器主要是由耐火材料部分3、4、5、6、7、8、9和10構(gòu)成的，這些耐火材料部分構(gòu)成了限定通過此反應(yīng)器2的反應(yīng)氣流途徑13的側(cè)壁。
通過反應(yīng)器2的所說反應(yīng)氣流的途徑，沿此反應(yīng)器2縱軸11是對稱的。
在優(yōu)選的具體實施方案中，所說的煙道或者氣流途徑13順序有一般按軸向?qū)?zhǔn)的以下幾個區(qū)域。第一個一般為園柱形的區(qū)域12具有首端14和尾端16。會聚區(qū)15具有連接區(qū)域12的尾端16的首端18和尾端20。反應(yīng)器喉管22具有連接所說會聚區(qū)15之尾端20的首端24和尾端26。一般為園柱形的熱解區(qū)34具有連接所說節(jié)流管22之尾端26的首端36和尾端38。區(qū)域34的尾端38由向區(qū)域34通入猝滅液體的裝置40之位置所決定，區(qū)域34作為此反應(yīng)器的熱解區(qū)。在所說的反應(yīng)器喉管22和熱解區(qū)34之間，設(shè)置有一般為環(huán)形的壁42，此一般為環(huán)形的壁42朝向下游方向，而且構(gòu)成熱解區(qū)的上游端。所說熱解區(qū)34的直徑一般是反應(yīng)器喉管22最細(xì)處直徑的大約1.5至大約5倍。所說的反應(yīng)器還包括由標(biāo)記號41指明的，用于使由第一個一般為園柱形的燃燒區(qū)12向所說的一般為園柱形的熱解區(qū)34流動的熱燃燒氣體形成一般為軸向氣流的裝置;以及由標(biāo)記號44籠統(tǒng)指明的，沿反應(yīng)氣流的途徑是互相有間隔的縱向位置上，徑向向內(nèi)把含碳的原料通入到所說的熱燃燒氣體中的裝置。
在一種具體實施方案中，裝置41具有一種相對于所說的反應(yīng)器軸可呈徑向的空氣強(qiáng)制通入裝置46，和可處于所說的反應(yīng)器軸線上的燃料管48。所說的空氣強(qiáng)制通入裝置46被連接到氧化性氣體源50上，所說的氧化性氣體源最好例如通過與反應(yīng)器尾氣的間接熱交換的方式加以預(yù)熱。所說的燃料管48被連接到例如天然氣等適當(dāng)?shù)娜剂显?2上?？梢杂脠@形的板54密封所說燃料管48的尾端，形成凸椽，此凸椽可以相對于管48呈環(huán)形，其下游面用作火焰穩(wěn)定器。燃料通過設(shè)在靠近凸椽54的孔56從管48射出。耐火材料部件3澆鑄成節(jié)流管形狀，它可以具有截錐形會聚內(nèi)表面并一直延伸到耐火材料部件4的上游端。所說的一般為園柱形的燃燒區(qū)12的上游端14具有環(huán)形壁，它也可以用作火燃穩(wěn)定器。
用于向反應(yīng)器氣流途徑中通入含碳原料的裝置44，通常包括向著所說氣流通路打開的數(shù)個出口59，這些出口在相對于反應(yīng)器縱軸11于縱向互相有間隔的位置上，一般是徑向向內(nèi)通過反應(yīng)器的側(cè)壁。在附圖2中用標(biāo)注號62指明的數(shù)個原料噴射器，安置在至少部分所說的出口59之中。所說的原料噴射器62被連接到含碳原料源60上，而且有管道輸送裝置61把所說的含碳原料源60與所說的噴射器62相連。每個噴射器62，都能夠以所需的方式加以限定，以便送入其貫入度足以清潔器壁，但又不致于大到使液體沖擊在對面器壁上，從而導(dǎo)致形成焦炭的原料。例如，可以限定所說的噴射器62以噴射出連續(xù)的原料流，或者呈錐狀霧型的原料噴霧體，或者可以使用雙流體霧化噴嘴(atomizing bifluid nozzles)噴射出霧化油的煙霧或霧以及蒸汽或其它輕互斯油(light gas)。最好把噴射器限定得使噴出的原料噴霧體具有錐狀霧型，而所說錐的分散夾角處于30°～120°范圍內(nèi)，因為使用噴射出這種噴霧體的噴嘴頭(nozzle tip)具有良好的效果。這些噴嘴頭在該附圖中由標(biāo)注號64表示。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，把出口59分別安排在以下幾個位置上第一組63在相對于反應(yīng)器軸線11的第一縱向位置上;第二組65在相對于反應(yīng)器軸線的第二縱向位置上;以及第三組67在相對于反應(yīng)器軸線的第三縱向位置上。如果第一組出口63有多個，則優(yōu)先沿園周互相有間隔地排列，并且開口于所說會聚區(qū)15中的反應(yīng)器氣流通路里。如果第二組出口65有多個，則優(yōu)先沿園周互相間隔地排列，并且開口于所說反應(yīng)器喉管22中的反應(yīng)氣流通路里。如果第三組出口67有多個，則優(yōu)先使其沿園周互相有間隔地排列，并且開口于通過熱解區(qū)34的器壁的反應(yīng)氣流通路中。在本發(fā)明的更優(yōu)選的實施方案中，在相對于反應(yīng)器軸線11的第四縱向位置上，設(shè)置有第四組出口69，它們與所說的會聚區(qū)15連通，而且處于第一組出口63的上游。如果第四組出口69有多個，則優(yōu)先使它們沿園周互相有間隔地排列?？梢允褂萌魏嗡钄?shù)目的沿園周有間隔排列的出口，形成出口組63、65、67或69。為方便起見，每組出口的數(shù)目一般為1～16;優(yōu)先使每組具有1～6個出口59，因為使用少量出口并在其中部分安裝上噴射器，可以獲得良好的結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明，通過設(shè)置在各組出口中的噴射器同時送入原料。在使用的出口組59中，裝設(shè)至少一個噴射器62。最好將噴射器62裝設(shè)在至少三個不同的出口組中，以便同時注入原料。例如，可以將至少一個原料噴射器62裝設(shè)在出口組69的出口59中，而且在出口組65和67的出口59中各裝設(shè)一個噴射器。另一個實例是可以將三個原料噴射器62分別裝設(shè)在出口組63的出口59、出口組65的出口59和出口組67的出口59之中。
一般說來，熱解區(qū)中出口59中的一組出口67，將被設(shè)置在與該熱解區(qū)34的上游端36的距離不大于反應(yīng)器喉管最窄處直徑的大約4倍處，通常為2倍處。出口59中最上游的一組出口69與最下游的一組出口67之間被分開的距離，按照反應(yīng)器喉管最窄處的直徑計算，一般說來，不大于其直徑的大約6倍。采用本發(fā)明時，最上游的一組出口與最下游一組出口之間的距離，通常處于反應(yīng)器喉管直徑的大約2至大約6倍范圍內(nèi)，優(yōu)先選用處于3～6倍直徑范圍內(nèi)。
含碳原料60，通常包括貯藏罐，能夠產(chǎn)生至少50磅/平方英寸(表壓)，通常為100～500磅/平方英寸(表壓)壓力的泵，以及把含碳的原料預(yù)熱到大約200～大約600°F溫度范圍內(nèi)的加熱器。安裝在管件62尾端處的噴嘴64，優(yōu)先使用可拆裝和易于更換以便提供可控制的附加參數(shù)(噴霧類型)，從而達(dá)到影響產(chǎn)品性能的目的。適當(dāng)調(diào)節(jié)含碳原料的壓力和(或者)噴嘴節(jié)流口尺寸，以便使從噴射器噴射出的原料不致于沖擊到對面的壁上。
向熱解區(qū)輸送猝滅液體的裝置40，一般包括通過限定熱解區(qū)34的側(cè)壁且通常沿著一般為徑向向內(nèi)的方向伸出的管件66。所說的管件66與猝滅液體(通常是水，因為使用水既方便又有效)的適當(dāng)供給源68連接。使用水作為猝滅液體時，在所說的管件66的出口端一般安裝有噴嘴69，該噴嘴具有一定尺寸的節(jié)流口和一定的噴霧角，足以將所說熱解區(qū)的流出物冷卻到碳形成溫度以下，而且又不過量沖擊到所說反應(yīng)器的遠(yuǎn)處器壁上。
雖然在本發(fā)明中所說的反應(yīng)器喉管尺寸并不是關(guān)鍵，但是按照本發(fā)明制造的商業(yè)規(guī)模反應(yīng)器，其喉管22最窄處的直徑通常為大約4至大約16英寸，往往在大約5至大約10英寸。所說喉管的尺寸與所說空氣源50的容量有關(guān)。一般說來，所說喉管22與所說裝置50之間的關(guān)系是，按照在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力條件下測得的數(shù)據(jù)來看，于50%過量空氣的比率(即按照化學(xué)反應(yīng)或燃燒燃料所需量的150%)下，熱燃燒氣體的小時容積(標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時，SCFH)，處于大約10000r2.3至大約14000r2.3之間，其中r是所說反應(yīng)器喉管22用英寸表示的半徑。經(jīng)由裝置44通入足量油，以便根據(jù)所需的產(chǎn)品使空氣/油之比保持在200～800(標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/加侖)范圍內(nèi)。所說的一般為園柱形的區(qū)域12的直徑，一般為喉管直徑的大約2～大約5倍，通常為大約2.5～大約3.5倍。優(yōu)選的情況是，當(dāng)使用液體燃料時，所說區(qū)域12的直徑應(yīng)當(dāng)傾向于采用所說尺寸范圍內(nèi)的較大值。所說的一般為園柱形的區(qū)域12的長度，應(yīng)當(dāng)能夠保證所用燃料與氧化性氣體燃燒達(dá)到所需的程度。所說區(qū)域12的長度通常至少為所說喉管直徑的2倍，最好為大約2～大約10倍。
所說的會聚區(qū)15優(yōu)先用其園錐夾角為大約30°～大約90°，最好為大約45°～大約80°的截錐形反應(yīng)段構(gòu)成。當(dāng)然，所說會聚區(qū)15的長度依賴于所說的園錐夾角和區(qū)域12及22的相對直徑，而且一般為喉管直徑的大約2～大約10倍。
所說喉管的長度，一般為喉管直徑的0.3至大約3倍。
區(qū)域34的直徑，一般為喉管直徑的大約1.5至5倍，通常為大約2～大約4倍。反應(yīng)器的耐火材料，一般可以按照圖1所指明的那樣沿所說的襯內(nèi)分段澆鑄，而且可以用本領(lǐng)域中公知的膨脹紙(expansion paper)隔開。反應(yīng)器的煙道，可以在其上游端沿區(qū)域12和15四周以及在區(qū)域34的下游部分，襯以鉻-氧化鋁耐火材料。喉管22和區(qū)域34的上游端，可以用高氧化鋁的可壓實的耐火材料制成，例如用A.P.Green公司供應(yīng)的Jade Pak 88 P制成。強(qiáng)制通入空氣的裝置四周和反應(yīng)器上游端的燃料入口四周的耐大材料，可以使用Babcock公司供應(yīng)的Kaokast耐火材料，而且可以使用氧化鋁含量比Kaokast高的Wilcox和Purotab耐火材料來使所說的煙道襯里隔熱。可以使用1/2英寸厚的鋼板制造所說反應(yīng)器外殼。
實施例按照本發(fā)明的炭黑反應(yīng)器的尺寸列于表Ⅰ。
表1(英寸)園柱形區(qū)域 12直徑 21長度 26.75會聚區(qū)域 15靠近區(qū)域12的直徑 21靠近區(qū)域22的直徑 8長度 18.5喉管區(qū)域 22入口直徑 8長度 12出口直徑 7園柱形區(qū)域 34直徑 15長度(至猝滅位置40) 60+在上述反應(yīng)器中開設(shè)有四組徑向油噴嘴出口。在本發(fā)明的這一反應(yīng)器中，一組出口設(shè)置在上游距喉管出口24英寸處(附圖1中的出口組69)，以下記為“A”;一組出口設(shè)置在上游距喉管出口16英寸處(附圖1中的出口組63)，以下記作“B”;一組出口設(shè)置在上游距喉管出口3英寸處(附圖1中的出口組65)，以下記作“C”;以及一組出口設(shè)置在下游距喉管出口13 11/16英寸處(附圖1中的出口組67)，以下記作“D”。
油噴嘴噴霧角度，保持在45°～100°之間，而且油噴嘴壓力保持在140～240磅/平方英寸(表壓)之間。
油的質(zhì)量為BMCI(關(guān)聯(lián)指數(shù)) 131°API gravity(ASTM D287) -1.3C%(重量) 89.6H%(重量) 7.5S%(重量) 2.7210°F下粘度(ASTM D88)富氏通用粘度秒(SSU) 44通過改變空氣速率、猝滅位置、熱量輸入、噴嘴噴霧角和不同位置上的供油百分比，使模數(shù)值保持最大，同時維持必要的CTAB值、C-DBP值和殘留色調(diào)值(tint residual value)。已發(fā)現(xiàn)，空氣速率、猝滅位置和熱量輸入對模數(shù)幾乎沒有影響。油噴嘴噴霧角由45°增加到100°時，模數(shù)值減小。當(dāng)在B位置噴入全部油時，模數(shù)值最大;但是此條件下對于N-347來說，色調(diào)值太高。顯然需要某些折衷方案。表Ⅱ中示出了這一系列試驗的性能和換算值。
就生產(chǎn)N-347而言，有些現(xiàn)象很明顯。
1.為了充分降低色調(diào)，部得不在A或D處噴入一些油。
2.可以在D處噴入不多于25%的油，否則325目的硬渣值開始增加到100ppm以上。
3.如果使用位置A，則對于低結(jié)構(gòu)炭黑(例如N-326)而言，很難將足夠的KNO3送入反應(yīng)器之中。
考慮到這一點和表Ⅱ中的資料，很明顯生產(chǎn)N-347的最佳條件是在A、B、C，或者在C-D處使用油噴嘴組合，而A-C-D位置是次要的。參照表Ⅱ中的換算值，可以得出下列結(jié)論。如果在B位置噴入全部油，則N-347的色調(diào)太高。如果在B和C位置噴入全部油，則色調(diào)也太高。同時在A、B、C和D位置噴入油，則得到的模數(shù)太低。在B-D和A-D噴入油時，模數(shù)低。在A-C-D噴入油，則色調(diào)正好處于太高值的邊界上。如果同時使用A、B、C位置，為了保持高模數(shù)應(yīng)當(dāng)在B處噴入最高百分比的油。
表ⅡN-347的性能平均值松散黑色值所用的油位置 B B-C A-B-C試驗號 12 17 10CTAB，米2/克 91.5 87.6 87.8(ASTM D3765-80)24M4 DBP，cc/100克 87.5 87.9 93.6(ASTM D3493-76)色調(diào)% TTRB 112.5 108.6 103.6(ASTM D3265-76)殘留色調(diào)(a)5.6 4.2 0.4300%模數(shù)30′ 0.20 -0.15 0.30工業(yè)參考炭黑(TRB)＃5 mPa(ASTM D412-75)超出40′的 -2.3 -0.7 -0.9(以超出%表示的差)(ASTM D1054)產(chǎn)率，磅/加侖 5.529 5.466 5.265換算成普通CTAB，24M4的值色調(diào)，89米2/克(CTAB) 109 107 10299cc/100克(24 M4)300%模數(shù)，89米2/克(CTAB) 1.8 1.1 0.999cc/100克(24 M4)超出的 -2.5 -1.5 -1.489米2/克(CTAB)時的產(chǎn)率 5.589 5.432 5.236
表Ⅱ續(xù)所用的油位置 A-B-C-D B-D試驗號 8 5CTAB，米2/克 81.6 92.8(ASTM D3765-80)24M4 DBP，cc/100克 93.9 89.0(ASTM D3493-76)色調(diào)% TTRB 100.7 106.8(ASTM D3265-76)殘留色調(diào)(a)1.3 -0.3300%模數(shù)30′ -0.1 -1.0工業(yè)參考炭黑(TRB)＃5 mPa(ASTM D412-75)超出40′的 -0.6 -0.7(以超出%表示的差)(ASTM D1054)產(chǎn)率，磅/加侖 5.604 5.509換算成普通CTAB，24M4的值色調(diào)，89米2/克(CTAB) 103 10399cc/100克(24 M4)300%模數(shù)，89米2/克(CTAB) -0.1 0.699cc/100克(24 M4)超出的 -2.2 -0.689米2/克(CTAB)時的產(chǎn)率 5.427 5.600
表Ⅱ續(xù)所用的油位置 C-D A-C-D A-D試驗號 3 2 1CTAB，米2/克 89.2 86 86.9(ASTM D3765-80)24M4 DBP，cc/100克 86.2 83 99.2(ASTM D3493-76)色調(diào)% TTRB 107 107 97.3(ASTM D3265-76)殘留色調(diào)(a)1.1 2.2 -4.3300%模數(shù)30′ -0.2 0.2 0.8工業(yè)參考炭黑(TRB)＃5 mPa(ASTM D412-75)超出40′的 -0.2 0.6 0.6(以超出%表示的差)(ASTM D1054)產(chǎn)率，磅/加侖 5.785 5.83 N/A換算成普通CTAB，24M4的值色調(diào)，89米2/克(CTAB) 104 105 9899cc/100克(24 M4)300%模數(shù)，89米2/克(CTAB) 1.4 1.9 0.699cc/100克(24 M4)超出的 -0.8 -0.9 0.189米2/克(CTAB)時的產(chǎn)率 5.790 5.795 N/A
(a)殘留色調(diào)＝測得的色調(diào)-〔56.0+1.057(CTAB)-0.002745(-CTAB)-0.2596(DBP)-0.201(NSA-CTAB)〕
表Ⅲ中詳細(xì)說明了使用本實施例前述反應(yīng)器生產(chǎn)N-326炭黑的情況。
表ⅢN-326試驗操作空氣速率(SCFH) 179372互斯油速率(SCFH) 11503油速率(加侖/小時，GPH) 432A處油% 0B處油% 40C處油% 40D處油% 20預(yù)猝滅速率 0主要猝滅速率(GPH) 482猝滅位置 170″KNO(8%)速率(cc/分) 141空氣溫度(°F) 1215熱輸入(英熱單位/標(biāo)準(zhǔn)立方英尺) 82產(chǎn)率(磅/加侖) 5.683反應(yīng)器壓力(磅/平方英寸，表壓) 3.35油噴嘴壓力(磅/平方英寸，表壓) 152甲苯脫色 87Ⅰ表面積 84CTAB表面積 83.1正常的DBP 81.824M4 DBP 69.2色調(diào) 108.7殘留色調(diào) 1.8
表4詳細(xì)說明了在某些輸入?yún)?shù)和炭黑產(chǎn)品性能之間的依賴關(guān)系。
表Ⅳ反應(yīng)器的回歸方程300%模數(shù)30′，NR900Mod ASTM D412-75＝-286.3-3.381＊NA-4.2885＊ORA+0.0413＊ORB-0.6819＊ORC-3.1177＊ORD-12.4863＊C+17.8926＊PSR＝0.64均方根誤差(§)＝136平均值＝-59.69色調(diào)ASTM3625＝86.2347-0.0458＊NA-0.0985＊ORA+0.0383＊ORB+0.0147＊ORC-0.0870＊ORD+0.4564＊C-0.2029＊PSR＝0.911均方根誤差＝1.95平均值＝107.53TR(事先規(guī)定的)＝4.1627-0.0399＊NA-0.0554＊ORA+0.0647＊ORB+0.0433＊ORC-0.0576＊ORD-0.0599＊C+0.0228＊PSR＝0.646均方根誤差＝2.03平均值＝2.52RB(事先規(guī)定的)＝17.93+1.205＊10-5＊AR-0.0105＊QP-0.0139＊NA-0.0017＊ORA-0.0085＊ORB-0.00015＊ORC+0.0170＊ORD-0.1588＊C-0.0588＊PSR＝0.647均方根誤差＝1.10平均值＝-1.21
Y＝7.006-0.0047＊NA+0.0202＊HI-0.162＊ORA-0.0077＊ORB-0.0089＊ORC-0.0041＊ORD-0.02395＊CR＝0.643均方根誤差＝0.18平均值＝5.453。
下表中說明了表Ⅳ中所用變量的含意。
表ⅤDP＝數(shù)據(jù)點AR＝空氣速率(SCFH)(180000-230000)QP＝反應(yīng)被初始猝滅時以英寸表示的節(jié)流管之后的猝滅位置(0″-170″)NA＝噴嘴角度(45°～100°)HI＝熱量輸入(英熱單位/標(biāo)準(zhǔn)立方英尺)(74-84)QRA＝全部油中在‘A’位置處所占的百分比(0～50%)ORB＝全部油中在‘B’位置處所占的百分比(0～100%)ORC＝全部油中在‘C’位置處所占的百分?jǐn)?shù)(0～85%)ORD＝全部油中在‘D’位置處所占的百分?jǐn)?shù)(0～50%)C＝CTAB(ASTM D3765-80)(76-114)PS＝24M4 DBP ASTM D3493-76(69-101)T＝色調(diào) ASTM D3265-75(97-122)TR＝殘留色調(diào)(-6～8.4)Mod.＝300% NR900 30′模數(shù)△IRB＃5(-640～+400單位)(ASTM D412-75)RB＝超出40′的〔ASTM D1054(-6.9～+2.2)〕CC＝KNO3流速(cc/分)8%Y＝產(chǎn)率(磅/加侖)(4.645～5.989)。
權(quán)利要求
1.炭黑反應(yīng)器，其中包括--一般為園柱形的燃燒區(qū)，--會聚區(qū)，--反應(yīng)器喉管，其中所說的會聚區(qū)把所說的一般為園柱形的燃燒區(qū)與所說的反應(yīng)器喉管相連，--一般為園柱形的且處于所說反應(yīng)器喉管的下游的熱解區(qū)，所說的一般為園柱形的熱解區(qū)的直徑是所說反應(yīng)器喉管直徑的大約1.5至大約5倍，所說的燃燒區(qū)、會聚區(qū)、喉管和熱解區(qū)是由側(cè)壁所限定的，而所說的側(cè)壁還為反應(yīng)器限定出具有縱向軸的反應(yīng)氣流通路，--在所說的反應(yīng)器喉管與熱解區(qū)之間，至少裝有一個一般為環(huán)形的壁，所說的一般為環(huán)形的壁朝向下游方向，--提供熱燃燒氣體的裝置，使此熱燃燒氣體由所說的一般為園柱形的燃燒區(qū)流向所說的一般為園柱形的熱解區(qū)，--在所說的一般為園柱形的熱解區(qū)的下游端導(dǎo)入猝天液體的裝置，對上述反應(yīng)器的改進(jìn)包括--在沿所說反應(yīng)器縱軸互相有間隔的位置上，朝該反應(yīng)器的所說縱軸一般是徑向向內(nèi)地通入含碳原料的裝置。
2.按照權(quán)利要求
1的炭黑反應(yīng)器，其中所說的通入含碳原料的裝置包括-在所說反應(yīng)器縱軸方向互相有間隔的位置上通過所說的側(cè)壁，一般是徑向向內(nèi)開口于所說反應(yīng)氣流通路中的數(shù)個出口，-在至少部分所說的出口中，裝有數(shù)個原料噴射器，-含碳原料源，和-把含碳原料源與所說的數(shù)個原料噴射器連接起來的管道輸送裝置。
3.按照權(quán)利要求
2的炭黑反應(yīng)器，其中每個原料噴射器噴射出連續(xù)的原料流。
4.按照權(quán)利要求
2的設(shè)備，其中每個原料噴射器噴射出原料噴霧體，其中所說的噴霧體具有錐狀霧型。
5.按照權(quán)利要求
4的設(shè)備，其中對每個原料噴射器均加以限定，以便使所說錐狀霧型的園錐夾角處于30°至大約120°的范圍內(nèi)。
6.按照權(quán)利要求
4的設(shè)備，其中所說的通入含碳原料的裝置包括-在相對于所說反應(yīng)器縱軸的第一縱向位置上，通過所說會聚區(qū)側(cè)壁，設(shè)置周向互相有間隔的第一組出口，其中至少一個出口里安置有原料噴射器，-在相對于所說反應(yīng)器縱軸的第二縱向位置上，通過所說反應(yīng)器喉管的側(cè)壁，設(shè)置周向互相有間隔的第二組出口，其中至少一個出口中安置有原料噴射器;和-在相對于所說反應(yīng)器縱軸的第三縱向位置上，通過所說的熱解區(qū)側(cè)壁，設(shè)置周向互相間隔的第三組出口，所說的第三組出口處于所說反應(yīng)器喉管下游端，與朝向下游方向的一般為環(huán)形的壁之間的距離大約為4倍喉管直徑，其中至少一個出口中安置有原料噴射器。
7.按照權(quán)利要求
6的設(shè)備，其中所說的通入含碳原料的裝置還包括第四組出口，所說的第四組出口處在相對于所說反應(yīng)器軸的第四縱向位置上，在所說第一組出口的上游通過所說會聚區(qū)側(cè)壁，沿周向間隔地設(shè)置，其中至少一個出口中設(shè)置有原料噴射器。
8.按照權(quán)利要求
7的設(shè)備，其中所說第四組出口與第三組出口之間的距離，不大于反應(yīng)器喉管直徑的大約6倍。
9.按照權(quán)利要求
8的設(shè)備，其中所說第四組出口與第三組出口之間的距離，處于3～6倍反應(yīng)器喉管直徑的范圍內(nèi)。
10.生產(chǎn)炭黑的方法，其中包括-在一般為園柱形的燃燒區(qū)內(nèi)形成熱燃燒氣體，-使所說的熱燃燒氣體，從一般為園柱形的燃燒區(qū)，經(jīng)過會聚區(qū)、在最窄處具有一定直徑的反應(yīng)器喉管之后，流入熱解區(qū)，其中所說的熱解區(qū)的直徑為所說反應(yīng)器喉管直徑的大約1.5至大約5倍，而且由設(shè)置在所說反應(yīng)器喉管和熱解區(qū)之間的至少一個一般為環(huán)形的端壁連接到所說反應(yīng)器喉管的下游端，所說的一般為環(huán)形的端壁朝向下游方向，-其中所說的燃燒區(qū)、會聚區(qū)、反應(yīng)器喉管和熱解區(qū)均由反應(yīng)器側(cè)壁所限定，而且-一般是徑向向內(nèi)把含碳原料通入所說的熱燃燒氣體中，以便引發(fā)碳形成反應(yīng)并借以生產(chǎn)炭黑，對上述方法的改進(jìn)包括-在縱向互相有間隔的位置上，把含碳原料通入所說的會聚區(qū)、反應(yīng)器喉管和熱解區(qū)中的至少兩個區(qū)域里的熱燃燒氣體中。
11.按照權(quán)利要求
10的方法，其中將含碳原料噴霧到所說的會聚區(qū)中以及所說的反應(yīng)器喉和熱解區(qū)中的至少一個區(qū)域中。
12.按照權(quán)利要求
11的方法，其中在限定所說會聚區(qū)、反應(yīng)器喉管和熱解區(qū)中任何一個區(qū)域的側(cè)壁上，一般是徑向向內(nèi)地將含碳原料噴入熱燃燒氣體之中。
13.按照權(quán)利要求
12的方法，其中在至少二個縱向互相隔開的位置上將含碳原料噴霧到所說的會聚區(qū)中。
14.按照權(quán)利要求
12的方法，其中在大約2倍至大約6倍反應(yīng)器喉管直徑范圍內(nèi)的縱向距離上，將所說的原料通入熱燃燒氣體中。
專利摘要
本發(fā)明提供在縱向互相有間隔的位置上將油原料通入熱燃燒氣體之中并利用熱燃燒氣體使油原料熱解的方式生產(chǎn)碳黑的方法和設(shè)備。
文檔編號C09C1/44GK86103806SQ86103806
公開日1986年12月24日 申請日期1986年6月5日
發(fā)明者埃拉斯·維布·亨德森, 馬克·利·格拉利 申請人:菲利普石油公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan