Brevet FR2002384A1 — publié le 19691017

t * — 2002384 L'invention est relative à un procédé pour la pulvérisation d'un liquide au moyen d'un, gaz et spécialement à un modèle de pulvérisdeur convenant comme brûleur pour les installations destinées à la fabrication de noir de fumée, dit noir à four-5 neau. Dans le procédé de fabrication de ce noir, un hydrocarbure liquide, qui constitue la matière première du noir, est décomposé thermiquement, ou brûlé incomplètement, dans une chambre de réaction, qui est maintenue à la température nécessaire par 10 exemple par combustion d'un gaz combustible. Différents modèles de brûleurs sont connus pour introduire la matière première liquide dans la chambre de réaction, cette introduction devant se faire avec une pulvérisation rapide et efficace» Un modèle connu de ces brûleurs est consti-15 tué par un tube central par où s'écoule la matière première liquide et qui est entouré d'une enveloppe tubulaire coaxiale par où arrive le gaz qui assure la pulvérisation. Ces deux tubes sont pratiquement cylindriques et se terminent sur un môme plan, de sorte qu'il se produit un jet libre de liquide qui est divisé en gouttelettes 20 en avant du tube central par le gaz, dit gaz porteur, qui jaillit de l'enveloppe tubulaire à une vitesse qui reste constante. Dans un autre modèle connu, le gaz pulvéri-seur et la matière première liquide pénètrent dans la chambre de réaction par un ou plusieurs orifices après avoir été mélangés l'un 25 avec l'autre à une distance notable avant les orifices. Comme le mélange doit parcourir un long trajet du point où s'opère le mélange jusqu'au point de sortie, il se produit dans la canalisation d'alimentation une certaine ségrégation des composants qui entraîne la formation dans une large mesure d'un film liquide qui adhère aux 30 parois de la canalisation, pendant que le gaz fait son chemin de préférence en formant un canal d'écoulement dans le centre du tube, et le liquide ne se détache de la paroi qu'au bout du tube et s'y divise. Il n'est possible, avec ces deux modèles 35 de brûleurs, que de fabriquer économiquement les noirs courants dont les surfaces spécifiques sont inférieures à environ 150 m2/g» La fabrication des noirs dont les surfaces spécifiques sont plus grandes nécessiterait notamment des proportions d'air de combustion considérablement augmentées, ce qui ferait diminuer très fortement 40 le rendement en noir» Pour ces motifs, les noirs dont la surface 69 04158 2002384 2 2 spécifique dépasse environ 150 m /g n'ont jusqu'à présent pas été fabriqués à l'échelle industrielle dans de telles installations connues * l'invention a notamment pour objet un procédé 5 pour la pulvérisation d'un liquide au moyen d'un gaz, notamment pour la fabrication de noir de fumée, procédé caractérisé par ce que l'on introduit le liquide, par exemple un hydrocarbure liquide, qui constitue la matière première du noir de fumée, dans un courant gazeux à grande vitesse, de manière à le disperser dans celui— 10 ci, à la suite de quoi la dispersion obtenue est d'abord accélérée, puis chassée par une buse dans une chambre de réaction. On a constaté que l'on peut obtenir des noirs de surface spécifique très importante, tels qu'on les utilise comme pigment coloré noir, avec un bon rendement, en appliquant ce nou-15 veau procédé pour la pulvérisation de la matière première du noir ; il est, en outre, obtenu pour les noirs que l'on utilise pour le renforcement du caoutchouc des avantages notables sous forme d'un renforcement de la structure et, par suite, d'un comportement à" 1'abrasion essentiellement amélioré. 20 L'invention a également pour objet un appareil pour l'application du procédé ci-dessus ou similaire. l'appareil suivant l'invention est caractérisé par une enveloppe tubulaire qui se rétrécit vers son extrémité pourvue d'une buse, pour le gaz, et, pour le liquide, d'un tube d'alimen-25 tation disposé à l'intérieur de la buse et se terminant à l'intérieur de celle-ci, la distance entre les deux extrémités de ces tubes étant, dans le sens axial, de préférence égale au maximum à dix fois le diamètre intérieur de l'enveloppe tubulaire, Il y a avantage à ce que le tube d'alimentation en 30 liquide soit mobile sur l'axe longitudinal par rapport à 11enve-• loppe tubulaire* Dans un modèle d'exécution de l'appareil suivant l'invention, le tube d'alimentation en liquide débouche dans la zone du rétrécissement de l'enveloppe tubulaire vers la buse* 35 De préférence, la buse qui est sur l'enveloppe tu bulaire présente une perforation qui est essentiellement plus petite que celle de l'enveloppe elle-même. En outre, la buse peut avoir, soit me perforation cylindrique, soit la forme d'une buse Venturi ou Laval. 40 Ainsi, la matière première liquide qui sort» 69 04158 3.- 2002384 de préférence sous pression,du tuyau d'alimentation, est déchiquetée en fines gouttelettes, à l'intérieur même de l'enveloppe tubulaire par le gaz qui traverse l'enveloppe tubulaire avec une vitesse élevée. Il est alors obtenu une division particulièrement fine si 5 le tuyau d'alimentation est ajusté de façon telle que son embouchure se trouve dans la zone du rétrécissement de l'enveloppe tubulaire, éventuellement même en dehors de son axe central. La vitesse du courant de gaz augmente notamment progressivement avec la diminution de la section de l'envelop-10 pe tubulaire, ce qui améliore la division des gouttelettes de liquide. Le brouillard formé sera encore accéléré par la buse qui est à l'extrémité de l'enveloppe tubulaire. Cet effet sera alors particulièrement important si la buse forme un tube 15 de Venturi ou une buse de Laval. Le mélange arrive, de ce fait, dans la chambre de réaction avec une vitesse et une turbulence extrêmement fortes. La vitesse de sortie et l'angle du cône de pulvérisation seront influencés par un choix approprié du diamètre de la buse et de sa forme. 20 L'avantage technique par rapport au modèle de brûleur connu décrit en premier réside dans l'accélération du brouillard de liquide après l'opération de dispersion. L'avantage par rapport au modèle de brûleur connu décrit en second réside en ce qu'il ne peut se former sur la 25 paroi de la buse aucun film d'huile qui adhérerait à cette paroi et qui n'absorberait qu'une faible part de l'impulsion du gaz destiné à la pulvérisation* Un avantage dont on dispose supplémentaire-ment au cours du fonctionnement d'un four à noir de fumée équipé de 30 l'appareil de pulvérisation suivant l'invention par rapport à la façon de procéder connue- réside en ce que l'on peut utiliser sans difficulté de l'air comme gaz de pulvérisation, sans avoir à craindre que celui-ci ne représente un composant nuisible dans le mélange de réaction au point de vue rendement et propriétés du noir* Il 35 a été constaté avec étonnement que, contrairement à l'expérience acquise avec les brûleurs connus jusqu'ici, la quantité d'air de pulvérisation peut être augmentée aux dépens de l'air dit de combustion qui entretient la flamme qui chauffe le four et que l'on amène au four par une autre voie, de sorte que l'on peut obtenir une augmen-40 tation de la surface spécifique du noir produit sans aucune perte 69 04158 2002384 de rendement» L'appareil suivant l'invention donne la possibilité de fabriquer avec un bon rendement un noir de haute activité dans les installations courantes, sans qu'il soit nécessaire d'-5 apporter pour cela des modifications importantes à la construction du four lui-même. Dans le domaine des noirs pour caoutchouc on obtient des améliorations de la qualité qui touchent en particulier à la structure et au comportement à l'abrasion» Naturellement, on peut utiliser sur le brûleur suivant l'inventionr toutes les dis-10 positions supplémentaires utilisées dans les brûleurs anciens, pour autant qu'elles concernent la fourniture d'un gaz combustible, par exemple une seconde enveloppe tubulaire» Le procédé réalisé au moyen de l'appareil suivant l'invention est applicable à la fabrication avec un bon 15 rendement de noir de fumée destiné à être incorporé dans du caoutchouc avec une structure renforcée et un comportement à l'abrasion amélioré» Suivant une forme particulièrement favorable d'exécution du procédé suivant l'invention, on introduit l'hy-20 drocarbure dans un courant gazera en état d'accélération. Il est possible d'utiliser ici, pour la dispersion, de l'airy sans inconvénient au point de vue du rendement en noir et des propriétés de celui-ci. Un mode de réalisation de l'appareil sui-25 vant l'invention est représenté dans le dessin annexé et est décrite ci-après s L'appareil représenté par la figure 1 est constitué essentiellement par un tuyau d'alimentation 12 en liquide, qui présente à son embouchure un rétrécissement 5 qui permet de dé-30 terminer la vitesse de sortie du liquide. Ce tuyau d'alimentation en huile pénètre dans la partie arrière de l'appareil dans l'enveloppe tubulaire 11/6 destinée à l'alimentation en gaz, et s'étend suivant son axe en étant centré par les écarteurs 7, dans la direction de la perforation cylindrique de la buse 1 « Le tuyau 12 est so-35 lidement raccordé avec le tuyau 11 qui forme le prolongement arrière du tuyau 6 et peut être déplacé dans le sens de l'axe du brûleur au moyen de l'écrou 9 et de la bague d'écartement 10o Le gaz de pulvérisation pénètre par le raccord 13 dans l'enveloppe tubulaire 11/6, et arrive dans l'espace 40 situé entre cette enveloppe tubulaire et le tuyau d'alimentation en 69 04158 5. 2002384 huile dans la partie avant de l'appareil. L'enveloppe tubulaire 6 présente à cet endroit un rétrécissement 4, dans lequel le gaz subit une accélération. Suivant le dessin, la matière première liquide sort du tuyau à huile 5 dans la zone même de ce rétrécissement 5 et se trouve dispersée dans le courant gazeux en cours d*accélération, pour finalement sortir de la buse 1 à grande vitesse sous forme d'un mélange pulvérisé d'une façon homogène» A la place de la buse 1, on peut aussi mettre en place des buses de formes différentes (buses "Venturi ou Laval). 10 Dans le modèle représenté de l'appareil sui vant l'invention, l'enveloppe tubulaire 6 est entourée d'une enveloppe tubulaire extérieure 8 pour l'alimentation en gaz combustible. Le gaz combustible pénétre au point 14 dans l'appareil et en sort par des trous 3 disposés radialement (figure 2)» 15 L'invention s'étend également, à titre de produits industriels nouveaux, aux produits conformes à ceux obtenus par le procédé ci-dessus ou similaire» L'invention est exposée plus en détail ci-après par des exemples d'exécution» 20 Dans les exemples 1 et 2, on verra comparée l'efficacité du nouveau brûleur avec celle du brûleur connu cité au début en second pour la fabrication de noir pour caoutchouc» EXEMPLE 1 - On a fait fonctionner le brûleur connu, 25 pour la fabrication d'un noir ayant une action renforçatrice dans le caoutchouc, avec les composants de réaction et les quantités mis en oeuvre suivants î Composants de la réaction Quantités Huile pour noir II 30 (distillats de charbon et de pétrole) 25 kg/h air de pulvérisation (5 kg/cm2 eff») 7 Nm3/h gaz combustible (gaz de ville avec une valeur calorifique supérieure à 4 500 cal/Um3) 10 Nm^/h air de combustion 96 Nm3/h 35 La capacité de production en noir se montait avec ces mises à 11,3 kg/h, ce qui correspond à un rendement de 44,5 % calculé sur l'huile pour noir mise en oeuvre. L'examen du noir obtenu a donné t Propriétés du noir s 40 surface à l'iode. » .... 99 m^/g atdsorption d'huile. .... 1,35 ml/g 69 04158 2002384 Chiffres obtenus aux easais dans le caoutchouc Module avec une extension de 300 fo ...... . 139 kg/cm2 Résistance relative à l'abrasion . , 100 $ EXEMPTE 2 - 5 Pour fabriquer un noir ayant un effet ren forçateur dans le caoutchouc, on a fait fonctionner le brûleur suivant 18invention, conforme au modèle d'exécution représenté dans le dessin, avec les composants de réaction et les quantités mis en oeuvre suivants t 10 Composants de la réaction Quantités Huile pour noir II 25 kg/h Air de pulvérisation (5 kg/cm^ eff.) 7 Nm?/h Gaz combustible (gaz de ville avec une valeur calorifique supérieure à 4500 cal/NmP) 10 Na?/h 15 Air de combustion 95 Nm3/h La capacité de production en noir se monte avec ces mises à 12,6 kg/h, correspondant à un rendement de 50,3 i° calculé sur l'huile pour noir mise en oeuvre. L'examen du noir obtenu suivant l'invention a donné * 20 Propriétés du noir surface à l'iode ..... 102 m2/g adsorption d'huile. .... 1,38 ml/g Chiffres obtenus à l'examen sur caoutchouc - Module avec une extension de 300 $ . 145 kg/cm^' 25 résistance relative à l'abrasion (calculée sur la valeur de l'exemple 1).........«110# Le brûleur suivant l'invention permet donc la fabrication de noirs pour caoutchouc qui se montrent très supérieurs, dans leurs propriétés et leur action technique à l'applica-30 tion, aux noirs pour caoutchouc que l'on obtient avec les modèles de brûleurs anciens et donnent un rendement plus élevé» Dans l'essai qui fait l'objet de l'exemple 35 on a fait fonctionner le brûleur suivant l'invention pour la fabrication d'un noir pour caoutchouc en élevant la quantité d'air 35 de pulvérisation aux dépens de l'air de combustion» On a utilisé les composants de réaction et les quantités suivants % Composants de la réaction Quantités 40 Huile pour noir II 25 kg/h 69 04158 7. 2002384 air de pulvérisation (5 kg/cm2 eff.) 16 Nm3/h gaz combustible (gaz de ville avec une valeur calorifique supérieure à 4 500 cal/Nm^) 10 Nm^/h Air de combustion 86,2 Nm^/h 5 La capacité de production en noir se monte avec ces mises à 14»2 kg/h, ce qui correspond à un rendement de 56,5 calculé sur l'huile pour noir mise en oeuvre. L'examen du noir obtenu a donné î Propriétés du noir s 10 surface à l'iode 103 m2/g adsorption d'huile ..... 1,6 ml/g Chiffres obtenus à l'essai dans le caoutchouc - Module avec une extension de 300 % ....155 kg/cm2 résistance relative à l'abrasion (calculée sur la 15 valeur obtenue dans l'exemple 1) ........ .118?$ Comme le montre la comparaison avec l'exemple 2, les propriétés d'un noir fabriqué avec le brûleur, ses effets techniques à l'application et le rendement en ce noir seront encore améliorés si le brûleur est alimenté avec une quantité d'air de 20 pulvérisation que l'on aura augmentée aux dépens de l'air de combustion. Dans les exemples 4 et 5» on verra comparés l'effet du nouveau brûleur avec celui du brûleur connu cité en second au début, dans la fabrication d'un pigment noir pour peinturej 25 EXEMPLE 4 - On a fait fonctionner le brûleur connu pour la fabrication d'un pigment noir avec les composants de reaction et les quantités suivants : composants de réaction Quantités 30 Huile pour noir II 25 kg/h air de pulvérisation (5 kg/cm2) 7 Nm3/h gaz combustible (gaz de ville avec une valeur calorifique supérieure à 4500 cal/fim3) 10 Nm?/h 35 Air de combustion 100 Nm^/h Additif ECtL en solution aqueuse 350 ppm/kg d'huile pour noir La capacité de production en noir se monte avec ces mises à 8,00 kg/h, ce qui correspond à un rendement de 32,0 fo calculé sur l'huile pour noir mise en oeuvre. L'examen du 40 noir obtenu a donné s 69 04158 8» 2002384 Propriétés du noir surface à l'iode « o . . . 189 m2/g prise d'huile (par la méthode de l'écoulement ponctuel) ...... 262 $ 5 Valeur au nigromètre 88 PH «fle.o.eooo*. .s.... . 9p1 Matières volatiles . . 394 EXEMPLE 5 - On a fait fonctionner, pour fabriquer un 10 noir pour peinture, le brûleur suivant l'invention correspondant au modèle d'exécution représenté par le dessin avec les composants de réaction et dans les proportions suivantes s Composants de réaction Quantités Huile pour noir II 25 kg/h 15 Air de pulvérisation (5 kg/cm2 eff.) 7 Nm^/h Gaz combustible (gaz de ville avec une valeur calorifique supérieure à 4 500 cal/Nm^) 10 Nm^/h Air de combustion 97 Nm3/h Additif KŒL en solution aqueuse 350 ppm/kg d'huile pour 20 noir La capacité de production en noir s'est montée avec ces mises à 10,3 kg/h, ce qui correspond à un rendement de 40,5 i° calculé sur l'huile pour noir mise en oeuvre. L'examen du noir obtenu suivant l'invention a donné s 25 Propriétés du noir surface à l'iode 192 m^/g prise d'huile (par la méthode d'écoulement ponctuel) 305 # valeur au nigromètre 83 30 pH ........ 8,9 Matières volatiles 3»5 $ Le brûleur suivant l'invention permet ainsi la fabrication de noirs pour peinture qui montrent une importante supériorité, au point de vue de leurs propriétés et de l'effet 35 obtenu dans l'application technique^ sur les noirs pour peintures que l'on peut fabriquer avec les anciens modèles de brûleurs, et qui donnent un rendement plus élevé. Les avantages obtenus avec l'invention sont brièvement rappelés ci-après s 40 1le liquide peut être très finement divisé dans le gaz» 69 04158 9.- 2002384 2«~ l'appareil peut être utilisé sans modification notable aux installations pour la production de noir existantes, 3.™ il peut être fabriqué des noirs pour peintures de grande surface spécifique ( ^ 150 m^/g) avec un bon rendement. 5 4o'=» Il est possible d'utiliser, sans inconvénient, l'air comme gaz destiné à assurer la pulvérisation» Bien entendu» l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de 10 réalisation^ sans pour cela sortir du cadre de l'invention* 69 04158 1 o *«• 2002384 REVENDICATIONS 10- Procédé pour la pulvérisation d'un liquide au moyen dlun gaz notamment pour la fabrication de noir de fumée, procédé caractérisé par ce que l'on introduit le liquide, 5 par exemple un hydrocarbure liquide, qui constitue la matière première du noir de fumée, dans un courant gazeux à grande vitesse, de manière à le disperser dans celui-cifà la suite de quoi la dispersion obtenue est d'abord accélérée, puis chassée par une buse dans une chambre de réaction, ce qui fournit un produit à grande surface 10 spécifique, avec un rendement élevé. 2»-> Procédé conforme à la revendication 1 pour la fabrication de noir de fumée, destiné à être incorporé dans du caoutchouc avec une structure renforcée et un comportement à l'abrasion amélioré. 15 3.- Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par ce que l'on introduit l'hydrocarbure dans un courant gazeux qui se trouve en cours d'accélération. 4.- Procédé suivant les revendications de 1 à 3, caractérisé par ce que l'on utilise de l'air comme gaz des-20 tzné à la dispersion. 5.- Appareil pour la pulvérisation de liquide au moyen d'un gaz, pour l'application du procédé précédent, en particulier pour les installations destinées à la fabrication de noir de fumée, appareil caractérisé par une enveloppe tubulaire, 25 qui se rétrécit vers son extrémité pourvue d'une buse où passe le gaz, et :un tuyau d'alimentation en liquide, monté dans cette enveloppe et qui se termine à l'intérieur de celle-ci, la distance entre l'extrémité du tube et celle.de l'enveloppe étant, dans le sens axial,de préférence égale au maximum à 10 fois le diamètre in-30 térieur de l'enveloppe tubulaire» 6.- Appareil suivant la revendication 5, caractérisé parce que le tuyau d'alimentation peut être déplacé suivant l'axe longitudinal par rapport à l'enveloppe tubulaire» "7»- Appareil suivant les revendications 5 35 ou 6 caractérisé parce que le tuyau d'alimentation débouche dans la zone du rétrécissement de l'enveloppe tubulaire vers la buse. 8«- Appareil suivant les revendications 5 à 7, caractérisé parce que la buse présente un ajutage qui est essentiellement plus petit que l'enveloppe tubulaire elle-même. 40 9«~ Appareil suivant les revendications 5 69 04158 n. 2002384 à Spcaractérisé parce que la buse présente une perforation cylindrique t 10,- Appareil suivant les revendications 5 à 8, caractérisé parce que la buse a la forme d'une buse Venturi ou 5 d'une buse Laval. 11 •- A titre de produits industriels nouveaux, les produits conformes à ceux obtenus par le procédé précédent ou similaire.