Brevet FR2207961A1 — publié le 19740621

La présente invention concerne les procédés d'obtention de noir de carbone par pyrolyse des hydrocarbures, plus préci sément l'obtention de noir de carbone par pyrolyse des hydrocarbures dans le plasma. L'invention peut être utilisée avec succès pour les besoins des industries atomiqueset électrotechniques,de l'industrie du caoutchouc, celle des peintures et des vernis et celle des arts graphiques. On connaît déjà un procédé d'obtention de noir de carbone par pyrolyse des hydrocarbures dans le plasma. Pour mettre ce procédé en oeuvre on admet des hydrocarbures gazeux dans le plasma formé par l'hydrogène ou un gaz inerte tel que, notamment l'argon ou l'azote. Bes hydrocarbures de départ sont chauffés au sein du plasma jusqu'à a température de 3000 E, à laquelle les ma tières de départ se décomposent aveo formation de noir de carbone et d'hydrogène. Pour un tel procédé d'obtention de noir de carbone il faut disposer d'un équipement spécial pour l'amenée de l'hydrogène ou du gaz inerte servant à la formation du plasma. En outre, la mise en oeuvre d'un tel procédé entraîne une forte consommation d'énergie électrique. La concentration du noir de carbone dans les produits de pyrolyse des hydrocarbures de départ est réduite du fait de l'utilisation de lthydrogène et du gaz inerte, ce qui nécessite l'emploi d'un appareillage de purification compliqué. En outre, il est indispensable d'employer un appareillage spécial pour la régénération des gaz inertes ou de l'azote. Ainsi, le procédé connu d'obtention de noir de carbone est compliqué au point de vue technologique et entraîne des frais élevés ppur sa mise en oeuvre. L'un des inconvénients duditprocédé réside dans l'emploi d'hydrocarbures gazeux en tant que matière première, ce qui restreint l'obtention de noirs de diverses sortes. La présente invention vise à éliminer les inconvénients précités. On s'est donc proposé de créer un procédé plus simple du point de vue technologique et moins onéreux d'obtention de noir de carbone par pyrolyse des hydrocarbures dans le plasma. On y parvient du fait que dans le procédé d'obtention du noir de carbone par pyrolyse des hydrocarbures dans le plasma, suivant l'invention on utilise des hydrocarbures pour la formation du plasma. Be procédé-de l'invention est simple au point de vue technologique et sa mise en oeuvre entraîne des frais matériels et d'exploitation-beaucoup moins importants. La concentration de noir de carbone dans les produits de pyrolyse est très élevée. Il est avantageux d'utiliser, pour la formation du plasma, des hydrocarbures à l'état gazeux. D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'exemples non limitatifs de mise en oeuvre du procédé proposé, illustrés par le dessin unique annexé représentant schématiquement (en coupe longitudinale) un générateur de plasma pour l'obtention de noir de carbone par pyrolyse des hydrocarburesau sein de plasma. Be générateur de plasma se compose d'un corps cylindique supérieur 1 et d'un corps cylindrique inférieur 2. Be corps 1 est séparé du corps 2 par un joint isolant 3. Bye corps supérieur 1 comporte une culasse 4 munie d'un raccord 5 pour l'admission des hydrocarbures, par exemple des hydrocarbures gazeux, notamment sous forme de gaz naturel, pour la génération de plasma. La température du plasma atteint une température de 20000 à 50000g. A l'intérieur du corps 1 est logée une électrode cylindrique supérieure 6. Une chemise de refroidissement 7 est prévue pour refroidir extérieurement l'électrode 6. Be corps 1 est muni d'un raccord 8 par lequel arrive l'eau de refroidissement, et d'un raccord 9 pour l'évacuation de l'eau réchauffée. On réunit le corps supérieur -1 au corps inférieur 2 au moyen 'un assemblage par brides 10. A l'intérieur du corps 2 est logée une électrode cylindique inférieure 11. Pour refroidir l'électrode inférieure 11 celle-ci est pourvue extérieurement d'une chemise de refroidissement 12. L e corps inférieur 2 est muni d'un raccord 13 pour l'arrivée de l'eau de refroidissement et d'un raccord 14 pour l'évacuation de l'eau réchauffée.La partie supérieure du corps inférieur 2 comporte une. pipe 15 pour l'arrivée des hydrocarbures liquides ou gazeux destinés à être chauffés par le plasma obtenu. Be corps inférieur 2 est muni d'une culasse 16 dans laquelle sont logés des injecteurs radiaux 17 et des injecteurs axiaux 18 pour la pulvérisation de l'eau arrivant par le raccord 19, afin de refroidir jusqu'à la température de 500 E les produits de pyrolyse des hydrocarbures de départ. Dans le corps inférieur est logé un dispositif d'amorçage 20. Be corps 2 est muni d'un raccord 21 pour l'arrivée des hydrocarbures de départ utilisés pour la trempe des produits de pyrolyse jusqu'à une température de 11000 à 11500 K. La culasse supérieure 4 est réunie à l'électrode supérieure cylindrique 6, tandis que la culasse inférieure 16 est solidaire de l'électrode cylindique inférieure 11. Bes culasses 4 et 1 6 portent des contacts (non représentés sur le dessin) pour leur raccordement au secteur d'alimentation. L'espace renfermé dans l'électrode cylindrique supérieure 6 et l'électrode cylindrique inférieure 11 constitue une chambre réactionnelle 22, dans laquelle s'effectue la pyrolyse des hydrocarbures de départ avec formation de noir de carbone et dthydrogène. l'e procédé proposé d'obtention de noir de carbone par pyrolyse des hydrocarbures de départ est mis en oeuvre de la manière suivante Pour former le plasma on fait arriver dans la culasse supérieure 4, par le raccord 5, les hydrocarbures de départ, par exemple des hydrocarbures liquides ou gazeux. On peut utiliser en tant qu'hydrocarbures gazeux de départ le gaz naturel. Simultanément avec l'admission des hydrocarbures de départ on applique une tension électrique aux électrodes 6 et 11 et on branche le dispositif d'amorçage 20. Pour refroidir l'électrode supérieum 6 on envoie l'eau de refroidissement dans la chemise de refroidissement 7 à travers le raccord 8. Pour refroidir l'électrode inférieure 11 on fait arriver l'eau de refroidissement dans la chemise de refroidissement 12 à travers le raccord 13. Il se forme dans la chambre réactionnelle 22 un plasma dans lequel s'effectue la pyrolyse du gaz naturel, avec formation de noir de carbone et d'hydrogène. Afin de mieux utiliser la chaleur au plasma et d'augmenter le rendement en noir de carbone et en hydrogène, on fait arriver dans la chambre réactionnelle 22, à travers la pipe 15, des hydrocarburesliquides, par exemple sous forme de kérosène, ou des hydrocarbures gazeux (vapeurs). Afin de prévenir la croissance des particules de noir (cristallites) on trempe les produits de pyrolyse jusqu'à une température de 1100 à 11500K au moyen d'hydrocarbures arrivant par le raccord 21. La transformation ;ar pyrolyse des hydrocarbures de départ en noir de carbone et en hydrogène s'effectue à la température de génération du plasma. Cette température peut atteindre et même dépasser 2000 à 5000 K. La réaction dans le réacteur dure de 5 à 0,001 seconde, avec trempe subséquente des produits de pyrolyse (dans le sens de déplacement des produits de la réaction). Les produits de pyrolyse des hydrocarbures de départ sont soumis à une trempe supplémentaire jusqu'à 7a température de 5000ex avec de l'eau froide pulvérisée que l'on injecte par le raccord 19. La pulvérisation de l'eau est assurée par les injecteurs axiaux 18 et radiaux 17. Be procédé proposé d'obtention de noir de carbone à partir des hydrocarbures peut être mis en oeuvre dans divers types des générateurs de plasma à arc fonctionnant aussi bien en courant continu qu'en courant alternatif. Exemple 1. On forme le plasma à partir de gaz naturel et on y introduit ensuite du gaz naturel. Le taux de transformation par pyrolyse du gaz naturel en noir de carbone est de 80%, le rendement du générateur de plasma est de 84%, et la température moyenne des masses, déduction faite des dépertitions dans le fluide de refroidissement, est de 3000 K. Caractéristiques technologiques du noir de carbone obtenu : pH = 8,1, indice d'huile 1,7 cm3/g, surface spécifique du noir 180 m Exemple 2. On forme le plasma à partir de gaz naturel et on y admet ensuite du kérosène (matière première hydrocarbonée liquide). Be taux de décomposition des hydrocarbures en noir de carbone est de 70%, le rendement du générateur de plasma est de 8 la température moyenne des masses du processus, déduction faite des déperditions dans le fluide de refroidissement, est de 32000K. Caractéristiques technologiques du noir de carbone obtenu : pH 7,9, indice d'huile 1,58 cm /g, surface spécifique du noir 81 m2/g. Bien entendu, l'invention n'est nulként limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent REVENICAT TÔNS 1. Procédé d'obtention de noir de carbone par pyrolyse des hydrocarbures dans le plasma, caractérisé en ce que l'on forme le plasma à partir d'hydrocarbures. 2. Procédé d'obtention de noir de carbone suivant la revendication 1, caractérisé en ce que pour la formation de plasma l'on admet les hydrocarbures de départ à l'état gazeux. 3. Le noir de carbone caractérisé en ce qu'in est obtenu par le procédé suivant l'une des revendications 1 et 2.