СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗБАВИТЕЛЬНОЙ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
METHOD FOR PRODUCING CARBON BLACK WITH USING SOLVENT FLUID MEDIUM

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Настоящее изобретение относится к техническому углероду и способам получения технического углерода. Кроме того, настоящее изобретение относится к регулированию одной или более характеристик частиц технического углерода.
[0002] При производстве технического углерода типично требуются изменения конфигураций управления технологическим процессом и/или оборудования, когда технологическая линия переходит на изготовление иных сортов технического углерода, или для приспособления к иным типам исходного сырья, и эти изменения препятствуют непрерывной и/или эффективной работе технологической линии. Эксплуатационные корректировки, эффективные для изменения свойств частиц, могут быть использованы, когда изменение характеристик частиц (например, структуры или удельной площади поверхности) технического углерода является желательным по производственным соображениям. Эти корректировки вызывают перебой в работе сажевого реактора, который даже может предусматривать отключение, и сопла, используемые для подачи сырьевого материала для формирования технического углерода, заменяют для изменения динамических характеристик струи или текучей среды, которое может скорректировать цвет или другие свойства. Нет необходимости говорить, что отключение реактора и замена сопел могут занимать много времени и быть дорогостоящими.
[0003] В дополнение, в производстве технического углерода определенные сырьевые материалы могут создавать больше проблем, чем другие, таких как применение сырьевых материалов на основе каменноугольной смолы, и обусловленная этим скорость износа наконечника сопла. Это также может быть справедливым для других сырьевых материалов, которые рассматриваются как сырьевые материалы с большими количествами мелких дисперсных частиц, таких как зола, которые могут создавать проблемы при получении технического углерода, и/или могут быть проблематичными при применении малоразмерных наконечников впускных каналов для сырьевых материалов вследствие опасности засорения. Фактически засорение наконечника может быть вызвано мелкими твердыми частицами, которые поступают с исходным сырьем, вследствие закоксовывания, в присутствии соединений калия, воды, и это лишь немногие примеры. Для целей настоящего изобретения термин «форсунка», или «сопло», или «наконечник», имеет отношение к одному и тому же компоненту.
[0004] Кроме того, было бы желательным усовершенствование способов получения технического углерода с использованием предварительно нагретого сырьевого материала, как описывается в Публикации Международной Заявки № WO 2011/103015. В этом более раннем способе предварительно нагретый сырьевой материал использовали для достижения благоприятных свойств в отношении технического углерода и в экономически выгодном масштабе. Было бы весьма полезным улучшить этот способ для достижения еще большей эффективности.
[0005] Соответственно этому, было бы полезным создание способа получения технического углерода, которым могут быть достигнуты одна или более из вышеуказанных целей.
СУЩНОСТЬ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Соответственно этому, признаком настоящего изобретения является создание способов регулирования по меньшей мере одной характеристики частиц технического углерода без какого-нибудь прерывания процесса или отключения реактора для получения технического углерода.
[0007] Еще одним признаком настоящего изобретения является создание способа регулирования по меньшей мере одной характеристики частиц технического углерода без любой необходимости в замене сопел впускных каналов для сырьевого материала.
[0008] Дополнительный признак настоящего изобретения состоит в обеспечении возможности еще большего повышения температур предварительного нагревания сырьевого материала при получении технического углерода, с контролем термически обусловленного засорения трубопроводов для подачи сырьевого материала при повышенных температурах сырьевого материала.
[0009] Дополнительным признаком настоящего изобретения является создание способа получения технического углерода с использованием сырьевых материалов с большими количествами мелких твердых частиц, таких как зола.
[0010] Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут изложены частично в нижеследующем описании, и отчасти будут очевидными из описания, или могут быть выяснены при практическом осуществлении настоящего изобретения. Цели и другие преимущества настоящего изобретения будут реализованы и достигнуты с помощью элементов или комбинаций, конкретно отмеченных в описании и пунктах прилагаемой патентной формулы.
[0011] Для достижения этих и прочих преимуществ, и в соответствии с целями настоящего изобретения, как сформулированными и обстоятельно описываемыми здесь, настоящее изобретение отчасти относится к способу получения технического углерода. Способ предусматривает введение потока нагретого газа в сажевый реактор. Кроме того, способ включает объединение по меньшей мере одной разбавительной текучей среды по меньшей мере с одним сырьевым для технического углерода материалом с образованием смеси текучей среды с сырьевым материалом. Объединение предпочтительно является таким, что по меньшей мере одна разбавительная текучая среда повышает кинетическую энергию по меньшей мере одного сырьевого для технического углерода материала по направлению, которое является по существу соосным (в пределах 10 градусов отклонения от соосности), или соосным по меньшей мере с одним впускным каналом для подачи сырьевого материала в сажевый реактор. Смесь текучей среды с сырьевым материалом подают в сажевый реактор по меньшей мере через один впускной канал для сырьевого материала (предпочтительно через несколько). Кроме того, способ предусматривает объединение по меньшей мере смеси текучей среды с сырьевым материалом, подводимой через один или многие впускные каналы в сажевый реактор, с потоком нагретого газа для формирования реакционного потока, в котором образуется технический углерод в сажевом реакторе. Кроме того, способ включает извлечение технического углерода в реакционном потоке. В этом способе разбавительная текучая среда может быть химически инертной, и предпочтительно является химически инертной в отношении сырьевого для технического углерода материала.
[0012] Вместо объединения или в дополнение к объединению по меньшей мере одной разбавительной текучей среды по меньшей мере с одним сырьевым для технического углерода материалом с образованием смеси текучей среды с сырьевым материалом, смесь текучей среды с сырьевым материалом может быть создана в реакторе. Другими словами, по меньшей мере одна разбавительная текучая среда может быть введена в реактор, и по меньшей мере один сырьевой материал может быть введен в реактор таким образом, чтобы впускные каналы для каждого из них были размещены так, что разбавительная текучая среда повышает кинетическую энергию сырьевого материала, направляемого в факел горения.
[0013] Кроме того, настоящее изобретение включает способ регулирования по меньшей мере одной характеристики частиц технического углерода, такой как структура и/или удельная площадь поверхности. Способ предусматривает объединение по меньшей мере одной разбавительной текучей среды по меньшей мере с одним сырьевым для технического углерода материалом с образованием смеси текучей среды с сырьевым материалом, и подачу смеси текучей среды с сырьевым материалом в сажевый реактор. Подача смеси текучей среды с сырьевым материалом производится в форме одной или многих струй. Кроме того, способ включает регулирование количества разбавительной текучей среды, присутствующей в смеси текучей среды с сырьевым материалом, чтобы контролировать по меньшей мере одну характеристику частиц, такую как цветовой оттенок. Другие характеристики частиц могут представлять собой удельную площадь поверхности (например, измеряемую методами BET (Брунауэра-Эммета-Теллера), CTAB (по бромиду цетилтриметиламмония), и/или STSA (метод статистической толщины) (согласно стандарту ASTM D6556)), или структурную характеристику, такую как OAN (число абсорбции масла) или DBP (абсорбция дибутилфталата).
[0014] В способах согласно настоящему изобретению сырьевой для технического углерода материал может представлять собой или содержать сырьевые материалы с большим количеством мелких твердых частиц от 0,01 вес% до 0,5 вес%, в расчете на вес сырьевого материала, таких как зола, поскольку способы согласно настоящему изобретению обеспечивают возможность работать с сырьевыми материалами этого типа без описанных ранее побочных эффектов.
[0015] Должно быть понятно, что как приведенное выше общее описание, так и последующее подробное описание являются только примерными и пояснительными, и предназначены для представления дополнительного разъяснения настоящего изобретения как заявленного.
[0016] Сопроводительные чертежи, которые включены в настоящую заявку и составляющие ее часть, иллюстрируют аспекты настоящего изобретения, и совместно с описанием служат для разъяснения принципов настоящего изобретения. Сходные численные обозначения с использованием фигур относятся к сходными признакам.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0017] ФИГУРЫ 1-5 представляют схематические изображения части разнообразных типов сажевых реакторов печного типа, которые могут быть использованы в способе согласно настоящему изобретению для получения сортов технического углерода. Этот сажевый реактор является только иллюстративным в отношении реакторов, которые могут быть применены в настоящем изобретении.
[0018] ФИГ 6 представляет схематическое изображение одного примера инжектора, которое показывает нагнетание разбавительной текучей среды в распыленный сырьевой материал перед поступлением в сажевый реактор и в первичный фронт пламени.
[0019] ФИГУРЫ 7 и 8 представляют чертежи, изображающие варианты введения разбавительной текучей среды и сырьевого материала без предварительного смешения перед поступлением в реактор, с конструкцией коаксиальных кольцевых каналов и конструкцией параллельных смежных каналов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0020] Настоящее изобретение относится к способам получения технического углерода. Настоящее изобретение также относится к способам регулирования по меньшей мере одной характеристики частиц технического углерода. Кроме того, настоящее изобретение относится к возможности применения сырьевых материалов с большими количествами мелких твердых частиц без засорения любого из впускных каналов реактора. Кроме того, настоящее изобретение относится к способам еще большего повышения температур предварительного нагревания сырьевых материалов при получении технического углерода с контролем термически обусловленного засорения трубопроводов для подачи сырьевых материалов при повышенных температурах исходного сырьевого материала.
[0021] При получении технического углерода сжигают топливо для генерирования потока горячего газа, который с высокой скоростью протекает через переходную зону, где сырьевой для технического углерода материал вводится и смешивается с потоком горячего газа. Смесь продолжает двигаться с высокой скоростью в горячий реактор, где сырьевой материал подвергается пиролизу с образованием частиц технического углерода, затем производится гашение реакции, реактанты охлаждаются, и технический углерод как продукт собирается на фильтре.
[0022] В общем и целом, один аспект настоящего изобретения относится к получению технического углерода объединением по меньшей мере одной разбавительной текучей среды по меньшей мере с одним сырьевым для технического углерода материалом перед введением сырьевого материала (или после введения сырьевого материала) в реактор через один или многие впускные каналы. При использовании разбавительной текучей среды, подробно описываемой ниже, разбавительная(-ные) текучая(-ие) среда(-ды) способна(-ны) обеспечить разнообразные преимущества, включающие одно или более из следующего: возможность проводить обработку разнообразных сортов сырьевых для технического углерода материалов, в том числе тех, которые рассматриваются как сырьевые материалы с высоким содержанием мелких твердых частиц (например, золы), такие как сырьевые материалы на основе каменноугольной смолы, для получения технического углерода; возможность предварительного нагревания образующих технический углерод сырьевых материалов даже сильнее, чем было описано ранее; возможность регулирования одной или более характеристик частиц технического углерода; возможность применения более низких давлений для введения сырьевых материалов; и/или прочие благоприятные возможности.
[0023] Разбавительная текучая среда может представлять собой газ или жидкость. Предпочтительными примерами являются газы. Разбавительная текучая среда может быть химически инертной по отношению к сырьевому для технического углерода материалу, и предпочтительно является химически инертной по отношению к сырьевому для технического углерода материалу. Разбавительная текучая среда может представлять собой по меньшей мере один инертный газ (например, аргон, неон, гелий, и тому подобный). Разбавительная текучая среда может представлять собой азот, по отдельности или с другими газами. Разбавительная текучая среда может представлять собой водяной пар, воду, воздух, диоксид углерода, монооксид углерода, водород, сажевый остаточный газ, природный газ или азот, один или многие инертные газы, или любые их комбинации. Как правило, газ или жидкость имеют чистоту по меньшей мере 95% по весу (например, по меньшей мере 97%, по меньшей мере 98%, по меньшей мере 99%, по меньшей мере 99,5%, или по меньшей мере 99,9% по весу) газа или жидкости. Например, когда используют азот (по отдельности или в смеси с другими газами/жидкостями), газообразный азот имеет чистоту по меньшей мере 95% по весу, в расчете на газ.
[0024] Разбавительная текучая среда, будучи объединенной по меньшей мере с одним сырьевым для технического углерода материалом с образованием смеси текучей среды с сырьевым материалом, необязательно может быть равномерно распределена в сырьевом для технического углерода материале. Объединение разбавительной(-ных) текучей(-их) среды(сред) по меньшей мере с одним сырьевым для технического углерода материалом приводит к смеси текучей среды с сырьевым материалом, в которой разбавительная текучая среда распределена (однородно или неоднородно) в сырьевом для технического углерода материале.
[0025] Прежде чем разбавительная текучая среда будет объединена с сырьевым для технического углерода материалом, сырьевой для технического углерода материал может быть распылен или по меньшей мере частично распылен. По выбору, в настоящем изобретении разбавительную текучую среду не используют в качестве средства распыления сырьевого для технического углерода материала. Разбавительная текучая среда предпочтительно сообщает сырьевому для технического углерода материалу кинетическую энергию, будучи смешанной с сырьевым для технического углерода материалом. Термин «кинетическая энергия» имеет отношение к количеству движения, как это понимается в гидроаэромеханике. В качестве одного из вариантов, разбавительная текучая среда, будучи объединенной с сырьевым для технического углерода материалом, сообщает кинетическую энергию с образованием колончатой струи смеси текучей среды с сырьевым материалом, когда смесь выходит из сопла и поступает в сажевый реактор. Разбавительная текучая среда имеет способность передавать кинетическую энергию сырьевому материалу. Смесь текучей среды с сырьевым материалом проводится через инжектор так, что направленный вперед импульс смеси текучей среды с сырьевым материалом при поступлении в реактор сохраняется по направлению, соосному с центральной осью инжектора (или по существу соосному с центральной осью инжектора, например, в пределах 10 градусов отклонения от соосности с центральной осью). Кроме того, смесь текучей среды с сырьевым материалом выбрасывается таким образом, что она предпочтительно движется перпендикулярно (или по существу перпендикулярно, то есть, в пределах 10 градусов) к первичному фронту пламени или факелу горения, и/или предпочтительно перпендикулярно (или по существу перпендикулярно, то есть, в пределах 10 градусов) стенке сажевого реактора. В качестве одного из вариантов, смесь текучей среды с сырьевым материалом, или инжектор, используемый для нагнетания смеси текучей среды с сырьевым материалом, могут быть под любым углом относительно первичного фронта пламени или факела горения (например, перпендикулярно (90 градусов), по существу перпендикулярно (80-110 градусов), или под другими углами (такими как 20-79 градусов, 20 градусов, 30 градусов, 40 градусов, 45 градусов, 50 градусов, 55 градусов, 60 градусов, 65 градусов, 75 градусов, и тому подобными)). Один пример объединения разбавительной текучей среды и сырьевого для технического углерода материала показан в ФИГ. 6. В ФИГ. 6 сырьевой для технического углерода материал 100 поступает в жиклер 102 и выходит из жиклера в виде распыленного сырьевого для технического углерода материала 104. Разбавительная текучая среда 106 вводится через канал 108 и смешивается с распыленным сырьевым для технического углерода материалом 104 с образованием смеси 110 текучей среды с сырьевым материалом. Смесь 110 имеет повышенную кинетическую энергию сравнительно с кинетической энергией, которая была до введения разбавительной текучей среды. Эта смесь 110 выходит из инжектора через сопло или канал 112 в стенке 117 реактора в форме колончатой струи (114) смеси текучей среды с сырьевым материалом при высокой кинетической энергии, которая затем внедряется в высокоскоростной факел горения или первичный фронт 116 пламени. Таким образом, в настоящем изобретении объединение по меньшей мере одной разбавительной текучей среды по меньшей мере с одним сырьевым для технического углерода материалом с образованием смеси текучей среды с сырьевым материалом предпочтительно является таким, что по меньшей мере одна разбавительная текучая среда повышает кинетическую энергию по меньшей мере одного сырьевого для технического углерода материала по направлению, которое является соосным или по существу соосным по меньшей мере одному впускному каналу сажевого реактора.
[0026] Количество разбавительной(-ных) текучей(-их) среды(сред), которую(-ые) смешивают с сырьевым для технического углерода материалом, может регулироваться. Количество разбавительной текучей среды, которую объединяют с сырьевым для технического углерода материалом, может регулироваться при эксплуатации в поточном режиме и формировании технического углерода. Другими словами, количество разбавительной текучей среды может быть изменено «на лету». Таким образом, поскольку разбавительная текучая среда может смешиваться с сырьевым для технического углерода материалом в регулируемом количестве, это может быть выполнено без остановки реактора. Таким образом, производство технического углерода может поддерживаться непрерывным, даже когда условия работы реактора корректируют для получения технического углерода иных сортов, или для оптимизации сорта изготавливаемого технического углерода, или корректирования/изменения качества получаемого технического углерода, и/или при прочих настройках, которые производятся на процессе/реакторе во время производства технического углерода.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
[0027] Как правило, разбавительная текучая среда может быть введена в сырьевой для технического углерода материал при любом давлении, но чаще всего предпочтительными являются высокие давления для достижения желательного смешения разбавительной текучей среды с сырьевым для технического углерода материалом, в особенности, когда разбавительная текучая среда представляет собой газ. Надлежащие давления могут составлять от около 1 фунта/дюйм (0,07 кг/см) до около 350 фунтов/дюйм (24,6 кг/см), от около 50 фунтов/дюйм (3,52 кг/см) до около 175 фунтов/дюйм (12,3 кг/см), или от около 20 фунтов/дюйм (1,4 кг/см) до около 200 фунтов/дюйм (14,1 кг/см) или выше, или от около 100 фунтов/дюйм (7,03 кг/см) до около 200 фунтов/дюйм (14,1 кг/см) или выше.
[0028] Эти давления и другие давления могут быть использованы для введения разбавительной текучей среды в сырьевой для технического углерода материал. Давление может быть достаточным для внедрения в сырьевой для технического углерода материал с образованием смеси текучей среды с сырьевым материалом, и, предпочтительно, где разбавительная текучая среда однородно распределяется по всему объему сырьевого для технического углерода материала.
[0029] В смеси текучей среды с сырьевым материалом могут присутствовать любые количества разбавительной текучей среды. Например, разбавительная текучая среда может присутствовать в смеси текучей среды с сырьевым материалом в количестве от около 0,1 весового процента до около 400 весовых процентов (или выше), в расчете на вес сырьевого для технического углерода материала. Другие количества включают, например, от около 0,1 весового процента до около 100 весовых процентов или более, в расчете на вес сырьевого для технического углерода материала, или от около 5 весовых процентов до около 15 весовых процентов, в расчете на вес сырьевого для технического углерода материала, или от около 0,1 весового процента до около 50 весовых процентов, в расчете на вес сырьевого для технического углерода материала, или от около 1 весового процента до около 40 весовых процентов, в расчете на вес сырьевого для технического углерода сырьевого материала.
[0030] Подача смеси текучей среды с сырьевым материалом может быть в форме одной или многих струй. Регулировать внедрение струи смеси текучей среды с сырьевым материалом в поток нагретого газа можно на основе типа разбавительной текучей среды и/или количества разбавительной текучей среды. Как было указано ранее, при использовании смеси текучей среды с сырьевым материалом, которая подается в форме одной или более струй, количеством разбавительной текучей среды и/или типом разбавительной текучей среды можно корректировать проникновение струи смеси текучей среды с сырьевым материалом в поток нагретого газа без любой замены сопла и/или без необходимости в прерывании процесса или отключении сажевого реактора.
[0031] В качестве одного из вариантов, разбавительная текучая среда может быть смешана с сырьевым для технического углерода материалом в месте, которое находится перед впускным каналом для смеси текучей среды с сырьевым материалом в сажевом реакторе. Текучая среда может быть введена таким образом, что текучая среда и сырьевой материал смешиваются друг с другом перед поступлением в инжектор/сопло. Разбавительная текучая среда может быть смешана с сырьевым для технического углерода материалом в месте, которое находится перед впускным каналом реактора на расстоянии больше или меньше, чем 0,5 дюйма (12,7 мм), таком как по меньшей мере 0,75 дюйма (19 мм), по меньшей мере 1 дюйм (25,4 мм), по меньшей мере 2 дюйма (50,8 мм), по меньшей мере 4 дюйма (101,6 мм), или по меньшей мере 6 дюймов (152,4 мм).
[0032] В качестве одного из вариантов, разбавительная текучая среда может быть смешана с сырьевым для технического углерода материалом после соответственного введения их в сажевый реактор. Иначе говоря, разбавительная текучая среда может быть введена в сажевый реактор отдельно от сырьевого для технического углерода материала. Может быть применена любая геометрическая конфигурация для достижения отдельного введения разбавительной текучей среды и сырьевого для технического углерода материала в реактор так, чтобы две текучих среды были смежными относительно друг друга или контактировали между собой в реакторе. Например, как показано в ФИГУРАХ 7 и 8, введение разбавительной текучей среды и сырьевого для технического углерода материала по отдельности может быть выполнено с помощью трубчатой конструкции, которая имеет коаксиальную полую конфигурацию таким образом, что одна из текучих сред окружает другую текучую среду. Еще одна геометрическая конфигурация, которая может быть применена, состоит в наличии впускных каналов для разбавительной текучей среды и сырьевого для технического углерода материала, расположенных параллельно бок о бок. В этой конструкции один из впускных каналов может быть слегка выдвинут вперед относительно другого, например, как примерно на полдюйма (12,7 мм) или на один дюйм (25,4 мм), или больше. Когда разбавительную текучую среду и сырьевой для технического углерода материал вводят в реактор по отдельности, геометрическая конфигурация является такой, чтобы разбавительная текучая среда приходила в контакт с текучей средой сырьевого для технического углерода материала, и разбавительная текучая среда повышала кинетическую энергию текучей среды сырьевого материала при поступлении в факел горения (или в поперечный поток). Нет никаких ограничений в отношении геометрической конфигурации, которая может быть применена для достижения такого двойного отдельного введения разбавительной текучей среды и сырьевого для технического углерода материала. Опять же, могут быть использованы один или более впускных каналов, таких как размещенных вдоль окружного направления реактора, такого как горловинная секция.
[0033] В отношении каждого впускного канала для подачи сырьевого для технического углерода материала может быть предусмотрено или предварительное смешение разбавительной текучей среды с сырьевым для технического углерода материалом до введения сырьевого материала в сажевый реактор, и/или соответственный впускной канал для разбавительной текучей среды при каждом существующем впускном канале для введения сырьевого для технического углерода материала.
[0034] Режим, в котором смесь текучей среды с сырьевым материалом вводится в сажевый реактор, такой как на переходном участке процесса, может быть исполнен в форме одной или многих сопел или форсунок, или в комбинации их, или, в альтернативном варианте, с помощью одной или более фурм. Когда применяются форсунки, их типично размещают в радиальном положении вдоль окружного направления реактора, например, как показано в ФИГ. 1. Когда используют фурму, она типично размещена в центре по осевому положению реактора.
[0035] В настоящем изобретении, для любого способа сырьевой для технического углерода материал может представлять собой или включать любой жидкий углеводород с удельным весом от около 0,9 до около 1,5 или выше (таким как от 0,9 до около 1,3, или от 1 до 1,2, и тому подобным), или любую комбинацию их. Сырьевой для технического углерода материал может иметь температуру начала кипения от около 160°С до около 600°С, такую как от 160°С до около 500°С, или от 200°С до около 450°С, или от 215°С до около 400°С, и тому подобную. Сырьевой для технического углерода материал может представлять собой любой традиционный сырьевой для технического углерода материал, который обеспечивает формирование технического углерода. Например, может быть применен любой углеводород. Подходящий сырьевой материал может быть любым сырьевым для технического углерода углеводородным материалом, который может легко испаряться в условиях реакции. Например, могут быть использованы ненасыщенные углеводороды, такие как ацетилен; олефины, такие как этилен, пропилен, бутилен; ароматические соединения, такие как бензол, толуол и ксилол; определенные насыщенные углеводороды; и другие углеводороды, такие как керосины, нафталины, терпены, этиленовые смолы, ароматические рецикловые продукты, и тому подобные.
[0036] Сырьевой для технического углерода материал, который может быть обработан с использованием настоящего изобретения, как правило, может включать любой жидкий углеводород или нефтяные сырьевые материалы, применимые для получения технического углерода. Подходящие жидкие сырьевые материалы включают, например, ненасыщенные углеводороды, насыщенные углеводороды, олефины, ароматические соединения, и другие углеводороды, такие как керосины, нафталины, терпены, этиленовые смолы, каменноугольные смолы, крекинг-остатки, и ароматические рецикловые продукты, или любые их комбинации. Сырьевые материалы могут представлять собой, например, нефтяную эмульсию, каменноугольную смолу, остатки этиленового крекинга, содержащую асфальтены нефть, или любые их комбинации. Тип сырьевого материала может влиять на условия засорения. Химические свойства могут варьировать между различными типами сырьевых материалов и/или в пределах одного типа сырьевого материала. Из практического опыта и по результатам лабораторного тестирования известно, что, например, все из нефтяной эмульсии, газойля коксования, каменноугольных смол и остатков этиленового крекинга могут приводить к засорению при разнообразных температурах свыше около 300°С. Например, остатки этиленового крекинга (ECR) могут иметь относительно высокое содержание асфальтенов. Сырьевые материалы других типов также могут содержать асфальтены, и/или иметь химические свойства, обусловливающие другие механизмы засорения.
[0037] Содержание асфальтенов в сырьевом материале может составлять, например, от 0% до около 30% по весу, или по меньшей мере около 0,5% по весу, или по меньшей мере около 1% по весу, или по меньшей мере около 2% по весу, или по меньшей мере около 3% по весу, или от около 1% до около 10% по весу, или от около 2% до около 7,5% по весу, или от около 2,5% до около 5% по весу, в расчете на общий вес сырьевого материала. Сырьевой материал может иметь температуру начала кипения, например, от около 160°С до около 500°С, или от около 180°С до около 450°С, или от около 200°С до около 400°С, или от около 225°С до около 350°С. Температура начала кипения имеет отношение к температуре, при которой испаряется первый компонент сырьевого материала (сырьевого материала). Сырьевой материал может иметь температуру среднего диапазона кипения, например, от около 380°С до около 800°С, или от около 400°С до около 500°С, или от около 425°С до около 475°С, или от около 440°С до около 460°С. Температура среднего диапазона кипения означает температуру, при которой испаряются 50% компонентов сырьевого материала. Сырьевой материал может иметь температуру окончания кипения, например, от около 600°С до около 900°С, или от около 625°С до около 725°С, или от около 650°С до около 700°С, или от 670°С до около 690°С. Температура окончания кипения соответствует температуре, при которой испаряются 100% компонентов сырьевого материала. Могут быть применимыми другие температуры начала, среднего диапазона и/или окончания кипения, в зависимости от выбора и химической природы сырьевого материала.
[0038] Способы согласно настоящему изобретению могут быть применены в сажевых реакторах печного типа, с адаптациями и модификациями, как это здесь уместно. Способы согласно настоящему изобретению могут быть реализованы на практике, например, в сажевом реакторе печного типа с модульной конструкцией, также называемом «ступенчатым». Реакторы печного типа со ступенчатой реакционной зоной, которые могут быть приспособлены или модифицированы для практического исполнения настоящего изобретения, показаны, например, в Патентах США №№ 3922335; 4383973; 5190739; 5877250; 5904762; 6153684; 6156837; 6403695; и 6485693 В1, все из которых включены здесь ссылкой во всей своей полноте.
[0039] Что касается потока горячих газов (или потока нагретого газа), который смешивается с сырьевым для технического углерода материалом, то поток горячих газов также может рассматриваться как горячие газообразные продукты сгорания или поток нагретого газа, который может быть генерирован в результате контакта твердого, жидкого и/или газообразного топлива с потоком подходящего окислителя, такого, но без ограничения этим, как воздух, кислород, смеси воздуха и кислорода, или тому подобные. В альтернативном варианте, может быть пропущен предварительно нагретый поток окислителя, без добавления жидкого или газообразного топлива. Примеры топлива, пригодного для применения в контактировании с потоком окислителя для образования горячих газов, включают любые потоки из легко сгораемых газов, паров или жидкостей, таких как природный газ, водород, монооксид углерода, метан, ацетилен, спирт, повторно используемый остаточный газ, или керосин. Как правило, предпочтительным является применение топлив, имеющих высокое содержание углеродистых компонентов, и, в частности, углеводородов. Отношение воздуха к топливу, применяемого для получения технического углерода согласно настоящему изобретению, может составлять от около 0,7:1 до произвольно высокого, или от около 1:1 (стехиометрическое соотношение) до произвольно высокого. Для упрощения образования горячих газов поток окислителя может быть предварительно нагрет. Поток горячего газа по существу создается воспламенением или сгоранием топлива и/или окислителя. В потоке горячего газа могут быть получены такие температуры, как от около 1000 градусов Цельсия до около 3500 градусов Цельсия.
[0040] В настоящем изобретении внедрение струи сырьевого материала может быть отрегулировано с помощью разбавительной текучей среды. Например, разбавительная текучая среда имеет способность влиять на скорость дросселированного потока, или критическую скорость, или обеих, одной или многих струй смеси текучей среды с сырьевым материалом, которая находится в форме кумулятивной струи, когда вводится в реактор через один или многие впускные каналы. Чем больше количество разбавительной текучей среды, тем выше скорость дросселированного потока (согласно эффекту Вентури) смеси, или критическая скорость смеси (где скорость дросселированного потока и критическая скорость имеют отношение к скорости звука для этой смеси), и поэтому достигается тем большее проникновение струи в поток нагретого газа.
[0041] Еще одним преимуществом настоящего изобретения является возможность повышения общего выхода технического углерода с использованием разбавительной текучей среды. В настоящем изобретении больше технического углерода может быть получено с использованием того же количества текучей среды сырьевого материала. Например, выход может быть повышен по меньшей мере на 1%, по меньшей мере на 2%, или по меньшей мере на 5%, причем выход в «%» в расчете на количество технического углерода в процентах по весу. Выходы могут быть дополнительно увеличены с использованием варианта предварительного нагревания (как здесь описывается) разбавительной текучей среды, сырьевого для технического углерода материала, или их обоих.
[0042] Еще одно преимущество настоящего изобретения относится к возможности применения крупноразмерных жиклеров или сопел. В некоторых процессах получения технического углерода крупноразмерные жиклеры или сопла применяют из-за мелких твердых частиц в сырьевом для технического углерода материале. Крупноразмерные сопла используют во избежание закупоривания сопла вследствие присутствующих мелких твердых частиц. Однако, если применяют крупноразмерные сопла, это может препятствовать достаточному или хорошему внедрению текучей среды сырьевого материала в факел горения нагретого газа вследствие снижения давления и скорости течения сырьевого материала. Однако в настоящем изобретении применение разбавительной текучей среды обеспечивает возможность повышения кинетической энергии текучей среды сырьевого материала, даже при поступлении из крупноразмерных сопел, так что проникновение достигается на таком же уровне, как с малоразмерными соплами, для достижения желательного формирования технического углерода.
[0043] В качестве одного варианта, сырьевой для технического углерода материал, который смешивается с разбавительной текучей средой, может быть нагрет перед объединением с разбавительной текучей средой. Другими словами, сырьевой для технического углерода материал может быть предварительно нагрет. Предварительное нагревание сырьевого материала и используемые способы могут быть такими, как изложено в Международной Публикации № WO 2011/103015, включенной здесь ссылкой во всей своей полноте.
[0044] В настоящем изобретении, в качестве одного варианта, сырьевой для технического углерода материал перед смешением с разбавительной текучей средой может быть нагрет до температуры выше 300°С, или от около 360°С до около 850°С или выше, или от около 400°С до около 600°С, или до других температур.
[0045] В настоящем изобретении, в качестве одного варианта, разбавительная текучая среда перед смешением с сырьевым для технического углерода материалом может быть нагрета до температуры по меньшей мере 100°С, по меньшей мере 300°С, или по меньшей мере 500°С, или по меньшей мере 750°С, или по меньшей мере 1000°С, или по меньшей мере 1200°С, или до других температур.
[0046] В настоящем изобретении, в качестве одного варианта, разбавительная текучая среда и сырьевой для технического углерода материал перед смешением друг с другом могут быть нагреты, каждый по отдельности, до одной и той же или разных температур предварительного нагревания. Температуры предварительного нагревания могут быть в вышеуказанных диапазонах, а именно, нагревание может быть проведено до температуры свыше 300°С, или от около 360°С до около 850°С или выше, или от около 400°С до около 600°С для сырьевого для технического углерода материала, и/или до температуры по меньшей мере 100°С, по меньшей мере 300°С, или по меньшей мере 500°С, или по меньшей мере 750°С, или по меньшей мере 1000°С, или по меньшей мере 1200°С, или до других температур для разбавительной текучей среды. В качестве дополнительного варианта, смесь текучей среды с сырьевым материалом может быть необязательно нагрета до более высокой температуры, с предварительным нагреванием или без него сырьевого для технического углерода материала и/или разбавительной текучей среды.
[0047] В качестве одного варианта, сырьевой для технического углерода материал может быть нагрет до первой температуры, такой как температура по меньшей мере 300°С, например, от 300°С до около 850°С, перед смешением с разбавительной текучей средой с образованием смеси текучей среды с сырьевым материалом, и затем смесь текучей среды с сырьевым материалом может быть дополнительно нагрета до второй температуры, которая является более высокой, чем температура только самогó предварительно нагретого сырьевого для технического углерода материала перед его объединением с разбавительной текучей средой. Это нагревание смеси текучей среды с сырьевым материалом до более высокой температуры может быть по меньшей мере на 50°С выше, чем температура предварительно нагретого сырьевого материала, такой как по меньшей мере на 75°С выше, или по меньшей мере на 100°С выше, и тому подобной. В качестве одного варианта, сырьевой для технического углерода материал может быть нагрет или предварительно нагрет до первой температуры перед смешением с разбавительной текучей средой с образованием смеси текучей среды с сырьевым материалом, и может быть дополнительно нагрет до второй температуры, которая является более высокой, чем первая температура, например, вплоть до 950°С.
[0048] Способ может предусматривать гашение технического углерода в реакционном потоке. Технический углерод в реакционном потоке может быть подвергнут гашению в одной или многих зонах. Например, в ФИГ. 2 в месте 18 гашения в зоне 14 гашения впрыскивают охлаждающую текучую среду, которая может включать воду, и которая может быть использована для полного или по существу полного прекращения пиролиза сырьевого для технического углерода материала, или только частичного охлаждения сырьевого материала без прекращения пиролиза, с последующим вторичным гашением (не показано), используемым для прекращения пиролиза сырьевого для технического углерода материала. В способах согласно настоящему изобретению могут быть применены другие стадии после гашения, которые являются традиционными в производстве технического углерода. После того, как смесь горячих газообразных продуктов сгорания и сырьевого для технического углерода материала была подвергнута гашению, охлажденные газы проходят ниже по потоку в любое охлаждающее и сепарационное устройство, в результате чего извлекается технический углерод. Отделение технического углерода от газового потока легко выполняется с помощью стандартного устройства, такого как фильтр-газоочиститель, циклонный сепаратор или рукавный фильтр. В отношении полного гашения реакций для образования технического углерода как конечного продукта, могут быть использованы любые традиционные устройства для гашения реакции ниже по потоку относительно введения второго сырьевого для технического углерода материала, и известны квалифицированным специалистам в этой области технологии. Например, для прекращения химической реакции может нагнетаться охлаждающая текучая среда, которая может представлять собой воду или другие пригодные текучие среды.
[0049] Как было описано выше, и с дополнительными подробностями, один способ может включать введение в сажевый реактор нагретого газового потока. Кроме того, способ необязательно предусматривает подачу по меньшей мере одного сырьевого для технического углерода материала, имеющего первую температуру ниже достигаемой температуры предварительного нагревания, такую как ниже 300°С или ниже 275°С (например, от 40°С до 274°С, от 50°С до 270°С, от 70°С до 250°С, от 60°С до 200°С, от 70°С до 150°С, и тому подобную), по меньшей мере в один нагреватель (например, по меньшей мере в два нагревателя, по меньшей мере в три нагревателя, и тому подобно, где нагреватели могут быть одинаковыми или различными между собой). По меньшей мере одна разбавительная текучая среда может быть смешана с сырьевым для технического углерода материалом в любом месте до и/или после введения сырьевого для технического углерода материала в реактор. В идеальном случае, наиболее благоприятные условия получаются, когда разбавительную текучую среду смешивают или объединяют перед введением в реактор. Это может быть сделано непосредственно перед впускным каналом или в любом месте после стадии нагревания, описываемой здесь для предварительного нагревания, или перед стадией нагревания. Температура сырьевого материала, поступающего по меньшей мере в один нагреватель, является более низкой, чем заданные температура или диапазон температур предварительного нагревания. Сырьевой материал перед предварительным нагреванием может перемещаться, в качестве одного варианта, с первой скоростью по меньшей мере около 0,2 м/сек (например, по меньшей мере около 0,4 м/сек, по меньшей мере около 0,6 м/сек, по меньшей мере около 0,8 м/сек, по меньшей мере около 1 м/сек, по меньшей мере около 1,1 м/сек, по меньшей мере около 1,6 м/сек, такой как от 0,2 м/сек до 4 м/сек, от 1,1 до 3 м/сек, и тому подобной). Могут быть применены другие скорости, при условии, что другие условия обработки выбраны для контроля засорения и/или закоксовывания в нагревателе(-лях) и подводящих трубопроводах к реактору.
[0050] Способ может включать предварительное нагревание по меньшей мере одного сырьевого для технического углерода материала по меньшей мере в одном нагревателе до второй температуры, более высокой, чем около 300°С (например, по меньшей мере 350°С, по меньшей мере 360°С, по меньшей мере 400°С, по меньшей мере 450°С, по меньшей мере 500°С, такой как от 300°С до 850°С, или от 360°С до 800°С, от 400°С до 750°С, от 450°С до 700°С, и тому подобной), для получения предварительно нагретого сырьевого для технического углерода материала, причем (а) по меньшей мере один сырьевой для технического углерода материал имеет скорость по меньшей мере в одном нагревателе, которая составляет по меньшей мере 0,2 м/сек, причем скорость рассчитывают на основе плотности сырьевого материала, измеренной при температуре 60°С и давлении 1 атм (0,1 МПа), и на основе наименьшей площади поперечного сечения трубопровода для подачи сырьевого материала, присутствующего по меньшей мере в одном нагревателе. Поскольку измерение скорости сырьевого материала при такой повышенной температуре может быть весьма затруднительным, для целей настоящего изобретения скорость, как здесь описываемую, основывают на этих конкретных условиях измерения. Какими бы ни были наименьший диаметр или наименьшая площадь поперечного сечения в реальном нагревателе, эту минимальную площадь поперечного сечения используют для определения скорости, как здесь излагаемой для целей настоящего изобретения. Многие нагреватели имеют одинаковый диаметр на всем протяжении нагревателя, но в случае, что в нагревателе(-лях) имеют место несколько диаметров или площадей поперечного сечения, учитывается это условие. Скорость основывают на минимальной площади поперечного сечения. Фактическая скорость течения через нагреватель сырьевого материала, как правило, может быть более высокой, чем скорость, измеренная при температуре 60°С и давлении 1 атм (0,1 МПа).
[0051] В этом способе сырьевой для технического углерода материал может иметь первое время пребывания сырьевого материала в нагревателе, меньшее, чем около 120 минут (например, менее 100 минут, менее 80 минут, менее 60 минут, менее 40 минут, менее 30 минут, менее 20 минут, менее 10 минут, такое как от 1 секунды до 119 минут, от 5 секунд до 115 минут, от 10 секунд до 110 минут, от 30 секунд до 100 минут, от 1 минуты до 60 минут, от 5 минут до 30 минут, и тому подобное).
[0052] Способ может предусматривать подачу предварительно нагретого сырьевого для технического углерода материала (необязательно, предварительно смешанного с разбавительной текучей средой) по меньшей мере в один впускной канал для введения сырьевого материала в сажевый реактор (например, по меньшей мере в один, или два, или три, или четыре впускных канала), причем предварительно нагретый сырьевой для технического углерода материал имеет второе время пребывания сырьевого материала, измеренное после выхода из нагревателя(-лей) до места непосредственно перед впускным каналом в сажевый реактор, составляющее менее, чем около 120 минут (например, менее 100 минут, менее 80 минут, менее 60 минут, менее 40 минут, менее 30 минут, менее 20 минут, менее 10 минут, такое как от 1 секунды до 119 минут, от 5 секунд до 115 минут, от 10 секунд до 110 минут, от 30 секунд до 100 минут, от 1 минуты до 60 минут, от 5 минут до 30 минут, и тому подобное). Первое время пребывания сырьевого материала и второе время пребывания сырьевого материала в совокупности предпочтительно составляют 120 минут или менее (например, менее 100 минут, менее 80 минут, менее 60 минут, менее 40 минут, менее 30 минут, менее 20 минут, менее 10 минут, такое как от 1 секунды до 119 минут, от 5 секунд до 115 минут, от 10 секунд до 110 минут, от 30 секунд до 100 минут, от 1 минуты до 60 минут, от 5 минут до 30 минут, и тому подобное). К примеру, со ссылкой на Фигуры, второе время пребывания сырьевого материала составляло бы, например, время, на протяжении которого сырьевой материал выходит из нагревателя 19 в Фигуре 2, или нагревателя 22 в Фигуре 3, до впускного канала в реактор, показанный как место 16 введения в Фигуре 2 и Фигуре 3. Сочетание первого времени пребывания сырьевого материала и второго времени пребывания сырьевого материала было бы совокупным временем пребывания сырьевого материала.
[0053] В качестве одного варианта, если трубопровод для подачи сырьевого материала в нагреватель имеет примерно такой же поперечник, как трубопровод для пропускания через нагреватель, то сырьевой для технического углерода материал может иметь скорость в нагревателе(-лях), которая является приблизительно такой же или большей (например, по меньшей мере на 1% большей, по меньшей мере на 2% большей, по меньшей мере на 3% большей, по меньшей мере на 5% большей, по меньшей мере на 7% большей, по меньшей мере на 10% большей, по меньшей мере на 100% большей, по меньшей мере на 200% большей, такой как большей на величину от 1% до 200%, или большей на величину от 20% до 100%, и тому подобной), чем первая скорость на входе в нагреватель(-ли).
[0054] Способ согласно настоящему изобретению может предусматривать сжатие сырьевого(-вых) для технического углерода материала(-ов). Способ может включать сжатие или применение давления для сырьевого(-вых) для технического углерода материала(-ов) таким образом, что при предварительном нагревании сырьевого для технического углерода материала предотвращается формирование паровой пленки по меньшей мере в одном нагревателе или перед подачей в сажевый реактор. Способ согласно настоящему изобретению может включать сжатие сырьевого(-вых) для технического углерода материала(-ов) до уровня давления, например, большего, чем около 10 бар (1 МПа), перед поступлением по меньшей мере в один нагреватель, который проводит предварительное нагревание сырьевого для технического углерода материала. Это давление может составлять по меньшей мере 15 бар (1,5 МПа), по меньшей мере 20 бар (2 МПа), по меньшей мере 30 бар (3 МПа), по меньшей мере 40 бар (4 МПа), такое как от 10 бар до 180 бар (1-18 МПа) или более, от 15 бар до 150 бар (1,5-15 МПа), от 20 бар до 125 бар (2-1,25 МПа), от 25 бар до 100 бар (2,5-10 МПа).
[0055] В настоящем изобретении способ получения технического углерода может включать введение в сажевый реактор потока нагретого газа. Кроме того, способ включает подачу сырьевого для технического углерода материала, имеющего первую температуру ниже заданной температуры предварительного нагревания сырьевого материала, такую как ниже 300°С или ниже 275°С (например, от 40°С до 274°С, от 50°С до 270°С, от 70°С до 250°С, от 60°С до 200°С, от 70°С до 150°С, и тому подобную), в нагреватель(-ли) при первом давлении свыше 10 бар (1 МПа). Давление может составлять по меньшей мере 15 бар (1,5 МПа), по меньшей мере 20 бар (2 МПа), по меньшей мере 30 бар (3 МПа), по меньшей мере 40 бар (4 МПа), такое как от 10 бар до 180 бар (1-18 МПа) или более, от 15 бар до 150 бар (1,5-15 МПа), от 20 бар до 125 бар (2-1,25 МПа), от 25 бар до 100 бар (2,5-10 МПа).
[0056] Способ может включать предварительное нагревание по меньшей мере одного сырьевого для технического углерода материала в нагревателе(-лях) (например, по меньшей мере двух нагревателях, по меньшей мере трех нагревателях, и тому подобных, где нагреватели могут быть одинаковыми или различными между собой) до второй температуры более, чем около 300°С (например, по меньшей мере 350°С, по меньшей мере 360°С, по меньшей мере 400°С, по меньшей мере 450°С, по меньшей мере 500°С, такой как от 300°С до 850°С, или от 360°С до 800°С, от 400°С до 750°С, от 450°С до 700°С, и тому подобной) для получения предварительно нагретого сырьевого для технического углерода материала, причем (а) сырьевой для технического углерода материал имеет второе давление по меньшей мере в одном нагревателе, которое является приблизительно равным или более низким (например, по меньшей мере на 1% более низким, по меньшей мере на 2% более низким, по меньшей мере на 3% более низким, по меньшей мере на 5% более низким, по меньшей мере на 7% более низким, по меньшей мере на 10% более низким, по меньшей мере на 15% более низким, по меньшей мере на 20% более низким, таким как более низким на величину от 1% до 75%, или более низким на величину от 3% до 20%, и тому подобным), чем первое давление, и (b) сырьевой для технического углерода материал имеет первое время пребывания сырьевого материала в нагревателе, меньшее, чем около 120 минут (например, менее 100 минут, менее 80 минут, менее 60 минут, менее 40 минут, менее 30 минут, менее 20 минут, менее 10 минут, такое как от 1 секунды до 119 минут, от 5 секунд до 115 минут, от 10 секунд до 110 минут, от 30 секунд до 100 минут, от 1 минуты до 60 минут, от 5 минут до 30 минут, и тому подобное).
[0057] Как было указано ранее, в любом из способов, описываемых здесь, или раньше, или позже, по меньшей мере одна разбавительная текучая среда может быть объединена или смешана в предварительно нагретым сырьевым для технического углерода материалом в любом месте (перед предварительным нагреванием, во время предварительного нагревания, и/или после предварительного нагревания, и/или до и/или после введения в сажевый реактор).
[0058] Способ может предусматривать подачу предварительно нагретого сырьевого для технического углерода материала по меньшей мере через один впускной канал для введения сырьевого материала в сажевый реактор, причем предварительно нагретый сырьевой для технического углерода материал имеет второе время пребывания от выхода по меньшей мере из одного нагревателя до впускного канала в сажевый реактор, меньшее, чем около 120 минут (например, менее 100 минут, менее 80 минут, менее 60 минут, менее 40 минут, менее 30 минут, менее 20 минут, менее 10 минут, такое как от 1 секунды до 119 минут, от 5 секунд до 115 минут, от 10 секунд до 110 минут, от 30 секунд до 100 минут, от 1 минуты до 60 минут, от 5 минут до 30 минут, и тому подобное); и причем первое время пребывания сырьевого материала и второе время пребывания сырьевого материала в совокупности составляют 120 минут или менее (например, менее 100 минут, менее 80 минут, менее 60 минут, менее 40 минут, менее 30 минут, менее 20 минут, менее 10 минут, такое как от 1 секунды до 119 минут, от 5 секунд до 115 минут, от 10 секунд до 110 минут, от 30 секунд до 100 минут, от 1 минуты до 60 минут, от 5 минут до 30 минут, и тому подобное).
[0059] Настоящее изобретение может относиться к способу получения технического углерода, который предусматривает введение в сажевый реактор потока нагретого газа. Кроме того, способ включает подачу по меньшей мере одного сырьевого для технического углерода материала, имеющего первую температуру, которая является более низкой, чем заданная температура предварительного нагревания сырьевого материала, такой как ниже 300°С или ниже 275°С (например, от 40°С до 274°С, от 50°С до 270°С, от 70°С до 250°С, от 60°С до 200°С, от 70°С до 150°С, и тому подобную), по меньшей мере в один нагреватель (например, по меньшей мере два нагревателя, по меньшей мере три нагревателя, и тому подобно, где нагреватели могут быть одинаковыми или различными между собой) при первом давлении свыше 10 бар (1 МПа). В качестве одного варианта, скорость на входе в нагреватель может представлять собой первую скорость по меньшей мере около 0,2 м/сек (например, по меньшей мере около 0,4 м/сек, по меньшей мере около 0,6 м/сек, по меньшей мере около 0,8 м/сек, по меньшей мере около 1 м/сек, по меньшей мере около 1,1 м/сек, по меньшей мере около 1,6 м/сек, такую как от 0,2 м/сек до 2 м/сек, от 0,4 до 1,8 м/сек, и тому подобную).
[0060] Способ включает предварительное нагревание сырьевого для технического углерода материала в нагревателе(-лях) до второй температуры более, чем около 300°С (например, по меньшей мере 350°С, по меньшей мере 360°С, по меньшей мере 400°С, по меньшей мере 450°С, по меньшей мере 500°С, такой как от 300°С до 850°С, или от 360°С до 800°С, от 400°С до 750°С, от 450°С до 700°С, и тому подобной), для получения предварительно нагретого сырьевого для технического углерода материала, причем (а) сырьевой для технического углерода материал имеет скорость в нагревателе(-лях) по меньшей мере 0,2 м/сек, причем скорость рассчитывают на основе плотности сырьевого материала, измеренной при температуре 60°С и давлении 1 атм (0,1 МПа), и наименьшей площади поперечного сечения трубопровода для подачи сырьевого материала, присутствующего по меньшей мере в одном нагревателе, и (b) причем по меньшей мере один сырьевой для технического углерода материал имеет второе давление в нагревателе(-лях), которое является приблизительно равным или более низким (например, по меньшей мере на 1% более низким, по меньшей мере на 2% более низким, по меньшей мере на 3% более низким, по меньшей мере на 5% более низким, по меньшей мере на 7% более низким, по меньшей мере на 10% более низким, по меньшей мере на 15% более низким, по меньшей мере на 20% более низким, таким как более низким на величину от 1% до 25%, или более низким на величину от 3% до 20%, и тому подобным), чем первое давление, причем давление может быть рассчитано на основе допущения одинаковой площади поперечного сечения, через которое сырьевой материал проходит при первом давлении и втором давлении (хотя при фактической работе площадь поперечного сечения может быть такой же или иной). Этот подход к определению может быть использован, чтобы правильно сравнивать давление, хотя это и не обязательно.
[0061] Способ может включать подачу предварительно нагретого сырьевого для технического углерода материала (необязательно, предварительно объединенного с разбавительной текучей средой) по меньшей мере через один впускной канал в сажевый реактор, и объединение по меньшей мере одного предварительно нагретого сырьевого для технического углерода материала через впускной(-ные) канал(-лы) в сажевом реакторе с потоком нагретого газа, с образованием реакционного потока, в котором формируется технический углерод в сажевом реакторе. Способ может предусматривать гашение технического углерода в реакционном потоке.
[0062] В настоящем изобретении, для любого способа, указанные заданные температуры предварительного нагревания предпочтительно представляют среднюю температуру сырьевого материала перед введением в сажевый реактор. Указанные температуры предварительного нагревания сырьевого материала могут быть максимальной температурой сырьевого материала или минимальной температурой сырьевого материала перед поступлением в сажевый реактор.
[0063] В настоящем изобретении, для любого способа, указанное заданное давление предпочтительно представляет среднее давление сырьевого материала. Указанное давление сырьевого материала может быть максимальным давлением сырьевого материала или минимальным давлением сырьевого материала.
[0064] В настоящем изобретении, для любого способа, указанная заданная скорость предпочтительно представляет среднюю скорость сырьевого материала. Указанная скорость сырьевого материала может быть максимальной скоростью сырьевого материала или минимальной скоростью сырьевого материала.
[0065] Предварительное нагревание может проводиться любыми путями, и не предполагаются никакие ограничения в отношении способа достижения этого. Предварительное нагревание может производиться по меньшей мере в одном нагревателе (например, одном, двух, трех или более). Источник тепла по меньшей мере для одного нагревателя может быть любым источником, таким как из одного или более сажевых реакторов, электрическим нагревом, плазменным нагревом, теплом отходящих газов, теплом от сожжения остаточных газов, топлив, и/или теплом от других промышленных процессов, и/или прочих форм тепла, и/или любой их комбинацией. Предварительное нагревание может происходить, где по меньшей мере один нагреватель, частично или полностью, нагревает сырьевой материал до заданной температуры предварительного нагревания для введения в реактор. Один нагреватель может достигать частичного или полного предварительного нагревания, или два или более нагревателей могут быть использованы в последовательном соединении или других вариантах размещения для достижения предварительного нагревания (полного и/или частичного). Если по меньшей мере одним нагревателем достигается частичное предварительное нагревание, тогда остальное предварительное нагревание выполняется дополнительным или вторичным источником тепла или дополнительными нагревателями, для получения в конечном итоге заданной температуры предварительного нагревания.
2
2
2
2
2
2
2
[0066] Например, предварительное нагревание по меньшей мере одного сырьевого для технического углерода материала может включать или выполняться нагреванием сырьевого для технического углерода материала по меньшей мере в одном нагревателе, который имеет теплообменник. Теплообменник может действовать при среднем тепловом потоке более, чем около 10 кВт/м (таком как большем, чем около 10 кВт/м, или большем, чем около 20 кВт/м, большем, чем около 30 кВт/м, или большем, чем около 40 кВт/м, таком как от около 10 кВт/м до около 150 кВт/м, и тому подобном).
[0067] В качестве одного варианта, по меньшей мере часть предварительного нагревания (или все предварительное нагревание в целом) производится по меньшей мере в одном нагревателе, тепло которого, по меньшей мере частично (или полностью), происходит от тепла, генерированного сажевым реактором, который принимает предварительно нагретый сырьевой материал, или еще одним сажевым реактором (другими сажевыми реакторами), или ими обоими. По меньшей мере один нагреватель может находиться в режиме теплообмена по меньшей мере с частью сажевого реактора, который принимает предварительно нагретый сырьевой материал, или с иными сажевыми реакторами, или с ними в совокупности. Например, по меньшей мере один нагреватель может быть в контакте с реакционным потоком в сажевом реакторе, например, ниже по потоку относительно зоны гашения, причем по меньшей мере один нагреватель может иметь теплообменник, имеющий стенки, нагреваемые реакционным потоком на его первой стороне (например, на наружной стенке), и контактировать с сырьевым для технического углерода материалом на его противоположной стороне (например, на внутренней стенке). В качестве одного варианта, по меньшей мере один нагреватель может включать теплообменник, который производит теплообмен с реакционным потоком в сажевом реакторе, причем нагревается текучий теплоноситель, который протекает через теплообменник, и теплоноситель проходит по меньшей мере через один нагреватель, размещенный снаружи реактора и действующий для теплопередачи от теплоносителя на сырьевой для технического углерода материал. По меньшей мере один нагреватель может по меньшей мере частично (или полностью) снабжаться теплом, источником которого является отходящий газ от производства технического углерода (например, теплом остаточного газа, или теплом, генерированным при сжигании остаточного газа) в сажевом реакторе, или в другом(-их) сажевом(-ых) реакторе(-ах), или от них в совокупности, для нагревания сырьевого для технического углерода материала. Предварительное нагревание частично или полностью может достигаться с использованием одного или многих плазменных нагревателей или прочих нагревателей, или источников тепла.
[0068] Введение потока нагретого газа в реактор может предусматривать плазменный нагрев нагреваемого плазмой газового потока в плазменном нагревателе, для получения по меньшей мере части потока нагретого газа.
[0069] В настоящем изобретении, на некоторых или всех контактирующих с сырьевым для технического углерода материалом стенках по меньшей мере одного нагревателя, и/или на внутренних стенках по меньшей мере одного трубопровода для подачи сырьевого материала, который подводит предварительно нагретый сырьевой для технического углерода материал в сажевый(-вые) реактор(-ры), может быть использована не имеющая каталитической активности поверхность. Поверхность может быть не имеющей каталитической активности в отношении крекинга (например, термического крекинга) или полимеризации углеводородов.
[0070] В настоящем изобретении стадия подачи может включать или представлять собой подведение предварительно нагретого сырьевого для технического углерода материала по меньшей мере через один трубопровод для подачи сырьевого материала, который питает сажевый(-вые) реактор(-ры), и, кроме того, способ может необязательно включать периодическую подачу продувочного(-ных) газа(-ов), который(-ые) может(-гут) представлять собой окислитель для углерода, через по меньшей мере один трубопровод(-ды) для подачи сырьевого для технического углерода материала. Трубопровод для подачи сырьевого материала, выходящий по меньшей мере из одного нагревателя, который производит предварительное нагревание сырьевого материала, может иметь площадь поперечного сечения (например, диаметр), которая является такой же или отличной от питающего трубопровода, который подводит сырьевой материал по меньшей мере в один нагреватель (например, может иметь меньшую или бóльшую площадь поперечного сечения).
[0071] В настоящем изобретении подача может включать подведение предварительно нагретого сырьевого для технического углерода материала по меньшей мере через один трубопровод для подачи сырьевого материала, который питает сажевый(-вые) реактор(-ры), и способ может предусматривать нагнетание предварительно нагретого сырьевого для технического углерода материала в сажевый реактор по меньшей мере с частичным (или полным) резким расширением (например, для испарения сырьевого материала, достигаемого, к примеру, в результате падения давления) сырьевого для технического углерода материала.
[0072] Как было указано, сырьевой материал может быть нагрет до температуры более, чем около 300°С, или других температур, превышающих 500°C, с использованием представленных подходов в отношении контроля засорения. Температура сырьевого материала, благодаря преимуществам настоящего изобретения, может составлять, например, по меньшей мере 310°С, по меньшей мере 350°С, по меньшей мере 375°С, по меньшей мере 400°С, по меньшей мере 425°С, по меньшей мере около 450°С, или по меньшей мере около 500°С, или по меньшей мере около 550°С, или по меньшей мере около 600°С, или по меньшей мере около 650°С, или по меньшей мере около 700°С, или по меньшей мере около 750°С, или по меньшей мере около 800°С, по меньшей мере 850°С, или от около 305°С до около 850°С, или от около 350°С до около 850°С, или от около 450°С до около 750°С, или от около 450°С до около 700°С, или от около 500°С до около 750°С, или от около 500°С до около 700°С. Эта температура сырьевого материала представляет температуру сырьевого для технического углерода материала непосредственно после выхода из нагревателя(-лей), используемого(-мых) для предварительного нагревания сырьевого материала, и/или непосредственно перед поступлением в сажевый реактор. Температура сырьевого материала в этом отношении может быть измерена или зарегистрирована в одной или многих точках вдоль трубопровода для подачи сырьевого материала от места, в котором температура сырьевого материала повышалась до значения, превышающего примерно 300°С, до выходного конца питающего трубопровода, где сырьевой материал вводится в реактор. Этот трубопровод для подачи сырьевого материала включает трубы любой длины внутри нагревателя сырьевого материала, в которых или после которых температура сырьевого материала повысилась до значения, превышающего примерно 300°С, и перед переносом в дополнительный участок питающего трубопровода, протяженный от нагревателя сырьевого материала до реактора. В качестве одного варианта, температура предварительно нагретого сырьевого материала может иметь абсолютное минимальное значение в трубопроводе для подачи предварительно нагретого сырьевого материала не ниже 301°С, и/или в качестве одного варианта, максимальная изменчивость температуры в трубопроводе для подачи предварительно нагретого сырьевого материала может быть, например, ±20%, или ±10%, или ±5%, или ±2,5%, или ±1%, или ±0,5%, с учетом всех точек вдоль трубопровода для подачи сырьевого материала. Эти указанные температуры сырьевого материала могут быть использованы в комбинации с упомянутыми здесь разнообразными параметрами процесса контроля засорения.
[0073] Контроль засорения с использованием указанной скорости течения сырьевого материала, по меньшей мере отчасти, может включать подачу сырьевого(-вых) материала(-ов) с этой скоростью в нагреватель и/или через нагреватель, который производит предварительное нагревание сырьевого материала, и/или через трубопровод для подачи сырьевого материала в реактор. Например, скорость может составлять по меньшей мере около 0,2 м/сек, или по меньшей мере около 0,5 м/сек, или по меньшей мере около 1 м/сек, или по меньшей мере около 1,6 м/сек, или по меньшей мере около 2 м/сек, или по меньшей мере около 3 м/сек, или от около 0,2 м/сек до около 10 м/сек, или от около 1 м/сек до около 7 м/сек, или от около 1,5 м/сек до 3 м/сек, или от около 2 м/сек до около 6 м/сек, или от около 3 м/сек до около 5 м/сек. Скорость течения сырьевого материала представляет собой линейную скорость относительно продольной оси трубопровода или иной конструкции питающего трубопровода. Скорость течения сырьевого материала (первую скорость) измеряют в месте введения в нагреватель, который производит предварительное нагревание сырьевого материала. Скорость течения сырьевого материала через нагреватель(-ли) и/или после выхода из нагревателя(-лей) может быть равной первой скорости или отличной от нее, и, например, может быть большей (например, большей по меньшей мере на 1%, большей по меньшей мере на 2%, большей по меньшей мере на 3%, большей по меньшей мере на 5%, большей по меньшей мере на 7%, большей по меньшей мере на 10%, большей по меньшей мере на 100%, большей по меньшей мере на 200%, такой как большей на величину от 1% до 300%, или большей на величину от 50% до 200%, и тому подобной). Скорость измеряют или рассчитывают на основе плотности сырьевого материала, измеренной при температуре 60°С и давлении 1 атм (0,1 МПа), и на основе наименьшей площади поперечного сечения трубопровода для подачи сырьевого материала, имеющей место в измеряемом трубопроводе для подачи сырьевого материала. Этот трубопровод для подачи сырьевого материала может включать трубы любой длины внутри нагревателя сырьевого материала, в которых и/или после которых температура сырьевого материала повысилась до значения, превышающего примерно 300°С, и перед переносом в дополнительный участок питающего трубопровода, протяженный от нагревателя сырьевого материала до реактора. Например, скорость течения сырьевого материала может иметь абсолютное минимальное значение в трубопроводе для подачи сырьевого материала не менее 0,2 м/сек, и/или в качестве одного варианта, максимальная изменчивость скорости течения сырьевого материала в трубопроводе для подачи сырьевого материала может быть, например, ±20%, или ±10%, или ±5%, или ±1%, или ±0,5%, с учетом всех точек вдоль трубопровода для подачи сырьевого материала.
[0074] Контроль засорения с использованием сжатия сырьевого материала, по меньшей мере отчасти, может включать сжатие сырьевого для технического углерода материала, например, до большего давления, чем около 10 бар (1 МПа), или большего, чем около 20 бар (2 МПа), или большего, чем около 30 бар (3 МПа), или большего, чем около 40 бар (4 МПа), или большего, чем около 50 бар (5 МПа), или от около 10 до около 180 бар (1-18 МПа), или от около 20 до около 180 бар (2-18 МПа), или от около 40 до около 180 бар (4-18 МПа), или от около 50 до около 180 бар (5-18 МПа), или более. Давления сырьевого материала здесь приведены в единицах абсолютного давления. Давление (первое давление) представляет собой давление, измеренное в месте перед введением в нагреватель для предварительного нагревания. Давление в пределах нагревателя(-лей), который производит предварительное нагревание сырьевого материала, и/или далее до впускного(-ных) канала(-ов) в реактор, может быть равным первому давлению или отличным от него, таким как более низким, чем первое давление (например, более низким по меньшей мере на 1%, более низким по меньшей мере на 2%, более низким по меньшей мере на 3%, более низким по меньшей мере на 5%, более низким по меньшей мере на 7%, более низким по меньшей мере на 10%, более низким по меньшей мере на 15%, более низким по меньшей мере на 20%, таким как более низким на величину от 1% до 25%, или более низким на величину от 3% до 20%, и тому подобным). Манометрические измерения давления должны быть скорректированы до абсолютных значений известным путем, чтобы провести сравнения показанных здесь диапазонов. Давление сырьевого материала может быть измерено или зарегистрировано в одной или многих точках вдоль трубопровода для подачи сырьевого материала от места, в котором температура сырьевого материала была повышена до значения, превышающего примерно 300°С, до выходного конца питающего трубопровода, где сырьевой материал поступает в реактор. Этот трубопровод для подачи сырьевого материала может включать трубы любой длины внутри нагревателя сырьевого материала, в которых или после которых температура сырьевого материала повысилась до значения, превышающего примерно 300°С, и перед переносом в дополнительный участок питающего трубопровода, протяженный от нагревателя сырьевого материала до реактора. Давление может быть прямо пропорциональным температуре сырьевого материала для контроля засорения. Например, давление сырьевого материала в 10 бар (1 МПа) может быть адекватным контролю засорения при температуре сырьевого материала на уровне 300°С, тогда как повышенное сверх 10 бар (1 МПа) давление, такое как 20 бар (2 МПа) или более, может быть более полезным, чтобы обеспечить такой же уровень контроля засорения, если температуру сырьевого материала повышают до 500°С, при равных всех прочих обстоятельствах.
[0075] Может быть предусмотрен контроль засорения с использованием низкого общего времени пребывания сырьевого материала. Общее время пребывания сырьевого материала может представлять собой совокупное время, затрачиваемое по меньшей мере в одном нагревателе на предварительное нагревание, в том числе время, которое предварительно нагретый сырьевой для технического углерода материал затрачивает перед поступлением в реактор. Общее время пребывания может составлять, например, менее, чем около 120 минут, или менее, чем около 90 минут, или менее, чем около 60 минут, или менее, чем около 45 минут, или менее, чем около 30 минут, или менее 15 минут, или менее 10 минут, или менее 5 минут, или менее 4 минут, или менее 3 минут, или менее 2 минут, или менее 1 минуты, или менее 30 секунд, или менее 15 секунд, или от около 1/60 минуты до около 120 минут, или от около 0,5 минуты до около 120 минут, или от около 1 минуты до около 90 минут, или от около 2 минут до около 60 минут, или от около 3 минут до около 45 минут, или от около 4 минут до около 30 минут, или от 5 до 30 минут, или от 5 до 40 минут, или от 10 до 30 минут, или от около 5 минут до около 15 минут. Время пребывания может представлять среднее значение, или максимальное значение, или минимальное значение. Время пребывания сырьевого материала может быть определено от места, в котором температура сырьевого материала была повышена до значения, превышающего примерно 300°С, до места, где сырьевой материал вводится в реактор. Время пребывания может быть обратно пропорциональным температуре сырьевого материала. Например, время пребывания сырьевого материала вплоть до около 120 минут может быть допустимым без проблем засорения при температуре сырьевого материала 310°С, тогда как время пребывания может быть предпочтительно сокращено до менее 120 минут для обеспечения такого же уровня контроля засорения, если температуру сырьевого материала повышают до 500°С, при равных всех прочих обстоятельствах.
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
[0076] Контроль засорения во время предварительного нагревания сырьевого материала, например, в нагревателе сырьевого материала, может включать применение нагревателя, действующего при среднем тепловом потоке, к примеру, большем, чем около 10 кВт/см, или большем, чем около 20 кВт/см, или большем, чем около 30 кВт/см, или большем, чем около 50 кВт/см, или большем, чем около 100 кВт/см, или от около 10 кВт/см около 150 кВт/см (или более), или около 20 до около 150 кВт/см, или около 30 до около 100 кВт/см, или около 40 до около 75 кВт/см, или около 50 до около 70 кВт/см. Эксплуатация при более высоком тепловом потоке может рассматриваться как мера контроля засорения, поскольку более высокий тепловой поток приводит к более быстрому нагреванию сырьевого для технического углерода материала, и/или позволяет сократить время пребывания в нагревателе, поскольку меньше времени требуется для достижения заданной температуры предварительного нагревания.
[0077] Контроль засорения с использованием стенки, не проявляющей каталитической активности в отношении крекинга (например, термического крекинга) и/или полимеризации углеводородов, на контактирующих с сырьевым материалом внутренних стенках трубопровода для подачи сырьевого материала, по меньшей мере частично, может включать, например, один или несколько слоев защитной облицовки, такой как керамическая облицовка (например, из кремнезема, оксида алюминия, оксида хрома).
2
[0078] Контроль засорения с использованием периодического нагнетания в поточном режиме продувочного газа через трубопровод для подачи сырьевого материала может включать нагнетание окислителя для углерода (например, СО, кислорода, водяного пара, смесей водяного пара с воздухом) в трубопровод для подачи сырьевого материала в доступных точке или точках вдоль трубопровода для подачи сырьевого материала. Продувочный газ может подаваться при температуре 150°С или выше, или превышающей 300°С, ниже по потоку относительно любого устройства для нагнетания жидкого сырьевого материала. Скорость течения водяного пара через продувочный трубопровод может составлять, например, по меньшей мере около 6 м/сек. Могут быть устранены отложения сырьевого материала в любых тупиковых отводах трубопровода, так как продувка немедленно выдувает весь сырьевой материал в реактор. Продувочный газ может быть введен выше по потоку относительно нагревателя сырьевого материала, чтобы дополнительно обеспечивать обработку всех питающих трубопроводов, которые подвергаются воздействию эксплуатационных температур, превышающих 300°С.
[0079] Как было указано, контроль засорения удалением кокса из трубопроводов для подачи сырьевого материала может включать, например, скалывание или механическое соскабливание. Например, скалывание может включать охлаждение покрытого коксом технологического трубопровода так, чтобы по меньшей мере часть кокса, осажденного внутри трубопровода, отслаивалась чешуйками или иным образом высвобождалась с внутренних стенок трубопровода, когда трубопровод таким образом сокращается в размерах во время охлаждения. Высвобожденный кокс может быть вымыт из трубопровода, и очищенный скалыванием трубопровод опять готов для применения. Во время скалывания сырьевой материал может быть отведен от очищаемого трубопровода, например, с использованием клапанного устройства, через предусмотренные на установке дублирующие технологические трубопровод или трубопроводы к реактору. Будучи очищенным скалыванием, трубопровод опять готов к использованию. Еще один способ очистки от отложений кокса в трубопроводах для подачи сырьевого материала может предусматривать продвижение механического скребка через трубопровод для механического удаления кокса с внутренней стороны трубопроводов. Во время механического соскабливания сырьевой материал может быть отведен, например, с использованием клапанного устройства, через предусмотренные на установке дублирующие технологические трубопровод или трубопроводы к реактору, на период, в течение которого трубопровод временно выведен из эксплуатации для очистки. Скалывание и/или механическое соскабливание, если применяются, могут периодически выполняться на трубопроводах для подачи сырьевого материала.
[0080] Со ссылкой на ФИГ. 1, показана печь 1, которая состоит из 5 зон, зоны 10 первичного горения, переходной зоны 13, первой реакционной зоны 31, горловинной зоны 33, и второй реакционной зоны 35, в которой размещен гасильный зонд 41 для прекращения реакции формирования технического углерода.
[0081] Зона 10 горения сформирована передней стенкой 6 и боковой стенкой 4, и завершается на участке 12, который представляет собой начало переходной зоны 13. Через стенку 6 вставлен патрубок 8, через который в зону 10 горения вводят топливо. Через боковую стенку 4 вставлен патрубок 5, через который в зону 10 горения вводят окислитель. Внутри зоны 10 горения размещен стабилизатор 11 пламени, который присоединен к трубопроводу 3, который введен в зону 10 горения через отверстие 7 в стенке 6. Ниже по потоку относительно зоны 10 горения и в соединении с нею находится переходная зона 13, которая сформирована стенкой 17, которая начинается на участке 12 и завершается на участке 14. Вокруг стенки 17 по ее окружности размещены многочисленные по существу радиально ориентированные жиклеры 21 (или форсунки 21), через которые в переходную зону 13 может быть введена смесь текучей среды с сырьевым материалом. ФИГ. 1 также показывает разбавительную текучую среду 85, смешиваемую с сырьевым материалом 83 с образованием смеси 87 текучей среды с сырьевым материалом перед введением (например, нагнетанием) через один или более жиклеров 21 (или форсунок 21).
[0082] Ниже по потоку относительно переходной зоны 13 и в соединении с нею находится первая реакционная зона 31, которая сформирована стенкой 37. Зона 31 может иметь переменные длину и ширину в зависимости от желательных реакционных условий. Площадь внутреннего поперечного сечения первой реакционной зоны 31 может быть большей, чем площадь переходной зоны 13. Отношение площади внутреннего поперечного сечения первой реакционной зоны к площади переходной зоны предпочтительно составляет между 1,1 и 4,0. Затем стенка 37 сужается под углом 45° относительно центральной линии печи 1, и переходит в стенку 38 на участке 32. Стенка 38 определяет горловинную зону 33. Площадь внутреннего поперечного сечения горловинной зоны 33 является меньшей, чем площадь внутреннего поперечного сечения переходной зоны 13. Отношение площади внутреннего поперечного сечения горловинной зоны 33 к площади внутреннего поперечного сечения переходной зоны 13 предпочтительно составляет между около 0,25 и 0,9. Конец 34 стенки 38 ниже по потоку переходит в стенку 39. Стенка 39 расширяется под углом 30 градусов относительно центральной линии печи 1 и определяет вторую реакционную зону 35. Площадь внутреннего поперечного сечения второй реакционной зоны 35 является большей, чем площадь внутреннего поперечного сечения горловинной зоны 33. Отношение площади внутреннего поперечного сечения второй реакционной зоны 35 к площади внутреннего поперечного сечения переходной зоны 13 предпочтительно составляет между около 1,1 и 16,0. Сквозь стенку 39 во вторую реакционную зону 35 установлен гасильный зонд 41, через который может быть нагнетаться охлаждающая среда, такая как вода, чтобы прекратить реакцию формирования технического углерода.
[0083] Как показано в ФИГУРАХ 2 - 5, по меньшей мере одну разбавительную текучую среду 85 объединяют с сырьевым для технического углерода материалом 15 с образованием смеси 17' текучей среды с сырьевым материалом, перед ее введением в реактор 2, такой как переходная зона 12. Как показано в ФИГ. 2, сырьевой для технического углерода материал 15 предварительно нагревают до температуры, большей, чем около 300°С, перед его смешением с разбавительной текучей средой 85, и затем вводят в реактор 2 в виде смеси 17' текучей среды с сырьевым материалом. Предварительно нагретый сырьевой для технического углерода материал подводят в реактор 2 по меньшей мере по одному трубопроводу для подачи смеси 17' текучей среды с сырьевым материалом по меньшей мере через один впускной канал 16 для сырьевого материала. При введении сырьевой материал объединяется с потоком нагретого газа для формирования реакционного потока, в котором в реакторе формируется технический углерод. Технический углерод в реакционном потоке может быть подвергнут гашению в одной или многих зонах. Например, на участке 18 гашения в зоне 14 гашения нагнетают охлаждающую текучую среду, которая может включать воду, и которая может быть использована для полного или по существу полного прекращения пиролиза сырьевого для технического углерода материала, или только для частичного охлаждения сырьевого материала без прекращения пиролиза, с последующим вторичным гашением (не показано), применяемым для прекращения пиролиза сырьевого для технического углерода материала.
[0084] Как показано в ФИГ. 2, нагреватель сырьевого материала может включать теплообменник 19 (HXR), который может иметь нагреваемые реакционным потоком стенки нагревателя (не показаны), такие как применяемые в известных конструкциях теплообменников, на их первой стороне, и контактирующие с сырьевым материалом на их противоположной стороне, перед направлением сырьевого материала по меньшей мере в один трубопровод для подачи сырьевого материала. Как было указано, сырьевой материал нагревается в теплообменнике до температуры, большей, чем около 300°С. Хотя показанный размещенным ниже по потоку относительно зоны гашения, теплообменник для сырьевого материала может быть размещен выше по потоку относительно зоны гашения в реакционном потоке, при условии, что нагреватель имеет конструкцию, которая может выдерживать и действовать при более высоких температурах перед гашением внутри реактора. Нагреватель сырьевого материала может быть размещен в физическом контакте по меньшей мере с частью реактора, например, в виде змеевика или трубопровода, заключенного внутри реактора, и/или вплотную и в контакте с нагретыми стенкой или стенками реактора, для нагревания сырьевого материала до более высокой температуры, чем около 300°С. Хотя это не показано в ФИГ. 2, теплообменник необязательно может нагревать сырьевой материал до промежуточной температуры (например, выше 250°С, или от 50°С до 350°С, или других температур ниже заданной температуры предварительного нагревания), или может быть использован для доведения температуры предварительного нагревания выше 300°С, и затем дополнительный теплообменник или нагреватель, внешний или внутренний относительно реактора, может быть применен для нагревания до конечной температуры предварительного нагревания.
[0085] Реакционный поток внутри реактора может иметь температуру при гашении, например, от около 600°С до около 2000°С, или от около 800°С до около 1800°С, или от около 1000°С до около 1500°С, или другие высокие температуры, обусловленные чрезвычайно экзотермической реакцией, которая происходит в печном реакторе. В настоящем изобретении может быть обеспечен теплообмен сырьевого материала, имеющим высокий уровень теплоты экзотермических реакций, генерированной в реакторе, без проблем засорения, возникающего в трубопроводах для подачи сырьевого материала. Таким образом, настоящее изобретение может сделать выполнимыми улучшение возврата тепловой энергии и экономию расходов на сырьевые материалы, по сравнению с традиционным производством технического углерода, действующим при гораздо более низких температурах сырьевого материала.
[0086] Как показано в ФИГ. 2, по меньшей мере один насос 20 может быть установлен в технологической линии на трубопроводе для подачи сырьевого материала выше по потоку относительно нагревателя 19 сырьевого материала, используемого для повышения температуры сырьевого материала до значения, превышающего 300°С. Насос может быть использован для сжатия сырьевого материала перед его поступлением в нагреватель сырьевого материала. Этим путем сырьевой материал может быть подвергнут сжатию уже во время того, как температуру сырьевого материала повышают до увеличенных значений, где в противном случае могли бы возникать проблемы засорения в трубопроводе для подачи сырьевого материала при отсутствии сжатия или других указанных подходов в отношении контроля засорения. Поскольку сырьевой материал обычно может испытывать падение давления во время прохода через нагреватель сырьевого материала при нормальных эксплуатационных условиях (например, падение давления от 0 до около 20 бар (2 МПа)), например, в зависимости от конструкции теплообменника и эксплуатационного режима, любое сжатие, создаваемое в сырьевом материале в качестве меры контроля засорения, должно компенсировать любое падение давления, которое может происходить или предполагается происходящим в теплообменнике для сырьевого материала, а также любое другое падение давления, которое возникает или предполагается возникающим в трубопроводах для подачи сырьевого материала или других трубопроводах, используемых для транспорта предварительно нагретого сырьевого материала в реактор, в частности, если необходимо поддерживать давление сырьевого материала в пределах предварительно заданного диапазона значений. Хотя в ФИГ. 2 и в других приведенных здесь фигурах ради упрощения иллюстраций изображены только единственный трубопровод для подачи сырьевого материала и впускной канал для сырьевого материала на реакторе, понятно, что могут быть применены многочисленные трубопроводы для подачи сырьевого материала и впускные каналы для сырьевого материала на реакторе, к которым также может быть применимыми указанные меры контроля засорения.
[0087] После того, как смесь горячих газообразных продуктов сгорания и сырьевого для технического углерода материала была подвергнута гашению, охлажденные газы пропускают ниже по потоку через любые традиционные стадии охлаждения и разделения, в результате чего выделяют технический углерод. Отделение технического углерода от газового потока может быть легко выполнено с использованием стандартных устройств, таких как фильтр-газоочиститель, циклонный сепаратор или рукавный фильтр. В отношении полного гашения реакций с образованием технического углерода как конечного продукта, может быть использован любой общеупотребительный способ гашения реакции ниже по потоку относительно места введения сырьевого для технического углерода материала, и известный квалифицированным специалистам в этой области технологии. Например, возможно нагнетание охлаждающей текучей среды, которая может представлять собой воду или другие подходящие текучие среды, для прекращения химической реакции.
[0088] ФИГ. 3 показывает часть сажевого печного реактора еще одного типа, который может быть использован в способе согласно настоящему изобретению для получения технического углерода, в котором по меньшей мере часть предварительного нагревания включает контактирование с реакционным потоком в реакторе теплообменника 21, в котором протекающие через теплообменник текучая среда или теплоноситель 28, такой как водяной пар или азот, нагревается в реакторе, и затем нагретый водяной пар (например, перегретый пар) проходит из теплообменника и реактора и пропускается по трубопроводам через отдельный нагреватель 22 сырьевого материала, размещенный снаружи реактора, где действует для теплообмена с сырьевым материалом в нагревателе сырьевого материала, для нагревания сырьевого материала до более высокой температуры, чем около 300°С, такой как 370°С или выше.
[0089] ФИГ. 4 показывает часть сажевого печного реактора еще одного типа, который может быть использован в способе согласно настоящему изобретению для получения технического углерода, в котором по меньшей мере часть предварительного нагревания включает контактирование нагревателя 23 сырьевого материала с остаточным газом, который вышел из реактора, для нагревания сырьевого материала в нагревателе сырьевого материала до более высокой температуры, чем около 300°С (или по меньшей мере частично до заданной температуры).
[0090] ФИГ. 5 показывает сажевый печной реактор еще одного типа, который может быть использован в способе согласно настоящему изобретению, в котором поток нагретого газа дополнительно включает, по меньшей мере частично или полностью, нагретый газ 24, который был нагрет, по меньшей мере частично или полностью, с использованием плазменного нагревателя 25. Плазменный нагрев газа может быть выполнен, например, в соответствии со способами, известными квалифицированным специалистам в этой области технологии. Плазменный факел может быть применен таким образом, как показано, например, в Патенте США № 5486674, полное содержание которого включено здесь ссылкой, и может быть приведена ссылка на плазменный нагрев, показанный в Патентах США №№ 4101639 и 3288696, полное содержание которых включено здесь ссылкой.
[0091] Как также показано в ФИГ. 5, сырьевой материал может быть непосредственно нагрет теплоносителем (например, паром), который был подвергнут теплообмену с реакционным потоком в теплообменниках 26, 27, или, альтернативно, сырьевой материал может быть напрямую нагрет в теплообменнике 26 в реакторе, как показано штриховыми линиями.
[0092] Как показано в ФИГ. 7, сырьевой материал (FS) может быть введен отдельно от разбавительной текучей среды с использованием трубопровода такой конструкции, как коаксиальный кольцевой канал. «Первичный фронт пламени» в ФИГ. 7 и ФИГ. 8 означает факел горения. ФИГ. 8 показывает конфигурацию, в которой сырьевой для технического углерода материал (FS) вводят отдельно от разбавительной текучей среды в конструкции, где трубы размещены параллельно рядом друг с другом.
[0093] Конструкция теплообменника, применяемого для предварительного нагревания сырьевого материала, внутри или снаружи реактора, в этих разнообразных технологических схемах согласно настоящему изобретению может представлять собой традиционную конструкцию теплообменника, такую как «оболочка и труба», «оболочка и змеевик», «лист и каркас», и тому подобные. Где теплообменник имеет конфигурацию встроенного змеевика, могут быть использованы трубопровод сортамента 80 и угловые патрубки, например, для встроенного змеевика, чтобы предотвратить проблемы коррозии/эрозии. Кроме того, при сооружении встроенного змеевикового трубопровода может быть применен постоянный шаг между трубами, и для змеевика может быть использован полный профиль поперечника жаровой трубы, действующей от топочного газа. Коэффициенты теплопередачи для встроенных змеевиков могут в значительной мере варьировать для различных сортов и различных установок.
[0094] Кроме того, любой из сырьевых материалов для описываемых технологических схем и способов может содержать дополнительные материалы или композиции, которые обычно применяются для получения стандартного технического углерода. Способ согласно настоящему изобретению может дополнительно включать введение по меньшей мере одного вещества, которое представляет собой или которое содержит по меньшей мере один элемент Группы IА и/или Группы IIА (или его ионы) Периодической Таблицы. Вещество, содержащее по меньшей мере один элемент Группы IА и/или Группы IIА (или его ионы), содержит по меньшей мере один щелочный металл или щелочноземельный металл. Примеры включают литий, натрий, калий, рубидий, цезий, франций, кальций, барий, стронций или радий, или их комбинации. В веществе могут присутствовать любые смеси одного или более из этих элементов. Вещество может быть твердым, раствором, дисперсией, газом, или любыми их комбинациями. Может быть использовано более чем одно вещество, имеющее одинаковые или различные металлы Группы IА и/или Группы IIА (или их ионы). Если применяются многочисленные вещества, вещества могут быть добавлены совместно, по отдельности, последовательно, или в различных реакционных местоположениях. Для целей настоящего изобретения, вещество может представлять собой сам металл (или его ионы), соединение, содержащее один или более из этих элементов, в том числе соль, содержащую один или более из этих элементов, и тому подобные. Вещество может быть пригодно для введения металла или металлического иона в реакцию, которая протекает с образованием технического углерода в качестве продукта. Для целей настоящего изобретения, вещество, содержащее по меньшей мере один металл Группы IА и/или IIА (или его ионы), если применяется, может быть введено в реактор в любом месте, например, перед завершением гашения. Например, вещество может быть добавлено в любом месте перед завершением гашения, в том числе перед введением сырьевого для технического углерода материала в первой реакционной стадии; во время введения сырьевого для технического углерода материала в первой реакционной стадии; после введения сырьевого для технического углерода материала в первой реакционной стадии; до, во время или непосредственно после введения любого второго сырьевого для технического углерода материала; или в любой стадии после введения второго сырьевого для технического углерода материала, но до завершения гашения. Может быть использовано более чем одно место введения вещества.
[0095] В дополнение, в настоящем изобретении, как было указано ранее, настоящее изобретение относится к способу регулирования по меньшей мере одной характеристики частиц технического углерода. Этот способ включает объединение по меньшей мере одной разбавительной текучей среды по меньшей мере с одним сырьевым для технического углерода материалом (до и/или после поступления в реактор) с образованием смеси текучей среды с сырьевым материалом. Способ может дополнительно предусматривать подведение смеси текучей среды с сырьевым материалом в сажевый реактор или раздельную подачу разбавительной текучей среды и сырьевого материала в реактор. Подведение смеси текучей среды с сырьевым материалом может быть в форме одной или многих струй. Способ включает корректирование количества разбавительной текучей среды, присутствующей в смеси текучей среды с сырьевым материалом, чтобы регулировать по меньшей мере одну характеристику частиц. Упоминание «разбавительной текучей среды», «сырьевого для технического углерода материала» и «смеси текучей среды с сырьевым материалом» имеет такое же значение, как значение терминов, определенных и разъясненных выше.
[0096] Одним примером по меньшей мере одной характеристики частиц является цветовой оттенок. Характеристикой частиц может быть характеристика удельной площади поверхности или структурная характеристика.
[0097] Настоящее изобретение будет дополнительно разъяснено нижеследующими примерами, которые предназначены быть иллюстративными для настоящего изобретения.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
[0098] В одном примере настоящего изобретения, высокоскоростной (свыше 200 м/сек) поток горячего газа из факела пламени природного газа сжигали в переходной зоне (диаметр D = 135 мм) такого сажевого реактора, как показанный в ФИГ. 1, при соотношении компонентов 0,8. Сырьевой материал на основе нефтяной эмульсии нагнетали в переходную зону с использованием четырех инжекторов при совокупном соотношении компонентов 3,33. Каждый из инжекторов сырьевого материала имел сопло диаметром 0,76 мм, с последующей расширительной секцией длиной 76 мм и с диаметром 6,5 мм. Сырьевой материал подвергали предварительному нагреванию до температуры около 500°С перед поступлением в инжекторы. К сырьевому материалу добавляли азот в качестве разбавительной текучей среды при величинах расхода потока между 0 вес% и 20 вес% (смотри Таблицу ниже) потока сырьевого материала непосредственно ниже по потоку относительно сопла. Азот добавляли таким образом, что он смешивался с сырьевым материалом перед поступлением в переходную зону.
[0099] Проникновение струй смеси текучей среды с сырьевым материалом в переходную зону наблюдали визуально с помощью смотрового окошка в реакторе. В ситуации без разбавительной текучей среды струи сырьевого материала внедрялись в поперечный поток с высокоскоростным течением горячего газа только на глубину, равную ~25% диаметра переходной зоны (то есть, проникновение струи примерно на 34 мм). Когда к сырьевому материалу добавляли разбавительную текучую среду, проникновение струи смеси текучей среды с сырьевым материалом непрерывно увеличивалось, пока струи смеси текучей среды с сырьевым материалом не столкнулись в центре переходной зоны (то есть, проникновение струи примерно на 68 мм). По наблюдениям, это происходило при 20%-ном по весу потоке азота, в расчете на вес нагнетаемого сырьевого материала. В дополнение, интенсивность цвета технического углерода измеряли методом согласно стандарту ASTM D3265, и обнаружили возрастание данной удельной площади поверхности технического углерода, когда большее количество азота добавляли к сырьевому материалу в смеси текучей среды с сырьевым материалом. Приведенная ниже Таблица показывает, как цветовой оттенок и проникновение струи изменялись сообразно величине расхода потока азота.
Таблица 1
Расход потока N2 (вес% от сырьевого материала)
Проникновение струи (% диаметра переходной зоны)
Цветовой оттенок, % (стандарт ASTM D3265)
0
25%
122
5
35%
127
10
45%
130
20
>50% (струи соприкоснулись в центре)
132
Пример 2
[00100] Во втором примере настоящего изобретения, с использованием того же реактора, как в Примере 1, азот добавляли в кольцеобразный канал (как показано в ФИГ. 7) вокруг струй сырьевого материала таким образом, что разбавительная текучая среда в кольцеобразном канале и сырьевой материал не смешивались перед поступлением в переходную зону. Разбавительная текучая среда была в тесной близости к сырьевому материалу так, что она повышала кинетическую энергию струи сырьевого материала, тем самым увеличивая проникновение струи смеси текучей среды с сырьевым материалом. Были использованы такие же условия реактора, как в Примере 1, и азот добавляли в кольцеобразный канал при величинах расхода потока от 0 вес% до 20 вес% потока сырьевого материала, в расчете на вес нагнетаемого сырьевого материала. Как и в предшествующем примере, проникновение струи сырьевого материала составляло только ~25% диаметра переходной зоны без течения текучей среды в кольцеобразном канале. Проникновение струи возрастало при потоке разбавительной текучей среды в кольцеобразном канале вплоть до ~40% диаметра переходной зоны при 20%-ном по весу потоке, в расчете на вес нагнетаемого сырьевого материала. Таким образом, добавление разбавительной текучей среды эти путем усиливает проникновение струи смеси текучей среды с сырьевым материалом, но не столь эффективно, как в предыдущем примере. Цветовой оттенок также несколько повышался при добавлении азота в кольцеобразный канал.
Таблица 2
Расход потока N2 (вес% от сырьевого материала)
Проникновение струи (% диаметра переходной зоны)
Цветовой оттенок, % (стандарт ASTM D3265)
0
~25%
122
5
~30%
123,5
10
~35
126
20
~40
127,5
[00101] Настоящее изобретение включает следующие аспекты/варианты осуществления/признаки в любом порядке и/или в любом сочетании:
1. Способ получения технического углерода, включающий стадии, на которых:
вводят поток нагретого газа в сажевый реактор;
объединяют по меньшей мере одну разбавительную текучую среду по меньшей мере с одним сырьевым для технического углерода материалом с образованием смеси текучей среды с сырьевым материалом таким образом, что по меньшей мере одна разбавительная текучая среда повышает кинетическую энергию по меньшей мере одного сырьевого для технического углерода материала по направлению, которое является соосным или по существу соосным по меньшей мере с одним впускным каналом для введения сырьевого материала в сажевый реактор;
подают указанную смесь текучей среды с сырьевым материалом в сажевый реактор через указанный по меньшей мере один впускной канал для сырьевого материала;
объединяют по меньшей мере указанную смесь текучей среды с сырьевым материалом, подводимую по меньшей мере через один впускной канал в указанный сажевый реактор, с потоком нагретого газа для формирования реакционного потока, в котором образуется технический углерод в указанном сажевом реакторе; и
выделяют технический углерод в реакционном потоке.
2. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанная разбавительная текучая среда является химически инертной в отношении сырьевого для технического углерода материала.
3. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанная разбавительная текучая среда однородно распределяется в указанном сырьевом для технического углерода материале.
4. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанная подача смеси текучей среды с сырьевым материалом производится в форме одной или более струй, и одна или более струй смеси текучей среды с сырьевым материалом содержат достаточное количество разбавительной текучей среды, чтобы стимулировать внедрение сырьевого для технического углерода материала во внутреннюю часть потока нагретого газа.
5. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанная разбавительная текучая среда представляет собой по меньшей мере один инертный газ.
6. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанная разбавительная текучая среда представляет собой водяной пар, воду, воздух, диоксид углерода, природный газ, монооксид углерода, водород, сажевый остаточный газ, азот, или любые их комбинации.
7. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанная разбавительная текучая среда представляет собой азот.
8. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанную разбавительную текучую среду вводят в указанный сырьевой для технического углерода материал при давлении, достаточном для проникновения в указанный сырьевой для технического углерода материал с образованием смеси текучей среды с сырьевым материалом.
2
2
2
2
9. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанную разбавительную текучую среду вводят в указанный сырьевой для технического углерода материал при давлении от около 1 фунта/дюйм (0,07 кг/см) до около 350 фунтов/дюйм (24,6 кг/см), с образованием смеси текучей среды с сырьевым материалом.
10. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанный сырьевой для технического углерода материал распыляют перед указанным объединением с указанной разбавительной текучей средой.
11. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором количество указанной разбавительной текучей среды, которую объединяют с указанным сырьевым для технического углерода материалом, может регулироваться во время непрерывного производства технического углерода.
12. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанную подачу смеси текучей среды с сырьевым материалом производят в форме одной или более струй, и проникновение струи смеси текучей среды с сырьевым материалом в указанный поток нагретого газа регулируют изменением содержания разбавительной текучей среды в смеси текучей среды с сырьевым материалом во время непрерывного производства технического углерода.
13. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанная разбавительная текучая среда, по меньшей мере частично, распределяется в указанном сырьевом для технического углерода материале.
14. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанная разбавительная текучая среда присутствует в указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом в количестве от около 0,1 вес% до около 400 вес%, в расчете на вес сырьевого для технического углерода материала.
15. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, дополнительно включающий нагревание указанного сырьевого для технического углерода материала перед объединением с указанной разбавительной текучей средой с образованием указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом.
16. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, дополнительно включающий нагревание указанного сырьевого для технического углерода материала до более высокой температуры, чем около 300°С, перед объединением с указанной разбавительной текучей средой с образованием указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом.
17. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, дополнительно включающий нагревание указанного сырьевого для технического углерода материала до температуры от около 360°С до около 850°С перед объединением с указанной разбавительной текучей средой с образованием указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом.
18. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, дополнительно включающий нагревание указанного сырьевого для технического углерода материала до первой температуры от около 300°С до около 850°С перед объединением с указанной разбавительной текучей средой с образованием указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом, и затем нагревание указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом до второй температуры, которая является более высокой, чем указанная первая температура, где каждую из указанных стадий нагревания проводят перед введением в указанный сажевый реактор.
19. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, дополнительно включающий нагревание указанного сырьевого для технического углерода материала до первой температуры от около 400°С до около 600°С перед объединением с указанной разбавительной текучей средой с образованием указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом, и затем нагревание указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом до второй температуры, которая является более высокой, чем указанная первая температура, по меньшей мере на 50°С, где каждую из указанных стадий нагревания проводят перед введением в указанный сажевый реактор.
20. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, дополнительно включающий нагревание указанного сырьевого для технического углерода материала до первой температуры от около 400°С до около 600°С перед объединением с указанной разбавительной текучей средой с образованием указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом, и затем нагревание указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом до второй температуры, которая является более высокой, чем указанная первая температура, по меньшей мере на 100°С, где каждую из указанных стадий нагревания проводят перед введением в указанный сажевый реактор.
21. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, дополнительно включающий нагревание указанного сырьевого для технического углерода материала до первой температуры перед объединением с указанной разбавительной текучей средой с образованием указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом, и затем нагревание указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом до второй температуры, которая является более высокой, чем указанная первая температура, и вплоть до 950°С, где каждую из указанных стадий нагревания проводят перед введением в указанный сажевый реактор.
22. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором корректировки разбавительной текучей среды выполняют для регулирования скорости дросселированного потока, или критической скорости, или обеих, одной или более струй смеси текучей среды с сырьевым материалом, изменяя тем самым проникновение смеси текучей среды с сырьевым материалом в поток нагретого газа.
23. Способ регулирования по меньшей мере одной характеристики частиц технического углерода, включающий стадии, в которых:
объединяют по меньшей мере одну разбавительную текучую среду по меньшей мере с одним сырьевым для технического углерода материалом с образованием смеси текучей среды с сырьевым материалом, и подают указанную смесь текучей среды с сырьевым материалом в сажевый реактор; и причем указанную подачу смеси текучей среды с сырьевым материалом проводят в форме одной или более струй, и корректируют количество разбавительной текучей среды, присутствующей в указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом, для регулирования указанной по меньшей мере одной характеристики частиц.
24. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанная по меньшей мере одна характеристика частиц представляет собой цветовой оттенок.
25. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанная разбавительная текучая среда является химически инертной в отношении сырьевого для технического углерода материала.
26. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанная разбавительная текучая среда однородно распределяется в указанном сырьевом для технического углерода материале.
27. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанная подача смеси текучей среды с сырьевым материалом производится в форме одной или более струй, и одна или более струй смеси текучей среды с сырьевым материалом содержат достаточное количество разбавительной текучей среды, чтобы стимулировать внедрение сырьевого для технического углерода материала во внутреннюю часть потока нагретого газа.
28. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанная разбавительная текучая среда представляет собой по меньшей мере один инертный газ.
29. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанная разбавительная текучая среда представляет собой водяной пар, воду, воздух, диоксид углерода, природный газ, монооксид углерода, водород, сажевый остаточный газ, азот, или любые их комбинации.
30. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанная разбавительная текучая среда представляет собой азот.
31. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанную разбавительную текучую среду вводят в указанный сырьевой для технического углерода материал при давлении, достаточном для проникновения в указанный сырьевой для технического углерода материал с образованием смеси текучей среды с сырьевым материалом.
2
2
2
32. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанную разбавительную текучую среду вводят в указанный сырьевой для технического углерода материал при давлении от около 1 фунта/дюйм2 (0,07 кг/см) до около 350 фунтов/дюйм (24,6 кг/см), с образованием смеси текучей среды с сырьевым материалом.
33. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором количество указанной разбавительной текучей среды, которую объединяют с указанным сырьевым для технического углерода материалом, может регулироваться во время исполнения указанного способа получения технического углерода.
34. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором количество указанной разбавительной текучей среды, которую объединяют с указанным сырьевым для технического углерода материалом, может регулироваться во время непрерывного производства технического углерода.
35. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанную подачу смеси текучей среды с сырьевым материалом производят в форме одной или более струй, и проникновение струи смеси текучей среды с сырьевым материалом в указанный поток нагретого газа регулируют изменением содержания разбавительной текучей среды в смеси текучей среды с сырьевым материалом во время непрерывного производства технического углерода.
36. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанная разбавительная текучая среда присутствует в указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом в количестве от около 0,1 вес% до около 400 вес%, в расчете на вес сырьевого для технического углерода материала.
37. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанная разбавительная текучая среда присутствует в указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом в количестве от около 0,1 вес% до около 50 вес%, в расчете на вес сырьевого для технического углерода материала.
38. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, дополнительно включающий нагревание указанного сырьевого для технического углерода материала перед объединением с указанной разбавительной текучей средой с образованием указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом.
39. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, дополнительно включающий нагревание указанного сырьевого для технического углерода материала до более высокой температуры, чем около 300°С, перед объединением с указанной разбавительной текучей средой с образованием указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом.
40. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, дополнительно включающий нагревание указанного сырьевого для технического углерода материала до температуры от около 360°С до около 850°С перед объединением с указанной разбавительной текучей средой с образованием указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом.
41. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, дополнительно включающий нагревание указанного сырьевого для технического углерода материала до первой температуры от около 300°С до около 850°С перед объединением с указанной разбавительной текучей средой с образованием указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом, и затем нагревание указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом до второй температуры, которая является более высокой, чем указанная первая температура, где каждую из указанных стадий нагревания проводят перед введением в указанный сажевый реактор.
42. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, дополнительно включающий нагревание указанного сырьевого для технического углерода материала до первой температуры от около 400°С до около 600°С перед объединением с указанной разбавительной текучей средой с образованием указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом, и затем нагревание указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом до второй температуры, которая является более высокой, чем указанная первая температура, по меньшей мере на 50°С, где каждую из указанных стадий нагревания проводят перед введением в указанный сажевый реактор.
43. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, дополнительно включающий нагревание указанного сырьевого для технического углерода материала до первой температуры от около 400°С до около 600°С перед объединением с указанной разбавительной текучей средой с образованием указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом, и затем нагревание указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом до второй температуры, которая является более высокой, чем указанная первая температура, по меньшей мере на 100°С, где каждую из указанных стадий нагревания проводят перед введением в указанный сажевый реактор.
44. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, дополнительно включающий нагревание указанного сырьевого для технического углерода материала до первой температуры перед объединением с указанной разбавительной текучей средой с образованием указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом, и затем нагревание указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом до второй температуры, которая является более высокой, чем указанная первая температура, и вплоть до 950°С, где каждую из указанных стадий нагревания проводят перед введением в указанный сажевый реактор.
45. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором проникновение струи корректируют с помощью разбавительной текучей среды, влияющей на скорость дросселированного потока, или критическую скорость, или обе, одной или более струй смеси текучей среды с сырьевым материалом.
46. Способ получения технического углерода, включающий стадии, в которых:
вводят поток нагретого газа в сажевый реактор;
подают по меньшей мере один сырьевой для технического углерода материал в сажевый реактор через по меньшей мере один впускной канал для сырьевого материала;
подают по меньшей мере одну разбавительную текучую среду в сажевый реактор через по меньшей мере один впускной канал,
причем по меньшей мере один впускной канал для разбавительной текучей среды размещают так, чтобы по меньшей мере одна разбавительная текучая среда повышала кинетическую энергию по меньшей мере одного сырьевого для технического углерода материала, когда сырьевой для технического углерода материал сталкивается с потоком нагретого газа;
объединяют указанный по меньшей мере один сырьевой для технического углерода материал и указанную по меньшей мере одну разбавительную текучую среду с потоком нагретого газа с образованием реакционного потока, в котором образуется технический углерод в указанном сажевом реакторе; и
выделяют технический углерод в реакционном потоке.
47. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанная разбавительная текучая среда является инертной в отношении сырьевого для технического углерода материала.
48. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанная разбавительная текучая среда распределяется в указанном сырьевом для технического углерода материале.
49. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанную подачу сырьевого для технического углерода материала и подачу разбавительной текучей среды производят с использованием одного или более сопел, причем каждое сопло имеет центральный трубчатый наконечник с кожухом в виде кольцеобразного канала, который вводит указанную разбавительную текучую среду.
50. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанную подачу сырьевого для технического углерода материала и подачу разбавительной текучей среды производят с использованием пары из одного или более сопел, смежных друг с другом, причем одно сопло в каждой паре подает указанный сырьевой для технического углерода материал, и другое сопло подает указанную разбавительную текучую среду.
51. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанную разбавительную текучую среду вводят под давлением, достаточным для проникновения в указанный сырьевой для технического углерода материал.
52. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, дополнительно включающий нагревание указанного сырьевого для технического углерода материала до более высокой температуры, чем около 300°С, перед подачей в указанный по меньшей мере один впускной канал.
53. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, дополнительно включающий нагревание указанного сырьевого для технического углерода материала до температуры от около 360°С до около 850°С, перед подачей в указанный по меньшей мере один впускной канал.
54. Способ регулирования по меньшей мере одной характеристики частиц технического углерода, включающий:
раздельную подачу а) по меньшей мере одной разбавительной текучей среды в b) по меньшей мере один сырьевой для технического углерода материал в сажевом реакторе, и причем указанную подачу а) и b) проводят в форме одной или более струй, и корректируют количество присутствующей разбавительной текучей среды для регулирования указанной по меньшей мере одной характеристики частиц.
55. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанная по меньшей мере одна характеристика частиц представляет собой цветовой оттенок.
56. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, дополнительно включающий нагревание указанной разбавительной текучей среды до первой температуры перед объединением с указанным сырьевым для технического углерода материалом с образованием указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом.
57. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, дополнительно включающий нагревание указанного сырьевого для технического углерода материала до первой температуры перед объединением с указанной разбавительной текучей средой, и нагревание указанной разбавительной текучей среды до второй температуры перед объединением с указанным сырьевым для технического углерода материалом, и затем объединение с образованием указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом, и затем нагревание указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом до третьей температуры, которая является более высокой, чем указанная первая температура, и вплоть до 950°С, где каждую из указанных стадий нагревания проводят перед введением в указанный сажевый реактор.
58. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанная по меньшей мере одна характеристика частиц представляет собой удельную площадь поверхности.
59. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанный сырьевой для технического углерода материал распыляют перед указанным объединением с указанной разбавительной текучей средой.
60. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, дополнительно включающий нагревание указанного сырьевого для технического углерода материала до более высокой температуры, чем около 300°С, перед объединением с указанной разбавительной текучей средой с образованием указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом, и причем указанный сырьевой для технического углерода материал распыляют перед указанным объединением с указанной разбавительной текучей средой.
61. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту исполнения/признаку/аспекту, в котором указанная разбавительная текучая среда присутствует в указанной смеси текучей среды с сырьевым материалом в количестве от около 0,1 вес% до около 50 вес%, в расчете на вес сырьевого для технического углерода материала.
[00102] Настоящее изобретение может включать любую комбинацию этих разнообразных признаков или вариантов осуществления, указанных выше и/или ниже, как изложенных в предложениях и/или абзацах. Любая комбинация раскрытых здесь признаков рассматривается как часть настоящего изобретения, и не предполагается никаких ограничений в отношении сочетаемых признаков.
[00103] Заявители конкретно включают полное содержание всех цитированных в настоящем изобретении литературных источников. Кроме того, когда количество, концентрация или другое значение или параметр приведены либо в виде диапазона, предпочтительного диапазона, либо списка предпочтительных верхних значений и предпочтительных нижний значений, это должно пониматься как конкретное раскрытие всех диапазонов, сформированных любой парой любого верхнего предела диапазона или предпочтительного значения, и любого нижнего предела диапазона или предпочтительного значения, независимо от того, являются ли диапазоны раскрытыми по отдельности. Там, где здесь упоминается диапазон численных значений, то, если не оговорено иное, диапазон предполагается включающим его конечные точки, и все целые и дробные числа в пределах диапазона. Не предполагается, что область изобретения ограничивается конкретными значениями, упоминаемыми при определении диапазона.
[00104] Другие варианты осуществления настоящего изобретения будут очевидны квалифицированным специалистам в этой области технологии после рассмотрения настоящего описания и практического осуществления раскрытого здесь настоящего изобретения. Предполагается, что настоящее описание и примеры рассматриваются только как примерные, при подлинных объеме и смысле изобретения, показанных в пунктах нижеследующей патентной формулы и их эквивалентах.