Способ и устройство для изготовления технического углерода с использованием подогретого исходного материала



Способ и устройство для изготовления технического углерода с использованием подогретого исходного материала
Способ и устройство для изготовления технического углерода с использованием подогретого исходного материала
Способ и устройство для изготовления технического углерода с использованием подогретого исходного материала
Способ и устройство для изготовления технического углерода с использованием подогретого исходного материала
Способ и устройство для изготовления технического углерода с использованием подогретого исходного материала
Способ и устройство для изготовления технического углерода с использованием подогретого исходного материала
Способ и устройство для изготовления технического углерода с использованием подогретого исходного материала
Способ и устройство для изготовления технического углерода с использованием подогретого исходного материала
Способ и устройство для изготовления технического углерода с использованием подогретого исходного материала
Способ и устройство для изготовления технического углерода с использованием подогретого исходного материала
Способ и устройство для изготовления технического углерода с использованием подогретого исходного материала
Способ и устройство для изготовления технического углерода с использованием подогретого исходного материала
Способ и устройство для изготовления технического углерода с использованием подогретого исходного материала
Способ и устройство для изготовления технического углерода с использованием подогретого исходного материала
Способ и устройство для изготовления технического углерода с использованием подогретого исходного материала

 


Владельцы патента RU 2545329:

КАБОТ КОРПОРЕЙШН (US)

Изобретения относятся к химической промышленности и могут быть использованы при производстве пигментов для красок и чернил, а также наполнителей каучуков и пластмасс. Исходный материал, имеющий температуру кипения 160-600°C, подают в нагреватель для нагрева до температуры, превышающей 300°C. Скорость прохождения исходного материала через нагреватель 1 м/с или выше, а период его пребывания в нагревателе менее 120 минут. Затем подогретый исходный материал вводят в реактор синтеза технического углерода печного типа. Период пребывания исходного материала от выпуска из нагревателя до точки впуска в реактор менее 120 минут, за счет чего контролируется образование паровой пленки в нагревателе. Подогретый исходный материал объединяют с нагретым газовым потоком для получения реакционного потока, в котором происходит образование технического углерода. Полученный печной технический углерод извлекают из реакционного потока. Технический результат: предотвращение загрязнения технологических линий и оборудования. 6 н. и 49 з.п. ф-лы, 9 табл., 6 ил., 2 пр.

 

Уровень техники

Настоящая заявка испрашивает приоритет, согласно § 119(e) раздела 35 Свода законов США, предшествующей предварительной патентной заявки № 61/306092, поданной 19 февраля 2010 г., которая во всей своей полноте включена в настоящий документ посредством ссылки.

Настоящее изобретение относится к способам изготовления технического углерода с использованием подогретого исходного материала в условиях предотвращения загрязнения. Настоящее изобретение также относится к устройству для изготовления технического углерода с использованием подогретого исходного материала в условиях предотвращения загрязнения. Настоящее изобретение также относится к техническому углероду, изготавливаемому способами согласно настоящему изобретению.

Технический углерод широко используют, например, в качестве пигментов в композициях красок, чернил и т.п., в качестве наполнителей и усиливающих пигментов в составлении и приготовлении каучуковых композиций и пластмассовых композиций, а также в других разнообразных применениях. Технический углерод обычно изготавливают в реакторе типа печи в процессе реакции углеводородного исходного материала с горячими газообразными продуктами сгорания, c получением продуктов сгорания, содержащих тонкодисперсный технический углерод. В литературе о техническом углероде эту реакцию между газообразными продуктами сгорания и углеводородным исходным материалом обычно называют термином «пиролиз».

Общеизвестны разнообразные способы изготовления технического углерода. В одном типе печного реактора синтеза технического углерода, который описан в патенте США № 3401020 (Kester и др.) или патенте США № 2785964 (Pollock), топливо, такое как углеводородное топливо, и окислитель, такой как воздух, поступают в первую зону и реагируют, образуя горячие газообразные продукты сгорания. Углеводородный исходный материал в любой из газообразной, паровой или жидкой форм также поступает в первую зону, где начинается реакция углеводородного исходного материала. Полученная смесь газообразных продуктов сгорания, в которой происходит реакция, затем проходит в реакционную зону, где происходит завершение реакции образования технического углерода. В другом типе печного реактора синтеза технического углерода жидкое или газообразное топливо реагирует с окислителем, таким как воздух, в первой зоне и образует горячие газообразные продукты сгорания. Эти горячие газообразные продукты сгорания проходят из первой зоны вниз по потоку через реактор в реакционную зону и далее. Для изготовления технического углерода углеводородный исходный материал подают в одной или нескольких точках в канал потока горячих газообразных продуктов сгорания. Обычно углеводородный исходный материал представляет собой содержащую углеводороды нефть или природный газ. Первую зону (или зону горения) и реакционную зону может разделять штуцер или зона ограниченного диаметра, которая имеет меньшее поперечное сечение, чем зона горения или реакционная зона. Исходный материал может поступать в канал горячих газообразных продуктов сгорания выше по потоку, ниже по потоку и/или в зоне ограниченного диаметра. Углеводородный исходный материал можно вводить в распыленной и/или нераспыленной форме, из внутренней части потока газообразных продуктов сгорания и/или из внешней части потока газообразных продуктов сгорания. Печные реакторы синтеза технического углерода этого типа представлены, например, в переизданном патенте США № 28974 (Morgan и др.) и патенте США № 3922335 (Jordan и др.).

В общеизвестных реакторах и способах горячие газообразные продукты сгорания находятся при температуре, которая является достаточной для осуществления реакции углеводородного исходного материала, введенного в поток газообразных продуктов сгорания. В реакторе одного типа, таком как описан в указанном выше патенте США № 3401020 (Kester и др.), исходный материал поступает в одной или нескольких точках в ту же зону, где образуются газообразные продукты сгорания. В реакторах или способах других типов впуск исходного материала происходит в одной или нескольких точках после образования потока газообразных продуктов сгорания. Смесь исходного материала и газообразных продуктов сгорания, в которой происходит реакция, иногда в настоящем документе называется термином «реакционный поток». Период пребывания реакционного потока в реакционной зоне реактора является достаточным, чтобы обеспечить образование желательного технического углерода. В реакторе любого типа, поскольку масса горячих газообразных продуктов сгорания проходит вниз по потоку через реактор, реакция происходит по мере того, как смесь исходного материала и газообразных продуктов сгорания проходит через реакционную зону. После образования технического углерода, имеющего желательные свойства, температура реакционного потока уменьшается до такой температуры, при которой реакция останавливается, и можно извлекать готовый технический углерод.

Другие патенты, такие как патенты США № 3922335 (Jordan и др.); 4826669 (Casperson); 6348181 (Morgan) и 6926877 (Green) также предлагают способы изготовления технического углерода, включая температуры исходного материала. Типичные температуры исходного материала в точке впуска в реактор, такой как реактор, представленный в патенте США № 4826669, могут составлять, например, от 250°F до 500°F (от 121°C до 260°C).

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что температуры углеводородного исходного материала для изготовления технического углерода, которые приблизительно составляют или превосходят 300°C в точке или перед точкой впуска в реактор, обычно создают высокий риск недопустимых уровней термически вызванного загрязнения линий и оборудования для впуска исходного материала. Кроме того, авторы настоящего изобретения полагают, что ранее не были разработаны способы и устройства для изготовления технического углерода, которые могли выдерживать такие горячие исходные материалы, и не были в полной мере реализованы или сделаны достижимыми возможные преимущества использования в работе горячих исходных материалов до тех пор, пока не были разработаны настоящие способы и устройства для изготовления технического углерода.

Сущность изобретения

Соответственно, отличительный признак настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить увеличенные температуры подогрева исходного материала для изготовления технического углерода при ограничении термически вызванного загрязнения линий для впуска исходного материала при увеличенных температурах исходного материала.

Дополнительные отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут изложены частично в следующем описании и частично станут очевидными из данного описания, или их можно понять из практического осуществления настоящего изобретения. Цели и другие преимущества настоящего изобретения будут осуществимыми и достижимыми посредством элементов и сочетаний, определенно указанных в описании и прилагаемой формуле изобретения.

Для достижения этих и других преимуществ и в соответствии с целями настоящего изобретения, которые разъяснены и подробно описаны в данном документе, настоящее изобретение относится, в одной своей части, к способу изготовления технического углерода, включающему подогрев образующего технический углерод исходного материала до температуры, составляющей более чем приблизительно 300°C, для получения подогретого образующего технический углерод исходного материала в указанном температурном интервале. Исходный материал можно нагревать до температуры, составляющей, по меньшей мере, 450°C или от приблизительно 360°C до приблизительно 850°C, или до других температур, превышающих 300°C. Подогретый образующий технический углерод исходный материал может поступать, по меньшей мере, в одну линию для впуска исходного материала, по меньшей мере, через одну точку впуска исходного материала в реактор. Подогретый образующий технический углерод исходный материал поступает посредством, по меньшей мере, одной точки впуска в реактор, чтобы объединяться с нагретым газовым потоком (потоками), образуя реакционный поток, в котором технический углерод образуется в реакторе. Технический углерод в реакционном потоке можно тушить для извлечения. Настоящий способ включает один или более подходов к снижению риска термически вызванного загрязнения линий подачи исходного материала при повышенной температуре исходного материала. Эти подходы способны сводить к минимуму образование загрязнителя (например, уменьшать отложение кокса), удалять отложения загрязнителя с поверхности (например, увеличивать удаление кокса) или осуществлять сочетание данных действий на внутренних стенках линии или линий подачи исходного материала, чтобы поддерживать линии подачи исходного материала в рабочем состоянии в процессе поступления подогретого исходного материала в реактор. Эти подходы к предотвращению загрязнения могут включать одну или более из следующих операций (или любое их сочетание):

- поступление образующего технический углерод исходного материала при скорости, составляющей, по меньшей мере, приблизительно 0,2 м/с (или, например, по меньшей мере, приблизительно 1 м/с, или, по меньшей мере, приблизительно 1,1 м/с, или, по меньшей мере, приблизительно 1,6 м/с, или, по меньшей мере, приблизительно 2 м/с, или при других скоростях, составляющих более чем приблизительно 0,2 м/с) через, по меньшей мере, один нагреватель, который нагревает образующий технический углерод исходный материал для осуществления подогрева,

- сжатие образующего технический углерод исходного материала до давления, составляющего более чем приблизительно 10 бар (1 МПа), перед впуском, по меньшей мере, в один нагреватель для подогрева образующего технический углерод исходного материала (или, например, при давлении, составляющем более чем приблизительно 20 бар (2 МПа), или более чем приблизительно 30 бар (3 МПа), или более чем приблизительно 40 бар (4 МПа), или от приблизительно 20 до приблизительно 180 бар (18 МПа), или от приблизительно 30 до приблизительно 180 бар (18 МПа), или при других давлениях, составляющих более чем приблизительно 10 бар (1 МПа)),

- обеспечение суммарного периода пребывания образующего технический углерод исходного материала, по меньшей мере, в одном нагревателе для подогрева и подогретого образующего технический углерод исходного материала в линии подачи исходного материала перед впуском в реактор, составляющего менее чем приблизительно 120 минут (или, например, от приблизительно 1 секунды до приблизительно 120 минут, или от приблизительно 1 до приблизительно 60 минут, или в течение других периодов пребывания, составляющих менее чем приблизительно 120 минут),

- подогрев исходного материала, по меньшей мере, в одном нагревателе, работающем при среднем тепловом потоке (на внутренней поверхности трубы), составляющем более чем приблизительно 10 кВт/м2 (или, например, более чем приблизительно 20 кВт/м2, или от приблизительно 20 до приблизительно 200 кВт/м2, или при других средних тепловых потоках, составляющих более чем приблизительно 10 кВт/м2),

- создание некаталитической поверхности для термического крекинга или полимеризации углеводородов на вступающих в контакт с исходным материалом внутренних стенках линии подачи исходного материала,

- периодическое поступление, по меньшей мере, одного продувочного газа (такого как, например, пар, воздух, кислород, CO2), включающего окислитель для углерода, через линию подачи исходного материала, или любое их сочетание.

Предотвращение загрязнения, обеспечиваемое настоящим изобретением, может допускать осуществление, по меньшей мере, частичного подогрева исходного материала путем нагревания исходного материала теплом, производимым реактором при высоких температурах реакции. Условия и устройства для подогрева исходного материала, осуществляемые настоящим изобретением, могут обеспечивать преимущества и выгоды, такие как, например, увеличение регенерации энергии, сокращение расходов на исходный материал, увеличение количества технического углерода, уменьшение выбросов диоксида углерода, уменьшение выбросов SOx и/или NOx, устойчивое или непрерывное изготовление технического углерода в течение приемлемых для промышленности сроков в условиях высокой температуры исходного материала или любые сочетания данных преимуществ. Способ согласно настоящему изобретению можно рассматривать как более благоприятный для окружающей среды способ по сравнению с традиционными способами вследствие одного или более экологических преимуществ, упомянутых в настоящем документе.

Настоящее изобретение также относится к устройству для осуществления способов, таких как описанные выше способы. Устройство включает, по меньшей мере, реактор для объединения нагретого газового потока и, по меньшей мере, одного высокотемпературного образующего технический углерод исходного материала для получения реакционного потока, где технический углерод образуется в реакторе. Также включена, по меньшей мере, одна уменьшающая загрязнение линия подачи исходного материала, чтобы подавать образующий технический углерод исходный материал, по меньшей мере, через одну точку впуска исходного материала в реактор для объединения исходного материала с нагретым газовым потоком, и, по меньшей мере, один нагреватель исходного материала, который способен подогревать образующий технический углерод исходный материал, поступающий, по меньшей мере, в одну линию подачи исходного материала, до температуры, составляющей более чем приблизительно 300°C. Устройство дополнительно включает, по меньшей мере, один насос, a) способный своим действием сжимать образующий технический углерод исходный материал до давления, составляющего более чем приблизительно 10 бар (1 МПа), прежде чем исходный материал подогревается до температуры, составляющей более чем приблизительно 300°C, или b) для придания исходному материалу скорости движения через, по меньшей мере, один нагреватель исходного материала, который подогревает образующий технический углерод исходный материал, составляющей, по меньшей мере, приблизительно 0,2 м/с, или c) выполняются оба условия. Может быть включена тушильная установка для охлаждения технического углерода в реакционном потоке. Реактор способен обеспечивать период пребывания исходного материала, по меньшей мере, в одном нагревателе исходного материала и, по меньшей мере, одной линии подачи исходного материала перед впуском в реактор для подогрева исходного материала до температуры, составляющей более чем приблизительно 300°C, который составляет менее чем приблизительно 120 минут. По меньшей мере частично подогрев исходного материала можно осуществлять в устройстве, например, путем непосредственного или косвенного нагревания исходного материала за счет экзотермического тепла, производимого реактором или в нем. Устройство может содержать нагреватель исходного материала, установленный, например, внутри реактора в реакционном потоке, установленный в контакте с нагретой стенкой реактора, установленный в контакте с остаточным газом из реактора, установленный снаружи реактора для осуществления теплообмена с нагретой текучей средой, принимаемой из теплообменника, расположенного внутри реактора, или путем любого сочетания данных конфигураций с использованием одной или нескольких линий подачи исходного материала. Нагреватель исходного материала может представлять собой один или более нагревателей, действующих за счет сжигания остаточного газа (из того же и/или других реакторов синтеза технического углерода) или любого топлива на основе углеводородов, и/или он может представлять собой электрический нагреватель.

Для целей настоящего документа «линия подачи» или «по меньшей мере, одна линия подачи исходного материала» может представлять собой любой канал, трубопровод, трубу теплообменника, канал теплообменника или другое устройство, подходящее для передачи жидкого или парообразного исходного материала, или сочетания данных устройств, через которые исходный материал поступает в реактор при температуре подогрева. Линия подачи может иметь любой диаметр и/или длину. Например, если исходный материал подогревается до температуры 300°C во время прохождения через трубопровод или витки теплообменника и затем поступает из теплообменника в реактор через отдельный трубопровод, по меньшей мере, одна линия подачи включает часть трубопровода теплообменника, который проходит между помещением вдоль трубы внутри теплообменника, в котором температура исходного материала достигает 300°C, и выпускным концом трубопровода теплообменника, и также трубу после теплообменника, через которую подогретый исходный материал движется, чтобы поступить в реактор.

«Предотвращение» по отношению к коксу, связанному с исходным материалом, означает, по меньшей мере, уменьшение (или профилактику или замедление) скорости закоксовывания, которое происходит без профилактического действия (действий).

Следует понимать, что и приведенное выше общее описание, и следующее подробное описание являются лишь примерными и иллюстративными и предназначены для обеспечения дополнительного разъяснения настоящего изобретения, которое заявлено в формуле изобретения.

Сопровождающие чертежи, которые включены в настоящую заявку и составляют ее часть, иллюстрируют аспекты настоящего изобретения и вместе с описанием служат для разъяснения принципов настоящего изобретения. Аналогичные численные обозначения, используемые на чертежах, относятся к аналогичным отличительным признакам.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 схематично представляет часть реактора типа печи для синтеза технического углерода, который можно использовать в способе согласно настоящему изобретению для изготовления технического углерода. Данный реактор синтеза технического углерода представляет собой только иллюстративный пример реакторов, которые можно использовать в настоящем изобретении.

Фиг. 2 схематично представляет часть еще одного реактора типа печи для синтеза технического углерода, который можно использовать в способе согласно настоящему изобретению для изготовления технического углерода. Данный реактор синтеза технического углерода представляет собой только иллюстративный пример реакторов, которые можно использовать в настоящем изобретении.

Фиг. 3 схематично представляет часть еще одного реактора типа печи для синтеза технического углерода, который можно использовать в способе согласно настоящему изобретению для изготовления технического углерода. Данный реактор синтеза технического углерода представляет собой только иллюстративный пример реакторов, которые можно использовать в настоящем изобретении.

Фиг. 4 схематично представляет часть следующего реактора типа печи для синтеза технического углерода, который можно использовать в способе согласно настоящему изобретению для изготовления технического углерода. Данный реактор синтеза технического углерода представляет собой только иллюстративный пример реакторов, которые можно использовать в настоящем изобретении.

Фиг. 5 представляет технологическую схему, которую можно использовать в способе согласно настоящему изобретению для изготовления технического углерода. Данную схему реактора синтеза технического углерода используют в примерах, но она представляет собой только иллюстративный пример реакторов, которые можно использовать в настоящем изобретении.

Фиг. 6 представляет график зависимости теплоемкости исходного материала, выраженной в кДж/(кг·°C), от температуры исходного материала (°C), что используют для вычислений экономии исходного материала при моделировании, как описано в примерах.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение относится к использованию повышенных температур подогрева исходного материала, составляющих более чем приблизительно 300°C, для беспрепятственного изготовления технического углерода без проблем загрязнения исходным материалом. Настоящее изобретение можно использовать для изготовления технического углерода в промышленном масштабе или в других масштабах производства.

Настоящее изобретение относится в одной своей части к способу изготовления технического углерода. Данный способ может включать впуск нагретого газового потока в реактор синтеза технического углерода. Способ дополнительно включает подачу, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала, у которого первая температура ниже достигаемой температуры подогрева, например, ниже 300°C или ниже 275°C (например, от 40°C до 274°C, от 50°C до 270°C, от 70°C до 250°C, от 60°C до 200°C, от 70°C до 150°C и т.п.), по меньшей мере, в одном нагревателе (например, по меньшей мере, в двух нагревателях, по меньшей мере, в трех нагревателях и т.п., где нагреватели могут быть одинаковыми или отличаться друг от друга). Температура исходного материала, поступающего, по меньшей мере, в один нагреватель, составляет ниже целевой температуры или температурного интервала подогрева. Исходный материал перед подогревом может перемещаться, в качестве варианта, с первой скоростью, составляющей, по меньшей мере, приблизительно 0,2 м/с (например, по меньшей мере, приблизительно 0,4 м/с, по меньшей мере, приблизительно 0,6 м/с, по меньшей мере, приблизительно 0,8 м/с, по меньшей мере, приблизительно 1 м/с, по меньшей мере, приблизительно 1,1 м/с, по меньшей мере, приблизительно 1,6 м/с, например, от 0,2 м/с до 4 м/с, от 1,1 до 3 м/с и т.п.). Можно использовать и другие скорости при том условии, что выбраны другие технологические условия для предотвращения загрязнения и/или закоксовывания в нагревателе (нагревателях) и линиях подачи в реактор.

Способ включает подогрев, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала, по меньшей мере, в одном нагревателе до второй температуры, составляющей более чем приблизительно 300°C, (например, по меньшей мере, 350°C, по меньшей мере, 360°C, по меньшей мере, 400°C, по меньшей мере, 450°C, по меньшей мере, 500°C, например, от 300°C до 850°C или от 360°C до 800°C, от 400°C до 750°C, от 450°C до 700°C и т.п.), для получения подогретого образующего технический углерод исходного материала, где (a), по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет скорость, по меньшей мере, в одном нагревателе, которая составляет, по меньшей мере, 0,2 м/с, причем скорость вычисляют на основании плотности исходного материала, измеренной при 60°C и 1 атм (0,1 МПа) и на основе наименьшей площади поперечного сечения линии для перемещения исходного материала, присутствующей, по меньшей мере, в одном нагревателе. Поскольку может оказаться весьма затруднительным измерять скорость исходного материала при такой повышенной температуре, для целей настоящего изобретения скорость, которая указана в настоящем документе, определяется на основе данных конкретных условий измерения. Если в фактическом нагревателе присутствует наименьший диаметр или наименьшая площадь поперечного сечения, для определения скорости, которая приведена в настоящем документе, для целей настоящего изобретения используют эту минимальную площадь поперечного сечения. Многие нагреватели имеют одинаковый диаметр на протяжении всего нагревателя, но в том случае, когда в нагревателе (нагревателях) присутствуют несколько диаметров или площадей поперечного сечения, применяется данное условие. Скорость основана на минимальной площади поперечного сечения. Фактическая скорость через нагреватель исходного материала может обычно превышать скорость, измеренную при 60°C и 1 атм (0,1 МПа).

В способе образующий технический углерод исходный материал может иметь первый период пребывания исходного материала в нагревателе, составляющий менее чем приблизительно 120 минут (например, менее чем 100 минут, менее чем 80 минут, менее чем 60 минут, менее чем 40 минут, менее чем 30 минут, менее чем 20 минут, менее чем 10 минут, например, 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 т.п.). Например, согласно чертежам первый период пребывания исходного материала представляет собой, например, период, в течение которого исходный материал находится внутри нагревателя 19 на фиг. 1 или нагревателя 22 на фиг. 2.

Способ может включать подачу подогретого образующего технический углерод исходного материала, по меньшей мере, через одну точку впуска исходного материала в реактор синтеза технического углерода (например, по меньшей мере, через одну, или две, или три, или четыре точки впуска исходного материала), где подогретый образующий технический углерод исходный материал имеет второй период пребывания исходного материала, измеряемый от выхода из нагревателя (нагревателей) непосредственно до точки впуска в реактор синтеза технического углерода, составляющий менее чем приблизительно 120 минут (например, менее чем 100 минут, менее чем 80 минут, менее чем 60 минут, менее чем 40 минут, менее чем 30 минут, менее чем 20 минут, менее чем 10 минут, например, 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 т.п.). Первый период пребывания исходного материала и второй период пребывания исходного материала в совокупности составляют предпочтительно 120 минут или менее (например, менее чем 100 минут, менее чем 80 минут, менее чем 60 минут, менее чем 40 минут, менее чем 30 минут, менее чем 20 минут, менее чем 10 минут, например, 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 т.п.). Например, согласно чертежам второй период пребывания исходного материала представляет собой, например, период, в течение которого исходный материал доходит от нагревателя 19 на фиг. 1 или нагревателя 22 на фиг. 2 до точки впуска в реактор, показанной как точка впуска 16 на фиг. 1 и фиг. 2. Сумма первого периода пребывания исходного материала и второго периода пребывания исходного материала представляет собой суммарный период пребывания исходного материала.

Способ может включать объединение подогретого образующего технический углерод исходного материала посредством, по меньшей мере, одной точки (точек) впуска в реактор синтеза технического углерода с нагретым газовым потоком для получения реакционного потока, где технический углерод образуется в реакторе синтеза технического углерода.

Способ может включать тушение технического углерода в реакционном потоке. В способах согласно настоящему изобретению можно использовать и другие стадии после тушения, которые являются традиционными в изготовлении технического углерода.

В качестве варианта, если линия перемещения исходного материала в нагреватель имеет приблизительно такое же поперечное сечение, как линия подачи через нагреватель, образующий технический углерод исходный материал может иметь скорость в нагревателе (нагревателях), которая является приблизительно такой же или выше (например, по меньшей мере, на 1% более, по меньшей мере, на 2% более, по меньшей мере, на 3% более, по меньшей мере, на 5% более, по меньшей мере, на 7% более, по меньшей мере, на 10% более, по меньшей мере, на 100% более, по меньшей мере, на 200% более, например, на 1%-200% более или на 20%-100% более и т.п.), чем первая скорость при впуске в нагреватель (нагреватели).

Способ согласно настоящему изобретению может включать сжатие образующего технический углерод исходного материала (материалов). Способ может включать сжатие или приложение давления к образующему технический углерод исходному материалу (материалам) таким образом, что подогрев образующего технический углерод исходного материала предотвращает образование паровой пленки, по меньшей мере, в одном нагревателе или перед поступлением в реактор синтеза технического углерода. Способ согласно настоящему изобретению может включать сжатие образующего технический углерод исходного материала (материалов) до давления, составляющего, например, более чем приблизительно 10 бар (1 МПа), перед впуском, по меньшей мере, в один нагреватель, который подогревает образующий технический углерод исходный материал. 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), например, от 10 бар (1 МПа) до 180 бар (18 МПа) или более, от 15 бар (1,5 МПа) до 150 бар (15 МПа), от 20 бар (2 МПа) до 125 бар (12,5 МПа), от 25 бар (2,5 МПа) до 100 бар (10 МПа).

В настоящем изобретении способ изготовления технического углерода может включать впуск нагретого газового потока в реактор синтеза технического углерода. Способ дополнительно включает подачу образующего технический углерод исходного материала, имеющего первую температуру ниже целевой температуры подогрева исходного материала, например, ниже 300°C или ниже 275°C (например, от 40°C до 274°C, от 50°C до 270°C, от 70°C до 250°C, от 60°C до 200°C, от 70°C до 150°C и т.п.), для нагревателя (нагревателей) при первом давлении, составляющем более чем 10 бар (1 МПа). 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), например, от 10 бар (1 МПа) до 180 бар (18 МПа) или более, от 15 бар (1,5 МПа) до 150 бар (15 МПа), от 20 бар (2 МПа) до 125 бар (12,5 МПа), от 25 бар (2,5 МПа) до 100 бар (10 МПа).

Способ может включать подогрев, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала в нагревателе (нагревателях) (например, по меньшей мере, в двух нагревателях, по меньшей мере, в трех нагревателях и т.п., где нагреватели могут быть одинаковыми или отличаться друг от друга) до второй температуры, составляющей более чем приблизительно 300°C, (например, по меньшей мере, 350°C, по меньшей мере, 360°C, по меньшей мере, 400°C, по меньшей мере, 450°C, по меньшей мере, 500°C, например, от 300°C до 850°C, или от 360°C до 800°C, от 400°C до 750°C, от 450°C до 700°C и т.п.), для получения подогретого образующего технический углерод исходного материала, где (a) образующий технический углерод исходный материал имеет второе давление, по меньшей мере, в одном нагревателе, которое является приблизительно таким же или ниже (например, по меньшей мере, на 1% ниже, по меньшей мере, на 2% ниже, по меньшей мере, на 3% ниже, по меньшей мере, на 5% ниже, по меньшей мере, на 7% ниже, по меньшей мере, на 10% ниже, по меньшей мере, на 15% ниже, по меньшей мере, на 20% ниже, например, на 1%-75% ниже или на 3%-20% ниже и т.п.), чем первое давление, и (b) образующий технический углерод исходный материал имеет первый период пребывания исходного материала в нагревателе, составляющий менее чем приблизительно 120 минут (например, менее чем 100 минут, менее чем 80 минут, менее чем 60 минут, менее чем 40 минут, менее чем 30 минут, менее чем 20 минут, менее чем 10 минут, например, 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 т.п.).

Способ может включать подачу подогретого образующего технический углерод исходного материала, по меньшей мере, через одну точку впуска исходного материала в реактор синтеза технического углерода, в котором подогретый образующий технический углерод исходный материал имеет второй период пребывания исходного материала от выхода, по меньшей мере, из одного нагревателя до точки впуска в реактор синтеза технического углерода, составляющий менее чем приблизительно 120 минут (например, менее чем 100 минут, менее чем 80 минут, менее чем 60 минут, менее чем 40 минут, менее чем 30 минут, менее чем 20 минут, менее чем 10 минут, например, 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 т.п.); и где первый период пребывания исходного материала и второй период пребывания исходного материала в совокупности составляют 120 минут или менее (например, менее чем 100 минут, менее чем 80 минут, менее чем 60 минут, менее чем 40 минут, менее чем 30 минут, менее чем 20 минут, менее чем 10 минут, например, 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 т.п.).

Способ может включать объединение подогретого образующего технический углерод исходного материала через точку (точки) впуска в реактор синтеза технического углерода с нагретым газовым потоком для получения реакционного потока, где технический углерод образуется в реакторе синтеза технического углерода. Способ может включать тушение технического углерода в реакционном потоке.

Настоящее изобретение может относиться к способу изготовления технического углерода, который включает впуск нагретого газового потока в реактор синтеза технического углерода. Способ дополнительно включает подачу, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала, имеющего первую температуру, которая является более низкой, чем целевая температура подогрева исходного материала, например такой, как ниже 300°C или ниже 275°C (например, от 40°C до 274°C, от 50°C до 270°C, от 70°C до 250°C, от 60°C до 200°C, от 70°C до 150°C и т.п.), по меньшей мере, в одном нагревателе (например, по меньшей мере, в двух нагревателях, по меньшей мере, в трех нагревателях и т.п., где нагреватели могут быть одинаковыми или отличаться друг от друга), при первом давлении, составляющем более чем 10 бар (1 МПа). В качестве варианта, скорость впуска в нагреватель может представлять собой первую скорость, составляющую, по меньшей мере, приблизительно 0,2 м/с (например, по меньшей мере, приблизительно 0,4 м/с, по меньшей мере, приблизительно 0,6 м/с, по меньшей мере, приблизительно 0,8 м/с, по меньшей мере, приблизительно 1 м/с, по меньшей мере, приблизительно 1,1 м/с, по меньшей мере, приблизительно 1,6 м/с, например, от 0,2 м/с до 2 м/с, от 0,4 до 1,8 м/с и т.п.).

Способ включает подогрев образующего технический углерод исходного материала в нагревателе (нагревателях) до второй температуры, составляющей более чем приблизительно 300°C, (например, по меньшей мере, 350°C, по меньшей мере, 360°C, по меньшей мере, 400°C, по меньшей мере, 450°C, по меньшей мере, 500°C, например, от 300°C до 850°C, или от 360°C до 800°C, от 400°C до 750°C, от 450°C до 700°C и т.п.), для получения подогретого образующего технический углерод исходного материала, где (a) образующий технический углерод исходный материал имеет скорость в нагревателе (нагревателях), которая составляет, по меньшей мере, 0,2 м/с, причем скорость вычисляют на основании плотности исходного материала, измеренной при 60°C и 1 атм (0,1 МПа), и наименьшей площади поперечного сечения линии для перемещения исходного материала, присутствующего, по меньшей мере, в одном нагревателе, и (b) где, по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет второе давление в нагревателе (нагревателях), которое является приблизительно таким же или более низким (например, по меньшей мере, на 1% ниже, по меньшей мере, на 2% ниже, по меньшей мере, на 3% ниже, по меньшей мере, на 5% ниже, по меньшей мере, на 7% ниже, по меньшей мере, на 10% ниже, по меньшей мере, 15% ниже, по меньшей мере, на 20% ниже, например, на 1%-25% ниже или на 3%-20% ниже и т.п.), чем первое давление, где давление можно вычислять на основе предположения одинаковой площади поперечного сечения, в которое исходный материал входит, имея первое давление и имея второе давление (хотя при фактической работе площадь поперечного сечения может быть одинаковой или различной). Этот способ определения можно использовать, чтобы надлежащим образом сравнивать давление, хотя это не является обязательным.

Способ может включать подачу подогретого образующего технический углерод исходного материала, по меньшей мере, через одну точку впуска исходного материала в реактор синтеза технического углерода и объединение, по меньшей мере, подогретого образующего технический углерод исходного материала посредством точки (точек) впуска в реактор синтеза технического углерода с нагретым газовым потоком для получения реакционного потока, где технический углерод образуется в реакторе синтеза технического углерода. Способ может включать тушение технического углерода в реакционном потоке.

В настоящем изобретении для любого способа установленная целевая температура подогрева предпочтительно представляет собой среднюю температуру исходного материала перед впуском в реактор синтеза технического углерода. Установленная температура подогрева исходного материала может представлять собой максимальную температуру исходного материала или минимальную температуру исходного материала перед впуском в реактор синтеза технического углерода.

В настоящем изобретении для любого способа установленное целевое давление предпочтительно представляет собой среднее давление исходного материала. Установленное давление исходного материала может представлять собой максимальное давление исходного материала или минимальное давление исходного материала.

В настоящем изобретении для любого способа установленная целевая скорость предпочтительно представляет собой среднюю скорость исходного материала. Установленная скорость исходного материала может представлять собой максимальную скорость исходного материала или минимальную скорость исходного материала.

В настоящем изобретении для любого способа образующий технический углерод исходный материал можно представлять собой или включать декантированную нефть, продукт на основе каменноугольной смолы, остатки от крекинга этилена, содержащую асфальтены нефть или любой жидкий углеводород, плотность которого составляет от приблизительно 0,9 до приблизительно 1,5 или выше (например, от 0,9 до 1,3 или от 1 до 1,2 и т.п.), или любое их сочетание. Образующий технический углерод исходный материал может иметь начальную температуру кипения, составляющую от приблизительно 160°C до приблизительно 600°C, например, от 160°C до приблизительно 500°C или от 200°C до приблизительно 450°C или от 215°C до приблизительно 400°C и т.п.

Подогрев можно осуществлять любым числом способов, и не предусмотрено установление каких-либо ограничений в отношении способа достижения этой цели. Подогрев можно осуществлять, используя, по меньшей мере, один нагреватель (например, один, два, три или более нагревателей). Источник тепла для, по меньшей мере, одного нагревателя может представлять собой любой источник, такой как один или более реакторов синтеза технического углерода, электрический источник тепла, плазменный источник тепла, тепло остаточных газов, тепло от горения остаточных газов, горючие материалы и/или тепло от других промышленных процессов и/или другие формы тепла, и/или любое их сочетание. Подогрев может происходить, когда, по меньшей мере, один нагреватель частично или полностью нагревает исходный материал до целевой температуры подогрева для впуска в реактор. Один нагреватель может обеспечивать частичный или полный подогрев, или два или более нагревателей можно использовать в последовательной или другой конфигурации, чтобы обеспечивать подогрев (полный или частичный). Если частичный подогрев осуществляет, по меньшей мере, один нагреватель, то остальной подогрев осуществляют дополнительный или вторичный источник тепла или дополнительные нагреватели, чтобы, в конечном счете, получить целевую температуру подогрева.

Например, подогрев, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала может включать или представлять собой нагревание образующего технический углерод исходного материала, по меньшей мере, в одном нагревателе, который содержит теплообменник. Теплообменник может работать при среднем тепловом потоке, составляющем более чем приблизительно 10 кВт/м2 (в том числе более чем приблизительно 10 кВт/м2, или более чем приблизительно 20 кВт/м2, или более чем приблизительно 30 кВт/м2, или более чем приблизительно 40 кВт/м2, например, от приблизительно 10 кВт/м2 до приблизительно 150 кВт/м2 и т.п.).

В качестве варианта, по меньшей мере, частичный подогрев (или полный подогрев) происходит, по меньшей мере, в одном нагревателе, который содержит тепло, по меньшей мере, частично (или полностью) обеспечиваемое за счет тепла, производимого реактором синтеза технического углерода, который принимает подогретый исходный материал, и/или другим реактором (другими реакторами) синтеза технического углерода. По меньшей мере, один нагреватель можно осуществлять теплообмен, по меньшей мере, с частью реактора синтеза технического углерода, который принимает подогретый исходный материал, и/или другого реактора (реакторов) синтеза технического углерода. Например, по меньшей мере, один нагреватель может осуществлять контакт с реакционным потоком в реакторе синтеза технического углерода, например, ниже по потоку относительно тушильной установки, где, по меньшей мере, один нагреватель может содержать теплообменник, у которого стенки нагреваются реакционным потоком с одной стороны (например, внешняя стенка) и вступают в контакт с образующим технический углерод исходным материалом с противоположной стороны (например, внутренняя стенка). В качестве варианта, по меньшей мере, один нагреватель может включать теплообменник, который осуществляет теплообмен с реакционным потоком в реакторе синтеза технического углерода, где текучий теплоноситель, который протекает через теплообменник, нагревается, и теплоноситель проходит, по меньшей мере, через один нагреватель, расположенный снаружи реактора и способный передавать тепло от теплоносителя образующему технический углерод исходному материалу. По меньшей мере, один нагреватель может, по меньшей мере, частично (или полностью) получать тепло за счет остаточного газа от технического углерода (например, тепло остаточного газа или тепло, производимое при горении остаточного газа) из реактора синтеза технического углерода и/или другого реактора (реакторов) для синтеза технического углерода, чтобы нагревать образующий технический углерод исходный материал. Подогрев можно частично или полностью осуществлять, используя один или несколько плазменных нагревателей или других нагревателей или источников тепла.

Впуск нагретого газового потока в реактор может включать плазменное нагревание нагреваемого плазмой газового потока в плазменном нагревателе, чтобы обеспечить, по меньшей мере, часть нагретого газового потока.

Плазменный реактор синтеза технического углерода можно использовать для приема подогретого образующего технический углерод исходного материала. Используя подогретый исходный материал и, необязательно, подогретый газ-носитель (такой как N2, необязательно с добавкой O2 для регулирования реакционной способности), можно осуществлять способ нагревания в реакторе, отличный от типа горения, и объединять использование косвенного подогрева реагентов и плазменное нагревание до требуемой технологической температуры для образования технического углерода. Газ-носитель можно подогревать, используя традиционную технологию воздушного нагревателя и/или один из типов нагревателей, которые описаны в настоящем документе, чтобы подогревать исходный материал. Аналогичную конфигурацию можно использовать для газа-носителя в качестве варианта. Данный способ уменьшает потребление электроэнергии по сравнению с одним плазменным нагреванием и может уменьшать расходы на исходные материалы, сокращать выбросы CO2 и/или потребление воды.

В настоящем изобретении некаталитическую поверхность можно использовать на некоторых или всех вступающих к контакт с образующим технический углерод исходным материалом стенках, по меньшей мере, одного нагревателя и/или на внутренних стенках, по меньшей мере, одной линии подачи исходного материала, которая впускает подогретый образующий технический углерод исходный материал в реактор (реакторы) синтеза технического углерода. Поверхность может быть некаталитической для крекинга (например, термического крекинга) или полимеризации углеводородов.

В настоящем изобретении подача может включать или представлять собой поступление подогретого образующего технический углерод исходного материала через, по меньшей мере, одну линию подачи исходного материала, который поступает в реактор (реакторы) синтеза технического углерода, и способ, кроме того, может необязательно включать периодическое поступление продувочного газа (газов), которые могут представлять собой окислитель для углерода, через, по меньшей мере, одну линию (линии) подачи образующего технический углерод исходного материала. Линия подачи исходного материала, выходящая, по меньшей мере, из одного нагревателя, который подогревает исходный материал, может иметь площадь поперечного сечения (например, диаметр) такой же или другой величины по сравнению с линией подачи, которая направляет исходный материал, по меньшей мере, в один нагреватель (например, она может иметь меньшую или большую площадь поперечного сечения).

В настоящем изобретении подача может включать поступление подогретого образующего технический углерод исходного материала через, по меньшей мере, одну линию подачи исходного материала, который поступает в реактор (реакторы) синтеза технического углерода, и способ может включать инжектирование подогретого образующего технический углерод исходного материала в реактор синтеза технического углерода, по меньшей мере, с частичным (или полным) мгновенным испарением (например, с испарением исходного материала, обеспечиваемым, например, падением давления) образующего технический углерод исходного материала.

В настоящем изобретении, используя одну или более стадий очистки или профилактики загрязнения, которые описаны в настоящем документе, подогретый образующий технический углерод исходный материал и нагретый газовый поток в реакторе синтеза технического углерода можно объединять таким образом, чтобы осуществлять непрерывное образование технического углерода в реакторе в течение, по меньшей мере, приблизительно 12 часов (например, в течение, по меньшей мере, 24 часов, в течение, по меньшей мере, 48 часов, в течение, по меньшей мере, 72 часов, в течение, по меньшей мере, одной недели, двух недель, месяца или более).

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что углеводородные исходные материалы, нагретые до температур, превышающих приблизительно 300°C, для изготовления технического углерода, представляют собой огромный риск органического загрязнения (например, закоксовывания и/или полимеризации) в линиях подачи исходного материала и/или нагревателе (нагревателях), которые осуществляют подогрев исходного материала. Линии подачи исходного материала могут представлять собой стальные трубы или другие металлические конструкции, которые могут быть восприимчивыми к органическому загрязнению на своих внутренних поверхностях. Загрязнение, если его оставить без внимания, может приводить к значительному уменьшению пропускной способности линий подачи исходного материала и, в конечном счете, к закупориванию труб и/или инжекторов реактора.

При разработке настоящего изобретения загрязнение определено в качестве основного технического препятствия для использования высокотемпературных исходных материалов для изготовления технического углерода. Без намерения следовать какой-либо определенной теории, можно считать, что органическое загрязнение за счет исходного материала для изготовления технического углерода при высоких температурах исходного материала обусловлено, по меньшей мере, двумя механизмами загрязнения, включая пленочное кипение и вызванное асфальтенами закоксовывание. В случае загрязнения путем пленочного кипения считается, что исходный материал испаряется и образует паровую пленку, которая может блокировать перенос тепла (т.е. критический тепловой поток), где паровая пленка приводит к перегреву и образованию кокса в парофазных реакциях пиролиза. Асфальтены представляют собой обычно встречающиеся компоненты сырой нефти и также переносятся, по меньшей мере, частично в разнообразные исходные материалы для изготовления технического углерода в различных концентрациях, что приводит к рискам загрязнения в случае их использования при высокой температуре (например, превышающей 300°C). В случае вызываемого асфальтенами закоксовывания считается, что асфальтены в исходном материале могут претерпевать жидкофазный пиролиз, в котором асфальтены оказываются термически дестабилизированными в форме радикалов при воздействии температур термического крекинга температур и соединяются, образуя высокомолекулярный нерастворимый кокс. Высокие температуры исходного материала, например, могут приводить к крекингу имеющих длинные цепи молекул в исходном материале с образованием имеющих высокую реакционную способность соединений, которые полимеризуются и образуют загрязнения. Если это оставить без внимания, повышенные температуры исходного материала могут приводить к тому, что асфальтены в исходном материале будут агломерироваться и осаждаться на поверхностях нагревателя исходного материала и линии подачи. Другие механизмы органического загрязнения могут быть вызваны переработкой высокотемпературного исходного материала, например, каталитическим закоксовыванием, которое могут вызывать катализируемые железом или никелем реакции термического крекинга углеводородов, в зависимости от металла, из которого изготовлена линия подачи исходного материала. Полимеризация сопряженных олефинов исходного материала (которой способствует, например, металл, такой как железо, никель и т.п., на внутренней поверхности труб) также рассматривается в качестве потенциальной причины закоксовывания, в зависимости от химического состава исходного материала. Нерастворимый кокс или другие органические загрязнители, такие как описанные выше, если допустить их образование в процессе изготовления технического углерода, приводят к осаждению и накоплению исходного материала на внутренних стенках линий подачи исходного материала и инжекторах реактора, что приводит к закупориванию линий, и, таким образом, останавливает изготовление технического углерода в целях обслуживания и/или ремонтных работ. Настоящее изобретение объединяет подходы к предотвращению загрязнения с переработкой высокотемпературного исходного материала для снижения риска такого термически индуцированного загрязнения линий перемещения исходного материала, которое в противном случае препятствовало бы устойчивому и бесперебойному изготовлению технического углерода.

Как определено настоящим изобретением, признаки закоксовывания возникают, когда существует быстрое падение давления при сравнении давления на выпуске из нагревателя во время подогрева исходного материала с давлением на впуске в нагреватель. Как правило, существует нормальное падение давления при сравнении давления на впуске в нагреватель и давления исходного материала, выходящего из нагревателя, вследствие трения исходного материала в линиях. Однако, как наблюдалось при разработке настоящего изобретения, выходной перепад давления представляет собой признак того, что закоксовывание имеет высокую вероятность или обязательно произойдет. Более подробно, когда осуществляется работа в стационарном режиме и исходный материал протекает через нагреватель при желательной скорости/параметрах, устанавливается соответствующее или почти соответствующее давление исходного материала, выходящего из нагревателя, и, как указано выше, это давление, как правило, ниже давления на выпуске из нагревателя вследствие сил трения исходного материала. Однако когда начинает возникать образование паровой пленки и/или закоксовывание, происходит быстрое или выходное падение давления исходного материала на выпуске из нагревателя. Изменение падения давления на 2% или более в процессе стационарной работы может служить признаком того, что образуется пар и что это приведет к закоксовыванию. Выходной перепад давления, составляющий 2% или более, 3% или более, 5% или более, 7% или более, 10% или более, 15% или более, 20% или более, например, от 2% до 20% или более, является признаком того, что образуется пар и что это приведет, по всей вероятности, к закоксовыванию. В качестве более конкретного примера, можно взять нагреватель, имеющий давление на впуске, равное X, для исходного материала, поступающего в нагреватель, и, при достижении стационарного режима работы, давление на выпуске из нагревателя (а именно, давление исходного материала, выходящее из нагревателя) может представлять собой давление от X до 0,8X, и это давление во время работы без закоксовывания будет, в основном, поддерживаться на данном уровне ниже давления во время стационарной работы. Если изменяются технологические параметры изготовления технического углерода, то, разумеется, давление может снова изменяться вследствие изменения параметров. Однако в данном примере достигнут стационарный режим работы, и, следовательно, давление на выпуске из нагревателя будет, в основном, поддерживаться с незначительными колебаниями (с отклонениями в обе стороны от 0% до 1,9%). Во время работы в стационарном режиме, если давление исходного материала на выпуске из нагревателя (или давление перед поступлением в реактор синтеза технического углерода) падает более чем на 2%, например, на проценты падения, указанные выше, это представляет собой выходной перепад давления, который означает, что пар образуется в линии для впуска исходного материала и что это, вероятнее всего, приведет к закоксовыванию. Способы согласно настоящему изобретению предусматривают процессы изготовления технического углерода, которые предотвращают образование паровой пленки (например, предотвращают образование паровой пленки, которая блокирует перенос) и/или выходной перепад давления, и четкое свидетельство предотвращения образования паровой пленки представляет собой предотвращение выходного перепада давления, как указано в настоящем документе. В качестве следующего примера, выходной перепад давления во время стационарной работы может представлять собой изменение давления на 2% или более, которое может происходить в течение периода времени, составляющего от 15 секунд до 1 часа, или от 30 секунд до 30 минут, или от 1 минуты до 10 минут, и это предотвращается способами согласно настоящему изобретению.

Стратегии предотвращения загрязнения в применении к изготовлению технического углерода согласно настоящему изобретению могут уменьшать скорость или предотвращать отложения кокса или другого загрязнителя на внутренних стенках линии подачи исходного материала и/или удалять отложения кокса или другого загрязнителя. Отложения загрязнений в линиях подачи исходного материала, по которым проходят исходные материалы, нагретые до более чем приблизительно 300°C, можно уменьшать или предотвращать, применяя один или более из следующих подходов: использование повышенного давления исходного материала, использование повышенной скорости исходного материала, уменьшение мощности теплового потока нагревателя исходного материала, покрытие линий подачи исходного материала (включая линии в нагревателе исходного материала) поверхностным слоем некаталитического материала, сокращение периода пребывания исходного материала в высокотемпературных секциях или любые сочетания данных подходов. Как указано выше, удаление кокса из линий подачи исходного материала можно использовать в качестве альтернативного или дополнительного подхода для предотвращения загрязнения в настоящем изобретении. Отложения кокса, если они возникают в линии подачи, можно удалять, например, путем периодического продувания линий перемещения исходного материала продувочным газом или текучей средой, такой как окислитель для углерода. Удаление кокса из линий перемещения исходного материала можно осуществлять отслаиванием или механической очисткой.

Для любого используемого сочетания данных предотвращающих загрязнение подходов цель может заключаться в том, чтобы сводить к минимуму балансовую скорость загрязнения, которое происходит в линии подачи исходного материала, т.е. скорость отложения кокса за вычетом скорости любого осуществляемого коксоудаления (снятия кокса). Подогретый образующий технический углерод исходный материал можно непрерывно вводить в реактор, чтобы бесперебойно получать технический углерод в реакторе в устойчивом режиме (например, без загрязнения, закупоривающего линии подачи исходного материала) в течение периода времени, составляющего, например, по меньшей мере, приблизительно 12 часов, или, по меньшей мере, 18 часов, или, по меньшей мере, приблизительно 24 часов или, по меньшей мере, приблизительно 30 часов, или более (например, от 12 часов до 8 месяцев или более, от 12 часов до 6 месяцев, от 12 часов до 3 месяцев, от 20 часов до 1 месяца). Оцениваемое сокращение расходов на исходные материалы, которое обеспечивает способ согласно настоящему изобретению, такой как способ на основе представленного в примерах моделирования, превышает 10%, когда исходный материал подогревают до 500°C, и превышает 20%, когда исходный материал подогревают до 700°C, в устойчивом режиме работы, обеспечиваемом без загрязнения исходным материалом по сравнению с традиционной температурой исходного материала (ниже 300°C). Существуют также два дополнительных преимущества настоящего изобретения. Одно из них представляет собой механизм увеличения выхода вследствие предварительного образования зародышей кристаллизации в процессе пиролиза. Второй механизм увеличения выхода обусловлен мгновенным самостоятельным испарением исходного материала в реакторе синтеза технического углерода без охлаждения окружающим газом. Кроме того, в стратегиях предотвращения загрязнения согласно настоящему изобретению не требуются химические добавки, которые могут оказаться неэкономичными и/или несовместимыми с переработкой или продуктами технического углерода.

Как указано выше, исходный материал можно нагревать до температуры, составляющей более чем приблизительно 300°C, или до других температур, превышающих 500°C, используя настоящие подходы предотвращения загрязнения. Температура исходного материала вследствие достижений настоящего изобретения может составлять, например, по меньшей мере, 310°C, по меньшей мере, 350°C, по меньшей мере, 375°C, по меньшей мере, 400°C, по меньшей мере, 425°C, по меньшей мере, приблизительно 450°C, или, по меньшей мере, приблизительно 500°C, или, по меньшей мере, приблизительно 550°C, или, по меньшей мере, приблизительно 600°C, или, по меньшей мере, приблизительно 650°C, или, по меньшей мере, приблизительно 700°C, или, по меньшей мере, приблизительно 750°C, или, по меньшей мере, приблизительно 800°C, по меньшей мере, 850°C, или от приблизительно 305°C до приблизительно 850°C, или от приблизительно 350°C до приблизительно 850°C, или от приблизительно 450°C до приблизительно 750°C, или от приблизительно 450°C до приблизительно 700°C, или от приблизительно 500°C до приблизительно 750°C, или от приблизительно 500°C до приблизительно 700°C. Эта температура исходного материала представляет собой температуру образующего технический углерод исходного материала непосредственно после выпуска из нагревателя (нагревателей), используемого для подогрева исходного материала, и/или непосредственно перед впуском в реактор синтеза технического углерода. В связи с этим, температуру исходного материала можно измерять или определять датчиком в одной или более точках вдоль линии подачи исходного материала от точки, в которой температура исходного материала увеличивается до уровня, превышающего приблизительно 300°C, до выходного конца линии подачи, где исходный материал поступает в реактор. Эта линия подачи исходного материала включает любую длину трубопровода внутри нагревателя исходного материала, начиная от точки, в которой температура исходного материала увеличивается до уровня, превышающего приблизительно 300°C, до перехода в дополнительную часть линии подачи, которая выходит из нагревателя исходного материала в реактор. В качестве варианта, температура подогретого исходного материала может иметь абсолютное минимальное значение в линии подачи подогретого исходного материала, которое составляет не менее чем 301°C, и/или в качестве варианта, максимальная изменчивость температуры в линии подачи подогретого исходного материала может составлять, например, ±20%, или ±10%, или ±5%, или ±2,5%, или ±1%, или ±0,5%, с учетом всех точек вдоль линии подачи исходного материала. Эти указанные температуры исходного материала можно использовать в сочетании с разнообразными переменными способа предотвращения загрязнения, которые упомянуты в настоящем документе.

Предотвращение загрязнения с использованием установленной скорости исходного материала, по меньшей мере, частично, может включать поступление исходного материала (материалов) при данной скорости в нагреватель и/или через нагреватель, который подогревает исходный материал, и/или через линию подачи исходного материала в реактор. Скорость может составлять, например, по меньшей мере, приблизительно 0,2 м/с, или, по меньшей мере, приблизительно 0,5 м/с, или, по меньшей мере, приблизительно 1 м/с, или, по меньшей мере, приблизительно 1,6 м/с, или, по меньшей мере, приблизительно 2 м/с, или, по меньшей мере, приблизительно 3 м/с, или от приблизительно 0,2 м/с до приблизительно 10 м/с, или от приблизительно 1 м/с до приблизительно 7 м/с, или от приблизительно 1,5 м/с до 3 м/с, или от приблизительно 2 м/с до приблизительно 6 м/с, или от приблизительно 3 м/с до приблизительно 5 м/с. Скорость исходного материала представляет собой линейную скорость по отношению к продольной оси трубы или другого устройства линии подачи. Скорость исходного материала (первая скорость) измеряется в точке впуска в нагреватель, который подогревает исходный материал. Скорость исходного материала через нагреватель (нагреватели) и/или после выпуска из нагревателя (нагревателей) может быть такой же или отличаться от первой скорости и, например, может превышать ее (например, составлять, по меньшей мере, на 1% более, по меньшей мере, на 2% более, по меньшей мере, на 3% более, по меньшей мере, на 5% более, по меньшей мере, на 7% более, по меньшей мере, на 10% более, по меньшей мере, на 100% более, по меньшей мере, на 200% более, например, на 1%-300% более или на 50%-200% более и т.п.). Скорость измеряют или вычисляют на основании плотности исходного материала, измеренной при 60°C и 1 атм (0,1 МПа) и на основе измеренной наименьшей площади поперечного сечения, присутствующей в линии перемещения исходного материала. Эта линия подачи исходного материала может включать любую длину трубопровода внутри нагревателя исходного материала от точки, в которой и/или после которой температура исходного материала увеличивается до уровня, превышающего приблизительно 300°C, и до перехода в дополнительную часть линии подачи, которая выходит из нагревателя исходного материала в реактор. Например, скорость исходного материала может иметь абсолютное минимальное значение в линии подачи исходного материала, которое составляет не менее чем 0,2 м/с, и/или в качестве варианта, максимальная изменчивость скорости исходного материала в линии подачи исходного материала может составлять, например, ±20%, или ±10%, или ±5%, или ±1%, или ±0,5%, с учетом всех точек вдоль линии подачи исходного материала.

Предотвращение загрязнения с использованием сжатия исходного материала, по меньшей мере, частично, может включать сжатие образующего технический углерод исходного материала, например, до давления, составляющего более чем приблизительно 10 бар (1 МПа), или более чем приблизительно 20 бар (2 МПа), или более чем приблизительно 30 бар (3 МПа), или более чем приблизительно 40 бар (4 МПа), или более чем приблизительно 50 бар (5 МПа), или от приблизительно 10 до приблизительно 180 бар (18 МПа), или от приблизительно 20 до приблизительно 180 бар (18 МПа), или от приблизительно 40 до приблизительно 180 бар (18 МПа), или от приблизительно 50 до приблизительно 180 бар (18 МПа) или более. Давления исходного материала в настоящем документе приведены как абсолютные давления. Давление (первая давление) представляет собой давление, измеренное в точке перед впуском в нагреватель для подогрева. Давление внутри нагревателя (нагревателей), которые подогревает исходный материал, и/или после точки (точек) впуска в реактор может быть таким же или отличаться от первого давления, например, ниже, чем первое давление (например, по меньшей мере, на 1% ниже, по меньшей мере, на 2% ниже, по меньшей мере, на 3% ниже, по меньшей мере, на 5% ниже, по меньшей мере, на 7% ниже, по меньшей мере, на 10% ниже, по меньшей мере, на 15% ниже, по меньшей мере, на 20% ниже, например, на 1%-25% ниже или на 3%-20% ниже и т.п.). Измерения манометрического давления следует исправлять на абсолютные значения, используя известный способ для осуществления сравнений с интервалами, приведенными в настоящем документе. Давление исходного материала можно измерять или определять с помощью датчика в одной или нескольких точках вдоль линии подачи исходного материала от точки, в которой температура исходного материала увеличивается до уровня, превышающего приблизительно 300°C, до выходного конца линии подачи, где исходный материал поступает в реактор. Эта линия подачи исходного материала может включать любую длину трубопровода внутри нагревателя исходного материала, в которой и после которой температура исходного материала увеличивается до уровня, превышающего приблизительно 300°C, и до переноса части дополнительной линии подачи, которая выходит из нагревателя исходного материала в реактор. Давление может изменяться в прямой зависимости от температуры исходного материала для предотвращения загрязнения. Например, давление исходного материала, составляющее 10 бар (1 МПа), может быть достаточным для предотвращения загрязнения при температуре исходного материала, составляющей 300°C, в то время как повышенное давление, составляющее более чем 10 бар (1 МПа), такое как 20 бар (2 МПа) или более, может оказаться полезным для обеспечения такого же уровня предотвращения загрязнения, если температура исходного материала увеличивается до 500°C, при прочих равных условиях.

Можно использовать предотвращение загрязнения с помощью уменьшенного суммарного периода пребывания исходного материала. Суммарный период пребывания исходного материала может объединять период пребывания, по меньшей мере, в одном нагревателе для подогрева, включая период выдерживания подогретого образующего технический углерод исходного материала перед впуском в реактор. Суммарный период пребывания может составлять, например, менее чем приблизительно 120 минут, или менее чем приблизительно 90 минут, или менее чем приблизительно 60 минут, или менее чем приблизительно 45 минут, или менее чем приблизительно 30 минут, или менее чем 15 минут, или менее чем 10 минут, или менее чем 5 минут, или менее чем 4 минуты, или менее чем 3 минуты, или менее чем 2 минуты или менее чем 1 минута, или менее чем 30 секунд, или менее чем 15 секунд, или от приблизительно 1/60 минуты до приблизительно 120 минут, или от приблизительно 0,5 минуты до приблизительно 120 минут, или от приблизительно 1 минуты до приблизительно 90 минут, или от приблизительно 2 минут до приблизительно 60 минут, или от приблизительно 3 минут до приблизительно 45 минут, или от приблизительно 4 минут до приблизительно 30 минут, или от 5 до 30 минут, или от 5 до 40 минут, или от 10 до 30 минут, или от приблизительно 5 минут до приблизительно 15 минут. Период пребывания может представлять собой среднее значение, максимальное значение или минимальное значение. Период пребывания исходного материала можно определять от точки, в которой температура исходного материала увеличивается до уровня, превышающего приблизительно 300°C, до точки, где исходный материал поступает в реактор. Период пребывания может быть связан обратной зависимостью с температурой исходного материала. Например, период пребывания исходного материала, составляющий до приблизительно 120 минут, можно допускать без проблем загрязнения при температуре исходного материала, составляющей 310°C, в то время как период пребывания можно предпочтительно сокращать до менее чем 120 минут, чтобы обеспечивать такой же уровень предотвращения загрязнения, если температура исходного материала увеличивается до 500°C, при прочих равных условиях.

Предотвращение загрязнения во время подогрева исходного материала, например, в нагревателе исходного материала, может включать использование нагревателя, который работает при среднем тепловом потоке, составляющем, например, более чем приблизительно 10 кВт/м2, или более чем приблизительно 20 кВт/м2, или более чем приблизительно 30 кВт/м2, или более чем приблизительно 50 кВт/м2, или более чем приблизительно 100 кВт/м2, или от приблизительно 10 кВт/м2 до приблизительно 150 кВт/м2 (или более), или от приблизительно 20 до приблизительно 150 кВт/м2, или от приблизительно 30 до приблизительно 100 кВт/м2, или от приблизительно 40 до приблизительно 75 кВт/м2, или от приблизительно 50 до приблизительно 70 кВт/м2. Работу при более высоком тепловом потоке можно рассматривать в качестве меры предотвращения загрязнения, поскольку повышенный тепловой поток приводит к тому, что образующий технический углерод исходный материал нагревается быстрее и/или допускает сокращенный период пребывания в нагревателе, потому что требуется меньшее количество времени для достижения целевой температуры подогрева.

Предотвращение загрязнения с использованием некаталитической поверхности для крекинга (например, термического крекинга) и/или полимеризации углеводородов на вступающих в контакт с исходным материалом внутренних стенках линии подачи исходного материала, по меньшей мере, частично, может включать, например, один слой или несколько слоев защитного покрытия, такого как керамическое покрытие (например, диоксид кремния, оксид алюминия, оксид хрома).

Предотвращение загрязнения с использованием в процессе работы периодического поступления продувочного газа через линию подачи исходного материала может включать введение окислителя для углерода (включая, например, CO2, кислород, пар, паровоздушные смеси) в линию подачи исходного материала в доступной точке или точках вдоль линии перемещения исходного материала. Продувочный газ можно вводить при температуре, составляющей 150°C или выше или превышающей 300°C, ниже по потоку относительно любого устройства для перекачивания жидкого исходного материала. Скорость пара, проходящего через линию продувки, может составлять, например, по меньшей мере, приблизительно 6 м/с. Любые застои исходного материала можно исключать, потому что продувочный газ немедленно вдувает весь исходный материал в реактор. Продувочный газ можно вводить выше по потоку относительно нагревателя исходного материала для дополнительного обеспечения того, чтобы были обработаны все линии подачи, на которые воздействуют технологические температуры, превышающие 300°C.

Как указано выше, предотвращение загрязнения путем удаления кокса из линий перемещения исходного материала может включать, например, отслаивание или механическое соскабливание. Отслаивание, например, может включать в процессе работы покрытой коксом трубы, таким образом, что, по меньшей мере, часть кокса, осажденного внутри трубы, отслаивается или иным путем отваливается от внутренних стенок трубы в результате того, что труба уменьшается в размерах во время охлаждения. Разрыхленный кокс можно выдувать из трубы, и очищенная труба будет снова готова для использования. Во время отслаивания исходный материал можно отводить из трубы, подлежащей очистке, в реактор, например, используя клапаны, через альтернативную встроенную линию или линии перемещения, предусмотренные в устройстве. После отслаивания очищенная труба снова готова для использования. Другой способ очистки отложений кокса из труб для впуска исходного материала может включать перемещение механического скребка через трубу для механического удаления кокса с внутренней поверхности труб. Во время механического соскабливания исходный материал можно отводить из трубы, подлежащей очистке, в реактор, например, используя клапаны, через альтернативную встроенную линию или линии перемещения, предусмотренные в устройстве, и в этот период труба, выведенная из строя для очистки, оказывается временно неспособной к работе. Отслаивание и/или механическое соскабливание, если его используют, можно осуществлять периодически на линиях подачи исходного материала.

Образующий технический углерод исходный материал, который можно перерабатывать при высоких температурах в условиях предотвращения загрязнения, используя настоящее изобретение, обычно может включать любые жидкие углеводороды или исходные материалы на основе нефти, которые можно использовать для изготовления технического углерода. Подходящие жидкие исходные материалы включают, например, ненасыщенные углеводороды, насыщенные углеводороды, олефины, ароматические соединения и другие углеводороды, такие как керосины, нафталины, терпены, этиленовые смолы, каменноугольные смолы, остаточные материалы от крекинга, соединения с ароматическими циклами или любые их сочетания. Исходные материалы могут представлять собой, например, декантированную нефть, продукт на основе каменноугольной смолы, остатки от крекинга этилена, содержащую асфальтены нефть или любые их сочетания. Тип исходного материала может влиять на параметры загрязнения. Химический состав может различаться для различных типов исходных материалов и/или в пределах одного типа исходных материалов. На основе опыта и лабораторных экспериментов установлено, например, что все материалы, включая декантированную нефть, газойль коксования, каменноугольные смолы и остатки от крекинга этилена, могут образовывать загрязнения при различных температурах, составляющих более чем приблизительно 300°C. Остатки от крекинга этилена (ECR), например, могут иметь относительно высокое содержание асфальтенов. Другие типы исходных материалов также могут содержать асфальтены и/или иметь химический состав, которому свойственны другие механизмы загрязнения.

Содержание асфальтенов в исходном материале может составлять, например, от 0 мас.% до приблизительно 30 мас.%, или, по меньшей мере, приблизительно 0,5 мас.%, или, по меньшей мере, приблизительно 1 мас.%, или, по меньшей мере, приблизительно 2 мас.%, или, по меньшей мере, приблизительно 3 мас.%, или от приблизительно 1% до приблизительно 10 мас.%, или от приблизительно 2 мас.% до приблизительно 7,5 мас.%, или от приблизительно 2,5 мас.% до приблизительно 5 мас.% по отношению к суммарной массе исходного материала. Исходный материал может иметь начальную температуру кипения, составляющую, например, от приблизительно 160°C до приблизительно 500°C, или от приблизительно 180°C до приблизительно 450°C, или от приблизительно 200°C до приблизительно 400°C, или от 225°C до приблизительно 350°C. Начальная температура кипения означает температуру, при которой испаряется первый компонент исходного материала. Исходный материал может иметь среднюю температуру кипения, составляющую, например, от приблизительно 380°C до приблизительно 800°C, или от приблизительно 400°C до приблизительно 500°C, или от приблизительно 425°C до приблизительно 475°C, или от 440°C до приблизительно 460°C. Средняя температура кипения означает температуру, при которой испаряется 50% компонентов исходного материала. Исходный материал может иметь конечную температуру кипения, составляющую, например, от приблизительно 600°C до приблизительно 900°C, или от приблизительно 625°C до приблизительно 725°C, или от приблизительно 650°C до приблизительно 700°C, или от 670°C до приблизительно 690°C. Конечная температура кипения означает температуру, при которой испаряется 100% компонентов исходного материала. Могут применяться другие начальные, средние и/или конечные температуры кипения в зависимости от выбора и химического состава исходного материала.

Примерные варианты сочетаний технологических параметров предотвращения загрязнения представлены в таблице 1.


(1) подогретый исходный материал перед реактором
(2) через нагреватель в условиях испытаний при 60°C и 1 атм (0,1 МПа)
(3) перед нагревателем

Учитывая описанные выше и другие указания, приведенные в настоящем документе, специалист в данной области техники сможет беспрепятственно определять подходящие сочетания технологических параметров, которые обеспечивают предотвращение загрязнения в линии подачи подогретого исходного материала.

Способы согласно настоящему изобретению можно использовать в реакторах типа печи для синтеза технического углерода с такими приспособлениями и модификациями, которые описаны в настоящем документе. Способы согласно настоящему изобретению можно практически осуществлять, используя, например, модульный, также называемый термином «ступенчатый», реактор типа печи для синтеза технического углерода. Ступенчатые реакторы типа печи, которые можно приспосабливать или модифицировать для практического осуществления настоящего изобретения, представлены, например, в патентах США №№ 3922335; 4383973; 5190739; 5877250; 5904762; 6153684; 6156837; 6403695 и 6485693 B1, причем все они полностью включены в настоящий документ посредством ссылки. Предотвращение загрязнения, обеспечиваемое настоящим изобретением, может допускать, в качестве варианта, чтобы, по меньшей мере, частичный подогрев исходного материала осуществлялся путем нагревания исходного материала за счет тепла, производимого реактором типа печи, из одной или нескольких точек, расположенных в реакторе. Это преимущество проиллюстрировано в следующем обсуждении со ссылкой на ряд чертежей.

Настоящее изобретение также относится к устройству для изготовления технического углерода.

Данное устройство или система включает:

реактор для объединения нагретого газового потока и, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала для получения реакционного потока, где технический углерод образуется в реакторе;

по меньшей мере, одну линию подачи исходного материала, чтобы подавать образующий технический углерод исходный материал, по меньшей мере, через одну точку впуска исходного материала в реактор для объединения исходного материала с нагретым газовым потоком;

по меньшей мере, один нагреватель исходного материала, способный подогревать образующий технический углерод исходный материал, поступающий, по меньшей мере, в одну линию подачи исходного материала, до температуры, составляющей, по меньшей мере, приблизительно 300°C;

по меньшей мере, один насос, способный сжимать образующий технический углерод исходный материал до давления, составляющего более чем приблизительно 10 бар (1 МПа), прежде чем исходный материал подогревается, по меньшей мере, до приблизительно 300°C, и/или придавать исходному материалу скорость в нагревателе исходного материала, составляющую, по меньшей мере, приблизительно 0,2 м/с; и

тушильную установку для охлаждения технического углерода в реакционном потоке.

Данное устройство способно обеспечивать период пребывания исходного материала, по меньшей мере, в одном нагревателе исходного материала и, по меньшей мере, одной линии подачи исходного материала перед впуском в реактор для исходного материала, подогретого, по меньшей мере, до приблизительно 300°C, который составляет менее чем приблизительно 120 минут.

По меньшей мере, один нагреватель исходного материала может быть таким, как указано выше, и может представлять собой или включать теплообменник, способный нагревать образующий технический углерод исходный материал при среднем тепловом потоке, составляющем более чем приблизительно 10 кВт/м2.

По меньшей мере, один нагреватель исходного материала может быть расположен внутри реактора, чтобы иметь возможность контакта с реакционным потоком и способность нагревать исходный материал до температуры, составляющей, по меньшей мере, 300°C, такой как, по меньшей мере, 370°C. По меньшей мере, один нагреватель исходного материала может быть расположен в контакте (непосредственном или косвенном), по меньшей мере, с частью реактора, способного нагревать исходный материал до температуры, составляющей, по меньшей мере, 300°C, такой как, по меньшей мере, 370°C. По меньшей мере, один нагреватель исходного материала может представлять собой или включать теплообменник, расположенный внутри реактора ниже по потоку относительно тушильной установки, где теплообменник включает стенки, приспособленные для нагревания реакционным потоком с одной своей стороны и приспособленные для контакта с исходным материалом со своей другой стороны, прежде чем исходный материал поступает, по меньшей мере, в одну линию подачи исходного материала, где исходный материал способен нагреваться до температуры, составляющей, по меньшей мере, 300°C, такой как, по меньшей мере, 370°C, в теплообменнике. Устройство может включать, по меньшей мере, один теплообменник для текучего теплоносителя, расположенный внутри реактора, чтобы иметь возможность контакта с реакционным потоком, и, по меньшей мере, один нагреватель исходного материала, расположенный снаружи реактора и осуществляющий теплообмен текучего теплоносителя, который выходит из теплообменника, с исходным материалом в нагревателе исходного материала, чтобы нагревать исходный материал до температуры, составляющей, по меньшей мере, 300°C, такой как, по меньшей мере, 370°C. По меньшей мере, один нагреватель исходного материала может быть способен своим действием осуществлять теплообмен от потока остаточного газа из реактора (реактора, принимающего подогретый исходный материал, или другого реактора), чтобы нагревать исходный материал до температуры, составляющей, по меньшей мере, 300°C, такой как, по меньшей мере, 370°C. Устройство может включать плазменный нагреватель, способный нагревать нагреваемый плазмой газовый поток для обеспечения, по меньшей мере, части нагретого газового потока. Устройство может включать некаталитическую поверхность на некоторых или всех вступающих в контакт с исходным материалом стенках нагревателя исходного материала и/или вступающих в контакт с исходным материалом внутренних стенках, по меньшей мере, одной линии подачи исходного материала, где поверхность является некаталитической в отношении термического крекинга или полимеризации углеводородов. Устройство может включать некаталитическое керамическое покрытие на вступающих в контакт с исходным материалом стенках нагревателя исходного материала и/или вступающих в контакт с исходным материалом внутренних стенках, по меньшей мере, одной линии подачи исходного материала. Устройство может включать, по меньшей мере, один источник продувочного газа, такого как окислитель углерода и, по меньшей мере, одну точку впуска продувочного газа, по меньшей мере, на одной линии подачи исходного материала, которая способна своим действием периодически продувать, по меньшей мере, одну линию подачи исходного материала продувочным газом. Реактор может быть способен объединять исходный материал и нагретый газовый поток для непрерывного образования технического углерода в реакторе в течение, по меньшей мере, приблизительно 12 часов.

В качестве примера, фиг. 1 представляет часть реактора типа печи для синтеза технического углерода, который можно использовать в способе согласно настоящему изобретению для изготовления технического углерода, где, по меньшей мере, часть подогрева включает нагревание образующего технический углерод исходного материала реакционным потоком в реакторе для нагревания исходного материала до температуры, составляющей более чем приблизительно 300°C. Один или более указанных подходов к предотвращению загрязнения можно применить к технологической схеме, представленной на фиг. 1, чтобы обосновать использование указанного подогретого исходного материала.

Как представлено на фиг. 1, технический углерод согласно настоящему изобретению можно изготавливать в реакторе типа печи для синтеза технического углерода 2, имеющем зону 10 горения, которая имеет необязательную зону 11 с уменьшающимся диаметром, зону (зоны) 12 для впуска исходного материала и реакционную зону (зоны) 13. Первая тушильная зона 14 следует за реакционной зоной 13. Используемые значения диаметра и длины этих различных зон можно выбирать после ознакомления с перечисленными выше патентами, включенными посредством ссылки. Для изготовления технического углерода горячие газообразные продукты сгорания образуются в зоне 10 горения при реакции жидкого или газообразного топлива с подходящим окислителем, таким как воздух, кислород, смеси воздуха и кислорода и т.п. В число горючих материалов, подходящих для использования в реакции с потоком окислителя в зоне 10 горения, чтобы производить горячие газообразные продукты сгорания, включены любые из следующих материалов: легкогорючий газ, пар и/или жидкие потоки таких веществ, как природный газ, водород, моноксид углерода, метан, ацетилен, спирты или керосин. Однако, как правило, считается предпочтительным использование горючих материалов, имеющих высокую долю углеродсодержащих компонентов, и, в частности, углеводородов. Применяемое соотношение воздуха и природного газа, используемого для изготовления технического углерода согласно настоящему изобретению, может составлять от приблизительно 0,6:1 до бесконечности или от приблизительно 1:1 (стехиометрическое соотношение) до бесконечности. Чтобы способствовать образованию горячих газообразных продуктов сгорания, поток окислителя можно подогревать. Поток горячих газообразных продуктов сгорания проходит по технологической линии из зон 10 и 11 в зоны 12 и 13 и затем в зону 14. Направление потока горячих газообразных продуктов сгорания представлено стрелкой на фиг. 1. Образующий технический углерод исходный материал 15 поступает в точку 16, расположенную в зоне 12. Исходный материал может поступать через зонд (зонды), радиально внутрь через множество отверстий, расположенных в стенке зоны 12, в точке 16, или с использованием сочетания этих двух входов. Исходный материал можно вводить аксиально или радиально через зонд (зонды), аксиально установленные через горелку в любых точках зон 11, 12 и/или 13 (прокалывающее действие). Подходящие для использования в настоящем изобретении в качестве типов образующих технический углерод углеводородных исходных материалов, которые способны легко испаряться в условиях реакции, включают перечисленные выше исходные материалы. Наконечники реактора/горелки могут быть более чувствительными к эрозии при высоких температурах исходного материала. Для продления срока службы наконечников можно использовать такие материалы, как металлический сплав STELLITE® 6.

Как представлено на фиг. 1, образующий технический углерод исходный материал 15 подогревают до температуры, составляющей более чем приблизительно 300°C, перед его поступлением в реактор 2. Подогретый образующий технический углерод исходный материал поступает, по меньшей мере, в одну линию подачи исходного материала 17, по меньшей мере, через одну точку впуска 16 исходного материала в реактор 2. При впуске исходный материал объединяют с нагретым газовым потоком, получая реакционный поток, в котором технический углерод образуется в реакторе. Технический углерод в реакционном потоке можно тушить в одной или нескольких зонах. Например, при расположении тушильного устройства 18 в тушильной зоне 14 для тушения вводят текучую среду, которая может включать воду, и которую можно использовать, чтобы полностью или в существенной степени остановить пиролиз образующего технический углерод исходного материала или лишь частично охладить исходный материал без остановки пиролиза, после чего следует вторичное тушение (не показано на чертеже), используемое для остановки пиролиза образующего технический углерод исходного материала.

Как также представлено на фиг. 1, нагреватель исходного материала может включать теплообменник 19 (HXR), который может содержать стенки нагревателя (не показаны на чертеже), такие как используются в известных конструкциях теплообменников, нагреваемые реакционным потоком с одной своей стороны и вступающие в контакт с исходным материалом с другой стороны, прежде чем исходный материал поступает, по меньшей мере, в одну линию подачи исходного материала. Как указано выше, исходный материал нагревается в теплообменнике до температуры, составляющей более чем приблизительно 300°C. Хотя он представлен установленным ниже по потоку относительно тушильной установки, теплообменник для исходного материала можно устанавливать выше по потоку относительно тушильной установки в реакционном потоке, при том условии, что нагреватель имеет конструкцию, которую можно приспосабливать для работы при повышенных температурах до тушения внутри реактора. Нагреватель исходного материала можно устанавливать в физическом контакте, по меньшей мере, с частью реактора, например, когда спираль или трубопровод находится внутри, и/или снаружи в контакте с нагретой стенкой или стенками реактора, чтобы нагревать исходный материал до температуры, составляющей более чем приблизительно 300°C. Хотя это не представлено на фиг. 1, теплообменник может необязательно нагревать исходный материал до промежуточной температуры (например, выше 250°C или от 50°C до 350°C, или до других температур ниже целевой температуры подогрева), или его можно использовать для достижения температуры подогрева выше 300°C, и затем можно использовать следующий теплообменник или нагреватель снаружи или внутри реактора для нагревания до конечной температуры подогрева.

Реакционный поток внутри реактора может иметь температуру при тушении, которая составляет, например, от приблизительно 600°C до приблизительно 2000°C, или от приблизительно 800°C до приблизительно 1800°C, или от приблизительно 1000°C до приблизительно 1500°C, или другие высокие температуры, обусловленные высокоэкзотермической реакцией, которая осуществляется в реакторе типа печи. Настоящее изобретение может предусматривать теплообмен исходного материала с теплом, образующимся при высокоэкзотермических реакциях, происходящих в реакторе, без возникновения проблем загрязнения в линиях подачи исходного материала. Таким образом, настоящее изобретение может обеспечивать улучшенную регенерацию энергии и сокращение расходов на исходные материалы по сравнению с традиционным изготовлением технического углерода, осуществляемым при значительно меньших температурах исходного материала.

Как также представлено на фиг. 1, по меньшей мере, один насос 20 можно устанавливать последовательно в линию перемещения исходного материала выше по потоку относительно нагревателя исходного материала 19, используемого для повышения температуры исходного материала до уровня, превышающего 300°C. Насос можно использовать для сжатия исходного материала, прежде чем он поступает в нагреватель исходного материала. Таким образом, исходный материал можно сжимать уже в то время, когда температура исходного материала повышается до повышенных уровней, где проблемы загрязнения в линии подачи исходного материала могли бы возникать в противном случае при отсутствии сжатия или других указанных подходов к предотвращению загрязнения. Поскольку исходный материал обычно может испытывать перепад давления во время прохождения через нагреватель исходного материала при нормальных рабочих условиях (например, перепад давления от 0 до приблизительно 20 бар (2 МПа)), в зависимости, например, от конструкции теплообменника и режима работы, любое сжатие, приложенное к исходному материалу в качестве меры предотвращения загрязнения, должно компенсировать любой перепад давления, который может возникать, или его возникновение может ожидаться в теплообменнике для исходного материала, а также любой другой перепад давления, который происходит, или его возникновение может ожидаться в трубах или других устройствах линии подачи, используемых для передачи подогретого исходного материала в реактор, особенно если необходимо поддерживать давление исходного материала в пределах заданного интервала значений. Хотя только одна линия подачи исходного материала и точка впуска исходного материала в реакторе проиллюстрированы на фиг. 1 и на других чертежах в настоящем документе, в целях упрощения иллюстраций подразумевается, что можно использовать множество линий подачи исходного материала и точек впуска в реакторе, к которому также могут относиться указанные меры по предотвращению загрязнения.

После тушения смеси горячих газообразных продуктов сгорания и образующего технический углерод исходного материала, охлажденные газы проходят ниже по потоку на любые традиционные стадии охлаждения и разделения, в результате чего извлекается технический углерод. Выделение технического углерода из газового потока можно легко осуществлять, используя традиционные устройства, такие как осадитель, циклонный сепаратор или рукавный фильтр. Что касается полного тушения реакций для получения технического углерода в качестве конечного продукта, можно использовать любой традиционный способ для гашения реакции ниже по потоку относительно впуска образующего технический углерода исходного материала, который известен специалистам в данной области техники. Например, для тушения можно вводить текучую среду, которая может представлять собой воду или другую подходящую текучую среду, которая прекращает химическую реакцию.

Фиг. 2 представляет часть еще одного реактора типа печи для синтеза технического углерода, который можно использовать в способе согласно настоящему изобретению для изготовления технического углерода, где, по меньшей мере, часть подогрева включает контакт теплообменника 21 с реакционным потоком в реакторе, в котором текучая среда или теплоноситель 28, такой как пар или азот, проходя через теплообменник, нагревается в реакторе, и нагретый пар (например, перегретый пар) затем выходит из теплообменника и реактора и проходит по трубам через отдельный нагреватель исходного материала 22, расположенный снаружи реактора, где в процессе работы осуществляется теплообмен с исходным материалом в нагревателе исходного материала, чтобы нагревать исходный материал до температуры, составляющей более чем приблизительно 300°C, например 370°C или более.

Фиг. 3 представляет часть еще одного реактора типа печи для синтеза технического углерода, который можно использовать в способе согласно настоящему изобретению для изготовления технического углерода, где, по меньшей мере, частичный подогрев включает контакт нагревателя исходного материала 23 с остаточным газом, который выходит из реактора, чтобы нагревать исходный материал в нагревателе исходного материала до температуры, составляющей более чем приблизительно 300°C (или, по меньшей мере, частично до целевой температуры).

Фиг. 4 представляет еще один реактор типа печи для синтеза технического углерода, который можно использовать в способе согласно настоящему изобретению, где нагретый газовый поток дополнительно включает, по меньшей мере, частично или полностью нагретый газ 24, который нагревают, по меньшей мере, частично или полностью, используя плазменный нагреватель 25. Плазменное нагревание газа можно осуществлять, например, в соответствии с способами, известными специалистам в данной области техники. Можно использовать плазменную горелку, например, такую как представлено в патенте США № 5486674, полное описание которого включено в настоящий документ посредством данной ссылки, и можно рассмотреть плазменное нагревание, представленное в патентах США № 4101639 и № 3288696, полные описания которых включены в настоящий документ посредством данной ссылки.

Как также представлено на фиг. 4, исходный материал можно косвенно нагревать, используя теплоноситель (например, пар), который осуществляет теплообмен с реакционным потоком в теплообменнике 26 реактора, или, в качестве альтернативы, исходный материал можно непосредственно нагревать в теплообменнике 26 реактора, как представлено пунктирными линиями.

Конструкция теплообменника, используемого для подогрева исходного материала внутри или вне реактора в данных разнообразных технологических схемах согласно настоящему изобретению, может представлять собой любую традиционную конструкцию теплообменника, такую как кожухотрубная, кожухозмеевиковая, плиторамная и т.п. Если теплообменник имеет встроенную змеевиковую конфигурацию, можно использовать трубу и колена с толщиной стенок категории 80, например, для наклонного змеевика, чтобы предотвратить проблемы коррозии/эрозии. Кроме того, постоянный шаг между трубами можно использовать в конструкции наклонного змеевикового трубопровода, и в змеевике можно использовать все поперечное сечение коллектора топочного газа. Коэффициенты теплопередачи для наклонных змеевиков могут значительно различаться для различных категорий и различных установок.

Кроме того, любые исходные материалы для описанных технологических схем и способов могут содержать дополнительные материалы или композиции, которые обычно используют для традиционного производства технического углерода. Способ согласно настоящему изобретению может дополнительно включать введение, по меньшей мере, одного вещества, которое представляет собой или содержит, по меньшей мере, один элемент (или его ион) группы IA и/или группы IIA Периодической системы. Вещество, содержащее, по меньшей мере, один элемент (или его ион) группы IA и/или группы IIA, содержит, по меньшей мере, один щелочной металл или щелочноземельный металл. Примеры включают литий, натрий, калий, рубидий, цезий, франций, кальций, барий, стронций, радий или их сочетания. В веществе могут присутствовать любые смеси одного или нескольких из данных компонентов. Вещество может представлять собой твердое вещество, раствор, дисперсию, газ или любые их сочетания. Можно использовать более чем одно вещество, содержащее одинаковые или различные металлы (или их ионы) группы IA и/или группы IIA. Если используют множество веществ, эти вещества можно добавлять совместно, раздельно, последовательно или в различных реакционных зонах. Для целей настоящего изобретения вещество может представлять собой просто металл (или ион металла), соединение, содержащее один или более из данных элементов, включая соль, содержащую один или более из данных элементов, и т.п. Вещество может быть способным вводить металл или ион металла в текущую реакцию для получения технического углерода в качестве продукта. Для целей настоящего изобретения вещество, содержащее, по меньшей мере, один металл (или его ион) группы IA и/или IIA, если его используют, можно вводить в любой точке реактора, например, перед полным тушением. Например, вещество можно добавлять в любой точке перед полным тушением, в том числе перед впуском образующего технический углерод исходного материала на первой стадии реакции; во время впуска образующего технический углерод исходного материала на первой стадии реакции; после впуска образующего технический углерод исходного материала на первой стадии реакции; до, во время или немедленно после впуска любого второго образующего технический углерод исходного материала; или на любой стадии после впуска второго образующего технический углерод исходного материала, но перед полным тушением. Можно использовать более чем одну точку впуска вещества.

Количество содержащего металл (или его ион) группы IA и/или группы IIA вещества, если его используют, может представлять собой любое количество, при том условии, что технический углерод может образовываться в качестве продукта. Вещества можно вводить в таком количестве, что 200 частей на миллион или более элемента или иона группы IA и/или элемента или иона группы IIA присутствует в техническом углероде, получаемом в качестве конечного продукта. Другие количества включают от приблизительно 200 частей на миллион до приблизительно 20000 частей на миллион или более, и другие интервалы могут составлять от приблизительно 500 частей на миллион до приблизительно 20000 частей на миллион, или от приблизительно 1000 частей на миллион до приблизительно 20000 частей на миллион, или от приблизительно 5000 частей на миллион до приблизительно 20000 частей на миллион, или от приблизительно 10000 частей на миллион до приблизительно 20000 частей на миллион, или от приблизительно 300 частей на миллион до приблизительно 5000 частей на миллион, или от приблизительно 500 частей на миллион до приблизительно 3000 частей на миллион, или от приблизительно 750 частей на миллион до приблизительно 1500 частей на миллион элемента (или его иона) группы IA и/или элемента (или его иона) группы IIA, присутствующего в техническом углероде, который образуется в качестве продукта. Эти уровни могут представлять собой соотношения концентраций ионов металлов. Данные количества элемента (или его иона) группы IA и/или элемента (или его иона) группы IIA, которые присутствуют в техническом углероде, образующемся в качестве продукта, могут быть выражены по отношению к одному элементу или более чем одному элементу (или его иону) группы IA и/или элементу или его иону группы IIA, и, таким образом, они могут представлять собой совокупные количества элементов (или их ионов) группы IA и/или группы IIA, которые присутствуют в техническом углероде, образующемся в качестве продукта. Таким образом, данные количества могут относиться только к содержанию элемента/иона группы IA или элемента/иона группы IIA. Вещество можно вводить любым способом. Вещество можно вводить таким же способом, как вводят образующий технический углерод исходный материал. Вещество можно вводить в виде газа, жидкости или твердого вещества или любого их сочетания. Вещество можно вводить в одной точке или нескольких точках, и его можно вводить в виде одного потока или множества потоков. Вещество можно смешивать с исходным материалом, топливом и/или окислителем до или во время их впуска.

Один способ, которым вещество, содержащее, по меньшей мере, один элемент (или его ион) группы IA и/или группы IIA, такой как, например, калий, можно вводить в исходный материал, представляет собой добавление вещества в исходный материал. В другом способе вещество вводят в реактор отдельно от исходного материала, например, путем использования инжекционного зонда, который проходит в реактор. Добавление калия в растворе к высокотемпературному исходному материалу, например, может создавать риск засорения наконечника, такой как возникающий в результате мгновенного испарения калия. Для уменьшения этого риска можно использовать введение ионов калия или других металлов (или их ионов) группы IA и/или IIA с помощью зонда в горелку. Кроме того, использование зонда для введения калия или других металлов (или их ионов) группы IA и/или IIA в реактор, который имеет более крупные отверстия, чем стандартные отверстия, можно использовать для уменьшения риска закупоривания или обеспечения очистки зонда в процессе работы. Чтобы уменьшить риск повреждения облицовки горелки при производстве сортов технического углерода с высоким содержанием ионов калия, может потребоваться уменьшение температуры исходного материала ниже уровня, все же превышающего 300°C, так что ионы калия можно вводить в масло. При температуре выше 300°C можно использовать подогретый исходный материал в качестве альтернативы маслорастворимой форме калия, например, материал CATALYST® 460 HF от OM Group, который можно вводить непосредственно в исходный материал. Материал CATALYST® 460 HF представляет собой органическую соль калия (неодеканоат калия), которая растворяется в исходном материале; таким образом, в данном случае не должен возникать такой риск проблем мгновенного испарения, как в случае водных растворов. Соответственно, можно приспособить технологические схемы согласно настоящему изобретению на основе сочетания стратегий нагревания до высокой температуры исходного материала и предотвращения загрязнения, чтобы они были совместимыми с использованием встраиваемых в процесс модификаторов технического углерода, таких как регулирующие структуру добавки (например, источники калия или других щелочных металлов/ионов).

Условия и устройства для подогрева исходного материала, предлагаемые настоящим изобретением, могут обеспечивать преимущества и выгоды, такие как, например, улучшенная регенерация энергии, экономия затрат на исходные материалы, увеличение производства технического углерода, сокращение выбросов диоксида углерода, устойчивое или непрерывное изготовление технического углерода в течение используемых в промышленности периодов времени в условиях высокой температуры исходного материала или их любые сочетания. Можно предполагать, что усиление подогрева исходного материала до более чем 300°C уменьшит уровни выбросов серы и NOx в расчете на массу при постоянных условиях производства. Предполагается, что уровень выбросов в расчете на килограмм технического углерода уменьшится при всех технологических условиях. Концентрация веществ в выбросах будет зависеть от конкретных выбранных технологических условий.

В дополнение к указанным выше выгодам и преимуществам, согласно настоящему изобретению можно осуществить и другие потенциальные выгоды подогрева исходного материала. Механизм увеличения выхода может быть обусловлен предварительным образованием зародышей кристаллизации в процессе пиролиза. Не желая ограничиваться определенной теорией, считают, что исходный материал может вступать в реакции дегидрирования полиароматических углеводородов (PAH) и отделения неароматических групп во время стадии подогрева. Предполагается, что дегидрированные PAH образуют зародыши кристаллизации быстрее, чем исходный материал. В примерах показано, что высокое давление ограничивает скорость дегидрирования. Регулированием давления, периода пребывания и/или температуры, как подробно описано в настоящем документе, можно регулировать образование крупных молекул PAH, которые потенциально могут обеспечивать механизм регулирования образования зародышей кристаллизации технического углерода. Как указано выше, недостаток пиролиза имеющего высокую температуру исходного материала представляет собой возможность закоксовывания и образование мелких твердых частиц, что уменьшается или предотвращается в настоящем изобретении, где высокотемпературные условия исходного материала сочетаются на месте со способами предотвращения загрязнения. Второй механизм увеличения выхода может представлять собой, например, мгновенное испарение подогретого исходного материала в реакторе синтеза технического углерода без охлаждения окружающего газа. Мгновенное испарение исходного материала избавляет от необходимости использования топочного газа горелки для распыления исходного материала. При введении при близком к атмосферному давлению в реактор синтеза технического углерода подогрев исходного материала до температур, превышающих 300°C, может обеспечивать достаточную внутреннюю энергию для самоиспарения и смешивания с топочными газами горелки.

Любой тип сорта по стандарту ASTM (например, от N100 до N1000) или другие сорта технического углерода можно изготавливать согласно настоящему изобретению. Технический углерод, изготовленный способами согласно настоящему изобретению, может обладать одним или несколькими уникальными свойствами (или полезными свойствами) и/или параметрами вследствие использования подогрева исходного материала до высокой температуры и/или других технологических параметров, упомянутых в настоящем документе. Технический углерод, изготовленный способами и технологическими устройствами согласно настоящему изобретению, можно использовать для любых целевых назначений, где традиционно применяют технический углерод, включая, например, краски, пигменты, пластмассовые изделия, уплотнительные материалы, связующие материалы, покрытия, эластомерные изделия, тонеры, топливные элементы, шины или их части, формованные детали, электронные компоненты, кабели, провода или их части и т.п., используя его в традиционных или меньших количествах.

С помощью настоящего изобретения возможно достижение такого преимущества, как образование приемлемого для промышленности технического углерода, имеющего такие же морфологические и/или другие параметры по сравнению с техническим углеродом, изготовленным традиционным способом. В рамках настоящего изобретения можно изготавливать приемлемые для промышленности сорта технического углерода, имеющие такие же морфологические и/или другие параметры, используя способы согласно настоящему изобретению. В качестве варианта, одно преимущество, которое может быть достигнуто в рамках настоящего изобретения, представляет собой образование технического углерода, который содержит значительно меньшее количество PAH. Меньшее содержание PAH в техническом углероде не изменяет эксплуатационные характеристики технического углерода, и, как правило, высокое содержание PAH является нежелательным по различным причинам. С помощью настоящего изобретения можно изготавливать выбранный технический углерод, имеющий такую же морфологию или практически такую же морфологию (т.е. морфологические параметры, отклоняющиеся в пределах плюс-минус 5% от морфологических параметров, таких как OAN, COAN и т.п.), как выбранный технический углерод, изготовленный традиционным способом с использованием таких же условий реактора и исходных материалов (но для которого не осуществляется никакого подогрева исходного материала до температур, составляющих более чем 300°C, перед впуском исходного материала в реактор синтеза технического углерода). Содержание PAH выбранного технического углерода согласно настоящему изобретению можно уменьшать, в расчете по частям на миллион, от 10% до 50%, от 20% до 50% или от 30% до 100% или более на основе содержания частей на миллион, по сравнению с выбранным техническим углеродом, имеющим такую же морфологию, но изготовленным в условиях, где никакой подогрев образующего технический углерод исходного материала до более чем 300°C не происходит перед поступлением в реактор синтеза технического углерода при изготовлении технического углерода с использованием одинаковых условий реактора и исходных материалов. Кроме того, содержание PAH в техническом углероде можно классифицировать по трем категориям в зависимости от молекулярной массы (MW): высокомолекулярные PAH (среднемассовая MW составляет более чем 250), среднемолекулярные PAH (среднемассовая MW составляет от 200 до 250) и низкомолекулярные PAH (среднемассовая MW составляет менее чем 250). Настоящее изобретение позволяет уменьшать содержание одного или более из высокомолекулярных и/или среднемолекулярных PAH от 10% до 50%, от 20% до 50% или от 30% до 100% или более в расчете по частям на миллион по сравнению с техническим углеродом, имеющим такую же морфологию, но изготовленному в условиях, где никакой подогрев образующего технический углерод исходного материала до более чем 300°C не происходит перед поступлением в реактор синтеза технического углерода при изготовлении технического углерода с использованием одинаковых условий реактора и исходных материалов. Кроме того, настоящее изобретение позволяет в значительной степени уменьшать процентное содержание высокомолекулярных PAH (считающихся наиболее нежелательными) из всего количества PAH в выбранном техническом углероде по сравнению с выбранным техническим углеродом, имеющим такую же морфологию, но изготовленному в условиях, где никакой подогрев образующего технический углерод исходного материала до более чем 300°C не происходит перед поступлением в реактор синтеза технического углерода при изготовлении технического углерода с использованием одинаковых условий реактора и исходных материалов. Процентное содержание высокомолекулярных PAH в суммарном количестве PAH можно уменьшать в размере от 10% до 50%, от 20% до 50% или от 30% до 100% или более на основе содержания частей на миллион для выбранного технического углерода по сравнению с выбранным техническим углеродом, имеющим такую же морфологию, но изготовленным в условиях, где никакой подогрев образующего технический углерод исходного материала до более чем 300°C не происходит перед поступлением в реактор синтеза технического углерода при изготовлении технического углерода с использованием одинаковых условий реактора и исходных материалов. Приведенные выше определения сделаны на основе экспериментов, в которых исследовали выбранные виды технического углерода, изготовленные с помощью настоящего изобретения, по сравнению с выбранными видами технического углерода, изготовленными в условиях, где никакой подогрев образующего технический углерод исходного материала до более чем 300°C не происходит перед поступлением в реактор синтеза технического углерода, чтобы изготавливать технический углерод при использовании одинаковых в остальных отношениях условий реактора и исходных материалов. Это представляет собой значительное преимущество, достижимое с использованием настоящего изобретения.

Настоящее изобретение включает следующие аспекты/варианты осуществления/отличительные признаки в любом порядке и/или в любом сочетании:

1. Настоящее изобретение относится к способу изготовления технического углерода, включающему:

впуск нагретого газового потока в реактор синтеза технического углерода;

подачу, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала, по меньшей мере, в один нагреватель;

подогрев указанного, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе до второй температуры, составляющей более чем приблизительно 300°C, для получения подогретого образующего технический углерод исходного материала, где (a), по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет скорость в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе, которая составляет, по меньшей мере, 0,2 м/с, и скорость вычисляют на основании плотности исходного материала, измеренной при 60°C и 1 атм (0,1 МПа), и наименьшей площади поперечного сечения на линии перемещения исходного материала, присутствующей в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе, и (b), по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет первый период пребывания исходного материала в указанном нагревателе, составляющий менее чем приблизительно 120 минут;

подачу указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала, по меньшей мере, через одну точку впуска исходного материала в реактор синтеза технического углерода, где указанный подогретый образующий технический углерод исходный материал имеет второй период пребывания исходного материала от выпуска из указанного, по меньшей мере, одного нагревателя непосредственно до точки впуска в указанный реактор синтеза технического углерода, составляющий менее чем приблизительно 120 минут; и где указанный первый период пребывания исходного материала и указанный второй период пребывания исходного материала в совокупности составляют 120 минут или менее;

объединение, по меньшей мере, указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала посредством, по меньшей мере, одной точки впуска в указанный реактор синтеза технического углерода с нагретым газовым потоком для получения реакционного потока, в котором происходит образование технического углерода в указанном реакторе синтеза технического углерода; и

извлечение (например, тушение) технического углерода в реакционном потоке.

2. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, дополнительно включающий сжатие указанного образующего технический углерод исходного материала до давления более чем приблизительно 10 бар (1 МПа) перед впуском в указанный, по меньшей мере, один нагреватель.

3. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, дополнительно включающий сжатие указанного образующего технический углерод исходного материала до давления более чем приблизительно 20 бар (2 МПа) перед впуском в указанный, по меньшей мере, один нагреватель.

4. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, дополнительно включающий сжатие указанного образующего технический углерод исходного материала до давления, составляющего от приблизительно 20 бар (2 МПа) до приблизительно 180 бар (18 МПа), перед впуском в указанный, по меньшей мере, один нагреватель.

5. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанная скорость составляет, по меньшей мере, приблизительно 1 м/с.

6. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанная скорость составляет, по меньшей мере, приблизительно 1,6 м/с.

7. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный образующий технический углерод исходный материал включает декантированную нефть (нефтяную эмульсию), продукт на основе каменноугольной смолы, остатки от крекинга этилена, содержащую асфальтены нефть или любое их сочетание.

8. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный образующий технический углерод исходный материал имеет начальную температуру кипения, составляющую от приблизительно 160°C до приблизительно 500°C.

9. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный подогрев, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала включает нагревание указанного образующего технический углерод исходного материала в указанном нагревателе, который содержит теплообменник, работающий при среднем тепловом потоке, составляющем более чем приблизительно 10 кВт/м2.

10. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором, по меньшей мере, часть указанного подогрева происходит в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе, тепло в котором, по меньшей мере, частично обеспечивается теплом, которое производит указанный реактор синтеза технического углерода и/или другой реактор синтеза технического углерода.

11. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный первый период пребывания и указанный второй период пребывания в совокупности составляют менее чем 60 минут.

12. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель осуществляет теплообмен, по меньшей мере, с частью указанного реактора синтеза технического углерода.

13. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель осуществляет контакт с указанным реакционным потоком в указанном реакторе синтеза технического углерода ниже по потоку относительно тушильной установки, где указанный, по меньшей мере, один нагреватель включает теплообменник, имеющий стенки, которые с одной стороны нагреваются указанным реакционным потоком, а с противоположной стороны осуществляют контакт с указанным образующим технический углерод исходным материалом.

14. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель включает теплообменник, который осуществляет теплообмен с указанным реакционным потоком в указанном реакторе синтеза технического углерода, где текучий теплоноситель, который протекает через теплообменник, нагревается, и нагретый текучий теплоноситель проходит через указанный, по меньшей мере, один нагреватель, расположенный снаружи реактора и осуществляющий теплообмен текучего теплоносителя с исходным материалом, чтобы нагревать указанный образующий технический углерод исходный материал.

15. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель, по меньшей мере, частично получает тепло за счет остаточного газа от технического углерода из указанного реактора синтеза технического углерода и/или другого реактора синтеза технического углерода, чтобы нагревать образующий технический углерод исходный материал.

16. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором впуск нагретого газового потока включает плазменное нагревание нагреваемого плазмой газового потока в плазменном нагревателе, чтобы обеспечить, по меньшей мере, часть нагретого газового потока.

17. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, дополнительно включающий создание некаталитической поверхности на вступающих в контакт с образующим технический углерод исходным материалом стенках указанного, по меньшей мере, одного нагревателя и внутренних стенках, по меньшей мере, одной линии подачи исходного материала, которая подает указанный подогретый образующий технический углерод исходный материал в указанный реактор синтеза технического углерода, где поверхность является некаталитической для крекинга или полимеризации углеводородов.

18. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанная подача включает поступление указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала через, по меньшей мере, одну линию подачи исходного материала, который подается в указанный реактор синтеза технического углерода, и указанный способ дополнительно включает периодическое поступление продувочного газа, содержащего окислитель углерода, через, по меньшей мере, одну линию подачи образующего технический углерод исходного материала.

19. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанная подача включает поступление указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала через, по меньшей мере, одну линию подачи исходного материала, который поступает в указанный реактор синтеза технического углерода, и указанный способ дополнительно включает инжектирование подогретого образующего технический углерод исходного материала в реактор синтеза технического углерода с, по меньшей мере, частичным мгновенным испарением образующего технический углерод исходного материала.

20. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, дополнительно включающий объединение подогретого образующего технический углерод исходного материала и нагретого газового потока в реакторе синтеза технического углерода для непрерывного образования технического углерода в реакторе в течение, по меньшей мере, приблизительно 12 часов.

21. Способ изготовления технического углерода, включающий:

впуск нагретого газового потока в реактор синтеза технического углерода;

подачу, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала, имеющего первую температуру, составляющую ниже 360°C, по меньшей мере, в один нагреватель;

подогрев указанного, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе до второй температуры, составляющей от приблизительно 360°C до приблизительно 850°C, для получения подогретого образующего технический углерод исходного материала, где (a), по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет скорость в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе, которая составляет, по меньшей мере, 0,2 м/с, и скорость вычисляют на основании плотности исходного материала, измеренной при 60°C и 1 атм (0,1 МПа), и наименьшей площади поперечного сечения на линии перемещения исходного материала, присутствующей в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе, и (b), по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет первый период пребывания исходного материала в указанном нагревателе, составляющий менее чем приблизительно 120 минут;

подачу указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала, по меньшей мере, через одну точку впуска исходного материала в реактор синтеза технического углерода, где указанный подогретый образующий технический углерод исходный материал имеет второй период пребывания исходного материала от выпуска из указанного, по меньшей мере, одного нагревателя до непосредственно точки впуска в указанный реактор синтеза технического углерода, составляющий менее чем приблизительно 120 минут; и где указанный первый период пребывания исходного материала и указанный второй период пребывания исходного материала в совокупности составляют от приблизительно 10 секунд до приблизительно 120 минут;

объединение, по меньшей мере, указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала посредством, по меньшей мере, одной точки впуска в указанный реактор синтеза технического углерода с нагретым газовым потоком для получения реакционного потока, в котором происходит образование технического углерода в указанном реакторе синтеза технического углерода; и

извлечение (например, тушение) технического углерода в реакционном потоке.

22. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, дополнительно включающий сжатие указанного образующего технический углерод исходного материала до давления более чем приблизительно 20 бар (2 МПа) перед впуском в указанный, по меньшей мере, один нагреватель.

23. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, дополнительно включающий сжатие указанного образующего технический углерод исходного материала до давления более чем приблизительно 30 бар (3 МПа) перед впуском в указанный, по меньшей мере, один нагреватель.

24. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, дополнительно включающий сжатие указанного образующего технический углерод исходного материала до давления, составляющего от приблизительно 30 бар (3 МПа) до приблизительно 180 бар (18 МПа), перед впуском в указанный, по меньшей мере, один нагреватель.

25. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанная скорость составляет, по меньшей мере, приблизительно 1 м/с.

26. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанная скорость составляет, по меньшей мере, приблизительно 1,6 м/с.

27. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный образующий технический углерод исходный материал включает декантированную нефть (нефтяную эмульсию), продукт на основе каменноугольной смолы, остатки от крекинга этилена, содержащую асфальтены нефть или любое их сочетание.

28. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный образующий технический углерод исходный материал имеет начальную температуру кипения, составляющую от приблизительно 160°C до приблизительно 500°C.

29. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный подогрев, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала включает нагревание указанного образующего технический углерод исходного материала в указанном нагревателе, который содержит теплообменник, работающий при среднем тепловом потоке, составляющем более чем приблизительно 20 кВт/м2.

30. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором, по меньшей мере, часть указанного подогрева происходит в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе, тепло в котором, по меньшей мере, частично обеспечивается теплом, которое производит указанный реактор синтеза технического углерода и/или другой реактор синтеза технического углерода.

31. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный первый период пребывания и указанный второй период пребывания в совокупности составляют менее чем 60 минут.

32. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель осуществляет теплообмен, по меньшей мере, с частью указанного реактора синтеза технического углерода.

33. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель осуществляет контакт с указанным реакционным потоком в указанном реакторе синтеза технического углерода ниже по потоку относительно тушильной установки, где указанный, по меньшей мере, один нагреватель включает теплообменник, имеющий стенки, которые с одной стороны нагреваются указанным реакционным потоком, а с противоположной стороны осуществляют контакт с указанным образующим технический углерод исходным материалом перед указанным образующим технический углерод исходным материалом.

34. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель включает теплообменник, который осуществляет теплообмен с указанным реакционным потоком в указанном реакторе синтеза технического углерода, где текучий теплоноситель, который протекает через теплообменник, нагревается, и нагретый текучий теплоноситель проходит через указанный, по меньшей мере, один нагреватель, расположенный снаружи реактора и осуществляющий теплообмен текучего теплоносителя с исходным материалом, чтобы нагревать указанный образующий технический углерод исходный материал.

35. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель, по меньшей мере, частично получает тепло за счет остаточного газа от технического углерода из указанного реактора синтеза технического углерода и/или другого реактора синтеза технического углерода, чтобы нагревать образующий технический углерод исходный материал.

36. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором впуск нагретого газового потока включает плазменное нагревание нагреваемого плазмой газового потока в плазменном нагревателе, чтобы обеспечить, по меньшей мере, часть нагретого газового потока.

37. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, дополнительно включающий создание некаталитической поверхности на вступающих в контакт с образующим технический углерод исходным материалом стенках указанного, по меньшей мере, одного нагревателя и внутренних стенках, по меньшей мере, одной линии подачи исходного материала, которая подает указанный подогретый образующий технический углерод исходный материал в указанный реактор синтеза технического углерода, где поверхность является некаталитической для крекинга или полимеризации углеводородов.

38. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанная подача включает поступление указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала через, по меньшей мере, одну линию подачи исходного материала, который подается в указанный реактор синтеза технического углерода, и указанный способ дополнительно включает периодическое поступление продувочного газа, содержащего окислитель углерода, через, по меньшей мере, одну линию подачи образующего технический углерод исходного материала.

39. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанная подача включает поступление указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала через, по меньшей мере, одну линию подачи исходного материала, который подается в указанный реактор синтеза технического углерода, и указанный способ дополнительно включает инжектирование подогретого образующего технический углерод исходного материала в реактор синтеза технического углерода, по меньшей мере, с частичным мгновенным испарением образующего технический углерод исходного материала.

40. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, дополнительно включающий объединение подогретого образующего технический углерод исходного материала и нагретого газового потока в реакторе синтеза технического углерода для непрерывного образования технического углерода в реакторе в течение, по меньшей мере, приблизительно 12 часов.

41. Способ изготовления технического углерода, включающий:

впуск нагретого газового потока в реактор синтеза технического углерода;

подачу, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала, имеющего первую температуру, составляющую ниже 450°C, по меньшей мере, в один нагреватель;

подогрев указанного, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе до второй температуры, составляющей более чем приблизительно 450°C, для получения подогретого образующего технический углерод исходного материала, где (a), по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет скорость в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе, которая составляет, по меньшей мере, 0,2 м/с, и скорость вычисляют на основании плотности исходного материала, измеренной при 60°C и 1 атм (0,1 МПа), и наименьшей площади поперечного сечения на линии перемещения исходного материала, присутствующей в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе, и (b), по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет первый период пребывания исходного материала в указанном нагревателе, составляющий от 10 секунд до приблизительно 120 минут;

подачу указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала, по меньшей мере, через одну точку впуска исходного материала в реактор синтеза технического углерода, где указанный подогретый образующий технический углерод исходный материал имеет второй период пребывания исходного материала от выпуска из указанного, по меньшей мере, одного нагревателя до непосредственно точки впуска в указанный реактор синтеза технического углерода, составляющий менее чем приблизительно 120 минут; и где указанный первый период пребывания исходного материала и указанный второй период пребывания исходного материала в совокупности составляют 120 минут или менее;

объединение, по меньшей мере, указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала посредством, по меньшей мере, одной точки впуска в указанный реактор синтеза технического углерода с нагретым газовым потоком для получения реакционного потока, в котором происходит образование технического углерода в указанном реакторе синтеза технического углерода; и

извлечение (например, тушение) технического углерода в реакционном потоке.

42. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, дополнительно включающий сжатие указанного образующего технический углерод исходного материала до давления, составляющего от приблизительно 20 бар (2 МПа) до приблизительно 180 бар (18 МПа), перед впуском в указанный, по меньшей мере, один нагреватель.

43. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, дополнительно включающий сжатие указанного образующего технический углерод исходного материала до давления, составляющего от приблизительно 30 бар (3 МПа) до приблизительно 180 бар (18 МПа), перед впуском в указанный, по меньшей мере, один нагреватель.

44. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, дополнительно включающий сжатие указанного образующего технический углерод исходного материала до давления, составляющего от приблизительно 40 бар (4 МПа) до приблизительно 180 бар (18 МПа), перед впуском в указанный, по меньшей мере, один нагреватель.

45. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанная скорость составляет, по меньшей мере, приблизительно 1 м/с.

46. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанная скорость составляет, по меньшей мере, приблизительно 1,6 м/с.

47. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный образующий технический углерод исходный материал включает декантированную нефть (нефтяную эмульсию), продукт на основе каменноугольной смолы, остатки от крекинга этилена, содержащую асфальтены нефть или любое их сочетание.

48. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный образующий технический углерод исходный материал имеет начальную температуру кипения, составляющую от приблизительно 160°C до приблизительно 500°C.

49. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный подогрев, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала включает нагревание указанного образующего технический углерод исходного материала в указанном нагревателе, который содержит теплообменник, работающий при среднем тепловом потоке, составляющем от приблизительно 20 кВт/м2 до приблизительно 150 кВт/м2.

50. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором, по меньшей мере, часть указанного подогрева происходит в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе, тепло в котором, по меньшей мере, частично обеспечивается теплом, которое производит указанный реактор синтеза технического углерода и/или другой реактор синтеза технического углерода.

51. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный первый период пребывания и указанный второй период пребывания в совокупности составляют менее чем 60 минут.

52. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель осуществляет теплообмен, по меньшей мере, с частью указанного реактора синтеза технического углерода.

53. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель осуществляет контакт с указанным реакционным потоком в указанном реакторе синтеза технического углерода ниже по потоку относительно тушильной установки, где указанный по меньшей мере один нагреватель включает теплообменник, имеющий стенки, которые с одной стороны нагреваются указанным реакционным потоком, а с противоположной стороны осуществляют контакт с указанным образующим технический углерод исходным материалом перед указанным образующим технический углерод исходным материалом.

54. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель включает теплообменник, который осуществляет теплообмен с указанным реакционным потоком в указанном реакторе синтеза технического углерода, где текучий теплоноситель, который протекает через теплообменник, нагревается, и нагретый текучий теплоноситель проходит через указанный, по меньшей мере, один нагреватель, расположенный снаружи реактора и осуществляющий теплообмен текучего теплоносителя с исходным материалом, чтобы нагревать указанный образующий технический углерод исходный материал.

55. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель, по меньшей мере, частично получает тепло за счет остаточного газа от технического углерода из указанного реактора синтеза технического углерода и/или другого реактора синтеза технического углерода, чтобы нагревать образующий технический углерод исходный материал.

56. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором впуск нагретого газового потока включает плазменное нагревание нагреваемого плазмой газового потока в плазменном нагревателе, чтобы обеспечить, по меньшей мере, часть нагретого газового потока.

57. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, дополнительно включающий создание некаталитической поверхности на вступающих в контакт с образующим технический углерод исходным материалом стенках указанного, по меньшей мере, одного нагревателя и внутренних стенках, по меньшей мере, одной линии подачи исходного материала, которая подает указанный подогретый образующий технический углерод исходный материал в указанный реактор синтеза технического углерода, где поверхность является некаталитической для крекинга или полимеризации углеводородов.

58. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанная подача включает поступление указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала через, по меньшей мере, одну линию подачи исходного материала, который подается в указанный реактор синтеза технического углерода, и указанный способ дополнительно включает периодическое поступление продувочного газа, содержащего окислитель углерода, через, по меньшей мере, одну линию подачи образующего технический углерод исходного материала.

59. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанная подача включает поступление указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала через, по меньшей мере, одну линию подачи исходного материала, который подается в указанный реактор синтеза технического углерода, и указанный способ дополнительно включает инжектирование подогретого образующего технический углерод исходного материала в реактор синтеза технического углерода с, по меньшей мере, частичным мгновенным испарением образующего технический углерод исходного материала.

60. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, дополнительно включающий объединение подогретого образующего технический углерод исходного материала и нагретого газового потока в реакторе синтеза технического углерода для непрерывного образования технического углерода в реакторе в течение, по меньшей мере, приблизительно 12 часов.

61. Способ изготовления технического углерода, включающий:

впуск нагретого газового потока в реактор синтеза технического углерода;

подачу, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала, имеющего первую температуру, составляющую ниже 300°C, по меньшей мере, в один нагреватель при первом давлении, составляющем более чем 10 бар (1 МПа);

подогрев указанного, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе до второй температуры, составляющей более чем приблизительно 300°C, для получения подогретого образующего технический углерод исходного материала, где (a), по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет второе давление в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе, которое является таким же или более низким, чем указанное первое давление, при вычислении на основе предположения об одной и той же площади поперечного сечения, в которое исходный материал входит, имея первое давление и имея второе давление, и (b), по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет первый период пребывания исходного материала в указанном нагревателе, составляющий менее чем приблизительно 120 минут;

подачу указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала, по меньшей мере, через одну точку впуска исходного материала в реактор синтеза технического углерода, где указанный подогретый образующий технический углерод исходный материал имеет второй период пребывания исходного материала от выпуска из указанного, по меньшей мере, одного нагревателя до непосредственно точки впуска в указанный реактор синтеза технического углерода, составляющий менее чем приблизительно 120 минут; и где указанный первый период пребывания исходного материала и указанный второй период пребывания исходного материала в совокупности составляют 120 минут или менее;

объединение, по меньшей мере, указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала посредством, по меньшей мере, одной точки впуска в указанный реактор синтеза технического углерода с нагретым газовым потоком для получения реакционного потока, в котором происходит образование технического углерода в указанном реакторе синтеза технического углерода; и

извлечение (например, тушение) технического углерода в реакционном потоке.

62. Способ изготовления технического углерода, включающий:

впуск нагретого газового потока в реактор синтеза технического углерода;

подачу, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала, имеющего первую температуру, составляющую ниже 300°C, по меньшей мере, в один нагреватель при первом давлении, составляющем более чем 10 бар (1 МПа);

подогрев указанного, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе до второй температуры, составляющей более чем приблизительно 300°C, для получения подогретого образующего технический углерод исходного материала, где, по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет i) второе давление в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе, которое является приблизительно таким же или более низким, чем указанное первое давление, и ii), по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет скорость в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе, которая составляет, по меньшей мере, 0,2 м/с, и скорость вычисляют на основании плотности исходного материала, измеренной при 60°C и 1 атм (0,1 МПа), и наименьшей площади поперечного сечения на линии перемещения исходного материала, присутствующей в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе, и в котором i) вычисляют на основании одной и той же площади поперечного сечения, в которое исходный материал входит, имея первое давление и имея второе давление; и

подачу указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала, по меньшей мере, через одну точку впуска исходного материала в реактор синтеза технического углерода;

объединение, по меньшей мере, указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала посредством, по меньшей мере, одной точки впуска в указанный реактор синтеза технического углерода с нагретым газовым потоком для получения реакционного потока, в котором происходит образование технического углерода в указанном реакторе синтеза технического углерода; и

извлечение (например, тушение) технического углерода в реакционном потоке.

63. Устройство для изготовления технического углерода, включающее:

реактор для объединения нагретого газового потока и, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала для получения реакционного потока, в котором происходит образование технического углерода в реакторе;

по меньшей мере, одну линию подачи исходного материала, чтобы подавать образующий технический углерод исходный материал, по меньшей мере, через одну точку впуска исходного материала в реактор для объединения исходного материала с нагретым газовым потоком;

по меньшей мере, один нагреватель исходного материала, способный подогревать образующий технический углерод исходный материал, подаваемый, по меньшей мере, в одну линию подачи исходного материала, до температуры, составляющей, по меньшей мере, приблизительно 300°C;

по меньшей мере, один насос, способный сжимать образующий технический углерод исходный материал до давления, составляющего более чем приблизительно 10 бар (1 МПа), перед подогревом исходного материала, по меньшей мере, до приблизительно 300°C, и придавать исходному материалу скорость, с которой исходный материал подается, по меньшей мере, в один нагреватель исходного материала, составляющую, по меньшей мере, 0,2 м/с, причем скорость вычисляют на основании плотности исходного материала, измеренной при 60°C и 1 атм (0,1 МПа), и наименьшей площади поперечного сечения на линии перемещения исходного материала, присутствующей в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе; и

необязательно, тушильную установку для охлаждения технического углерода в реакционном потоке;

где указанное устройство при работе дополнительно обеспечивает период пребывания исходного материала, по меньшей мере, в одном нагревателе исходного материала и, по меньшей мере, одной линии подачи исходного материала перед впуском в реактор для исходного материала, подогретого, по меньшей мере, до приблизительно 300°C, который составляет менее чем приблизительно 120 минут.

64. Устройство согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором, по меньшей мере, один нагреватель исходного материала включает теплообменник, способный нагревать образующий технический углерод исходный материал при среднем тепловом потоке, составляющем более чем приблизительно 10 кВт/м2.

65. Устройство согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором, по меньшей мере, один нагреватель исходного материала расположен внутри реактора, так чтобы иметь возможность контакта с реакционным потоком, который был бы способен нагревать исходный материал до температуры, составляющей, по меньшей мере, 300°C.

66. Устройство согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором, по меньшей мере, один нагреватель исходного материала находится в контакте, по меньшей мере, с частью реактора, способного нагревать исходный материал до температуры, составляющей, по меньшей мере, 300°C.

67. Устройство согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором, по меньшей мере, один нагреватель исходного материала включает теплообменник, расположенный внутри реактора ниже по потоку относительно тушильной установки, где указанный теплообменник включает стенки, приспособленные для нагревания реакционным потоком с одной своей стороны и приспособленные для контакта с исходным материалом со своей другой стороны, перед подачей исходного материала, по меньшей мере, в одну линию подачи исходного материала, где исходный материал способен нагреваться до температуры, составляющей, по меньшей мере, 300°C, в теплообменнике.

68. Устройство согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, дополнительно включающее теплообменник для текучего теплоносителя, расположенный внутри реактора, так чтобы иметь возможность контакта с реакционным потоком, и, по меньшей мере, один нагреватель исходного материала, расположенный снаружи реактора и осуществляющий теплообмен текучего теплоносителя, который выходит из теплообменника, с исходным материалом в нагревателе исходного материала, так чтобы нагревать исходный материал до температуры, составляющей, по меньшей мере, 300°C.

69. Устройство согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором, по меньшей мере, один нагреватель исходного материала осуществляет теплообмен с потоком остаточного газа из реактора, чтобы нагревать исходный материал до температуры, составляющей, по меньшей мере, 300°C.

70. Устройство согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, дополнительно включающее плазменный нагреватель, способный своим действием нагревать нагреваемый плазмой газовый поток для обеспечения, по меньшей мере, части нагретого газового потока.

71. Устройство согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, дополнительно включающее некаталитическую поверхность на вступающих в контакт с исходным материалом стенках нагревателя исходного материала и вступающих в контакт с исходным материалом внутренних стенках, по меньшей мере, одной линии подачи исходного материала, где поверхность является некаталитической для крекинга или полимеризации углеводородов.

72. Устройство согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, дополнительно включающее некаталитическое керамическое покрытие на вступающих в контакт с исходным материалом стенках нагревателя исходного материала и вступающих в контакт с исходным материалом внутренних стенках, по меньшей мере, одной линии подачи исходного материала.

73. Устройство согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, дополнительно включающее, по меньшей мере, один источник продувочного газа, содержащего окислитель углерода, и, по меньшей мере, одну точку впуска продувочного газа, по меньшей мере, на одной линии подачи исходного материала, которая способна при работе периодически продувать, по меньшей мере, одну линию подачи исходного материала продувочным газом.

74. Устройство согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный реактор способен при работе объединять исходный материал и нагретый газовый поток для непрерывного образования технического углерода в реакторе в течение, по меньшей мере, приблизительно 12 часов.

75. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный подогрев предотвращает образование паровой пленки в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе и/или перед указанной подачей в указанный реактор синтеза технического углерода.

76. Способ согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный подогрев и/или указанная подача осуществляется при отсутствии выходного перепада давления на основе стационарных рабочих условий.

77. Технический углерод, изготовленный способом согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту.

78. Технический углерод согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный технический углерод содержит PAH в количестве, по меньшей мере, на 10% меньше, чем содержит технический углерод, имеющий такую же морфологию и изготовленный способом без подогрева исходного материала.

79. Технический углерод согласно любому предшествующему или последующему варианту осуществления/отличительному признаку/аспекту, в котором указанный технический углерод имеет процентное содержание высокомолекулярных PAH по отношению к суммарному количеству PAH, по меньшей мере, на 10% меньше, чем технический углерод, имеющий такую же морфологию и изготовленный способом без указанного подогрева.

80. Способ изготовления технического углерода, включающий:

впуск нагретого газового потока в реактор синтеза технического углерода;

подачу, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала, по меньшей мере, в один нагреватель;

подогрев указанного, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе до второй температуры, составляющей более чем приблизительно 300°C, для получения подогретого образующего технический углерод исходного материала, где (a), по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет скорость в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе, которая составляет, по меньшей мере, 0,2 м/с, и скорость вычисляют на основании плотности исходного материала, измеренной при 60°C и 1 атм (0,1 МПа), и наименьшей площади поперечного сечения на линии перемещения исходного материала, присутствующей в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе, и (b), по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет первый период пребывания исходного материала в указанном нагревателе, составляющий менее чем приблизительно 120 минут;

подачу указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала, по меньшей мере, через одну точку впуска исходного материала в реактор синтеза технического углерода, где указанный подогретый образующий технический углерод исходный материал имеет второй период пребывания исходного материала от выпуска из указанного, по меньшей мере, одного нагревателя до непосредственно точки впуска в указанный реактор синтеза технического углерода, составляющий менее чем приблизительно 120 минут; и где указанный первый период пребывания исходного материала и указанный второй период пребывания исходного материала в совокупности составляют 120 минут или менее; где указанный подогрев осуществляют при достаточном давлении, которое предотвращает образование паровой пленки в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе или перед указанной подачей в указанный реактор синтеза технического углерода;

объединение, по меньшей мере, указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала через, по меньшей мере, одну точку впуска в указанный реактор синтеза технического углерода с нагретым газовым потоком для получения реакционного потока, в котором происходит образование технического углерода в указанном реакторе синтеза технического углерода; и

извлечение (например, тушение) технического углерода в реакционном потоке.

Настоящее изобретение может включать любое сочетание данных разнообразных отличительных признаков или вариантов осуществления, которые приведены выше и/или ниже, как изложено в предложениях и/или параграфах. Любое сочетание описанных отличительных признаков в настоящем документе считается частью настоящего изобретения, и никакое ограничение не предусмотрено по отношению к сочетаемым отличительным признакам.

Настоящее изобретение дополнительно разъясняется на следующих примерах, которые предназначены в качестве иллюстрации настоящего изобретения.

Примеры

Пример 1

Компьютерное моделирование использовали для оценки возможной экономии затрат на исходные материалы для двух сортов технического углерода (A и B) с использованием температуры исходного материала, составляющей 215°C, 500°C и 700°C, в схеме изготовления технического углерода, способной к устойчивой непрерывной работе при 500°C и 700°C, посредством указанных способов предотвращения загрязнения согласно настоящему изобретению. Программу компьютерного моделирования Aspen Plus использовали для моделирования технологической схемы, применяя методологии и допущения для баланса массы и энергии и химические реакции согласно приемлемой в промышленности практике. Модельная технологическая схема, использованная для данного моделирования, является аналогичной схеме, представленной на фиг. 5. Фиг. 5 представляет технологическую схему для исходного материала категории A, подогреваемого до температуры 500°C, и эта общая технологическая схема в остальных отношениях также применяется к другими модельным температурам исходного материала и сочетаниям категорий. Технологическая схема, представленная подробно на фиг. 5, в общем, является аналогичной технологической схеме, представленной на фиг. 1. Как представлено на фиг. 5, исходный материал нагревают, используя тепло дыма реактора синтеза технического углерода между точками начального тушения и вторичного тушения. Теплоемкость исходного материала, используемая в вычислении, представлена на фиг. 6. Исходный материал считали нереакционноспособным; эффект эндотермичности реакции пиролиза не включен в теплоемкость исходного материала. Моделировали два случая, в которых исходный материал подогревался до температуры 500°C и 700°C, и сравнивали их с базовыми случаями (подогрев до 215°C) для сортов A и B.

Жидкие образующие углерод исходные материалы, применяемые для сортов A и B, которые использовали в моделировании, представляли собой декантированную нефть и смесь декантированной нефти и каменноугольной смолы. Жидкие исходные материалы сортов A и B имели следующие составы:

Материал A: декантированная нефть:

Верхняя теплотворная способность [Дж/кг]: 39524446

Элементарный анализ [мас.%]:

Зола 0

Углерод 88,68

Водород 6,92

Азот 0,31

Хлор 0

Сера 3,86

Кислород 0,23

Материал B: декантированная нефть/каменноугольная смола:

Скорость потока [кг/ч]: 3562

Теплота образования [Дж/кг]: 50692

Верхняя теплотворная способность [Дж/кг]: 39878687

Элементарный анализ [мас.%]:

Зола 0

Углерод 88,62

Водород 7,40

Азот 0,31

Хлор 0

Сера 3,44

Кислород 0,23

Каменноугольная смола [мас.%]: 30,0

Таблицы 2-7 представляют необработанные данные, используемые в модельных вычислениях для каждого сорта технического углерода при каждом значении температуры подогрева (500°C и 700°C). Результаты модельных вычислений также представлены в таблицах.

Как показывают результаты, можно получить экономию затрат на исходный материал более 10% при подогреве исходного материала до 500°C и более 20% при подогреве исходного материала до 700°C в устойчивом режиме без загрязнения исходным материалом по сравнению с обработкой при меньшей традиционной температуре исходного материала, составляющей 215°C. Выход технического углерода (CB) и некоторые другие данные в таблице 7 приведены при использовании традиционной температуры исходного материала 215°C в качестве базовой линии (100%) и сравнении более высокой температуры подогрева исходных материалов с этой базовой линией. Как указано выше, способы предотвращения загрязнения согласно настоящему изобретению позволяют работать при таких повышенных температурах исходного материала, в том числе работать в промышленном масштабе. В таблице 7 энергетическая эффективность реактора (REE) определена как соотношение теплотворной способности полученного материала и суммарной вводимой энергии, которая включает теплотворную способность (HHV) исходного материала (FS) и топлива для горелки (природного газа NG) и электрическую энергию (EE, кВт·ч/кг технического углерода): REE=(HHV-CB)/(HHV-FS+HHV-NG+EE). В таблице 7 стехиометрия горелки определена как процентное соотношение потока воздуха в горелку и стехиометрического для горелки потока воздуха (потока воздуха, требуемого для полного сгорания топлива в горелке).

Преимущества, показанные в данной модели, можно осуществлять с любым техническим углеродом, таким как любой сорт по стандарту ASTM, например, от N100 до N1000 и т.п. Моделирование показывает такие же преимущества.

Пример 2

В данных примерах представлено девять экспериментов, которые демонстрируют случаи нагревания образующего технический углерод исходного материала от 70°C до приблизительно 500°C, с использованием различных образцов исходных материалов, как подробно разъясняется ниже. В таблице 8 представлены различные технологические параметры, и, кроме того, в таблице 8 представлены типы используемых исходных материалов, а подробное описание исходных материалов представлено в таблице 9. Как можно видеть в таблице 8, согласно настоящему изобретению образующий технический углерод исходный материал можно подогревать до температур порядка 500°C или выше и при этом обеспечивать успешное и непрерывное производство технического углерода. Для технического углерода, полученного в экспериментах 2-5, 8 и 9, проведен анализ состава, и определено, что данный технический углерод является приемлемым для промышленного использования в качестве технического углерода на основе морфологии, чистоты и т.п. Определено, что одно преимущество технического углерода, изготовленного согласно настоящему изобретению, заключается в том, что содержание PAH в техническом углероде составляло приблизительно на 50% меньше (при расчете частей на миллион), чем в традиционных сортах технического углерода, имеющих такую же морфологию. Таким образом, одно дополнительное преимущество настоящего изобретения представляет собой возможность изготовления приемлемого для промышленности технического углерода, имеющего значительно сниженное содержание PAH. Содержание PAH определяли на основе способа PAH-20, который известен в технике.

Как далее представлено ниже в таблице 8, параметр «выходной перепад давления» является показателем того, что образуется паровая пленка и/или закоксовывание, или их образование является вероятным или нет. Когда в данной строке указано «НЕТ», это означает, что не обнаружен никакой выходной перепад давления, и, фактически, эксперимент считается успешным, поскольку в нем получен приемлемый для промышленности технический углерод без образования кокса и паровой пленки на линиях нагревателя или линиях подачи. Когда в строке для выходного перепада давления указано «ДА», это означает, что произошло быстрое падение давления от стационарных рабочих условий во время изготовления технического углерода, что является четким показателем образования паровой пленки и неизбежности закоксовывания устройства. Фактически, в эксперименте 1 для подтверждения этого понимания выходной перепад давления наблюдался в эксперименте 1, и, в конечном счете, при анализе деталей нагревателя исходного материала закоксовывание было визуально обнаружено на питающих линиях нагревателя, подтверждая, что выходной перепад давления служит показателем неизбежного закоксовывания.

Примеры 2-5, 8 и 9 четко показывают, что можно изготавливать технический углерод с использованием высокотемпературных исходных материалов и при этом избегать образования паровой пленки и закоксовывания, получая приемлемый для промышленности технический углерод в качестве продукта.

Что касается примеров 1, 6 и 7, где определен выходной перепад давления и где закоксовывание произошло в эксперименте 1, при использовании настоящего изобретения данные эксперименты можно проводить так, чтобы предотвратить выходной перепад давления и, следовательно, образование паровой пленки и/или закоксовывание, регулируя входное давление нагревателя, или повышая входное давление нагревателя, и/или увеличивая скорость поступления масла, и/или сокращая период пребывания в нагревателе. При увеличении входного давления нагревателя, например, на 10% или более создается эффект предотвращения образования паров в нагревателе во время подогрева образующего технический углерод исходного материала. По существу, любое сочетание регулирования входного давления нагревателя (как правило, путем увеличения давления), повышения скорости впуска масла и/или уменьшения периода пребывания может сократить образование пара и/или исключить образование пара и, таким образом, предотвратить выходной перепад давления.

Из представленных ниже экспериментов в примерах 2-5, 8 и 9 достигнуто увеличение выхода технического углерода (в мас.%) по сравнению с изготовлением технического углерода при использовании традиционной температуры исходного материала 215°C в качестве базовой линии (100%) и сравнении подогрева исходного материала до более высокой температуры с данной базовой линией. Увеличение выхода технического углерода в данных примерах составило от 4 до 8 мас.%. Кроме того, в примерах настоящего изобретения обеспечено энергосбережение от 7% до 11% по сравнению с изготовлением технического углерода при использовании традиционной температуры исходного материала 215°C в качестве базовой линии (100%) и сравнении энергии, используемой для подогрева исходного материала до более высокой температуры, с данной базовой линией. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает более высокий выход технического углерода при использовании меньшего количества энергии, и в этом оно превосходит традиционные способы, что также является неожиданным.

Заявители определенно включают полное содержание всех цитируемых документов в настоящее описание. Кроме того, когда количество, концентрация или другая величина или параметр приводится в виде интервала, предпочтительного интервала или списка верхних предпочтительных значений и нижних предпочтительных значений, это следует понимать как определенное перечисление всех интервалов, образованных из пары любого верхнего предела интервала или предпочтительного значения и любого нижнего предела интервала или предпочтительного значения, независимо от того, описаны ли данные интервалы отдельно. Если интервал численных значений приведен в настоящем документе, и не определено другое условие, то интервал считается включающим свои конечные точки, а также все целые и дробные числа внутри интервала. Не предусмотрено ограничение объема настоящего изобретения определенными значениями при указании интервала.

Другие варианты осуществления настоящего изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники после ознакомления с данным описанием и практическими примерами настоящего изобретения, которые изложены в настоящем документе. Настоящее описание и примеры предназначены исключительно в качестве иллюстрации, причем действительный объем и идея настоящего изобретения изложены в следующих пунктах формулы изобретения и их эквивалентах.

1. Способ изготовления технического углерода, включающий:
впуск нагретого газового потока в реактор синтеза технического углерода;
подачу, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала, по меньшей мере, в один нагреватель;
подогрев указанного, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе до температуры, составляющей более чем 300°C, для получения подогретого образующего технический углерод исходного материала, где (а) по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет скорость прохождения через указанный, по меньшей мере, один нагреватель, которая составляет 1 м/с или выше в поперечном сечении с наименьшей площадью на линии перемещения исходного материала в указанном нагревателе, причем скорость представляет собой среднюю скорость, вычисляемую на основании плотности исходного материала, измеренной при 60°C и 1 атм (0,1 МПа), и (b) по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет первый период пребывания исходного материала в указанном нагревателе, составляющий менее чем 120 минут;
подачу указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала, имеющего указанную температуру выше чем 300°C, по меньшей мере, через одну точку впуска исходного материала в реактор синтеза технического углерода, где указанный подогретый образующий технический углерод исходный материал, имеющий указанную температуру выше чем 300°C, имеет второй период пребывания исходного материала от выпуска из указанного, по меньшей мере, одного нагревателя до точки впуска в указанный реактор синтеза технического углерода, составляющий менее чем 120 минут; и где указанный первый период пребывания исходного материала и указанный второй период пребывания исходного материала в совокупности составляют 120 минут или менее; за счет чего контролируется образование паровой пленки в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе и перед указанной подачей в указанный реактор синтеза технического углерода;
объединение, по меньшей мере, указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала посредством, по меньшей мере, одной точки впуска в указанный реактор синтеза технического углерода, с нагретым газовым потоком для получения реакционного потока, в котором происходит образование технического углерода в указанном реакторе синтеза технического углерода; и
извлечение технического углерода в реакционном потоке,
где указанный технический углерод представляет собой печной технический углерод, а указанный реактор синтеза технического углерода представляет собой реактор синтеза технического углерода печного типа, и где указанный образующий технический углерод исходный материал имеет начальную температуру кипения, составляющую от 160°C до 600°C.

2. Способ по п.1, дополнительно включающий сжатие указанного образующего технический углерод исходного материала до давления более чем 10 бар (1 МПа) перед впуском в указанный, по меньшей мере, один нагреватель.

3. Способ по п.1, дополнительно включающий сжатие указанного образующего технический углерод исходного материала до давления более чем 20 бар (2 МПа) перед впуском в указанный, по меньшей мере, один нагреватель.

4. Способ по п.1, дополнительно включающий сжатие указанного образующего технический углерод исходного материала до давления, составляющего от 20 бар (2 МПа) до 180 бар (18 МПа), перед впуском в указанный, по меньшей мере, один нагреватель.

5. Способ по п.1, в котором указанная скорость составляет, по меньшей мере, 1,6 м/с.

6. Способ по п.1, в котором указанный образующий технический углерод исходный материал включает декантированную нефть (нефтяную эмульсию), продукт на основе каменноугольной смолы, остатки от крекинга этилена, содержащую асфальтены нефть или любое их сочетание.

7. Способ по п.1, в котором указанный подогрев, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала включает нагревание указанного образующего технический углерод исходного материала в указанном нагревателе, который содержит теплообменник, работающий при среднем тепловом потоке, составляющем более чем 10 кВт/м2.

8. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, часть указанного подогрева происходит в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе, тепло в котором, по меньшей мере, частично обеспечивается теплом, которое производит указанный реактор синтеза технического углерода и/или другой реактор синтеза технического углерода.

9. Способ по п.1, в котором указанный первый период пребывания и указанный второй период пребывания в совокупности составляют менее чем 60 минут.

10. Способ по п.1, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель осуществляет теплообмен, по меньшей мере, с частью указанного реактора синтеза технического углерода.

11. Способ по п.1, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель осуществляет контакт с указанным реакционным потоком в указанном реакторе синтеза технического углерода ниже по потоку относительно тушильной установки, где указанный, по меньшей мере, один нагреватель включает теплообменник, имеющий стенки, которые с одной стороны нагреваются указанным реакционным потоком, а с противоположной стороны осуществляют контакт с указанным образующим технический углерод исходным материалом.

12. Способ по п.1, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель включает теплообменник, который осуществляет теплообмен с указанным реакционным потоком в указанном реакторе синтеза технического углерода, где текучий теплоноситель, который протекает через теплообменник, нагревается, и нагретый текучий теплоноситель проходит через указанный, по меньшей мере, один нагреватель, расположенный снаружи реактора и осуществляющий теплообмен текучего теплоносителя с исходным материалом, чтобы нагревать указанный образующий технический углерод исходный материал.

13. Способ по п.1, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель, по меньшей мере, частично получает тепло за счет остаточного газа от технического углерода из указанного реактора синтеза технического углерода и/или другого реактора синтеза технического углерода, чтобы нагревать образующий технический углерод исходный материал.

14. Способ по п.1, дополнительно включающий создание некаталитической поверхности на вступающих в контакт с образующим технический углерод исходным материалом стенках указанного, по меньшей мере, одного нагревателя и внутренних стенках, по меньшей мере, одной линии подачи исходного материала, которая подает указанный подогретый образующий технический углерод исходный материал в указанный реактор синтеза технического углерода, где поверхность является некаталитической для крекинга или полимеризации углеводородов.

15. Способ по п.1, в котором указанная подача включает поступление указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала через, по меньшей мере, одну линию подачи исходного материала, который подается в указанный реактор синтеза технического углерода, и указанный способ дополнительно включает периодическое поступление продувочного газа, содержащего окислитель углерода, через, по меньшей мере, одну линию подачи образующего технический углерод исходного материала.

16. Способ по п.1, в котором указанная подача включает поступление указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала через, по меньшей мере, одну линию подачи, исходного материала, который поступает в указанный реактор синтеза технического углерода, и указанный способ дополнительно включает инжектирование подогретого образующего технический углерод исходного материала в реактор синтеза технического углерода с, по меньшей мере, частичным мгновенным испарением образующего технический углерод исходного материала.

17. Способ по п.1, дополнительно включающий объединение подогретого образующего технический углерод исходного материала и нагретого газового потока в реакторе синтеза технического углерода для непрерывного образования технического углерода в реакторе в течение, по меньшей мере, 12 часов.

18. Способ изготовления технического углерода, включающий:
впуск нагретого газового потока в реактор синтеза технического углерода;
подачу, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала, имеющего первую температуру, составляющую ниже 360°C, по меньшей мере, в один нагреватель;
подогрев указанного, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе до второй температуры, составляющей от 360°C до 850°C, для получения подогретого образующего технический углерод исходного материала, где (а) по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет скорость прохождения через указанный, по меньшей мере, один нагреватель, которая составляет 1 м/с или выше в поперечном сечении с наименьшей площадью на линии перемещения исходного материала в указанном нагревателе, причем скорость представляет собой среднюю скорость, вычисляемую на основании плотности исходного материала, измеренной при 60°C и 1 атм (0,1 МПа), и (b) по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет первый период пребывания исходного материала в указанном нагревателе, составляющий менее чем 120 минут;
подачу указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала, имеющего указанную температуру 360°C или выше, по меньшей мере, через одну точку впуска исходного материала в реактор синтеза технического углерода, где указанный подогретый образующий технический углерод исходный материал, имеющий указанную температуру 360°C или выше, имеет второй период пребывания исходного материала от выпуска из указанного, по меньшей мере, одного нагревателя до точки впуска в указанный реактор синтеза технического углерода, составляющий менее чем 120 минут; и где указанный первый период пребывания исходного материала и указанный второй период пребывания исходного материала в совокупности составляют от 10 секунд до 120 минут; за счет чего контролируется образование паровой пленки в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе и перед указанной подачей в указанный реактор синтеза технического углерода;
объединение, по меньшей мере, указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала посредством, по меньшей мере, одной точки впуска в указанный реактор синтеза технического углерода с нагретым газовым потоком для получения реакционного потока, в котором происходит образование технического углерода в указанном реакторе синтеза технического углерода; и
извлечение технического углерода в реакционном потоке,
где указанный технический углерод представляет собой печной технический углерод, а указанный реактор синтеза технического углерода представляет собой реактор синтеза технического углерода печного типа, и где указанный образующий технический углерод исходный материал имеет начальную температуру кипения, составляющую от 160°C до 600°C.

19. Способ по п.18, дополнительно включающий сжатие указанного образующего технический углерод исходного материала до давления более чем 20 бар (2 МПа) перед впуском в указанный, по меньшей мере, один нагреватель.

20. Способ по п.18, дополнительно включающий сжатие указанного образующего технический углерод исходного материала до давления более чем 30 бар (3 МПа) перед впуском в указанный, по меньшей мере, один нагреватель.

21. Способ по п.18, дополнительно включающий сжатие указанного образующего технический углерод исходного материала до давления, составляющего от 30 бар (3 МПа) до 180 бар (18 МПа), перед впуском в указанный, по меньшей мере, один нагреватель.

22. Способ по п.18, в котором указанная скорость составляет, по меньшей мере, 1,6 м/с.

23. Способ по п.18, в котором указанный образующий технический углерод исходный материал включает декантированную нефть (нефтяную эмульсию), продукт на основе каменноугольной смолы, остатки от крекинга этилена, содержащую асфальтены нефть или любое их сочетание.

24. Способ по п.18, в котором указанный подогрев, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала включает нагревание указанного образующего технический углерод исходного материала в указанном нагревателе, который содержит теплообменник, работающий при среднем тепловом потоке, составляющем более чем 20 кВт/м2.

25. Способ по п.18, в котором, по меньшей мере, часть указанного подогрева происходит в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе, тепло в котором, по меньшей мере, частично обеспечивается теплом, которое производит указанный реактор синтеза технического углерода и/или другой реактор синтеза технического углерода.

26. Способ по п.18, в котором указанный первый период пребывания и указанный второй период пребывания в совокупности составляют менее чем 60 минут.

27. Способ по п.18, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель осуществляет теплообмен, по меньшей мере, с частью указанного реактора синтеза технического углерода.

28. Способ по п.18, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель осуществляет контакт с указанным реакционным потоком в указанном реакторе синтеза технического углерода ниже по потоку относительно тушильной установки, где указанный, по меньшей мере, один нагреватель включает теплообменник, имеющий стенки, которые с одной стороны нагреваются указанным реакционным потоком, а с противоположной стороны осуществляют контакт с указанным образующим технический углерод исходным материалом.

29. Способ по п.18, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель включает теплообменник, который осуществляет теплообмен с указанным реакционным потоком в указанном реакторе синтеза технического углерода, где текучий теплоноситель, который протекает через теплообменник, нагревается и нагретый текучий теплоноситель проходит через указанный, по меньшей мере, один нагреватель, расположенный снаружи реактора и осуществляющий теплообмен текучего теплоносителя с исходным материалом, чтобы нагревать указанный образующий технический углерод исходный материал.

30. Способ по п.18, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель, по меньшей мере, частично получает тепло за счет остаточного газа от технического углерода из указанного реактора синтеза технического углерода и/или другого реактора синтеза технического углерода, чтобы нагревать образующий технический углерод исходный материал.

31. Способ по п.18, дополнительно включающий создание некаталитической поверхности на вступающих в контакт с образующим технический углерод исходным материалом стенках указанного, по меньшей мере, одного нагревателя и внутренних стенках, по меньшей мере, одной линии подачи исходного материала, которая подает указанный подогретый образующий технический углерод исходный материал в указанный реактор синтеза технического углерода, где поверхность является некаталитической для крекинга или полимеризации углеводородов.

32. Способ по п.18, в котором указанная подача включает поступление указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала через, по меньшей мере, одну линию подачи исходного материала, который подается в указанный реактор синтеза технического углерода, и указанный способ дополнительно включает периодическое поступление продувочного газа, содержащего окислитель углерода, через, по меньшей мере, одну линию подачи образующего технический углерод исходного материала.

33. Способ по п.18, в котором указанная подача включает поступление указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала через, по меньшей мере, одну линию подачи исходного материала, который подается в указанный реактор синтеза технического углерода, и указанный способ дополнительно включает инжектирование подогретого образующего технический углерод исходного материала в реактор синтеза технического углерода с, по меньшей мере, частичным мгновенным испарением образующего технический углерод исходного материала.

34. Способ по п.18, дополнительно включающий объединение подогретого образующего технический углерод исходного материала и нагретого газового потока в реакторе синтеза технического углерода для непрерывного образования технического углерода в реакторе в течение, по меньшей мере, 12 часов.

35. Способ изготовления технического углерода, включающий:
впуск нагретого газового потока в реактор синтеза технического углерода;
подачу, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала, имеющего первую температуру, составляющую ниже 450°C, по меньшей мере, в один нагреватель;
подогрев указанного, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе до второй температуры, составляющей более чем 450°C, для получения подогретого образующего технический углерод исходного материала, где (а) по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет скорость прохождения через указанный, по меньшей мере, один нагреватель, которая составляет 1 м/с или выше в поперечном сечении с наименьшей площадью на линии перемещения исходного материала в указанном нагревателе, причем скорость представляет собой среднюю скорость, вычисляемую на основании плотности исходного материала, измеренной при 60°C и 1 атм (0,1 МПа), и (b) по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет первый период пребывания исходного материала в указанном нагревателе, составляющий от 10 секунд до 120 минут;
подачу указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала, имеющего указанную температуру выше чем 450°C, по меньшей мере, через одну точку впуска исходного материала в реактор синтеза технического углерода, где указанный подогретый образующий технический углерод исходный материал, имеющий указанную температуру выше чем 450°C, имеет второй период пребывания исходного материала от выпуска из указанного, по меньшей мере, одного нагревателя до точки впуска в указанный реактор синтеза технического углерода, составляющий менее чем 120 минут; и где указанный первый период пребывания исходного материала и указанный второй период пребывания исходного материала в совокупности составляют 120 минут или менее; за счет чего контролируется образование паровой пленки в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе и перед указанной подачей в указанный реактор синтеза технического углерода;
объединение, по меньшей мере, указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала посредством, по меньшей мере, одной точки впуска в указанный реактор синтеза технического углерода с нагретым газовым потоком для получения реакционного потока, в котором происходит образование технического углерода в указанном реакторе синтеза технического углерода; и
извлечение технического углерода в реакционном потоке,
где указанный технический углерод представляет собой печной технический углерод, а указанный реактор синтеза технического углерода представляет собой реактор синтеза технического углерода печного типа, и где указанный образующий технический углерод исходный материал имеет начальную температуру кипения, составляющую от 160°С до 600°C.

36. Способ по п.35, дополнительно включающий сжатие указанного образующего технический углерод исходного материала до давления, составляющего от 20 бар (2 МПа) до 180 бар (18 МПа), перед впуском в указанный, по меньшей мере, один нагреватель.

37. Способ по п.35, дополнительно включающий сжатие указанного образующего технический углерод исходного материала до давления от 30 бар (3 МПа) до 180 бар (18 МПа) перед впуском в указанный, по меньшей мере, один нагреватель.

38. Способ по п.35, дополнительно включающий сжатие указанного образующего технический углерод исходного материала до давления от 40 бар (4 МПа) до 180 бар (18 МПа) перед впуском в указанный, по меньшей мере, один нагреватель.

39. Способ по п.35, в котором указанная скорость составляет, по меньшей мере, 1,6 м/с.

40. Способ по п.35, в котором указанный образующий технический углерод исходный материал включает декантированную нефть (нефтяную эмульсию), продукт на основе каменноугольной смолы, остатки от крекинга этилена, содержащую асфальтены нефть или любое их сочетание.

41. Способ по п.35, в котором указанный подогрев, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала включает нагревание указанного образующего технический углерод исходного материала в указанном нагревателе, который содержит теплообменник, работающий при среднем тепловом потоке, составляющем от 20 кВт/м2 до 150 кВт/м2.

42. Способ по п.35, в котором, по меньшей мере, часть указанного подогрева происходит в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе, тепло в котором по меньшей мере частично обеспечивается теплом, которое производит указанный реактор синтеза технического углерода и/или другой реактор синтеза технического углерода.

43. Способ по п.35, в котором указанный первый период пребывания и указанный второй период пребывания в совокупности составляют менее чем 60 минут.

44. Способ по п.35, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель осуществляет теплообмен, по меньшей мере, с частью указанного реактора синтеза технического углерода.

45. Способ по п.35, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель осуществляет контакт с указанным реакционным потоком в указанном реакторе синтеза технического углерода ниже по потоку относительно тушильной установки, где указанный по меньшей мере один нагреватель включает теплообменник, имеющий стенки, которые с одной стороны нагреваются указанным реакционным потоком, а с противоположной стороны осуществляют контакт с указанным образующим технический углерод исходным материалом.

46. Способ по п.35, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель включает теплообменник, который осуществляет теплообмен с указанным реакционным потоком в указанном реакторе синтеза технического углерода, где текучий теплоноситель, который протекает через теплообменник, нагревается, и нагретый текучий теплоноситель проходит через указанный, по меньшей мере, один нагреватель, расположенный снаружи реактора и осуществляющий теплообмен текучего теплоносителя с исходным материалом, чтобы нагревать указанный образующий технический углерод исходный материал.

47. Способ по п.35, в котором указанный, по меньшей мере, один нагреватель, по меньшей мере, частично получает тепло за счет остаточного газа от технического углерода из указанного реактора синтеза технического углерода и/или другого реактора синтеза технического углерода, чтобы нагревать образующий технический углерод исходный материал.

48. Способ по п.35, дополнительно включающий создание некаталитической поверхности на вступающих в контакт с образующим технический углерод исходным материалом стенках указанного, по меньшей мере, одного нагревателя и внутренних стенках, по меньшей мере, одной линии подачи исходного материала, которая подает указанный подогретый образующий технический углерод исходный материал в указанный реактор синтеза технического углерода, где поверхность является некаталитической для крекинга или полимеризации углеводородов.

49. Способ по п.35, в котором указанная подача включает поступление указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала через, по меньшей мере, одну линию подачи исходного материала, который подается в указанный реактор синтеза технического углерода, и указанный способ дополнительно включает периодическое поступление продувочного газа, содержащего окислитель углерода, через, по меньшей мере, одну линию подачи образующего технический углерод исходного материала.

50. Способ по п.35, в котором указанная подача включает поступление указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала через, по меньшей мере, одну линию подачи исходного материала, который подается в указанный реактор синтеза технического углерода, и указанный способ дополнительно включает инжектирование подогретого образующего технический углерод исходного материала в реактор синтеза технического углерода с, по меньшей мере, частичным мгновенным испарением образующего технический углерод исходного материала.

51. Способ по п.35, дополнительно включающий объединение подогретого образующего технический углерод исходного материала и нагретого газового потока в реакторе синтеза технического углерода для непрерывного образования технического углерода в реакторе в течение, по меньшей мере, 12 часов.

52. Способ изготовления технического углерода, включающий:
впуск нагретого газового потока в реактор синтеза технического углерода;
подачу, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала, имеющего первую температуру, составляющую ниже 400°С, по меньшей мере, в один нагреватель при первом давлении, составляющем более чем 10 бар (1 МПа);
подогрев указанного, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе до второй температуры, составляющей более чем 400°С, для получения подогретого образующего технический углерод исходного материала, где (а) по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет второе давление в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе, которое является таким же или более низким, чем указанное первое давление, при вычислении на основе предположения об одной и той же площади поперечного сечения, в которое исходный материал входит, имея первое давление и имея второе давление, и (b) по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет первый период пребывания исходного материала в указанном нагревателе, составляющий менее чем 120 минут;
подачу указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала, имеющего указанную температуру выше чем 400°C, по меньшей мере, через одну точку впуска исходного материала в реактор синтеза технического углерода, где указанный подогретый образующий технический углерод исходный материал, имеющий указанную температуру выше чем 400°C, имеет второй период пребывания исходного материала от выпуска из указанного, по меньшей мере, одного нагревателя до непосредственно точки впуска в указанный реактор синтеза технического углерода, составляющий менее чем 120 минут; и где указанный первый период пребывания исходного материала и указанный второй период пребывания исходного материала в совокупности составляют 120 минут или менее; где подача указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала при температуре выше чем 400°C при указанном давлении регулирует образование паровой пленки в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе и перед указанной подачей в указанный реактор синтеза технического углерода; и
объединение, по меньшей мере, указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала посредством, по меньшей мере, одной точки впуска в указанный реактор синтеза технического углерода с нагретым газовым потоком для получения реакционного потока, в котором происходит образование технического углерода в указанном реакторе синтеза технического углерода; и
извлечение технического углерода в реакционном потоке,
где указанный технический углерод представляет собой печной технический углерод, а указанный реактор синтеза технического углерода представляет собой реактор синтеза технического углерода печного типа, и где указанный образующий технический углерод исходный материал имеет начальную температуру кипения, составляющую от 160°C до 600°C.

53. Способ изготовления технического углерода, включающий:
впуск нагретого газового потока в реактор синтеза технического углерода;
подачу, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала, имеющего первую температуру, составляющую ниже 300°C, по меньшей мере, в один нагреватель при первом давлении, составляющем более чем 10 бар (1 МПа);
подогрев указанного, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе до второй температуры, составляющей более чем 300°C, для получения подогретого образующего технический углерод исходного материала, где, по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет i) второе давление в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе, которое является приблизительно таким же или более низким, чем указанное первое давление, и ii) по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет скорость в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе, которая составляет 1 м/с или выше в поперечном сечении с наименьшей площадью на линии перемещения исходного материала в указанном нагревателе, причем скорость представляет собой среднюю скорость, вычисляемую на основании плотности исходного материала, измеренной при 60°C и 1 атм (0,1 МПа), и где i) вычисляют на основании одной и той же площади поперечного сечения, в которое исходный материал входит, имея первое давление и имея второе давление; и
подачу указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала, имеющего указанную температуру выше чем 300°С, по меньшей мере, через одну точку впуска исходного материала в реактор синтеза технического углерода; где подача указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала при температуре выше чем 300°C при указанном давлении регулирует образование паровой пленки в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе и перед указанной подачей в указанный реактор синтеза технического углерода; и
объединение, по меньшей мере, указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала посредством, по меньшей мере, одной точки впуска в указанный реактор синтеза технического углерода с нагретым газовым потоком для получения реакционного потока, в котором происходит образование технического углерода в указанном реакторе синтеза технического углерода; и
извлечение технического углерода в реакционном потоке,
где указанный технический углерод представляет собой печной технический углерод, а указанный реактор синтеза технического углерода представляет собой реактор синтеза технического углерода печного типа, и где указанный образующий технический углерод исходный материал имеет начальную температуру кипения, составляющую от 160°C до 600°C.

54. Способ по п.1, в котором указанный подогрев и указанная подача осуществляется при отсутствии выходного перепада давления на основе стационарных рабочих условий.

55. Способ изготовления технического углерода, включающий:
впуск нагретого газового потока в реактор синтеза технического углерода;
подачу, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала, по меньшей мере, в один нагреватель;
подогрев указанного, по меньшей мере, одного образующего технический углерод исходного материала в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе до температуры, составляющей более чем 300°C, для получения подогретого образующего технический углерод исходного материала, где (а) по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет скорость прохождения через указанный, по меньшей мере, один нагреватель, которая составляет 1 м/с или выше в поперечном сечении с наименьшей площадью на линии перемещения исходного материала в указанном нагревателе, причем скорость представляет собой среднюю скорость, вычисляемую на основании плотности исходного материала, измеренной при 60°C и 1 атм (0,1 МПа), и (b) по меньшей мере, один образующий технический углерод исходный материал имеет первый период пребывания исходного материала в указанном нагревателе, составляющий менее чем 120 минут;
подачу указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала, имеющего указанную температуру выше чем 300°C, по меньшей мере, через одну точку впуска исходного материала в реактор синтеза технического углерода, где указанный подогретый образующий технический углерод исходный материал, имеющий указанную температуру выше чем 300°C, имеет второй период пребывания исходного материала от выпуска из указанного, по меньшей мере, одного нагревателя до непосредственно точки впуска в указанный реактор синтеза технического углерода, составляющий менее чем 120 минут; и где указанный первый период пребывания исходного материала и указанный второй период пребывания исходного материала в совокупности составляют 120 минут или менее;
где указанный подогретый образующий технический углерод исходный материал при температуре выше чем 300°C находится при достаточном давлении для регулирования образования паровой пленки в указанном, по меньшей мере, одном нагревателе и перед указанной подачей в указанный реактор синтеза технического углерода; и
объединение, по меньшей мере, указанного подогретого образующего технический углерод исходного материала посредством, по меньшей мере, одной точки впуска в указанный реактор синтеза технического углерода с нагретым газовым потоком для получения реакционного потока, в котором происходит образование технического углерода в указанном реакторе синтеза технического углерода; и
извлечение технического углерода в реакционном потоке,
где указанный технический углерод представляет собой печной технический углерод, а указанный реактор синтеза технического углерода представляет собой реактор синтеза технического углерода печного типа, и где указанный образующий технический углерод исходный материал имеет начальную температуру кипения, составляющую от 160°C до 600°C.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в химической, нефтехимической, резинотехнической, полиграфической, лакокрасочной отраслях промышленности. Сжигают богатую смесь углеводородного газа-топлива с воздухом при значении коэффициента избытка воздуха α=(1…1,2)αCOmax≈0,7…0,9.

Изобретение относится к многостадийной термической обработке резиновых отходов, в частности отходов шин. Изобретение касается способа многостадийной термической обработки резиновых отходов для извлечения углеродной сажи, включающего этапы транспортировки твердого материала в виде гранулированного продукта, полученного из резиновых отходов, в три различные последовательно расположенные зоны нагрева, находящиеся в реакторе (10).

Изобретение относится к технологии переработки органических отходов и может быть применено в химической и резинотехнической промышленности. В реакторе разлагают резиновые отходы.

Изобретение относится к переработке промышленных и бытовых отходов. Устройство для получения сажи из резиновых отходов включает реактор пиролиза 5, систему выгрузки твердых продуктов, средство вывода газов пиролиза, кожухотрубный теплообменник 13, приемное устройство твердых продуктов пиролиза, конденсатор 26 газов пиролиза, средство 16 вывода дымовых газов.

Изобретение относится к технологии получения чистых наноразмерных углеродных материалов при переработке углеводородного сырья и может найти применение в нефтехимической и строительной промышленности, в композитных материалах, резинах, в качестве сорбентов.

Изобретение относится к нефтехимии. .
Изобретение относится к составам, предназначенным для поглощения инфракрасного излучения, генерируемого внешними источниками электромагнитных волн инфракрасного спектра, и инфракрасного излучения, исходящего собственно от объекта. Cостав для пропитки текстильных изделий содержит следующие компоненты (в объемных %): жидкие углеводороды минерального, полусинтетического, синтетического происхождения технического назначения в виде всесезонных моторных масел или жидкие углеводороды растительного происхождения пищевого назначения в виде пищевых растительных масел - 99%; пигмент-краситель - сажа, в виде монохромного, черного, немагнитного, механического тонера, который равномерно распределен в среде указанных выше жидких углеводородов, - 1%. Обеспечивается повышение поглощения инфракрасного излучения при облучении объекта электромагнитными волнами инфракрасного спектра.

Изобретение предназначено для химической промышленности и может быть использовано при изготовлении резиновых шин с высокими эксплуатационными характеристиками. Углеродную сажу обрабатывают серосодержащим соединением, выбранным из группы, состоящей из сульфата натрия, сульфида натрия, сульфита натрия, полисульфида натрия, тиосульфата натрия, сульфата щелочного металла, сульфита щелочного металла, сульфида щелочного металла, сульфата щелочноземельного металла, сульфита щелочноземельного металла, сульфида щелочноземельного металла и их смесей. Количество серосодержащего соединения составляет 0,005-1% от количества углеродной сажи. Обработку проводят путём заливки, распыления, впрыскивания, дисперсии или диффузии. Полученная поверхностно-модифицированная углеродная сажа при соединении с полимерным составом снижает его гистерезис по меньшей мере на 1% и обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик за счёт уменьшения теплообразования. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.
Наверх