[發明專利]炭黑生成系統

在審

• 申請號: 201680020070.0
• 申請日: 2016-02-01
• 公開（公告）號: CN107709474A
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發明（設計）人: N·J·哈德曼;R·W·泰勒;R·J·漢森;P·L·約翰遜
• 申請（專利權）人: 巨石材料公司
• 主分類號: C09C1/48
• 分類號: C09C1/48;C09C1/56
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙)11277
• 代理人: 劉新宇,李茂家

相關申請的交叉參考

本申請要求2015年2月3日遞交的臨時專利申請No.62/111,346的權益和優先權，其公開的內容通過引用并入本文中。

技術領域

本發明通常屬于的技術領域是利用電能來實現化學變化的方法和設備的技術領域。

背景技術

許多年來有很多可以使用和一直使用的工藝用來生產炭黑。許多年來用于生產該炭黑的能源已在很大程度上與用于將含有碳氫化合物的材料轉化成炭黑的原材料緊密地連接。精煉殘油和天然氣一直是用于生產炭黑的資源。舉例來說，在諸如炭黑生產等的化學工藝中，能源已經隨著時間從簡單的燃燒發展到油爐、發展到等離子體。如在所有的制造中，不斷在尋找更有效率和更有效的方式來生產此類產品。改變能源的流量和其它條件、改變原材料的流量和其它條件、增加生產的速度、增加產量、減少制造設備磨耗特性等均一直是并且繼續是許多年來此尋求的一部分。

本文說明的系統滿足了上述挑戰，并且還獲得了更有效率的和更有效的制造工藝。

發明內容

描述封閉的顆粒生成反應器(enclosed particle generating reactor)，其包括與包含碳氫化合物注入器的反應器部連接的、含有一組以上的等離子體生成電極的等離子體生成部，反應器部的內部尺寸在等離子體生成電極的下游減小至少10％，碳氫化合物注入器位于反應器尺寸減小最大的位置或者在等離子體生成電極的更遠的下游處。

另外的實施方案包括：上述反應器中，反應器部的內部尺寸在等離子體生成電極的下游減小至少20％；上述反應器中，反應器部的內部尺寸在等離子體生成電極的下游減小至少30％；上述反應器中，反應器部的內部尺寸在等離子體生成電極的下游減小至少40％；上述反應器還包括與反應器連接的熱交換器，與熱交換器連接的過濾器，與過濾器連接的脫氣設備，與脫氣設備連接的造粒機，與造粒機連接的粘結劑混合槽，和與造粒機連接的干燥機的一種以上。可選地，作為其它部件的非限制性實例，可以添加輸送工藝、工藝過濾器、旋風分離器、分級機、或者錘磨機。

還描述了一種在封閉的顆粒生成反應器中制造炭黑顆粒的方法，其包括在反應器中用等離子體生成電極生成包含至少60體積％氫的等離子體；反應器的內部尺寸在等離子體生成電極的下游減小至少10％；在反應器尺寸減小最大的位置或者從等離子體生成電極的更遠的下游處注入碳氫化合物以形成炭黑顆粒。

另外的實施方案包括：在上述方法中，反應器部的內部尺寸在等離子體生成電極的下游減小至少20％；在上述方法中，反應器部的內部尺寸在等離子體生成電極的下游減小至少30％；在上述方法中，反應器部的內部尺寸在等離子體生成電極的下游減小至少40％；在上述方法中，將以焦耳計而測量的由等離子體產生的至少50％的熱量在500毫秒以下的時間內傳遞至碳氫化合物；在上述方法中，基于碳顆粒產品的質量，以大于200kg/hr的速度供給碳氫化合物；在上述方法中，以產物碳的摩爾數對反應物碳的摩爾數而測量的基于注入反應器的碳氫化合物總量的炭黑的產率為大于80％；在上述方法中，使注入的碳氫化合物裂解使得經由共價鍵原始地化學連接至碳氫化合物的至少80摩爾％含量的氫同原子地(homoatomically)鍵合成雙原子氫；在上述方法中，通過由等離子體產生的熱量使碳氫化合物在反應器中經受至少約1000℃但不超過約3500℃；在上述方法中，以每立方米電極生產大于約70噸炭黑的比率消耗電極；在上述方法中，同心地配置電極，并且內電極與外電極的表面區域減少的比例在等離子體生成期間保持恒定；在上述方法中，進一步包括使用約20毫特斯拉至約100毫特斯拉的通過將磁場施加至電極產生的旋轉電弧放電；在上述方法中，反應器的生產量大于3千噸/年，氫的流量為至少500Nm³/hr(標準立方米/小時)，碳氫化合物的流量為至少675Nm³/hr；在上述方法中，碳氫化合物為甲烷、乙烷、或丙烷、或者其混合物；在上述方法中，生產的炭黑在其孔中包含高濃度的可燃氣體，該可燃氣體隨后通過用非活性氣體置換而除去，從而使炭黑在下游設備中安全處理。