專利名稱：使用預(yù)熱原料的炭黑生產(chǎn)方法以及用于該方法的裝置的制作方法
專利說明在本發(fā)明的開發(fā)中，結(jié)垢已經(jīng)被確定為在炭黑生產(chǎn)中使用高溫原料的主要技術(shù)障礙。在不希望受到任何特定理論的限制的情況下，在高的原料溫度下的炭黑原料中的有機(jī)結(jié)垢可能的原因是歸因于至少兩種結(jié)垢機(jī)理膜態(tài)沸騰和浙青質(zhì)引起的結(jié)焦。在膜態(tài)沸騰結(jié)垢中，據(jù)認(rèn)為，原料蒸發(fā)并形成蒸氣膜，該蒸氣膜能夠阻止熱傳遞(即臨界熱通量)，其中蒸氣膜過熱并在氣相熱解反應(yīng)中引起結(jié)焦的形成。浙青質(zhì)通常是在原油中出現(xiàn)的成分，并且其還以不同的濃度來至少部分地夾帶到各種炭黑原料中，其在高溫(例如>300°C )下使用，將會造成結(jié)垢風(fēng)險。在浙青質(zhì)引起的結(jié)焦中，據(jù)認(rèn)為，在原料中的浙青質(zhì)可能經(jīng)過液相熱解，其中浙青質(zhì)當(dāng)暴露于熱裂化溫度中時變得熱不穩(wěn)定、直到自由基形式，而且結(jié)合以形成高分子量且不溶的結(jié)焦。例如，高原料溫度可能會導(dǎo)致在原料中的長鏈分子斷裂形成高度反應(yīng)活性的化合物，其將聚合并結(jié)垢。任其發(fā)展，更高的原料溫度會傾向于在原料中引起浙青質(zhì)的聚集和沉淀出來到原料加熱器和供給管線的表面上。其它有機(jī)結(jié)垢機(jī)理可能被高溫原料操作所促進(jìn)，例如，取決于原料供給管線材料，可由鐵或鎳催化的烴熱裂化反應(yīng)所引起的催化結(jié)焦。原料中的共軛烯烴的聚合(例如，由在內(nèi)管表面上的金屬如鐵、鎳等所促迸)也被認(rèn)為是結(jié)焦的潛在原因，這取決于原料的化學(xué)性質(zhì)。例如以上所述的不溶的結(jié)焦或其它有機(jī)結(jié)垢，如果它們被容許發(fā)生在炭黑生產(chǎn)方案中，則將會使原料沉積出來到原料供給管線和反應(yīng)器注入器的內(nèi)壁上而且累積至堵塞管線，從而打亂了炭黑生產(chǎn)的維護(hù)和/ 或維修。本發(fā)明將抗結(jié)垢方法與高溫原料操作進(jìn)行組合，以降低這樣的熱引發(fā)的原料管線結(jié)垢的風(fēng)險，否則其將會妨礙炭黑的穩(wěn)定持續(xù)生產(chǎn)。如由本發(fā)明所決定的，當(dāng)在原料的預(yù)熱期間相比于在加熱器入口處的壓力在離開加熱器的壓カ上有快速的壓カ降的時候，出現(xiàn)結(jié)焦的信號。通常，當(dāng)將在加熱器入口處的壓力與離開該加熱器的原料的壓カ相比時，由于原料在管線中的摩擦，因此，存在正常的壓カ降。然而，如在本發(fā)明的開發(fā)中所觀測到的，失控的壓力降是結(jié)焦高度可能出現(xiàn)或?qū)⒊霈F(xiàn)的信號。更詳細(xì)地，一旦穩(wěn)定狀態(tài)操作已經(jīng)進(jìn)行并且原料以所需的速率/參數(shù)流經(jīng)加熱器，則離開加熱器的原料的一致或相當(dāng)一致的壓カ被建立，而且，如上所述，該壓力典型地低于加熱器入口壓力，這歸因干與原料的摩擦力。然而，當(dāng)蒸氣膜出現(xiàn)和/或結(jié)焦開始出現(xiàn)時，快速或失控的壓力降出現(xiàn)在用于將原料離開加熱器出口的加熱器出口壓カ上。一旦進(jìn)行穩(wěn)定狀態(tài)操作，2%或更多的在壓カ降上的變化可以是蒸氣形成的標(biāo)志而且這將會導(dǎo)致結(jié)焦。2%或更多，3%或更多，5%或更多，7%或更多，10%或更多，15%或更多，20%或更多，例如2%到20%或更多的失控壓カ降標(biāo)志著蒸氣的形成而且這將會很有可能導(dǎo)致結(jié)焦。作為ー個更加具體的實(shí)例，可以有用于將原料送入加熱器的加熱器入口壓カX，而且，一旦已經(jīng)達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)操作，則加熱器的出口壓カ(即離開加熱器的原料的壓力)能夠具有從X到(0·8)Χ的壓力，而且，在非結(jié)焦操作過程中，該壓カ將會在穩(wěn)定狀態(tài)操作期間被基本上維持在這ー較低的壓カ下。當(dāng)然，如果炭黑制造エ藝的參數(shù)被修改的話，則該壓カ可以由于在參數(shù)上的變化而導(dǎo)致再次改變。然而，在實(shí)施例中，已經(jīng)達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)操作，因此離開加熱器的壓力將會被基本上以小的波動(+/-0%到1.9%)來維持。在穩(wěn)定狀態(tài)操作過程中，如果離開加熱器的原料的壓カ(或者在進(jìn)入炭黑反應(yīng)器之前的壓力)的下降超過2%(例如以上所述的下降百分比)，這將會是失控的壓カ降，其意味著蒸氣形成在原料管線中而且結(jié)焦將極有可能發(fā)生。本發(fā)明的方法為炭黑生產(chǎn)提供了避免形成蒸氣膜(例如避免形成阻塞傳遞的蒸氣膜)和/或失控的壓力降的方法，而且，避免蒸氣膜的形成的明確說明是避免了如本文所示的失控的壓力降。作為進(jìn)ー步實(shí)例，在穩(wěn)定狀態(tài)操作過程中的失控的壓力降可以是2%或更多的壓カ變化，其能夠出現(xiàn)的時間范圍為15秒到I小時、或30秒到30分鐘或者I分鐘到10分鐘，而且這通過本發(fā)明方法避免。適用于本發(fā)明的炭黑制造的結(jié)垢控制策略能夠在原料供給管線的內(nèi)壁上降低或防止結(jié)焦率或其它結(jié)垢沉積率，能夠在原料供給管線的內(nèi)壁上除去沉積的結(jié)焦或其它結(jié)垢、或以上兩者。在運(yùn)載被加熱到大于約300°C的原料的原料供給管線中的結(jié)垢率能夠通過ー個或多個下列方法來降低或防止使用更高的原料壓力，使用更高的原料速度，降低原料加熱器的熱通量容量，將原料供給管線(包括在原料加熱器中的那些)用非催化性材料的表面層進(jìn)行內(nèi)村，降低原料在高溫部分的停留時間，或這些方法的任意組合。如所示的，從原料供給管線中去除結(jié)焦能夠用作在本發(fā)明中對結(jié)垢進(jìn)行控制的另ー個或附加的方法。結(jié)焦沉積物，如果它們出現(xiàn)在供給管線中，則能夠例如通過周期性地使用吹掃氣體或流體(如用于碳的氧化劑)吹掃原料管線來去除。原料管線可以經(jīng)歷用于結(jié)焦去除的剝落清洗或機(jī)械清洗。 對于這些所使用的抗結(jié)垢方法的任意組合，目的可以是最小化在原料供給管線中所發(fā)生的凈結(jié)垢率(即結(jié)焦沉積的比率扣除任何實(shí)施的去結(jié)焦(結(jié)焦去除)的比率)。預(yù)熱的炭黑生產(chǎn)原料能夠被連續(xù)地引入到反應(yīng)器中來在反應(yīng)器中按照穩(wěn)定的方式且在沒有干擾的情況下(例如在沒有結(jié)垢堵塞原料供給管線的情況下)形成炭黑，持續(xù)時間例如為至少約12小時、或至少18小時、或者至少約24小時、或者至少約30小時、或更多(例如12個小時到8個月或更多、12個小時到6個月、12個小時到3個月、20個小時到I個月)。在提供的穩(wěn)定操作模式中且沒有原料結(jié)垢的情況下，與常規(guī)的原料溫度(低于300°C )相比，當(dāng)原料被預(yù)熱到500°C時，本發(fā)明方法的估算的原材料成本節(jié)約(例如基于在實(shí)施例中所示的模型的估算的原材料成本節(jié)約)是超過10%，和當(dāng)原料被預(yù)熱到700°C時，本發(fā)明方法的估算的原材料成本節(jié)約是超過20%。本發(fā)明也有兩個另外的益處。一個是產(chǎn)率提高機(jī)理，其歸因于在熱解過程中的預(yù)成形種子。產(chǎn)率提高的第二機(jī)理是由于原料在炭黑反應(yīng)器中在沒有冷卻的周圍氣體的情況下的自閃蒸而導(dǎo)致的。而且，本發(fā)明的抗結(jié)垢策略并不要求化學(xué)添加剤，化學(xué)添加劑會是不經(jīng)濟(jì)的和/或是與炭黑エ藝或產(chǎn)品不相容的。如所示的，原料能夠通過使用本發(fā)明的結(jié)垢控制方法來加熱至大于約300°C的溫度、或其它超過500°C的溫度。由于本發(fā)明的進(jìn)步，原料溫度可以是，例如，至少310°C、至少350°C、至少375°C、至少400°C、至少425°C、至少約450°C、或者至少約500°C、或者至少約550° C、或者至少約600° C、或者至少約650°C、或者至少約700°C、或者至少約750°C、或者至少約800°C、至少850°C、或從約305°C到約850°C、或從約350°C到約850°C、或從約450 V到約750 V、或從約450 V到約700 V、或從約500 V到約750 V、或從約500 V到約700°C。該原料溫度是炭黑形成原料剛好在離開至少ー個用來預(yù)熱原料的加熱器以后和/或剛好在被引入到炭黑反應(yīng)器中之前的溫度。在這方面的原料溫度能夠沿原料供給管線在ー個或多個位置處進(jìn)行測量或感測，該原料供給管線是從原料溫度已被升高至超過約300°C的值的端點(diǎn)處到供給管線的出料端，在該出料端，原料被引入到反應(yīng)器中。該原料供給管線包括在原料加熱器內(nèi)的在原料溫度已經(jīng)被升高至超過約300°C的值的位置處及其后以及在輸送到另外的從通向反應(yīng)器的原料加熱器延伸的供給管線部分之前的任何長度的管道。作為選擇，預(yù)熱原料的溫度在預(yù)熱原料供給管線中可具有的最小絕對值不小于301°C，和/或作為選擇，在預(yù)熱的原料供給管線中的溫度的最大可變性可以是，例如，±20%或土 10%或±5%或±2. 5%或土 1%或±0. 5%，考慮到沿著原料供給管線的所有點(diǎn)。這些表明了原料溫度能夠與在本文中所述的各種結(jié)垢控制的エ藝變量相組合來使用。至少部分地，使用所述原料速度的結(jié)垢控制可以包括以此速度向加熱器的原料供給和/或通過預(yù)熱原料的加熱器和/或通過通向反應(yīng)器的原料供給管線。該速度可以是，例如，至少約O. 2m/秒，或者至少約O. 5m/秒，或至少約Im/秒，或至少約I. 6m/秒，或至少約2m/秒，或至少約3m/秒，或從約O. 2m/秒到約IOm/秒，或從約Im/秒到約7m/秒，或從約I. 5m/秒到3m/秒,或從約2m/秒到約6m/秒,或從約3m/秒到約5m/秒。原料速度是相對于管道或其它供給管線結(jié)構(gòu)的縱軸而言的線性速度。原料速度(第一速度)在引入到預(yù)熱原料的加熱器中的位置處來測量。通過至少一個加熱器和/或在離開至少ー個加熱器之后的原料速度可以是與第一速度相同或不同的，并且例如可以是更大的(例如更大至少1%，更大至少2%，更大至少3%，更大至少5%，更大至少7%，更大至少10%，更大至少100%，更大至少200%，例如更大1%到300%、或更大50%到200%等)。速度的測量或計算是基于在60°C、I大氣壓下測得的原料密度和基于所測量的在原料管線中所存在的最小橫截面積。該原料供 給管線可以包括在原料加熱器內(nèi)的在原料溫度已經(jīng)被升高至超過約300°C的值的位置處和/或其后以及在輸送到另外的從通向反應(yīng)器的原料加熱器延伸的供給管線部分之前的任何長度的管道。例如，原料速度在原料供給管線中可具有的最小絕對值不小于O. 2m/秒，和/或作為選擇，在原料供給管線中的原料速度的最大可變性可以是，例如，±20%或±10%或±5%或±1%或±0. 5%，考慮到沿著原料供給管線的所有點(diǎn)。至少部分地使用原料加壓的結(jié)垢控制可以包括，例如，將炭黑生產(chǎn)原料加壓到大于約10巴、或大于約20巴、或大于約30巴，或大于約40巴、或大于約50巴、或從約10到約180巴、或從約20到約180巴、或從約40到約180巴、或從約50到約180巴或更多的壓力。在本文中的原料壓カ給定為絕對壓力。壓カ(第一壓力)是在引入到預(yù)熱用加熱器之前的位置處所測量的壓力。通過至少一個預(yù)熱原料的加熱器和/或之后到反應(yīng)器的至少ー個引入點(diǎn)中的壓カ可以是與第一壓カ相同或不同的，例如低于第一壓カ(例如更低至少1%，更低至少2%，更低至少3%，更低至少5%，更低至少7%，更低至少10%，更低至少15%，更低至少20%，例如更低1%到25%、或更低3%到20%等)。表壓測量應(yīng)該以已知的方式來調(diào)整至絕對數(shù)值以使得其與在本文中所示的范圍進(jìn)行對比。原料壓カ能夠沿原料供給管線在一個或多個位置處來進(jìn)行測量或感測，該原料供給管線是從原料溫度已被升高至超過約300°C的值的端點(diǎn)處到供給管線的出料端，在該出料端，原料被引入到反應(yīng)器中。該原料供給管線可以包括在原料加熱器內(nèi)的在原料溫度已經(jīng)被升高至超過約300°C的值的位置處及其后以及在輸送到另外的從通向反應(yīng)器的原料加熱器延伸的供給管線部分之前的任何長度的管道。對于結(jié)垢控制而言，壓カ能夠與原料溫度成正相關(guān)趨勢。例如，10巴的原料壓カ可以是足以在300°C的原料溫度下控制結(jié)垢，而如果原料溫度被提高到500°C，則超過10巴的提高的壓カ(例如20巴或更多)對于提供相同水平的結(jié)垢控制會是更加有用的，所有其它情況不變?？梢赃\(yùn)用使用低的總原料停留時間的結(jié)垢控制。總原料停留時間可以是花費(fèi)在至少ー個預(yù)熱用加熱器中的組合的時間，其包括預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料在引入到反應(yīng)器之前所花費(fèi)的時間。該總停留時間可以是，例如，低于約120分鐘，或低于約90分鐘，或低于約60分鐘，或低于約45分鐘，或低于約30分鐘，或低于15分鐘，或低于10分鐘，或低于5分鐘，或低于4分鐘,或低于3分鐘,或低于2分鐘,或低于I分鐘，或低于30秒,或低于15秒,或從約1/60分鐘到約120分鐘，或從約O. 5分鐘到約120分鐘，或從約I分鐘到約90分鐘，或從約2分鐘到約60分鐘，或從約3分鐘到約45分鐘，或從約4分鐘到約30分鐘，或從5到30分鐘，或從5到40分鐘，或從10到30分鐘，或從約5分鐘到約15分鐘。該停留時間可以是平均值或最大值或最小值。原料停留時間能夠從原料溫度已經(jīng)被升高至超過約300°C的值的點(diǎn)到原料被引入到反應(yīng)器中的點(diǎn)來測定。停留時間能夠與原料溫度成反相關(guān)趨勢。例如，最多約120分鐘的原料停留時間，可耐受在310°C的原料溫度，沒有結(jié)垢問題，而如果原料溫度増加到500°C，則停留時間需要優(yōu)選降低到低于120分鐘以提供相同水平的結(jié)垢控制，所有其它情況不變。在原料的預(yù)熱期間(例如，在原料加熱器中)的結(jié)垢控制，可以包括例如按照大于約10kW/m2、或大于約20kW/m2、或大于約30kW/m2、或大于約50kW/m2、或大于約100kW/m2、或從約10kW/m2到約150kW/m2 (或更大)、或從約20到約150kW/m2、或從約30到約100kW/m2、或從約40到約75kW/m2、或從約50到約70kW/m2的平均熱通量操作的加熱器的使用。在較高的熱通量下的操作可以被視為是ー種結(jié)垢控制措施，因?yàn)檩^高的熱通量導(dǎo)致炭黑產(chǎn)生原料升溫更快和/或允許在加熱器中有更短的停留時間，因?yàn)檫_(dá)到目標(biāo)預(yù)熱溫度需要更少的 時間。至少部分地，使用對于烴在原料供給管線的原料接觸內(nèi)壁上的裂化(例如熱裂化)和/或聚合而言是非催化性表面的結(jié)垢控制能夠包括例如保護(hù)內(nèi)襯如陶瓷內(nèi)襯(例如ニ氧化硅、氧化鋁、氧化鉻)的一個或多個層。使用吹掃氣體通過原料供給管線的周期性的在線供給的結(jié)垢控制可包括將用于碳的氧化劑(例如CO2、氧氣、蒸汽、蒸汽和空氣混合物)在沿著原料管線的可達(dá)位置處注入到原料供給管線中。吹掃氣體可以以150°c或更高或超過300°C的溫度來引入到任何液態(tài)原料的泵送裝置的下游。通過吹掃線的蒸汽速度可以是例如至少約6m/秒。任何死腿(deadleg)原料可以被消除，以使得該吹掃立即將全部的原料吹入反應(yīng)器中。吹掃氣體需要被引入在原料加熱器的上游以進(jìn)一步確保所有暴露于超過300°C的エ藝溫度中的供給管線被處理。如所示的，通過從原料管線中將結(jié)焦去除的結(jié)垢控制可以包括例如剝落或機(jī)械刮肖れ例如，剝落可以涉及冷卻結(jié)焦包覆的在線管道，以使得至少ー些沉積在該管道的內(nèi)部上的結(jié)焦被剝落或當(dāng)該管道在冷卻過程中在尺寸上收縮時以其它方式從內(nèi)管壁上脫離。松脫的結(jié)焦能夠被清洗出管道，和該剝落過的管道準(zhǔn)備再次使用。在剝落期間，通過裝置上所提供的反應(yīng)器的備用的ー個或多個在線進(jìn)料管線，原料可以例如通過使用閥從待剝落的管道改道。一旦經(jīng)過清洗，則剝落后的管道準(zhǔn)備再次使用。另ー種將沉積的結(jié)焦清洗出原料管道的方法可以包括，將機(jī)械刮刀通過管道移動來以機(jī)械方式從管道的內(nèi)部中除去結(jié)焦。在機(jī)械刮削期間，在被離線進(jìn)行清洗的管道暫停服務(wù)的時間內(nèi)，通過裝置上所提供的反應(yīng)器的一個或多個備用的在線進(jìn)料管線，原料可以例如通過使用閥來改道。剝落和/或機(jī)械刮削(如果使用的話)可以在原料供給管線上周期性地進(jìn)行。能夠使用利用本發(fā)明的結(jié)垢控制來在高溫下進(jìn)行處理的炭黑產(chǎn)生原料通?？梢园ㄈ魏卧谔亢谏a(chǎn)中是有用的烴液體或油原料。合適的液體原料包括，例如，不飽和烴，飽和烴，烯烴，芳烴，和其它烴如煤油，萘，萜烯，こ烯焦油(ethylene tar)，煤焦油，裂化殘留物和芳族循環(huán)油，或它們的任意組合。原料可以是，例如，澄清油、煤焦油產(chǎn)物、こ烯裂化器殘留物、含浙青質(zhì)的油，或它們的任意組合。原料類型可影響結(jié)垢特性。在不同原料類型之間和/或在ー種原料類型之內(nèi)，化學(xué)性質(zhì)可能有所不同。例如，基于經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，澄清油、焦化油、煤焦油和こ烯裂化器殘留物全部能夠在高于約300°C的各種溫度下結(jié)垢。例如，こ烯裂化器殘留物(ECR)在浙青質(zhì)中可以是相對高的。其它原料類型也可以包含浙青質(zhì)和/或具有符合其它結(jié)垢機(jī)理的化學(xué)性質(zhì)。原料的浙青質(zhì)含量可以是，例如，從0%到約30重量％，或至少約O. 5重量％，或至少約I重量％,或至少約2重量％,或至少約3重量％,或從約1%到約10重量％,或從約2%到約7. 5重量％，或從約2. 5%到約5重量％，基于總的原料重量。原料可具有的初沸點(diǎn)，例如，為約160°C -約500 V，或從約180 V到約450 V，或從約200 V到約400 V，或從225 V到約350°C。初沸點(diǎn)是指(原料的)第一原料組分蒸發(fā)的溫度。原料可具有的中沸點(diǎn)，例如，為從約380 V到約800 V，或從約400 V到約500 V，或從約425 °C到約475 °C，或從440 V 到約460°C。中沸點(diǎn)是指50%的原料組分已經(jīng)蒸發(fā)的溫度。原料可具有的終沸點(diǎn)，例如，為從約600°C到約900°C，或從約625°C到約725°C，或從約650°C到約700°C，或從670°C到約690°C。終沸點(diǎn)是指100%的原料組分已經(jīng)蒸發(fā)的溫度?？梢詰?yīng)用其它初、中和/或終沸點(diǎn)，這取決于原料的選擇及化學(xué)性質(zhì)。結(jié)垢控制エ藝變量的組合的示例性的范圍給出在表I中。表I
組合編號1234567
預(yù)熱溫度。C>iOU 360-850 >450 、UU 360-700 450-700 400-600
最大(I)停留時間，分鐘 120 120-1/60 120-1/60 45 40-530-535-10
_速度(2)最小，m/s__0.2 _ 0.2 _ 0.2 _ I _ 1.6 _ 1.6__1.6 _
壓カ(3),巴>10 >2020-180 MU >2030-180 30-120
平均熱通量，kW/m2 _>10 . >2020-150 >10 >2020-150 25-100
_原料類型_澄清油、_煤焦油產(chǎn)物、ECR、_含瀝青盾的油_
初沸點(diǎn)中沸點(diǎn)終沸點(diǎn)
原料沸點(diǎn)溫度，て160-500380-800600-900
結(jié)焦機(jī)理__膜態(tài)沸騰_液相熱解_催化_
緩解措施壓力，速度，熱通量溫度，停留時間，壓カ 表面銑化結(jié)焦去除_除焦蒸汽或蒸汽/空氣；剝落(在線)；機(jī)械(離線)_(I)在反應(yīng)器之前預(yù)熱原料(2)通過加熱器，基于在I大氣壓下60°C的試驗(yàn)條件(3)在加熱器之前鑒于在本文中所提供的上述的和其它的指導(dǎo)，用于給預(yù)熱的原料供給管線提供結(jié)垢控制的エ藝變量的合適的組合能夠由本領(lǐng)域技術(shù)人員以直接的方式所確定。本發(fā)明的方法能夠使用的爐法炭黑反應(yīng)器具有例如在本文中所涉及的改變和改迸。例如，本發(fā)明的方法能夠在模塊化(也稱為“分段式”)的爐法炭黑反應(yīng)器中實(shí)施。能夠改變或改進(jìn)以實(shí)施本發(fā)明的分段式爐法反應(yīng)器顯示在例如美國專利No. 3，922，335 ；4，383，973 ;5，190，739 ;5，877，250 ;5，904，762 ;6，153，684 ;6，156，837 ;6，403，695 ；和
6,485, 693B1中，它們的全部內(nèi)容均在此全文引入作為參考。作為選擇，由本發(fā)明提供的結(jié)垢控制能夠允許至少一部分的原料預(yù)熱通過將原料用由爐法反應(yīng)器從該反應(yīng)器的ー個或多個位置上所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行加熱來完成。該益處將參照若干附圖在下列討論中進(jìn)行說明。本發(fā)明還涉及炭黑生產(chǎn)裝置。該裝置或系統(tǒng)包括
反應(yīng)器，其用于將經(jīng)加熱的氣流與至少ー種炭黑產(chǎn)生原料組合以形成反應(yīng)物流，其中，在所述反應(yīng)器中形成炭黑；至少ー個原料供給管線，其用于將所述炭黑產(chǎn)生原料供給至通向所述反應(yīng)器的至少ー個原料引入點(diǎn)，以使所述原料與所述經(jīng)加熱的氣流組合；至少ー個原料加熱器，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行操作以將在所述至少ー個原料供給管線中供給的所述炭黑產(chǎn)生原料預(yù)熱到至少約300°C的溫度；至少ー個泵，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行操作以使得在將所述炭黑產(chǎn)生原料預(yù)熱到至少約300°C之前，將該原料加壓到大于約10巴的壓力，和用于提供至少約O. 2m/秒的在原料加熱器中的原料速度，或兩者；和淬火器，其用于冷卻所述反應(yīng)物流中的所述炭黒。能夠?qū)λ鲅b置進(jìn)行操作以向所述預(yù)熱到至少約300°C的原料提供在引入至所述反應(yīng)器之前的在所述至少ー個原料加熱器和所述至少ー個原料供給管線中的原料停留時間，該停留時間低于約120分鐘。所述至少ー個原料加熱器可如前所述，而且，可以為或包括熱交換器，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行操作以使得以大于約10kW/m2的平均熱通量來加熱所述炭黑產(chǎn)生原料。該至少ー個原料加熱器可位于能夠與所述反應(yīng)物流接觸的所述反應(yīng)器內(nèi)，能夠?qū)λ鲈霞訜崞鬟M(jìn)行操作以將所述原料加熱到至少300°C (如至少370°C)的溫度。該至少ー個原料加熱器可設(shè)置成與所述反應(yīng)器的至少一部分(直接或間接地)接觸，能夠?qū)λ鲈霞訜崞鬟M(jìn)行操作以將所述原料加熱到至少300°C (如至少370°C)的溫度。該至少ー個原料加熱器可以為或包括位于所述反應(yīng)器內(nèi)的所述淬火器的下游處的熱交換器，其中，所述熱交換器包括這樣的壁，該壁適于在其第一面上由所述反應(yīng)物流進(jìn)行加熱并且適于在其相對面上與尚未供給至所述至少ー個原料供給管線的原料接觸，其中該原料在該熱交換器中能夠加熱到至少300°C (如至少370°C)的溫度。該裝置可以包括至少ー個用于能流動的熱載體的熱交換器，其位于能夠與所述反應(yīng)物流接觸的所述反應(yīng)器內(nèi)，而且，所述至少ー個原料加熱器在所述反應(yīng)器的外部并能夠操作以使得已經(jīng)離開該熱交換器的該能流動的熱載體的熱量與在該原料加熱器中的該原料進(jìn)行交換，從而將該原料加熱到至少300°C (如至少370°C)的溫度。能夠操作該至少ー個原料加熱器以交換來自反應(yīng)器(接收預(yù)熱原料的反應(yīng)器或不同的反應(yīng)器)的尾氣流的熱量，從而將該原料加熱到至少300°C (如至少3700C )的溫度。該裝置可以包括能夠操作以加熱能等離子加熱的氣流的等離子加熱器，用于提供所述經(jīng)加熱的氣流的至少一部分。該裝置可以包括在該原料加熱器的原料接觸壁和/或該至少ー個原料供給管線的原料接觸內(nèi)壁中的ー些或全部上的非催化性表面，其中該表面對于烴的熱裂化或聚合是非催化性的。該裝置可以包括在該原料加熱器的原料接觸壁和/或該至少ー個原料供給管線的原料接觸內(nèi)壁上的非催化性的陶瓷襯里。該裝置可以包括吹掃氣體(例如用于碳的氧化劑)的至少ー個源、以及在所述至少ー個原料供給管線上的至少ー個吹掃氣體引入點(diǎn)，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行操作以用所述吹掃氣體周期性地吹掃所述至少ー個原料供給管線。能夠?qū)λ龇磻?yīng)器進(jìn)行操作以將原料和經(jīng)加熱的氣流組合以在該反應(yīng)器中連續(xù)至少約12小時地形成炭黒。作為ー個實(shí)例，圖I顯示了可用在本發(fā)明的方法中來生產(chǎn)炭黑的一種爐法炭黑反應(yīng)器的一部分，其中所述預(yù)熱的至少一部分包括，將炭黑產(chǎn)生原料用在反應(yīng)器中的反應(yīng)物流來進(jìn)行加熱，以便將該原料加熱到大于約300°C的溫度。一種或多種所述結(jié)垢控制方法被應(yīng)用到示于圖I中的エ藝方案中以支持這樣的經(jīng)預(yù)熱原料的使用。參見圖1，本發(fā)明的炭黑可以在爐法炭黑反應(yīng)器2中生產(chǎn)，所述爐法炭黑反應(yīng)器2 具有燃燒區(qū)10 (其具有任選的直徑收斂區(qū)11)、原料注入?yún)^(qū)12和反應(yīng)區(qū)13。第一淬火區(qū)14緊隨反應(yīng)區(qū)13?？墒褂玫倪@些不同區(qū)的有用的直徑和長度可以參考上面指出的引入作為參考的專利來進(jìn)行選擇。為了生產(chǎn)炭黑，熱燃燒氣體通過將液體或氣體燃料與合適的氧化劑例如空氣、氧氣、空氣和氧氣的混合物或類似物進(jìn)行反應(yīng)來在燃燒區(qū)10中產(chǎn)生。在燃料之中，適合用干與燃燒區(qū)10中的氧化劑流進(jìn)行反應(yīng)來產(chǎn)生熱燃燒氣體的燃料包括任何易燃的氣體、蒸氣和/或液體流如天然氣、氫氣、一氧化碳、甲烷、こ炔、醇類或煤油。然而，通常優(yōu)選的是使用具有高含量的含碳組分(且尤其是烴)的燃料。用來生產(chǎn)本發(fā)明炭黑的空氣與天然氣的化學(xué)計量比例可以是從約O. 6:1到無窮大或從約1:1(化學(xué)計量比例)到無窮大。為了促進(jìn)熱燃燒氣體的產(chǎn)生，氧化劑流可以被預(yù)熱。熱燃燒氣流從區(qū)10和11向下游流入到區(qū)12和13，然后流入到14。熱燃燒氣體的流動方向在圖I中由箭頭來顯示。炭黑產(chǎn)生原料15被引入到位于區(qū)12中的點(diǎn)16處。原料可以通過探針、徑向向內(nèi)地通過位于點(diǎn)16處的區(qū)12的壁中的多個開孔、或這兩者的組合來引入。原料可以通過在區(qū)11、12和/或13中的任何位置處軸向插入穿過燃燒器的探針而軸向地或徑向地引入(穿刺操作，stingeroperation)。在本文中適于用作產(chǎn)生炭黑的烴原料(其在反應(yīng)條件下可易于揮發(fā))的種類包括前面所述的原料。反應(yīng)器/燃燒器的末端在高原料溫度下將是更容易受到侵蝕的。例如，材料如STELLITE 6金屬合金可以被用來延長末端的壽命。如圖I中所示，炭黑產(chǎn)生原料15在它被引入到反應(yīng)器2中之前被預(yù)熱到大于約300°C的溫度。將預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料在至少ー個原料供給管線17中供給到通向反應(yīng)器2的至少ー個原料引入點(diǎn)16中。當(dāng)引入時，將該原料與經(jīng)加熱的氣流進(jìn)行組合來用于形成反應(yīng)物流，其中，在所述反應(yīng)器中形成炭黑。在反應(yīng)物流中的炭黑可以在ー個或多個區(qū)中進(jìn)行淬火。例如，在淬火區(qū)14的淬火位置18處，將淬火流體注入，所述淬火流體可以包括水并且其可以用來完全或基本上完全地停止炭黑生產(chǎn)原料的熱解，或者僅僅部分地冷卻該原料且沒有停止熱解，隨后進(jìn)行用來停止炭黑生產(chǎn)原料的熱解的二次淬火(未示出)。此外，如圖I中所示，原料加熱器可以包括熱交換器19 (HXR)，其可具有例如在已知的熱交換器設(shè)計中所使用的加熱器壁(未示出)，該壁在其第一面上由所述反應(yīng)物流進(jìn)行加熱并且在其相對面上接觸尚未供給至所述至少ー個原料供給管線的原料。如所述的，原料在熱交換器中被加熱到大于約300°C的溫度。雖然顯示的是配置在淬火器的下游，但是原料熱交換器可以位于反應(yīng)物流中的淬火器的上游，條件是該加熱器具有的結(jié)構(gòu)能夠容忍反應(yīng)器內(nèi)的較高的淬火前的溫度并在該溫度下操作。原料加熱器可以被布置來與反應(yīng)器的至少一部分例如內(nèi)部容納的線圈或管道進(jìn)行物理接觸和或?qū)χ⑴c反應(yīng)器的加熱的壁接觸，以便將原料加熱到大于約300°C的溫度。雖然在圖I中未示出，但是熱交換器可以任選地將原料加熱到中間溫度(例如高于250°C或者50°C到350°C，或低于目標(biāo)預(yù)熱溫度的其它溫度)，或用來獲得高于300°C的預(yù)熱溫度，然后進(jìn)一步的熱交換器或在反應(yīng)器的外部或內(nèi)部的加熱器能夠用來加熱到該最終的預(yù)熱溫度。在反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)物流在淬火時可以具有的溫度，例如，為從約6 O (TC到約2000°C、或從約800°C到約1800°C、或從約1000°C到約1500°C、或者反映出在爐式反應(yīng)器中所產(chǎn)生的極端放熱反應(yīng)的其它高溫。本發(fā)明能夠提供與由在反應(yīng)器中的反應(yīng)所產(chǎn)生的高的放熱熱量的原料熱交換，且不會在原料供給管線中產(chǎn)生結(jié)垢問題。因此，與以低得多的原料溫度操作的常規(guī)炭黑生產(chǎn)相比，本發(fā)明可以使改進(jìn)能量回收和節(jié)省原材料成本成為可行。
此外，如圖I中所示，至少ー個泵20可以被在線地安裝在相對于原料加熱器19的原料管線的上游，該原料加熱器19用來將原料升高溫度到超過300°C的值。該泵能夠用于將原料在其進(jìn)入原料加熱器之前進(jìn)行加壓。在此方式中，在原料溫度被増加到升高的值的時候，原料可以已經(jīng)被加壓，否則在此方式中，在沒有加壓或其它所述的結(jié)垢控制方法的情況下，將會出現(xiàn)在原料供給管線中的結(jié)垢問題。由于原料在正常操作條件(例如O到約20巴的壓カ降)下穿過原料加熱器的期間通常會經(jīng)歷壓力降，這例如取決于熱交換器設(shè)計和操作模式，因此，任何施加到原料上來作為結(jié)垢控制措施的加壓均應(yīng)當(dāng)補(bǔ)償任何在原料熱交換器中會出現(xiàn)或預(yù)期出現(xiàn)的壓力降，以及任何其它在用來將預(yù)熱的原料輸送到反應(yīng)器中的供給管線管道或其它管道中出現(xiàn)或預(yù)期會出現(xiàn)的壓力降，尤其是如果有必要將原料壓カ保持在之前的目標(biāo)范圍值內(nèi)的時候。雖然為了簡化這些圖示而在圖I中和在本文的其它附圖中僅僅圖示了反應(yīng)器上的単獨(dú)的原料供給管線和原料注入點(diǎn)，但是應(yīng)當(dāng)理解，能夠使用在反應(yīng)器上的多個原料供給管線和注入點(diǎn)，在其上也能夠施加所述的結(jié)垢控制。在熱燃燒氣體和炭黑產(chǎn)生原料的混合物被淬火之后，冷卻的氣體向下游通入任何常規(guī)的冷卻和分離步驟，由此收取炭黒。炭黑從該氣流中的分離可以容易地通過常規(guī)的設(shè)備如沉淀器、旋風(fēng)分離器或袋式過濾器來實(shí)現(xiàn)。對于完全淬火以形成最終的炭黑產(chǎn)物的反應(yīng)，能夠使用任何對炭黑生產(chǎn)原料的引入的反應(yīng)下游進(jìn)行淬火的常規(guī)方法并且對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是已知的。例如，淬火液體可以被注入，它可以是水或其它合適于停止化學(xué)反應(yīng)的液體。圖2顯示了另ー種類型的爐法炭黑反應(yīng)器的一部分，其可以被用于本發(fā)明的方法中來生產(chǎn)炭黑，其中所述預(yù)熱的至少一部分包括，將熱交換器21與在反應(yīng)器中的反應(yīng)物流進(jìn)行接觸，其中將流經(jīng)熱交換器的能流動的熱介質(zhì)或熱載體28(如蒸汽或氮?dú)?在反應(yīng)器中進(jìn)行加熱，然后將加熱的蒸汽(例如過熱蒸汽)輸送出熱交換器和反應(yīng)器并且被用管道輸送到獨(dú)立的原料加熱器22 (其位于反應(yīng)器的外部)，在該處可進(jìn)行操作來與在原料加熱器中的原料進(jìn)行熱交換，以便將原料加熱到大于約300°C (如370°C或更大)的溫度。圖3顯示了另ー種類型的爐法炭黑反應(yīng)器的一部分，其可以被用于本發(fā)明的方法中來生產(chǎn)炭黑，其中所述預(yù)熱的至少一部分包括，將原料加熱器23與已經(jīng)離開反應(yīng)器的尾氣進(jìn)行接觸，以便將在原料加熱器中的原料加熱到大于約300°C (或至少部分地達(dá)到目標(biāo)溫度)的溫度。圖4顯示了另ー種類型的爐法炭黑反應(yīng)器，其可以用于本發(fā)明的方法中，其中經(jīng)加熱的氣流至少部分地或完全地進(jìn)ー步包括已經(jīng)通過使用等離子加熱器25來至少部分地或完全地加熱的加熱氣體24。該氣體的等離子加熱可以例如根據(jù)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是已知的方法來實(shí)現(xiàn)。能夠使用等離子炬，例如，如示于美國專利No. 5，486，674中的等離子炬，其全部公開內(nèi)容在此引入作為參考，并且可參考的等離子加熱示于美國專利No. 4，101,639和3，288, 696中，其全部公開內(nèi)容在此引入作為參考。此外，如在圖4中顯示的，原料可以通過與在反應(yīng)器中的熱交換器26中的反應(yīng)物流已交換過熱量的加熱介質(zhì)(例如蒸汽)來間接地進(jìn)行加熱，或者，替代地，原料能夠在反應(yīng)器中的熱交換器26中進(jìn)行直接加熱，如由虛線所示。在本發(fā)明的這些不同的エ藝方案中，在反應(yīng)器以內(nèi)或以外的用于將原料預(yù)熱 的熱交換器設(shè)計可以具有任何常規(guī)的熱交換器設(shè)計，例如殼管式、殼和盤管式、板框式(plate and frame)等。例如，當(dāng)熱交換器具有內(nèi)聯(lián)(inline)盤管構(gòu)造時,可以使用順序(Schedule)SO管和彎頭來用于內(nèi)聯(lián)盤管以便防止腐蝕/侵蝕問題。另外，在管之間的恒定間距能夠用于構(gòu)建內(nèi)聯(lián)盤管管道，并且該盤管可以使用煙道氣集管的整個橫截面。內(nèi)聯(lián)盤管的熱傳遞系數(shù)可以廣泛地加以變化來用于不同的等級和不同的エ廠。另外，用于所述エ藝方案和方法的原料中的任何一種可以含有額外的材料或組分，該材料或組分通常用來制造常規(guī)的炭黒。本發(fā)明的方法可以進(jìn)一歩包括引入至少ー種物質(zhì)，該物質(zhì)是或者含有至少ー種周期表中的第IA族和/或第IIA族元素(或其離子)。含有至少ー種第IA族和/或第IIA族元素(或其離子)的物質(zhì)含有至少ー種堿金屬或堿土金屬。示例包括鋰、鈉、鉀、銣、銫、訪、I丐、鋇、銀、或錯、或它們的組合。在該物質(zhì)中，可以存在一種或多種這些組分的任意混合物。該物質(zhì)可以是固體、溶液、分散體、氣體、或它們的任意組合?？梢允褂茅`種以上的該物質(zhì)，其具有相同或不同的第IA族和/或第IIA族金屬(或其離子)。如果使用多種物質(zhì)，則這些物質(zhì)可以一起、分別、按順序或在不同的反應(yīng)位置中添加。為了本發(fā)明的目的，該物質(zhì)可以是金屬(或金屬離子)本身、含有一種或多種的這些元素的化合物(包括含有ー種或多種的這些元素的鹽)等。該物質(zhì)能夠?qū)⒔饘倩蚪饘匐x子引入到正在形成炭黑產(chǎn)物的反應(yīng)中。為了本發(fā)明的目的，含有至少ー種第IA族和/或第IIA族金屬(或其離子)的物質(zhì)(如果使用的話)能夠在任何點(diǎn)引入到反應(yīng)器中，例如，在完全淬火之前。例如，該物質(zhì)能夠被添加到任何在完全淬火之前的位置處，包括在炭黑產(chǎn)生原料引入到第一反應(yīng)階段中之前；在炭黑產(chǎn)生原料引入到第一反應(yīng)階段中的期間；在炭黑產(chǎn)生原料引入到第一反應(yīng)階段中之后；在引入任何第二炭黑產(chǎn)生原料之前、在引入任何第二炭黑產(chǎn)生原料的過程中或緊接著在引入任何第二炭黑產(chǎn)生原料之后；或者任何在引入第二炭黑產(chǎn)生原料之后但在完全淬火之前的步驟?？梢允褂茅`個以上的該物質(zhì)的引入點(diǎn)。含有第IA族和/或第IIA族金屬(或其離子)的物質(zhì)的量(如果使用的話)可以是任何量，只要能夠形成炭黑產(chǎn)品?？梢园凑帐沟?00ppm或更多的第IA族元素或離子和/或第IIA族元素(或其離子)存在于最終形成的炭黑產(chǎn)物中的量來添加該物質(zhì)。其它量包括從約200ppm到約20000ppm或更大,且其它范圍可以是從約500ppm到約20000ppm、或從約 IOOOppm 到約 20000ppm、或從約 5000ppm 到約 20000ppm、或從約 IOOOOppm 到約 20000ppm、或從約300ppm到約5000ppm、或從約500ppm到約3000ppm、或從約750ppm到約1500ppm的
存在于所形成的炭黑產(chǎn)物中的第IA族和/或第IIA族元素(或其離子)。這些水平可以是就金屬離子濃度而言的。存在于所形成的炭黑產(chǎn)物中的這些量的第IA族和/或第IIA族元素(或其離子)可以是就ー種元素或ー種以上的第IA族和/或第IIA族元素(或其離子)而言的，而且因此將會是存在于所形成的炭黑產(chǎn)物中的組合量的第IA族和/或第IIA族元素(或它們的離子)。因此，這些量可以單獨(dú)適用于第IA族元素/離子或第IIA族元素/離子的含量。該物質(zhì)能夠以任何方式添加。該物質(zhì)能夠按照與炭黑產(chǎn)生原料的引入方式相同的方式來添加。該物質(zhì)可以作為氣體、液體、或固體或它們的任意組合來添加。該物質(zhì)可以在一個點(diǎn)或幾個點(diǎn)上來添加并且可以作為単獨(dú)流或多個流來添加。該物質(zhì)可以在它們的引入之前或在它們的引入的過程中與原料、燃料和/或氧化劑進(jìn)行混合。ー種能夠?qū)⒑兄辽侃`種第IA族和/或第IIA族元素(或其離子)例如鉀的物質(zhì)引入到原料中的方法是通過將該物質(zhì)引入到原料中。在另ー種方法中，將該物質(zhì)以與原料分開的方式引入到反應(yīng)器中，例如通過使用延伸到反應(yīng)器中的注 入棒。例如，將鉀溶液添加到高溫原料中會產(chǎn)生例如從鉀閃蒸引起的末端堵塞的風(fēng)險。將鉀離子或其它第IA族和/或第IIA族金屬(或它們的離子)用在燃燒器中的棒進(jìn)行注入可以用來降低該風(fēng)險。另夕卜，用于將鉀等第IA族和/或第IIA族金屬(或它們的離子)引入到反應(yīng)器中的棒(其相比于標(biāo)準(zhǔn)開孔而言具有更大的開孔)的使用可以被用來在負(fù)載的同時降低堵塞風(fēng)險或確保棒的清潔。為了在制造高鉀離子等級的炭黑時降低燃燒器襯里損壞的風(fēng)險，原料溫度將需要被降低到仍然在>300°C的范圍內(nèi)的較低的值，以使得鉀離子能夠被注入到油中。對于>300°C的原料預(yù)熱，可以使用另ー種油溶形式的鉀，例如來自O(shè)M Group的CATALYST 460 HF材料，它可以直接地被注入到原料中。CATALYST 460 HF材料是ー種鉀的有機(jī)鹽(新癸酸鉀)，它在原料中是可溶的，因此，它不應(yīng)該遭遇與用水溶液的情況ー樣的閃蒸問題的風(fēng)險。因此，以組合的高溫原料和抗結(jié)垢策略為基礎(chǔ)的本發(fā)明的エ藝方案能夠進(jìn)行調(diào)整來與生產(chǎn)エ藝中的炭黑改性劑如結(jié)構(gòu)控制添加劑(例如鉀或其它堿金屬/離子源)的使用相客。本發(fā)明可行的原料預(yù)熱條件和設(shè)計可以提供優(yōu)勢和益處，例如，改進(jìn)的能量回收，在原材料成本上的節(jié)約，在炭黑上的增加，降低的ニ氧化碳排放，在高原料溫度條件下、持續(xù)エ業(yè)上有用的持續(xù)時間的穩(wěn)定的或連續(xù)的炭黑生產(chǎn)，或它們的任意組合。將原料預(yù)熱提高到大于300°C，可以預(yù)期在不變的生產(chǎn)條件下將減少硫和NOx基于質(zhì)量流量的排放水平。每千克炭黑的排放率預(yù)計在所有操作條件下將降低。排放濃度將取決于所選擇的具體操作條件。除了前面所述的益處和優(yōu)點(diǎn)之外，根據(jù)本發(fā)明還能夠?qū)崿F(xiàn)原料預(yù)熱的其它潛在益處。產(chǎn)率提高機(jī)理可能是在熱解過程中預(yù)成形種子的結(jié)果。雖然不希望被限制到特定的理論，原料在預(yù)熱階段中可能經(jīng)歷多環(huán)芳香烴(PAH)的脫氫反應(yīng)和非芳族基團(tuán)的除去。脫氫PAH預(yù)期形成種子快于最初的材料。在實(shí)施例中，高壓已經(jīng)顯示出控制了脫氫的速率。在本文中詳細(xì)描述的壓力、停留時間和/或溫度控制，能夠控制大PAH分子的形成，其潛在地能夠提供用于生產(chǎn)炭黑種子的控制機(jī)理。如所示的，高溫原料熱解的缺點(diǎn)是結(jié)焦和沉砂(grit)形成的潛力，這些在本發(fā)明中被緩解或防止，在本發(fā)明中，高原料溫度條件適當(dāng)?shù)嘏c結(jié)垢控制方法組合。產(chǎn)率提高的第二機(jī)理可以是，例如，通過預(yù)熱的原料在炭黑反應(yīng)器中在沒有冷卻的周圍氣體的情況下的閃蒸。原料的閃蒸將消除使用用于原料霧化的燃燒器煙道氣的必要性。當(dāng)在大氣壓附近注入到在炭黑反應(yīng)器中時，溫度超過300°C的預(yù)熱原料會有足夠的內(nèi)部能量來進(jìn)行自蒸發(fā)并可以與燃燒器煙道氣進(jìn)行混合。任何類型的ASTM等級(例如NlOO到N1000)或其它等級的炭黑可以由本發(fā)明來制造。由本發(fā)明的方法制造的炭黑會具有ー個或多個獨(dú)特的性能(或有益的性能)和/或參數(shù)，這歸因于使用在本文中所提及的高預(yù)熱原料溫度和/或其它エ藝參數(shù)。由本發(fā)明的方法和設(shè)備布置所制造的炭黑能夠通過使用常規(guī)量或更低量來用在任何常規(guī)炭黑所使用的最終用途應(yīng)用中，例如油墨、顔料、塑料制品、密封齊 、粘合齊 、涂料、彈性產(chǎn)品、調(diào)色齊 、燃料電池、輪胎或其零件、模制部件、電子元件、電纜、電線、或它們的零件等。根據(jù)本發(fā)明能夠獲得的ー個優(yōu)點(diǎn)是形成了商業(yè)上可接受的炭黑，其具有與以常規(guī)方式所制造的炭黑相同的形態(tài)和/或其它參數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的商業(yè)上可接受的、具有相同形態(tài)和/或其它參數(shù)的炭黑能夠通過使用本發(fā)明的方法來制造。作為選擇，用本發(fā)明所能 夠獲得的ー個優(yōu)勢是所形成的炭黑具有低得多的PAH量。在炭黑中的較低的PAH量不會改變炭黑的性能，而且通常而言，由于多種原因，高PAH量是不希望的。根據(jù)本發(fā)明所選擇的炭黑能夠被制造成具有與由使用相同反應(yīng)器條件和原料(但是其中在將原料供給到炭黑反應(yīng)器中之前，沒有發(fā)生將原料預(yù)熱到大于300°C的溫度)的常規(guī)方法所制造的所選擇的炭黑相同的形態(tài)或基本上相同的形態(tài)(即形態(tài)值在ー個或多個形態(tài)性能上例如OAN、COAN等上的波動在正或負(fù)5%之內(nèi))。所選擇的本發(fā)明的炭黑的PAH水平，以ppm重量計，可以降低10%到50%、20%到50%、或30%到100%或更多(基于ppm水平)，與所選擇的具有相同的形態(tài)的、但是是在炭黑產(chǎn)生原料進(jìn)入到炭黑反應(yīng)器中以形成炭黑之前炭黑產(chǎn)生原料被預(yù)熱到大于300°C沒有發(fā)生、而且使用相同的反應(yīng)器條件和原料)的條件下所制備的炭黑相比。此外，在炭黑中的PAH水平可以分離成三種分子量(MW)類別高麗的PAH(大于250重均MW);中MW的PAH (200到250重均MW);和低MW的PAH (小于250重均MW)。本發(fā)明具有將一種或多種的高麗和/或中欄的PAH的量降低10%到50%、20%到50%或30%到100%或更多(基于PPm水平)的能力，與具有相同形態(tài)的、但是是在炭黑產(chǎn)生原料進(jìn)入到炭黑反應(yīng)器中以形成炭黑之前炭黑產(chǎn)生原料被預(yù)熱到大于300°C沒有發(fā)生而且使用相同的反應(yīng)器條件和原料的條件下所制備的炭黑相比。而且，本發(fā)明具有從所選擇的炭黑的PAH總量中大大降低高M(jìn)W的PAH(認(rèn)為是最不希望有的)的百分?jǐn)?shù)的能力，與所選擇的具有相同的形態(tài)的、但是是在炭黑產(chǎn)生原料進(jìn)入到炭黑反應(yīng)器中以形成炭黑之前炭黑產(chǎn)生原料被預(yù)熱到大于300°C沒有發(fā)生、而且使用相同的反應(yīng)器條件和原料的條件下所制備的炭黑相比。在PAH總量中的高麗的PAH的百分?jǐn)?shù)可以減少10%到50%、20%到50%或30%到100%或更多的量，基于所選擇的炭黑的ppm水平，與所選擇的具有相同形態(tài)的、但是是在炭黑產(chǎn)生原料進(jìn)入到炭黑反應(yīng)器中以形成炭黑之前炭黑產(chǎn)生原料被預(yù)熱到大于300°C沒有發(fā)生、而且使用相同的反應(yīng)器條件和原料的條件下所制備的炭黑相比。以上測定的進(jìn)行基于這樣的試驗(yàn)，這些試驗(yàn)將所選擇的通過使用本發(fā)明所制造的炭黑與所選擇的在炭黑產(chǎn)生原料進(jìn)入到炭黑反應(yīng)器中以形成炭黑之前炭黑產(chǎn)生原料被預(yù)熱到大于300°C沒有發(fā)生、但是使用了相同的反應(yīng)器條件和原料的條件下所制造的炭黑相比來進(jìn)行對比。這是可用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的顯著優(yōu)勢。本發(fā)明以任意順序和/或任意組合包括以下方面/實(shí)施方案/特征
I.本發(fā)明涉及炭黑生產(chǎn)方法，包括將經(jīng)加熱的氣流引入到炭黑反應(yīng)器中；向至少ー個加熱器供給至少ー種炭黑產(chǎn)生原料；將所述至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少一個加熱器中預(yù)熱到大于約300°C的第ニ溫度以提供預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，其中(a)所述至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少一個加熱器中具有至少O. 2m/秒的速度，而且，基于在60°C、I大氣壓下測得的原料密度和存在于所述至少ー個加熱器中的原料管線的最小橫截面積計算所述速度，和(b)該至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述加熱器中具有低于約120分鐘的第一原料停留時間；將所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料供給到通向所述炭黑反應(yīng)器的至少ー個原料引入點(diǎn)，其中所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料具有低于約120分鐘的第二原料停留時間，該第二原料停留時間為從離開所述至少一個加熱器至剛好到通向所述炭黑反應(yīng)器的所述引入點(diǎn)之前；并且其中所述第一原料停留時間和所述第二原料停留時間總計為120分鐘或更低；至少將通過通向所述炭黑反應(yīng)器的所述至少一個引入點(diǎn)的所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料與該經(jīng)加熱的氣流組合以形成反應(yīng)物流，其中，在所述炭黑反應(yīng)器中形成炭黑；和收取(例如淬火)所述反應(yīng)物流中的所述炭黑。2.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，進(jìn)ー步包括在進(jìn)入所述至少一個加熱器之前將所述炭黑產(chǎn)生原料加壓以具有大于約10巴的壓力。3.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，進(jìn)ー步包括在進(jìn)入所述至少一個加熱器之前將所述炭黑產(chǎn)生原料加壓以具有大于約20巴的壓力。4.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，進(jìn)ー步包括在進(jìn)入所述至少一個加熱器之前將所述炭黑產(chǎn)生原料加壓到約20巴-約180巴的壓力。 5.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述速度為至少約Im/秒。6.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述速度為至少約1.6m/秒。7.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述炭黑產(chǎn)生原料包括澄清油、煤焦油產(chǎn)物、こ烯裂化器殘留物、含浙青質(zhì)的油或它們的任意組合。8.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述炭黑產(chǎn)生原料具有約160°C -約500°C的初沸點(diǎn)。9.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中該至少ー種炭黑產(chǎn)生原料的所述預(yù)熱包括在所述加熱器中加熱所述炭黑產(chǎn)生原料，該加熱器具有在大于約10kW/m2的平均熱通量下操作的熱交換器。10.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述預(yù)熱的至少一部分在所述至少一個加熱器中進(jìn)行，所述加熱器所具有的熱量至少部分地由通過所述炭黑反應(yīng)器或其它炭黑反應(yīng)器或這兩者產(chǎn)生的熱量提供。11.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述第一停留時間和所述第二停留時間總計低于60分鐘。
12.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述至少一個加熱器與所述炭黑反應(yīng)器的至少一部分處于熱交換。13.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述至少一個加熱器在所述炭黑反應(yīng)器中的淬火器的下游接觸所述反應(yīng)物流，其中所述至少一個加熱器包括具有這樣的壁的熱交換器，在所述壁的第一面上，由所述反應(yīng)物流加熱所述壁，而且，在所述壁的相對面上，所述壁接觸所述炭黑產(chǎn)生原料。14.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述至少一個加熱器包括在所述炭黑反應(yīng)器中與所述反應(yīng)物流進(jìn)行熱交換的熱交換器，其中加熱流經(jīng)該熱交換器的能流動的熱載體，并使該經(jīng)加熱的能流動的熱載體通過所述至少ー個加熱器，該加熱器位于所述反應(yīng)器的外部并且能操作以使得該能流動的熱載體的熱量與所述原料進(jìn)行交換，從而加熱所述炭黑產(chǎn)生原料。15.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述至少一個加熱器至少部分地是熱量源自來自所述炭黑反應(yīng)器或不同的炭黑反應(yīng)器或這兩者的炭黑尾氣的，以用于加熱所述炭黑產(chǎn)生原料。16.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中該經(jīng)加熱的氣流的引入包括在等離子加熱器內(nèi)對能等離子加熱的氣流進(jìn)行等離子加熱以提供所述經(jīng)加熱的氣流的 至少一部分。17.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，進(jìn)ー步包括在所述至少ー個加熱器的炭黑產(chǎn)生原料接觸壁上和在將所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料供給到所述炭黑反應(yīng)器中的至少ー個原料供給管線的內(nèi)壁上提供非催化性表面，其中該表面對于烴的裂化或聚合是非催化性的。18.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述供給包括通過至少一個原料供給管線進(jìn)料所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，將所述原料供給至所述炭黑反應(yīng)器，而且所述方法進(jìn)ー步包括通過所述至少ー個炭黑產(chǎn)生原料供給管線周期性地進(jìn)料包括用于碳的氧化劑的吹掃氣體。19.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述供給包括通過至少一個原料供給管線進(jìn)料所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，將所述原料供給至所述炭黑反應(yīng)器，而且所述方法進(jìn)ー步包括將該預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料注入到該炭黑反應(yīng)器中且至少部分地閃蒸該炭黑產(chǎn)生原料。20.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，進(jìn)ー步包括將該預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料和該經(jīng)加熱的氣流在所述炭黑反應(yīng)器中組合以在該反應(yīng)器中連續(xù)至少約12小時地形成炭黑。21.炭黑生產(chǎn)方法，包括將經(jīng)加熱的氣流引入到炭黑反應(yīng)器中；向至少ー個加熱器供給至少ー種具有低于360°C的第一溫度的炭黑產(chǎn)生原料；將所述至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少一個加熱器中預(yù)熱到約360°C -約850°C的第二溫度以提供預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，其中(a)所述至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少一個加熱器中具有至少O. 2m/秒的速度，而且，基于在60°C、1大氣壓下測得的原料密度和存在于所述至少ー個加熱器中的原料管線的最小橫截面積計算所述速度，和(b)該至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述加熱器中具有低于約120分鐘的第一原料停留時間；將所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料供給到通向所述炭黑反應(yīng)器的至少ー個原料引入點(diǎn)，其中所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料具有低于約120分鐘的第二原料停留時間，該第二原料停留時間為從離開所述至少一個加熱器至剛好到通向所述炭黑反應(yīng)器的所述引入點(diǎn)之前；并且其中所述第一原料停留時間和所述第二原料停留時間總計為約10秒-約120分鐘；至少將通過通向所述炭黑反應(yīng)器的所述至少一個引入點(diǎn)的所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料與該經(jīng)加熱的氣流組合以形成反應(yīng)物流，其中，在所述炭黑反應(yīng)器中形成炭黑；和收取(例如淬火)所述反應(yīng)物流中的所述炭黑。22.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，進(jìn)ー步包括在進(jìn)入所述至少一個加熱器之前將所述炭黑產(chǎn)生原料加壓以具有大于約20巴的壓力。23.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，進(jìn)ー步包括在進(jìn)入所述至少一個加熱器之前將所述炭黑產(chǎn)生原料加壓以具有大于約30巴的壓力。24.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，進(jìn)ー步包括在進(jìn)入所述至少一個加熱器之前將所述炭黑產(chǎn)生原料加壓到約30巴-約180巴的壓力。 25.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述速度為至少約Im/秒。26.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述速度為至少約I. 6m/秒。27.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述炭黑產(chǎn)生原料包括澄清油、煤焦油產(chǎn)物、こ烯裂化器殘留物、含浙青質(zhì)的油或它們的任意組合。28.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述炭黑產(chǎn)生原料具有約160°C -約500°C的初沸點(diǎn)。29.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中該至少一種炭黑產(chǎn)生原料的所述預(yù)熱包括在所述加熱器中加熱所述炭黑產(chǎn)生原料，該加熱器具有在大于約20kW/m2的平均熱通量下操作的熱交換器。30.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述預(yù)熱的至少一部分在所述至少一個加熱器中進(jìn)行，所述加熱器所具有的熱量至少部分地由通過所述炭黑反應(yīng)器或其它炭黑反應(yīng)器或這兩者產(chǎn)生的熱量提供。31.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述第一停留時間和所述第二停留時間總計低于60分鐘。32.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述至少一個加熱器與所述炭黑反應(yīng)器的至少一部分處于熱交換。33.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述至少一個加熱器在所述炭黑反應(yīng)器中的淬火器的下游接觸所述反應(yīng)物流，其中所述至少一個加熱器包括具有這樣的壁的熱交換器，在所述壁的第一面上，由所述反應(yīng)物流加熱所述壁，而且，在面對所述炭黑產(chǎn)生原料的所述壁的相對面上，所述壁接觸所述炭黑產(chǎn)生原料。34.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述至少一個加熱器包括在所述炭黑反應(yīng)器中與所述反應(yīng)物流進(jìn)行熱交換的熱交換器，其中加熱流經(jīng)該熱交換器的能流動的熱載體，并使該經(jīng)加熱的能流動的熱載體通過所述至少ー個加熱器，該加熱器位于所述反應(yīng)器的外部并且能操作以使得該能流動的熱載體的熱量與所述原料進(jìn)行交換，從而加熱所述炭黑產(chǎn)生原料。35.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述至少一個加熱器至少部分地是熱量源自來自所述炭黑反應(yīng)器或不同的炭黑反應(yīng)器或這兩者的炭黑尾氣的，以用于加熱所述炭黑產(chǎn)生原料。36.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中該經(jīng)加熱的氣流的引入包括在等離子加熱器內(nèi)對能等離子加熱的氣流進(jìn)行等離子加熱以提供所述經(jīng)加熱的氣流的至少一部分。37.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，進(jìn)ー步包括在所述至少ー個加熱器的炭黑產(chǎn)生原料接觸壁上和在將所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料供給到所述炭黑反應(yīng)器中的至少ー個原料供給管線的內(nèi)壁上提供非催化性表面，其中該表面對于烴的裂化或聚合是非催化性的。38.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述供給包括通過至少一個原料供給管線進(jìn)料所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，將所述原料供給至所述炭黑反應(yīng)器，而且所述方法進(jìn)ー步包括通過所述至少ー個炭黑產(chǎn)生原料供給管線周期性地進(jìn)料包括用于碳 的氧化劑的吹掃氣體。39.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述供給包括通過至少一個原料供給管線進(jìn)料所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，將所述原料供給至所述炭黑反應(yīng)器，而且所述方法進(jìn)ー步包括將該預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料注入到該炭黑反應(yīng)器中且至少部分地閃蒸該炭黑產(chǎn)生原料。40.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，進(jìn)ー步包括將該預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料和該經(jīng)加熱的氣流在所述炭黑反應(yīng)器中組合以在該反應(yīng)器中連續(xù)至少約12小時地形成炭黑。41.炭黑生產(chǎn)方法，包括將經(jīng)加熱的氣流引入到炭黑反應(yīng)器中；向至少ー個加熱器供給至少ー種具有低于450°C的第一溫度的炭黑產(chǎn)生原料；將所述至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少一個加熱器中預(yù)熱到大于約450°C的第ニ溫度以提供預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，其中(a)所述至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少一個加熱器中具有至少O. 2m/秒的速度，而且，基于在60°C、I大氣壓下測得的原料密度和存在于所述至少ー個加熱器中的原料管線的最小橫截面積計算所述速度，和(b)該至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述加熱器中具有10秒-約120分鐘的第一原料停留時間；將所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料供給到通向所述炭黑反應(yīng)器的至少ー個原料引入點(diǎn)，其中所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料具有低于約120分鐘的第二原料停留時間，該第二原料停留時間為從離開所述至少一個加熱器至剛好到通向所述炭黑反應(yīng)器的所述引入點(diǎn)之前；并且其中所述第一原料停留時間和所述第二原料停留時間總計為120分鐘或更低；至少將通過通向所述炭黑反應(yīng)器的所述至少一個引入點(diǎn)的所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料與該經(jīng)加熱的氣流組合以形成反應(yīng)物流，其中，在所述炭黑反應(yīng)器中形成炭黑；和收取(例如淬火)所述反應(yīng)物流中的所述炭黑。42.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，進(jìn)ー步包括在進(jìn)入所述至少一個加熱器之前將所述炭黑產(chǎn)生原料加壓以具有約20巴-約180巴的壓力。 43.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，進(jìn)ー步包括在進(jìn)入所述至少一個加熱器之前將所述炭黑產(chǎn)生原料加壓以具有約30巴-約180巴的壓力。
44.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，進(jìn)ー步包括在進(jìn)入所述至少一個加熱器之前將所述炭黑產(chǎn)生原料加壓到約40巴-約180巴的壓力。45.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述速度為至少約Im/秒。46.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述速度為至少約I. 6m/秒。47.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述炭黑產(chǎn)生原料包括 澄清油、煤焦油產(chǎn)物、こ烯裂化器殘留物、含浙青質(zhì)的油或它們的任意組合。48.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述炭黑產(chǎn)生原料具有約160°C -約500°C的初沸點(diǎn)。49.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中該至少一種炭黑產(chǎn)生原料的所述預(yù)熱包括在所述加熱器中加熱所述炭黑產(chǎn)生原料，該加熱器具有在約20kW/m2-約150kff/m2的平均熱通量下操作的熱交換器。50.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述預(yù)熱的至少一部分在所述至少一個加熱器中進(jìn)行，所述加熱器所具有的熱量至少部分地由通過所述炭黑反應(yīng)器或其它炭黑反應(yīng)器或這兩者產(chǎn)生的熱量提供。51.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述第一停留時間和所述第二停留時間總計低于60分鐘。52.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述至少一個加熱器與所述炭黑反應(yīng)器的至少一部分處于熱交換。 53.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述至少一個加熱器在所述炭黑反應(yīng)器中的淬火器的下游接觸所述反應(yīng)物流，其中所述至少一個加熱器包括具有這樣的壁的熱交換器，在所述壁的第一面上，由所述反應(yīng)物流加熱所述壁，而且，在面對所述炭黑產(chǎn)生原料的所述壁的相對面上，所述壁接觸所述炭黑產(chǎn)生原料。54.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述至少一個加熱器包括在所述炭黑反應(yīng)器中與所述反應(yīng)物流進(jìn)行熱交換的熱交換器，其中加熱流經(jīng)該熱交換器的能流動的熱載體，并使該經(jīng)加熱的能流動的熱載體通過所述至少ー個加熱器，該加熱器位于所述反應(yīng)器的外部并且能操作以使得該能流動的熱載體的熱量與所述原料進(jìn)行交換，從而加熱所述炭黑產(chǎn)生原料。55.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述至少一個加熱器至少部分地是熱量源自來自所述炭黑反應(yīng)器或不同的炭黑反應(yīng)器或這兩者的炭黑尾氣的，以用于加熱所述炭黑產(chǎn)生原料。56.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中該經(jīng)加熱的氣流的引入包括在等離子加熱器內(nèi)對能等離子加熱的氣流進(jìn)行等離子加熱以提供所述經(jīng)加熱的氣流的至少一部分。57.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，進(jìn)ー步包括在所述至少ー個加熱器的炭黑產(chǎn)生原料接觸壁上和將所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料供給到所述炭黑反應(yīng)器中的至少ー個原料供給管線的內(nèi)壁上提供非催化性表面，其中該表面對于烴的裂化或聚合是非催化性的。
58.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述供給包括通過至少一個原料供給管線進(jìn)料所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，將所述原料供給至所述炭黑反應(yīng)器，而且所述方法進(jìn)ー步包括通過所述至少ー個炭黑產(chǎn)生原料供給管線周期性地進(jìn)料包括用于碳的氧化劑的吹掃氣體。59.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述供給包括通過至少一個原料供給管線進(jìn)料所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，將所述原料供給至所述炭黑反應(yīng)器，而且所述方法進(jìn)ー步包括將該預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料注入到該炭黑反應(yīng)器中且至少部分地閃蒸該炭黑產(chǎn)生原料。60.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，進(jìn)ー步包括將該預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料和該經(jīng)加熱的氣流在所述炭黑反應(yīng)器中組合以在該反應(yīng)器中連續(xù)至少約12小時地形成炭黑。61.炭黑生產(chǎn)方法，包括將經(jīng)加熱的氣流引入到炭黑反應(yīng)器中；在大于10巴的第一壓カ下，向至少ー個加熱器供給至少ー種具有低于300°C的第
一溫度的炭黑產(chǎn)生原料；將所述至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少一個加熱器中預(yù)熱到大于約300°C的第ニ溫度以提供預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，其中(a)所述至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少一個加熱器中具有與所述第一壓カ大致相同或低于所述第一壓カ的第二壓力，所述第二壓カ的計算基于這樣的假設(shè)——原料在第一壓カ和第二壓カ期間均在相同的橫截面積中進(jìn)行傳輸，和(b)該至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述加熱器中具有低于約120分鐘的第一原料停留時間；將所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料供給到通向所述炭黑反應(yīng)器的至少ー個原料引入點(diǎn)，其中所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料具有低于約120分鐘的第二原料停留時間，該第二原料停留時間為從離開所述至少一個加熱器至剛好到通向所述炭黑反應(yīng)器的所述引入點(diǎn)之前；并且其中所述第一原料停留時間和所述第二原料停留時間總計為120分鐘或更低；至少將通過通向所述炭黑反應(yīng)器的所述至少一個引入點(diǎn)的所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料與該經(jīng)加熱的氣流組合以形成反應(yīng)物流，其中，在所述炭黑反應(yīng)器中形成炭黑；和收取(例如淬火)所述反應(yīng)物流中的所述炭黑。62.炭黑生產(chǎn)方法，包括將經(jīng)加熱的氣流引入到炭黑反應(yīng)器中；在大于10巴的第一壓カ下，向至少ー個加熱器供給至少ー種具有低于300°C的第
一溫度的炭黑產(chǎn)生原料；將所述至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少一個加熱器中預(yù)熱到大于約300°C的第ニ溫度以提供預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，其中i)該至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少ー個加熱器中具有與所述第一壓カ大致相同或低于所述第一壓カ的第二壓カ和ii)該至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少一個加熱器中具有至少O. 2m/秒的速度，而且，所述速度的計算基于在60°C、1大氣壓下測得的原料密度和存在于所述至少ー個加熱器中的原料管線的最小橫截面積，和其中i)的計算基于原料在第一壓カ和第二壓カ期間均在相同的橫截面積中進(jìn)行傳輸；和
將所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料供給到通向所述炭黑反應(yīng)器的至少ー個原料引入點(diǎn)；至少將通過通向所述炭黑反應(yīng)器的所述至少一個引入點(diǎn)的所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料與該經(jīng)加熱的氣流組合以形成反應(yīng)物流，其中，在所述炭黑反應(yīng)器中形成炭黑；和收取(例如淬火)所述反應(yīng)物流中的所述炭黑。63.炭黑生產(chǎn)裝置，其包括反應(yīng)器，其用于將經(jīng)加熱的氣流與至少ー種炭黑產(chǎn)生原料組合以形成反應(yīng)物流，其中，在所述反應(yīng)器中形成炭黑；至少ー個原料供給管線，其用于將所述炭黑產(chǎn)生原料供給至通向所述反應(yīng)器的至少ー個原料引入點(diǎn)，以使所述原料與所述經(jīng)加熱的氣流組合； 至少ー個原料加熱器，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行操作以將在所述至少ー個原料供給管線中供給的所述炭黑產(chǎn)生原料預(yù)熱到至少約300°C的溫度；至少ー個泵，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行操作以使得在將所述炭黑產(chǎn)生原料預(yù)熱到至少約300°C之前，將該原料加壓到大于約10巴的壓力，而且其用于提供至少O. 2m/秒的在所述至少ー個原料加熱器中供給的所述原料的原料速度，其中速度的計算基于在60°C、1大氣壓下測得的原料密度和存在于所述至少ー個加熱器中的原料管線的最小橫截面積；和任選的淬火器，其用于冷卻所述反應(yīng)物流中的所述炭黑；其中，能夠?qū)λ鲅b置進(jìn)行進(jìn)一歩操作以向所述預(yù)熱到至少約300°C的原料提供在引入至所述反應(yīng)器之前的在所述至少ー個原料加熱器和所述至少ー個原料供給管線中的原料停留時間，該停留時間低于約120分鐘。64.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的裝置，其中所述至少ー個原料加熱器包括熱交換器，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行操作以使得以大于約10kW/m2的平均熱通量來加熱所述炭黑產(chǎn)生原料。65.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的裝置，其中，該至少ー個原料加熱器位于能夠與所述反應(yīng)物流接觸的所述反應(yīng)器內(nèi)，能夠?qū)λ鲈霞訜崞鬟M(jìn)行操作以將所述原料加熱到至少300°C的溫度。66.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的裝置，其中，該至少ー個原料加熱器設(shè)置成與所述反應(yīng)器的至少一部分接觸，能夠?qū)λ鲈霞訜崞鬟M(jìn)行操作以將所述原料加熱到至少300°C的溫度。67.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的裝置，其中該至少ー個原料加熱器包括位于所述反應(yīng)器內(nèi)的所述淬火器的下游處的熱交換器，其中，所述熱交換器包括這樣的壁，該壁適于在其第一面上由所述反應(yīng)物流進(jìn)行加熱并且適于在其相對面上與尚未供給至所述至少ー個原料供給管線的原料接觸，其中該原料在該熱交換器中能夠加熱到至少300°C的溫度。68.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的裝置，進(jìn)ー步包括用于能流動的熱載體的熱交換器，其位于能夠與所述反應(yīng)物流接觸的所述反應(yīng)器內(nèi)，而且，所述至少ー個原料加熱器在所述反應(yīng)器的外部并能夠操作以使得已經(jīng)離開該熱交換器的該能流動的熱載體的熱量與在該原料加熱器中的該原料進(jìn)行交換，從而將該原料加熱到至少300°C的溫度。69.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的裝置，其中能夠操作該至少ー個原料加熱器以交換來自該反應(yīng)器的尾氣流的熱量，從而將該原料加熱到至少300°C的溫度。70.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的裝置，進(jìn)ー步包括能夠操作以加熱能等離子加熱的氣流的等離子加熱器，用于提供所述經(jīng)加熱的氣流的至少一部分。71.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的裝置，進(jìn)ー步包括在該原料加熱器的原料接觸壁和該至少ー個原料供給管線的原料接觸內(nèi)壁上的非催化性表面，其中該表面對于烴的裂化或聚合是非催化性的。72.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的裝置，進(jìn)ー步包括在該原料加熱器的原料接觸壁和該至少ー個原料供給管線的原料接觸內(nèi)壁上的非催化性的陶瓷襯里。73.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的裝置，進(jìn)ー步包括包括用于碳的氧化劑的吹掃氣體的至少ー個源、以及在所述至少ー個原料供給管線上的至少ー個吹掃氣體引入點(diǎn)，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行操作以用所述吹掃氣體周期性地吹掃所述至少ー個原料供給管線。
74.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的裝置，其中能夠?qū)λ龇磻?yīng)器進(jìn)行操作以將原料和經(jīng)加熱的氣流組合以在該反應(yīng)器中連續(xù)至少約12小時地形成炭黒。75.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述預(yù)熱避免了在所述至少ー個加熱器中和/或在向所述炭黑反應(yīng)器的所述供給之前形成蒸氣膜。76.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法，其中所述預(yù)熱和/或所述供給基于穩(wěn)態(tài)操作條件且不存在失控的壓力降。77.炭黑，其通過任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的方法形成。78.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的炭黑，其中，與以沒有所述原料的預(yù)熱的方法制造的具有相同形態(tài)的炭黑的PAH相比，所述炭黑具有的PAH的量低至少10%。79.任意前述或后續(xù)實(shí)施方案/特征/方面的炭黑，其中，與以沒有所述預(yù)熱的方法制造的具有相同形態(tài)的炭黑相比，所述炭黑具有的基于PAH總量的高M(jìn)W PAH量的百分?jǐn)?shù)低至少10%。80.炭黑生產(chǎn)方法，包括將經(jīng)加熱的氣流引入到炭黑反應(yīng)器中；向至少ー個加熱器供給至少ー種炭黑產(chǎn)生原料；將所述至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少一個加熱器中預(yù)熱到大于約300°C的第ニ溫度以提供預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，其中(a)該至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少ー個加熱器中具有至少O. 2m/秒的速度，而且，所述速度的計算基于在60°C、1大氣壓下測得的原料密度和存在于所述至少ー個加熱器中的原料管線的最小橫截面積，和(b)該至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述加熱器中具有低于約120分鐘的第一原料停留時間；將所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料供給到通向所述炭黑反應(yīng)器的至少ー個原料引入點(diǎn)，其中所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料具有低于約120分鐘的第二原料停留時間，該第二原料停留時間為從離開所述至少一個加熱器至剛好到通向所述炭黑反應(yīng)器的所述引入點(diǎn)之前；并且其中所述第一原料停留時間和所述第二原料停留時間總計為120分鐘或更低；其中所述預(yù)熱是在足以避免在所述至少一個加熱器中或在向所述炭黑反應(yīng)器的所述供給之前形成蒸氣膜的壓カ下；至少將通過通向所述炭黑反應(yīng)器的所述至少一個引入點(diǎn)的所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料與該經(jīng)加熱的氣流組合以形成反應(yīng)物流，其中，在所述炭黑反應(yīng)器中形成炭黑；和
收取(例如淬火)所述反應(yīng)物流中的所述炭黑。本發(fā)明可包括在前面和/或下面語句和/或段落中所述的這些不同特征或?qū)嵤┓桨傅娜我饨M合。將本文所公開的特征的任意組合看作本發(fā)明的一部分且對于可組合的特征沒有限制?，F(xiàn)在，將參照以下非限制性的實(shí)施例更具體地描述本發(fā)明。實(shí)施例實(shí)施例I使用基于計算機(jī)的模型來評價在炭黑生產(chǎn)方案中使用的原料溫度為215°C、500°C和700°C的兩個等級的炭黑(A和B)的原材料成本節(jié)約潛力，該炭黑生產(chǎn)方案能夠通過本發(fā)明的所述結(jié)垢控制方法來在500°C和700°C進(jìn)行穩(wěn)定的連續(xù)操作。采用方法論并且 根據(jù)エ業(yè)可接受的實(shí)踐假定質(zhì)量和能量平衡以及反應(yīng)化學(xué)，從而，將Aspen Plus計算機(jī)模型程序用于對エ藝方案進(jìn)行建摸。用于該模型的模型エ藝流程圖與圖5中所示的相似。圖5顯示了用于等級A和500°C的原料預(yù)熱溫度的エ藝方案，而且，該總體エ藝設(shè)計另外也適用于其它模型化的原料溫度和等級的組合。詳細(xì)顯示在圖5中的エ藝方案通常類似于在圖I中顯示的エ藝方案。如圖5中所顯示，使用在初始淬火和二次淬火位置之間的炭黑反應(yīng)器煙氣的熱量來加熱原料。用于計算的原料熱容量顯示在圖6中。原料被假定是非反應(yīng)活性的；熱解反應(yīng)的吸熱效應(yīng)不被包括在原料熱容量中。對于等級A和B而言，將使用500°C和700°C的原料預(yù)熱溫度的兩種情況進(jìn)行建模并與基線情況(215°C預(yù)熱)進(jìn)行比較?？蛇m用于在模型中使用的等級A和B的液體碳生產(chǎn)原料是澄清油和澄清油/煤焦油的混合物。等級A和B的液體原料具有以下組成等級A澄清油較高熱值[J/kg]39, 524，446元素分析[質(zhì)量％]:
灰分O 碳 88.68 氫 6.92 氮 0.31 氯 O 硫 3.86 氧 0.23等級B澄清油/煤焦油流速[kg/hr]3, 562生成熱[J/kg]:50,692較高熱值[J/kg]39, 878，687元素分析[質(zhì)量％]
權(quán)利要求
1.炭黑生產(chǎn)方法，包括 將經(jīng)加熱的氣流引入到炭黑反應(yīng)器中； 向至少ー個加熱器供給至少ー種炭黑產(chǎn)生原料； 將所述至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少一個加熱器中預(yù)熱到大于約300°c的第二溫度以提供預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，其中(a)所述至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少ー個加熱器中具有至少O. 2m/秒的速度，其中基于在60°C、I大氣壓下測得的原料密度和存在于所述至少一個加熱器中的原料管線的最小橫截面積計算速度，和(b)該至少一種炭黑產(chǎn)生原料在所述加熱器中具有低于約120分鐘的第一原料停留時間； 將所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料供給到通向所述炭黑反應(yīng)器的至少ー個原料引入點(diǎn)，其中所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料具有低于約120分鐘的第二原料停留時間，該第二原料停留時間為從離開所述至少ー個加熱器至剛好到通向所述炭黑反應(yīng)器的所述引入點(diǎn)之前；并且其中所述第一原料停留時間和所述第二原料停留時間總計為120分鐘或更低；其中所述預(yù)熱避免了在所述至少一個加熱器中或在向所述炭黑反應(yīng)器的所述供給之前形成蒸氣膜； 至少將通過通向所述炭黑反應(yīng)器的所述至少一個引入點(diǎn)的所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料與該經(jīng)加熱的氣流組合以形成反應(yīng)物流，其中，在所述炭黑反應(yīng)器中形成炭黑；和 收取所述反應(yīng)物流中的所述炭黑。
2.權(quán)利要求I的方法，進(jìn)ー步包括在進(jìn)入所述至少一個加熱器之前將所述炭黑產(chǎn)生原料加壓以具有大于約10巴的壓力。
3.權(quán)利要求I的方法，進(jìn)ー步包括在進(jìn)入所述至少一個加熱器之前將所述炭黑產(chǎn)生原料加壓以具有大于約20巴的壓力。
4.權(quán)利要求I的方法，進(jìn)ー步包括在進(jìn)入所述至少一個加熱器之前將所述炭黑產(chǎn)生原料加壓到約20巴-約180巴的壓力。
5.權(quán)利要求I的方法，其中所述速度為至少約Im/秒。
6.權(quán)利要求I的方法，其中所述速度為至少約I.6m/秒。
7.權(quán)利要求I的方法，其中所述炭黑產(chǎn)生原料包括澄清油、煤焦油產(chǎn)物、こ烯裂化器殘留物、含浙青質(zhì)的油或它們的任意組合。
8.權(quán)利要求I的方法，其中所述炭黑產(chǎn)生原料具有約160°C-約500°C的初沸點(diǎn)。
9.權(quán)利要求I的方法，其中該至少ー種炭黑產(chǎn)生原料的所述預(yù)熱包括在所述加熱器中加熱所述炭黑產(chǎn)生原料，該加熱器具有在大于約10kW/m2的平均熱通量下操作的熱交換器。
10.權(quán)利要求I的方法，其中所述預(yù)熱的至少一部分在所述至少一個加熱器中進(jìn)行，所述加熱器所具有的熱量至少部分地由通過所述炭黑反應(yīng)器或其它炭黑反應(yīng)器或這兩者產(chǎn)生的熱量提供。
11.權(quán)利要求I的方法，其中所述第一停留時間和所述第二停留時間總計低于60分鐘。
12.權(quán)利要求I的方法，其中所述至少一個加熱器與所述炭黑反應(yīng)器的至少一部分處于熱交換。
13.權(quán)利要求I的方法，其中所述至少一個加熱器在所述炭黑反應(yīng)器中的淬火器的下游接觸所述反應(yīng)物流，其中所述至少一個加熱器包括具有這樣的壁的熱交換器，在所述壁的第一面上，由所述反應(yīng)物流加熱所述壁，而且，在所述壁的相對面上，所述壁接觸所述炭黑產(chǎn)生原料。
14.權(quán)利要求I的方法，其中所述至少一個加熱器包括在所述炭黑反應(yīng)器中與所述反應(yīng)物流進(jìn)行熱交換的熱交換器，其中加熱流經(jīng)該熱交換器的能流動的熱載體，并使該經(jīng)加熱的能流動的熱載體通過所述至少ー個加熱器，該加熱器位于所述反應(yīng)器的外部并且能操作以使得該能流動的熱載體的熱量與所述原料進(jìn)行交換，從而加熱所述炭黑產(chǎn)生原料。
15.權(quán)利要求I的方法，其中所述至少一個加熱器至少部分地是熱量源自來自所述炭黑反應(yīng)器或不同的炭黑反應(yīng)器或這兩者的炭黑尾氣的，以用于加熱所述炭黑產(chǎn)生原料。
16.權(quán)利要求I的方法，其中該經(jīng)加熱的氣流的引入包括在等離子加熱器內(nèi)對能等離子加熱的氣流進(jìn)行等離子加熱以提供所述經(jīng)加熱的氣流的至少一部分。
17.權(quán)利要求I的方法，進(jìn)ー步包括在所述至少一個加熱器的炭黑產(chǎn)生原料接觸壁上和在將所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料供給到所述炭黑反應(yīng)器中的至少ー個原料供給管線的內(nèi)壁上提供非催化性表面，其中該表面對于烴的裂化或聚合是非催化性的。
18.權(quán)利要求I的方法，其中所述供給包括通過至少ー個原料供給管線進(jìn)料所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，將所述原料供給至所述炭黑反應(yīng)器，而且所述方法進(jìn)ー步包括通過所述至少ー個炭黑產(chǎn)生原料供給管線周期性地進(jìn)料包括用于碳的氧化劑的吹掃氣體。
19.權(quán)利要求I的方法，其中所述供給包括通過至少ー個原料供給管線進(jìn)料所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，將所述原料供給至所述炭黑反應(yīng)器，而且所述方法進(jìn)ー步包括將該預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料注入到該炭黑反應(yīng)器中且至少部分地閃蒸該炭黑產(chǎn)生原料。
20.權(quán)利要求I的方法，進(jìn)ー步包括將該預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料和該經(jīng)加熱的氣流在所述炭黑反應(yīng)器中組合以在該反應(yīng)器中連續(xù)至少約12小時地形成炭黒。
21.炭黑生產(chǎn)方法，包括 將經(jīng)加熱的氣流引入到炭黑反應(yīng)器中； 向至少ー個加熱器供給至少ー種具有低于360°C的第一溫度的炭黑產(chǎn)生原料； 將所述至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少一個加熱器中預(yù)熱到約360°C -約850°C的第二溫度以提供預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，其中(a)所述至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少一個加熱器中具有至少O. 2m/秒的速度，其中基于在60°C、I大氣壓下測得的原料密度和存在于所述至少ー個加熱器中的原料管線的最小橫截面積計算速度，和(b)該至少一種炭黑產(chǎn)生原料在所述加熱器中具有低于約120分鐘的第一原料停留時間； 將所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料供給到通向所述炭黑反應(yīng)器的至少ー個原料引入點(diǎn)，其中所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料具有低于約120分鐘的第二原料停留時間，該第二原料停留時間為從離開所述至少ー個加熱器至剛好到通向所述炭黑反應(yīng)器的所述引入點(diǎn)之前；并且其中所述第一原料停留時間和所述第二原料停留時間總計為約10秒-約120分鐘；其中所述預(yù)熱避免了在所述至少一個加熱器中或在向所述炭黑反應(yīng)器的所述供給之前形成蒸氣膜； 至少將通過通向所述炭黑反應(yīng)器的所述至少一個引入點(diǎn)的所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料與該經(jīng)加熱的氣流組合以形成反應(yīng)物流，其中，在所述炭黑反應(yīng)器中形成炭黑；和 收取所述反應(yīng)物流中的所述炭黑。
22.權(quán)利要求21的方法，進(jìn)ー步包括在進(jìn)入所述至少一個加熱器之前將所述炭黑產(chǎn)生原料加壓以具有大于約20巴的壓力。
23.權(quán)利要求21的方法，進(jìn)ー步包括在進(jìn)入所述至少一個加熱器之前將所述炭黑產(chǎn)生原料加壓以具有大于約30巴的壓力。
24.權(quán)利要求21的方法，進(jìn)ー步包括在進(jìn)入所述至少一個加熱器之前將所述炭黑產(chǎn)生原料加壓到約30巴-約180巴的壓力。
25.權(quán)利要求21的方法，其中所述速度為至少約Im/秒。
26.權(quán)利要求21的方法，其中所述速度為至少約I.6m/秒。
27.權(quán)利要求21的方法，其中所述炭黑產(chǎn)生原料包括澄清油、煤焦油產(chǎn)物、こ烯裂化器殘留物、含浙青質(zhì)的油或它們的任意組合。
28.權(quán)利要求21的方法，其中所述炭黑產(chǎn)生原料具有約160°C-約500°C的初沸點(diǎn)。
29.權(quán)利要求21的方法，其中該至少ー種炭黑產(chǎn)生原料的所述預(yù)熱包括在所述加熱器中加熱所述炭黑產(chǎn)生原料，該加熱器具有在大于約20kW/m2的平均熱通量下操作的熱交換器。
30.權(quán)利要求21的方法，其中所述預(yù)熱的至少一部分在所述至少一個加熱器中進(jìn)行，所述加熱器所具有的熱量至少部分地由通過所述炭黑反應(yīng)器或其它炭黑反應(yīng)器或這兩者產(chǎn)生的熱量提供。
31.權(quán)利要求21的方法，其中所述第一停留時間和所述第二停留時間總計低于60分鐘。
32.權(quán)利要求21的方法，其中所述至少一個加熱器與所述炭黑反應(yīng)器的至少一部分處于熱交換。
33.權(quán)利要求2I的方法，其中所述至少一個加熱器在所述炭黑反應(yīng)器中的淬火器的下游接觸所述反應(yīng)物流，其中所述至少一個加熱器包括具有這樣的壁的熱交換器，在所述壁的第一面上，由所述反應(yīng)物流加熱所述壁，而且，在面對所述炭黑產(chǎn)生原料的所述壁的相對面上，所述壁接觸所述炭黑產(chǎn)生原料。
34.權(quán)利要求21的方法，其中所述至少一個加熱器包括在所述炭黑反應(yīng)器中與所述反應(yīng)物流進(jìn)行熱交換的熱交換器，其中加熱流經(jīng)該熱交換器的能流動的熱載體，并使該經(jīng)加熱的能流動的熱載體通過所述至少ー個加熱器，該加熱器位于所述反應(yīng)器的外部并且能操作以使得該能流動的熱載體的熱量與所述原料進(jìn)行交換，從而加熱所述炭黑產(chǎn)生原料。
35.權(quán)利要求21的方法，其中所述至少一個加熱器至少部分地是熱量源自來自所述炭黑反應(yīng)器或不同的炭黑反應(yīng)器或這兩者的炭黑尾氣的，以用于加熱所述炭黑產(chǎn)生原料。
36.權(quán)利要求21的方法，其中該經(jīng)加熱的氣流的引入包括在等離子加熱器內(nèi)對能等離子加熱的氣流進(jìn)行等離子加熱以提供所述經(jīng)加熱的氣流的至少一部分。
37.權(quán)利要求21的方法，進(jìn)ー步包括在所述至少一個加熱器的炭黑產(chǎn)生原料接觸壁上和在將所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料供給到所述炭黑反應(yīng)器中的至少ー個原料供給管線的內(nèi)壁上提供非催化性表面，其中該表面對于烴的裂化或聚合是非催化性的。
38.權(quán)利要求21的方法，其中所述供給包括通過至少ー個原料供給管線進(jìn)料所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，將所述原料供給至所述炭黑反應(yīng)器，而且所述方法進(jìn)ー步包括通過所述至少ー個炭黑產(chǎn)生原料供給管線周期性地進(jìn)料包括用于碳的氧化劑的吹掃氣體。
39.權(quán)利要求21的方法，其中所述供給包括通過至少ー個原料供給管線進(jìn)料所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，將所述原料供給至所述炭黑反應(yīng)器，而且所述方法進(jìn)ー步包括將該預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料注入到該炭黑反應(yīng)器中且至少部分地閃蒸該炭黑產(chǎn)生原料。
40.權(quán)利要求21的方法，進(jìn)ー步包括將該預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料和該經(jīng)加熱的氣流在所述炭黑反應(yīng)器中組合以在該反應(yīng)器中連續(xù)至少約12小時地形成炭黒。
41.炭黑生產(chǎn)方法，包括 將經(jīng)加熱的氣流引入到炭黑反應(yīng)器中； 向至少ー個加熱器供給至少ー種具有低于450°C的第一溫度的炭黑產(chǎn)生原料； 將所述至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少一個加熱器中預(yù)熱到大于約450°C的第二溫度以提供預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，其中(a)所述至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少ー個加熱器中具有至少O. 2m/秒的速度，其中基于在60°C、I大氣壓下測得的原料密度和存在于所述至少一個加熱器中的原料管線的最小橫截面積計算速度，和(b)該至少一種炭黑產(chǎn)生原料在所述加熱器中具有10秒-約120分鐘的第一原料停留時間； 將所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料供給到通向所述炭黑反應(yīng)器的至少ー個原料引入點(diǎn)，其中所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料具有低于約120分鐘的第二原料停留時間，該第二原料停留時間為從離開所述至少ー個加熱器至剛好到通向所述炭黑反應(yīng)器的所述引入點(diǎn)之前；并且其中所述第一原料停留時間和所述第二原料停留時間總計為120分鐘或更低；其中所述預(yù)熱避免了在所述至少一個加熱器中或在向所述炭黑反應(yīng)器的所述供給之前形成蒸氣膜； 至少將通過通向所述炭黑反應(yīng)器的所述至少一個引入點(diǎn)的所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料與該經(jīng)加熱的氣流組合以形成反應(yīng)物流，其中，在所述炭黑反應(yīng)器中形成炭黑；和 收取所述反應(yīng)物流中的所述炭黑。
42.權(quán)利要求41的方法，進(jìn)ー步包括在進(jìn)入所述至少一個加熱器之前將所述炭黑產(chǎn)生原料加壓以具有約20巴-約180巴的壓力。
43.權(quán)利要求41的方法，進(jìn)ー步包括在進(jìn)入所述至少一個加熱器之前將所述炭黑產(chǎn)生原料加壓以具有約30巴-約180巴的壓力。
44.權(quán)利要求41的方法，進(jìn)ー步包括在進(jìn)入所述至少一個加熱器之前將所述炭黑產(chǎn)生原料加壓到約40巴-約180巴的壓力。
45.權(quán)利要求41的方法，其中所述速度為至少約Im/秒。
46.權(quán)利要求41的方法，其中所述速度為至少約I.6m/秒。
47.權(quán)利要求41的方法，其中所述炭黑產(chǎn)生原料包括澄清油、煤焦油產(chǎn)物、こ烯裂化器殘留物、含浙青質(zhì)的油或它們的任意組合。
48.權(quán)利要求41的方法，其中所述炭黑產(chǎn)生原料具有約160°C-約500°C的初沸點(diǎn)。
49.權(quán)利要求41的方法，其中該至少ー種炭黑產(chǎn)生原料的所述預(yù)熱包括在所述加熱器中加熱所述炭黑產(chǎn)生原料，該加熱器具有在約20kW/m2-約150kW/m2的平均熱通量下操作的熱交換器。
50.權(quán)利要求41的方法，其中所述預(yù)熱的至少一部分在所述至少一個加熱器中進(jìn)行，所述加熱器所具有的熱量至少部分地由通過所述炭黑反應(yīng)器或其它炭黑反應(yīng)器或這兩者產(chǎn)生的熱量提供。
51.權(quán)利要求41的方法，其中所述第一停留時間和所述第二停留時間總計低于60分鐘。
52.權(quán)利要求41的方法，其中所述至少一個加熱器與所述炭黑反應(yīng)器的至少一部分處于熱交換。
53.權(quán)利要求41的方法，其中所述至少一個加熱器在所述炭黑反應(yīng)器中的淬火器的下游接觸所述反應(yīng)物流，其中所述至少一個加熱器包括具有這樣的壁的熱交換器，在所述壁的第一面上，由所述反應(yīng)物流加熱所述壁，而且，在面對所述炭黑產(chǎn)生原料的所述壁的相對面上，所述壁接觸所述炭黑產(chǎn)生原料。
54.權(quán)利要求41的方法，其中所述至少一個加熱器包括在所述炭黑反應(yīng)器中與所述反應(yīng)物流進(jìn)行熱交換的熱交換器，其中加熱流經(jīng)該熱交換器的能流動的熱載體，并使該經(jīng)加熱的能流動的熱載體通過所述至少ー個加熱器，該加熱器位于所述反應(yīng)器的外部并且能操作以使得該能流動的熱載體的熱量與所述原料進(jìn)行交換，從而加熱所述炭黑產(chǎn)生原料。
55.權(quán)利要求41的方法，其中所述至少一個加熱器至少部分地是熱量源自來自所述炭黑反應(yīng)器或不同的炭黑反應(yīng)器或這兩者的炭黑尾氣的，以用于加熱所述炭黑產(chǎn)生原料。
56.權(quán)利要求41的方法，其中該經(jīng)加熱的氣流的引入包括在等離子加熱器內(nèi)對能等離子加熱的氣流進(jìn)行等離子加熱以提供所述經(jīng)加熱的氣流的至少一部分。
57.權(quán)利要求41的方法，進(jìn)ー步包括在所述至少一個加熱器的炭黑產(chǎn)生原料接觸壁上和將所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料供給到所述炭黑反應(yīng)器中的至少ー個原料供給管線的內(nèi)壁上提供非催化性表面，其中該表面對于烴的裂化或聚合是非催化性的。
58.權(quán)利要求41的方法，其中所述供給包括通過至少ー個原料供給管線進(jìn)料所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，將所述原料供給至所述炭黑反應(yīng)器，而且所述方法進(jìn)ー步包括通過所述至少ー個炭黑產(chǎn)生原料供給管線周期性地進(jìn)料包括用于碳的氧化劑的吹掃氣體。
59.權(quán)利要求41的方法，其中所述供給包括通過至少ー個原料供給管線進(jìn)料所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，將所述原料供給至所述炭黑反應(yīng)器，而且所述方法進(jìn)ー步包括將該預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料注入到該炭黑反應(yīng)器中且至少部分地閃蒸該炭黑產(chǎn)生原料。
60.權(quán)利要求41的方法，進(jìn)ー步包括將該預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料和該經(jīng)加熱的氣流在所述炭黑反應(yīng)器中組合以在該反應(yīng)器中連續(xù)至少約12小時地形成炭黒。
61.炭黑生產(chǎn)方法，包括 將經(jīng)加熱的氣流引入到炭黑反應(yīng)器中； 在大于10巴的第一壓カ下，向至少ー個加熱器供給至少ー種具有低于300°C的第一溫度的炭黑產(chǎn)生原料； 將所述至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少一個加熱器中預(yù)熱到大于約300°C的第二溫度以提供預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，其中(a)所述至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少ー個加熱器中具有與所述第一壓カ大致相同或低于所述第一壓カ的第二壓力，所述第二壓カ的計算基于這樣的假設(shè)——原料在第一壓カ和第二壓カ期間均在相同的橫截面積中進(jìn)行傳輸，和(b)該至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述加熱器中具有低于約120分鐘的第一原料停留時間； 將所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料供給到通向所述炭黑反應(yīng)器的至少ー個原料引入點(diǎn)，其中所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料具有低于約120分鐘的第二原料停留時間，該第二原料停留時間為從離開所述至少ー個加熱器至剛好到通向所述炭黑反應(yīng)器的所述引入點(diǎn)之前；并且其中所述第一原料停留時間和所述第二原料停留時間總計為120分鐘或更低；其中所述預(yù)熱避免了在所述至少一個加熱器中或在向所述炭黑反應(yīng)器的所述供給之前形成蒸氣膜； 至少將通過通向所述炭黑反應(yīng)器的所述至少一個引入點(diǎn)的所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料與該經(jīng)加熱的氣流組合以形成反應(yīng)物流，其中，在所述炭黑反應(yīng)器中形成炭黑；和收取所述反應(yīng)物流中的所述炭黑。
62.炭黑生產(chǎn)方法，包括 將經(jīng)加熱的氣流引入到炭黑反應(yīng)器中； 在大于10巴的第一壓カ下，向至少ー個加熱器供給至少ー種具有低于300°C的第一溫度的炭黑產(chǎn)生原料； 將所述至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少一個加熱器中預(yù)熱到大于約300°C的第二溫度以提供預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，其中i)該至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少一個加熱器中具有與所述第一壓カ大致相同或低于所述第一壓カ的第二壓カ和i i)該至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少一個加熱器中具有至少O. 2m/秒的速度，其中速度的計算基于在60°C、1大氣壓下測得的原料密度和存在于所述至少ー個加熱器中的原料管線的最小橫截面積和其中i)的計算基于原料在第一壓カ和第二壓カ期間均在相同的橫截面積中進(jìn)行傳輸；和 將所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料供給到通向所述炭黑反應(yīng)器的至少ー個原料引入點(diǎn)，其中所述預(yù)熱避免了在所述至少一個加熱器中或在向所述炭黑反應(yīng)器的所述供給之前形成蒸氣膜； 至少將通過通向所述炭黑反應(yīng)器的所述至少一個引入點(diǎn)的所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料與該經(jīng)加熱的氣流組合以形成反應(yīng)物流，其中，在所述炭黑反應(yīng)器中形成炭黑；和 收取所述反應(yīng)物流中的所述炭黑。
63.炭黑生產(chǎn)裝置，其包括 反應(yīng)器，其用于將經(jīng)加熱的氣流與至少ー種炭黑產(chǎn)生原料組合以形成反應(yīng)物流，其中，在所述反應(yīng)器中形成炭黑； 至少ー個原料供給管線，其用于將所述炭黑產(chǎn)生原料供給至通向所述反應(yīng)器的至少ー個原料引入點(diǎn)，以使所述原料與所述經(jīng)加熱的氣流組合； 至少ー個原料加熱器，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行操作以將在所述至少ー個原料供給管線中供給的所述炭黑產(chǎn)生原料預(yù)熱到至少約300°C的溫度； 至少ー個泵，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行操作以使得在將所述炭黑產(chǎn)生原料預(yù)熱到至少約300°C之前，將該原料加壓到大于約10巴的壓力，而且其用于提供至少O. 2m/秒的在所述至少ー個原料加熱器中供給的所述原料的原料速度，其中速度的計算基于在60°C、1大氣壓下測得的原料密度和存在于所述至少ー個加熱器中的原料管線的最小橫截面積；和 淬火器，其用于冷卻所述反應(yīng)物流中的所述炭黑； 其中，能夠?qū)λ鲅b置進(jìn)行進(jìn)一歩操作以向所述預(yù)熱到至少約300°C的原料提供在引入至所述反應(yīng)器之前的在所述至少ー個原料加熱器和所述至少ー個原料供給管線中的原料停留時間，該停留時間低于約120分鐘。
64.權(quán)利要求63的裝置，其中所述至少ー個原料加熱器包括熱交換器，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行操作以使得以大于約10kW/m2的平均熱通量來加熱所述炭黑產(chǎn)生原料。
65.權(quán)利要求的63的裝置，其中，該至少ー個原料加熱器位于能夠與所述反應(yīng)物流接觸的所述反應(yīng)器內(nèi)，能夠?qū)λ鲈霞訜崞鬟M(jìn)行操作以將所述原料加熱到至少300°C的溫度。
66.權(quán)利要求63的裝置，其中，該至少ー個原料加熱器設(shè)置成與所述反應(yīng)器的至少ー部分接觸，能夠?qū)λ鲈霞訜崞鬟M(jìn)行操作以將所述原料加熱到至少300°C的溫度。
67.權(quán)利要求63的裝置，其中該至少ー個原料加熱器包括位于所述反應(yīng)器內(nèi)的所述淬火器的下游處的熱交換器，其中，所述熱交換器包括這樣的壁，該壁適于在其第一面上由所述反應(yīng)物流進(jìn)行加熱并且適于在其相對面上與尚未供給至所述至少ー個原料供給管線的原料接觸，其中該原料在該熱交換器中能夠加熱到至少300°C的溫度。
68.權(quán)利要求63的裝置，進(jìn)ー步包括用于能流動的熱載體的熱交換器，其位于能夠與所述反應(yīng)物流接觸的所述反應(yīng)器內(nèi)，而且，所述至少ー個原料加熱器在所述反應(yīng)器的外部并能夠操作以使得已經(jīng)離開該熱交換器的該能流動的熱載體的熱量與在該原料加熱器中的該原料進(jìn)行交換，從而將該原料加熱到至少300°C的溫度。
69.權(quán)利要求63的裝置，其中能夠操作該至少ー個原料加熱器以交換來自該反應(yīng)器的尾氣流的熱量，從而將該原料加熱到至少300°C的溫度。
70.權(quán)利要求63的裝置，進(jìn)ー步包括能夠操作以加熱能等離子加熱的氣流的等離子加熱器，用于提供所述經(jīng)加熱的氣流的至少一部分。
71.權(quán)利要求63的裝置，進(jìn)ー步包括在該原料加熱器的原料接觸壁和該至少ー個原料供給管線的原料接觸內(nèi)壁上的非催化性表面，其中該表面對于烴的裂化或聚合是非催化性的。
72.權(quán)利要求63的裝置，進(jìn)ー步包括在該原料加熱器的原料接觸壁和該至少ー個原料供給管線的原料接觸內(nèi)壁上的非催化性的陶瓷襯里。
73.權(quán)利要求63的裝置，進(jìn)ー步包括包括用于碳的氧化劑的吹掃氣體的至少ー個源、以及在所述至少ー個原料供給管線上的至少ー個吹掃氣體引入點(diǎn)，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行操作以用所述吹掃氣體周期性地吹掃所述至少ー個原料供給管線。
74.權(quán)利要求63的裝置，其中能夠?qū)λ龇磻?yīng)器進(jìn)行操作以將原料和經(jīng)加熱的氣流組合以在該反應(yīng)器中連續(xù)至少約12小時地形成炭黒。
75.權(quán)利要求1-62中任ー項(xiàng)的方法，其中所述預(yù)熱和所述供給基于穩(wěn)態(tài)操作條件且不存在失控的壓力降。
76.炭黑，其由權(quán)利要求1-62中任ー項(xiàng)的方法形成。
77.權(quán)利要求76的炭黑，其中，與以沒有所述預(yù)熱的方法制造的具有相同形態(tài)的炭黑的PAH相比，所述炭黑具有的PAH的量低至少10%。
78.權(quán)利要求76的炭黑，其中，與以沒有所述預(yù)熱的方法制造的具有相同形態(tài)的炭黑相比，所述炭黑具有的基于PAH總量的高麗PAH量的百分?jǐn)?shù)低至少10%。
79.炭黑生產(chǎn)方法，包括 將經(jīng)加熱的氣流引入到炭黑反應(yīng)器中； 向至少ー個加熱器供給至少ー種炭黑產(chǎn)生原料； 將所述至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少一個加熱器中預(yù)熱到大于約300°C的第二溫度以提供預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，其中(a)該至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在所述至少一個加熱器中具有至少O. 2m/秒的速度，其中速度的計算基于在60°C、I大氣壓下測得的原料密度和存在于所述至少ー個加熱器中的原料管線的最小橫截面積，和(b)該至少一種炭黑產(chǎn)生原料在所述加熱器中具有低于約120分鐘的第一原料停留時間； 將所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料供給到通向所述炭黑反應(yīng)器的至少ー個原料引入點(diǎn)，其中所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料具有低于約120分鐘的第二原料停留時間，該第二原料停留時間為從離開所述至少ー個加熱器至剛好到通向所述炭黑反應(yīng)器的所述引入點(diǎn)之前；并且其中所述第一原料停留時間和所述第二原料停留時間總計為120分鐘或更低；其中所述預(yù)熱是在足以避免在所述至少一個加熱器中或在向所述炭黑反應(yīng)器的所述供給之前形成蒸氣膜的壓カ下； 至少將通過通向所述炭黑反應(yīng)器的所述至少一個引入點(diǎn)的 所述預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料與該經(jīng)加熱的氣流組合以形成反應(yīng)物流，其中，在所述炭黑反應(yīng)器中形成炭黑；和收取所述反應(yīng)物流中的所述炭黑。使用預(yù)熱原料的炭黑生產(chǎn)方法以及用于該方法的裝置背景技術(shù)
本申請根 據(jù)35 U. S. C. § 119(e)要求2010年2月19日提交的在先美國臨時專利申請No. 61/306，092的優(yōu)先權(quán)，該美國臨時專利申請的全部內(nèi)容在此引入作為參考。
本發(fā)明涉及使用經(jīng)預(yù)熱的原料并控制結(jié)垢的炭黑生產(chǎn)方法。本發(fā)明還涉及使用經(jīng)預(yù)熱的原料并控制結(jié)垢的炭黑生產(chǎn)裝置。本發(fā)明還涉及由本發(fā)明方法得到的炭黒。
炭黑被廣泛應(yīng)用，例如，作為在油墨組合物、油漆等中的顏料，作為在橡膠組合物和塑料組合物的配混和制備中的填料和增強(qiáng)顏料，以及用于各種其它應(yīng)用 。炭黑一般在爐式反應(yīng)器中通過將烴原料與熱燃燒氣體進(jìn)行反應(yīng)以生產(chǎn)含有顆粒狀炭黑的燃燒產(chǎn)物來進(jìn)行生產(chǎn)。在炭黑文獻(xiàn)中，在燃燒氣體和烴原料之間的這一反應(yīng)通常被稱為熱解。
生產(chǎn)炭黑的許多方法是公知的。在一種類型的炭黑爐法反應(yīng)器(例如示于授予Kester等人的美國專利No. 3，401，020或授予Pollock的美國專利No. 2，785，964中的炭黑爐法反應(yīng)器)中，將燃料(如含烴燃料)和氧化劑(如空氣)注入到第一區(qū)中并進(jìn)行反應(yīng)來形成熱燃燒氣體。呈氣體、蒸氣或液態(tài)形式的含烴原料也被注入到該第一區(qū)中，隨后該含烴原料的反應(yīng)開始。然后將所得的燃燒氣體混合物(其中反應(yīng)正在進(jìn)行)通入反應(yīng)區(qū)，在反應(yīng)區(qū)中進(jìn)行炭黑形成反應(yīng)的完成。在另ー種類型的炭黑爐法反應(yīng)器中，液體或氣體燃料與氧化劑如空氣在第一區(qū)中起反應(yīng)來形成熱燃燒氣體。這些熱燃燒氣體從第一區(qū)向下流過該反應(yīng)器進(jìn)入到反應(yīng)區(qū)和更遠(yuǎn)處。為了生產(chǎn)炭黑，將含烴原料在一個或多個點(diǎn)上注入到熱燃燒氣流的路徑中。通常，含烴原料是烴油或天然氣。第一區(qū)(或燃燒區(qū))和反應(yīng)區(qū)可以通過節(jié)流閥或直徑收斂區(qū)(其直徑在橫截面上小于燃燒區(qū)或反應(yīng)區(qū))來分開。原料可以被注入到熱燃燒氣體的路徑的上游、下游和/或該直徑收斂區(qū)中。烴原料可以從燃燒氣流之內(nèi)和/或從燃燒氣流之外、以霧化和/或非霧化的形式來引入。這種類型的炭黑爐法反應(yīng)器例如示于授予Morgan等人的美國再頒專利No. 28，974和授予Jordan等人的美國專利No. 3，922，335 中。
在公知的反應(yīng)器和方法中，熱燃燒氣體所處的溫度要足以導(dǎo)致注入到燃燒氣流中的含烴原料的反應(yīng)。在一種類型的反應(yīng)器中，例如上面指出的授予Kester等人的美國專利No. 3，401，020，原料在一個或多個點(diǎn)上被注入到與形成燃燒氣體的區(qū)相同的區(qū)中。在其它類型的反應(yīng)器或方法中，原料在一個或多個點(diǎn)上的注入在燃燒氣流已經(jīng)形成之后進(jìn)行。在整個申請中，原料和燃燒氣體的混合物(其中反應(yīng)正進(jìn)行)有時在下文中被稱為“反應(yīng)物流”。該反應(yīng)物流在反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)中的停留時間要足以允許形成所要求的炭黒。在兩種類型反應(yīng)器的任ー種中，因?yàn)闊崛紵龤饬飨蛳铝鹘?jīng)反應(yīng)器，所以當(dāng)原料和燃燒氣體的混合物流過反應(yīng)區(qū)時發(fā)生反應(yīng)。在具有所需的性能的炭黑形成之后，反應(yīng)物流的溫度降到讓反應(yīng)停止的溫度，并且能夠收取炭黑產(chǎn)物。
其它專利(例如授予Jordan等人的美國專利No. 3, 922, 335、授予Casperson的.4，826，669、授予Morgan的6，348，181和授予Green的6，926，877)也示出了炭黑生產(chǎn)方法，其包括原料溫度。如在美國專利No. 4，826，669中所示的，在進(jìn)入到反應(yīng)器的位置處的典型的原料溫度能夠是例如從250° F到500° F(121° C到260° C)。
本研究者已經(jīng)認(rèn)識到，在炭黑生產(chǎn)中，在進(jìn)入反應(yīng)器的位置處或在進(jìn)入反應(yīng)器的位置之前的接近或超過約300° C的含烴原料溫度將會產(chǎn)生由熱引起的原料供給管線和設(shè)備結(jié)垢的高風(fēng)險的破壞性的水平。此外，本研究者相信，能夠容忍如此熱的原料的炭黑生產(chǎn)方法和系統(tǒng)之前未被開發(fā)出，而且，在開發(fā)出本發(fā)明的用于炭黑生產(chǎn)的方法和結(jié)構(gòu)之前，使用熱原料操作的可能的益處以前未被充分認(rèn)識或?qū)崿F(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的特征是在炭黑生產(chǎn)中提供提高的原料預(yù)熱溫度并控制在該提高的原料溫度下由熱引起的原料管線的結(jié)垢。
本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點(diǎn)將在以下說明書中部分闡明，且部分地將由本說明書顯見，或者可以通過本發(fā)明的實(shí)踐而獲得教導(dǎo)。通過在本說明書和所附權(quán)利要求書中特別指出的要素以及組合，本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點(diǎn)將得以認(rèn)識和實(shí)現(xiàn)。
為了實(shí)現(xiàn)這些以及其它優(yōu)點(diǎn)，且根據(jù)本發(fā)明的目的，如在本文中具體示例且寬泛描述的，本發(fā)明部分地涉及炭黑生產(chǎn)方法，其包括將炭黑產(chǎn)生原料預(yù)熱到大于約300° C的溫度來提供在該溫度范圍內(nèi)的預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料。該原料能夠加熱到至少450°C的溫度，或者從約360° C到約850° C，或者超過300°C的其它溫度。該預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料可以在至少ー個原料供給管線中被供給到通向反應(yīng)器的至少ー個原料引入點(diǎn)。將該預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料通過通向反應(yīng)器的至少ー個引入點(diǎn)引入，從而，與用于形成反應(yīng)物流的加熱的氣流進(jìn)行組合，其中，在所述反應(yīng)器中形成炭黑。在反應(yīng)物流中的炭黑可以被淬火(quenched)以收取。本發(fā)明的方法包括在提高的原料溫度下降低由熱引起的原料供給管線的結(jié)垢風(fēng)險的ー個或多個方法。這些方法能夠在ー個或多個原料供給管線的內(nèi)壁上最小化污垢的形成(如降低焦炭沉積)、去除污垢表面沉積(如増加焦炭的去除)、或者這兩者的組合，從而，當(dāng)將經(jīng)預(yù)熱的原料運(yùn)輸?shù)椒磻?yīng)器中時，將原料供給管線維持在可操作的狀態(tài)下。這些結(jié)垢控制方法可以包括以下的ー個或多個(或任意組合)
-將炭黑產(chǎn)生原料以大約至少O.2m/秒的速度(或者例如，大約至少Im/秒或者大約至少I. Im/秒或者大約至少I. 6m/秒或者大約至少2m/秒，或者其它大于約O. 2m/秒的速度)輸送通過將炭黑產(chǎn)生原料進(jìn)行加熱以達(dá)到預(yù)熱的至少ー個加熱器，
-將炭黑產(chǎn)生原料在進(jìn)入至少ー個將炭黑產(chǎn)生原料進(jìn)行預(yù)先加熱的加熱器之前加壓到大于大約10巴的壓カ(或者例如，大于約20巴或者大于約30巴或者大于約40巴，或者從約20到約180巴，或者從約30到約180巴或者其它大于約10巴的壓カ)，
-在引入到反應(yīng)器之前的炭黑產(chǎn)生原料在至少ー個預(yù)熱用加熱器中以及預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料在原料供給管線中的總原料停留時間設(shè)定為低于約120分鐘(或者例如，從約I秒到約120分鐘或者約I到約60分鐘，或者其它低于約120分鐘的停留時間)，
-在以大于約10kW/m2的(內(nèi)管表面)平均熱通量(或者例如，大于約20kW/m2，或者從約20到約200kW/m2，或者其它大于約10kW/m2的平均熱通量)操作的至少ー個加熱器中預(yù)熱原料，
-將對于烴的熱裂化或聚合是非催化性的表面提供在原料供給管線的原料接觸內(nèi)壁上，
-周期性地將至少ー種包括用于碳的氧化劑的吹掃氣體(如，蒸汽、空氣、氧氣、CO2)輸送通過原料供給管線，
或者它們的任何組合。
本發(fā)明所提供的結(jié)垢控制能夠允許至少一部分的原料預(yù)熱通過用經(jīng)由在高的反應(yīng)溫度下的反應(yīng)器產(chǎn)生的熱量加熱該原料來完成。根據(jù)本發(fā)明可行的原料預(yù)熱條件和設(shè)計能夠提供優(yōu)點(diǎn)和好處，例如，提高的能量回收、在原料成本上的節(jié)約、在炭黑數(shù)量上的増加、降低的ニ氧化碳排放、在SOx和/或NOx排放上的降低、在高的原料溫度條件下的用于エ業(yè)上有用的持續(xù)時間的穩(wěn)定或連續(xù)的炭黑生產(chǎn)，或者它們的任意組合。與常規(guī)方法相比，由于這里所提及的這些環(huán)境優(yōu)點(diǎn)中的ー個或多個，本發(fā)明的方法可以被認(rèn)為是“更加綠色”的方法。
本發(fā)明還涉及用于進(jìn)行例如如前所述的方法的裝置。該裝置包括至少ー個用于將加熱的氣流和至少ー種高溫炭黑產(chǎn)生原料組合以形成反應(yīng)物流的反應(yīng)器，其中炭黑在該反應(yīng)器中形成。還包括的是至少ー個經(jīng)結(jié)垢控制的原料供給管線，其用于將炭黑產(chǎn)生原料供給到通向反應(yīng)器的至少ー個原料引入點(diǎn)來將該原料與加熱的氣流相組合；和至少ー個原料加熱器，能夠操作以使得在至少ー個原料供給管線上所供給的炭黑產(chǎn)生原料預(yù)熱到大于約 300°C的溫度。該裝置進(jìn)ー步包括至少ー個泵，a)能夠操作以使得在將炭黑產(chǎn)生原料預(yù)先加熱到大于約300° C的溫度之前，將該炭黑產(chǎn)生原料加壓到大于約10巴的壓カ；或b)其用于將通過預(yù)熱炭黑產(chǎn)生原料的至少ー個原料加熱器的原料速度設(shè)定為至少約O. 2m/秒；或c)這兩者?？梢园ㄓ糜谠诜磻?yīng)物流中冷卻炭黑的淬火器。能夠?qū)Ψ磻?yīng)器進(jìn)行操作以提供在引入至所述反應(yīng)器之前的在所述至少ー個原料加熱器和所述至少ー個原料供給管線中的原料停留時間，對于所述預(yù)熱到大于約300°C的原料，該停留時間低于約120分鐘。至少一部分的原料預(yù)熱能夠在裝置上例如通過用由反應(yīng)器所產(chǎn)生或在反應(yīng)器中所產(chǎn)生的放熱熱量將該原料進(jìn)行直接或間接地加熱來完成。該裝置能夠具有，例如，被安排在反應(yīng)物流中的反應(yīng)器之內(nèi)的原料加熱器，被安排與反應(yīng)器的加熱壁接觸的原料加熱器，被安排與反應(yīng)器尾氣接觸的原料加熱器，被安排在反應(yīng)器之外以與從位于在反應(yīng)器之內(nèi)的熱交換器中所接收的加熱的流體進(jìn)行熱量交換的原料加熱器，或者使用ー個或多個原料供給管線將這些結(jié)構(gòu)任意組合。原料加熱器可以是ー種或多種用尾氣(來自同樣的和/或不同的炭黑反應(yīng)器)或任何烴基燃料作為燃料的加熱器、和/或可以是電加熱器。
為了本文的目的，“供給管線”或“至少ー個原料供給管線”可以是任何管道、管子、熱交換器管、熱交換器通道或者其它適于傳輸液體或蒸氣原料的結(jié)構(gòu)、或者它們的組合，原料通過其在預(yù)熱的溫度下輸送到反應(yīng)器中?！肮┙o管線”可以是任意直徑和/或長度。例如，如果將原料在通過熱交換器的管道或盤管的過程中預(yù)熱到300°C的溫度然后從熱交換器中通過分開的管道供給到反應(yīng)器中，則該“至少ー個供給管線”將包括在沿?zé)峤粨Q器(原料溫度在其中已經(jīng)達(dá)到300°C )內(nèi)部的管道的位置與熱交換器管道的出料端之間的熱交換器管道部分；以及在熱交換器之后的管道(通過其將經(jīng)預(yù)熱的原料輸送到達(dá)反應(yīng)器)。
“控制”，相對于與原料相關(guān)的結(jié)焦而言，是指在沒有預(yù)防步驟的情況下至少降低(或防止或者減慢)所發(fā)生的結(jié)焦的水平。
應(yīng)當(dāng)理解，前面的總體描述和下面的詳細(xì)描述均僅是示例性和說明性的且g在提供對所要求保護(hù)的本發(fā)明的進(jìn)ー步解釋。
結(jié)合到本申請中且構(gòu)成本申請一部分的


了本發(fā)明的一些實(shí)施方案，而且，所述附圖與本說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中所使用的相似的標(biāo)號代表相似的特征。

圖I是可以用在本發(fā)明方法中以生產(chǎn)炭黑的ー種類型的爐法炭黑反應(yīng)器的一部分的示意圖。該炭黑反應(yīng)器僅僅是可用于本發(fā)明的反應(yīng)器的舉例說明。
圖2是可以用在本發(fā)明方法中以生產(chǎn)炭黑的另一種類型的爐法炭黑反應(yīng)器的一部分的示意圖。該炭黑反應(yīng)器僅僅是可用于本發(fā)明的反應(yīng)器的舉例說明。
圖3是可以用在本發(fā)明方法中以生產(chǎn)炭黑的又另ー種類型的爐法炭黑反應(yīng)器的一部分的示意圖。該炭黑反應(yīng)器僅僅是可用于本發(fā)明的反應(yīng)器的舉例說明。
圖4是可以用在本發(fā)明方法中以生產(chǎn)炭黑的另外類型的爐法炭黑反應(yīng)器的一部分的示意圖。該炭黑反應(yīng)器僅僅是可用于本發(fā)明的反應(yīng)器的舉例說明。
圖5是可以用在本發(fā)明方法中以生產(chǎn)炭黑的エ藝方案的示意圖。該炭黑反應(yīng)器方案用于實(shí)施例中，但是僅僅是可用于本發(fā)明的反應(yīng)器的舉例說明。
圖6是在實(shí)施例中的所述模型中用于原材料節(jié)約計算的原料熱容量(千焦/kg · oC)相對于原料溫度(V )的曲線圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明涉及大于約300°C的提高的原料預(yù)熱溫度在不受原料結(jié)垢問題影響的炭黑生產(chǎn)中的用途。本發(fā)明能夠適用于エ業(yè)規(guī)模的炭黑生產(chǎn)或其它規(guī)模的生產(chǎn)。
本發(fā)明部分地涉及炭黑生產(chǎn)方法。該方法可包括將經(jīng)加熱的氣流引入到炭黑反應(yīng)器中。該方法進(jìn)ー步包括，將至少ー種具有低于所要達(dá)到的預(yù)熱溫度的第一溫度(例如低于 300 V或低于 275°C (如從 40°C 到 274°C、從 50 V 到 270°C、從 70 V 到 250°C、從 60 V到200V、從70°C到150°C等))的炭黑產(chǎn)生原料供給到至少ー個加熱器(如至少兩個加熱器、至少三個加熱器等，其中這些加熱器可以彼此相同或不同)。進(jìn)入該至少ー個加熱器的原料的溫度是低于目標(biāo)預(yù)熱溫度或溫度范圍。作為選擇，原料在被預(yù)熱之前可以按照最少約O. 2m/秒(如,至少約O. 4m/秒，至少約O. 6m/秒，至少約O. 8m/秒，至少約Im/秒，至少約I. Im/秒,至少約I. 6m/秒,例如從O. 2m/秒到4m/秒,從I. I到3m/秒等)的第一速度來輸送。能夠使用其它速度，條件是選擇其它加工條件來控制在加熱器和通向反應(yīng)器的供給管線中的結(jié)垢和/或結(jié)焦。
該方法包括，將在至少ー個加熱器中的至少ー種炭黑生產(chǎn)原料預(yù)熱到大于約.300 V (如，至少350で、至少360で、至少400 V、至少450で，至少500 V、例如從300 V到.850°C、或者從360°C到800°C、從400°C到750°C、從450°C到700°C等)的第二溫度來提供預(yù)熱的炭黑生產(chǎn)原料，其中(a)所述至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在該至少一個加熱器中具有至少O. 2m/秒的速度，其中基于在60°C、I大氣壓下測得的原料密度和基于在該至少ー個加熱器中所存在的原料管線的最小橫截面積計算速度。因?yàn)樵谶@樣的升高的溫度下測量原料的速度會是非常困難的，所以對于本發(fā)明的目的，本文中所述速度基于這些具體的測量條件。無論在實(shí)際的加熱器中存在最小的直徑還是最小的橫截面積，為了本發(fā)明的目的，該最小橫截面積被用于確定本文中所述的速度。許多加熱器在整個加熱器中具有同一直徑，但在加熱器中存在若干直徑或橫截面積的情況下，該條件被提供。速度基于最小橫截面積。通過原料加熱器的實(shí)際速度一般會更快于在60°C、1大氣壓下測得的速度。
在該方法中，炭黑生產(chǎn)原料在加熱器中能夠具有低于約120分鐘的第一原料停留時間(如，低于100分鐘，低于80分鐘，低于60分鐘，低于40分鐘，低于30分鐘，低于20分鐘，低于10分鐘，例如從I秒到119分鐘，從5秒到115分鐘，從10秒到110分鐘，從30秒到100分鐘，從I分鐘到60分鐘，從5分鐘到30分鐘等)。例如，參見附圖，第一原料停留時間例如是，原料在圖I中的加熱器19或圖2中的加熱器22之內(nèi)所花費(fèi)的時間。
該方法能夠包括，將該預(yù)熱的炭黑生產(chǎn)原料供給至通向炭黑反應(yīng)器的至少ー個原料引入點(diǎn)(即，一個或兩個或至少三個或四個原料引入點(diǎn))，其中，該預(yù)熱的炭黑生產(chǎn)原料具有低于約120分鐘的第二原料停留時間(如，低于100分鐘，低于80分鐘，低于60分鐘，低于40分鐘，低于30分鐘，低于20分鐘，低于10分鐘，例如從I秒到119分鐘，從5秒到115分鐘，從10秒到110分鐘，從30秒到100分鐘，從I分鐘到60分鐘，從5分鐘到30分鐘等)，該第二原料停留時間的測量是從離開該至少一個加熱器直到剛好到達(dá)該炭黑反應(yīng) 器的引入點(diǎn)之前。第一原料停留時間和第二原料停留時間相組合優(yōu)選是120分鐘或更低(如，低于100分鐘，低于80分鐘，低于60分鐘，低于40分鐘，低于30分鐘，低于20分鐘，低于10分鐘，例如從I秒到119分鐘，從5秒到115分鐘，從10秒到110分鐘，從30秒到.100分鐘，從I分鐘到60分鐘，從5分鐘到30分鐘等)。例如，參見附圖，第二原料停留時間例如應(yīng)該是，原料離開圖I中的加熱器19或圖2中的加熱器22直到反應(yīng)器的引入點(diǎn)的時間，如在圖I和圖2中的引入點(diǎn)16所示的。第一原料停留時間和第二原料停留時間的組合是總原料停留時間。
該方法可以包括，通過通向炭黑反應(yīng)器的至少ー個引入點(diǎn)來將預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料與經(jīng)加熱的氣流進(jìn)行組合來形成反應(yīng)物流，其中炭黑形成在炭黑反應(yīng)器中。
該方法可以包括對反應(yīng)物流中的炭黑進(jìn)行淬火。在本發(fā)明方法中可以使用在炭黑制造中常見的其它后淬火步驟。
作為選擇，如果通向加熱器的原料管線的橫截面與通過該加熱器的供給管線的橫截面大約是相同的話，則相比于在進(jìn)入該至少一個加熱器處的第一速度，炭黑產(chǎn)生原料在至少ー個加熱器中所能夠具有的速度是大致相同的或者更大的(例如更大至少1%，更大至少2%，更大至少3%，更大至少5%，更大至少7%，更大至少10%，更大至少100%，更大至少.200%，例如更大1%到200%、或更大20%到100%等)。
本發(fā)明方法可以包括將ー種或多種炭黑產(chǎn)生原料進(jìn)行加壓。該方法可以包括，在ー種或多種炭黑產(chǎn)生原料內(nèi)進(jìn)行加壓或通過使用壓カ以使得炭黑產(chǎn)生原料的預(yù)熱能夠避免在至少ー個加熱器中或在供給到炭黑反應(yīng)器中之前形成蒸氣膜。本發(fā)明的方法可以包括，將ー種或多種炭黑產(chǎn)生原料在進(jìn)入該預(yù)熱炭黑產(chǎn)生原料的至少ー個加熱器之前加壓到例如具有大于約10巴的壓力。該壓カ可以是至少15巴、至少20巴、至少30巴、至少40巴、例如從10巴到180巴或更多，從15巴到150巴，從20巴到125巴，從25巴到100巴。
在本發(fā)明中，炭黑生產(chǎn)方法可以包括，將經(jīng)加熱的氣流引入到炭黑反應(yīng)器中。該方法進(jìn)ー步包括，將具有低于目標(biāo)預(yù)熱溫度的第一溫度(例如低于300°C或低于275°C (如從.40 V 到 274°C、從 50 V 到 270°C、從 70 V 到 250°C、從 60 V 到 200 V、從 70 V 到 150°C等))的炭黑產(chǎn)生原料以大于10巴的第一壓カ供給到至少ー個加熱器中。該壓カ可以是至少15巴、至少20巴、至少30巴、至少40巴、例如從10巴到180巴或更多，從15巴到150巴，從20巴到125巴，從25巴到100巴。
該方法可以包括，將至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在至少ー個加熱器(例如至少兩個加熱器、至少三個 加熱器等，其中這些加熱器可以彼此相同或不同)中預(yù)熱到大于約3000C (例如至少3500C，至少3600C，至少400°C，至少450°C，至少500°C，例如從300°C到850°C，或從360°C到800°C，從400°C到750°C，從450°C到700°C等)的第二溫度以提供預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料，其中，(a)炭黑產(chǎn)生原料在至少ー個加熱器中所具有的第二壓力，相比于該第一壓力，是大致相同的或更低的(例如更低至少1%，更低至少2%，更低至少3%，更低至少5%，更低至少7%，更低至少10%，更低至少15%，更低至少20%，例如更低1%到75%、或更低3%到20%等)，和(b)炭黑生產(chǎn)原料在加熱器中具有低于約120分鐘的第一原料停留時間(如，低于100分鐘，低于80分鐘，低于60分鐘，低于40分鐘，低于30分鐘，低于20分鐘，低于10分鐘，例如從I秒到119分鐘，從5秒到115分鐘，從10秒到110分鐘，從30秒到100分鐘，從I分鐘到60分鐘，從5分鐘到30分鐘等)。
該方法能夠包括，將該預(yù)熱的炭黑生產(chǎn)原料供給至通向炭黑反應(yīng)器的至少ー個原料引入點(diǎn)，其中，該預(yù)熱的炭黑生產(chǎn)原料具有低于約120分鐘的第二原料停留時間(如，低于100分鐘，低于80分鐘，低于60分鐘，低于40分鐘，低于30分鐘，低于20分鐘，低于10分鐘，例如從I秒到119分鐘，從5秒到115分鐘，從10秒到110分鐘，從30秒到100分鐘，從I分鐘到60分鐘，從5分鐘到30分鐘等)，該第二原料停留時間是從離開該至少ー個加熱器直到該炭黑反應(yīng)器的引入點(diǎn)，和其中第一原料停留時間和第二原料停留時間總計為120分鐘或更低(如，低于100分鐘，低于80分鐘，低于60分鐘，低于40分鐘，低于30分鐘，低于20分鐘，低于10分鐘，例如從I秒到119分鐘，從5秒到115分鐘，從10秒到110分鐘，從30秒到100分鐘，從I分鐘到60分鐘，從5分鐘到30分鐘等)。
該方法可以包括，通過炭黑反應(yīng)器的至少ー個引入點(diǎn)來將預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料與經(jīng)加熱的氣流進(jìn)行組合來形成反應(yīng)物流，其中炭黑形成在炭黑反應(yīng)器中。該方法可以包括對反應(yīng)物流中的炭黑進(jìn)行淬火。
本發(fā)明可以涉及炭黑生產(chǎn)方法，其包括將經(jīng)加熱的氣流引入到炭黑反應(yīng)器中。該方法進(jìn)ー步包括，將至少ー種具有低于目標(biāo)預(yù)熱原料溫度的第一溫度(例如低于300°C或低于 275 V (如從 40 V 到 274 V、從 50 V 到 270 V、從 70 V 到 250 V、從 60 V 到 200 V、從70°C到150°C等))的炭黑產(chǎn)生原料以大于10巴的第一壓カ供給到至少ー個加熱器(如至少兩個加熱器、至少三個加熱器等，其中這些加熱器可以彼此相同或不同)。作為選擇，進(jìn)入加熱器的速度可以是至少約O. 2m/秒(如，至少約O. 4m/秒，至少約O. 6m/秒，至少約O. 8m/秒，至少約Im/秒，至少約I. Im/秒，至少約I. 6m/秒，例如從O. 2m/秒到2m/秒，從O. 4到I. Sm/秒等)的第一速度。
該方法包括，將在至少ー個加熱器中的炭黑生產(chǎn)原料預(yù)熱到大于約300°C (如，至少350で、至少360で、至少400で、至少450で，至少500 V、例如從300 V到850 V、或者從360°C到800°C、從400°C到750°C、從450°C到700°C等)的第二溫度來提供預(yù)熱的炭黑生產(chǎn)原料，其中(a)該炭黑產(chǎn)生原料在至少ー個加熱器中具有至少O. 2m/秒的速度，其中基于在60°C、1大氣壓下測得的原料密度和在該至少一個加熱器中所存在的原料管線的最小橫截面積計算速度，和(b)其中至少ー種炭黑產(chǎn)生原料在至少ー個加熱器中所具有的第二壓力，相比于該第一壓力，是大致相同的或更低的(例如更低至少1%，更低至少2%，更低至少3%，更低至少5%，更低至少7%，更低至少10%，更低至少15%，更低至少20%，例如更低1%到25%、或更低3%到20%等)，其中，該壓カ能夠基于這樣的假設(shè)計算——原料在第一壓カ和第ニ壓カ期間均在相同的橫截面積中進(jìn)行傳輸(盡管在實(shí)際操作中，該橫截面積可以是相同或不同的)。該測定方式可以用于恰當(dāng)?shù)乇容^壓力，盡管不是必須的。
該方法可以包括，將預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料供給至通向炭黑反應(yīng)器的至少ー個原料引入點(diǎn)，和至少將通過通向炭黑反應(yīng)器的至少ー個引入點(diǎn)的經(jīng)預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料與經(jīng)加熱的氣流進(jìn)行組合來形成反應(yīng)物流，其中炭黑形成在炭黑反應(yīng)器中。該方法可以包括對反應(yīng)物流中的炭黑進(jìn)行淬火。
在本發(fā)明中，對于任何方法，所述目標(biāo)預(yù)熱溫度優(yōu)選是原料在引入到炭黑反應(yīng)器之前的平均溫度。所述原料的預(yù)熱溫度可以是原料在引入到炭黑反應(yīng)器之前的最大溫度或者原料在引入到炭黑反應(yīng)器之前的最小溫度。
在本發(fā)明中，對于任何方法，所述目標(biāo)壓カ優(yōu)選是原料的平均壓カ。所述原料的壓力可以是原料的最大壓カ或原料的最小壓力。
在本發(fā)明中，對于任何方法，所述目標(biāo)速度優(yōu)選是原料的平均速度。所述原料速度可以是原料的最大速度或原料的最小速度。
在本發(fā)明中，對于任何方法,炭黑產(chǎn)生原料可以是或者包括澄清油(decant oil)、煤焦油產(chǎn)物、こ烯裂化器殘留物、含浙青質(zhì)的油或任何比重為從約O. 9到約I. 5或更高(如從O. 9到I. 3、或從I到I. 2等)的液態(tài)烴、或它們的任意組合。炭黑產(chǎn)生原料可具有的初沸點(diǎn)為從約160°C到約600°C，如從160°C到約500°C、或200°C到約450°C、或215°C到約400°C 等。
預(yù)熱能夠以任何數(shù)量的方式進(jìn)行而且不意味著對用于實(shí)現(xiàn)該預(yù)熱的方式設(shè)有限制。預(yù)熱可以進(jìn)行在至少ー個(例如，ー個、兩個、三個、或更多個)加熱器中。用于該至少ー個加熱器的熱源可以是任何來源，例如來自ー個或多個炭黑反應(yīng)器，電加熱，等離子加熱，來自尾氣的加熱，來自尾氣燃燒的加熱，燃料，和/或來自其它エ業(yè)方法的加熱，和/或其它形式的加熱，和/或它們的任意組合。可以進(jìn)行預(yù)熱，其中該至少一個加熱器部分或完全地將原料加熱到用于引入到反應(yīng)器中的目標(biāo)預(yù)熱溫度。一個加熱器能夠?qū)崿F(xiàn)部分或完全的預(yù)熱，或者兩個或兩個以上的加熱器能夠按順序或其它排列來使用以便實(shí)現(xiàn)該預(yù)熱(全部或部分)。如果部分預(yù)熱由至少ー個加熱器實(shí)現(xiàn)，則剩余的預(yù)熱由額外的或第二熱源或另外的加熱器來完成以便最終得到目標(biāo)預(yù)熱溫度。
例如，至少ー種炭黑生產(chǎn)原料的預(yù)熱可以包括在至少ー個具有熱交換器的加熱器中將該炭黑產(chǎn)生原料進(jìn)行加熱或可以由其來完成。熱交換器可以在大于約10kW/m2(例如大于約10kW/m2或大于約20kW/m2或大于約30kW/m2或大于約40kW/m2，例如從約10kW/m2到約150kW/m2等)的平均熱通量下操作。
作為選擇，至少一部分的預(yù)熱(或完整的預(yù)熱)在至少ー個加熱器中進(jìn)行，所述加熱器所具有的熱量至少部分地(或完全地)由通過接收預(yù)熱的原料的炭黑反應(yīng)器或其它炭黑反應(yīng)器或這兩者所產(chǎn)生的熱量來提供。該至少一個加熱器可以與接收預(yù)熱的原料的炭黑反應(yīng)器或不同的炭黑反應(yīng)器或這兩者的至少一部分進(jìn)行熱交換。例如，至少ー個加熱器可以接觸在炭黑反應(yīng)器中的反應(yīng)物流，例如，在淬火器的下游，其中，該至少一個加熱器可具有的熱交換器所具有的壁通過反應(yīng)物流對其第一面(例如外壁)進(jìn)行加熱和在其相對面(例如內(nèi)壁)上接觸炭黑產(chǎn)生原料。作為選擇，該至少ー個加熱器可以包括在炭黑反應(yīng)器中與反應(yīng)物流進(jìn)行熱交換的熱交換器，其中將流經(jīng)熱交換器的能流動的熱載體進(jìn)行加熱，并且該熱載體流過該至少ー個置于反應(yīng)器的外部的加熱器并能夠操作以使得熱量從熱載體轉(zhuǎn)移到炭黑產(chǎn)生原料中。該至少一個加熱器至少部分(或全部)地可以是源自來自炭黑反應(yīng)器或不同的炭黑反應(yīng)器或這兩者的炭黑尾氣的熱量(例如來自尾氣的熱量或由尾氣燃燒所產(chǎn)生的熱量)，以便加熱炭黑產(chǎn)生原料。預(yù)熱可以部分或完全地通過使用一個或多個等離子加熱器或其它加熱器或熱源來實(shí)現(xiàn)。
引入到反應(yīng)器中的經(jīng)加熱的氣流可以包括在等離子加熱器內(nèi)對能等離子加熱的氣流進(jìn)行等離子加熱以提供所述經(jīng)加熱的氣流的至少一部分。
能夠使用炭黑等離子反應(yīng)器來接收預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料。通過使用該預(yù)熱的原料并任選地使用預(yù)熱的載氣(例如N2，任選具有O2以控制反應(yīng)活性)，在反應(yīng)器中的加熱方法可以是非燃燒類型的而且可以將反應(yīng)物的間接預(yù)熱和等離子加熱進(jìn)行組合運(yùn)用以達(dá)到所 需的エ藝溫度以形成炭黒。該載氣能夠通過使用常規(guī)空氣加熱器技術(shù)和/或在本文中所述加熱器裝置之ー來進(jìn)行預(yù)熱以便將原料預(yù)熱。類似的裝置能夠作為選擇地用于載氣。與單獨(dú)進(jìn)行等離子加熱相比，該方法減少了電消耗，而且能夠減少原材料成本、降低CO2排放、和/或水消耗。
在本發(fā)明中，非催化性表面能夠被用在至少ー個加熱器的炭黑產(chǎn)生原料接觸壁和/或至少ー個將預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料供給到至少ー個炭黑反應(yīng)器中的原料供給管線的內(nèi)壁的ー些或全部上。該表面對于烴的裂化(例如熱裂化)或聚合而言會是非催化性的。
在本發(fā)明中，供給可以包括或者是將預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料通過至少ー個原料供給管線供給，該原料供給到炭黑反應(yīng)器中，和該方法另外可以任選地包括將可以是用于碳的氧化劑的吹掃氣體周期性地通過至少ー個炭黑產(chǎn)生原料的供給管線供給。離開預(yù)熱原料的至少ー個加熱器的原料供給管線可具有的橫截面積(例如直徑)相同于或不同于將原料供給入該至少ー個加熱器的供給管線的橫截面積(例如能夠具有較小的或較大的橫截面積)。
在本發(fā)明中，供給可以包括將預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料通過至少ー個原料供給管線供給，該原料供給到炭黑反應(yīng)器中，并且該方法可以包括將預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料注入到炭黑反應(yīng)器中并進(jìn)行炭黑產(chǎn)生原料的至少部分(或全部)的閃蒸(例如原料蒸發(fā)，例如，由壓カ下降來實(shí)現(xiàn))。
利用本發(fā)明，通過使用在本文中所述ー種或多種清潔或預(yù)防結(jié)垢的步驟，能夠?qū)⒃谔亢诜磻?yīng)器中的預(yù)熱的炭黑產(chǎn)生原料和經(jīng)加熱的氣流進(jìn)行組合，以便在反應(yīng)器中能夠連續(xù)地形成炭黑至少約12小時(例如至少24小時，至少48小時，至少72小時，至少ー個星期、兩個星期、ー個月或更長)。
本研究者已經(jīng)認(rèn)識到，在炭黑生產(chǎn)中，加熱至超過約300°C的溫度的含烴原料是處于原料供給管線和/或預(yù)熱該原料的加熱器的有機(jī)結(jié)垢(例如結(jié)焦和/或聚合)的巨大風(fēng)險下。原料供給管線可以是在它們的內(nèi)表面上易受有機(jī)結(jié)垢的鋼管或其它金屬結(jié)構(gòu)。結(jié)垢，如果任其發(fā)展，可導(dǎo)致在原料供給管線中的顯著降低的流動能力，和最后堵塞管子和/或反應(yīng)器注入器。
全文摘要
本發(fā)明提供了使用處于超過約300℃的溫度的高溫原料并控制結(jié)垢的炭黑生產(chǎn)方法。此外，提供了根據(jù)這些方法來生產(chǎn)炭黑的裝置。
文檔編號C09C1/48GK102869730SQ201180020020
公開日2013年1月9日 申請日期2011年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月19日
發(fā)明者S.內(nèi)斯特, F.H.朗夫, Y.E.庫特索夫斯基, C.A.娜塔莉 申請人:卡博特公司