[发明专利]炭黑生成系统

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2015年2月3日递交的临时专利申请No.62/111,346的权益和优先权，其公开的内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明通常属于的技术领域是利用电能来实现化学变化的方法和设备的技术领域。

背景技术

许多年来有很多可以使用和一直使用的工艺用来生产炭黑。许多年来用于生产该炭黑的能源已在很大程度上与用于将含有碳氢化合物的材料转化成炭黑的原材料紧密地连接。精炼残油和天然气一直是用于生产炭黑的资源。举例来说，在诸如炭黑生产等的化学工艺中，能源已经随着时间从简单的燃烧发展到油炉、发展到等离子体。如在所有的制造中，不断在寻找更有效率和更有效的方式来生产此类产品。改变能源的流量和其它条件、改变原材料的流量和其它条件、增加生产的速度、增加产量、减少制造设备磨耗特性等均一直是并且继续是许多年来此寻求的一部分。

本文说明的系统满足了上述挑战，并且还获得了更有效率的和更有效的制造工艺。

发明内容

描述封闭的颗粒生成反应器(enclosed particle generating reactor)，其包括与包含碳氢化合物注入器的反应器部连接的、含有一组以上的等离子体生成电极的等离子体生成部，反应器部的内部尺寸在等离子体生成电极的下游减小至少10％，碳氢化合物注入器位于反应器尺寸减小最大的位置或者在等离子体生成电极的更远的下游处。

另外的实施方案包括：上述反应器中，反应器部的内部尺寸在等离子体生成电极的下游减小至少20％；上述反应器中，反应器部的内部尺寸在等离子体生成电极的下游减小至少30％；上述反应器中，反应器部的内部尺寸在等离子体生成电极的下游减小至少40％；上述反应器还包括与反应器连接的热交换器，与热交换器连接的过滤器，与过滤器连接的脱气设备，与脱气设备连接的造粒机，与造粒机连接的粘结剂混合槽，和与造粒机连接的干燥机的一种以上。可选地，作为其它部件的非限制性实例，可以添加输送工艺、工艺过滤器、旋风分离器、分级机、或者锤磨机。

还描述了一种在封闭的颗粒生成反应器中制造炭黑颗粒的方法，其包括在反应器中用等离子体生成电极生成包含至少60体积％氢的等离子体；反应器的内部尺寸在等离子体生成电极的下游减小至少10％；在反应器尺寸减小最大的位置或者从等离子体生成电极的更远的下游处注入碳氢化合物以形成炭黑颗粒。

另外的实施方案包括：在上述方法中，反应器部的内部尺寸在等离子体生成电极的下游减小至少20％；在上述方法中，反应器部的内部尺寸在等离子体生成电极的下游减小至少30％；在上述方法中，反应器部的内部尺寸在等离子体生成电极的下游减小至少40％；在上述方法中，将以焦耳计而测量的由等离子体产生的至少50％的热量在500毫秒以下的时间内传递至碳氢化合物；在上述方法中，基于碳颗粒产品的质量，以大于200kg/hr的速度供给碳氢化合物；在上述方法中，以产物碳的摩尔数对反应物碳的摩尔数而测量的基于注入反应器的碳氢化合物总量的炭黑的产率为大于80％；在上述方法中，使注入的碳氢化合物裂解使得经由共价键原始地化学连接至碳氢化合物的至少80摩尔％含量的氢同原子地(homoatomically)键合成双原子氢；在上述方法中，通过由等离子体产生的热量使碳氢化合物在反应器中经受至少约1000℃但不超过约3500℃；在上述方法中，以每立方米电极生产大于约70吨炭黑的比率消耗电极；在上述方法中，同心地配置电极，并且内电极与外电极的表面区域减少的比例在等离子体生成期间保持恒定；在上述方法中，进一步包括使用约20毫特斯拉至约100毫特斯拉的通过将磁场施加至电极产生的旋转电弧放电；在上述方法中，反应器的生产量大于3千吨/年，氢的流量为至少500Nm³/hr(标准立方米/小时)，碳氢化合物的流量为至少675Nm³/hr；在上述方法中，碳氢化合物为甲烷、乙烷、或丙烷、或者其混合物；在上述方法中，生产的炭黑在其孔中包含高浓度的可燃气体，该可燃气体随后通过用非活性气体置换而除去，从而使炭黑在下游设备中安全处理。