制造炭黑的高温热集成方法技术

一种制造炭黑的高温热集成方法。描述一种炭黑的制造方法，其包括使炭黑形成原料与氢气在等离子体反应器中反应以生产包含炭黑和未用的氢气的流出气体，使流出气体冷却以用于进一步处理，并且使未用的氢气循环回炭黑形成工艺中，其中将未用的氢气在循环回炭黑形成工艺中之前，在热交换器中预热至最高为反应器中的反应温度的温度。还描述了用于这样的工艺中的热交换器。

High temperature heat integration method for making carbon black

A high temperature heat integration method for making carbon black. A method of making carbon black, which includes making carbon black forming raw materials and hydrogen in a plasma reactor to produce an outflow gas containing carbon black and unused hydrogen to cool the outflow gas for further treatment and to recycle the unused hydrogen into a carbon black process, in which the unused hydrogen is used in the process. Before recirculation back to the carbon black forming process, the temperature in the heat exchanger is preheated to the highest reaction temperature in the reactor. A heat exchanger for such a process is also described.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造炭黑的高温热集成方法相关申请的交叉参考本申请要求2015年8月24日递交的美国临时申请No.62/209,017的优先权，其可涉及2015年1月7日递交的美国专利申请序列号14591476中公开的主题，该申请主张享有2014年1月30日递交的美国临时申请No.61/933,497的根据35U.S.C.§119(e)的权益。上述申请各个的整体通过引用特别地并入本文中以用于全部目的。
本专利技术通常属于的
是利用电能来实现化学变化的方法和设备的

技术介绍
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。
技术实现思路
描述了一种特别适合用于等离子体炭黑生成工艺中的热交换器，其包括高温稳定的材料的单元(block)，所述单元包含贯通所述材料的至少一个第一和至少一个第二独立的流体流动通道，并且其中所述材料能够经受住等离子体炭黑生成工艺中产生的持续温度。另外的实施方案包括：上述的热交换器中，至少一个第一通道的直径大于至少一个第二通道的直径；上述的热交换器中，该材料能够经受住至少1200℃的持续温度；上述的热交换器包括一体化地连接并且一个堆叠在另一之上的多个材料单元，其中各材料单元中的至少一个第一通道与其它材料单元中的至少一个第一通道流体流动地连通，各材料单元中的至少一个第二通道与其它材料单元中的至少一个第二通道流体流动地连通，并且其中将材料单元密封以防止使用期间单独材料单元之间的流体的任何实质性损失；上述的热交换器中，材料单元包括石墨、碳化硅、难熔金属或高温陶瓷材料中的至少一种；上述的热交换器中，至少一个第一通道的直径为至少3英寸；上述的热交换器进一步容纳在高温绝缘壳体材料中；上述的热交换器中，单元通过一个以上的容器伸缩接头(expansionjoints)压紧在一起；上述的热交换器中，材料单元包括至少一种不能在该持续温度下经受住含氧化剂的流的材料。还描述了一种炭黑的制造方法，其包括使炭黑形成原料与含氢气气体在等离子体反应器中反应以生产包含炭黑和氢气以及包括原料和等离子体气体的其它成分的流出气体，从流出气体中回收热以用于进一步处理，并且使氢气以及包括原料和等离子体气体的其它成分的一部分循环回炭黑形成工艺中，其中将氢气以及包括原料和等离子体气体的其它成分的循环的部分在返回炭黑形成反应器之前，在热交换器中预热至最高为反应温度的温度。另外的实施方案包括：上述的方法中，将循环的含氢气气体预热至至少1200℃的温度；上述的方法中，将循环的氢气预热至最高为约2500℃的温度；上述的方法中，将循环的含氢气气体在热交换器中用流出气体预热；上述的方法中，热交换器另外使流出气体冷却至1000℃以下的温度；上述的方法中，流出气体在热交换器中通过循环的含氢气气体冷却；上述的方法中，在热交换器中，含氢气气体处于比流出气体高的压力下；上述的方法中，在热交换器中，流出气体沿与含氢气气体相反的方向或逆流的方向流动；上述的方法中，在热交换器中，流出气体沿与含氢气气体交叉流动的方向流动；上述的方法中，引入热交换器中的氢气的量超过用于加热和/或裂解原料需要的氢气的量。以下进一步描述这些和另外的实施方案。附图说明图1示出通常的炉黑工艺。图2示出等离子体炭黑工艺。图3示出包括使用本文公开的热交换器实施方案的等离子体炭黑工艺。图4a、4b和4c示出本文公开的热交换器实施方案。图5示出容纳本文公开的热交换器实施方案的容器。具体实施方式本文中示出的细节通过实施例的方式且仅是出于说明性讨论本专利技术的各种实施方案的目的，并且为了提供认为是本专利技术的原理和概念方面的最有用且容易理解的说明而提出。就这点而言，没有进行尝试显示比本专利技术的基本理解所必要的更详细的本专利技术的详情，该说明使得如何使本专利技术的几个形式在实践中体现对于本领域技术人员是显而易见的。现在将通过参考更详细的实施方案来描述本专利技术。然而，本专利技术可以以不同形式来体现，而不应被解释为局限于本文中所述的实施方案。当然，提供这些实施方案，以致本公开将是全面且完整的，并且将本专利技术的范围完全地传达给本领域技术人员。除非另有定义，否则本文中所使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属的领域中普通技术人员通常理解的相同的含义。本文中，本专利技术的说明书中所使用的术语仅是用于描述特定的实施方案，而不意欲限制本专利技术。如在本专利技术的说明书和所附权利要求书中使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”意欲也包括复数形式，除非上下文中另外清楚地说明。本文中提及的所有出版物、专利申请、专利和其它参考文献通过参考将其整体明确地引入。除非另有说明，否则说明书和权利要求书中所使用的表示成分的量和反应条件等的所有数字理解为在所有情况下通过术语“约”修改。因此，除非相反地表示，否则在以下说明书和所附权利要求书中所阐述的数值参数是可以根据寻求通过本专利技术获得的期望的性能而改变的近似值。至少，不试图限制等同原则在权利要求范围中的应用，各数值参数应当解释为基于有效数字的位数和普通的四舍五入法。尽管本专利技术的宽泛范围所阐述的数值范围和参数是近似值，但是具体实例中阐述的数值被尽可能精确地报告。然而，任何数值固有地包含由在它们各自的试验测量中求得的标准偏差必然导致的误差。遍及本说明书给出的每个数值范围将包括落在该较宽数值范围内的每个较窄的数值范围，就如这些较窄的数值范围全都明确地写入本文中。本专利技术的另外的优点将部分在以下说明中阐述一部分、且一部分将从说明中显而易见、或可以通过本专利技术的实践得知。应当理解的是，前述总体说明和以下详细说明两者均仅是示例性和说明性的而不是如要求保护地限制本专利技术。本文描述的系统和工艺使用由高温稳定的材料构造的热交换器，高温稳定的材料例如为，非金属材料，如石墨、碳化硅、或如氧化铝等高温陶瓷，和/或如钨等难熔金属，该热交换器能够将在等离子体类炭黑工艺中的循环的含氢气气体预热至最高为接近反应器中的反应温度的温度，具体地1200℃以上，显著地降低该工艺的电力生产负荷—产生的MWh(兆瓦特小时)/公吨，以及显著降低循环回路中的下游设备(包括产物冷却器、主单元过滤器(mainunitfilter)、压缩机/压气机、和/或气体清除膜系统)的尺寸和资本支出。这表示在炭黑工艺中高温稳定的材料的热交换器与进口温度超过1200℃的反应器流出气体的显著集成。本文描述的系统能够利用最高为约2500℃的进气温度，其中热交换器材料的升华或熔融温度是唯一的限制。在通常的炉黑生产(例如，图1中示出的)中，天然气(101)在反应器(103)的第一区段中与热空气(102)一起燃烧，之后将油(104)注入工艺中，消耗剩余的空气，过量的油则裂解而形成炭黑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热交换器，其特别适合用于等离子体炭黑生成工艺中，其包括高温稳定的材料的单元，所述单元包括贯通所述材料的至少一个第一和至少一个第二独立的流体流动通道，并且其中所述材料能够经受住等离子体炭黑生成工艺中产生的持续温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.24 US 62/209,0171.一种热交换器，其特别适合用于等离子体炭黑生成工艺中，其包括高温稳定的材料的单元，所述单元包括贯通所述材料的至少一个第一和至少一个第二独立的流体流动通道，并且其中所述材料能够经受住等离子体炭黑生成工艺中产生的持续温度。2.根据权利要求1所述的热交换器，其中至少一个第一通道的直径大于至少一个第二通道的直径。3.根据权利要求1所述的热交换器，其中所述材料能够经受住至少1200℃的持续温度。4.根据权利要求1所述的热交换器，其包括一体化地连接并且一个堆叠在另一之上的多个材料单元，其中各材料单元中的至少一个第一通道与其它材料单元中的至少一个第一通道流体流动地连通，以及各材料单元中的至少一个第二通道与其它材料单元中的至少一个第二通道流体流动地连通，并且其中将多个材料单元密封以防止使用期间单独材料单元之间的流体的任何实质性损失。5.根据权利要求1所述的热交换器，其中材料单元包括石墨、碳化硅、难熔金属或高温陶瓷材料中的至少一种。6.根据权利要求1所述的热交换器，其中至少一个第一通道的直径为至少3英寸。7.根据权利要求1所述的热交换器，其进一步容纳在高温绝缘壳体材料中。8.根据权利要求7所述的热交换器，其中所述单元通过一个以上的容器伸缩接头压紧在一起。9.根据权利要求1所述的热交换器，其中材料单元包括至少一种不能在所述持续温度下经受住含氧化剂的流的...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·L·约翰逊，R·W·泰勒，
申请(专利权)人：巨石材料公司，
类型：发明
国别省市：美国,US