一种生产炭黑的方法及相关的炉式反应器技术

提出一种得到炭黑组合物

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种生产炭黑的方法及相关的炉式反应器


[0001]本专利技术涉及炭黑领域并涵盖其生产方法、低孔隙率炭黑、其用途和获得该产品的炉式反应器。

技术介绍

[0002]炭黑是橡胶组合物中最先进的增强材料。由于其形态，如比表面积和结构，最终产品的各种物理性能，如轮胎的耐磨性能、滚动阻力、发热和抗撕裂性等都会受到影响。耐磨性能对于公共汽车和卡车轮胎尤为重要，因为轮胎必须承受非常重的负载。在卡车或公共汽车胎面胶中，精细分散的炭黑颗粒对于实现非常高水平的耐磨性能是非常必要的。炭黑也广泛用作颜料。由于其颜色和导电性，它是许多应用的一部分，例如涂料、油墨和油漆以及塑料材料。
[0003]相关现有技术
[0004]从现有技术中已知多种用于生产具有不同性质的炭黑(也称为炉黑)的方法；例如：EP 0754735 B1(DEGUSSA)公开了一种改进的炭黑及其生产方法。在被掺入SSBR/BR橡胶组合物中后，改进炭黑与具有相同CTAB表面的常规炭黑的区别在于，较低的滚动阻力和相同或更好的抗湿滑性能。它们可以在传统的炭黑反应器中生产，方法是在燃烧室中进行燃烧，从而形成碳核并立即与炭黑原料接触。
[0005]EP 1078959 B1(EVONIK)涉及炉黑，其氢(H)含量大于4000ppm且非共轭H原子与芳族和石墨H原子的峰积分比小于1.22。通过将液态炭黑原料和气态炭黑原料同时注入炉反应制备炉黑。
[0006]EP1233042 B1(DEGUSSA)涉及CTAB表面积为约10至35m2/g且DBP吸收为约40至180ml/100g，ΔD50值至少为340nm的炭黑。炭黑可在炉黑反应器中由液态炭黑原料和注入反应器收缩区的气态炭黑材料生产。与其他形式的炭黑相比，该产品具有有利的特性，例如改进的分散性，并且可以经济且方便地用于橡胶混合物中，特别是用于生产挤出型材的那些。
[0007]EP 1489145 B1(EVONIK)提出一种生产炉黑的方法，通过在燃烧室中产生热燃烧气体流，将热燃烧气体从燃烧室沿流动轴通过反应器窄点送入反应区，在反应器窄点前面、内部或后面将炭黑原料混入燃烧气体流中，并通过喷水阻止在反应区下游形成炭黑，蒸汽通过气体燃烧器并可选地在径向油喷嘴处轴向喷射，在反应器窄点之前和/或之后引入粒状炭黑。
[0008]EP 2361954 B1(EVONIK)涉及CTAB表面积为20至49m2/g、COAN大于90ml/(100g)且OAN和COAN之和大于235ml/(100g)的炭黑。炭黑在炉式反应器中生产，其中20重量％至55重量％的用于炭黑的原料通过反应区前三分之一内的喷嘴径向引入，剩余量的用于炭黑的原料通过喷嘴在上游至少另外一个点引入反应器中。炭黑可用于橡胶混合物。
[0009]EP 2479223 Al(EVONIK)记载了一种在炉黑反应器中生产炉黑的方法，该反应器包括沿反应器轴线的燃烧区、反应区和终止区，包括通过在含氧气体中完全燃烧燃料在燃
烧区产生热废气流，燃烧区的废气经过反应区进入终止区，将炭黑原料混入进入反应区的热废气中，在终止区通过喷水停止炭黑和热废气之间的反应。
[0010]EP 2563864 A1(BIRLA)公开了一种用于制造炭黑的反应器，所述反应器包括设置在燃料燃烧器和空气入口之间的导流装置，用于改变在空气入口处进入的燃烧空气的流动路径，从而使燃料和燃烧空气之间更好的混合，从而产生更高温度的热燃烧气体，这些气体随后被接收在反应室中，在那里它们与含碳原料反应生成炭黑。该反应器将炭黑产量提高了20％。此外，导流装置的定位稳定了来自燃料燃烧器的火焰以保持其沿反应器轴线，因此增加了耐火衬里的寿命。
[0011]WO 2018 165483 A1(MONOLITH)教导了通过电阻加热使用例如由石墨或钨制成的加热元件加热传热气体，随后使所述气体与烃原料接触。该方法的二氧化碳排放量低，然而，因为炭黑是由等离子体产生，由此获得的炭黑质量低并且不符合例如用于轮胎工业的橡胶的规格。该专利没有公开预燃室和阻流区的组合。
[0012]以下参考文献涉及从使用特定炉反应器的工艺获得的具有不同粒度分布的炭黑：
[0013]例如EP 0546008 B1(CABOT)涉及改进的炭黑，其具有以下众多特征：CTAB值大于155m2/g，碘值大于180mg/g；N
2 SA值大于160m2/g；色调值大于145％；CDBP值为90至105cc/100g；DBP值为155至140cc/100g；aΔDBP＝DBP
‑
CDBP值为20至35cc/100g；ΔD50值小于40nm；Dmode为40至65nm；ΔD50/Dmode比率为0.55至0.67；和ASTM聚合体积小于1376.000nm3。炭黑是使用模块化的，也称为“分级
″
炉反应器获得的。
[0014]EP 0608892 B1(BRlDGESTONE)公开了一种用于制造炭黑的特定炉式反应器。燃烧室与文丘里管相连，文丘里管向反应室呈锥形开口。然而，与本专利技术的改进反应器相比，该反应器的直径不同。尤其是阻流区的直径与长度之比大于1。炭黑组合物表现出0.61至0.79的ΔDS0/Dmode值。
[0015]根据EP 0792920 Al(MITSUBISHI)使用具有长阻流区(d/l＝0.1至0.8)但没有文丘里管段的炉式反应器获得ΔD50/Dmode比仅为0.47至0.53的炭黑。
[0016]从EP 0982378 Al(MITSUBISHI)获得非常相似的教导，公开了具有非常窄的ASD但具有至多13nm的非常小的粒径的炭黑，其由具有非常长的阻流区的反应器获得。该方法还需要在原料注入时的最多为3体积％，优选为0.05至1体积％的特定氧浓度。
[0017]欧洲专利申请EP 1529818 A1(EVONIK)涉及具有小于120ml/100g OAN(在粒状炭黑上测量)的炭黑。记载了一种制备炭黑的方法，其中将盐溶液转化为气溶胶，然后将其引入炭黑形成区。
[0018]EP 3060609 Al(ORION)涉及一种具备窄“聚合粒度分布”(ASD)的炭黑组合物，特征在于约0.58至约0.65的ΔD50/Dmode值和约0.5至约0.8的相对跨度(D90
‑
D10)/D50，其可通过一种改进的炉反应器获得，其特征在于燃烧室和阻流区通过直径恒定的管连接。
[0019]国际专利申请WO 2013 015368 A1(BRlDGESTONE)公开了一种炭黑，其特征在于通过光散射法得到的炭黑聚集体分布的标准偏差。炉式反应器的特征在于圆柱形反应区。
[0020]国际申请WO 2016 030495 A1(ORION)涉及一种具有130m2/g至350m2/g的STSA表面积的炉黑，其中如果STSA表面积在130m2/g至150m2/g范围内，BET比表面积与STSA表面积的比率小于1.1，如果STSA表面积大于150m2/g至180m2/本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种得到炭黑组合物
‑
其优选具有低孔隙率
‑
的方法，包括以下步骤或由以下步骤组成：(A)将烃原料置于高温燃烧气流中以实现热化学分解，(B)冷却反应气体，和(C)回收由此得到得炭黑，其中所述燃烧气体由至少一种氧化剂和至少一种燃料成分构成，(i)至少一部分的所述氧化剂和/或所述燃料成分进行电预热步骤，随后被引入预燃烧室以形成高温燃烧气流；(ii)将步骤(i)中所述的高温燃烧气流转移到阻流区进行燃烧；和(iii)将步骤(ii)中获得的燃烧产物转移到包括终止区的反应通道以形成待回收的炭黑颗粒。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧化剂是气体成分，其选自组包括氧气、臭氧、过氧化氢、硝酸、二氧化氮或一氧化二氮，或含氧化剂的气流包括空气、贫氧或富氧空气、氧气、臭氧、过氧化氢和空气和/或氮气的气体混合物、硝酸和空气和/或氮气的气体混合物、二氧化氮或一氧化二氮和空气和/或氮气的气体混合物，以及烃类和氧化剂的燃烧产物的气体混合物。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述燃料成分是选自组包括烃、氢、一氧化碳、天然气、煤气、石油气、石油类液体燃料例如重油，或煤衍生的液体燃料，如杂酚油的气态成分。4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其中所述烃原料选自组包括芳烃包括蒽、CTD(煤焦油馏出物)、ECR(乙烯裂解残渣)或石油类重油包括FCC油(流化催化分解渣油)，其可被电预热。5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其中反应在炉式反应器中进行，该反应器包括至少(a)一个预燃烧室；(b)一个阻流区；(c)一个反应通道；(d)一个终止区；(e)至少一个电预热设备，以及任选地(f)一个热交换器。6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其中氧化剂和燃料成分被引入预燃烧室，并且所述室在约1000至约2500℃的温度范围内运行以产生高温燃烧气流。7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其中预热的氧化剂和/或燃料以约300至约1300℃的温度离开预热设备。8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其中炭黑的形成发生在反应通道中，所述通道是文丘里通道或通向文丘里通道。9.根据权利要求1至8任一项所述的方法，其中在反应通道中形成的炭黑在终止区冷却，通过引入水作为淬火剂或通过至少一个热交换器进行冷却。
10.根据权利要求1至9任一项所述的方法，其中所述至少部分氧化剂和/或燃料成分在预...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：欧励隆工程碳素有限公司，
类型：发明
国别省市：