从热解副产物回收炭黑的装置和方法制造方法及图纸

通过在酸中消化（２０）不纯的炭黑以萃取金属氧化物（２５），纯化包含硫和金属氧化物杂质的炭黑（１５）的系统（１０），方法和装置。然后由采用有机芳族溶剂的溶剂萃取（３５）从酸处理的炭黑（３０）除去硫，然后回收（５０）有机芳族溶剂。纯化的炭黑（４０）则适于由色淀黑处理（５５）用作调色剂（６０）。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
从热解副产物回收炭黑的装置和方法相关申请的交叉参考本专利申请要求相同或相似题目的、2000年12月15日提交的U.S.临时申请No.60/235,005作为优先权。                          
本专利技术涉及化学工艺的领域，更特别地涉及从热解副产物回收炭黑的系统，方法，和装置。仍然更特别地，本专利技术涉及从生产为废橡胶热解系统副产物的炭黑除去杂质的系统，方法，和装置，得到适于用于如下最终产物的高纯度炭黑：油墨、调色剂、调色剂盒、复印机、和其它激光类型设备。                           
技术介绍
多份文献介绍了将废橡胶，如在磨坏汽车轮胎中发现的废橡胶热解成炭黑固体，低密度烃气体，和液体烃油的各种系统和方法。这样的系统描述于引入作为参考的Denison的U.S.专利Nr.5,894,012，该文献描述了热解子系统，炭黑精炼子系统，和热解油子系统。系统可包括另外的子系统以进一步精炼烃和/或炭黑。这些另外的子系统从炭黑副产物除去任何金属和玻璃纤维碎片用于生产相当高等级炭黑，该高等级炭黑包含从由基础热解工艺提供的脱硫作用保留的金属氧化物粒子和硫粒子。已经通过经验发现由这样系统生产的炭黑可以具有非常高的等级，它仍然包含难以除去的化学杂质。例如，从废轮胎再生的炭黑包含约2.5wt％硫以及金属杂质和二氧化硅，和这些杂质在从轮胎碎片热解得到的炭黑中是固有的。这样的杂质使此炭黑不适用于要求非常高精炼等级炭黑的产物，如用于静电复印设备和激光打印机的调色剂。这样高精炼炭黑正常直接从含有较小杂质开始的烃生产，和不从包含高数量硫和锌化合物的废橡胶生产。如果可以发现经济的方式以进一步精炼从现有技术的各种废橡胶热解工艺得到的炭黑，则热解工艺的价值可以由获得炭黑副产物的更高市场性-->而增强。这样的产物也可以与直接从烃生产色淀黑的现存工艺相竞争。因此，需要的是精炼和纯化作为废橡胶热解工艺副产物，和特别地从由切碎汽车轮胎提供的废橡胶生产的炭黑的改进系统，方法，和装置。                        
技术实现思路
因此本专利技术的目的是提供通过精炼和纯化典型地生产为废轮胎热解工艺副产物的炭黑，而生产非常高等级炭黑的改进系统，方法，和装置。本专利技术的另一个目的是提供生产可市场化炭黑的改进炭黑纯化系统，该可市场化炭黑具有适用于油墨和调色剂盒的纯度。本专利技术的另一个目的是通过提供除去典型地包含在这些废轮胎热解系统炭黑副产物中的硫和金属氧化物粒子的炭黑纯化子系统，而提供对本领域已知的现有热解系统的改进。本专利技术的另一个目的是提供炭黑纯化系统，该系统从可来自任何来源的不纯炭黑除去金属氧化物和硫粒子。本专利技术的另一个目的是提供炭黑纯化系统，该系统并不通过散发污染物或有害废副产物而损害环境。本专利技术的另一个目的是提供连续，自动化的，和精确控制的炭黑纯化系统以保证均匀和一致的结果。本专利技术的另一个目的是提供炭黑纯化系统，该系统以工业数量连续生产精炼炭黑。本专利技术的另一个目的是提供色淀黑生产的色淀黑生产能力。本专利技术的其它目的和优点部分在以下的描述和附图中说明和，部分从描述是显然的或可以由本专利技术的实施而获悉。为达到上述目的，和根据在此很宽地描述的本专利技术目的，本专利技术提供从典型地由废轮胎热解系统提供的炭黑副产物，生产可市场化炭黑的系统，方法，和装置。在此所述的方法具有它的输入材料，或原料，包含污染物如金属氧化物和硫粒子的炭黑产物。实施本专利技术方法的一个实施方案优选由两个步骤组成。一个步骤由使用盐酸以从炭黑原料除去任何金属氧化物粒子组成。另一个步骤由使用溶剂以从剩余的炭黑原料除去硫粒子组成。可以采用任何顺序进行两个步骤。-->在另一个供选择的实施方案中，该方法可进一步包括色淀黑步骤，其中将已经从中除去金属氧化物和硫粒子的炭黑与磁铁矿(黑氧化铁)和少量流动控制剂和调色剂改进剂结合，以产生适用于最终产物如油墨和调色剂盒的高质量色淀黑。    本专利技术教导了密闭溶剂回收工艺的使用，其中将用于溶剂萃取步骤的溶剂从密闭系统回收和再使用。通过捕集溶剂蒸气，冷凝它，和将它返回到溶剂萃取工艺，此密闭溶剂回收工艺消除了向工艺连续提供溶剂的要求。这样防止了溶剂蒸气进入周围大气的释放，降低了有毒材料危险水平的危险，和提供参与炭黑加工的工作人员的安全工作场所。本专利技术进一步教导了密闭蒸汽产生工艺的使用，其中将以蒸汽形式用于本专利技术整个两个步骤的干燥和蒸发的水蒸汽和在金属氧化物萃取步骤中用于稀释的水捕集和保留，为了在系统中再使用。用于系统中的水必须没有矿物质以降低系统水传输通道中的污垢和矿物质沉积物。这可以由蒸馏水的连续使用而完成。然而，通过以由本专利技术教导的方式，在密闭系统中再使用固定数量的蒸馏水，将系统对连续蒸馏水的要求保持到最小值。构成本专利技术的技术要求要求足够量的溶剂，盐酸，和酸中和剂以除去杂质。以生产无害盐作为废副产物的方式使用盐酸和中和剂，和在密闭系统中采用溶剂，它导致没有溶剂蒸气向大气的释放。结果是对环境为良性的和在美国政府的目前联邦条例下是可接受的，该条例控制从商业和工业工艺的有毒散发。现在参考如下附图描述本专利技术，其中自始至终相同的参考号表示相同的组件。                         附图说明当结合所附图阅读时，更好理解以上的概述，以及以下本专利技术优选实施方案的详细描述。为了说明本专利技术的目的，在附图中显示目前优选的实施方案。然而，应当理解本专利技术并不限于所示的精确布置和配置。在附图中，自始至终相同的数字用于指示相同的组件。在附图中：图1是显示构成本专利技术一个实施方案的主要功能的框图；图2是显示构成本专利技术另一个实施方案的主要功能的框图；-->图3是显示设计用于实施本专利技术金属氧化物萃取和溶剂萃取步骤的装置实施方案的详细示图；和图4是说明构成色淀黑步骤主要步骤的框图。                        具体实施方式本专利技术确定用于包含杂质的炭黑原料的精炼和纯化以使它适用于色淀黑应用的技术。本专利技术在图1中简要说明，其中显示实施本专利技术的方法的实施方案10。方法的原料15一般由包含杂质的未精炼炭黑材料组成，杂质使得该材料不适于由油墨、激光打印机、复印机等要求的色淀黑。如果不纯的炭黑原料15是废橡胶热解工艺的结果，它一般包含金属氧化物(主要是氧化锌，ZnO，约5wt％)和硫(约2.5wt％)，不包含固体杂质如金属碎片或玻璃纤维。由于在热解工艺期间典型地将废橡胶脱硫，硫为物理粒子的形式和不与炭黑化学结合。尽管也可以使用具有相似组成的其它原料而不背离本专利技术的范围，生产为废橡胶轮胎副产物的炭黑，如在U.S.专利Nr.5,894,012中所述，优选用作本方法的原料。方法也要求一定数量的盐酸和中和剂用于金属氧化物从炭黑原料的消化。优选的中和剂是氢氧化钠，或苛性钠，主要由于它的可得性和成本而选择。其它碱性化合物也可用作中和剂而不背离本专利技术的概念和范围。将一定数量的溶剂用于硫杂质的化学脱除和连续循环。溶剂优选是苯、二甲苯、或甲苯，甲苯是最优选的溶剂。获得的工艺输出是适用于调色剂盒的精炼炭黑，纯硫，和主要由各种盐，ZnCl2，和其它金属氯化物组成的废固体。在优选的实施方案中，如图1所示，方法10可由三个阶段组成。第一阶段由金属氧化物萃取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种炭黑的纯化和精炼方法，包括如下步骤：提供包括粒状炭黑，金属氧化物，和硫的物理结合物的原料；从原料除去金属氧化物粒子以生产第一固体部分；和从原料除去硫粒子以生产第二固体部分。

【技术特征摘要】
US 2000-12-15 60/256,0051.一种炭黑的纯化和精炼方法，包括如下步骤：提供包括粒状炭黑，金属氧化物，和硫的物理结合物的原料；从原料除去金属氧化物粒子以生产第一固体部分；和从原料除去硫粒子以生产第二固体部分。2.权利要求1的方法，其中除去金属氧化物粒子的步骤包括如下步骤：混合原料与酸以与金属氧化物化学反应和形成包括在溶液中金属盐和混合的炭黑粒子的酸淤浆；采用碱性溶液中和酸淤浆以生产含有第一液体部分和第一固体部分的中和淤浆，第一液体部分包括在溶液中的金属而第一固体部分包括炭黑粒子；和分离第一液体部分和第一固体部分。3.权利要求2的方法，其中酸是盐酸。4.权利要求2的方法，其中碱性溶液由氢氧化钠组成。5.权利要求1的方法，其中除去硫粒子的步骤进一步包括如下步骤：在一定温度下向第一固体部分中加入溶解硫的溶剂。6.权利要求5的方法，其中除去硫粒子的步骤进一步包括如下步骤：在选择以保持硫在溶液中的温度下，搅拌第一固体部分和溶解硫的溶剂，以保持包括第二液体部分和第二固体部分的溶剂淤浆，第二液体部分包括溶剂和硫的溶液且第二固体部分包括混合的炭黑粒子。7.权利要求6的方法，其中除去硫粒子的步骤进一步包括如下步骤：分离第二液体部分和第二固体部分。8.权利要求7的方法，其中除去硫粒子的步骤进一步包括如下步骤：从第二液体部分分离溶解硫的溶剂，其中溶解硫的溶剂可以由工艺中的步骤包含和再使用。9.权利要求8的方法，其中从第二液体部分分离溶解硫的溶剂的步骤由如下方式完成：蒸发溶解硫的溶剂以生产溶剂蒸气和硫固体。10.权利要求1的方法，进一步包括如下步骤：向第二固体部分中混合色淀黑组分以形成调色剂部分。11.权利要求10的方法，其中色淀黑组分由磁铁矿和树脂组成。12.权利要求11的方法，进一步包括如下步骤：挤出调色剂部分以形成粒料。13.权利要求12的方法，进一步包括如下步骤：    粉碎粒料以形成粉末。    14.一种用于原料纯化和精炼的装置，该原料包括炭黑，金属氧化物，和硫粒子的物理结合物，该装置包括：a.包括如下的消化系统：(1)其中含有第一混合机构的酸混合罐，酸混合罐接收原料和酸，其中酸与包含在原料中的金属氧化物粒子反应以形成包括溶解金属盐和混合原料粒子的酸性淤浆，酸性淤浆由第一混合机构的作用而保持；(2)从酸混合罐接收酸性淤浆并将它与碱性中和溶液混合的中和罐，中和溶液与酸性淤浆化学结合以形成包含水与溶解金属盐和混合原料粒子的中性淤浆；和(3)接收中性淤浆和从中性溶液分离剩余的原料粒子的第一分离器；和，b.包括如下的溶剂萃取系统：(1)具有第二混合机构和加热机构的溶剂混合罐，溶剂混合罐接收原料粒子和溶解硫的溶剂，第二混合机构保持包括溶解硫和混合原料粒子的溶剂淤浆，溶剂淤浆保持在高温下以保持硫在含有溶剂的溶液中；和，(2)从溶剂淤浆分离剩余原料粒子的第二分离器。15.权利要求14的装置，其中消化系统进一步包括接收由第一分离器分离的原料和除去在其中带有溶解金属盐的剩余水的干燥器。16.权利要求14的装置，其中消化系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉尔伯特W丹尼森，
申请(专利权)人：联合循环技术公司，吉尔伯特W丹尼森，
类型：发明
国别省市：US[美国]