专利名称：炭黑和制备炭黑的多级生产方法
技术领域：
本发明涉及炭黑和生产炭黑的方法。特别是，本发明涉及炭黑的独特的结构和涉及几种多级炭黑的形成方法。
背景技术：
本发明涉及炭黑的生产，该炭黑例如具有许多重要应用的炉法炭黑，所述应用例如橡胶和塑料中的填料、颜料和增强剂。通常，制备这些碳黑的熔炉方法包括，在密闭转换区内，使含烃原料，诸如天然气或催化裂化装置的循环油料(cycle stock)发生裂化和/或不完全燃烧以制成炭黑。然后骤冷从转换区排出的气体中夹带的炭黑，并用现有技术常用的合适方法收集。然而，这样生产的具有增强结构的高表面积的炭黑的成本非常高。
MacKay等的美国专利US5190739部分公开了生产具有在给定表面积下比普通结构更低和在给定整体燃烧水平上比普通结构更低的表面积的炭黑的方法。该方法可以包括使用多级炭黑炉，其中第二烃原料加入到热的第一级气流中。‘739专利中的某些实施方案还涉及了使用钾来降低炭黑的结构。然而，‘739专利中使用的辅助的烃的量显著少于第一级中的量。而且，‘739专利在引入辅助烃的时候能够任选地使用额外燃料和/或氧气来完成进一步的燃烧。另外，在‘739专利中在引入第一级原料区和引入辅助原料区之间没有明显温度区差异。
在Cheng的美国专利US4383973中，该专利涉及一种方法，该方法顺序使用两种炭黑反应器，反应器之一用于高结构炭黑，第二个是用于低结构的炭黑。在‘973专利的一幅附图中，反应器明显地按顺序连接在一起。然而，在该方法中，额外的气体和燃料引入到第二原料中，并且在两个原料引入区内没有明显的温度差异。而且，在完全骤冷之前没有部分骤冷发生。‘973专利进一步表明在第一和第二炭黑形成区之间没有发生骤冷，并且10ppm或更多的钾可以被引入到高结构区中。而且，在每个原料引入区中都有高度燃烧的情况下，在形成高结构的第一炭黑区和形成低结构的炭黑区之间将没有任何明显的温度区差异。
在美国专利US4976945中，公开了生产炭黑的方法，其在炭黑反应器中使用不同量的碱金属，诸如钾，来调节结构。‘945专利中描述，相对于烃起始原料可以加入500-50000ppm的量的碱金属化合物和/或碱土金属化合物。‘945专利没有涉及多级炭黑形成方法，并且表明在完全骤冷之前没有部分骤冷发生。‘945专利中进一步描述碱金属化合物对于炭黑的生产特别有效，其中DBP吸收最多为90cc/100g。
Gravely等的美国专利US4822588涉及具有按顺序相连接的第一反应区和第二反应区的炭黑反应器。在该方法中，第二级反应中，引入额外的含碳原料来形成第二反应混合物。在该方法中，目的是在第一反应区基本不形成炭黑。而且，该方法也没有使用碱金属或碱土金属。
因此，需要提供一种新的和改进的方法来生产炭黑，其显示具有提高表面积的改进的或提高的结构。
本文全文所提及的所有专利和出版物以它们的全部内容引入本文供参考。
图1是可用于本发明的炭黑反应器的截面图。
发明内容
本发明的特征是提供一种生产具有高表面积和高结构的炭黑的方法。
本发明的另一个特征是提供一种成本合算的生产炭黑的方法。
本发明的另外的部分特征和优势将在后面的描述中提出，其中部分从描述中是显而易见的，或部分可以从本发明的实践中体会。本发明的目的和其它优势，通过说明书和所附的权利要求中特别提出的要素和组合来实现和得到。
为了得到这些和其它优势，并且根据本发明的目的，这里做出具体的和详尽地描述，本发明涉及一种生产炭黑产品的方法。该方法包括在炭黑反应器的第一级中引入炭黑生产原料，并用热气流混合该原料以形成前体，该前体基本上是第一炭黑并任选是副产品。然后，接下来将第二炭黑生产原料引入到该前体中以至少部分骤冷含有该第一炭黑的反应流，然后该方法包括完全骤冷以形成炭黑产品。
本发明进一步涉及生产炭黑产品的方法，该方法包括在炭黑反应器的第一级中引入炭黑生产原料，将该原料与热气流混合形成前体。该前体含有第一炭黑，然后，在该方法中，将第二炭黑生产原料引入到该前体中，其中第二炭黑生产原料占在整个方法中使用的炭黑生产原料的总重量的至少15重量％。
另外，本发明涉及一种生产炭黑产品的方法，其包括在炭黑反应器的第一级中引入第一炭黑生产原料，将该原料与热气流混合形成含有第一炭黑的前体。然后，在该方法中，将第二炭黑生产原料引入到该前体中，其中在该前体形成之后没有引入氧化源和燃料源。
而且，本发明涉及生产炭黑产品的方法，其包括在第一温度区形成含有第一炭黑的前体，然后在骤冷区之前，在第二温度区从该前体形成炭黑产品。第一温度区和第二温度区具有200℃或更高的温度差。
在各个上述方法中，可以包括在方法的一个或多个位置，引入含有至少一种IA族或IIA族元素的至少一种物质。
本发明也涉及具有DBP值为约30-约150cc/100g的炭黑，其中IA族或IIA族元素的总含量为约50-约5000ppm。炭黑可以具有其它物理或化学属性，包括但不限于，可浸取的IA族或IIA族的成分，孔隙量，和需要的t-面积诸如约10-约180m2/g的t-面积。其它性质在此进一步描述。
可以理解，上述概括说明和下面具体说明都仅是示例性质的和解释性质的，这些说明是为了提供如权利要求所要求的本发明的进一步解释。
具体实施例方式
本发明涉及炭黑产品和各种生产炭黑产品的方法。在优选实施方案中，生产炭黑产品的方法包括使用多级炭黑反应器。更优选，多级反应器具有至少两级(二、三、四或更多级)，其中通常引入至少两种原料(如二、三、四或更多种原料)。炭黑产品优选炉法炭黑。
更详细地，在本发明的一个实施方案中，本发明涉及生产炭黑产品的方法，其包括在炭黑反应器的第一级引入炭黑生产原料。该炭黑生产原料与热气流混合形成前体。该前体是或至少含有第一炭黑。然后，接下来将第二炭黑生产原料引入炭黑反应器第一级的下游，优选在第一级形成的前体存在的时候引入该第二炭黑生产原料。该方法中，第二炭黑生产原料至少部分骤冷正进行的反应。然后，可以在下游进行完全骤冷，其中完全停止或骤冷碳黑形成反应并且形成了炭黑产品。
为了本文描述上述方法和其它方法的目的，可以使用多级炭黑反应器，诸如在美国专利US4383973、美国专利US5 190739、美国专利US5877251、美国专利US6153684或美国专利US6403695中所述的反应器，所有这些反应器在此以它们的全部内容引入供参考。因此本发明可以使用多级熔炉生产方法。
炭黑生产原料可以是任何形成炭黑的常规的炭黑生产原料。例如，可以使用任何烃原料。合适的原料可以是在反应条件下易于挥发的任何炭黑生产的烃原料。例如，可以使用不饱和烃如乙炔；烯烃如乙烯、丙烯、丁烯；芳烃如苯、甲苯和二甲苯；某些饱和烃；和其它烃如煤油、萘、萜烯、乙烯焦油、芳香循环油料(aromatic cycle stock)等等。
至于与炭黑生产原料混合的热气流，热气流也可看作是通过将固态、液态和/或气态燃料与合适的氧化剂流接触所产生的热燃烧气体，该氧化剂流例如但是不限于，空气、氧气、空气和氧气的混合物等等。或者，也可以在不添加液态或气态燃料的情况下使预热氧化剂流通过。适于用来与氧化剂流接触来产生热气体的燃料的例子包括任何易燃气体、蒸气或液体流，如天然气、氢气、一氧化碳、甲烷、乙炔、乙醇或煤油。通常，优选使用具有高含量的含碳组分的燃料，特别是烃。用来生产本发明的炭黑的空气和燃料的比例可以是约1∶1(化学计量比)至无限。如上所述，为了便于热气流的生成，可以预热将氧化剂流。
通过使用多级反应器形成炭黑和通过得到适当的热气体来形成炭黑的一般方法描述在以上引证的参考专利中，它们在本文中引入供参考并且可以以本文所述的变化方式应用在本发明中。在本发明的一个实施方案中，优选在第一炭黑生产原料引入之后，通过保持高温使表面积最大化，如通过无水冷却、快速将热气体和炭黑生产原料混合、和/或短混合长度等来使表面积最大化。
本发明可以使用任何合适的炭黑生产反应器来实施。例如，图1表示了这种反应器一个例子的横截面。这种类型的反应器通常使用混合诸如空气的氧化剂的燃烧气体。气体混合物通常引入到燃烧室中，通过任何合适的方法引燃。图1中气体流由左到右(方向A)。一旦引燃，使热气体混合物移动通过反应器中，并与适于生产炭黑的烃原料接触。仅作为例子，图1中，可以在位置1引入燃料，并且可以在位置2引入氧化剂。其它位置也是可以的。第一个位置3(一个或多个)是引入第一炭黑生产原料的位置的例子。第二个和第三个位置3是引入第二炭黑生产原料的位置的例子。位置4是部分骤冷剂如水的合适位置的例子。位置5是完全骤冷的合适位置的例子。双平行线表示反应器可以为任意长度。不同的D数字表示反应器的不同长度。D1至D8可以是任何合适的直径，并且可以相同或不同。例如，D2可以小于D1和D8，并且D1和D8可以相同或不同。区域L1或区域L2是第一温度区的例子，区域I3是第二温度区的例子。如果在例如位置4使用部分骤冷剂，则第一温度区通常为L1。
通常，炭黑生产原料可以通过图1中所示的渗透到热燃烧气体流的内部区域的多个流路3(在L2中)来注入到反应器中，以保证热燃烧气体和炭黑生产原料高速率地混合和剪切(shearing)。这样保证了原料快速地和完全地分解，并转变为第一炭黑材料。
本文所述方法形成的前体包含第一炭黑并可以包含其它成分诸如未使用的燃料或氧化剂或燃烧产物，并且还可以包含其它成分，例如但不限于无机物质、金属、盐和金属氧化物。总的来说，前体是炭黑产品。例如，前体重量的80-99％或更优选95-99％或更高(例如100％)是炭黑。
对于随后将第二炭黑生产原料引入到包含第一炭黑的前体中，加入到第一级的下游的该第二炭黑生产原料的量至少可以部分骤冷来自第一级的仍然发生的反应。为了本发明的目的，反应的部分骤冷意思指第二炭黑生产原料的引入没有完全骤冷反应，但是骤冷一部分反应。优选地，第二炭黑生产原料的引入不完全骤冷反应。第二炭黑生产原料可以是第一级中引入的炭黑生产原料的相同类型的原料或不同原料。
上述引证的专利提供了可以用于形成前体的各种炭黑形成条件和初始量。
在各级中所引入的炭黑生产原料可以通过任何常规方式诸如单流路或多流路来引入，并且可以以任何速率进行原料引入。运用多流路时，每个流路的速率可以相同或不同。
优选地，将炭黑生产原料随后引入到前体中通过多流路来完成。任何可以用于引入第二炭黑生产原料的方式都可以使用。
在骤冷热燃烧气体和炭黑生产原料的混合物之后，冷却气体经下游进入任何常规的冷却和分离器，其中炭黑被回收。炭黑从气流中的分离通过常规方式诸如沉降器、旋分器或袋式滤器易于完成。对于完全骤冷反应以形成最终炭黑产品来说，任何骤冷第二炭黑生产原料的引入下游的反应的常规方法都可被使用并被本领域技术人员公知。例如，可以注入可以是水或其它合适的流体的骤冷流体来终止化学反应。
在本发的实施方案中，方法进一步包括引入至少一种物质，其是或其含有至少一种元素周期表中IA族或IIA族元素(或其离子)。优选地，该物质含有至少一种碱金属或碱土金属。其例子包括锂、钠、钾、铷、铯、钫、钙、钡、锶或镭、或它们的组合。一种或多种这些成分的任何混合物可以存在于该物质中。该物质可以是固体、溶液、分散体、气体或它们的任意组合。可以使用超过一种具有相同或不同IA族或II A族金属的物质。如果使用多种物质，则可以一起添加、分开添加、按顺序添加或在不同反应位置添加该物质。为了本发明的目的，该物质可以是金属(或金属离子)本身、含有一种或多种这些元素的化合物等，所述化合物包括含有一种或多种这些元素的盐。优选地，该物质能够将金属或金属离子引入到正在进行的反应中以形成炭黑产品。为了本发明的目的，优选地，在如上所述的完全骤冷之前引入该物质。例如，可以在完全冷却之前的任何位置添加该物质，包括在第一级中第一炭黑生产原料引入之前、在第一级中第一炭黑生产原料引入的期间、在第一级中第一炭黑生产原料引入之后；在第二炭黑生产原料引入前体之前、期间或之后立即添加、或任何第二炭黑生产原料引入之后且在完全骤冷之前的步骤。可以使用超过一个的该物质的引入位置。优选地，引入该物质是在引入第二炭黑生产原料之前和/或在第一级引入碳黑生产原料过程期间或在之后立即。包含IA族或IIA族金属的该物质的用量可以是任何量，只要能够形成炭黑产品就行。例如，该物质可以以使最终形成的炭黑产物中存在200ppm或更多的IA族或IIA族元素的量添加。形成的炭黑产品中所存在的IA族或IIA族元素的其它量包括约200ppm-约5000ppm或更多，其它范围可以是从约300ppm-约1000ppm，或从约500ppm-约1000ppm。这些水平与金属离子浓度有关。如上所述，存在于形成的炭黑产品中的IA族或IIA族元素的这些量可以与一种元素或多于一种的IA族或IIA族元素有关，因而是存在于形成的炭黑产品中的IA族或IIA族元素的组合量。该物质能够以包括任何常规方法的任何方式来添加。换句话说，该物质可以通过与引入炭黑生产原料的相同方式来添加。该物质可以以气体、液体或固体、或任何它们的组合形式来添加。该物质可以在一个位置或多个位置添加并且能够作为单流路或多流路添加。该物质可以与原料、燃料、和/或氧化剂在它们被引入之前或期间混合。
通过将该物质结合到原料里的方法来将包含至少一种IA族或IIA族元素例如钾的物质来引入到原料中。燃烧后，金属离子可以均匀地结合入炭黑。金属离子的电荷在单独炭黑颗粒之间提供了排斥力。该排斥力可以保持颗粒不集聚，因此降低了炭黑的总结构。
可以任何次数重复将额外的原料加入到原有的炭黑颗粒中，直到原料生成炭黑的反应停止。每次加入额外的原料时，整个反应混合物的温度通常下降，并且炭黑颗粒的尺寸变大。在这种方式中原料可以作为冷却炭黑的骤冷剂。
在本发明的另一个实施方案中，本发明还涉及生产炭黑产品的方法，其中炭黑生产原料在第一级引入并与热气体流混合以形成前体。而且，随后在下游引入第二炭黑生产原料到该前体中。因此，该方法，到目前为止，与上述实施方案相同，因此相同条件和例子可适用于该方法。此外，在该方法中，第二炭黑生产原料含有在整个过程中使用的炭黑生产原料总量的至少15重量％。第二炭黑生产原料可以含有在整个过程中使用的炭黑生产原料总量的从约15重量％到约重量80％。其它范围包括在整个过程中使用的炭黑生产原料总量的约25重量％-约70重量％或约30重量％-约60重量％。可以在两个或更多个段或级中引入第二炭黑生产原料，其中该段可以是第一段的下游。这与前述多级方法十分不同，其中在前述多级方法中任何顺序引入的炭黑生产原料是非常低的量，诸如约10重量％或更低。这种大量的第二炭黑生产原料得到后面所述的有益的炭黑产品。这种量的炭黑也可以用于正进行的反应的部分骤冷。
如同首先描述的方法中，是或含有IA族或IIA族元素或它们的离子的物质可以通过上述相同方法加入。上述细节同样在此适用。
在本发明的另一个实施方案中，本发明涉及一种生产炭黑产品的方法，其中第一炭黑生产原料在第一级中引入并与热气流混合形成前体，如首先和其次描述的方法。然后将第二炭黑生产原料引入到该前体中，并且在本方法中，在前体形成之后没有氧化源和燃料源引入。因此，在本方法中，任何氧化源和/或燃料源仅在第一炭黑生产原料引入之前或在第一炭黑生产原料的引入期间引入。这也与前述方法十分不同，通常，前述方法如果引入了第二炭黑生产原料，则加入足够的燃料和氧化源来促进第二炭黑生产原料的充分热解。而且，如同前述方法，可以通过上述相同的方式引入含有IA族或IIA族元素的至少一种物质，并且这些细节同样在此适用。
在本发明的另一个实施方案中，本发明涉及生产炭黑产品的方法，其中在炭黑反应器中的第一温度区形成含有第一炭黑的前体，然后可以将炭黑生产原料引入到该前体中。然后该方法包括在位于骤冷区之前的第二温度区形成炭黑产品。在该方法中，第一温度区和第二温度区具有200℃或更高的温差，优选温差为300℃或更高。温差合适的范围可以为例如约200℃-约900℃或约400℃-约700℃。也可以使用其它温度范围的温差。通常，关于温差，第一温度区具有较高的温度并且第二温度区具有较低的温度，因此产生了温差，虽然这仅是优选的实施方案。温差可以通过多种方式诸如避免燃烧气体的任何进一步引入或避免或最小化在第二温度区中燃烧气体的形成来实现。也可以运用其它方法获得该温差。并且，如前面的实施方案所用的一样，含有IA族或IIA族金属的物质可以使用并以与上述相同的方式引入，如上所述的细节在这里同样适用。优选在第一温度区或至少在骤冷区之前引入含有IA族或IIA族金属的物质。作为选择，含有IA族或IIA族金属的物质可以在前体形成期间或之前，或期间和之前均可引入。另外，在本方法中，炭黑生产原料可以引入到该前体中。
关于上述方法，方法的一个或多个特征可以用在单独方法中。例如，第二炭黑生产原料可以用于部分骤冷，并且第一和第二温度区的温差可以是200℃或更高。在这里所述方法的特征的任何组合也可以结合。
在第一温度区和第二温度区中实现200℃或更高温差的实施方案中，以及本文描述的任何其它实施方案中，可以使用在温度区之间或第一炭黑生产原料引入区与相比较的第二炭黑生产原料引入区之间降低温度的任何方法。例如，反应器(或其部分)周围可以使用水冷套，第二炭黑生产原料从反应器(或其部分)引入或从其后引入。在另外的实施方案中，或在组合的实施方案中，可以在该位置引入蒸汽。此外，或在另外的实施方案中，其它骤冷剂，诸如氮气、水或其它合适的骤冷剂也可以被用来在第二炭黑生产原料引入位置或之后获得温度的降低。优选地，在本发明的任何实施方案中的第一温度区中没有水冷套或其它骤冷设备或方法，并且优选在第二炭黑生产原料引入之前、期间、或刚好之后进行任何这样的骤冷。
此外，关于上述方法，优选地，在引入第一炭黑生产原料的第一级中，目标是最大化表面积。例如，在第一级中，优选进行操作以获得高表面积，诸如基于BET为约100-约400m2/g。
在本发明的一个实施方案中，形成前体的第一炭黑生产原料最终被随后的炭黑生产原料涂覆，所述碳黑生产原料蒸发且涂覆到该前体上。
可以形成有益的炭黑产品，例如，可以形成具有DBP范围为约120-约150cc/100g的炭黑且IA族或IIA族金属总含量为约50-约150ppm。其他DBP范围包括约90-约120cc/100g且IA族或IIA族金属总含量为约100-约500ppm；DBP范围为约60-约90cc/100g且IA族或IIA族金属含量为约200-约1000ppm；DBP范围为约30-约60cc/100g且IA族或IIA族金属总含量为约500-约5000ppm。本发明的炭黑可以具有可浸取量的IA族或IIA族金属。例如，炭黑具有可浸取的IA族或IIA族金属含量占存在的IA族或IIA族元素的约20重量％或更少，更优选15重量％或更少，10重量％或更少，5重量％或更少，1重量％或更少，或0.5重量％或更少。范围包括但不限于，约0重量％-约20重量％或约0.25重量％-约10重量％。可浸取量可以通过炭黑的索格斯特萃取(soxhlet extraction)并接下来进行钾的含水萃取分析来测定，类似于ASTM方法D4527、C871，或EPA方法SW8-1311和SW8-1312。另外，炭黑可以具有任何的孔隙量。炭黑所具有的BET表面积(m2/g)和t-面积(m2/g)的比为1.5或更低，如0.9-1.5。通常，优选本发明的炭黑具有低水平的微孔。而且，炭黑也可具有的t-面积为约10m2/g-约180m2/g。其它范围包括约30m2/g-约150m2/g和约50m2/g-约120m2/g。通常，本发明的炭黑不包含可测量量的硅。
本发明的炭黑可以用于使用常规炭黑的任何产品，如橡胶产品、轮胎、油墨、喷墨机、调色剂、气体扩散电极、涂层、塑料、聚合物等等。
本发明将通过下面的实施例来进一步说明，其仅为本发明的示例目的。
实施例在试验工厂中，实施了本发明的炭黑的一种实施方案。在该方法中，使用如图1所示并具有与美国专利US6403695类似的设计的炭黑反应器。实施例1-7列于表1中。在每种情况中，使用了140％的初级燃烧(primarycombustion)，其中该量达到富氧燃烧反应的40％。用于燃烧反应的主要燃料是天然气且它在流路1中引入反应器。给料到炭黑形成方法的天然气的温度大致是室温约77。使用的液体原料是市售原料，该原料具有在美国专利US5190739中所列出的常规性质。在该方法中，在第一级中在通过初级燃烧形成的热气流存在的情况下引入含有第一炭黑的原料。将按照表1所示的不同量的第一炭黑生产原料引入到该方法中。在第一级中引入的第一炭黑生产原料与热气流混合形成含有第一炭黑的前体，然后将第二炭黑生产原料在下游引入。该第二炭黑生产原料是没有任何氧化源或燃料源存在的情况下引入的并且是在骤冷区之前引入的。
在实施例5中，在两原料注入位置之间引入的水的量是100kg/hr。通过加压雾化器的方式以精细喷洒(fine spray)引入该水。
在实施例6中，第二炭黑生产原料被分成两个相同的量。按表1中所示，在图1的L1处引入第一部分。在下游1m处引入第二部分。
在引入第一炭黑生产原料期间，引入不同量醋酸钾盐溶液形式的钾以使前体具有钾的成分。
然后用水在第二炭黑生产原料的下游完全骤冷在反应中形成的炭黑，以形成本发明的炭黑产品。形成的炭黑具有表1中所示的t-面积，BET面积和DBP吸收值。
申请人特别在本公开内容中引入所有引用文献的全部内容。此外，当用量、浓度、或其它值或参数是以范围、优选范围、或优选上限值和优选下限值的列表给出时，这应该理解为具体地公开了从任何一对优选上限值或优选值和任何优选下限值或优选值所形成的所有范围，不管是否这些范围是否是单独公开的。当数值范围被本文所引用时，除非另有说明，该范围应包括它的端点值和在该范围内的所有整数和分数。不应将发明的范围限制到定义范围时所用的具体数值上。
本发明的其他实施方案对于本领域技术人员在考虑本文所批露的本说明书和本发明的实施后是显而易见的。本说明书和实施例应被认为是仅仅示例而已，本发明的真实范围和精神是由以下的权利要求和权利要求的等同物来表示。
权利要求
1.一种生产炭黑产品的方法，包括在第一级中炭黑生产原料引入到反应器并与热气流混合以在反应流中形成基本由第一炭黑组成的前体，然后，接下来在所述前体中引入第二炭黑生产原料以部分骤冷含有第一炭黑的反应流，然后完全骤冷以形成炭黑产品。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括在引入所述第二炭黑生产原料之前引入含有至少一种IA族或IIA族元素的至少一种物质。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括在所述完全骤冷之前引入含有至少一种IA族或IIA族元素的至少一种物质。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包括在引入所述第二炭黑生产原料之前引入含有至少一种IA族元素的至少一种物质。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括在所述完全骤冷之前引入含有至少一种IA族元素的至少一种物质。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括在所述第二炭黑生产原料引入之前以足以使炭黑产品中具有200ppm或更高的IA族或IIA族元素的量来引入含有至少一种IA族或IIA族元素的至少一种物质。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述的量为500ppm或更高。
8.如权利要求5所述的方法，其中所述IA族元素包括钾。
9.如权利要求5所述的方法，其中所述IA族元素是钾。
10.一种生产炭黑产品的方法，包括在第一级将炭黑生产原料引入并与热气流混合来形成含有第一炭黑的前体，然后，接下来将第二炭黑生产原料引入到所述前体中，其中所述第二炭黑生产原料占所述方法期间使用的炭黑生产原料总重量的至少15重量％，并且进一步包括在所述炭黑产品形成之前引入含有至少一种IA族或IIA族元素的至少一种物质。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述第二炭黑生产原料在两个或更多的段上添加。
12.如权利要求10所述的方法，进一步包括在所述炭黑产品形成之前引入含有至少一种IA族元素的至少一种物质。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述IA族元素包括钾。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述IA族元素是钾。
15.如权利要求10所述的方法，其中所述物质在引入所述第二炭黑生产原料之前或期间引入。
16.如权利要求10所述的方法，其中所述物质在引入所述第二炭黑生产原料之前引入。
17.一种生产炭黑产品的方法，包括在第一级将第一炭黑生产原料引入并与热气流混合来形成含有第一炭黑的前体，接下来将第二炭黑生产原料引入到所述前体中，其中在形成所述前体之后没有引入氧化源和燃料源，所述方法进一步包括引入含有至少一种IA族或IIA族元素的物质。
18.如权利要求17所述的方法，进一步包括在引入所述第二炭黑生产原料之前或期间引入含有至少一种IA族元素的至少一种物质。
19.如权利要求17所述的方法，进一步包括在形成所述前体之前或期间引入含有至少一种IA族元素的至少一种物质。
20.如权利要求17所述的方法，进一步包括在形成所述前体期间或之前引入含有至少一种IA族或IIA族元素的至少一种物质。
21.如权利要求17所述的方法，其中所述IA族元素包括钾。
22.如权利要求17所述的方法，其中所述IA族元素是钾。
23.一种生产炭黑产品的方法，包括在第一温度区中形成主要由第一炭黑组成的前体，然后将炭黑生产原料引入到所述前体，并且在骤冷区之前的第二温度区中形成所述炭黑产品，其中所述第一温度区和第二温度区所具有的温差(Δ)是200℃或更高。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述温差为300℃或更高。
25.如权利要求23所述的方法，其中所述温差为200℃-约900℃。
26.如权利要求23所述的方法，其中所述温差为约400℃-约700℃。
27.如权利要求23所述的方法，其中所述温差至少部分通过冷却夹套、喷水、和/或在所述第一和第二温度区之间的蒸汽来获得。
28.如权利要求23所述的方法，其中在所述前体形成和引入所述炭黑生产原料之间不进行骤冷。
29.如权利要求23所述的方法，进一步包括在所述骤冷区之前引入含有至少一种IA族元素的至少一种物质。
30.如权利要求23所述的方法，进一步包括在所述骤冷区之前引入含有至少一种IA族或IIA族元素的至少一种物质。
31.如权利要求23所述的方法，进一步包括在所述第一温度区中引入含有至少一种IA族或IIA族元素的至少一种物质。
32.如权利要求23所述的方法，进一步包括在所述前体形成期间引入含有至少一种IA族或IIA族元素的至少一种物质。
33.如权利要求23所述的方法，进一步包括在所述前体形成之前引入含有至少一种IA族或IIA族元素的至少一种物质。
34.如权利要求23所述的方法，进一步包括在所述第一温区引入含有至少一种IA族元素的至少一种物质。
35.如权利要求23所述的方法，进一步包括在所述前体形成期间中引入含有至少一种IA族元素的至少一种物质。
36.如权利要求23所述的方法，进一步包括在所述前体形成之前引入含有至少一种IA族元素的至少一种物质。
37.如权利要求2所述的方法，其中所述物质是盐。
38.如权利要求2所述的方法，其中所述物质是溶液。
39.如权利要求2所述的方法，其中所述的物质是含有至少一种IA族或IIA族元素的化合物。
40.一种炭黑产品，其DBP范围为约120-约150cc/100g且具有IA族或IIA族元素总含量为约50-约150ppm；或DBP范围为约90-约120cc/100g且具有IA族或IIA族总含量为约100-约500ppm；或DBP范围为约60-约90cc/100g且具有IA族或IIA族总含量为约200-约1000ppm；或DBP范围为约30-约60cc/100g且具有IA族或IIA族总含量为约500-约5000ppm。
41.如权利要求40所述的炭黑，其中所述炭黑所具有的可浸取IA族或IIA族元素含量是20重量％或更少。
42.如权利要求40所述的炭黑，其中所述炭黑所具有的可浸取IA族或IIA族元素含量是10重量％或更少。
43.如权利要求40所述的炭黑，其中所述炭黑具有单位为m2/g的BET表面积和单位为m2/g的t-面积的比为1.5或更少。
44.如权利要求40所述的炭黑，其中所述炭黑所具有的可浸取IA族或IIA族含量是约0.25重量％-约5重量％。
45.如权利要求40所述的炭黑，其中所述炭黑所具有的t-面积是约10m2/g-约180m2/g。
46.如权利要求10所述的方法，其中所述物质是盐。
47.如权利要求10所述的方法，其中所述物质是溶液。
48.如权利要求10所述的方法，其中所述物质是含有至少一种IA族或IIA族元素的化合物。
49.如权利要求17所述的方法，其中所述物质是盐。
50.如权利要求17所述的方法，其中所述物质是溶液。
51.如权利要求17所述的方法，其中所述物质是含有至少一种IA族或IIA族元素的化合物。
52.如权利要求1-39和46-51中任一项所述的方法，进一步包括在引入所述第二炭黑生产原料之前进行部分中间骤冷。
53.如权利要求10所述的方法，其中所述第二炭黑生产原料占炭黑生产原料总重量的30重量％-60重量％。
全文摘要
说明了一种生产炭黑的多级反应方法。还描述了该方法生产的炭黑。
文档编号C09C1/00GK1981001SQ200580022171
公开日2007年6月13日 申请日期2005年5月3日 优先权日2004年5月4日
发明者耶科夫·E·库特索夫斯基, 威廉·L·西大利特, 谢尔登·B·戴维斯, 弗朗哥伊斯·M·特瑞德, 格雷戈里·T·高德特 申请人:卡伯特公司