Способ получения среднедисперсной сажи

(19) 8010411 С 09 С .1/50 АРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ГОС ПО ЗОБРЕ ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТ(54)(57) 1. СПОСОБ 110 ЛУЧЕНИЯДИСПЕРСНОИ САЖИ, включающий сние топлива с воздухом с обра,Способ п с я тем -60 иас.Х жигаэовани аксиал лич и ьно подаырья. ФуЮус е ную подачу в него части распыленного углеводородного сырья и его разложение с образованием сажегазодова- ", вых продуктов, радиальную. подачу го угле- в них остальной части распыленногосырья, термическое разложение его и закалку сажегаэовых продуктов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения проиэводительноспроцесса по сырью и выхода сажи, сырье распыливают воздухом при 450-800 С и общем расходе воздуха, подаваемого в процесс, 2,4-2,8 ип), сырья и топлива.СРЕДНЕИзобретение относится к областипроизводства сажи, а именно к спо-.собам получения среднедисперсной полуусиливающей сажи путем термического разложения углеводородного 5сырья в продуктах горения вспомогательного топлива.Изобретение может быть использовано для получения печных среднедисперсных саж с удельной поверхностьюот 30 до О м/г, применяемых в ка- .честве усиливающих наполнителей вполимерных композициях.. Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ получения среднедисперсной сажи, включакиций сжига-.ние топлива, с воздухом .с образованием потока продуктов горения, аксиально подачу в него 5-20 мас.Е рас-,пыленного углеводорода и его раэложе-,ние с образованием сажегазовых продуктов, радиальную подачу в них остальной части распыленного сырья,термическое разложение его и закалкусажегазовых продуктов, сырье. в реактор подают распыленным с помощьюмеханических форсунок, для поддержания температуры разложения сырьяна второй стадии на необходимом уровне в реакционную смесь вводят дополнительные потоки горячих газовгорения,Недостатком известного способаявляется недостаточно высокие производительность процесса по. сырью и вы ход сажи из сырья. Кроме того, большое количество форсуночных и горелочных устройств для подачи сырья.и для сжигания основного и вспомогательных потоков топлива требует боль ших затрат на обслуживание.Целью изобретения. является повышение производительности процессапо сырью и выхода сажи.Поставленная цель достигаетсятем, что способ получения сажи включает сжигание топлива с воздухом собразованием потока продуктов горения, аксиальную подачу в полученныйпоток распыленного воздухом с темпе ратурой 450-8000 С 25-60 мас. углеводородного сырья, термическое разложение сырья с образованием сажегазовых продуктов, подачу в них распыленной воздухом с температурой 450- 55800 С остальной части сырья, еготермическое разложение и закалку сажегазовых продуктов при общем расходе воздуха, подаваемого в процесс (на сжигание топлива и на распыление сырья), 2,4 - 2,8 нм/кг сырья и топлива (на суммарное количество сырья и топлива).Отличие состоит в том, что сырье распыливают воздухом при . 450-800 С и общем расходе воздуха, подаваемого в процесс,2,4-2,8 нм/кг сырья и топлива, дополнительно аксиально подают 25-60 мас.Е сырья.Использование для распьцения сырья воздуха, нагретого до 450- 800 фС, позволяет осуществить стадию его дополнительного нагрева в момент распыления. При этом резко интен,сифицируется процесс дйспергирования сырья и сокращается время егонагрева до температуры разложения. Это дает возможность повысить производительность по сырью и получать при этом сажу с чистой от неразложившихся углеводородов поверхностью,При температуре воздуха менее .450 С количество тепла, подводимое к сырью с распыливающим агентом,недостаточно, и на поверхности сажипоявляются нераэложившнеся углеводороды. Повышение температуры воздуха выше 800 С не желательно, так как экспериментально. установлено, что при этом наблюдается коксование сырья на выходе иэ сырьевых форсунок и появление в саже коксовых частиц, так называемого "грита". Пределы общего расхода воздуха, подаваемого в процесс, на количество сырья и топлива установлены экспериментально. При общем расходе, менее 2,4 нм/кг на поверхности получаемой сажи, появляются неразложившиеся углеводороды, а при общем расходе воздуха более 2,8 нм /кг снижается выход сажи из сырья. Увеличение расхода воздуха в процесс приводит к росту дисперсности получаемой сажи. При осуществлении способа целесообразно, чтобы аксиально подавали 25-60 мас.7 сырья от его общего количества.При увеличении аксиальной части сырья увеличивается концентрация сажевых частиц в сажегазовых продуктах. Вторая часть сырья при этом термически разлагается с отложением углерода на поверхности образо.вавшихся на первой стадии сажевых частиц, Поскольку энергия актива 4ции роста углеродной поверхности сажевых частиц более чем на порядок ниже энергии активации. образования сажевых частиц, значительно сокращаются затраты энергии на разложение второй части сырья, что . обеспечиваетвысокий выход сажи из сырья. Кроме того, изменение соотно ОЪшения аксиальной и.радиальной час-.:тей вводимого сырья позволяет регулировать величину дисперсности ;получаемой сажи.15Уменьшение первой части сырья ниже 25 Х от его общего количества . и, соответственно.,увеличение кон-, центрации сырья в реакционных газах, на второйстадии приводит к .непол ноте разложения сырья. и отложению20 .нервэложившихся углеводородов на по.- верхности сажевых,частиц. Верхний предел количества .сырья,подаваемого в продукты .горения на . Ипервой стадии, связан с необходимостью обеспечения стабильной работы реактора. При увеличении первойчасти сырья более 60 Ж от его общего .количества в результате сниже- ЗвЫия температуры потока и роста кон- .центрации сырья наблюдается коксование реактора.Н чертеже представлен продоль%ный разрез реактора для осуществле-.ния предлагаемого способа полу- .чения сажи,Реактор содержит. корпус 1, в котором последовательно и соосно рвспо".ложены воздушная камера 2, камера 3 40горения и реакционная камера 4. Ввоздушной камере 2 параллельно пуюдольной оси реактора. смонтированытрубы 5, соединенные с камерой 3горения и установленные по ее перифеУрии. Трубы 5 внутри воздушной каме:ры имеют прорези 6. Внутри труб 5установлены топливные горелки 7 таким образом, что их распылители рас-,положены на входе в камеру гьрения ЯВоздушная камера снабжена патрубка"ми 8 для подачи воздуха иа горениетоплива. По оси воздушной камерысмонтирована напрвйляющая труба 9,"в которой установлена сырьевая фор УУсунка 10. В начале реакционной камеры 4 радиально .установлены однЪили несколько сырьевых форсунок 11. Сырьевые форсунки соединены с источниками (на рисунке не показаны ) для подачи под давлением сырья и воздуха для его распыления. В конце реакционной камеры радиально установлены водяные форсунки 12. Камера горения и реакционная камера образованы футеровкой 1.Э, выполненной из огнеупорных изделий внутри корпуса 1.Предварительцо подогретый воздух через патрубок 8 поступает в воздушную камеру 2 и через прорези 6 в трубах 5 проходит в камеру 3 горения. Топливо подается в камеру горения через топливные горелки 7 и охи" гается с воздухом на периферии камеры горения, В случае использования жидкого топлива в горелки 7 подаютвоздух на распыление топлива,:В продукты горения топлива через вксналь-. ную форсунку 10 подают первую часть сырья, которая составляет 25-603 от его общего количества. Для распыления сырья в форсунку 1 О подают воздух под давлением, предварительноподогретый до 450-800 С В качествесырья используют продукты переработки нефти или каменноугольной смолы,или нх смеси,За счет тепла продуктов горениясырье разлагается с образованиемсажегаэовых продуктов, которые затем поступают в реакционную камеру 4. В начале реакционной камеры всажегазовые продукты через форсунки 11 подают вторую часть сырья, распыленного воздухом с температурой 450-800 С. Время.контакта от момента ввода первой части сырья до ввода второй части составляет от 0,015 до 0,15 с. Общий расход воз-.духа, подаваемого в процесс, на суммарное количество сырья и топлива составляет от 2,4 до 2,8 нм /кг.3Вторая часть сырья термически разлагается в реакционной камере с отложением углерода на поверхности обра эовавшихся в камере горения свжевых частиц и в.конце реакционной камеры осуществляется закалка продуктов реакции путем впрыскивания воды через форсунки 12, Охлажденные сажегаэовые продукты выводятся из реактора и поступают в систему аппаратов для отделения сажи,от газообразных продуктов реакции.. П р и м е р 1. В камеру горения реактораподают топливо (дизельноечество сырья и топлива от 2,4 до 2,8 нм /кг (опыты 2-5,7), производи 3тельность процесса по сырью увеличивается на 25-507. Выход сажи из сырья топливо ) в количестве 270 кг/ч, распыленное воздухом, подаваемыМ в количестве 300 нм/ч. Для сжигания топлива в камеру горения подают предварительно подогретый до 420 С .воздух в количестве от 7800 до 9600 нм /ч, В продукты горения топлива аксиально подают первую часть предварительно подогретого до 220 С сырья (смесь антраценового масла и термогазойля в соотношении 30-70 ), которая составляет 4003 от его общего количества, и распыливают его с помощью предвао рительно подогретого до 450-800 С воздуха, подаваемого в количестве от 0,15 до .0,34 нм на 1 кг сырья. За счет тепла продуктов горения распыленное сырье разлагается в камере горения с образованием сажегаэовых продуктов. В поток саже- газовых продуктов радиально подают вторую часть сырья в количестве от 1320 до 2500 кг/ч. Сырье распыпивают подогретым до 450-800 С воздухом, подаваемым в количестве от 0,15 до 0,34 нм /кг сырья. Удельный расход всего воздуха, подаваемого в процесс, на количество сырья и топлива составляет от 2,4 до 2,8 нм/кг. Вторая часть сырья разлагается в реакционной камере при 1350-1500"С, Затем сажегазовые. продукты в конце реакционной камеры закаливают до 700-750 фС путем впрыскивания воды и подают в аппараты для отделения сажи от газообразных продуктов реакции. Образцы полученной сажи анализируют по ГОСТ 7885-77. Выход сажи из сырья определяется расчетом по материальному балансу процесса. увеличивается на 2-13,5%.. При температуре воздуха на распы-, ление сырья и удельном расходе воздуха в процесс ниже указанных пределов (опыт 1 ) возрастает оптическая 1 О Результаты опытов, проведенных на опытно-промышленном реакторе при различной температуре подогрева воэ духа на распыление сырья и разном расходе воздуха, подаваемого в про цесс, на количество сырья и топлива, приведены в табл.1.Как видно из данных табл.1,. при распыливании сырья воздухом при 450-800 С и удельном расходе воздуха, подаваемого в процесс, на колиплотность бензинового экстракта сажи, что говорит об отложении неразложившихся углеводородов на поверхности сажевых частиц. При температу ре воздуха на распыление сырья выше800 С (опыт 6 ) происходит увеличение содержания остатка после просева через сито с сеткой 014 К а прирасходе воздуха, подаваемого в про цесс, выше 2,8 нмЗ/кг сырья и топли. ва снижается выход сажи из сырья.П р и м е р 2. Опыты в соответствии с предлагаемым способом проводятаналогично описанным в примере 1 привеличинах параметров- процесса, соответствующих опыту 3, Сырье подаютпри различном соотношении первойаксиальной ) и второй ( радиальной )его частей. Результаты опытов приве- ЗО .дены в табл,2.Как видно из данных табл.2, привеличине первой части вводимогосырья 25-603 от его общего количества выход сажи из сырья является З 5 достаточно высоким. Увеличение первой части сырья приводит к увеличе.нию удельной геометрической поверхности на 6 м /г.Ниже указанного предела увеличи-.40 вается оптическая плотность бензи- .нового экстракта сажи, Выше указанного предела дисперсность сажи не изменяется и растет содержание остаткапосле просева через сито с сеткой 45 014 К.Таким образом, предлагаежй способ позволяет повысить производительность процесса по сырью и выходсажи.из сырья с помощью распыпения 50 сырья подогретым до оптимальной температуры воздухом, а также получатьнеобходимую дисперсность сажи путемизменения соотношения количествсырья, вводимых на разных стадиях 55 процесса,.о о о оа оа МО 8юйоУ 1 х к 1й О В 6 о а ооЮЦк 33 хаах 1 3 й 3 а е х к О1 О 1040773 Таблица 2 Предлагаеиай способ Показатель юавюиюааю ЮЮ.Ю фР опыт опыт опыт опыт9 1 О 11 12 опыт 13юююю сиальная часть сырьямас.Х 22 5 60 Выход мас.Е из сырь 3,5 62,64 4 Удельная геометри поверхность сажи,ка 54 44 3,.5 5.ВНИИПИ Государственного кпо делам .изобретений и о 113035, Москва, Ж, Рау ФЮЮВФЮЮ филиал 1 ШП "Патент", г.Ужгород, ул,Проектная, 4 Содержанйе остатка.,ле просева через си