Способ получения сажи и реактор для его осуществления

Союз Советски кСоциалистическиеРеспублик Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пв 729222 ът(51)М, Кл. С 09 С 1/50 Гасударственный квмитет ив делам иаобретеннй и открытийДата опубликования описания 2 7 Л 4.80(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ САЖИ И РЕАКТОР ДЛЯ ЕГО ССУШЕСТВЛЕНИЯИзобретение относится к производствусажи (технического углерода), применяемой в качестве наполнителя резиновыхсмесей для шин и других резинотехнических изделий.Известен способ получения сажи и5реактор для его осуществления Ц, Этотспособ включает подачу тангенциальнопотоку углеводородного топлива потокавоздуха с образованием вращающегося1 Опотока продуктов горения и введечиеуглеводородного сырья во вращающийсяпоток продуктов горения топлива с последующим термическим разложением его.Известный реактор для осуществления15способа включает камеру горения, снабженную аксиальным патрубком для введения сырья, патрубок для подачи основного потока воздуха с установленной в нейгорелкой, и камеру реакции соединеннуюс камерой горения 111,Недостатками этого способа и реактора являются нерегулируемость процессасмешения потока воздуха с топливом,а также малые угловые скорости потока воздуха, что че обеспечивает его эффективного сжигания, и, следовательно, ведет к повышенным затратам материальных потоков топлива сырья.Известен также способ получения сажи и реактор для его осуществления 21. Такой способ получения сажи включает подачу тангенциально потоку углеводородного топлива основного потока воздуха с образованием вращающегося потока воздуха с образованием вращающегося потока- продуктов горения, введение углеводородного сырья во вращающийся поток продуктов горения с последующим термическим его разложением.Недостатком такого способа является большие энергоз. траты на производство сажи, вызванные необходимостью повышения угловых скоростей для обеспечения эффективного сжигания топлива, что всвою очередь требует сжатия всего количества воздуха до более высоких давлений.726222 зРеактор включает камеру горения,снабженную аксиальным патрубком длявведения сырья, патрубком для подачиосновного потока воздуха с установленнойв нем горелкой и камеру реакции, соединенную с камерой горения 2,Недостатком способа и реакторатакже является отсутствие регулируемостиугловых скоростей потока воздуха, необходимого для сжигания топлива, что не обеспечива 0ет эффективного сжигания топлива. Дляобеспечения же высоких угловых скоростей (которые необходимы для эффективного сжигания топлива) необходимо сжиматьвсе количество воздуха для сжигания 15топлива, что требует дополнительногооборудования и увеличения размеров реактора, то есть приводит к повышениюматериальных и энергетических затрат.Цель изобретения - снижение энергетических и материальных затрат на производство сажи.Это обеспечивается тем, что способвключает подачу тангенциально потокууглеводородного топлива (под давлением 250,1-2,5 ати) основного потока воздухапод давлением 0,15-0,6 ати с угловойскоростью 50-120 рад/с и дополнительного потока воздуха под давлением48 ати с угловой скоростью 6000- 3010000 рад/с (между потоком топлива иосновным потоком воздуха при соотношении расходов дополнительного и основного потоков воздуха 0,05-0,1: 1 пообьему) с образованием вращающегося 5потока продуктов горения, введение углеводородного сырья (аксиально) во вращающийся потОк продуктов горения топлива(подаваемых аксиально, тангенцивльноили радиально) и последующее его термическое разложение. Основное отличие предлагаемого способа заключается в том, что тангенциально потоку топлива подают дополнительный поток воздуха под давлением 4-8 ати с угловой скоростью 6000-10000 рад/с и основной поток под давлением 0,15- 0,6 ати с угловой скоростью 50120 рад/с.ЯДополнительное отличие заключается в том, что дополнительный поток воздуха вводят между потоком топлива и основным потоком воздуха при соотношении расходов дополнительного и основного потоков воздуха 0,05-0,1: 1 по объему и в том, что топливо подают под дав лением 03 -2,5 ати. 4Цель достигается также тем, чтов известном реакторе, включающем камеру горения, снабженную аксиальным пачрубком для введения сырья и патрубкомдля подачи основного потока воздуха сустановленной в нем горелкой, и камеруреакции, соединенную с камерой горения,горелка снабжена стаканом с тангенциальной трубой для подачи дополнительногопотока воздуха и лопатками, установленными на стакане, наружный диаметр стакана составляет 0,2-0,4 внутреннего диаметра патрубка для подачи основного потока воздуха, что обеспечивает укаэанноевыше соотношение расходов основногои дополнительного потоков воздуха.Вращаясь с определенной скоростьювокруг потока топлива, дополнительныйпоток воздуха интенсивно смешиваетсясо струями топлива, образуя топливовоэдушную смесь, которая в свою очередьэффективно реагирует с вращающимсяосновным потоком воздуха, обеспечиваяэффективное сжигание топлива при пониженных значениях энергетических и материальных затрат на производство сажи.Верхние пределы угловых скоростейпотоков основного и дополнительногопотока воздуха, а также верхние пределыдавлений воздуха выбраны из соображениятого, что более высокие значения угловыхскоростей требуют повышенных по сравнению с принятыми в формуле величинамидавлений воздуха, что резко повышаетэнергоэатраты на подачу его в реактор.Снижение .угловых скоростей этих жепотоков и их давлений ниже заявляемыхв формуле приводит к резкому снижениюэффективности смешения, неполному сгоранию топлива и как следствие этого увеличиваются затраты сырья, топлива воздуха на тонну выпускаемой сажи,Учитывая высокую стоимость воздухас давлением 4-8 ати, отношение расхсдов дополнительного и основного потоковвоздуха составляет 0,05-0,1 по объему.Нижний предел давления тойлива, а именно 0,1 ати, обуславливается противодавлением в камере горения реактора, верхний предел, а именно 2,5 ати, обусловленбольшими гидравлическими потерями втопливном трубопроводе.На фиг. 1 изображен реактор для осуществления предлагаемого способа, продольный разрез; на фиг, 2 дан поперечныйразрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 изображен патрубок для подачи основного потока воздуха,7292 Табл ица 650 650 65070 70 70 650 70 2400 2600 2300 2730 130 130 240 0,054 0,05 0,10 1,75 0,22 0,15 0,60 8,0 6 4 200 70 50 100 0,7 0,1 2,5 2,7 Давление подачи топлива, ати Угловая скорость дополнительного потокавоздуха на выходе иэ среза горелки, рад/с 8000 6000 10000 Реактор для осуществления способавключает камеру 1 горения с аксиальнымпатрубком 2 для подачи сырья и патрубком3 для подачи основного потока воздуха,в котором установлена горелка 4, камеру 5 реакции, соединенную с камерой1 горения. Горелка 4 снабжена стаканом6 с тангенциальной трубой 7 для подачидополнительного потока воздуха и лопатками 8, установленными на стакане 6. 1 ОВ камеру 1 горения патрубком 2 подают сырье (смесь 50% антраценовогомасла и 50% зеленого масла) в количестве 650 кг/ч предварительно распыленноевоздухом с температурой 350 С и черезпатрубок 3 подают 2400 нмЗ/ч основного потока воздуха с давлением 0,22 атии температурой 350 С. Основной потоковоздуха закручивают в лопатках 8.Вращающийся с угловой скоростью70 рад/с основной поток воздуха смешивают после лопаток 8 с вращающим потоком топливо-воздушной смеси, поступающей иэ стакана 6 горелки 4, в кото 25рую через тангенциальную трубу 7 подаютдополнительный поток воздуха в количестве 130 нм/ч с давлением 6 ати, в соотношении 0,05 по объему к основномупотоку воздуха,зоДополнительный поток воздуха с угловой скоростью 8000 рад/с смешивают с Расход сырья, кг/чРасход топлива, нм/ч (пропан-бутан) Расход основного потока воздуха длясжигания топлива, нмф/ч Расход дополнительного потока воздуха нмЗ/ч Соотношение дополнительного и основногопотока воздуха, по объему Давление основного потока воздуха передреактором, кг/смДавление дополнительного потока воздуха,кг/смУгловая скорость основного потокавоздуха в боковом канале, рад/с 22 6аксиально подаваемым в стакан 6 топливом (пропан-бутан) с расходом 70 имчи давлением 06 ати.Полученную вращающуюся смесь основного и дополнительного потоковвоздуха с топливом поджигают и продуктысгорания подают в камеру 1 горениятангенциально (см. фиг. 2). Продукты горения имеют в камере 1 горения температуру 1300 С и давление 0,12 ати,оНаправление вращения потоков воздухав патрубке 3 по часовой стрелке. Направление вращения продуктов сгоранияпротивоположно часовой стрелке.Сырье при 350 С (смесь 50% нтраоценового масла и 50% зеленого масла),предварительно распыленное воздухом,подают в камеру 1 горения в количестве650 кг/ч. Оно разг.згается с образованием сажегазовых продуктов в реакционнойкамере 5, которые затем подвергаютзакалке, охлаждению с последующим выделением сажи. В результате получаютсажу типа ПМ, которую затем используют в производстве шин,В таблице преведены режимные параметры, характеристика сажи и данные материальных и энергетических затрат на получение сажи по,предлагаемому и известному способам.400 400 400 . 4001560 1560 1560 1560 98 99 99 97110 106 108 108 2,3 2,08 8,239,52 41,7 1 39,26 41,7 1 нмф/чоТемпература в зоне реакции, С Удельная геометрическая поверхностьсажи, м/г Адсорбция дибутилфталата, мл/100 гВыход сажи, вес.% к сырьюЗатраты сырья, руб/т, сажи Затраты электроэнергии на подачу воздуха в реактор, руб/т. сажи Затраты топлива, руб/т, сажи Суммарные затраты сырья, электроэнергии и топлива, рубт. сажи Как видно из приведенной таблицы, суммарные энергетические и материальные затраты на производство 1 т сажи по предлагаемому способу на 8-9% ниже, чем по прототипу. 3 Д Формула изобретения 1. Способ получения, сажи. включаю щий подачу тангенциапьно потоку угле=. водородного топлива основного потока воздуха с образованием вращающегося потока продуктов горения, введение ут- леводородного сырья во вращающийся поток продуктов горения топлива с пссль= дующим его термическим разложещем о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения энергетических и материальных затрат, тангенциально потоку топлива подают дополнительный поток воздуха под давлением 4-8 ати с угловой скоростью 6000-10000 рад/с и основной поток под давлением 0,15 - 0,6 ати с угловой скоростью 50-120 рад/с. у2,Способпоп. 1, отличающ и й с я тем, что дополнительный поток воздуха вводит между потоком топлива и основным потоком воздуха при соотношении расходов дополнительного 55 44,01 41199 4424 41199 93,88 98,82 93,38 98,82 135,7 142,61 140,84 154,81 и основного потоков воздуха 0,05-0,1;1 по объему.3. Способпоп. 1 отличающ и й с я тем что топливо подают под давлением 0,1 - 2,5 ати.4, Реактор для осуществления способа по и. 1, включающий камеру горещи, снабженную аксиальным патрубком для введения сырья и патрубком для подачи основного потока воздуха с установленной в нем горелкой, и камеру реак.ыи, соединенную с камерой горения, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, горелка снабжена стаканом с тангенциальной трубой для подачи дополнительного потока воздуха и лопатками, установленными на стакане.5. Реактор по п. 4, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что наружный диаметр стакана составляет 0,2-0,4 внутреннего диаметра патрубка для подачи основного воздуха. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Патент США % 2641534,кл. 23-209.4, опублик, 09.06.53. 2, Патент США М 3211532,кл. 23-259.5, опублик, 12.10.65.