Способ получения сажи

(5 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ 0 ПИСАНИЕ ИЗОБРВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ ЕТЕНИЯ 11Ц 1 Я(1ц 41 3572116/23-2629,01.8330,07,86. Бюл.Всесоюзный науинститут техниА.Н.Будин, А.Вуровикин и Г,Вбб 1.666.4(088.Зуев В.М., Михводство сажи.8-134.тент Англии У1 А, 1974,28 ка угл ний ще разлож газовых сажи,водородно очных мет чно-иссл тел ие сырьяпродукт отлич ческого у.Сажин8)айлов В.ВМ.: Химия ерода ыделение из ни и й с я тем,ости ышенияых комп что, с целью п свойств иолиме зиции содородногоренияростных:0,15-15 196 льзованиеь икты сырье вводят в п лива при соотнош 9216,ап ом ров их потоков2. Способ п щ и й с я тем а юлич углев о п,чтоодя(22) (46) (71) ский (72) В.Ф.С (53) (56) Прои с. 1Па кл. С 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИ щий сжигание топлива образованием высоко Ютурного потока продуктов горениятоплива, введение в этот поток по о сырья и соединеаллов, термическое с образованием саже55 1 124Изобретение относится к производству технического углерода, а именно сажи, придающей улучшенные усиливающие свойства резине, и может бъгть использовано в резинотехническом и полимерном производстве.Цель изобретения - повышение прочностных свойств полимерных композиций с использованием сажи.П р и м е р. Процесс получения сажи осуществляют на реакторе, принципиальная схема которого приведена на чертеже.Реактор состоит из металлического корпуса 1, футерованного двумя слоями футеровки-теплоизоляционной 2 и огнеупорной 3. Реактор имеет последовательно и соосно расположенные воздушную камеру 4, камеру 5 горения, три смесительные камеры 6 - 8 и реакционную камеру 9.Диаметр смесительной камеры 6 меньше, чем диаметр камеры 7, диаметр камеры 7 меньше, чем диаметр камеры 8, а диаметр камеры 8 меньше, чем диаметр реакционной камеры 9.Воздушная камера 4 снабжена патрубком 10 для ввода воздуха, В воздушной .камере параллельно продольной оси реактора смонтированы топливные ,горелки 11. В футеровке смесительных камер 6 -8 и в начальном сечении реакционнойкамеры 9 смонтированы трубы 12 - 15соответственно для установки сырьевыхФорсунок 16 и подачи коаксиальнок потокам сырья потоков кислородсодержащего газа,В конце реакционной камеры 9 смонтированы трубы 17 для установки водяных Форсунок. Последовательно устанавливая сырьевые форсунки 16 в трубах 12 - 15, можно при постояннойскорости подачи продуктов горениятоплива и сырья изменять соотношениескоростных напоров потока сырья и .продуктов горения топлива в точкеввода сырья. Соотношение скоростныхнапоров можно регулировать так же изменением линейной скорости подачисырья и продуктов горения топлива.Окислитель-воздух, предварительноподогретый до 400 С, через патрубок 10 и воздушную камеру 4 подаютк горелкам 11 с расходом 5800 м /г,В горелки также подают топливо-пропанбутановую Фракцию газов нефтепереработки с расходом 125 м/ч. Смесь 7381 2топлива и воздуха сжигают а камере 5горения с коэффициентом избытка воздуха 1=1,66 с получением продуктовогорения топлива с температурой 1400 С,которые направляют через смеситель. ные камеры 6 - 8 в реакционную камеРУ 9,Последовательно устанавливая сырьевые форсунки 16 в трубах 12-15,10 в поток продуктов горения топливав сечении смесительных камер 6 - 8или начала реакционной камеры 9 вводят предварительно подогретое до 200 ь210 С сырье - смесь антраценового мас 15 ла и термогазойля в соотношении50:50 с расходом 1350 кг/ч, Сырье вводят в реактор в распыленном виде, Распыливание сырья осуществляют механическими форсунками,20 В смеси с сырьем в реактор вводят1,0-15,0 мг КС 1 на 1 кг сырья.В реакционной камере 9 распыленное сырье разлагают в продуктах горения топлива с образованием сажегазо 25 вых продуктов реакции. Температурав реакционной камере составляет 15701590 С,В конце реакционной камеры 9 продукты реакции закаливают путем охлажЗ 0 дения их до 650-700 С за счет впрыскивания воды, распъленной механическими форсунками, установленными в трубах 17. Охлажденные до 650-700 С продукты реакции выводят из реактора,35 ВтОРичнО Охлаждают ВпрыскиВанием ВОдыдо 250-300 С и направляют в рукавныйфильтр, где сажу отделяют от газообразных продуктов реакции.1 Необходимое соотношение скоростныхнапоров потока сырья и потока продуктов горения топлива обеспечивают путем установки Форсунок 16 соответственно в трубах 12 - 15, а также изме -нением линейной скорости подачи сырья,45 не изменяя расхода сырья.Зависимость между скоростным напором и скоростью потока выражаетсяследующей формулойЯ 250 " -2 дгде Ьд - скоростной напор;Б - скорость потока;- ускорение свободного падения,Скоростной напор Ьхарактеризует кинетическую знергию потока, отнесенную к единице массы жидкости илигаза,7381 4Окислитель (воздух), предварительно подогретый до 400 С, через патрубок 10 и воздушную камеру 4 подаютк горелкам 11 с расходом 65007000 м /ч.В горелки подают топливо-пропанбутановую фракцию газов нефтепереработки с расходом 150 м /ч. Смесьтоплива и воздуха сжигают в камере 5горения с коэффициентом избытка воздуха 1,54 с получением продуктовгорения с температурой 1450 С, которые направляют далее через смесительнае камеры 6-8, в реакционнуюкамеру 9.Последовательно устанавливаясырьевые форсунки в трубах 12 - 15в поток продуктов горения топливав сечении смесительных камер 6 - 8 .или начала реакционной камеры 9 вводят предварительноподогретое до 200-,210 С сырье - смесь антраценовогомасла и термогазойля в отношении 40:60 с расходом 1700 кг/г, В смесис сырьем в реактор вводят такжедобавку хлористого калия. з 124Добавка щелочи к сырью предусмотрена для снижения скорости коагуляции частиц на ранних стадиях образова ния .В табл. 1 представлены данные посвойствам предлагаемой сажи для различных параметров процесса.Способ позволяет получать сажус меньшей степенью срастаниячастицв агрегатах и имеющую более высокую 1 Овнешнюю поверхность, доступную длявзаимодействия с полимерами. При этомвыход сажи из сырья в предлагаемомспособе не снижается.Сажи, полученные по предлагаемому 15способу (опьггы 1 - 5) испьгганы в качестве усиливающего наполнителя стирольного каучука СКМСАРК в стандартной рецептуре (ГОСТ 15627-70) .Для этого на лабораторных вальцах 20приготавливают резиновые смеси,с использованием сажи опьггов 1-5,состав которых следующий, вес.ч.:Каучук СКМСАРК 100Стеарин 2,0 25Окись цинка 5,0Альтакс 2,0Сера 2,0Сажа 50Смеси вулканизовали в паровом пресЗОсе при 143 С, после чего определялипрочностные показатели полученнь 1 хвулканизатов,В табл, 2 представлены данные попрочностным показателям вулканизатов.35Приведенные данные показывают значительное улучшение прочностных показателей вулканизатов с использованием предлагаемой сажи.П р и м е р 2. В соответствииаос опытами по данному примеру получена сажа с удельной поверхностью поэлектронному микроскопу около 100 м /г. Далее процесс аналогичен примеру 1.В табл, 3 и 4 представлены свойства сажи для различных параметров процесса и соответственно свойства вулканизатов. Данные табл. показывают, что при одинаковой удельной поверхности по электронному микроскопу (одинако,вом среднем размере частиц) сажи, полученные по предлагаемому способу, имеют более высокую внешнюю поверхность,доступную для взаимодействия с молекулами полимера, что обуславливает и более высокие прочностные показатели вулканизатов.) м о д о о ь д х оИ С а о 1 0 о о о Х с о Е О 1 Идх х1 Ооо обй Иох д хв оЕо с: а о а С: О М о ОО Ме Се хЭ д Ед цол1Хдд о ч д, Хх х С 1 П: Й е д ид А 1. Д о д о о о 9 (б Р о д о и х х хх 8,ов оНо д хх1 ОЭОО,оооохи,Се л л СО%Щлщт ц;) м)ф о со ллоо ФОлл СЧЛ О С.оо%ОлллО ифОв л о мЮ ( о ОСОл олоо СО О СО л ф о10 1247381 Т а б л и ц а 2 Вулканизаты с сажей, полученной по опыту Показатели Прототип 1 2 3 4 5 Напряжение при 300% удлинении, МПа 12,0 12,8 12,9 12,9 12,8 12,б 28,5 31,4 31,8 32,2 31,9 31,б 220 210 205 200200 210 480 480 485 485 475 480 Прочность, на разрыв, МПаИстирание на МИРсм /кВт ч Относительное удлинение, % Т а б л и ц а 3 Пара. метры процесса и свойства сажи Прототип Предлагаемый способ, опыт1 2 3 41 Параметры процессаМесто ввода сырья Смеси- Смеси- Начало реакционнойтель- тель в камерыкамера камера78 9 Смесительнаякамера Скоростной напор потока продуктов горения топлива, кг/м 3950 2 б 90 1890 78 55 Скоростной напор потока сырья,кг/м 180 520 520 520 180 Скорость продуктов горения топливав.сечении ввода сырья, м/с 280 231 194 39,4 33,2 58 100 100 100Скор ост ь ввода сыр ья, м/с 52,5 52,8 52,6 52,5 52,б Выход сажи из сырья, % Свойства сажиУдельная внешняя поверхность, м /г 71,8 75,5 77,3 75,7 73,3 Удельная поверхность по электронному микроскопу, м /г 98,8 101,2 99,2 98,1 99,9 Отношение скоростных напоров потока сырья и потока продуктов горения топлива 1:22 1:15 1".З,б 1:0,15 1:0,105.Удельная адсорбционная поверхностьм /г 816 798 802 810 7,2 7,5 7,2 7,9 80,7 7,3 рН водной суспензии Содержание остатка на сите с сеткой0,14 К, % 0,003 0,004 0,002 0,003 .0,026 Т а бл и ц а 4 Вулканизаты с сажей, полученной по опыту234 Показатель Прототип 1 Напряжение при 300 % удлинении, МПа 11,8 12,2 12,0 12,0 11,8 24,0 Прочность на разрыв, МПа 26,9 27,2 26,8 24,1 230 . 236 225 510 520 Относительное удлинение, % 500 520 Составитель Л.Романцева. Редактор Н.Киштулинец Техред И,Попович Корректор М.Шароши Заказ 4075/24 Тираж 644 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г,Ужгород, ул.Проектная, 4 Отношение удельной внешней поверхности и поверхности по электронномумикроскопу 0,726 Абсорбция дибутилфталата, мл/100 г 104 Истирание на МИР, смэ /кВт ч 240225 12Продолжение табл.3