Способ получения сажи

ОП ИКАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУСоюз Советских Соцналнстнческнх Республнк(51)М. Кл. С 09 С 1/48 Государственный комитет СССР оо делам изобретений и открытий(71) Заявитель Ярославский филиал Всесоюзного научно - исследовательского института технического углерода(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ САЖИИзобретение относится к нефтехимической промышленности, а именно кпроизводству сажи для полимерных композиций,. используемых в резино - тех нической, шинной, лакокрасочной, полиграфической промышленности.Известен способ получения сажи иэизношенной саженаполненной резины,включающий размол резиновых изделийв крошку с размером частиц 1-5 мм идвухстадийный пиролиз резиновой крошки. На первой стадии резиновую крошку пиролизуют при 720-850 оС с образованием твердого остатка - кокса ипарообразных летучих продуктов, кото рые подвергают. дальнейшему пиролиэуна второй стадии при 1160-1270 оС дообразования дисперсного техническогоуглерода и газов (1),Недостатком этого способа является низкий выход сажи в расчете наисходную резину (21-29), а такженизкое качество его (удельная поверхность 21-23 м/г),Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретениюявляется способ получения сажи,включающий пиролиз твердого углерод. содержащего сырья - отходов полимерных композиций, например, автомобиль- ЗО ных шин при 400-1500 оС в йнертной среде азота с образованием парогазовых продуктов, отводимых затем на дистилляцию, и твердого остатка, последующее измельчение его при350-500 о С до частиц размером 1, 53 мкм в потоке парогазовых продуктов- ароматических углеводородов, масел или смол для предотвращения окисления частиц 2) .Однако полимерные композиции с полученной по этому способу сажи обладают низкими прочностными характеристиками. Это объясняется тем, что при пиролиэе отходов полимерных композиций в инертной среде азота образующиеся продукты распада осе - дают на поверхности частиц углеродаЭто приводит к тому, что получаемый углерод имеет низкую активность и пористость, а последующая обработка парогазовыми продуктами " ароматичес- кими углеводородами, маслами или смолами еще более дезактивирует активныецентры и забивает поры сажи.Цель изобретения - повышение прочностных характеристик% полимерных композиций, а также повышение выхода сажи. Поставленная цель достигается тем, что способ включает пиролиэ747868 углеродсодержащего сырья. Через загрузочноее устройство 3 в реактор 2подают в качестве сырья изношенныепокрышки в виде кусков 150 х 200 х"50 мм.Характеристика сырья представленав табл . 1, В реакторе поддерживаюттемпературу 500 С . При пиролизе твер"дого сырья образуются парогазовыепродукты и углеродный остаток. Поддействием собственного веса углерод"ный остаток перемещается в нижнюючасть реактора, где в среде парогазовой смеси он иэмельчается устройством 4 до пылевидного состояния. Внижней части реактора 2 поддерживают5 температуру 400 СИзмельченный углеродный остатокссыпают в бункер 5, где за счет кон-.такта с холодными стенками охлаждаетсядо 50 оС, и подают в магнитный сепа 0 ратор б. В сепараторе углеродныйостаток разделяют на металлическиекордные отходы 1,5 кг/ч и сажу 2,6к г/ч.Парогазовые продукты 68,0 кг/чподнимаются в реактор 2 снизу вверх,нагревая поступающее сырья, по газоходу 7 их выводят иэ реактора 2 иподают в реактор 8 термического разложения,Состав парогазовых продуктов приведен в табл . 3 (опыт 2). В реакторе8 поддерживают температуру 1400 оСэа счет сжигания 2,5 мч природногоЪгаза с 30 м/ч воздуха в зоне горения.Образовавшиеся в результате тер"мического разложения парогазовыхпродуктов сажегазовые продукты закаливают до 650 С впрыскиванием 5 кг/чводы при 20"С. Дальнейшее охлаждениепродуктов осуществляют в теплообменнике 9 до 150 оС. Охлажденные углеродгаэовые продукты подают для отделениясажи в систему 10 управления, Получают 2,9 кг/ч сажи,:.= .-.-г.-.=.В другихопытах, -проведенных в соотв етствии с предлагаемым с пособом,в отличие от примера 1, изменяютколичество вводимого в топку реактора пиролиза твердого сырья водяногопара в пределах 10-26-34-38 кг/ч дляобеспечения содержания перегретогопара в парогазовой смеси 30-40-50об. В и температуру термическогоразложения парогаэовых продуктов 1350500 1550 о С.При. указанных в примере 1 расходных параметрах проводят сопоставительный опыт, в котором пиролизтвердого углеродсодержащего сырьяосуществляют в потоке азота, расходуемого по 35 кг/ч, причем, образующиесяпарогазовые продукты в дальнейшем неиспользуют.Данные по параметрам проведенныхопытов представлены"в табл,2.Полученные образцы сажи анализировались по стандартным методикам 25. твердого углеродсодержащего сырьяотходов полимерных композицийопри400-1500 С парогазовой смесью с образованием твердого углеродного остатка и вселением парогазовых продуктов и последующее измельчение угле,родного остатка в потоке парогаэовыхпродуктов при 350-500 о С; парогазовыепродукты подвергают термическому разложению при 1400-1500 ОС исп;используют парогаэовую смесь,содержащую,об.Перегретый пар 35-50Двуокись углерода 5-10Окис ь угл ерода. 1- 3Кислород 0,1-2ОстальноеОтличие предложенного способа зак"лючается в том, что пиролиэ в"едут па"рогаэовой смесью.Дополнительное отличие предложенного способа заключается в том, чтоиспользуют парогазовую смесь, содержащую об, Ъ:Перегретый пар 35-50Двуокись углерода 5-10Окйсь углерода 1- 3Кислород"0,1-2Азот Остальное,а также в том, что парогазовые продукты .подвергают термическому разложению при 1400-1500 С.При пнролизе сырья парогазовойсмесью в результате протекания гетерогенных реакций происходит отпаркаполимерных молекул и продуктов разло"жения адсорбирующихся на поверхностисажи, освобождение от них активныхцентров и образование дополнительныхпор в саже, а также образование на ееповерхности кислородсодержащих активных груйп.Эти факторы обеспечивают получениеактивного технического углерода, 40повышающего прочностные характеристики полимерных кЬмпозиций.На чертеже представлена схема устанонки для осуществления предлагаембгоспособа.устройство содержит топку 1,реактор 2пиролиэа твердого сырья, загрузочноеустройство, устройство 4 для измельчения и перемешивания, бункер 5, маг-,нитный сепаратор 6, газоход 7, реактор8 термического разложения парогаэовыхпродуктов, теплообменник 9, система10 улавливания,П р и м е р, В топке 1 сжигают .природный газ (Г),подаваемый со3ско 1 ФОстью 3 м/ч, с воздухом (В), нагЬнетаемым по 35 м/ч, На выходе продуктов сгорания в топку вводят водянойпар (П) с температурой 120 С с расходом 14 кг/ч, При этом образуетсяпарогазовая смесь, имеющая температуру 800 оС и состав, об. : перегретый пар " 35, двуокись углерода - 5,окись углерода - 0,9, кислород -0,1,азот - 59, Парогазовую смесь направлабт в-реактор 2 пиролиза твердого б 5.полимернойкомпоэиции,вес, % Содержание основных элементов,вес, % Содержаниетекс- тильногоилиметал- лическогокорда,вес,Ъ эола сумма кислорода и азо- та водород,углерод сера 1 86 15 85 3,6 2,5 1,8 7,1(ГОСТ 7885/77), Характеристика свойств полученной сажи приведенав табл. 4.Образцы полученной сажи вводили в качестве наполнителя в полимерные композиции стандартной композиции на основе каучука СКС - 30 ЛРК, которые вулканиэировались при 143 ОС в течение 40 мин. Основные физико-механические показатели вулканиэованных полимерных композиций, полученные по стандартным методикам (ГОСТ 270-55), предс" тавлены в табл.5.Как видно из данных табл. 2, получение сажи по предлагаемому способу, 15 ,в отличие от известного, позволяет значительно увеличить выход технического углерода ( с 28 до 55 - опыты 1 и 2 ) за счет использования парога-, эовых продуктов для получения сажи 20 их термическим разложением.Осуществление пиролиза твердого углеродсодержащегр сырья парогазовой смесью предложенного состава обеспечивает получение сажи, придающего 25 полимерным композициям повышенные прочностные характеристики (см. табл.5, опыты 2,4-6) - возрастают предел прочности при разрыве и сопротивление раздиру. 30Сажа, полученная пиролизом твердого сырья парогазовой смесью с содержанием водянОго пара меньше 35 вес,Ф и выше 50 вес,Ъ снижает прочностные характеристики полимерных композиций (см. табл.5, опыты 3 и 7 ): предел прочности при разрыве и сопротивление раздиру, кроме того, повышение содержание водяного пара больше 50.вес,а ведет к непроизводительной загрузке водяным паром реактора термического разложения парогазовых продуктов.Проведение термического разложения парогазовых продуктов пиролиза тверо дого углеродного сырья при 1400-1500 С позволяет получить сажу, отвечающую основным физико - химическим свойствам и требованиями ГОСТ 7885-77 (табл. 4,5.опыты 9 и 10), При темпера" турах ниже 1400 ОС, хотя выход сажи увеличив аетс я (табл. 2, опыт 8), физикохимические свойства ее ухудшаются (табл . 4,5, опыт 8 против 9-11). Повышение температуры терми" ческого разложения выше 1500 С резко снижает выход сажи ( табл. 2, опыт 11 против 9-10) . Кроме этого, образующаяся сажа характеризуется большой разностью значений удельных геометрической и адсорбционной поверхностей, что вызывает трудности при технологической обработке полимерных композиций.Использование предлагаемого способа получения технического углерода позволяет повысить прочностные характеристики полимерных композиций, повысить выход сажи до 50-60 вес.Ъ в расчете на твердое углеродсодержащее сырье - отходы полимерных композиций утилизировать полимерные отходы резиновой и реэинотехнической промышленности, что имеет большое народнохо э яйс тв енно е з начени е.ЭОф НЧСВЧОэеинобид эба эблхэбэииэ о о л 1 о о о о о о о о 1 Л Л оО 1 сб11 11ь/д я 1фвчбчО Одойбэах ,ахеисобир бохяээб аОдоиээаэЮОи фвчбчзОдонбэах Оахээьиыоу о О 1 о о 1 л1 Ю л л 11В Л СЧ 1 в в в в с М ЧЛ 1 Л Л м л 1 1 л л л лс со о о о во в о 1 о 1 1 с с с сО О О 1 1о1 л 1 м л ф 1 л 1 л 1 О лм м м 1 л1 м1 л ьгф ычбчэеииобиа Оа Оиээ аО.1 ОНБЙОа О 11э 1 о э 0 л 1 л 1 л Ч ф 1 с 3 ф сРс 1 юм 1ч"ат т т щ еа в тщетв тававтщ т в, щ та ввеют ев 3 9 О 05 1 1 33 3 54 2 0 05 ттщ Мтютю ею тте таеюМею е щт юе ю е4,3 7. 8,3,5 3,8 Сажа, полученная при веют тав ещттщат А,цсорб ци я дибутилф талата, мл/100 г Зола, вес % Удельная адсорб ционная по- в ерхностьм 7 г Сера, вес. % Опыт,9145 47 68 8,2 9,8 2,0 1,8 63 76 77 8, 3 10,.0 58 6973 7,9 9,9 1,9 4 64 8,3 10,0 1,8 76 77 5 70 8,2 10,1 1,8 83 81 1,7 8883 8,2 10,5 6 72 95 84 1,7 7 70 8,2 11,0 1,8 76 77 8 64 8,3 10,0 9 64 8, 3 10,0. 1,8 76 77 10 11 8,3 10,0 1,8 8 р 3 1050 1 р 8разложении парогазовых 64 76 7764 76 77ее евБ, Сажа, полученная при термическомпродуктов 5056 58 70 77 7,5 0,5 0,6 7,6 0,4 0,8 65 ттютю-тютю75 О 5 07 63 0,6 7,5 0,4 7,6 0,5 0,6 0,5 85 84 7,6 0,4 7,6 0,5 0,5 0,8 7,5 0,50,4 50 68 0,7 65 10 11 7,6 0,47,7, 05аа юА 78 79 67 95 Полимерныеу гл еводороды с молекулярнымвесом 2003,8 4,5 4,0 Удельная геометрическая по- в ерх ность, . м/г 55 57 57 57 63 43 57 60 - 65 65 68 70 75 75 78 80 ДВутокисьуглерода РНводнойсуспензии Водянойпар74 7868 12 Таблица. Сопротивление раздиру,к гс/см Напряжениепри 300удлинении,к гс/см Предел прочности при разрыв е, кгс/см2 Относительное удлинение, Ъ Опыт,Р68 155 510 34 74 210 495 495 30 70 190 4 5 6 7 74 220 490 80 226 485 45 80 221 500 83 220 470 30 Формула изобретения 1. Способ получения сажи для полимерных коМпоэиций, включающий пиролиз твердого углеродсодержащего сырья отходов полимерных композиций при 400- 1500 ОС с образованием твердого углерод "нбго остатка и выделением парогазовых продуктов и последующее иэмельчение углеродного остатка в потоке парогаэовых продуктов при 350-500 С,о т л ич а ю щ и й с я тем, что с целью 30 повышения прочностных характеристик полймерных композиций, пиролиз ведут парогазовой смесью.2. Способ по п.1 о т л и ч а ющ и й с ч тем, что используют йарога" 35 эовую смесь, содержащую, об Ъ:Перегретый пар 35-50Двуокись углерода 5-10 Окись углерода 1-3Кислород 0,1-2"Азот Остальное.3. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что с целью повышения выхода сажи, парогазовые продукты подвергают термическому разложению 400-1500 оС Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Богданов Н, Ф, и др. Получениесажи иэ изношенных резиновых изделий.Сб, ЦНИИТЭ НефтехимПроизводствошин, резинотехнических и асбестотехнических изделий , 1974, 9 8, с.25-27.2, Патент США Р 3644131,кл, С 09 С 1/44 (106-307), опублик,22,02,72 (прототип)747868 Составит Техред А Н. Горва дак Тираж 725арственногоизобретенийЖ, Рау писное 4 ЬМФилиал ППП Патентфф, г. Ужгоро Проектная каз 4329/7 ЦЯИИПИ Госуд по дела 113035, МосквТ. Ильинскаяпанская Корректор С .Шекмар Пкомитета СССРи открытийшская наб., д,