Способ получения сажи и реактор дляего осуществления

В.ф. Суровикин, А.В. Рого Всесоюзный научно-исследовательский институттехническоуглерода 71) Заявнтед 54) СПОС:)Б ПОЛУЧЕНИЯ САЖИ И РЕАКТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯия вод твлени оследовагоренияива,. кис емых ю камеру вами для особа его осу гети епла на их носледующ ере горения, а также ологического процесс аллоемкость аппарато нагложон бо ев в кастъ техьвая неИзвес ключающийспособ получамн жигание топлива саж хом, подачу углеводор продукты полного горе термическое разложени сырья лива,ого я то ы в проа соб, дуктах полно оре Изобретение относится к нефтеперерабатывающей и нефтехимическойпромыпленности, в частности к получению сажи путем термического или термоокислительного разложения углеводородного сырья и к устройствам для их получения.Изобретение может быть успешно использовано для получения из жидкого углеводородного сырья печных саж, при меняемых в качестве усиливающего наполнителя при изготовлении шин и резинотехнических изделий.Известен способ получения сажи путем разложения жидкого углеводородного сырья, включающий сжигание топлива с воздухом и термическое разложение углеводородного сырья в высокотемпературных продуктах полного горения, закалку сажегазовых продуктов, отделение сажи из потока сажегазовых продуктов, отбор части отходящих газо и возврат их на сжигание, возвращаемую часть газовых продуктов предварительно охлаждают для удале ных паров. Реактор для осуще известного способа включает тельно расположенные камеру со средствами для подачи топ лородсодержащего газа и возв газовых продуктов, раакционн с сырьевой форсункой и срепс подачи закалочного агентаНедостатками известного с Е получения сажи и реактора длществления являются большие ческие затраты, связанные с обеэвожи ванием отходящих газов и с затратаки,55 разование сажегазовых продуктов, Отбор части сажегазовых продуктов и подачу их на стадию термического разложения сырья (в реакционную зону), закалку сяжеГязовых продуктов (Остяв шейся части) и последующее отделение сажи от газообразных продукта, ПОДЯ- чу отобранной части сажегазовых продуктов в реакционную зону осуществляют потоком продуктов горения топлива.Реактор для осуществления извест- НОГО спасабЯ сОДРржит послеДОВЯтель но установленные камеру горения с патрубками для подачи топлива и воздухасЪи Форсункой (аксияльной ) для подачи Сырья, согло и реакционную камеру с форсуцкой для подачи закалочцого агента и трубой для отбора сяжегязовых продуктов, Входной торец которой установлен перед форсуцкой для подачи закалочного агента и выходной торец у входного торца реакционной камеры (21.Недостатком известного способа и реактора для получения сажи является то, что количество воздуха подаваемогр в камеру горения реактора для сжигания топлива, значительно больше стехиометрического 0 5 С 7,. ). Это приводит к тому, что продукты полного гренин содержат свободный кислород, при взаимодействии с которым часть углеводородного сырья сгорает с образованием окиси и двуокиси углерода. В результате этого Выход сажи в расчете на углеводород, подаваемый в реактор, является недостаточно высоким. При этом эа углеводород принимается сумма масс используемых в процессе сырья и топлиВа, Выход сажи В расчете ця сумму масс сырья и топлива является наиболее объективным показателем э 4 ективности процесса, так как в последнее время значительно увеличились цены на природный и нефтяной газ, а также ня жидкое топливо нефтяного происхождения поэтому доля затрат на вспомогательное топливо резко возросля и стала соизмерима с затратами на сырье,Другой недостаток известного способа получения сажи заключается в том, что при подаче рециркулируемых сажегазовых продуктов в зону подачи сырья, процесс сажеобразования протекает в присутствии в реакционном обьюме готовой углеродной поверхности, при этом, с одной стороны,снижается исперсность и структурность получаемой сажи, а с другой стороны, увеличивается полцдцсперсцость сажи чтаявляется нежелательным явчецием:- точКЦ ЗОРНИЯ УСЦЛРЦИЯ РЕЗЦЦ. РОМЕ ТОГО,недостатком известного БРякторя является сложность регулировация коля .естВЯ РЕЦИРКУЛИРУЕМЫХ ПО БЦРЮНЕМУ КБЦЯ-РтсяжРгязоВых продуктов тяк кяк рециркуляцию осущРстпляют продуктами Орения топлива, поступающими из камерыгорения Б реакционную камеру.Цель изобретения - увеличение Выхода сажи (в рясчеге ця углеводород,подаваемый в реакт зр), ц структурности,Поставленная цеь постигается темчто способ включает сжцгяцце топлива с воздухом, подачу углеводородногосырья в продукты полного горения топлива, термическое разложение сырья впродуктах полного горения топчивя собразованием сажегазовых продуктов,отбор 2-2 б Об.7 сажегязовых продуктов и подачу их на сжигание Б качестве топлива: закалку сажегязовых продуктов (основного патока) и последующее отделение сажи От газообразных продуктов; подаваемые ца сжигание сяжел я овыъ продукты цжектируют озд хом под давлециРм 4-8 ати,Реактор для осуществлеция предлагаемого способа содержит послеповательно устяцовлецць е камеру гореция с патрубкамц для подачи топлива и воздуха и аорсуцкой для подачи сырья, и реакционную камеру с форсуцкой для подачи зякялочного агента и трубой дЛя Отбара СяжЕГяЗОБЫХ Продуктав, входцой торец котороц установлен пе- рРД форсуцкай для палачи закялочцОГО аГЕЦта И ИЦжЕКтОР ЧСТЯЦОБЛЕЦЦЫй между выходным торцам трубы для отбора сажегазовых продуктов и патрубком для подачи топлива и воздуха В камеру горения.Использование в качестве топпива высокотемпературных сажегазовых продуктов позволяет исключить из процесса подачу Бсгомогатрльцого БысококаЛОРийцОГО УглевОДОРОДИОГО топливав Б РЕЗУЛЬТатЕ ЧЕГО ВОЗРЯСТЯЕт .ЗФФЕКТИВность процесса за счет увеличения Выхода сали в расчете на используемый Б процессе углеводород а также ееструктурность. С другой стороны нспользование Б качестве топлива сажегазовьх продктов, калорийность которых значительно меньше цем вспомога850642 тельного топлива, позволяет уменьшить количество избыточного воздуха, подаваемого в камеру горения. Расход воздуха близок к стехиометрическому, но при этом температура в камере горения не превышает допустимую, при которой обеспечивается стойкость футеровки камеры горения. Кроме того, подача в камеру горения в качестве топлива высокотемпературных сажегазовых продук- О тов позволяет использовать их физическое тепло на разложение углеводородного сырья. В результате увеличивается выход сажи в расчете на используемый в процессе углеводород. Минимальный5 расход,(2 об.7) рециркулируемых саже"4 газовых продуктов определяется необходимостью обеспечения достаточного количества тепла для разложения углеводородного сырья. 20При увеличении расхода рециркулируемых сажегазовых продуктов выше 26 об.7 эффект повышения выхода сажи становится минимальным в связи с ростом количества сажи, которая при этом 25 сгорает в камере горения.1С точки зрения повышения экономичности процесса и улучшения условий сгорания рециркулируемых сажегазовых30 продуктов при осуществлении предлагаемого способа получения сажи целесообразно рециркуляцию сажегазовых продуктов осуществлять путем инжекции воздухом, подаваемым под давлением 4-8 ати. Пределы изменения давления воздуха выбраны опытным путем и соответствуют условиям оптимальной работы инжектирующего устройства, Предлагаемая конструкция реактора позволяет40 реализовать способ получения сажи на существующих реакторах с минимальными затратами и является универсальной для саж с широким диапазоном свойств. Присоединение выходного торца трубы,45 входным торцом установленной в реакционной камере, посредством инжектора обеспечивает, кроме того, возможность регулирования количества рециркулируемых сажегазовых продуктов путем из 50 менения параметров воздуха, подаваемого в инжектирующее устройство.На фиг. 1 представлен предлагаемый реактор для получения сажи, продольный разрез на фиг. 2 - то же попефФ55 речный разрез.Реактор для получения сажи включает корпус 1, в котором последовательно и соосно расположены, соединенные Ьдруг с другом, камера горения 2, сопло 3 и реакционная камера 4; в камерегорения 2 установлена аксиально сырьевая форсунка 5 (которая устанавливается и радиально), Камера горения 2циклонного типа снабжена двумя тангенциальными патрубками 6 и 7 (патрубки устанавливаются и аксиально)для подачи топлива и воздуха. В тангенциальном патрубке 6 установленагорелка 8 для сжигания углеводородно"го топлива. Тангенциальный патрубок 7соединен с инжектором, который включает камеру смешения 9 и,приемную ка-меру 10Приемная камера 10 трубой 11,футерованной огнеупорным материалом,соединена с реакционной камерой 4.В приемнчй камере 10 по ее продольнойоси подвижно устанавливается форсунка 12, выходная насадка 13 которой вы"полняется в виде сопла Лаваля. Форсунка 12 патрубком соединена с источником воздуха под давлением (не показан). В конце реакционной камеры 4после точки присоединения входноготорца трубы 11, устанавливаются форсунки 14 для подачи закалочного агента,Способ получения сажи в реакгоре осуществляется следующим образом.В форсунку 12 инжектора подают по стрелке А воздух в количестве от 100 до 500 нм /ч под давлением от 4 до58 ати, Поток воздуха из выходной насадки 13 форсунки 12 поступает в камеру смешения 9 инжектора и создает разрежение в приемной камере 10 инжектора, В результате этого из реакционной камеры 4 через входной торец трубы 11 в приемную камеру О инжектора поступают сажегазовые продукты с температурой 380-1400 С, которые в камере смешения 9 инжектора смешиваются с потоком воздуха. Получаемая смесь поступает через тангенциальный патрубок 7 в камеру горения 2 и горючие компоненты сажегазовых продуктов сгорают с образованием потока продуктов полного горения. Для обеспечения полного сгорания в камеру горения 2 через тангенциальный патрубок 6 подают по стрелке Б воздух на горение с температурой 230 С. В поток продуктовОгорения, поступающий через смесительное сопло 3 в реакционную камеру 4, через сырьевую форсунку 5 подают по стрелке В распыленное углеводородное сырье, предварительно подогретое до850642 100 фС, в количестве 500 кг/ч. Для лучшего распыления сырья в форсунку 5 подают по стрелке Г воздух под давлением 6 ати с температурой 250 С в колиочестве 300 нмэ/ч. В качестве сырья ис-польэована смесь .зеленого масла и антраценового масла в соотношении 1:1.В реакционной камере 4 углеводородное сырье за счет тепла продуктов горения при 1550 С разлагается с выде- О лением сажи, Получаемые высокотемпературные сажегазовые продукты разделяют на две части. Одну часть в количестве от 2 до 26 об,Е подают на сжигание в качестве топлива в камеру горения. 5 При этом количество рециркулируемых сажегазовых продуктов составляет от 0,1 до 1,0 нм/кг сырья, Другая основная) часть сажегазовых продуктов проходит в зону охлаждения и в нее.е 0 через форсунки 14 под давлением 14 ати Расход сырья, кг/ч .500ЭРасход топлива, нм /ч 500 2280 1750 1000 880 660 Расход воздуха в инжектор, нм 3/ч О,54 0,65 1,0 0,1 6,04 6,86 5,7 5,09 5,21 13,01 СО 10,85 9,4 17,6 17,8 19,02 Расход воздуха на горение, нм /ч Давление воздуха в инжекторе, кг/см Количество рециркулируемых сажегазовых продуктов на сжигание,обй Удельный расход рециркулируемых сажегазовых продуктов, нм/кг сырья Состав реакционных газов, об,Х: подают по стрелке Д закалочный агент ( распыленную воду). Охлаждаемые до 650 С сажегаэовые продукты выходят изореактора и поступают в систему устройств для отделения сажи от газообразных продуктов реакции.В период разогрева реактора и выведения его на режим получения сажи в тангенцнальный патрубок 6 камеры горения 2 подают через горелку 8 по стрелке Е углеводородное топливо (пропанбутановую смесь) в количестве 50 нм/ч, В дальнейшем подача углеводородного топлива уменьшается или прекращается полностью.В таблице приведены результаты опытов по предлагаемому способу, проведенных в условиях подачи различных количеств сажегазовых продуктов на сжигание в качестве топлива, в сравнении с известным,500 500 500 500 100 270 315 500 2,03 4,34 6,0 26 11,36 .1,75 10,21 10,20850642 Параметры Способ Предлагаемый Известный 0,63 0,65 0,83 0,86 0,85 0,37 0,37 0,54 0 с т а л ь н о е 39,4 Как видно из таблицы, величины выхода сажи в расчете на используемый в процессе углеводород значительно25 выше, чем в известном способе и реакторе для получения сажи. Кроме того, при осуществлении предлагаемого способа и реактора для получения сажи наблюдается довольно значительное повы 30 шение структурности сажи (по масляному числу).При незначительных затратах на изготовление и монтаж рециркуляционного устройства, предлагаемый способ и реактор для получения сажи может быть35 осуществлен на действующих в промышленности реакторах для получения сажи. 40 1. Способ получения сажи, включающий сжигание топлива с воздухомподачу углеводородного сырья в продукты полного горения топлива, термическое разложение сырья в продуктах полного горения топлива с образованием сажегаэовых продуктов, отбор части саже- газовых продуктов и подачу их в процесс, закалку сажегазовых продуктов и последующее отделение сажи от газообразных продуктов, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения выхода и структурности сажи, от 45 Выход сажи в расчетена используемый в процессе углеводород,вес. 7. Масляное число, мл/100 г 126 Удельная геометрическаяповерхность (кинетический метод), м /г 74 Формула изобретения 42,2 54,1 57,6 58,438 146 148 150 72,4 75 73,5 71 бирают сажегазовые продукты в количестве 2-26 об.Х и подают на сжигание в качестве топлива.2. Способ поап. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что подаваемые на сжигание сажегазовые продукты инжектируют воздухом под давлением 4-8 ати,3. Реактор для осуществления способа по и. , содержащий последовательно установленные камеру горения с патрубками для подачи топлива и воздуха и форсункой для подачи сырья, и реакционную камеру с форсункой для подачи закалочного агента и трубой для отбора сажегазовых продуктов, входной торец которой установлен пе-, -ред форсункой для подачи закалочного агента, о т л и ч а ю щ н й с я тем, что, он содержит инжектор, установленный между выходным торцом трубы для отбора сажегазовых продуктов и патрубком для подачи топ" лива и воздуха в камеру горения,Источники информации,.принятые во внимание при экспертизеТ. Ильинская алева КоррПодп го комитета СС ий и открытий Рауеская наб,я в оставител Техоед Н, КовТираж 684НИИПИ Государственнопо делам изобретен035 Москва ЖРедактор Ю. СеЗаказ 6243/31В реда ал ППП "Патент", г. Ужгород. усноР Кос оектная 4