СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДИСТОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1998 года по МПК C09C1/60 

Описание патента на изобретение RU2106375C1

Изобретение относится к области производства углеродных материалов, преимущественно к способам получения гранулированного углеродного материала путем термической конверсии углеводородов и может быть использовано при получении углеродного материала, применение которого целесообразно в металлургии в качестве науглероживателя металлов или восстановителя, а также в производстве углеродных носителей катализаторов и сорбентов.

Целью изобретения является повышение кажущейся плотности гранулированного материала и производительности процесса.

Это обеспечивает способ получения углеродного гранулированного материала путем нагрева движущегося слоя гранулированной сажи во вращающемся горизонтальном реакторе при подаче газообразных или парообразных углеводородов в движущийся слой с последующим их термическим разложением при 750 - 1200oC и осаждением пироуглерода на саже. При этом гранулы сажи перед нагревом классифицируют на фракции размером 0,2 - 1 мм, 1 - 3 мм, 3 - 6 мм и осаждение пироугерода на каждой из этих фракций сажи производят при 900 - 1030, 800 - 900, 750 - 800oC соответственно. Классификация гранул сажи перед нагревом во вращающемся горизонтальном реакторе позволяет выбрать оптимальную температуру процесса, обеспечивающую максимальную скорость науглероживания для данного размера гранул и в конечном счете повысить однородность целевого продукта и кажущуюся плотность.

Классификация гранул сажи на 3 группы по размерам обусловлена как областями применения углеродного материала, так и оптимизацией параметров процесса в заданном температурном интервале.

Например, углеродный материал, используемый для легирования стали при внепечной обработке в вакууме, должен иметь оптимальный размер гранул 3 - 6 мм, а в производстве носителя катализаторов 0,2 - 1,0 мм (для суспензионных процессов) и 1 - 3 мм (для процессов в стационарном слое). Углеродный материал с размером гранул менее 0,2 мм получить технически сложно, так как в процессе науглероживания происходит их вынос из реактора с потоком отходящих газов.

Получение исходной для науглероживания сажи с размером гранул выше 6 мм так же технически сложно, так как практически размер гранул сажи обычно не превышает 6 мм.

В промышленном процессе условия изотермичности не соблюдается и по высоте слоя существует градиент температур (до 100oC), обусловленный сегрегацией гранул по размерам и особенностью конструкции реактора. В результате сегрегации загружаемая масса гранулированной сажи (0,2 - 6,0 мм) делится на несколько слоев, находящихся в неодинаковых температурных условиях. При этом не происходит равномерного перемешивания слоя подложки. Гранулы крупных размеров (фракция 3,0 - 6,0 мм) образуют верхний слой перемешиваемой массы и имеют наибольшую температуру, гранулы размером 1,0 - 3,0 мм занимают положение прослойки между мелкими 0,2 - 1,0 мм и крупными гранулами и имеют более низкую температуру вследствие низкой теплопроводности сажи. Наиболее мелкие гранулы (0,2 - 1,0) остаются на дне реактора и соприкасаются только с футеровкой реактора. Кроме этого градиент температур усиливается за счет введения газа-сырья с относительно низкой температурой (60 - 80oC) через газовый коллектор, расположенный в нижней части слоя подложки. При этом мелкие гранулы оказываются в наименее выгодных температурных условиях. Отсюда при реализации процесса скорости науглероживания фракций различны и при заданной продолжительности процесса каждая фракция имеет отличные друг от друга значения кажущейся плотности. Кроме того с повышением температуры для более крупных гранул усиливается влияние массопереноса на глубину проникновения реакции. В результате продукт, полученный по известному способу, является неоднородным.

В способе по изобретению при науглероживания более узких фракций (после классификации) в оптимальных температурных условиях обеспечивается необходимая однородность готового продукта и более высокая производительность процесса.

Пример 1. Гранулированную сажу (П 514) классифицируют на фракции 0,2 - 1,0 мм, 1 - 3 мм, 3 - 6 мм. В реактор с внутренним диаметром 1,2 м загружают 160 кг гранулированной сажи фракции 0,2 - 1,0 мм. Реактор приводят во вращение со скоростью 1 об/мин. Для разогрева и поддержания заданной температуры используется топливная горелка. При температуре 730oC через расположенный в слое сажи водоохлаждаемый коллектор подают пропан-бутановую смесь со скоростью 9 нм3/ч. При достижении постоянной величины относительно привеса (полное зауглероживание внешней поверхности) через 69 ч с момента подачи пропан-бутановой смеси процесс заканчивается.

После выгрузки из реактора и охлаждения материала определяют кажущуюся плотность гранул фракции 0,2 - 1,0 мм. Она составила 1,63 (табл. 1).

Примеры 2 - 6 аналогичны примеру 1, но при температурах реакции 750, 800, 900, 1030 и 1050oC и соответственно времени процесса 48, 35, 16, 7 и 6,5 ч.

Примеры 7 - 12 аналогичны примеру 1, но в качестве подложки использовали сажу фракции 1,0 - 3,0 мм при температурах реакции 730, 750, 800, 900, 1030 и 1050oC и соответственно времени процесса 69, 48, 35, 16, 7 и 6,5 ч.

Примеры 13 - 18 аналогичны примеру 1, но в качестве подложки использовали сажу фракции 3,0 - 6,0 мм при температурах реакции 730, 750, 800, 900, 1030 и 1050oC и соответственно времени процесса 69, 48, 35, 16, 7 и 6,5 ч.

Примеры 19 - 24 (по прототипу) аналогично примеру 1, но в качестве подложки использовали сажу фракции 0,2 - 6,0 мм, а науглероживание проводили при температурах 730, 750, 800, 900, 1030 и 1050oC и времени процесса соответственно 68, 48, 35, 16, 7 и 6,5 часов. Полученный углеродный материал классифицировали по фракциям 0,2 - 1,0, 1,0 - 3,0 и 3,0 - 6,0 и определяли кажущуюся плотность (табл.2).

Результаты опытов, полученные при науглероживании гранулированной сажи с различным гранулометрическим составом и при различных температурах, приведены в табл. 1. Анализ данных показывает, что изобретение позволяет получить углеродный гранулированный материал более однородный по качеству при оптимальном значении кажущейся плотности для каждой из указанных фракций и повышенной производительности процесса.

В табл.2 приведены значения кажущейся плотности фракций (0,2 - 1,0; 1,0 - 3,0; 3,0 - 6,0 мм) готового продукта, полученного по известному способу, после классификации. Приведенные данные показывают, что полученный продукт неоднороден. Причем неоднородность по свойствам усиливается при крайних значениях температурного интервала, рассматриваемого в примерах 19 - 24.

Похожие патенты RU2106375C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРУПНОСФЕРИЧЕСКОГО УГЛЕРОДНОГО НОСИТЕЛЯ ДЛЯ КАТАЛИЗАТОРОВ 2008
  • Цеханович Марк Соломонович
  • Суровикин Юрий Витальевич
  • Суровикин Виталий Федорович
  • Оплева Елена Степановна
RU2361670C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ И МАТЕРИАЛ, ПОЛУЧЕННЫЙ ЭТИМ СПОСОБОМ 2002
  • Суровикин Юрий Витальевич
  • Цеханович Марк Соломонович
  • Суровикин Виталий Федорович
  • Пучков Сергей Семенович
RU2285664C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНОГО НОСИТЕЛЯ ДЛЯ КАТАЛИЗАТОРОВ 2004
  • Суровикин Юрий Витальевич
  • Суровикин Виталий Федорович
  • Цеханович Марк Соломонович
  • Лихолобов Владимир Александрович
RU2268774C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОГО УГЛЕРОДНОГО МАТЕРИАЛА И РЕАКТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2002
  • Суровикин Виталий Федорович
  • Цеханович Марк Соломонович
  • Суровикин Юрий Витальевич
  • Пучков Сергей Семенович
RU2270716C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО УГЛЕРОД-УГЛЕРОДНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ГЕМО- И ЭНТЕРОСОРБЕНТА 2004
  • Суровикин Виталий Федорович
  • Суровикин Юрий Витальевич
  • Цеханович Марк Соломонович
RU2275237C1
УГЛЕРОДНЫЙ ГРАНУЛИРОВАННЫЙ МАТЕРИАЛ 1983
  • Суровикин В.Ф.
  • Плаксин Г.В.
  • Грунин В.К.
  • Сажин Г.В.
  • Семиколенов В.А.
  • Ермаков Ю.И.
  • Лихолобов В.А.
SU1150941A1
СПОСОБ ОБРАБОТКИ ГРАНУЛ УГЛЕРОДНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ГЕМО- И ЭНТЕРОСОРБЦИИ И РЕАКТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2001
  • Суровикин В.Ф.
  • Лузянина Л.С.
  • Пьянова Л.Г.
  • Земцов А.Е.
  • Никитин Ю.Н.
  • Спектор А.М.
RU2211727C2
СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ ВЫСОКОДИСПЕРСНЫХ АЭРОЗОЛЕЙ 2015
  • Шопин Виктор Михайлович
  • Лихолобов Владимир Александрович
  • Супонев Константин Викторович
RU2593299C1
Устройство для высокотемпературной обработки углеродных материалов 1986
  • Аникеев Валериан Николаевич
  • Плаксин Георгий Валентинович
  • Простосердов Евгений Михайлович
  • Сажин Геннадий Васильевич
  • Суровикин Юрий Витальевич
  • Туренко Леонид Григорьевич
  • Якимук Виктор Мефодьевич
SU1421691A1
Устройство для сушки сыпучих материалов 1989
  • Зайдман Иосиф Гершкович
  • Щетинин Георгий Петрович
  • Гимаутдинов Юрий Владимирович
  • Звягин Виктор Вениаминович
  • Простосердов Евгений Михайлович
SU1675634A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 106 375 C1

Реферат патента 1998 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДИСТОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО МАТЕРИАЛА

Использование изобретения: в металлургии для науглероживания металлов, производство углеродных носителей, катализаторов и сорбентов. Сущность изобретения: гранулы сажи классифицируют на фракции размером 0,2 - 1 мм, 1 - 3 мм и 3 - 6 мм и осаждают на них в движущемся слое во вращающемся горизонтальном реакторе пироуглерод, образующийся в результате термического разложения газо- или парообразных углеводородов при 900 - 1030oС, 800 - 900oС и 750 - 800oС для каждой из указанных фракций соответственно. Кажущаяся плотность гранулированного материала 1,56 - 1,63 г/см2, производительность процесса 8,8 - 57,5 кг/г. 2 табл.

Формула изобретения RU 2 106 375 C1

Способ получения углеродного гранулированного материала, включающий нагрев движущегося слоя гранулирвоанной сажи во вращающемся горизонтальном реакторе, подачу газообразных или парообразных углеводородов в движущийся слой с последующим их термическим разложением при 250-1200oС и осаждением пироуглерода на саже, отличающийся тем, что, с целью повышения кажущейся плотности материала и производительности процесса, гранулы сажи перед нагревом классифицируют на фракции размером 0,2-1 мм, 1-3 мм и 3-6 мм и осаждение пироуглерода на саже для каждой из этих фракций производят при 900-1030oС, 800-900oС и 750-800oС соответственно.

RU 2 106 375 C1

Авторы

Суровикин Ю.В.

Цеханович М.С.

Арсонов А.Я.

Даты

1998-03-10Публикация

1990-11-20Подача