СЫРЬЕВАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА САЖИ Российский патент 2003 года по МПК C09C1/48 

Изобретение относится к промышленности технического углерода, а именно к сырьевым композициям для производства сажи. Полученная сажа используется как наполнитель для полимерных материалов.

Известны сырьевые композиции для производства сажи, например продукты коксохимического производства: антраценовое масло, антраценовая фракция, пековые дистилляты, единое коксохимическое масло. Продукты хорошо смешиваются друг с другом в широком интервале концентраций, обладают высокой плотностью и индексом корреляции, но бывают мало пригодны из-за их низкой агрегативной и термической устойчивости (выпадение антрацена, фенантрена) (ГОСТ 11126-88; ТУ 38.501-02-19-89). Известны также различные нефтяные продукты для производства сажи, в первую очередь термогазойль, термомасло, термоконцентрат, тяжелый газойль, экстракт газойля каталитического крекинга. Указанные продукты и их смеси характеризуются значительным выходом сажи, но уступают по этому показателю коксохимическим продуктам, недостатком их является низкая механическая стабильность. Многие из них производят с применением неорганических катализаторов (окиси алюминия, никеля, кадмия, "глуховской глины" и т.д.), остатки которого резко понижают механическую устойчивость сырьевой композиции (ТУ 38.101.1086-86; ТУ 38.101.7073-86; ТУ 38.101.957-89; ТУ 38.101.1221-89).

Среди продуктов нефтяного происхождения, используемых в качестве сырья для получения сажи, известны продукты обработки гудрона (высокотемпературная или ультразвуковая обработки (RU 2144903; RU 2140959; RU 2059685). Такое сырье характеризуется низкой агрегатной устойчивостью - при хранении быстрое выпадение в осадок тяжелых карбен-карбоидных фракций и высокое значение коксуемости при нагревании до температур 170-270^oС.

Широкое применение для производства сажи нашли сырьевые композиции коксохимических и нефтяных продуктов ( Клочко Б.Н. и др. Современное состояние и перспектива обеспечения промышленности техуглерода высококачественным сырьем. - М.: ЦНИИТЭ Нефтехим, 1979, с. 139; Борозняк И.Г. Производство технического углерода, Процессы подготовки и термического разложения сырья. - М.: Химия, 1981. с.54-58, 74-77). Механическая, агрегативная, термическая устойчивость, совокупность которых можно определить как технологические свойства сырьевой композиции, достаточно высокая, но в настоящее время уже не удовлетворяет все возрастающим требованиям процесса сажеобразования.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой выбрана композиция для производства сажи, содержащая коксохимические продукты - антраценовое масло и нефтяные продукты - термогазойль.

Этот аналог выбран нами в качестве прототипа. С целью повышения технологических свойств сырьевой композиции на основе кокосохимических и нефтяных продуктов нами разработана сырьевая композиция для производства сажи. Указанная цель достигается тем, что в качестве нефтепродуктов она содержит гудронное масло, полученное нейтрализацией кислого гудрона, включающего серную кислоту и связанную с гудроном сульфакислоту, и отделением жидкой фазы, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Коксохимические продукты - 30-70
Гудронное масло, полученное указанной нейтрализацией и отделением жидкой фазы - 30-70
Необходимо отметить, что все три параметра характеризуют технологические свойства сырьевой композиции: агрегативная устойчивость характеризует образование осадков при длительном хранении сырье в резервуарах; механическая устойчивость - образование отложений в перекачивающих насосах; термическая устойчивость - образование кокса при нагреве.

Необходимо отметить также, что название сырья - гудронное масло, полученное нейтрализацией кислого гудрона, включающего серную кислоту и связанную с гудроном сульфокислоту, и отделением жидкой фазы, в описании и таблицах представленных материалов будет называться гудронное масло.

Получение гудронного масла, примеры приготовления сырьевой композиции, получение сажи иллюстрируют данное изобретение.

Получение гудронного масла.

Кислый гудрон в количестве 2,5 т из кислогудронного пруда нефтеперерабатывающего завода им. Д.И.Менделеева компании "Русойл" с содержанием, мас. %: серной кислоты - 11, сульфокислоты - 39, суммы медицинского, вазелинового парфюмерного масла с поликонденсированными смолами (белая органика) - 25, асфальтены, карбен-карбонды, полициклы (черная органика) - 15, зола - 6, вода - 4, нагревают в 10 м³ аппарате до температуры 85^oС и смешивают с 1 м³ состава, мас. %: сода - 50, минеральное масло - 49,3, синтетические жирные кислоты - 0,7. Состав имеет размер частиц твердой фазы 35 мкм. При температуре 85^oС в течение 6 ч проводят процесс нейтрализации свободной и связанной кислот, далее перекачивают продукты реакции в осадитель, где происходит разделение реактивной смеси на жидкую и твердую фазу. Жидкая фаза - гудронное масло и является компонентом нефтяного сырья для производства сажи. Твердая фаза поступает на утилизацию.

Необходимо отметить, что в составе в качестве нейтрализующего агента могут быть использованы гидроокиси или углекислые соли кальция, магния, натрия, калия. В той или иной степени они могут быть использованы для нейтрализации кислого гудрона. Данные по составу гудронного масла (в предельных значениях) приведены в таблице 1.

Приготовление сырьевой композиции для производства сажи.

В емкости объемом 3 л с мешалкой готовят сырьевую композицию: 500 г антраценового масла (ГОСТ 11126-86) и 500 г гудронного масла (временные технические условия) с показателями, мас.%: содержание серы - 2,2; "белой органики" - 64; "черной органики" - 28; вода - 1,3; зола - 0,5; плотность 0,98 г/см³; индекс корреляции 87 у.е.

Содержимое аппарата перемешивают 6 ч при температуре 85^oС охлаждают до 25^oС и анализируют на устойчивость (агрегативную, механическую, термическую).

Для сравнения готовят сырьевую композицию на основе антраценового масла и термогазойля, как описано выше, и анализируют на устойчивость. Опыт повторяют, используя различные соотношения антраценового масла и гудронного масла, определяют предельные и запредельные значения. Данные приведены в таблице 2.

Методики определения агрегативной, механической, термической устойчивости следующие.

Агрегативная устойчивость - в цилиндр диаметром 35 мм, имеющий верхний и нижний отборные краны, заливают 300 мл приготовленной смеси. В течение времени отбирают верх и низ содержимого цилиндра и определяют плотность. Фиксируют время начала изменения плотностей (второй знак после запятой).

Механическая устойчивость - 300 мл приготовленной сырьевой смеси заливают в емкость. Соединенную с лабораторным насосом, работающим в цикле с емкостью. Через 12 ч циркуляции при температуре 30^oС определяют наличие примесей на сетке 0,02 мкм в мас.%.

Термическая устойчивость - определяет наличие кокса по методике Конрадсона при температуре 330^oС.

Пример приготовления сырьевой композиции повторяют, используя различные коксохимические продукты. Для сравнения используют вместо гудронного масла термогазойль. Данные приведены в таблице 3.

Как следует из анализа данных таблицы 3, устойчивость сырьевой композиции на основе коксохимических продуктов и гудронного масла (агрегативная, механическая, термическая) на порядок выше, чем значение таковой у известной композиции на основе коксохимических продуктов и термогазойля.

Нами обусловлены пределы применения гудронного масла 30-70 мас.%. При увеличении гудронного масла более 70 мас.% (75 мас.%, пример 13, табл.2) наблюдается понижение термической устойчивости (количество "черной органики" достигает предела, понижающего устойчивость), а уменьшение количества гудронного масла ниже 30 мас.% (25 мас.%, пример 14, табл.2) приводит к уменьшению агрегативной устойчивости - начинает выпадать антрацен.

Пример получения сажи.

В резервуар объемом 2000 т заливают 500 т антраценового масла и 500 т гудронного масла. При интенсивном перемешивании композицию ступенчато подогревают до температуры 180^oС и подают в смесительное сопло реактора для производства сажи. Температуру реакции 1560^oС обеспечивают сжиганием 1000 м³/ч газа и 8000 м³/ч воздуха в камере горения, из которой продукты горения поступают в смесительное сопло. После образования сажи сажегазовая смесь поступает в зону охлаждения (закалки) водой до температуры 550^oС. Далее в коллекторе и газоохладителе смесь охлаждается до температуры 200^oС и в рукавном фильтре разделяется на отходящие газы и порошкообразную сажу, которую гранулируют известными способами и анализируют. По материальному балансу определяют выход сажи.

Данные по составу композиции, работе реактора и характеристикам сажи приведены в таблице 4.

Как следует из анализа данных таблицы 4, применение гудронного масла обуславливает большой выход высоко- и низкоактивной сажи со степенью срастания частиц в агрегате в пределах 0,03-0,09.

Изобретение относится к промышленности технического углерода, в частности к сырьевой композиции для производства сажи, используемой как наполнитель для полимерных материалов. Описывается сырьевая композиция для производства сажи на основе коксохимических продуктов и гудронного масла, полученного нейтрализацией кислого гудрона, включающего серную кислоту и связанную с гудроном сульфокислоту, и отделением жидкой фазы, при следующем соотношении компонентов, мас.%: коксохимические продукты 30-70; указанное гудронное масло 30 - 70. Данная композиция обладает улучшенными технологическими свойствами - повышенной агрегативной, механической, термической устойчивостью. 4 табл.

Сырьевая композиция для производства сажи на основе коксохимических и нефтяных продуктов, отличающаяся тем, что в качестве нефтяных продуктов она содержит гудронное масло, полученное нейтрализацией кислого гудрона, включающего серную кислоту и связанную с гудроном сульфокислоту, и отделением жидкой фазы, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Коксохимические продукты - 30-70
Гудронное масло, полученное указанной нейтрализацией и отделением жидкой фазы - 30-70з