СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА Российский патент 2003 года по МПК C09C1/48 

Изобретение относится к области производства технического углерода из жидкого углеводородного сырья и может быть использовано при получении активных и среднеактивных марок печного технического углерода.

Известен способ получения технического углерода из жидких ароматизированных нефтяных фракций, каменноугольных масел и фракций, сланцевых дистиллятов или смесей из вышеназванных компонентов в различных составах и соотношениях путем термического разложения сырья в реакторах циклонного типа [1. В. П. Зуев, В. В. Михайлов. Производство сажи. М.: Химия, 1970, с. 139-148]. Известная технология получения технического углерода включает стадии предварительной обработки жидкого сырья, в т.ч. трудоемкую и длительную стадию обезвоживания сырья, связанную с высокими энергетическими и капитальными затратами. Сырье обезвоживается до содержания воды 0,5-1,5 мас.%.

Известный способ получения сырьевой композиции [2. Патент РФ N 2089579, 1997] на основе кумарона, нафталина и фракций переработки каменноугольной смолы со среднеобъемной температурой кипения 360-420^oC включает предварительное влагоотделение перед получением сажи. Процесс удаления воды во влагоиспарителе связан с технологическими трудностями, заключающимися в повторяемом интенсивном вспенивании смеси, забивке пеноотбойника, неустойчивой работе сырьевых насосов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ, согласно которому получают технический углерод П 245 на установке третьего поколения путем термического разложения жидкого углеводородного сырья в реакторе с подачей топлива и воздуха в камеру горения реактора [3. Проблемы получения и эффективного использования сырья для производства технического углерода. Мат-лы Всес. научн.-техн. совещания, г. Омск, 18-19 сентября, 1990, с. 70] . На этих же установках могут быть получены другие марки активного (П 234) или среднеактивного (П 514) техуглерода [4. В. Ф. Суровикин и др. Процессы получения технического углерода на высокопроизводительном оборудовании, его свойства и применение. ВНИИТУ. Сборник научных трудов. М. : ЦНИИТЭ нефтехим, 1983, с.3]. В известном способе [3] используют обезвоженное до содержания воды 0,12-0,20 маc.% сырье. Таким образом, стадия глубокой осушки исходного сырья не исключается, являясь одной из основных при подготовке сырья перед поступлением в реактор. Кроме того, за счет медленного нагрева и испарения капель сырья по сравнению с быстрой стадией образования техуглерода часть сырья теряется, не успевая превращаться в целевой продукт. Это связано с недостаточным диспергированием и распыливанием углеводородного сырья в сырьевых форсунках реактора.

Технической задачей изобретения является упрощение технологии и увеличение выработки технического углерода.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения технического углерода путем термического разложения жидкого углеводородного сырья в реакторе с подачей топлива и воздуха в камеру горения реактора, перед подачей в реактор к жидкому углеводородному сырью добавляют воду в массовом соотношении (88-98,5):(1,5-12), смесь сырья и воды эмульгируют в гидродинамическом активаторе (ГДА) в течение 2-180 с или в статическом проточном смесителе (СПС) в течение 90-270 с, полученную водосырьевую эмульсию нагревают до температуры 120-300^oС и подают на распыление в реактор.

Целесообразно термическое разложение сырья вести при 1200-1600^oС.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются: добавление к жидкому углеводородному сырью воды перед подачей в реактор в массовом соотношении (88-98,5): (1,5-12); эмульгирование смеси в ГДА или СПС, имеющих специальные элементы, обеспечивающие создание устойчивой, гомогенной и высокодисперсной системы, в течение 2-180 с или 90-270 с соответственно; нагрев полученной водосырьевой эмульсии до температуры 120-300^oC. после чего эмульсию подают на распыление в реактор.

Отличительные признаки изобретения позволяют достичь ряда преимуществ по сравнению с известными способами получения технического углерода. Прежде всего это упрощение технологии, связанное с добавлением к углеводородному сырью воды, вследствие чего полностью исключается стадия обезвоживания сырья перед подачей его в реактор и снижаются энерго- и капитальные затраты.

Другое преимущество заключается в том, что смесь эмульгируют в специальных аппаратах, разработанных для получения стойких гомогенных эмульсий ароматизированных углеводородных фракций и воды с малым размером капель. Полученные эмульсии в зависимости от содержания добавляемой воды (1,5-12%) нагревают перед подачей в реактор для снижения вязкости без их разрушения до достаточно высоких температур 120-300^oС при давлении 0,2-2,0 МПа.

Наконец, полученная эмульсия подвергается распылению в сырьевых форсунках реактора в лучших условиях по сравнению с обезвоженным сырьем, так как каждая размельченная капля, содержащая воду, испаряется и прогревается до температуры разложения значительно быстрее. Это способствует более рациональному использованию сырья, снижению его расхода на побочные реакции, что увеличивает выработку целевого продукта - техуглерода.

В качестве жидкого углеводородного сырья по предлагаемому способу используют высокоароматизированные продукты термической или термокаталитической переработки различных нефтяных фракций - термомасло, термосмола, крекинг-газойль; пиролизные смолы; коксохимическое сырье - антраценовые, нафталиновые масла и фракции, и др., в любых заданных составах и соотношениях вышеназванных компонентов. В качестве воды могут использоваться загрязненные производственные воды и стоки.

Ниже приводятся примеры, иллюстрирующие осуществление предлагаемого способа и получаемый технический результат.

Пример 1. К жидкому углеводородному сырью с индексом корреляции 128 у.е. , состоящему из 30% антраценового масла и 70% термосмолы, перед подачей в реактор PC-3500 добавляют 1,5 мас.% воды, смесь эмульгируют в СПС в течение 90 с, полученную водосырьевую эмульсию под давлением 0,6-0,8 МПа подают в подогреватель, где нагревают до температуры 300^oС. Далее эмульсия поступает на распыление в сырьевые форсунки реактора. Расход сырья 3500 кг/ч, удельный расход воздуха, подаваемого в камеру горения, куда также подают газообразное топливо - природный газ, 3,5 м³/ч на сумму сырья и топлива. Температура в реакционной зоне составляет 1580^oС. Получают высокоактивный техуглерод марки П 245, выработка которого по сравнению с известным способом увеличивается на 2 мас.%. Основные показатели качества техуглерода приведены в таблице.

Примеры 2, 3, 4 проводятся аналогично примеру 1, но изменяются условия процесса, содержание воды в смеси, время эмульгирования, температура нагрева, тип диспергатора. Данные по примерам приведены в таблице.

Из представленных данных видно, что предлагаемый способ получения техуглерода позволяет упростить технологию за счет исключения стадии обезвоживания сырья перед подачей в реактор; увеличить выработку целевого продукта на 2-8 мас.% за счет тонкого диспергирования сырья с водой, создания монодисперсной водосырьевой эмульсии и снижения потерь сырья на побочные реакции горения. При этом сохраняются нормируемые показатели техуглерода (ГОСТ 7885-86). Кроме того, улучшается экологическая ситуация в производстве техуглерода, так как используются загрязненные производственные воды и уменьшаются вредные выбросы.

Изобретение относится к области производства технического углерода из жидкого углеводородного сырья и может быть использовано при получении активных и среднеактивных марок печного технического углерода. Сущность способа заключается в термическом разложении жидкого углеводородного сырья, к которому перед подачей в циклонный реактор добавляют воду в массовом соотношении (88-98,5):(1,5-12), смесь эмульгируют в гидродинамическом активаторе в течение 2-180 с или в статическом проточном смесителе в течение 90-270 с в зависимости от содержания воды в смеси, полученную водосырьевую эмульсию нагревают до температуры 120-300^oС и подают на распыление в реактор. Целесообразно термическое разложение сырья вести при 1200-1600^oС. Согласно изобретению увеличивается выработка технического углерода на 2-8 мас.%. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения технического углерода путем термического разложения жидкого углеводородного сырья в реакторе с подачей топлива и воздуха в камеру горения реактора, отличающийся тем, что перед подачей в реактор к жидкому углеводородному сырью добавляют воду в массовом соотношении (88-98,5): (1,5-12), смесь эмульгируют в гидродинамическом активаторе в течение 2-180 с или в статическом проточном смесителе в течение 90-270 с, полученную водо-сырьевую эмульсию нагревают до температуры 120-300^oС и подают на распыление в реактор. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термическое разложение сырья ведут при 1200-1600^oС.