Реактор для производства сажи Советский патент 1983 года по МПК C09C1/50 

tsD

4 4

00

сл

Изобретение относится к рес1кторам для получения сажи путем термическог разложения жидких углеводородов и може быть использовано для получения печных малоактивных саж с большим размером частиц, применяемых в качестве усили ваюшего Наполнителя при изготовлении шин и резино-технических изделий. . Известен реактор дляполучения низкодясперсной сажи, содержащий последовательно установленные и соединениые вертикальную реакциой1 Уй i камеру с аксиальной форсункой для подачи сырья, дополнительным рядом сьфьевых. форсунок под углом 35 относительно оси реактора, установленных в конусной части реакционной камеры, и тангенциальными горелками для подачи продуктов горения, установленными в несколько рядов на равном расстоянии друг от , равном 0,61 диаметра цилиндрической части реакционной камеры, и горизонтальную ка меру с диаметром, равным 0,36 диаметра цилиндрической части реакционной камеры, средства для закалки сажегазовых продуктов, установленнные в нижней части вертикальной камеры 12

Недостатком данного реактора является , большое количество отверстий для ввода продукта горения топлива, ослабляющее вертикальную часть футеровки реактора, поскольку отверстия для пропуска продуктов горения с высокой температурой должны иметь большие размеры. Тангенциальный ввод продуктов горения топлива не обес- . печит требуемой турбулизации акси-; ального потока углеводородов. Получаемая сажа имеет повышенное содержание неразложившихся углеводородов на по верхности частичек. Для устранения этого потребуется увеличить габариты реактора. Конусная часть футеровки реактора неустойчива и ослаблена отверстиями для установки форсунок,что ослабляет футеровку в целом, еокращая срок ее слух;бы, снижает производительность реактора.

Наиболее близким технические решением к изобретению является реактор для производства сажи, содержащий последовательно установленные и 1соединенные вертикальную реакционную камеру со средством для подачи сырья, установленным аксиально и,радиальными каналами для подачи воздуха, выполненными в стенках цилиндрической части камеры в горизонтальной плоскости, и горизонтальную цилиндри ческую камеру со средствами для закалки сажегазовых продуктов t 3

Недостатком известной конструкций является целенаправленное получение электропроводных саж с шероховатой поверхностью и высокой дисперсностью и недостаточно высоким выходом (около 40% от исходного сырья) . ТГодача воздуха к основанию сырьевого факела .создает условия для сгорания части сырья непосредственно при выходе распыленного сырья из форсунки. Причем к основанию факела подводится более ,63% воздуха от общего количества. Это значит, что все сырье не только подогревается до высокой температуры но и частично пиролизуется с выделением высокодисперсной сажи.

Реактор не позволяет получать другие типы саж с более высоким выходом,, Кроме того, подача воздуха снизу через кольцеобразное отверстие не может обеспечить качественного распыления сырья. По этой причине крупные капли его сепарируются и выпадают из общего потока на стенки реактора, закоксовывая-его. Подвод воздуха и сырья через нижнюю торцевую стенку реактора затрудняет выжиг кокса, и на эту операцию потребуется дополнительно большоеколичество сырья, что еще более снижает выход и технико-экономические показатели процесса в целом.

Целью изобретения является повышение выхода малоактивной сажи.

Поставленная цель достигается тем что- реактор содержит последовательно установленные и соединенные вертикалную реакционную камеру со средством для подачи сырья, установленнным аксиагшно, и каналами для подачи воздуха с радиальными входными и выходными частями углом 40-50 к оси ра диальной части каналов, выполненными в стенках цилиндрической части камеры в горизонтальной плоскости, и горизонташьную цилиндрическую камеру со средствами для закалки сажегазовы , выходная часть каналов для подачи воздуха выполнена под углом оси входной части каналов.

Кроме того, дополнительно диаметр горизонтальной камеры составляет 0,4-0,6 диаметра цилиндрической части реакционной камеры.

При этом в реакционной камере дополнительно выполнены воздушные каналы в горизонтальной плоскости на расстоянии 0,3-0,5 диаметра цилиндрической части реакционной от плоскости основного ряда воздугиных кансшов.

Для создания требуемой турбулизации потока в реакционной зоне с целью повышения выхода малоактивной (низкодисперсной) сажи предложено осуществлять ввод воздуха по каналам, выходная часть которых выполнена под углом 40-50 к оси радиальной входной части канала.

Ввод воздуха в реакционную камеру под углом менее 4(г приводит к тому. что не достигается требуемая турбулизация потока жидких углеводородов В реакторе большого диаметра в этом случае вращательное движение по форме близко к циклонньом потокам,Такое вращательное движение в реакцион ной зоне реактора захватывает только периферийные аксиальные потоки сырья В этом случае получаемая сажа имеет высокую оптическую плотность, снижается выход ее от исходного сырь Выполнение выходной части канала под углом более 50 к оси радиальной части канала приводит к разрушению потока жидких углеводородов: нарушается турбулентное вращение потока, резко повышается температура в локальной зоне реактора за счет интенсивного, смешения перпедикулярно направленных друг к другу потоков воздуха и сырья. При этом происходи резкое повышение дисперсности сажи и снижение выхода. Наиболее эффективен ввод воздуха реактор под углом 45 к диаметру реакционной камеры с целью возбуждени вращательного движения ядра факела распыляемых жидких углеводородов, пр чем подача воздуха должна производиться не у корня факела жидких угл водородоз, а на расстоянии не менее 0,4-0,7 диаметра реакционной зоны (d ), что обеспечивает равномерное распределение температур в верхней части реакционной камеры реактора. Это обусловливается тем, что вертикальная реакционная камера предназн чена для подогрева и испарения сырь для пиролиза углеводородов и роста сажевых, частиц. Для получения более высоких выхо дов сажи от исходного сырья за счет более полного пиролиза углеводородов в реакционной части реактора необходимо дальнейшее равномерное распределение поля температур по всему объекту, во всей вертикальной части реакционного пространства реактора. Эти условия достигаются тем, что предусмотрен дополнительный ввод воздуха в реакционную зону на расстоянии 0,3-0,5 d, от первого ряда (пояса) под углом оси радиальной части воздушных каналов. Такое конструктивное решение обеспечивает образование сажи в верхней .реакционной части реактора в зоне первого пояса ввода воздуха и одновременно нахождения там нёразлбжившихся углеводородов, при контакте которых с частичками сажи происходит рост последних за счет термокаталитических процессов. Дополнительный ввод воздуха повышает температуру среды за счет сгорания части углеводородов, ускоряет термокаталитические процессы, обеспечивая рост сажевых частиц и полноту разложения углеводородов, повышая выход низкодисперсной сажи. Второй ряд дополнительных каналов для ввода воздуха расположен на расстоянии 0,3-0,5 d (диаметра цилиндрической части реакционной камеры) от основного пояса. Перемещение его на расстояние менее 0,3 диаметра (d) приводит к резкому повышению температуры в этой зоне, интенсивному процессу сажеобразования, зона роста сажевых частиц сократится, сажа имеет высокую удельнуюповерхность. Смещение точки ввода на расстояние более 0,5 диаметра (d. ) реакционной камеры вниз по потоку газов приводит к получению сажи с повышен- ной оптической плотностью, закоксовыванию реактора, понижению выхода. сужение диаметра реакционного канала (d2 ) до размеров 0,3-0,5 d в нижней вертикальной части реактора обусловлено требованием технологии производства для усиления трубулизации потока газов с целью ускорения завершающей стадии термокаталитичёского пиролиза. Отсутствие этого сужения привЬдит к получению сажи с повышенной оптийеской плотностью и частичной поте- тере сырья за счет неполного разложения углеводородов. Горизонтальная камера реактора предназначена для выдержки сажи при 1100-1200°С с целью термического разложения углеводородов, оставшихся на поверхности сажевых частиц. В горизонтальной камере реактора производится закалка сажегазовой смеси путем впрыскивания воды в мелкораспыленном состоянии через водяные форсунки механического действия. Эти форсунки устанавливаются перед скруббером в отверстия, сделанные в футеровке реактора. Диаметр горизонтальной камеры (dj) реактора должен быть не менее 0,4 диаметра (d) реакционной камеры ( в зоне ввода воздуха). Уменьшение диаметра горизонтальной камеры реактора менее 0,4 d приводит к значительному повышению сопротивле ния, требует применения дутьевых средств с высоким давлением, что снижает технико-экономическую эффективность. Увеличение диаметра горизонтальной камеры реактора более 0,6 d (диаметра реакционной камеры) приводит к снижению скоростей,выпаданию сажи на горизонтальном участке, реактора, забиванию его и снижению выхода сажи. На фиг. 1 показан реактор, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг.1. Реактор содержит металлический корпус 1 с огнеупорной футеровкой 2 крышку 3 реактора, которая охлаждается воздухом, сбрасываемым в реа тор, вертикальную реакционную камер 4, соединенную с горизонтальной камерой 5. Коллектор воздуха низкого давления (не показан} опоясывает реактор первым и вторым рядами тру бопроводов, подводящих воздух, кото рый подается в каналы,выполненные в футеровке реакторов и состояшие из входной радиальной части 6 и вы;код ной части 7 выполненной под углом 40-50 к оси радиальной части 6 канала (фиг. 2). На крышке реактора 3 По оси установлена сырьевая фррсунка 8 в трубе 9. Для разогрева ре iropa установлена топка 10, Закалка процесса производится водой через йодяную форсунку 11. Реактор работает следующим образом. Через сырьевую аксиальную форсун ку 8 под давлением 20-25 Ати подают подогретые (до 230-250 С) жидкие углеводороды в верхнкйо цилиндрическую часть реакционной камеры 4,где , Sa счет высокой температуры ( создаваемой топкой 10, мелкорасгшшен йое сырье испаряется, частично поли меризуется и подвергается термичсс1 ому разложению. Затем поток смецшва тся с потоками воздуха, поступающими в воздушные каналы через рс1диальную часть б и выАодную часть 7 по углом 40-45° к оси радиальной части В этой зоне реакционной камеры происходит сгорание части углеводородного сырья и высокотемпературНБтй пиролиз и рост сажевых частичек. Через дополнительные воздушные каналы, расположенные в одной горизонтальной плоскости, расположенные на расстоянии, равном 0,4-0,6 диаметра цилиндрической части реакционной камеры (3 ) , от плоскости основного ряда (пояса) воздушных каналов вводится воздух. В этой зоне происходит сгорание части углеводородов для поддержания температуры 1200-1280С, обеспечивающей требуемую скорость и глубину пиролиза неразложившейся части углеводородного сырья. Затем поток газов и сажи поступает в сужение вертикальной камеры 4 с диамет ром (dy), равным 0,3-0,5 d, где за счет сужаюгаего перехода футеровки происходит турбулизация потока,смешение параллельных потоков, улучшающее контакт сажевых частиц с оставшимися углеводородами, обеспечивающий ускорение термокаталктического пиролиза и роста частиц. Далее сажегазов :йй поток из вертикальной какеры 1 реактор.а поступает в горизонтульную 5, где происходит термический распад углеводородов, накодяшихся на поверхности сажевых частиц. В конце этой камеры установлена водяная форсунка механического действВИЯ 11 для закалки сажегазовой смеси. Из горизонтальной камеры 5 реактора сажегазовый поток поступает Б скруббер (не показан) где происходит охлаждение продуктов реакции до 250-280С, и поток поступает в аппараты улавливания сажи В таблице представлены параметры процесса получения сажи в предлагаемом реакторе и в известном и данные по выходу и свойствам сажи.

1. РЕАКТОР ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА САЖИ, содержащий последовательно установленные и соединенные.вертикальную реакционную камеру со средством для подачи сырья, установленным аксиально, и каналами для подачи воздуха с радиальными входными частями, выполненньлми в стенках цилиндрической части камеры в горизонтальной плоскости, и горизонтальную цилиндри ческую камеру со средствами для закалки сажегазовых продуктов, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода малоактивной сажи, выходная часть каналов для подачи воздуха выполнена под углом 40-5(7 к оси входной радиальной части кана-ЛОВ. 2.Реактор по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что диаметр горизонтальной камеры составляет 0,4-0,6 диаметра цилиндрической части реакционной камеры. 3.Реактор по пп. 1 и 2, о т л и- g чающийся тем, что в реакцион- (Л ной камере дополнительно выполнены воздуганые каналы в горизонтальной плоскости на расстоянии 0,3-0,5 диаметра цилиндрической части реакционной камеры от плоскости основного ряда воздушных каналов.

Расход сырья (термогазойль) кг/г

513

Расход воздуха всего, 1680

В том числе: воздуха на распыливание сырья, MV4

воздуха

радиально:

616

1 подо, м v

3500

3500

3500

3500

8700

8700

8700

8700

Параметры ведения процесса известным способом

В 1 покс под углом 4

воздуха в дополнительный пояс,

Te шepaтypa в зоне реакции, С 12761684

40

Выход сажи,мае,%

Удельная поверхность, 150-270

Масляное число, мл/ЮО г

Оптическая плотность бензинового экстракта

Для осуществления способа использовалась предлагаемая конструкция реактора со следующими размерами s d 4340 мм, высота вертикальной части реактора 11950 ым, воздушное каналы основного ряда ( пояса ) расположены на расстоянии от выходного торца сирьевой форсунки 384 мм, дополнительные воздушные каналы расположены на расстоянии 1736 мм от основного ряда (пояСа) воздушных каналов, d 1700 мм,- Ц 1740 мм.

Из таблицы видно, что смещение каналов для ввода воздуха относительно указанных расстояний в дополнительном поясе, приводит к изменению СВОЙСТВ сажи, снижению выхода и производительности реактора. Смещение ввода воздуха вверх к основному поПродолжение таблицы

Смещение каналов для ввода воздуха в предлагаемом реакторе на расстоянии

0,1 J О,

0,5 О,5700

5700

5700 3000 3000 3000

1200 60

1200 65

1200 65

14,7

15,2

15,0

92,4 96

93

1,5

0,00

0,00

ясу на расстояние 0,1 d, приводит к повышению удельной.поверхности, снижению выхода на 6,3% и снижению производительности реактора на 9,78,

5 Смещение на 0,7 d приводит к повышению оптической плотности сажи, .к потере сырья, снижению выхода сажи на 4,3% и понижению производительности ка 6,6%. Кроме того, во

0 всех случаях полученной продукт не удовлетворяет требованиям ГОСТ ка сажу по показателю удельная -поверхность и оптическая плотность бензинового экстракта , что

5 недопустимо для предлагаемого типа сажи.

Вредлагаемый реактор работает без ремонта более 2,5 лет.