Способ получения полуактивной сажи Советский патент 1985 года по МПК C09C1/50 

1 11

Изобретение относится к производству сажи и может быть использовано в промышленности технического углерода для получения- полуактивной сажи (ПГМ-ЗЗН), применяемой в качестве наполнителя при изготовлении шин и резино-технических изделий.

Цель изобретения - повьшение выхода полуактивной сажи и улучшение физико-механических свойств резины с ее использованием.

Сущность способа состоит в том, что в сажегазовые продукты, образовавшиеся в результате терморазложения углевородного сырья при сжигании в кислородсодержащем газе, последовательно в две стадии вводят воду, прцчем. на первой стадии через 1,53 с после начала подачи сырья при соотношении расхода ее к сырью 0,150,9.

В качестве углеводородов для производства сажи ПГМ-ЗЗН используют природный газ или его смесь с продуктами конденсации, состоящую из углеводородов непредельного ряда, для

разложения которых в зависимости от

I

сложности компонента необходимо

различное время пребьшания в реакционной зоне реактора для получения сажи.Наличие в углеводородах для производств сажи компонентов гомологического ряда вьше изобутиленовых фракций интенсифицирует процесс их разложения в сажу.

Исследование количества непредельных углеводородов выше изобутиленовых фракций в сырье для сажи ПГМ-ЗЗН показывает, что количество его, колеблется в пределах от 1,5 до 12 объемных процентов в зависимости от вида исходного сырья. Данные углеводороды при прерывании процесса реакции при получении сажи оседают на поверхности сажевых частиц и образуют дополнительные связи для образования агломератов, а затем гранул.

Прерывание процесса реакции получения сажи через 1,5-3,0 с после начала подачи сырья при соотношении расхода ее к сырью 0,15-0,9 обеспечивает наличие непрореагировавших углеводородов на поверхности сажевых частиц в количестве до 0,2 ед.

Подача воды в зону высоких темп ратур через указанное время приводит к снижению температуры сажегазового аэрозоля и прекращению разложения

12

углеводородов, не успевших разложиться в печи. Неразложившиеся углеводороды адсорбируются сажей, что способствует лучшему и стабильному протеканию процесса гранулирования, увеличению насьтной плотности гранулированной сажи, а также повышению выхода сажи из сырья за счет устранения эффекта выгорания частиц сажи при высоких температурах процесса. Необходимо, чтобы оптическая плотность бензинового экстракта гранулированной сажи не прев.ьщ1ала 0,15-0,2 ед. Наличие в саже неразложиншихся углеводородов вьше 0,2 ед. резко снижает физико-механические свойства приготовленных резин, в частности уменьшается-модуль резины после 15- и 30-минутной вулканизации, увеличивается

относительное удлинение, снижается прочность при разрьгое и остаточное удлинение.

Снижение нижнего предела времени ввода закалочной жидкости (41,5 с)

приводит к прекращению процесса разложения углеводородов и к высокой оптической плотности бензинового экстракта гранулированной сажи (0,2 ед). Такая сажа не пригодна к использованию в резиновых смесях, поскольку она ухудшает их физико-механические свойства.

Подача воды более чем через 3 с после ввода сырья, т.е. когда полностью завершен процесс сажеобразования, приводит к получению сажи с величиной бензинового экстракта, равной нулю, а выход сажи уменьшается на 5-12% за счет частичного ее сгорания, при этом насыпная плотность

гранулированной сажи ПГМ-ЗЗН составляет 432 r/tOOO см, что на.18 ед.

ниже пределов ГОСТ на сажу. Соотношение расхода воды к сырью выбрано

из расчета обеспечения оптической

плотности бензинового экстракта сажи до 0,2 ед.

Подача воды в зону реакции при отношении ее расхода менее 0,15

к сырью не обеспечивает получение гранулированной сажи с оптической Плотностью бензинового экстракта в пределах 0,15-0,2 ед. Это связано с тем, что практически данное количество воды не влияет на процесс сажеобразования и частичного обрыва реакции не происходит, выход сажи низкий и составляет 129 г/м, насыпнал плотность гранулята 439 г/1000 см При подаче воды в зону реакции при отношении ее расхода более 0,9 к сырью получают гранулированную сажу с величиной оптической плотноети бензинового экстракта более 0,2 ед что связано с резким прекращением реакции сажеобразования и увеличением количества неразложившихся углеводородов сырья, которые отлагаются на поверхности частиц сажи и приводят к ухудшению показателей свойств резины: модуля резины после 15- и 30-минутной вулканизации, относительного удлинения, прочности при разрыве и остаточного удлинения.

На чертеже представлен реактор для осуществления предлагаемого способа получения сажи, продольньш разрез.

Реактор для получения сажи содержит корпус 1, в котором последовательно и соосно расположены камеры 2 горения, сужение 3, реакционная камера 4 и активатор 5. Камера 2 горения снабжена расположенным соосно патрубком 6 для подачи сырья, тангенциальным патрубком 7 ввода окислителя, форсункой 8 подачи закалочной воды, расположенной в концевой части камеры 4, форсункой 9 подачи воды в холодильник 10.

Лример1. В камеру 2 горения по патрубку 6 подают углеводородное сырье (природный газ) в количестве 1000 кг/ч. По тангенциальному трубопроводу 7 со скоростью 5 м/с вводят окислитель (воздух) в количестве 4200 кг/ч. Углеводородное сьфье частично сгорает при взаимодействии с кислородом воздуха в камере 2 с получением теплоносителя с температурой 1220°С, а основная часть углеводородного сьфья разлагается с образованием частиц сажи. Полное прерывание процесса сажеобразования осуществляют водой в количестве 500 кг/ч подаваемой форсункой 8,.установленной на расстоянии 5,8 м от точки подачи сырья в реактор. Время от момента подачи сырья в реактор до закалки составляет 1,5 с, соотношение расхода воды к расходу сырья 0,5. Полученная сажа имеет показатель оптической плотности-бензинового экстракта 0,2. Время .гранулирования сажи составляет 53 мин, выход сажи 141 г/им. Физико-химические показатели сажи ПГМ-ЗЗН, получеинные предлагаемым способом следующие: удельная условная поверхность 38 удельная адсорбционная, поверхность 38 , т.е. частицы сажи практически не имеют шероховатости; насыпная плотность гранулированной сажи 462 г/1000 смЧ

С использованием предлагаемой сажи приготавливают стандартные смеси на основе изопренового каучука СКИ-3, содержащего 50 мае.ч. сажи на 100 мае.ч.каучука. При из полученных смесей вулканизуют образцы в течение 15 и 30 мин с паровым обогревом и после суточного отдыха испытывают на разрыв по ГОСТ 270-75. Физико-механические показатели полученной резины следующие: модуль резины после 15 и 30 мин вулканизации соответственно 73-и 92 кг/см ; прочность при разрыве 194 кг/см ; относительное удлинение 540%; остаточное удлинение 16%. ...

В таблице представлены данные по выходу, свойствам сажи и физико-механическим показателям резин-с ее использованием при получении сажи по предлагаемому способу и при режимах ввода воды и отношении ее к сырью за пределами предлагаемых значений.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУАКТИВНОЙ САЖИ, включающий подачу углеводородного сырья, введение окислителя, сжигание и терморазложение сырья, введение в поток образовавшихся при этом сажегазовых продуктов воды последовательно в две стадии, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода сажи и улучшения физико-механических свойств резины с ее использованием, воду на первой стадии вводят в сажегазовые продукты через 1,5-3 с после начала подачи сырья при отношении расхода ее к сырью 0,15-0,9. 5S (Л ,ю :О