Способ получения высокоструктурной сажи Советский патент 1980 года по МПК C09C1/50 

Изобретение относится к г;/;5зой промышленности и MosceT найти П:,,:-1иенение для получения высокоструктурных саж, используемых в качестве наполнителя и усилителя каучука в производстве шин и резино-технических нзделий, Известен способ получения сажи терм ческим разложением углеводородного сыр в высокотемпературном потоке продуктов горения топлива, в котором структурност сажи регулируется применением распыли- Бающих устройств с различным углом раскрытия сырьевого факела Щ. Однако при таком способе получают сажу с недостаточно высокой структурностью. Кроме того, при больших углах раскрытия сьфьевого факела коксуется реактор, что усложняет процесс. Известен способ полученйя сажи, вклю чающий подачу аксиального потока углеводоропного сьфья с кислородсодержащим газом (в качестве кислородсодержащего газа используется чистый кислороц или смесь кислорода с воздухом с концентрацией кислорода не менее 33%) и коаксиального к потоку- сырья потока воздуха, во вращающийся поток продуктов горения топлива, и последующее термическое раз ложение сырья в продуктах горения топ- лива Щ|, Способ обеспечивает получение сажи со структурностью 14О-190 мл/ /100 г Недостатком этого способа является потребление больших количеств дорогостоящего кислорода, так как кислородсодержащий газ вводится с расходом (в пересчете на кислород) 0,05 сьфья и более. Подача больших количеств кислороцсодержшдего газа с сьфьем снижает выход сажи, так как газифицируется значительная чаить сьфья. Применение газа е высокой концентрацией кислорода требует принятия дополнительных мер безопасности. Кроме того, поцача больших количеств кислороца резко повышает температуру в зоне ввода сырья, что приводит к быстрому разрушению футеровки в этой аоие. bee это удорожает и усложняет процесс. Цель изобретения уцешевлешю и упрощение процесса при получении с.ажн высо- кой структу}) Это аостигается тем, что способ включает подачу аксиального потока ггле воцородного сы15ья с кислоропсодержащим газом с расходом О,ООЗ--О,02 сырья в пересчете на кислород и коаксиального к потоку сырья потока воздуха с расходом О 1-1,0 нм /1 кг сьфья и скоростью 20-15О м/с во вращающийся поток продуктов горения топлива и последующее термическое разложение сырья в продуктах горения топлива. Кислородсодержащий газ предварительн смешивают с потоком углеводородного сырья. в качестве кислородсодержашего газа в предлагаемом способе иеггол1 зуют ух. Получение сажи вьгсокой структурности при подаче кислородсодерлсгзщего газа с расходом 0,О.ОЗ-05О2 нмЗ/1 кг сырья Е пересчете на кислород, объясняется условиями взаимодействия газа с сырьем В предлагаемом способе кислородсодер жащий газ предварительно смешивают с потоком углеводородного /пья в камере смешения путем иодачк в зту камеру одной или нескольких струй сырья имеющих скорость м/с и направ ленных под углом к ним одной или i-rec кольких струй кислородсо.цэржащего гр-г.имеющих скорость )ЗО-15О м/с. При под че таких малых количеств кислородсодержащего газа {О,ООЗ-О,02;нм /1 кг сьь рья в пересчете на кислород) в камере смешения получается смес- пырья и грв виде пены, в которой мелкие пузырьчк газа равномерно распределены в сырье и отделены один от другого пле гжами с-, рья. При вводе смеси в реактор сырье в:тг имодействует внутри потока с кислород. содержащим газом, а снаружи -- с коаксиальным потоком воздуха. В этих условиях полностью используется весь кис-лород, вводимый с кислородсодержащим газом, и увеличивается скорость взаимо действия сырья с кислородом, что обес печивает необходимую для получения сажи высокой структурности степень превр щения углеродного сырья до контакта с продуктами горения топлива. При расход кислородсодержащего газа ниже О,ООЗ HNf /1 кг сырья в пересчете на ислород наблюдается образование смоы внутри камеры смешения, что усложяет обслуживагше реактора. С увеличеием расхода -кислородсодержащего газа олее 0,02 кг сырья в пересчете я с,юлород структурность сажи не изме глется, кроме того, увел1гаение расхода едет к удорожанию процесса. Для достижения поставленной цели коаксиальшлй поток воздуха должен вводиться с определенной скоростью и расходом. При подаче коаксиального потока воздуха с расходом ниже ОД кг сырья наблюдается отложение кокса на KOfflje устройства для ввода сырья, что усложняет обслуживание реактора. С увеличением расхода коаксиального потока воздуха более 1,0 кг сырья начинается образование сажи до контакта с продуктами горения топлива и сни}кается выход сажи. При снижении скорости подачи коаксиального потока воздуха ниже 20 м/с резко сокращается срок службы устройстРа для ввода сырья,. При увеличеш и скорости подачи коаксиального потока воздуха выше 15Ом/с свойства сажи не изменяются. Кроме того, Згвеличение скорости ведет к удорожанию процесса, так как требуется более высокое давление воздуха. На чертеже дана пршщипиальная схема реактора для осуществления предлагаемого способа. Ре-актор состоит из металлическогс кожуха 1. который футерован тештоимо.юционной футеровкой 2 и огнеупорной футеровкой 3., Каналы 4 для ввода гоплива к воздуха на его горение тангенциально соединены с камерой 5 горения,. С.-осио с камерой горения расположена реакциолпая камера 6« К передней крышке ре-ак- гора крепится з стройство для ввода ci,iрья. кислородсодержащего газа и воздуха, которое состоит из трубы 7 для ввода сырья, патрубка 8 и трубы 9 для ввода кислородсодержащего газа и патрубка lOj рубашки 11 Д.Г1Я ввода KoaKCHa;ifj кого потока воздуха. трубой 9 и футеровкой 3 имеется канал 12 Ko..ii цевого сечения. На конде трубы 7 расположена камера 13 смеи;ения, кото)зая имеет Входные каналы 14 и 15 и г, кое сопло 16. Приме р. Топливо (природиьгД газ) и воздух на его горение через т.анг,;илальные каналы 4 вводят в K.asfepy .S гс. рения, где топливо сго|)ает с пбг).ч. вращающегося потока продуктов горения топлива, В камеру 13 смешения по трубе 7 и входным каналам 14 вводят сырье, В эту же камеру 13 через патрубок 8, трубу 9 и каналы 15 вводят кислород- содержащий газ. Подученная в камере 3. смешения смесь сырья и кислородсодерж щего газа через выходное сопло 16 вводят в камеру 5 горения. Коаксиально к потоку сырья через патрубок 10, рубашку Ни кольцевой ка нал 12 вводят поток воздуха. Смесь сырья и кислородсодержащего газа в окружении коаксиального потока воздуха по оси камеры 5 горения направляют в реакционную камеру 6j где сьфье разл гается в потоке продуктов горения топли ва с образованием сажи. 216 Во всех опытах применя от сырье, состоящее из 25% антраценового масла и 75% экстракта каталит гческого газойл (индекс корреляции 113). Сырье подогре- вают до 280 С и подают под давлением кг/см i Расход сырья во всех опытах 69О кг/ч. В качестве кислородсодержащего газа в опытах по предлагаемому способу используют воздух с давлением 7-8 кг/см Расход природного газа во всех опытах 280 нм /ч, расход воздуха на горение 42ОО . В таблшд;е приведены по влиянию параметров подачи кислородсодержащего газа sc р .оаксиального потока воздуха на свойства садш и сравнительные данные rfo затратам на производство сажи по предлагаекгому и ювестнок-гу 2 слособу.

Расход, нм /кг сырья в пересчете на кислород

Способ подачи Расход, нм /кг сырья Скорость подачзг.;, м/с Выход, г/л сырья Абсорбция масла (по методу А5ТМ), мл/ЮОг Удельная геометрическая noBepx- ность, м /г Удельная поверхность по азоту,

Как следует из таблицы, предлагаемый способ позволяет получить высо- коструктуркую сажу более дешевыми простым способом. Так, при получении сажи с одкяаковой структурностью (ой. опыт 1 и прототип) предлагаемый способ :позволяет .затраты на получение ; 1 т сажи более чем ка 4 . При объе-

о,ооз

0,01

О,057

О.02

Предварительное смешение с потоком сырья

воздуха 491,0 152,0 1ОО,9

ме внедрения предлагаемого сцособа в .производстве тыс. т. сажи в год эконом11ческий эффект составит около 1,0 млн,руб.

В предлагаемом способе не используется дорогостоящий кислород, повышает ся выход сажи и упрощается процесс. 0,1 15О,0 492,О 496,О 5О2,6 185,0 164,0 150,0 100,2 101,2 1ОО,8