Способ получения сажи из жидких углеводородов

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ САЖИ ИЗ ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ, включающий смешение потоков углеводородов с воздухом, нагрев смеси, подачу смеси в виде отдельных потоков, распределенных по поперечному сечению реакционной зоны, и последукнцее термическое разлсЛсение углеводородов в реакционной зоне, отличающийс я тем, что, с целью упрощения процесса получения различных сортов сажи , термическое разложение углеводородов ведут в среде воздуха при 9501200°С .

; СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19} (1!) 3(Я) С09С1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ПАТЕНТ,Ф (21) 2001842/23-26 (62) 1968254/23-26 (22) 01.03.74 (23) 06.11.73 (31) 16415/72 (32) 10. 11. 72 (33) Швейцария (46) 07. 10.84. Бюл. ¹ 37 (72) Артур Фросс (Швейцария) (71) Этаблиссман Желан (Лихтенштейн) (53) 661.666.4(088.8) (56) 1. Патент США № 3490870, кл. 23-209.4, 1970.

2. Патент США N 2895804, кл. 23-209. 4, 1959 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ САЖИ ИЭ

ЖИДКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ, включающий смешение потоков углеводородов с воздухом, нагрев смеси, подачу смеси в виде отдельных потоков, распределенных по поперечному сечению реакционной зоны, и последующее термическое разлс(жение углеводородов в реакционной зоне, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения процесса получения различных сортов сажи, термическое разложение углеводородов ведут в среде воздуха при 950-!

200 С.

1 1118291

Изобретение относится к технологии получения различных сортов сажи, используемой в качестве наполнителя при вулканизации каучука, пигмента при получении черных печатных красок и для окрашивания лаков, пластмасс и искусственных волокон и, наконец, в электротехнической промышленности при получении сухих батарей, угольных щеток, углей для дуговых ламп и электродов для металлургических и химических процессов.

Известен способ получения сажи, .включающий распыление нагретого жидкого углеводорода (сйрья) аксиально в реакционную зону, раздельное введение в реакционную зону продуктов сгорания, смешение сырья с продуктами сгорания и термическое разложение сырья н продуктах сгорания при температуре до 1650 С (1).

Качество получаемой сажи можно применять в довольно широких пределах, однако для установления определенной производительности путем регулирования обоих создаваемых, кольцеобразных потоков дымовых газов требуются довольно большие затраты.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения сажи из жидких углеводородов, включающий смешение потоков углеводородов с воздухом, нагрев смеси, подачу смеси в виде отдельных потоков, распределенных по поперечному сечению реакционной зоны и последующее термическое разложение углеводородов в продуктах сгорания топлива в реакционной зоне (2).

1О

Недостаток указанного способа за- @ ключается в раздельном подводе применяемых для получения сажи жидких углеводородов и потоков дымовых газов, так как в этом случае усложняется и затрудняется процесс регулирования этих потоков для строгого выдерживания параметров при получении определенного сорта сажи. Таким способом можно получать лишь немногие соота сажи, напоимео сажу для получения резины.

Цель изобретения — упрощение процесса получения различных сортов сажи, 55

Указанная цель достигается тем, что согласно способу, включающему смешение .потоков жидких углеводородов с воздухом, нагрев смеси, подачу смеси в виде отдельных потоков расУ пределенных по поперечному сечению реакционной зоны, и последующее термическое разложение углеводородов в реакционной зоне, термическое разложение углеводородов ведут в среде воздуха при 950-1200 С.

Упрощение процесса достигается тем, что реакция горения (экзотермическая) и реакция расщепления (эндотермическая) при получении сажи и по месту и во времени протекают параллельно. При этом отпадает надобность в дополнительной подаче газа для сгорания, и все время выпеляется тепло, необходимое для протекания реакции расщепления. В результате создаются оптимальные условия для протекания суммарной реакции, чему, кроме того, благоприятствует осуществляемое перед реакционной зоной смешение и газификация углеводородов кислородсодержащим газом. Благодаря таким условиям реакцию можно проводить при более низкой темперао туре (950-1200 С), чем в известном способе. Поэтому вместо оезкого охлажпения отхопяших газов путем впоыскивания в них воды их можно охлаждать в теплообменнике.

Поскольку для осуществления предлагаемого способа используют лишь два компопента: углеводороды и кис лородсодержащий газ, то переход от получения одного сорта сажи к другому осуществляется без всяких затруднений, путем простого изменения количества подаваемого кислородсодержащего газа. Чем это количество больше, тем меньше размер частиц получаемой сажи (естественно при этом уменьшается и выход ее). Качест" во получаемой предлагаемым способом сажи можно изменять в очень широких пределах.

При проведении процесса следует избегать температур выше 1200 С, так как реактор выполнен из нержавеющей стали, прочность которой сильно снижается при температурах выше 1200 С.

Имеющее в установке регулирующее устройство предотвращает возрастание температуры выше этой величины. Более низкие температуры(ниже 950 С) также нежелательны, так как при этом снижается выход сажи. Поэтому с помощью регулирующего устройства

Показатели

Опыт г

Режимные параметры

800

800

800

3120

4000

5295

1:3,9

1:5,0

1,6:6,6

115

115

115

200

"200

200

180

Давление воздуха, мм вод.ст. 180

180 в центре камеры, 1,faKC. ОС

1107

1146 в воздушном холодильнике, миним.оС

951

959

960

Температура в форкамерах, С 750

750

-750

Разрежение в камере, мм вод, ст, 5-8

5-8

5-8

246-252

3 11 температура строго поддерживается в заданных пределах.

По предлагаемому способу удается получать сажу различного качества с выходом 10-85Х от вводимого жидко-. го углеводорода.

Способ осуществляют следующим образом.

Жидкий углеводород (мазут) в виде потоков смешивают с воздухом и нагревают в форкамерах, нагретую сажу подают в виде отдельных потоков, распределенньм по поперечному сечению

Количество впрыскиваемого мазута (12 форсунок), кг/ч

Количество подаваемого воздуха, нм /ч

Соотношение между количествами подаваемого воздуха и мазута

Давление мазута, бар

Температура мазута, С

Температура воздуха, С

Температура в реакционной камере:

Температура на входе в фильтр, С

18291 4 реакционной камеры (эоны), в которой за счет подогрева смеси происходит термическое разложение (частичное сгорание) углеводородов в среде воздуха с образованием сажи и отходящих газов, которые охлаждают, и отделяют сажу.

Конкретные режимы осуществления способа и свойства полученной в опы10 тах сажи представлены в табл. 1 (при использовании мазута с удельным весом 1,06 г/см, содержащего, мас.7: углерод 91; водород 8; сера 0,3).

Таблица 1

1118291

Продолжение табл. 1

Опыт

) I

Показ атели

Свойства сажи

0,20

0 50

0,25

Навеска сажи, r

24,6

24,6

24,6

-18, 2

15,0

8,1

16,5

9,6

39,0

67,1

26,0

59,8

20,3

31,9

2х20, 3

6-100

4х31, 9

10-300

5х59, 8

14-500

Качество и тип FEF

SAF

LFI

81,8

Р 4 = Тур-200 76,0

N 5 = Тур-250 98,4

103, 9

134,2

Ад сорб ция на поверхности Л м /г

Ф 6 = Тур-300 130,4

Сажи для производства красок (e):

7 = Тур-350

184,8

188, 1

211,2

241, 7

Сажи для резиного производства (а):

У 1 Тур=50

23,5

27,5

В 2 Тур-100 39,8

Ф. 3 Тур-150 59, 1

358, 9

Расход Na $гО на холостой опыт, см

Расход Na 3 Оз на титрование .сажи, см

Результаты по адсорбции иода X г

Результаты по адсорбции иода х100 в холостом опыте, X Ó

Поверхность, занимаемая иодом по таблице Кабота, м /г

Общая поверхность, занимаемая иодом А х Г, м /г

Качество (сорт) г диаметр потока равен диаметру реакционной камеры (2, 4м), поскольку смесь равномерно распределяется по всему сечению реактора.

Таблица2

Качество (сорт) Адсорбция

- сажи на поверхности N, м /г 45

1 2 3 р 8 = Тур-400 206,0 у 9 = Тур-450 237,3 у 10 =Тур-500 301 5 р ",1 =Тур-550 351 0

H 12 =Typ-600 398,6

7 1118291

Адсорбционные свойства некоторых из полученных в соответствии с изобретением сортов сажи приведены в табл. 2.

Кроме того, могут быть получены 5 промежуточные сорта сажи.

Продолжени е табл. 4

Качество(сорт) сажи

Пока з атели

N- 4 Ó8 У ll

Таблица3

Маслопоглощение, 10 смз /г

1,12 1,18 1,24

72 61 35 ачество (сорт) сажи

Показатели рН 3 95

Содержание золы, .7

0,04 0,03 0,02

Иаслопоглощение, мл/г

1,07

1, 14

Прочность на растяжение, кгс/см

20 Содержание смолы (дегтя), Т

006 002 001

295

311

Относительное удлинение при разрыве, Ж

Для сажи для производства резины и краски Ф 4, Ф 8 и В 11 получены физические и химические данные, приведенные в табл. 4 .

Ъ

Если указанный температурный интервал не поддерживается, ухудшаются приведенные выше показатели, в особенности величины, относящиеся к поверхности 12 и И2.

Для сортов сажи для производства резины У 4 и Ф 8 сопоставлены результаты двух измерений, при которых в качестве носителя кислорода употребляют воздух. Для приготовления

1 кг сажи используют:

В 4 10,2 нм воздуха и 2,4 кг тяжелого топлива (мазута), т.е.

4,25 нм /кг тяжелого топлива (мазута)

В 8 25,4 нм и 4,3 кг тяжелого топлива (мазута), т.е.

5,9 нм /кг тяжелого топлива (мазута).

Для полного сжигания тяжелого топлива по данным приведенного выше анализа,требуются 10,27 нм /кг мазута, так что количество ввопимого возпуха составляет примерно пля

9 4 около, 41X., пля Ф 8 около 57,6Х, чтс соответствует полному сгоранию мазута в максимально требующемся количестве воздуха.

Анализ остаточных газов показывает, что присутствуют примерно

9-11 об.7 окиси углерода, как наи25

525

575

3007 модуль сдвига

2635

2500

Твердость на разжимном станке, Ж

73

Упругое восстановление при

100 С

56,9

50,7

3,24

Качество (сорт) сажи

Показатели

j 1

Ф4 98 911

Поверхность для ,азота, м /г

Глубина окраски в индексах по нигрометру

89 71

Потери за счет истирания, г 3,65

Полученные результаты исследования сажи для резинового производства Ф 3 и Ф 5 приведены в табл. 3 (при времени вулканизации 50 мин) .. 45

Т а б л и ц а 4

81,8 211,2 358,9

Содержание влаги, 7. 0,38 0,23 О, 12

Составитель Т.Ильинская

Редактор В.Петраш Техред Л.Мартяшова IloppeKTop M.Ìàксимишинец

Заказ 7291/46 Тираж 633 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

9 ll больший составной части, в то время как доли водорода, метана и С Н„ (тяжелые углеводороды) являются значительно меньшими.

Из проведенных опытов видно, что в зависимости от установления соотношения между мазутом и воздухом получается определенный сорт сажи с воспроизводимыми результатами.

Чем тоньше должен быть сорт сажи, тем больше должно быть соотношение с содержанием воздуха. Для сорта Ф 8 потребность в воздухе составляет

1829 10 примерно (1-4)-кратной потребности в воздухе по сравнению с сортом Р 4, Непревратившаяся в сажу доля мазута сжигается и служит для поддержания температуры в реакционной камере.

Производство сажи может быть прервано в любой момент времени и по прошествии любого периода времени мо10 жет быть снова возобновлено для получения того же или другого сорта сажи, следует только соблюдать период предварительного подогрева.