Способ получения сажи и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к производству технического углерода и позволяет повысить однородность и выход сажи, уменьшить в ней содержание грита и снизить коксуемость реактора и форсунок. Содержанием изобретения является способ получения сажи и устройство для его осуществления. Способ получения сажи включает подачу в зону горения реактора закрученными потоками газообразного топлива и воздуха, двухстадийную кавитационную обработку (КО) углеродсодержащего сырья до и после его подогрева при скорости потока сырья 30 - 45 и 20 - 30 м/с соответственно, введение подогретого сырья распылением воздухом в закрученный поток продуктов горения, энергоразложение сырья в реакционной зоне и выделение сажи из образовавшегося сажегазового продукта. По данному способу с целью интенсификации КО в сырье перед первой и второй стадиями КО дополнительно вдувают воздух, нагретый до 300 - 500^oC, под давлением в количестве, не прерывающем 30% от объема сырья. Устройство для получения сажи содержит последовательно установленные печь подогрева сырья, трубопровод и форсунки для подачи сырья после печи подогрева с патрубками подачи воздуха для распыления, камеру горения с патрубками подачи топлива и воздуха и реакционную камеру. В трубопроводе устройства установлены два сужения до и после печи подогрева, в которых размещены кавитирующие элементы, выполненные в виде пустотелого конуса до печи и пустотелой пирамиды после печи, расположенные вершиной навстречу потоку сырья, при этом сужение после печи подогрева снабжено кольцевым коллектором, соединенным с патрубком воздухоподогревателя через отверстия, которые полость коллектора соединяют с внутренней полостью сужения, а внутренняя полость конуса соединена с воздухоподогревателем через пустотелый вал. Выходные результаты процесса: выход сажи 43,5 - 48% к сырью; удельная геометрическая поверхность сажи 99,5 - 103 м²/ч; степень однородности сажи 3,4 - 3,9; массовая доля остатка (грита) после просева через сито с сеткой 0,5 К отсутствует, 014 К 0,002 - 0,003. 2 с.п., 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к производству технического углерода, а именно к технологии и устройствам получения сажи, используемой в качестве наполнителя резиновых смесей для шин и других резинотехнических изделий. Цель изобретения повышение однородности и выхода сажи, уменьшение в ней грита и снижение коксуемости реактора и форсунок. Способ получения сажи включает подачу в зону горения реактора закрученными потоками газообразного топлива и воздуха, введение в закрученный поток продуктов горения (ПГ) подогретого углеродсодержащего сырья (УС) распылением воздухом, терморазложение сырья в реакционной зоне, охлаждение сажегазовых продуктов и выделение из них сажи. По предлагаемому способу УС перед введением в ПГ подвергают двухстадийной кавитационной обработке до и после его подогрева при скорости потока сырья на первой до подогрева и на второй после подогрева 30 45 и 20 30 м/с соответственно. Причем с целью интенсификации кавитационной обработки в сырье перед первой и второй стадией кавитационной обработки в сырье перед первой и второй стадией кавитации вдувают воздух, нагретый до 300 500^oC, под давлением в количестве, не превышающем 30% от объема сырья. На чертеже изображено устройство для получения сажи. Устройство для получения сажи включает камеру 1 горения с патрубком 2 для подачи сырья, подключенного к форсунке 3, и патрубком 4 для подачи распыливающего воздуха, патрубки подачи топлива 5 и воздуха 6 на горение и реакционную камеру 7, печку 8 подогрева, после которой установлено сужение 9, в котором расположен кавитирующий элемент 10, выполненный в виде пирамиды. Сужение 9 выполнено с отверстиями 11, объединенными коллектором 12, соединенным с патрубком 13 воздухонагревателя 14. До печки 8 установлен дополнительный кавитирующий элемент 15, выполненный в виде пустотелого конуса, вершиной направленного навстречу потоку и закрепленного на пустотелом валу 16, внутренняя полость которого соединена с воздухонагревателем 14. Кавитирующее тело 15 установлено в сужении 17 в трубопроводе 18. Элемент 10 закреплен на валу 19. Стяжками 20 элемент 10 прикреплен к корпусу. В сужение 17 подают сырье (смесь 90% пиролизной смолы, 20% коксохимического сырья и 30% термогазойля) в количестве 650 кг/ч с температурой 40 50^oC. Двигаясь со скоростью 5 12 м/с поток жидкости в сужении 17 повышает скорость до 15 30 м/с и за кавитатором образуются каверны. Воздух, попадая через пустотелый вал 16 и конус в зону образования каверны, облегчает наступление кавитации. Однородная смесь попадает в печку, где подогревается до 350^oC. После печки сырье попадает в сужение 9, скорость возрастает и за кавитирующим элементом 10 образуются каверны с образованием кумулятивных микроструй со скоростью порядка 10⁵ м/с и ударными давлениями до 10⁴ атм. Для насыщения сырья воздухом в сужении 9 выполнены отверстия 11, через которые воздух попадает в сырье, и в зоне образования каверны получают воздушно-сырьевую смесь (пенообразную), которая через патрубок 2 попадает в форсунку 3 и легко распыляется воздухом, поступающим через патрубок 4, затем попадает в камеру 1 и далее в реакционной камере разлагается с образованием сажегазовых продуктов, которые подвергают закалке и охлаждению с последующим выделением сажи. Осуществляют процесс получения сажи в соответствии с вышеописанной технологической схемой установки при следующих параметрах: расход сырья 650 кг/ч, расход топлива 180 м³/ч, расход воздуха на горение 2500 м³/ч, расход воздуха на распыл сырья 315 нм³/ч, температура в зоне реакции 1530^oC, расход сырья через кавитационный аппарат до нагревательной печи 20 м³/ч. Режимы работы кавитационного аппарата до подогрева печи: число кавитации 0,052 0,018, расход вдуваемого воздуха 3,8 5,4 нм³/ч, температура сырья до печи подогрева 80^oC, после печи подогрева 210^oC, расход воды в зону закалки 1000 кг/ч. Выходные результаты процесса: выход сажи 43,5 48% к сырью, удельная геометрическая поверхность сажи 99,5 103 м³/ч, степень однородности сажи 3,4 3,9, массовая доля остатка (грита) после просева через сито с сеткой 0,5 К отсутствует, 0,14 К 0,002 0,003.

Формула изобретения

1. Способ получения сажи, включающий подачу в зону горения реактора закрученными потоками газообразного топлива и воздуха, введение в закрученный поток продуктов горения предварительно подогретого потока углеродсодержащего сырья распылением воздуха, терморазложение сырья в реакционной зоне и выделение сажи из образовавшегося сажегазового продукта, отличающийся тем, что, с целью повышения однородности и выхода сажи, уменьшения в ней грита и снижения коксуемости реактора и форсунок, поток углеродсодержащего сырья перед введением в продукты горения подвергают двухстадийной кавитационной обработке до и после его подогрева. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кавитационную обработку на первой стадии до подогрева сырья и на второй стадии после подогрева сырья проводят при скорости потока сырья 30 45 и 20 30 м/с соответственно. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью интенсификации кавитационной обработки, в сырье перед первой и второй стадиями дополнительно вдувают воздух, нагретый до 300 500^oС, под давлением в количестве, не превышающем 30% от объема сырья. 4. Устройство для получения сажи, содержащее последовательно установленные печь подогрева сырья, трубопровод и форсунки для подачи сырья после печи подогрева с патрубками подачи воздуха для распыливания, камеру горения с патрубками подачи топлива и воздуха и реакционную камеру, отличающееся тем, что, с целью повышения однородности и выхода сажи, уменьшения в ней грита и снижения коксуемости реактора и форсунок, в трубопроводе установлены два сужения до и после печи подогрева, в которых размещены кавитирующие элементы, выполненные в виде пустотелого конуса до печи и пустотелой пирамиды после печи, расположенные вершиной навстречу потоку сырья, при этом сужение после печи подогрева снабжено кольцевым коллектором, соединенным с патрубком воздухоподогревателя через отверстия, которые полость коллектора соединяют с внутренней полостью сужения, а внутренняя полость конуса соединена с воздухоподогревателем через пустотелый вал.

РИСУНКИ

Рисунок 1