Способ получения сажи

 

Изобретение относится к производству сажи, применяемой в качестве наполнителя резиновых смесей. Цель - повышение выхода сажи, снижение гритообразования и коксуемости реактора и форсунок подачи сырья. Изобретение представляет собой способ получения сажи, включающий подачу в зону горения закрученного потока воздуха с образованием закрученного потока продуктов горения, подачу распыленного воздухом сырья в поток продуктов горения, кавитационную обработку (КО) композиционного углеродсодержащего сырья с суммарным содержанием асфальтенов и смол менее 10%, на стадии КО которых после подогрева перед подачей в поток продуктов сгорания в них вводят остальные компоненты сырья с суммарным содержанием асфальтенов и смол более 10%, предварительно подвергнутые КО отдельно от первой части компонентов сырья, терморазложение сырья с образованием сажегазовых продуктов и выделение из них сажи. Выход сажи 46-47%, коксуемость реактора 1,6-2,8%, гритообразование 0,001-0,0003%, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к производству сажи, применяемой в качестве наполнителя резиновых смесей для шин и других резинотехнических изделий. Целью изобретения является повышение выхода сажи, снижение гритообразования и коксуемости реактора и форсунок подачи сырья. Различные компоненты сырьевых композиций для сажи по-разному изменяют свои физико-химические свойства в процессе нагрева и при транспортировании в нагретом состоянии до реактора. На основании этого разделен процесс подогрева компонентов сырья и дифференцированно проводится кавитационная обработка (КО) и смешение компонентов. Компоненты сырья, наиболее склонные к коксообразованию при высокотемпературном нагреве, не подвергаются нагреву и их смешение с остальными компонентами сырья производится непосредственно перед подачей в реакционную зону. Так, коксохимическое сырье и термогазойль вследствие низкой склонности к ассоциированию высокомолекулярных соединений относительно незначительно снижают коксовое число, а пиролизная смола при КО значительно снижает коксовое число. В табл. 1 представлен химический состав и показатели компонентов сырья, используемого в предлагаемом способе. На чертеже изображен реактор для осуществления предлагаемого способа. Реактор для осуществления способ а включает камеру горения 1 с патрубком 2 для подачи сырья, подключенного к форсунке 3, и патрубком 4 для подачи распыливающего воздуха, патрубки 5 и 6 соответственно подачи топлива и воздуха на горение в реакционную камеру 7, печку 8 подогрева сырья, после которой установлено сужение 9, в котором расположен кавитирующий элемент 10. Сужение 9 снабжено отверстиями 11, объединенными кольцевым коллектором 12, соединенным патрубком 13 с воздухонагревателем 14. До печки 8 установлено дополнительное кавитирующее тело (кавитатор) 15, выполненное в виде пустотелого конуса, вершиной направленного навстречу потоку и закрепленного на пустотелом валу 16, внутренняя полость которого соединена с воздухонагревателем 14. Кавитатор 15 установлен в сужении 17 в трубопроводе 18. Кавитирующий элемент 10, закрепленный на валу 19 и стяжках 20 к корпусу 21, выполнен в виде пирамиды. Выход сужения 9 соединен с выходом сужения 22, в котором расположен кавитирующий элемент 23, закрепленный на валу 24 и стяжками 25 к корпусу 26. Кавитирующий элемент 23 выполнен в виде пирамиды. Сужение 22 снабжено отверстиями 27, объединенными кольцевым коллектором 28, соединенным патрубком 29 с воздухонагревателем 14. В сужение 17 подается часть сырья смесь 30% -ного коксохимического сырья и 30%-ного термогазойля в количестве 390 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 15 образуются каверны. Воздух, попадая через пустотелый вал 16 и кавитатор 15 в зону образования каверны, облегчает наступление кавитации, являясь центрами образования каверн. Образующуюся смесь направляют в печку 8, где сырье подогревают и направляют в сужение 9, где при обтекании кавитирующего элемента 10 образуются каверны. Воздух, попадая через отверстия 11, попадает в сужение 9, и обеспечивает наступление кавитации. Сырье после сужения 9 попадает в патрубок 2 подачи сырья, подключенного к форсунке 3 реактора. Оставшуюся часть сырья смесь пиролизных смол в количестве 260 кг/ч одновременно с потоком сырья из печки 8 подают в сужение 9, где происходит окончательное приготовление смеси. При этом максимально сокращается время транспортировки смеси от сужения 9 от патрубка 2. Наилучшие результаты достигаются при подаче смеси пиролизных смол в сужение 22 в количестве 260 кг/ч при 40-50^oC. Двигаясь со скоростью 5-12 м/с, поток жидкости в сужении 22 повышает скорость до 15-30 м/с и за кавитатором 23 образуются каверны. Воздух, попадая через отверстия 27, попадает в зону образования каверн, облегчает наступление кавитации. Поток жидкости из сужения 22 направляют на вход сужения 9. Подвергаясь кавитационной обработке, сырье повышает свою однородность, снижает коксовое число, повышает индекс корреляции, повышает свою коллоидную стабильность. Однородная сырьевая смесь попадает в печку, где подогревается до 350^oC, при этом происходит полимеризация ароматических углеводородов и резко растет коксовое число, что в дальнейшем приводит к возрастанию грита в саже и снижению качества резинотехнических изделий. После печки сырье попадает в сужение 9, где скорость его возрастает и за кавитирующим элементом 10 образуются каверны; после прохождения элемента 10 каверны схлопываются с образованием кумулятивных микроструй со скоростью порядка 10⁵ м/с и ударными давлениями до 10⁴ атм, оказывающих размалывающее и активизирующее воздействие на компоненты сырья. Кавитационное воздействие диспергирует агломераты асфальтенов, являющихся источниками гритообразования коксования форсунок и реактора, содержащихся в сырье, позволяет довести размеры асфальтенов до размеров зародышей частиц техуглерода, что в свою очередь позволяет стабилизировать технологию процесса получения технического углерода и исключить образование грита и кокса в реакторе, повысив однородность и выход технического углерода. Кавитационная обработка значительно ускоряет физико-химические массообменные процессы за счет образования дополнительных микровихрей большой интенсивности, появление в смеси валентно-ненасыщенных атомов и радикалов, обладающих большой реакционной способностью. 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, и попадает в камеру 1, где она разлагается с образованием сажегазовых продуктов, которые затем подвергают закалке, охлаждению с последующим выделением сажи. Пример 1. Сырьевую смесь из коксохимии и термогазойля с расходом 12 т/ч пропускают через кавитационный аппарат, установленный перед печью, работающий в суперкавитационном режиме с числом кавитации κ 0,065, в каверну вдувается воздух 6 нм³/ч, а затем смесь подается в печь высокотемпературного нагрева, после чего смешивается с расходом 8 т/ч, подвергается повторной кавитационной обработке в суперкавитационном режиме при числах кавитации k 0,065 и направляется в реактор с расходом 650 кг/ч в каждый. Распыленное в реакторе сырье разлагается в турбулентном потоке продуктов сгорания топлива до образования сажи и частично газифицируется. Сажегазовая смесь удаляется из реактора в отделение улавливания. Результаты испытаний приведены в табл. 2. Примеры 2-4. Схема получения технического углерода и состав сырьевой смеси такие же, как в примере 1, но изменяется количество вдуваемого воздуха в кавитационные аппараты. Кавитационную обработку до подогрева в печи и поторную кавитационную обработку проводят при числах кавитации 0,052 и 0,045 соответственно. Результаты испытаний приведены в табл. 2. Пример 5 (по прототипу). Сырьевую смесь с расходом 20 т/ч пропускают через кавитационный аппарат, установленный перед нагревательной печью, работающий в суперкавитирующем режиме с числом кавитации k 0,065, в каверну вдувается воздух 6 нм³/ч, затем сырье подается в печь высокотемпературного нагрева, после чего направляется в реактор с расходом 650 кг/ч каждый, перед распылом сырья через форсунку в реактор оно подвергается повторной кавитационной обработке в суперкавитирующем режиме при числе кавитации k 0,065. Распыленное сырье разлагается в турбулентном потоке продуктов сгорания топлива до образования технического углерода и частично газифицируется. Сажегазовая смесь удаляется из реактора в отделение улавливания. Результаты испытания приведены в табл.2. Пример 6. Схема получения технического углерода и состав сырьевой смеси такие же, как в примере 1, но пиролизные смолы подвергаются индивидуальной кавитационной обработке при числах кавитации k 0,065. Примеры 7-9. Схема получения технического углерода и состав сырьевой смеси такие же, как в примере 6, но изменяется количество вдуваемого воздуха в кавитационные аппараты. Кавитационную обработку до печи, индивидуальную кавитационную обработку и повторную кавитационную обработку проводят при числах кавитации 0,052; 0,045 и 0,025 соответственно. Экспериментальные данные показывают, что изобретение позволяет на более тяжелых фракциях сырья получать высокодисперсные марки сажи с минимальным содержанием грита, при этом снижается закоксовываемость реактора и повышается выход сажи.

Формула изобретения

Способ получения сажи, включающий подачу в зону горения закрученного потока газообразного топлива и закрученного потока воздуха с образованием закрученного потока продуктов горения, кавитационную обработку композиционного углеродсодержащего сырья до и после его подогрева, последующую подачу распыленного воздухом сырья в поток продуктов горения, терморазложение сырья с образованием сажегазовых продуктов и выделение из них сажи, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода сажи, снижения гритопреобразования и коксуемости реактора и форсунок подачи сырья, кавитационной обработке до и после подогрева подвергают компоненты сырья с суммарным содержанием асфальтенов и смол менее 10% на стадии кавитационной обработки которых после подогрева перед подачей в поток продуктов сгорания в них вводят остальные компоненты сырья с суммарным содержанием асфальтенов и смол более 10% предварительно подвергнутые кавитационной обработке отдельно от первой названной части компонентов сырья.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3