Способ получения сажи

 

Июбретение относиi сч к технологии получения сажи печным способом, используемой в полимерных композициях, например в резине, и позволяет повысить удельную внешнюю поверхность и структурность сажи, уменьшить ее шероховатость и повисигь прочность резины при наполнении сажи. Углеводородное сырье термически разлагают в продуктах сгорания топлива с образованием сажегазовых продуктов при 1450-1300°С, расширяют поток последних и затем вводят в него при 800- 1400°С соединения щелочных металлов в количестве 25-95Z от общего их количества , остальную часть указанных соединений вводят в саже газовые продукты при их охлаждении водой при 200-750°С перед отделением сажи, причем общее количество вводимых соединении составляет 0,005-0,500% от массы сырья. Свойства сажи: удельная поверхность, м /г: геометрическая 98-100 адсорбционная (по фенолу) 112-1175 внешняя 106-117; абсорбционная (по азоту) 113-119, йодное число 110-117 мг/г, абсорбция днбутилфталага 108-111 мл/100 г сажи, рН водной суспензии 7,6-8,0, юльность 0,20-0,23%. Показатели резины: напряжение при 300%-но удлинении 148- 159 кгс/см2 прочность ггри разрыве 307-327 кгс/см2. 2 з.п. ф-чы, 1 ил., 1 табл. § (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (Si) S С 09 С 1/ ) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4165679/26 (22) 13.12.86 (46) 30 ° 01.91. Fr<>!f )(ч (71) Лрославское нлучно-пр<и(:3водственное с бъедине<(ие "Техуглерод" (72) В,А.Чувалдин, 11.!1,11е3(ников, В.А. Горбунов, В. Н. Блбюк, Т. Г. !)<3пьмисарян, В.В.Русин, С. В. Смирнов и В.Ф.Слзонов (53) 661 . 666. 4 (088. 8) (56) Латент Ф1 Г tt" 1225792, кл. С 09 С 1/50, 1966. (54) CHOCO" ЛО()УЧ!>Н!И (;АЛ!! (57) 11 !обретение относи1 ся к технс л»гии получения сажи печным способом, используемой в поп(смерн(!х композициях, например в резине, и позв >ляет повысить удельцук> внешнюю повес>хн Зсть и структурногть сажи, уменьшить ее шероховатость и поьч!с;(ть црочногть резины при на полнеlllflf сажи . угле водородное ftpf < Tf!раича ски разлагают в пролуктлх сг рлния топ3(ивл с обраИзобретен!и отнс>< (п я к ftp<>ffзво;(ст13 v у (лс (3< >!1111 (х "1 11 с! !» fс!.>(О(3 л имени,> к техн лоции»жки печным способом, ис !соль 3у< ..""1 >й (3 и >лим рных

КОМПОЗИЦ

Нл чертеж< и 1<ФР1:к< нл <.. .<. >1,1 рел.(изации <.ftoc ба пс t ."(< fill÷ .<ки li реактор il!è еl »< .уfl< тll f<. н<(н > нр 1дольный р (3p! .з.

1 едк гор;!.f>f fl .." н(<ч < зжи вк((ючлет устлнон .< 1«ll и. < »1 !(ос.!сцоваt < 3!ь н о к;!. -1 )>" r pi < < t ч . 1!11>мс т)>ом 1) ftf l1,„-,,, t f 11, 1 :f»,. «r ГанÄÄSUÄÄ 1623999 А 1

ЗОВЛНИЕМ СажЕГаЗ»ВЬ(Х ПРОЛУКтОВ ПРИ

1450-1300 С, раси!иряют поток последних и затем вводят в нег при 80014!)О Г соединения ще!so«fff fx металлов в количестве 25-957 от об(1(его их количества, остальнуи> часть указанных соединений вводят R < ажегазовые продукты при их охлажлении водой при

200 — 750 С перед отделенис м глжи, причем общее количегтво вводимых соединении составляет 0,0()5-0,5007 от массы сырья, Свойства с лжи: удельная поверхность, м /г: ге м< тричс гкля

98-100, адсорбци нная ((!с фс нолу)

112-117, внешняя 106-117; лбсорбционнля (по a3oTy) 113-119, йодное число 110-117 мг/г, лбсорс>ция либутилфталлта 108-111 мл/100 г с ажи, рН волн<3!1 суспензии 7,6-8,!), вольность

0,20-0,237., Локазлтели резины: напряжение при 3007.-но . удл(!нении 148159 кгсlсм, прочн ст! lfpff разрыве

307-327 кгсlсм . 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл. генцилльцыми горелками 2, сме сительное сопло 3 диаметром 2 >О мм и длиной 3300 мм. На расс.тон((и!! 200 мм от входного горца со!(ла уста. !овлены одна напротив друг<>й л> . радиальные форсунки для rl<3Jlft00 и

3000 мм от входног<> т р<: к л !с ры 4 реакции в ее боко(«и 1 ечк < f>f fffi3;tft<» ны каналы I, II, I I 11 «;1(!>! цо

1623999

10 чи в реактор материальных потоков.

Реактор сообщается с контуром подачи продуктов реакции последовательно в теплообменник-рекуператор 5 холоФ

5 дильник-ороситель 6, циклоны 7 для предварительного отделения сажи и pvкавные фильтры 8 для окончательного отделения сажи от газообразных продуктов.

Приме р 1. В камеру 1 горения через тангенциальные горелки 2 подают 200 м /ч природного газа и

2800 м /ч воздуха с давлением 0,5 кг/

/см2 и температурой 200 С. Температу-15 ра образовавшихся при их сгорании продуктов на входе в сопло 3 1520 С, о

С помощью сырьевых форсунок в сопло

3 впрыскивают 700 кт /ч углеводородного сырья при 250 С с индексом коро реляции 115, плотностью 1,036 г/см, вязкостью при 50 С 5,2 сСт, щелочо ностью 0,012 мг/л. Образовавшиеся в результате термического разложения сырья сажегаэовые продукты посту-25 пают в камеру 4, где их поток расши-.. ряется. В канал 1 камеры 4 подают водный раствор гидроокиси натрия с концентрацией 0,33 мас. Е в количестве 35 r/ã, что соответствует 0,12 кг/ч30 гидроокиси натрия или 0,0177 на исходное сырье (68X от общего количества гидроокиси натрия). Через канал

III в камеру 4 подают воду с помощью механической форсунки для предваги35 тельного охлаждения сажегазовых про-дуктов. Расход воды лимитируется заданной температурой 1100 С, измеряемой с помощью пирометра, установленного в канале III В канале IV установлена механическая форс нка, через которую в камеру 4 подается вода с гидроокисью натрия в количестве О, 057 кг/ч, что составляет 0,0087. на исходное сырье или 327. 45 от общего количества гидроокиси натрия. Общее количество соединения щелочного металла составляет 0,0257 от массы сырья. Количество воды на выходе иэ камеры 4 лимитируется заданной температурой 600 С. Далее сажегазовые продукты охлаждаются в теплообменнике-рекуператоре 5 и холодильнике-оросителе 6. После охлаждения сажу отделяют от газообразных продуктов в циклонах 7 и фильтрах 8, уплотняют в мешалке-уплотнителе, гранулируют мокрым способом, сушат в сушильном барабане и упаковывают.

Данные по свойствам сажи и получаемой из нее резины приведены в таблице (опыт 5).

Пример 2. Условия примера 1 (опыт 5) повторяют, но изменяют температуру предварительного охлаждения сажегазовых продуктов (опыты 6-10).

Пример 3. Условия опыта 5 повторяют, но при дополнительном введении гидроокиси натрия изменяют температуру сажегазовых продуктов (опыты 11-16).

Пример 4. Условия опыта 5 повторяют, но изменяют общее количество гидроокиси натрия (опыты 1722).

П р и "« p 5. Условия опыта 5 повторяют, но изменяют количество гидроокиси натрия, вводимое допол- нительно (опыты 23-28), Пример 6. Условия опыта 5 повторяют, »о применяют различные соединения щелочных металлов: гидроскись калия (КОН) — опыт 29, азотнокислый калий (КМО ) — опыт 30, углекислый калий (К CO ) — опыт 31, азоткокисл. .й натрий NaNO — опыт 32.

Пример 7 (известный). В камеру 1 гор ния через тангенциальные горелки 2 подают 200 м /ч природного газа и 2800 мз /ч воздуха с давлением 0,5 кг/см, температурой 200 С, Температура образовавшегося продукта горения 1520 С. С помощью сырьевых форсунок в сопло 3 впрыскивают

700 кг/ч углеводородного сырья при

250 С с индексом корреляции 115, о плотностью 1,036 г/см, вязкостью при о

50 С 5,2 сСт, щелочностью 0,0!2 мг/л.

В сажегазовые продукты через канал 0 подают гидроокись натрия в количестве 0,177 кг/ч, что соответствует

0,0257. от количества исходного сырья, поток расширяют, дают выдержку сажегазовым продуктом (путь сажегазовых продуктов после расширения 3000 мм до кана а 4), через канал IV с помощью механической форсунки охлаждают сажегазовые продукты водой до 600 С, далее продолжают охлаждение, фильтруют, уплотняют, гранулируют и сушат сажу по примеру 1 (опыт 1), Условия опыта повторяют, изменяя общее количество гидроокиси натрия (опыты 2-4).

Данные по выходу сажи и ее физико-химическим характеристикам приведены в таблице.

1623999

Опт«мальным коли«Р, тв « дополнительно вводимых соединений щелочных металлов в сажегазовые продукты при их охлаждении является 5-75% от общего количества соединений (опыты 5, 24-27). Введе:. ие дополн тельно ниже

5% от общего количест« а соеди«ений снижесажи и

Увещелочных металлов приводит к нию Kзчестве» ых пока «ателей резин на е 0с«; ве (О« „IT 23) . личение кг ничества дополнител введенного соелнне»;I;r »ыше 75 общего коли IecT»а I»rr«I«nrrT к

ЬНОГО

55 от получению сажи, не Отличающейся оТ известной (опыт 29).

Полученные образцы саж испытывают в качестве напол«итепя в стандартных резиновых смесях H

Каучук С1ЛС-30 APK 100

Сте арин 5

Окись цинка 5

Лльтакс 2 10

Сера 2 ажа 50

Смесь вупканнзуют в 2-ми.члпметроВых пл<астииках и ОпрР jrpërrþò услов ное напряжение при 300%-«Ом удлине— нии, услов«ую про:ность — при разрыве.

Данные по свс«йствам получас«ых ре зин приведены в таблице.

Как следует из данных таблицы, I«II 20 тимальным общим к«лтгте ств Ом H""îrr «мого соединения щелочного металла составляет 0,005-0,50% к количеству исхсдного сырья, (опыть, 5, 18, 19, 20 и 21) .

Применение соединени» щел О чн о го ме- 25 талла в количествах ниже Î,005% приводит к пол учени«сажи, ирак тиче ски не отличающейся от сажи, получен»с и по известному способу (опыт 1 7, 1-4)

Увеличение общего количества сое инения щелочного металла v.:.Irrrp 0,500% приводит к увеличению р11 сажевой суспензии, зольности, па;ению показателей резин (опыт 22). Данные рентгеноструктурного анализа сажи покаII

35 зывают резкое увели«в«ие области когерентного рассеивания, т.е. уменьшение упорядоченности микроструктур»«сажевой частицы -II Определенного количест«зенног О r".,«årråëà ще- 40 лочного металла (в данном случае количество гидроокиси натрия равно

0,5%) °

Оптимальной температурой прецварительного охлаждения саже газ оных проЛукTQB после введения соединений щелочных металлов является 600-1400 С (опыты 5, 7-9).

Для данного интервала температур характерно наличие экстремальн. го значения эндотермической реакции взаимодействия сажи.с соединениями щелочных металлов ° Добавление в это в р ем я в саже газовые продукты соединений щелочных мегаллов приводит к их диЖ«у.зии на поверхность сажи и прева лированию эндотермических реакций.

При температур,.х выше 1400 С сажа по о ст«ойствам Il « отличается от известНп;I (о«п т 6) . Уменьшение температуры о ниже 800 С также не улучшает свойства сажи (Ог, т 10) .

Из опыгных данных, приведенных в таблице, также следует, что дополнительное гведение соединений щелочных металлов при дальнейшем охлаждении с аже газ О«зых продуктов также приводит к поттожительному ре зультату (опыты 12-15). Для данного интервала темпР ратур характер«О протек ание экзотермической реакции взаимодействия сажт« с соединениями щелочных металлов. При темпс ратура. ниже 200 и выше 750" С экзотермической ре акции coerIr

16) .

Влияние других со .дине«ни щелоч«ых металлов на свойства и выход сажи аналогично влиянию гидроокиси натрия (опыты 29-32), Таким образом, предлагаемый способ получения сажи позволяет снизить величину шероховатости сажи, сделать ее более гладкой, повысить внешнюю и понизить адсорбционную поверхность, повысит«структурность сажи, а также ее усигзи«занп.rrle свойства на 12-15% по прочности и на 1012% — по «1одул:о, ФОрмулаиз обретения

1 . СЛОсОб пОлучР«ия сажи > включающий сжигание топлива с воздухом, подачу углеводородного сырья в продукты горения топлива, термическое разложение углеводородного сырья с образованием сажегазовых продукт ов с о . температурой 1450-1800 С, введение

1623999 в сажегазовые продукты соединений щелочных металлов, расширение потока сажегазовых продуктов с последующим охлаждением и отделением из них сажи, 5 о т л и ч а ю щ и й, с я тем, что, с целью повышения удельной внешней поверхности и структурности сажи, уменьшения ее шероховатости и повышения прочности резины при наполнении1р сажей, соединения щелочных металлов вводят в поток сажегазовых продуктов после его расширения при 800 †14 С

У а перед отделением сажи в сажегазовые продукты при их охлаждении при 15

200-750 С дополнительно вводят соединения щелочных металлов в количестве 5-757. от общего количества вводимых соединений щелочных металлов.

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что общее количество соединений металлов составляет 0 005-0,5002 от массы сырья, 3. Способ по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что соединения щелочных металлов вводят в cameraзовые продукты при охлаждении их водой.

Юл

«Ю еС л ес

8

1 I с ъ Ф

«ф сч «

an л ср

cn o

С4 сс

I 1

М!

CaI о

«

СО CO

Ф

СО «

О

Cl л

Ес 41

«

4 Ъ

ССС

Ю

СЧ о

° 441

It р с

8 ю

СЧ

СЧ

I С о

Э!

СЧ

Ю

СО ссЪ сс «

an о о о сс

С °

01

С 4

Ю о

СЧ ССС с с

an о о

С 4

In

С 4 о о

О

«н

СО

Ф ь

Ю о

СО

СР О оа о ср л тО

In

СЧ

Ю о о сч сс со

«t

Ю

Ю

ССI

СЧ о о

CtI aO л

o -D

СЧ л

СО an

Ф сс

СЧ

С (О

0(Са! с! о ос

° ф « л л р со л

Ifa

С4

CI о

Ю О

СЧ мъ

D мс

СЧ с С

44 О an

Ос Ф OI

7 ссс

-4 Ю

«

an

СЧ о о

С ° Oa

-4

° СС о

СЧ

СЪ

О ССС Л

-о ос л

СО

«мс оа

СЧ ео

1 I

I I 1

Cl лО

О со

-Ф

an

CI

1 1

I 1 1 о—

«л

СО

СЧ Л СР о -Ф ос

Cl о

1 1

0(СЧ

Cl о

1 1

1 л сс

СО л ср

СО

&«1

СЪ

О 1 о ф

O 4!—

С сс

1 о к

4Н

Х и

Х е ы хн о о и Х

4I У в о а вы

ji о Фо! с р

Ct э х

О*в э о а в с1 4

Э CII.

Хое

T l4

4СО о и и во ч в v

Вы оо о

ыо х

ы сС ы

)g ) сс

Мс ОО евыЫС о о

4 Х О(О 4 Ф а а 414 а

O R с в сс

Оээ «СО

v! Х

Х !С Х н о о ы о ! 3

Х4РО и В 4 о айса с! м о р о

4 Î °

4 0 с 1 е и

4!С Хе х оо авох ввэр

ХСО44

1623999 о о

Ц ь он е о Р

1 ". в с о

«в ых э Cl

Х Х Э Х а о вы

4 1 ВО О

Х С ХЮ а

1 в с

ы он

41 4 о иыо в о

6 В:( йой

Ь о

4I tC вовы

fvh

Х

Э Х Р

ОСОО в о и ы о и

В 0

Х Х оооо

ы о х ы! я о а 4 аХ и

И Cl

ы ы и н е

Х а ! и о

3 а а э

В

v o о с

4 Ig

4 4

С Х

ы а. ° о с с. а eCl C1 н н х л

Ю an t4 сн Яо

I о

Ы 4 4 Э

0 Z х -о в х х о о о ай 4%

1-О э Во .5) в асх аа ойаховиооа

С! Р ХО ЭХХО

12

1623999

ФОСЧ о

Ф О о е

Ф сгг в в еч

Ol a ло

D о сг\ чг Ф CV

О! ло о сч ю

С 4

tf о о

Д сч

О Ф с 4 о о гес сч

D 1 о

СЧ гъ ь о вч о г О

Щ t т О. г ъ

ill

С4 о о о о о о ь еч во гъ

СЧ

Ф о о о о о

О о сО г Ъ ь а сч

-ID о о чЪ еч ь

Ф

CI гЪ еч

СЕЪ л с

ЧГ Дъ ес

0 ль г Ъ

СЧ ICI сч а

СЧ о о о

° IÚ е Ъ г лсЧ 7с г О гс 44 ггЪ

С 4

° /Ú с 4 о

D о со о еч ь в меч о

-ло л еч чъ еч г ъ ггЪ сч

Cl с ° са.ч

° O

-г о

СЧ г Ъ сО

Л сгЪ г 4

CI о о о

О о о еч ° еч

-лС чЪ сч с \ ь

D чЪ сгЪ

СЧ

O IO е4

Ф лО

Ф

С °

С1

Я IC\

D о сч

ОФСЧ

«ло о о о о сч

1 1 1 ь сч оь ч

ОЪ ао Ю е

С4

8 ь « о

1 1 еч

ЕЬ 4

Оъ аь

Ь 1

ИВ И чЪ I44

Ц

С.

1 ° 44

44 г4 К 44 ю в еч ф а г О

ОК °

4 4l

О а с 4

Ol в г О

К

11 И ьм и о

° - гч

g х" 3

53) Ь а в Ф

3 л

1

Ц

I ь и

44

З 44

z и

Р 3 о -!

)11 о) .

О Щ я ) Ф

1 1 1 ок ц1

44 O 44

4. 4г 11! 4

)623999 сг! гч

Ю о о а

«4 ° о

Da aD ГЧ о ло ом

ГЧ ° и с !

О 4О ГЧ л о оо с 1 ° и

Ю л-л сч а» ло о о г а

О «г

\ и яmN — -Ю о г»

М оо

° l» о и о г» m сч

Эс г о сч м и о

Ол оо о!

С 4

Ю .4

° о о ° и о о m сч

-ло т г о— о о и сч с г

Ю хг

Ю

Г и

ГЧ

N лО и м о с 1 хс

Q CD

»о

М\ с« о со v ло

О о о

О С 4 и

Ю ф

° Ю

r4 и

Da СЧ

° о

Da г» оo e л

Сг г гс

01 ° ° со о

N cn оо

Ю г 4>

Г 4 и—

a J О с и

Г 4 о и о Ю

Т .4

Ю Гч г- о и и сч

t л

CD с 1

« со о г «г о сч г»

N г о о

С 4 с 1 г4 О и ъ и

Ю о сч

CD ГЧ о сч

N о л о

Г 1

-- л

ОON — co o сО с"1 о сч

С 4 с г

О Г4 и и и

4!

° 4 о

Ю а

С4

4! а к с4 к и о и

4г

«г й. а и й и о ког

v u о и к и о а 4I о Ф еиооао йсОЛ«ОЭФ к э э с! и ь

4й» йа фво сч! х о

Ф Гс о к«

Фйа еаай е 44 v

1!: м о и

Д Э

jan( о о о

Ойх! I к о со

Я Ф ф а Илп а эн э о -г

ГГ и О,Ои и °

О и 4 Н гг Ф а н

v о и к а а 4I ! W и о о а

C4 «

Ф Э о и к а о ц а э

4I kf

Н Ьъ и

Ф

CC и а

4I

"о

C Э с

Г оег С! л г о о-З NO

m m u

4! и ь е

C ю и оккоw и и йл я е о 5 гч и й

Э Э и 5,3 (u!

625999

7оплцЮо (. стяни гель Л.Рг>мандева

1 1» Jl 11. 11>>) .ill .

КОррек ТОр Л д

Редакт>>р . 1.!1 трона

Зак «.. 16Д Тира, Л»диисное

ВН11И»И Гi> ., ; "»е>и> к к мит.та и» и зг>бретениям и откритиям дри ГКНТ C<:СР

I 1 >>> i>, 11 с>на, >> -?5, Раушская наб., д. 4/ >

Лр и >н< д i i . > ">.; ) > i > » . > «н i. Ичтенг, л. Ужг p:(, .>л, Гагарин», 1() i

» 11