Установка для получения сажи

 

Изобретение относится к технологическому оборудованию для получения мелкодисперсного технического углерода - сажи, используемой в различных отраслях народного хозяйства. Изобретение направлено на снижение энергозатрат при эксплуатации. Установка для получения сажи содержит реактор со средствами для подачи в него закалочного агента, теплообменник для выходящих из реактора сажегазовых продуктов и средство для повышения их давления, соединенное со средством подачи закалочного агента, при этом установка снабжена каналом с теплообменником для отвода части сажегазовых продуктов с выхода зоны закалки реактора, канал соединен со средством для повышения давления сажегазовых продуктов, а средство для подачи закалочного агента выполнено в виде размещенных в сечении зоны закалки пустотелых обтекателей с отверстиями на боковых поверхностях. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технологическому оборудованию для получения мелкодисперсного технического углерода - сажи, используемой в различных отраслях народного хозяйства.

Известен реактор для получения сажи, содержащий камеру горения, реакционную камеру, средства для подачи закалочного агента в виде форсунок и устройство для вывода охлажденных сажегазовых продуктов (см. описание к патенту РФ N 2077544, C 09 C 1/48, 1997 /1/).

Недостатком известного устройства является то, что в качестве закалочного агента в нем используется вода, что приводит к значительным энергозатратам, потерям тепла и к повышенной коррозии оборудования.

Известен реактор для получения сажи, содержащий камеру горения, реакционную камеру с зоной закалки и средствами подачи закалочного агента в виде сопел, размещенных в стенках реактора. В качестве закалочного агента используется вода или охлажденные сажегазовые продукты реакции (см. описание к патенту США N 4339422, НКИ 423 - 456, 1982 /2/).

Недостатком известного устройства являются повышенные энергозатраты на реализацию процесса, что связано с неэффективной подачей закалочного агента в зону закалки, что приводит к ухудшению процесса смешения, увеличению времени закалки и тем самым к снижению количества и качества готового продукта.

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности и достигаемому результату является установка для получения сажи, известная из описания к патенту США N 4542007, НКИ 423 - 450, 1985 /3/.

Известная установка содержит реактор со средствами для подачи в него закалочного агента, в качестве которого используют охлажденные сажегазовые продукты, теплообменник для охлаждения выходящих из реактора сажегазовых продуктов и средство для повышения их давления, соединенное со средствами для подачи закалочного агента.

Недостатками известного устройства являются слабая эффективность процесса смешения и повышенные энергозатраты при его эксплуатации. Причиной является малоэффективный впрыск закалочного агента, что приводит к его значительному расходу, ухудшению качества продукции и требует повышенных энергозатрат на его транспортировку. Кроме того, охлажденные сажегазовые продукты, используемые для закалки, отбирают практически на выходе из установки (перед сепаратором), т. е. после прохождения ими всего тракта, что также влечет повышение знергозатрат.

Заявляемая в качестве изобретения установка для получения сажи направлена на снижение энергозатрат при ее эксплуатации.

Указанный результат достигается тем, что установка содержит реактор со средствами для подачи в него закалочного агента, теплообменник для охлаждения выходящих из реактора сажегазовых продуктов и средство для повышения их давления, соединенное со средством подачи закалочного агента, при этом установка снабжена каналом с теплообменником для отвода части сажегазовых продуктов с выхода зоны закалки реактора, канал соединен со средством для повышения давления сажегазовых продуктов, а средство для подачи закалочного агента выполнено в виде размещенных в сечении зоны закалки пустотелых обтекателей с отверстиями на боковых поверхностях.

Указанный результат достигается также тем, что в отверстиях обтекателей установлены сопла.

Отличительными признаками заявляемой установки являются: - снабжение установки каналом для отвода части сажегазовых продуктов из выхода зоны закалки для их использования в качестве закалочного агента после охлаждения в теплообменник; - соединение отводного канала со средствами повышения давления сажегазовых продуктов; - выполнение средства для подачи закалочного агента в виде размещенных в сечении зоны закалки пустотелых обтекателей с отверстиями в боковых поверхностях; - установка сопел в отверстиях обтекателей.

Снабжение установки каналом для отвода части сажегазовых продуктов из выхода зоны закалки для их использования в качестве закалочного агента после охлаждения в теплообменнике позволяет существенно сократить энергозатраты, так как отпадает необходимость в транспортировке по всему тракту установки той части сажегазовых продуктов, которая направляется на закалку, поскольку отобранная с помощью отводного канала часть продуктов сразу же после охлаждения направляется в зону закалки.

Непосредственное соединение отводного канала со средствами повышения давления сажегазовых продуктов также снижает энергозатраты, так как сокращает путь сажегазовых продуктов из выхода зоны закалки в зону закалки.

Выполнение средства для подачи закалочного агента в виде размещенных в сечении зоны закалки пустотелых обтекателей с отверстиями в боковых поверхностях позволяет равномерно распределить закалочный агент в охлаждаемом объеме продуктов реакции пиролиза, что повышает эффективность использования закалочного агента, сокращает его расход, а следовательно и энергозатраты на его транспортировку.

Для обеспечения эффективного теплообмена достаточно вводить закалочный агент - охлажденные сажегазовые продукты - через отверстия в боковых поверхностях обтекателей, однако, если в этих отверстиях установить сопла, то эффективность теплообмена повышается, что снижает энергозатраты в большей степени, чем при отсутствии сопел.

Сущность заявляемой установки поясняется примером реализации и чертежом, на котором схематично представлен продольный разрез зоны закалки реактора установки для получения сажи. Все остальные узлы и агрегаты, входящие в состав установки, на чертеже не показаны, поскольку известны из уровня техники и не относятся к сущности предложения.

В корпусе 1 реактора для получения сажи, а именно в сечении зоны закалки установлены полые обтекатели 2, соединенные между собой с помощью пустотелых установочных элементов 3, которые соединены с известными средствами повышения давления сажегазовых продуктов (вентилятор, компрессор и т.п.). Установочные элементы 3 таким образом выполняют две функции - обеспечивают закрепление обтекателей в зоне закалки и подачу в обтекатели закалочного агента от вентилятора или компрессора. Обтекатели выполняются в виде аэродинамических профилей из жаропрочных материалов, при этом их форма, размеры, поперечное сечение и расстояние между ними определяется расчетным путем, исходя из параметров потока продуктов реакции пиролиза, с тем чтобы минимизировать увеличение газодинамического сопротивления в зоне закалки и обеспечить эффективный теплообмен между продуктами реакции и закалочным агентом. На выходе из зоны закалки установлен (или установлены) один или несколько отводных каналов 4, которые снабжены теплообменником и соединены с вентилятором (компрессором и т.п.). Боковые поверхности обтекателей снабжены отверстиями, в которых могут быть установлены сопла, для подачи закалочного агента. На чертеже показано условно и обозначено позицией 5.

Установка работает следующим образом. В камеру горения реактора подают воздух (или кислород) и топливо, в качестве которого используют природный газ, мазут, солярку и т. п. Продукты сгорания топлива поступают в камеру смешения, в которую через форсунки попадают углеродсодержащее сырье, например, смесь тяжелого газойля с антраценовым маслом. Сырье сливается с потоком продуктов горения топлива и термически разлагается с образованием сажи. Полученная сажегазовая смесь перемещается по реактору 1 к зоне закалки, в поперечном сечении которой установлены обтекатели 2. Через отверстия (сопла) в боковых поверхностях обтекателей под давлением подается закалочный агент, в качестве которого используется охлажденная сажегазовая смесь. Закаленная в результате теплообмена между продуктами реакции пиролиза и закалочным агентом смесь выходит из зоны закалки и при выходе разделяется на две части. Одна часть известным путем по соответствующему тракту транспортируется на сепарацию, а вторая через отводной канал 4 проходит через теплообменник, где охлаждается, а затем с помощью средств повышения давления (вентилятор, компрессор) через пустотелые установочные элементы 3 подается в объемы пустотелых обтекателей 2 и распыляется через отверстия (сопла) в их боковых поверхностях, осуществляя закалку продуктов реакции пиролиза.

Формула изобретения

1. Установка для получения сажи, содержащая реактор со средствами для подачи в него закалочного агента, теплообменник для охлаждения выходящих из реактора сажегазовых продуктов и средство для повышения их давления, соединенное со средством подачи закалочного агента, отличающаяся тем, что установка снабжена каналом с теплообменником для отвода части сажегазовых продуктов с выхода зоны закалки реактора, канал соединен со средством для повышения давления сажегазовых продуктов, а средство для подачи закалочного агента выполнено в виде размещенных в сечении зоны закалки пустотелых обтекателей с отверстиями на боковых поверхностях.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в отверстиях обтекателей установлены сопла.

РИСУНКИ

Рисунок 1