Реактор для производства сажи

 

1. РЕАКТОР ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА САЖИ, содержащий последовательно установленные и соединенные.вертикальную реакционную камеру со средством для подачи сырья, установленным аксиально , и каналами для подачи воздуха с радиальными входными частями, выполненньлми в стенках цилиндрической части камеры в горизонтальной плоскости, и горизонтальную цилиндри ческую камеру со средствами для закалки сажегазовых продуктов, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода малоактивной сажи , выходная часть каналов для подачи воздуха выполнена под углом 40-5(7 к оси входной радиальной части кана-ЛОВ . 2.Реактор по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что диаметр горизонтальной камеры составляет 0,4-0,6 диаметра цилиндрической части реакционной камеры. 3.Реактор по пп. 1 и 2, о т л и- g чающийся тем, что в реакцион- (Л ной камере дополнительно выполнены воздуганые каналы в горизонтальной плоскости на расстоянии 0,3-0,5 диаметра цилиндрической части реакционной камеры от плоскости основного ряда воздушных каналов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) С 09 С 1 50

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTGPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3336624/23-26 (22) 09.09. 81 (46) 23.06.83. Бюл. 9 23 (72) М.Н.Баламут, И.М.Кумротов, У.У.Цогоев, А.К.Чарин, В.Ф.Скровикин, Н.К.Кореняк, Г.В.Бабич, В.Ф.Антоненко и А.М.Захаров (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт технического углерода (53) 661.666.4(088 8) (56) 1. Патент США М 3701827, кл. С 09 С 1/50 (423-456) 1972.

2. Патент CIUA 9 3832450 кл. С 01 B 31/02(423-450) 1924 (прототип) . (54)(57) 1, РЕАКТОР ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА

САЖИ, аодержаший последовательно установленные и соединенные вертикальную реакционную камеру со средством для подачи сырья, установленным аксиально, и каналами для подачи воздуха с радиальными входными частями, „,SU„, 1024485 А выполненными в стенках цилиндрической части камеры в горизонтальной плоскости, и горизонтальную цилиндрическую камеру со средствами для закалки сажегазовых продуктов, о тл и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения выхода малоактивной са- жи, выходная часть каналов для подачи воздуха выполнена под углом 40-5У к оси входной радиальной части кана.лов.

2. Реактор по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что диаметр горизонтальной камеры составляет 0,4-0,6 диаметра цилиндрической части реакционной камеры.

3. Реактор по пл. 1 и 2, о т л и- ® ч, а ю ш и и с я тем, что в реакцион ной камере дополнительно выполнены воздушные каналы в горизонтальной плоскости на расстоянии 0,3-0,5 диаметра цилиндрической части реакционной камеры от плоскости основного Я ряда воздушных каналов.

1024485

Изобретение относится к реакторам для получения сажи путем термического разложения жидких углеводородов и может быть использовано для получения печных малоактивных саж с большим размером частиц, применяемых в качестве усиливающего наполнителя при изготовлении шин и реэино-технических иэделий.

Известен реактор для получения низкодисперсной сажи, содержащий последовательно установленные и сое- 10 . диненные вертикальную реакционй лЬ камеру с аксиальной форсункой для подачи сырья, дополнительным рядом сырьевых, форсунок под углом 35 относительно оси реактора, установленных в конусной части реакционной камеры, и тангенциальными горелками для,подачи продуктов горения, установленйыми в несколько рядов на равном расстоянии друг от дру а, равном 0,61 диаметра цилиндрической части реакционной камеры, и горизонтальную камеру с диаметром, равным 0,36 диаметра цилиндрической части реакционной камеры, средства для закалки сажегаэовых продуктов, установленнные в нижней части вертикальной камеры(1) .

Недостатком данного реактора является. большое количество отверстий для ввода продукта горения топлива, ослабляющее вертикальную часть футеровки реактора, поскольку отверстия для пропуска продуктов горения с высокой температурой должны иметь большие размеры. Тангенциальный ввод продуктов горения тодлива не обеспечит требуемой турбулиэации аксй-: ального потока углеводородов, Получа. емая сажа имеет повышенное содержание неразложившихся углеводородов на по-, верхности частичек. для устранения 4О этого потребуется увеличить габариты реактора. Конусная часть футеровки реактора неустойчива и ослаблена отверстиями для установки форсунок,что ослабляет футеровку в целом, сокра- 45 .щая срок ее слух:бы, снижает производительность реактора, Наиболее близким техническим решением к изобретению является реактор о для производства сажи, содержащий по» следовательно установленные и соеди- ненные вертикальную реакционную камеру со средством для подачи сырья, установленным аксиально и,радиальными каналами для подачи воздуха, выполненными в стенках цилиндрической части камеры в горизонтальной плоскости, и горизонтальную цилиндрическую камеру со средствами для закалки сажегазовых продуктов Р 2 . 60

Недостатком известной конструкции является целенаправленное получение электропроводных саж с шероховатой поверхностью и высокой дисперсностью и недостаточно высоким выходом (око- 65 ло 403 от исходного сырья). Подача воздуха к основанию сырьевого факела .создает условия для сгорания части сырья непосредственно при выходе распыленного сырья из форсунки. Причем к основанию факела подводится более

63% воздуха от общего количества °

Это значит, что все сырье не только подогревается до высокой температуры, но и частично пиролизуется с выделением высокодисперсной сажи.

Реактор не позволяет получать другие типы саж с более высоким выходом„ Кроме того, подача воздуха снизу через кольцеобразное отверстие не может обеспечить качественного распыления сырья. По этой причине крупные капли era сепарируются и выпадают иэ общего потока на стенки реактора, закоксовывая его. Подвод воздуха и сырья через нижнюю торцевую стенку реактора затрудняет выжиг кокса, и на эту операцию потребуется допопнительно большое количество сырья, что еще более снижает выход и технико-экономические показатели процесса в целом.

Целью изобретения является повышение выхода малоактивной сажи.

Поставленная цель достигается тем, что реактор содержит последовательно установленные и соединенные вертикальную реакционную камеру со средством для подачи сырья, установленнным аксиально, и каналами для подачи воздуха с радиальными входными и выходными частями под углом 40-504 к оси радиальной части каналов„ выполненными в стенках цилиндрической части каме-. ры в горизонтальной плоскости и ГО ризонтальную цилиндрическую камеру со средствами для закалки сажегазовых продуктов, выходная часть каналов для подачи воздуха выполнена под углом 40-50 к оси входной части каналов.

Кроме того, дополнительно диаметр горизонтальной камеры составляет

0,4-0,6 диаметра цилиндрической части реакционной камеры.

При этом в реакционной камере дополнительно выполнены воздушные каналы в горизонтальной плоскости на расстоянии 0,3-0,5 диаметра цилиндрической части реакционной камеры от плоскости основного ряда воздушных каналов.

Дпя создания требуемой турбулиэации потока в реакционной зоне с целью повышения выхода малоактивной (низкодисперсной) сажи предложено осуществлять ввод воздуха по каналам, выходная часть которых выполнена под углом 40-50 к оси радиальной входной части канала.

Ввод воздуха в реакционную камеру под углом менее 4У приводит к тому, 1024485 что не достигается требуемая турбулизация потока жидких углеводородов.

В реакторе большого диаметра в этом случае вращательное движение по форме близко к циклонным потокам.Такое вращательное движение в реакцион- 5 ной зоне реактора захватывает только периферийные аксиальные потоки сырья.

В этом случае получаемая сажа имеет высокую оптическую плотность, снижается выход ее от исходного сырья,!0

Выполнение выходной части канала под углом более 50 к оси радиальной части канала приводит к разрушению потока жидких углеводородов: нарушается турбулентное вращение потока, )5 резко повышается температура в локальной зоне реактора за счет интенсивного. смешения перпедикулярно направленных друг к другу потоков воздуха и сырья ° При этом происходит резкое повышение дисперсности сажи и снижение выхода.

Наиболее эффективен ввод воздуха в реактор под углом 45 к диаметру реакционной камеры с целью возбуждения вращательного движения ядра факела распыляемых жидких углеводородов, причем подача воздуха должна производиться не у корня факела жидких углеводородов, а на расстоянии не менее

0,4-0,7 диаметра реакционной зоны (Й4 ), что обеспечивает равномерное распределение температур в верхней части реакционной камеры реактора.

Это обусловливается тем, что вертикальная реакционная камера преднаэна-З5 чена для подогрева и испарения сырья, для пиролиза углеводородов и роста сажевых.частиц. !

Для получения более высоких выход -4() дов сажи от исходного сырья э а счет более полного пиролиза углеводородов в реакционной части реактора необходимо дальнейшее равномерное распределение поля температур по всему 45 обьекту, во всей вертикальной части реакционного пространства реактора. Эти условия достигаются тем, что предусмотрен дополнительный ввод воздуха в реакционную зону на расстоянии 0,3-0,5 и от первого ряда (пояса) под углом 45 к оси радиальной части воздушных каналов. Такое конструктивное решение обеспечивает образование сажи в верхней .реакционной части реактора в зоне .первого пояса ввода воздуха и одновременно нахождения там неразложившихся углеводородов, при контакте которых с частичками сажи происходит рост последних за счет термокаталитических процессов.

Дополнительный ввод воздуха повышает температуру среды эа счет сгорания ча"ти углеводородов, ускоряет термокаталитические процессы, обеспечивая рост сажевых частиц и полноту разложения углеводородов, повышая выход ниэкодисперсной сажи.

Второй ряд дополнительных каналов для ввода воздуха расположен на расстоянии 0,3-0,5 d (диаметра цилиндрической части реакционной камеры) от основного пояса. Перемещение его

/ на расстояние менее 0 3 диаметра (Й„) приводит к резкому повышению температуры в этой зоне, интенсивному процессу.сажеобразования, эона роста сажевых частиц сократится, сажа имеет высокую удельную поверхность °

Смещение точки ввода на расстояние более 0,5 диаметра (d ) реакционной камеры вниз по потоку газов приводит к получению сажи с повышен- ной оптической плотностью, закоксовыванию реактора, понижению выхода.

Сужение диаметра реакционного канала (d> ) до размеров 0,3-0,5 d< в нижней вертикальной части реактора обусловлено требованием технологии производства для усиления трубулизации потока газов с целью ускорения завершающей стадии термокаталитического пиролиза.

Отсутствие этого сужения привОдит к получению сажи с повышенной оптивеской плотностью и частичной потетере сырья за счет неполного разложения углеводородов.

Горизонтальная камера реактора предназначена для выдержки сажи при 1100-1200 С с цельЮ термического разложения углеводородов, оставшихся на поверхности сажевых частиц.

В горизонтальной камере реактора производится закалка сажегазовой смеси путем впрыскивания воды в мелкораспыленном состоянии через водяные форсунки механического действия.

Эти форсунки устанавливаются перед скруббером в отверстия, СДелаНныЕ в футеровке реактора.

Диаметр горизонтальной камеры (ЙЗ) реактора должен быть не менее

0,4 диаметра (й„) реакционной камеры (в зоне ввода воздуха). Уменьшение диаметра горизонтальной камеры реактора менее 0,4 d приводит к значительному повышению сопротивления, требует применения дутьевых средств с высоким давлением, что снижает технико-экономическую эффективность. Увеличение диаметра го риэонтальной камеры реактора более

0,6 d< (диаметра реакционной камеры) приводит к снижению скоростей,выпаданию сажи на горизонтальном участке, реактора, эабиванию его и снижению выхода сажи.

На фиг. 1 показан реактор, разрезу на фиг. 2 — разрез A-A на фиг. 1.

1024485

Реактор содержит металлический корпус 1 с огнеупорной футеровкой 2, крышку 3 реактора, которая охг:аждается воздухом, сбрасываемым в реактор, вертикальную реакционную камеру

4, соединенную с горизонтальной камерой 5. Коллектор воздуха низкого давления (не показан) опоясывает реактор первым и вторым рядами трубопроводов, подводящих воздух, который подается в каналы, выполненные в (() футеровке реакторов и состоящие из входной радиальной части б и выходной части 7, выполненной под углом

40-50 к оси радиальной части б као нала (фиг. 2). На крышке реактора 3 по оси установлена сырьевая форсунка 8 в трубе 9. Для разогрева реактора установлена топка 10. Закалка процесса производится водой через водяную форсунку ll, 2О

Реактор работает следующим образом.

Через сырьевую аксиальную форсунку 8 под давлением 20-25 Лти подают подогретые (до 230-250 C) жидкие углеводороды в верхнкно цилиндрическую часть реакционной камеры 4,где ,Эа счет высокой температуры (ю1000 С) создаваемой топкой 10, мелкораспылен" ное сырье испаряется, частично полимеризуется и подвергается термическому разложению. Затем поток смешивается с потоками воздуха, поступающими в воздушные каналы через радиальную часть 6 и выходную часть 7 под углом 40-45 к оси радиальной части. о

Б этой зоне реакционной камеры про,. исходит сгорание части углеводородного сырья и высокотемпературный пи- . ролиз и рост сажевых часничек.

Параметры ведения процесса известным способом

Показатели .процесса

Смещение каналов для ввода воздуха в предлагаемом реакторе на расстояние

3500

Расход воздуха

acего м /ч

8700

1680 воздуха радиально:

1 поя;., м /ч 616

Расход сырья (термогазойль) кг/r 513 в том числе: воздуха на распыливание сырья, м /ч 1064

Через дополнительные воздушные каналы, расположенные в одной горизонтальной плоскости, расположенные на расстоянии, равном 0,4-0,6 диаметра цилиндрической части реакционной камеры (d ), от плоскости основного ряда (пояса) воздушных каналов вводится воздух. В этой зоне происходит сгорание части углеводородов для поддержания температуры 1200-1280 С, обесПечнвающей требуемую скорость и глубину пиролиза неразложившейся части углеводородного сырья, Затем поток газов и сажи поступает в сужение вертикальной камеры 4 с диаметром (й ), равным 0,3-0,5 с1,, где эа счет сужающего перехода футеровки происходит турбулизация потока,смешение параллельных потоков, улуч-: шающее контакт сажевых частиц с оставшимися углеводородами, обеспечива--ющий ускорение термокаталитического пиролиза и роста частиц. Далее сажегаэовый поток из вертикальной камеры 1 реактора поступает в горизонтульную 5, где происходит термический распад углеводородов, находящихся на поверхности сажевых частиц.

В конце этой камеры установлена водяная форсунка механического действвия 11 для закалки сажегаэовой смеси.

Иэ горизонтальной камеры 5 реактора сажегазовый поток поступает в скруббер (не показан), где происходит охлаждение продуктов реакции до

250-280 С, и поток поступает в аппараты улавливания сажи.

В таблице представлены параметры процесса получения сажи в предлагаемом реакторе и в известном и данные по выходу и свойствам сажи.

2024485

Показатели процесса

П ар аме тры ведения процесса известным способом .й- + в 1 пояс под углом 45 мЗ/ч

5700

5700

5700 5700 воздуха в дополнительный пояс, м /ч

3000 3000

3000

3000

3 200

2200 1200

58,7 65

1200

Удельная поверх-: ность м /г

150-270

14,7

23 1 25 0

15,2

92,4

104

Оптическая плотность бензинового экстракта

1,5

0,00

0,00

0,00

Температура в зоне реакции, С 12761684

Выход сажи,мас.Ъ 40 иасляное число, мл/100 г 149-1 88

Для осуществления способа использовалась предлагаемая конструкция реактора со следующими размерами

= 4340 мм, высота вертикальной части реактора 11950 мм, воздушнще каналы основного ряда (пояса ) расположены на расстоянии от выходного торца сырьевой форсунки 2384 мм, дополнительные воздушные каналы расположены на расстоянии 1736 мм от основного ряда (пояса} воздушних канлов, 2 1700 мм; @ =1740 мм.

Из таблицы видно, что смещение каналов для ввода воздуха относительно указанных расстояний в дополнительном поясе, приводит к изменению свойств сажи, снижению выхода и проиэводительности реактора. Смещение ввода воздуха вверх к основному поПродолжение табл"цы

Смещение каналов для ввода воздуха в предлагаемом реакторе на расстоянии

1 0,3 0,5 1 0,7

Г ясу на расстояние 0,1 d приводит к повышению удельной. поверхности, снижению выхода на 6,3% н снижению производительности реактора на 9,7В.

Смещение на 0,7 d приводит к повышению оптической плотности сажи, к потере сырья, снижению выхода сажи на 4,3% и понижению производительности на 6,63. Кроме того, во всех случаях полученный продукт не удовлетворяет требованиям ГОСТ на сажу ПИ-25 пс показателю удельная .поверхность н оптическая плотность бензинового экстракта, что недопустимо для предлагаемого типа сажи, цредлагаемый реактор работает без ремонта более 2,5 лет.

1024485

1024485

Заказ 4334/24 Тираж 639

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, K-35, Раушская наб., д. 4j5

Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, Ул. Проектная, 4

Составитель Т.Ильинская

Редактор Н.Пуыненкова Техред А, Бабинец " Корректор О.Билак