Способ получения полуактивной сажи

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУАКТИВНОЙ САЖИ, включающий подачу углеводородного сырья, введение окислителя , сжигание и терморазложение сырья, введение в поток образовавшихся при этом сажегазовых продуктов воды последовательно в две стадии, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода сажи и улучшения физико-механических свойств резины с ее использованием, воду на первой стадии вводят в сажегазовые продукты через 1,5-3 с после начала подачи сырья при отношении расхода ее к сырью 0,15-0,9. 5S (Л ,ю :О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (l 9) (I l) (5 )4 С 09 С 1/50

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3476768/23-26 (22) 29.07.82 (46) 07.08.85. Бюл. N - 29 (72) И.Г ° Зайдман, С.Д.Федосеев, Г.П,Щетинин, Ю.В.Гимаутдинов, В.Ф.Суровикин, П.С.Пароконный, А.А.Русаков, Н.M.Îâ÷åíêoâ, А.К.Чарин и И.Г.Борозняк (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт технического углерода и Московский ордена Ленина и ордена

Трудового Красного Знамени химикотехнологический институт им. Д.И.Менделеева (53) 661..666.4(088.8) (56) Зуев В.П., Михайлов В.В. Производство сажи. М.: Химия, 1980, с. 149-152.

Патент Англии 11 - 1119335, кл. С 1 А, 1968. (54) (57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУАКТИВНОЙ САМИ, включающий подачу углеводородного сырья, введение окислителя, сжигание и терморазложение сырья, введение в поток образовавшихся при этом сажегазовых продуктов воды последовательно в две стадии, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода сажи и улучшения физико-механических свойств резины с ее использованием, воду на первой стадии вводят в сажегазовые продукты через 1,5-3 с после начала подачи сырья при отношении расхода ее к сырью О, l5-0,9.

1 11714

Изобретение относится к производству сажи и может быть использовано в промышленности технического углерода для получения полуактивной сажи (ПГМ-ЗЗН), применяемой в качест- 5 ве наполнителя при изготовлении шин и резино-технических изделий.

Цель изобретения — повышение выхода полуактивной сажи и улучшение физико-механических свойств резины 10 с ее использованием.

Сущность способа состоит в том, что в сажегазовые продукты, образовавшиеся в результате терморазложения углевородного сырья при сжига- !5 нии в кислородсодержащем газе, последовательно в две стадии вводят воду, причем на первой стадии через 1,53 с после начала подачи сырья при соотношении расхода ее к сырью 0,15- 20

0,9.

В качестве углеводородов для производства сажи ПГМ-ЗЗН используют природный газ или его смесь с продук- . тами конденсации, состоящую из угле- 25 водородов непредельного ряда, для разложения которых в зависимости от

I сложности компонента необходимо различное время пребывания в реакци-. онной зоне реактора для получения сажи."Наличие в углеводородах для производств сажи компонентов гомологического ряда выше изобутиленовых фракций интенсифицирует процесс их разложения в сажу. 35

Исследование количества непредельных углеводородов выше изобутиленовых фракций в сырье для сажи ПГМ-33Н показывает, что количество его колеблется в пределах от 1,5 до 12 объем- 40 ных процентов в зависимости от вида исходного сырья. Данные углеводороды

> при прерывании процесса реакции при получении сажи оседают на поверхности сажевых частиц и образуют допол- 45 нительные связи для образования агломератов, а затем гранул.

Прерывание процесса реакции получения сажи через 1,5-3,0 с после начала подачи сырья при соотношении 50 расхода ее к сырью 0,15-0,9 обеспечивает наличие непрореагировавших углеводородов на поверхности сажевых частиц в количестве до 0,2 ед.

Подача воды в зону высоких темпй- 55 ратур через указанное время приводит к снижению температуры сажегазового аэрозоля и прекращению разложения

91 2 углеводородов, не успевших разложиться в печи. Неразложившиеся углеводороды адсорбируются сажей, что способствует лучшему и стабильному протеканию процесса гранулирования, увеличению насыпной плотности гранулированной сажи, а также повышению выхода сажи из сырья за счет устранения эффекта выгорания частиц сажи при высоких температурах процесса. Необходимо, чтобы оптическая плотность бензинового экстракта гранулированной сажи не превышала О, 15-0,2 ед. Наличие в саже неразложившихся углеводородов выше 0,2 ед. резко снижает физико-механические свойства приготовленных резин, в частности уменьшается модуль резины после 15- и 30-минутной вулканизации, увеличивается относительное удлинение, снижается .прочность при разрыве и остаточное удлинение.

Снижение нижнего предела времени ввода закалочной жидкости (с 1,5 с) приводит к прекращению процесса разложения углеводородов и к высокой оптической плотности бензинового экстракта гранулированной сажи (r0,2 ед).

Такая сажа не пригодна к использованию в резиновых смесях, поскольку она ухудшает их физико-механические свойства.

Подача воды более чем через 3 с после ввода сырья, т.е. когда полностью завершен процесс сажеобразования, приводит к получению сажи с величиной бензинового экстракта, равной нулю, а выход сажи уменьшается на 5-12Х за счет частичного ее сгорания, при этом насыпная плотность гранулированной сажи ПГМ-33Н составляет 432 г/1000 сМ, что на 18 ед. ниже пределов ГОСТ на сажу. Соотношение расхода воды к сырью выбрано из расчета обеспечения оптической плотности бензинового экстракта сажи до 0,2 ед.

Подача воды в зону реакции при отношении ее расхода менее 0,15 к сырью не обеспечивает получение гранулированной сажи с оптической плотностью бензинового экстракта в пределах О, 15-0, 2 ед. Это связано с тем, что практически данное количество воды не влияет на процесс сажеобразования и частичного обрыва реакции не происходит, выход сажи низкий и составляет 129 г/м, насып491

3 1171 ная плотность гранулята 439 г/1000 см .

При подаче воды в зону реакции при отношении ее расхода более 0,9 к сырью получают гранулированную сажу с величиной оптической плотности бензинового экстракта более 0,2 ед., что связано с резким прекращением реакции сажеобразования и увеличени- ем количества неразложившихся углеводородов сырья, которые отлагаются 10 на поверхности частиц сажи и приводят к ухудшению показателей свойств резины: модуля резины после 15- и

30-минутной вулканизации, относительного удлинения, прочности при разры- 15 ве и остаточного удлинения.

На чертеже представлен реактор для осуществления предлагаемого способа получения сажи, продольный разрез. 20

Реактор для получения сажи содержит корпус 1, в котором последовательно и соосно расположены камеры 2 горения, сужение 3, реакционная камера 4 и активатор 5. Камера 2 горения 25 снабжена расположенным соосно патрубком 6 для подачи сырья, тангенциальным патрубком 7 ввода окислителя, форсункой 8 подачи закалочной воды, расположенной в концевой части каме- 30 ры 4, форсункой 9 подачи воды в холодильник 10. .Пример 1. В камеру 2 горения по патрубку 6 подают углеводородное сырье (природный газ) в количестве

1000 кг/ч. По тангенциальному трубопроводу 7 со скоростью 5 м/с вводят окислитель (воздух) в количестве

4200 кг/ч. Углеводородное сырье частично сгорает при взаимодействии 40 с кислородом воздуха в камере 2 е получением теплоносителя с температурой 1220 С,, а основная часть углеводородного сырья разлагает"я с образованием частиц сажи. Полное преры- 5 ванне процесса сажеобразования осуществляют водой в количестве 500 кг/ч, подаваемой форсункой 8, установленной на расстоянии 5,8 м от точки подачи сырья в реактор. Время от момента подачи сырья в реактор до закалки составляет 1,5 с, соотношение расхода воды к расходу сырья—

° 0,5. Полученная сажа имеет показатель оптической плотности бензинового экстракта 0,2. Время гранулирования сажи составляет 53 мин, выход сажи

14 1 г/нм . Физико-химические показатели сажи ПГИ-ЗЗН, полученнные предлагаемым способом следующие: удельная условная поверхность 38 м /г; удельная адсорбционная.поверхность

38 и /r, т.е. частицы сажи.практически не имеют шероховатости; насыпная плотность гранулированной сажи

462 г/1000 см .

С использованием предлагаемой сажи приготавливают стандартные смеси на основе изопренового каучука СКИ-3, содержащего 50 мас.ч. сажи на

100 мас.ч. каучука. При 143 С из полученных смесей вулканизуют образцы в течение 15 и 30 мин с паровым обогревом и после суточного отдыха испытывают на разрыв по ГОСТ 270-75. физико-механические показатели полученной резины следующие: модуль резины после 15 и 30 мин вулканизации соответственно 73-и 92 кг/см ; прочность при разрыве 194 кг/см ; относительное удлинение 540%; остаточное удлинение 16%.

В таблице представлены данные по выходу, свойствам сажи и физико-механическим показателям резин с ее использованием при получении сали по предлагаемому способу и при режимах ввода воды и отношении ее к сырью за пределами предлагаемых значений.

1171491 сч

Ф о ач ф.э и <ъ

CC

Ф

О м «л

CC

CV о

Ф о

8 о о о ф с Ъ

Ф ь

Ф о еч ф л

Э И мЪ <Ъ и м

Ю и

Ф о + ф аъ мъ сч

Ф

CD e e сч

Ф \

1Ч с и

IO

Ф"Ъ

Ю

О мъ о м о е ф

<ч л мъ

CO

О .е сч

EV Ю сч

Ю о о в ф

Сч ЧЪ мЪ о

Ф

С Ъ

О о и ф л

С Ъ С1 и м о ф ф

ЕЪ И ЕЪ

О м о е ач сч Ю

Ю, Ф

Ch и. о

8 о о о и мЪ

A о о о о

О

О и о о ф д и и

Ю Ф о о еч аъ ф со мЪ ° с с ф о -т и

CV о .о и о

В О мЪ

Ю и м о (ч о Ф о

М о о и

4 Ъ CO CO

<и и к

A а о

Ф

В

И

6

Фч . м Ф

О Q ч О

Я еч и

O Ф о ач, о

Сч tV аа сч аЪ о cn сч

М

Сч

5 5

65 и ъа

fg

C g, &

Э

5 Ф о 3

Фе 3.Я

5(1 аъ ceo o Р аъ м о

3- go3 g д. м н а

0l

М 5 о

3 ь Р