Реактор для получения сажи

 

Реактор для получения сажи, содержащий трубопровод со средством для подачи сырья и воздуха, соосно и последовательно установленную камеру горения, реакционную камеру, горелочное устройство и крыльчатку с лопастями, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода сажи, ее однородности и производительности реактора, перед камерой горения в основном трубопроводе размещена крыльчатка с лопастями суперкавитирующего профиля, установленная на полой ступице, соединенной с дополнительным трубопроводом для подачи сырья, основной трубопровод снабжен кольцевыми коллекторами для подачи распыливающего воздуха, установленными перед крыльчаткой и соединенными кольцевыми каналами с внутренней полостью трубопровода перед крыльчаткой и после нее.

Изобретение относится к области получения технического углерода и может быть использовано в реакторах для получения сажи. Целью изобретения является повышение выхода сажи, ее однородности и производительности реактора. На чертеже изображен реактор, разрез. Реактор содержит основной трубопровод 1, соосно и последовательно установленную камеру горения 2, реакционную камеру 3, крыльчатку 4 с лопастями 5 суперкавитирующего профиля, полую ступицу 6, дополнительный трубопровод 7, кольцевые коллекторы 8 и 9, кольцевые каналы 10 и 11, трубопровод 12, патрубки 13, 14 и 15 для подачи воздуха на распыл и топлива на горение, установленные в корпусе 16 реактора 2, форсунку 17 с отверстиями 18, задатчики расхода сырья и воздуха 19, 20 и 21. Реактор работает следующим образом. Углеводородное сырье по трубопроводу 12 подается в основной трубопровод 1, в котором проходит через крыльчатку 4. Через полую ступицу 6 крыльчатки 4 по трубопроводу 7 также подается часть сырья. Из коллекторов 8 и 9 по кольцевым каналам 10 и 11 двумя потоками распыливающий воздух подается в полость трубопровода 1 как до крыльчатки, так и после нее. При этом благодаря воздействию крыльчатки 4 с лопастями 5 суперкавитирующего профиля и подаче распыливающего воздуха по каналу 10 за элементами крыльчатки в жидкости возникает режим развитого кавитационного (суперкавитационного) течения. Расход сырья и воздуха устанавливается задатчиками 19 и 20. При этом скорость сырья возрастает от 2-3 м/с (перед крыльчаткой) до 10-15 м/с (поле крыльчатки). Жидкость вскипает и образуются микропузырьки воздуха, которые за крыльчаткой схлопываются с образованием кумулятивных микроструй. Воздух, подаваемый по кольцевому каналу 11 (его расход регулируется задатчиком 21) за крыльчатку 4, образует каверны, которые также схлопываются с образованием микроструй. За счет кавитационно-кумулятивного воздействия в зоне за крыльчаткой твердые частицы и включения, находящиеся в сырье, размалываются и равномерно распределяются в его объеме. Образующаяся воздушно-сырьевая смесь низкой плотности и вязкости поступает в форсунку 17, где через отверстия 18 распыляется в камеру горения 2. При этом сырьевая смесь дополнительно диспергируется распыливающим воздухом, поступающим тангенциально через патрубок 4. В реакционной камере 3 происходит смешение сырья с турбулентным потоком продуктов сгорания топлива, подаваемого через патрубок 15, и разложение сырья до получения технического углерода (сажи). Изменяя толщину, длину и угол атаки лопаток крыльчатки, имеющих клиновидный профиль с острой передней кромкой, получают режимы развитого кавитационного течения жидкости, обеспечивающие сохранность элементов крыльчатки от кавитационного разрушения. Заявленный и известный реакторы были подвергнуты сравнительным испытаниям при использовании низкокачественного сырья (с высокой коксуемостью). Установлено, что выход сажи за счет одновременного разложения и вовлечения в процесс ароматических углеводородов, находящихся в твердом состоянии, увеличился на 7% При этом степень однородности сажи повысилась в 1,5 раза, а производительность реактора за счет уменьшения остановок (благодаря снижению его коксуемости) увеличилась на 70% Режимные параметры при испытании следующие: расход сырья 650 кг/ч, расход воздуха для сжигания топлива 2530 нм³/ч, общий расход воздуха на распыл сырья 400 нм³/ч, температура в зоне реакции 1560^oC. Кавитирующая крыльчатка содержит от 2 до 4 лопастей (оптимальное количество 3), установленных под углом 40-50^o к набегающему потоку.

Формула изобретения

Реактор для получения сажи, содержащий трубопровод со средством для подачи сырья и воздуха, соосно и последовательно установленную камеру горения, реакционную камеру, горелочное устройство и крыльчатку с лопастями, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода сажи, ее однородности и производительности реактора, перед камерой горения в основном трубопроводе размещена крыльчатка с лопастями суперкавитирующего профиля, установленная на полой ступице, соединенной с дополнительным трубопроводом для подачи сырья, основной трубопровод снабжен кольцевыми коллекторами для подачи распыливающего воздуха, установленными перед крыльчаткой и соединенными кольцевыми каналами с внутренней полостью трубопровода перед крыльчаткой и после нее.

РИСУНКИ

Рисунок 1