Способ получения сажи из природного газа

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5i)5 С 09 С 1/52

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗО6РЕТЕНИЯ (57) Изобретение относится к производству углеродной сажи, в частности иэ природного газа, и может быть использовано в промышленности технического углерода. Цель — уменьшение зольности сажи. Природный газ, например, метай подают в первую камеру реактора при объемном соотношении

1,63 — 2:1. со скоростью 3,3 — 14 см/с, смесь нагревают до 500 — 600 С, сужают до скорости потока 29,7 — 126 см/с и .при выходе из сужения во второй камере реактора сжигают и ри 800-1200 С, получен н ые сажегазовые продукты подвергают закалке — охлаждению водой. Полученная сажа не имеет зольных остатков.

Удельная геометрическая поврехность сажи 50 м /г. 1 з.п. ф-лы, 2 ил„1 табл. 3

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4226764/26 (22) 07,03.87 (46) 23.11,91. Бюл. М 43 (71) Казахский государственный университет им. С.M. Кирова и Всесоюзный научноисследовательский институт технического углерода (72) З.А, Мансуров, Б.К. Тулеутаев, P.Х. Салахов, Г.И, Ксандопуло, В.Т. Попов, Ю.M.

Королев и А.А. Меркулов (53) 661. 666.4(088.8) (56) Зуев В,Г., Михайлов В.B. Производство сажи. — M. Химия, 1965, с. 144.

Авторское свидетельство СССР

O 1396578, кл. С 09 С 1/50, 1986. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ САЖИ ИЗ ПРИРОДНОГО ГАЗА

Изобретение относится к области производства углеродной сажи из природного газа и может быть использовано в производстве технического углерода.

Целью изобретения является уменьшение зольности сажи.

На фиг, 1 изображен двухсекционный раздельно обогреваемый реактор для осуществления способа; на фиг. 2 — схема установки для получения сажи.

Реактор 1 состоит из двух секций 2 и 3, соединенных перемычкой-сужением 4. Секция 2 снабжена змеевиком 5 для ввода высших углеводородов, длина котОрого 4w относится к длине I> первой секции как 23:1, а диаметры змеевика бам и секции di относятся как 1:8 — 10. Длина и диаметр эме„„ЯЦ „„1693ОО5 А1 евика выбраны исходя иэ того, чтобы происходил полный прогрев вводимого высшЬго углеводорода. Секция 2 имеет патрубок для ввода газовой смеси 6. Секция 3 имеет выхлопную трубу для сажегазовой смеси 7 и съемную крышку 8 для очистки стенок реактора от кокса.

Первая секция 2 имеет отношение диаметра к длине о1:li = 1:7, при котором происходит равномерный прогрев газовой смеси.

Змеевик при этом служит для ввода внешних углеводородов, например, СзНэ, С4Н1о для повышения температуры в зоне реакции, если процесс сажеобраэования слабо выражен.

О

< (л

С

C )

Ф

1693005

Вторая секция имеет то же отношение диаметра к длине dz!z = 1:7, причем б! = dz, Ii = Iz. Вторая секция охвачена нагреванием не полностью, а на 0,6 Iz, Выше нагревателя вторая секция охлаждается окружающим воздухом и сажегазовая смесь на этом участке по существу закаливается, Выхлопная труба 7 находится на расстоянии 0,9 Iz, а обе секции соединяются сужением, диаметр которого бсуж. относится к диаметру секции как 1:3, Вторая секция расположена вертикально, а первая может располагаться как вертикально, так и горизонтально.

На фиг. 2 изображены нагревательные элементы секций 9 и 10, линии ввода углеводородного сырья 11, кислорода 12 и готовой газовой смеси 13 расходомеры сырья 14 и окислителя-кислорода 15; резервуары 16 и 17 — с сырьем и окислителем, линия 18 ввода в змеевик высших углеводородов— пропана или бутана, расходомер 19 пропана или бутана, резервуар 20 пропана (СзНэ) или бутана (С4Н!о)", сажесборник 21 типа рукавных фильтров и бункер 22 сбора сажи.

Процесс с помощью устройства осуществляют следующим образом, Природный газ из резервуара 16 и кислород из резервуара 17 отбирают через расходомеры 14 и 15 и подают по трубопроводам 11 и 12 в трубопровод 13, где их смешивают в соотношении 1,63 — 2:1.

Трубопроводы 11 — 13 представляют собой тройник.

Газовая смесь по трубопроводу 13 поступает в первую секцию 2 реактора с внешним нагревателем 9 со скоростью 3,3—

14 см/с. В этой секции смесь подогревают до 500 —.600 С и подают во вторую секцию 3 реактора с внешним нагревателем 10, где происходит ее воспламенение примерно в зоне на высоте одного диаметра секции от нижнего конца секции. Реакция здесь идет при 800-1200 С, Образовавшаяся сажегазовая смесь через трубу 7 выхлопа поступает в сажесборник 21 типа рукавных фильтров, обогрев которой идет эа счет отходящего тепла реакции, Материал фильтров изготовлен из стекловолокна.

Уловленная сажа собирается в бункере 22 саженакопителя.

Выбор скорости потока газовой смеси и температуры нагрева в секциях обусловлены следующим.

Минимальное значение скорости определяется расходом потока, при котором не происходит проскок пламени из второй секции реактора в первую через сужение. При скорости выше 14 см/с снижается выход сажи.

10

1250 С. Остальная часть углеводорода, проходя через зону горения, образует сажу. Ко20 личество образовавшейся сажи равно 10,52

50 кислороду равно 2:1. Процесс идет при температуре первой секции 550 С и второй сек55 ции 1200 С. Количество образовавшейся

При понижении температур в нижней секции ниже 500 С снижается выход сажи, а при температуре свыше 600 С может произойти воспламенение газовой смеси.

Во второй секции ниже 800 С процесс сажеобразования идет слабо, а нагрев выше

1200 С энергетически не оправдан.

Пример 1. Природный газ и кислород, предварительно смешанные в соотношении 1,8:1, поступают по трубопроводу 13 в первую секции реактора, где происходит нагрев до 600 С, а затем через перемычку

4 газовая смесь поступает во вторую секцию, где температура достигает 900 С и происходит воспламенение. Так как смесь богата углеводородом, то часть углеводорода, cro рая дает зону горения с температурой г, что составляет 15% в пересчете на углерод исходного сырья. Также образуются газообразные продукты горения, такие как СО2, С2Н4, Н2, Hz0, CO. Полученная сажа имеет удельную геометрическую поверхность 40 м /г и масляное число равное

90мл/100 г. Ввод высших углеводородов не нужен, так как температура стенок реактора достаточная для воспламенения метанкислородной смеси.

Пример 2. Способ осуществляется аналогично примеру 1, но при отношении газа и кислорода 1,63:1 и при температуре в первой секции 500 С, а во второй секции

800 С. Количество образовавшейся сажи равно 8,65 г, что составляет на углерод исходного сырья 8%. Удельная геометрическая поверхность равна 45 м /г.и масляное число 95 мл/100 г. Ввод высших углеводородов необходим, так как при этих температурах воспламенение метанкислородной смеси затруднен. Вводят, например, пропан в количестве не более 5 от количества вводимого метана. При этом длина змеевика относится к длине первой секции как 2:1.

При меньшей длине змеевика пропан не успевает прогреваться. Соотношение диаметров змеевика и первой секции составляет 1:8. Диаметр змеевика ограничен диаметром перемычки.

Пример 3. Способ осуществляется аналогично примеру 1. Отношение газа к сажи равно 15,64 г, что составляет на углерод исходного сырья 23, Удельная геометрическая поверхность равна 41 м /г и масляное число 104 мл/100 r. При данных

1693005

П р и м е ч а н и е . х определяется как отношение объема реактора Ч, см к расходу газовой смеси О, см /с, температурах ввод высших углеводородов . не нужен.

Пример 4. Способ осуществл яют аналогично примеру 2. Отношение природ- ного газа и кислорода равно 1,74:1, темпе- 5 ратура первой секции 550 С, второй секции

650 С. В этом примере вводят пропан в количестве 5 от количества вводимого метана. Длина змеевика относится к длине первой секции как 3:1, а диаметры относят- 10 ся как 1:10. Выход сажи составил 3,8 .

Количество образовавшейся сажи равно

4,16 r.

Результаты опытов по примерам 1— - 6 по получению сажи по изобретению при раз- 15 личных условиях процесса приведены в таблице.

Преимуществом предлагаемого спосо6а получения сажи является его относительная простота получения по сравнению с 20 известным.

Осуществление способа происходит при сравнительно небольших температурах и, следовательно, при небольших энергетических затратах. Кварцевый реактор может 25 работать долго и не требует специальной огнеупорной футеровки, которую периоди-. чески необходимо менять, останавливая при этом весь процесс. В случае необходимости кварцевый реактор может быть заменен на керамический. Аппарат для осуществления способа не требует специальных конструкций, как рекуперативный нагреватель, огневой калорифер и не требует специальной закалки водой образовавшейся сажи. Полученная сажа по изобретению не имеет зольных остатков и имеет удельную геометрическую поверхность в 1,5 выше, чем по прототипу известному способу.

Формула изобретения

1; Способ получения сажи из природного газа, включающий подачу его в смеси с кислородсодержащим газом, последующее сжигание его и закалку образовавшихся сажегаэовых продуктов, отл ич а ю щи йс я тем, что, с целью. уменьшения зольности сажи, природный газ подают е кислородом при объемном соотношении 1,63-2:1 со скоростью 3,3 — 14 см/с, поток смеси нагревают до

500 — 600 С, пропускают через сужение со скоростью 29,7-126 см/с и затем подают на сжигание.

2. Способпоп.1, отл ича ющийся тем, что сжигание проводят при SOO1200 С.

1693005 /Г f

Фио 2

Составйтель J3. Романцева

Техред M. Моргентал Корректор Э. Лончакова

Редактор Н. Бобкова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 4049 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5