Способ получения сажи и реактор для его осуществления

 

Союз Советски к

Социалистические

Республик

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

729222 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28.03.77 (2I ) 2461511/23-26 с присоединением заявки ¹ 2461510/23-26 (23) Приоритет

Опубликовано 25.04.80. Бюллетень ¹15 (51 ) M. Кл.

С 09 С 1/50

Гасударственный камитет ив делам иаобретеннй и открытий (53) УДК 661.666.,4(088.8) Дата опубликования описания 27Л4.80 (72) Авторы. изобретения

В. Ф. Суровикин, В. Ф. Антоненко, . В. Бабич, H. К. Кореняк, В. В. Новиков, М. Я. Бобрт с, Н. И. Перетятько,иИ.Г.Борозняк

Всесоюзный научно-исследовательский институт технического углерода (7I) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ САЖИ И РЕАКТОР

ДЛЯ ЕГО ОСУШЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к производству сажи (технического углерода), применяемой в качестве наполнителя резиновых смесей для шин и других резинотехнических изделий.

Известен способ получения сажи и

5 реактор для его осуществления (1). Этот способ включает подачу тангенциально потоку углеводородного топлива потока воздуха с образованием вращающегося

10 потока продуктов горения и введечие углеводородного сырья во вращающийся поток продуктов горения топлива с последующим термическим разложением его.

Известный реактор для осуществления

l5 способа включает камеру горения, снабженную аксиальным патрубком для введения сырья, патрубок для подачи основного потока воздуха с установленной в ней горелкой, и камеру реакции соединенную с камерой горения (1).

Недостатками этого способа и реактора являются нерегулируемость процесса смешения потока воздуха с топливом, а также малые угловые скорости потока воздуха, что че обеспечивает его эффективного сжигания, и, следовательно, ведет к повышенным затратам материальных потоков топлива сырья.

Известен также способ получения сажи и реактор для его осуществления j2).

Такой способ получения сажи включает подачу тангенциально потоку углеводородного топлива основного потока воздуха с образованием вращающегося потока воздуха с образованием вращающегося потока- продуктов горения, введение углеводородного сырья во вращающийся поток продуктов горения с последующим термическим его разложением.

Недостатком такого способа является большие энергоз траты на производство сажи, вызванные необходимостью повышения угловых скоростей для обеспечения эффективного сжигания топлива, что в ° свою очередь требует сжатия всего количества воздуха до более высоких давлений.

729222 з

Реактор включает камеру горения, снабженную аксиальным патрубком для введения сырья, патрубком для подачи основного потока воздуха с установленной в нем горелкой и камеру реакции, соединенную с камерой горения 2, Недостатком способа и реактора также является отсутствие регулируемости угловых скоростей потока воздуха, необходимого для сжигания топлива, что не обеспечива О ет эффективного сжигания топлива. Для обеспечения же высоких угловых скоростей (которые необходимы для эффективно го сжигания топлива) необходимо сжимать все количество воздуха для сжигания 15 топлива, что требует дополнительного оборудования и увеличения размеров реактора, то есть приводит к повышению материальных и энергетических затрат.

1Лель изобретения — снижение энерге- 20 тических и материальных затрат на производство сажи.

Это обеспечивается тем, что способ включает подачу тангенциально потоку углеводородного топлива (под давлением

0,1-2,5 ати) основного потока воздуха под давлением 0,15-0,6 ати с угловой скоростью 50-120 рад/с и дополнительного потока воздуха под давлением

4»8 ати с угловой скоростью 6000- ЗО

10000 рад/с (между потоком топлива и основным потоком воздуха при соотношении расходов дополнительного и основного потоков воздуха 0,05-0,1: 1 по обьему) с образованием вращающегося з потока продуктов горения, введение углеводородного сырья (аксиально) во вращающийся поток продуктов горения топлива (подаваемых аксиально, тангенциально или радиально) и последующее его терми- 4о ческое разложение.

Основное отличие предлагаемого способа заключается в том, что тангенциально потоку топлива подают дополнительный поток воздуха под давлением 4-8 ати с угловой скоростью 6000-10000рад/с и основной поток под давлением 0,150,6 ати с угловой скоростью 50120 рад/с.

$Q

Дополнительное отличие заключается в том, что дополнительный поток воздуха вводят между потоком топлива и основным потоком воздуха при соотношении расходов дополнительного и основного потоков воздуха 0,05-0,1: 1 по объему и в том, что топливо подают под дав« лением 0„1-2,5 ати.

Цель достигается также тем, что в известном реакторе, включающем камеру горения, снабженную аксиальным пач рубком для введения сырья и патрубком для подачи основного потока воздуха с установленной в нем горелкой, и камеру реакции, соединенную с камерой горения, горелка снабжена стаканом с тангенциальной трубой для подачи дополнительного потока воздуха и лопатками, установленными на стакане, наружный диаметр стакана составляет 0,2-0,4 внутреннего диаметра патрубка для подачи основного потока воздуха, что обеспечивает укаэанное выше соотношение расходов основного и дополнительного потоков воздуха.

Вращаясь с определенной скоростью вокруг потока топлива, дополнительный поток воздуха интенсивно смешивается со струями топлива, образуя топливовоэдушную смесь, которая в свою очередь эффективно реагирует с вращающимся основным потоком воздуха, обеспечивая эффективное сжигание топлива при пониженных значениях энергетических и материальных затрат на производство сажи.

Верхние пределы угловых скоростей потоков основного и дополнительного потока воздуха, а также верхние пределы давлений воздуха выбраны из соображения того, что более высокие значения угловых скоростей требуют повышенных по сравнению с принятыми в формуле величинами давлений воздуха, что резко повышает энергоэатраты на подачу его в реактор.

Снижение .угловых скоростей этих же потоков и их давлений ниже заявляемых в формуле приводит к резкому снижению эффективности смешения, неполному сгоранию топлива и как следствие этого увеличиваются затраты сырья, топлива воздуха на тонну выпускаемой сажи.

Учитывая высокую стоимость воздуха с давлением 4-8 ати, отношение расхс дов дополнительного и основного потоков воздуха составляет 0,05-0,1 по объему.

Нижний предел давления тойлива, а именно 0,1 ати, обуславливается противодавлением в камере горения реактора, верхний предел, а именно 2,5 ати, обусловлен большими гидравлическими потерями в топливном трубопроводе.

На фиг. 1 изображен реактор для осуществления предлагаемого способа, продольный разрез; на фиг. 2 дан поперечный разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 изображен патрубок для подачи основного потока воздуха.

7292

Табл ица

650 650 650

70 70 70

650

2400 2600 2300 27 30

130 130 240

0,054 0,05 0,10

1,75

0,22 0,15 0,60

8,0

6 4

200

70 50 100

0,7 0,1 2,5

2,7

Давление подачи топлива, ати

Угловая скорость дополнительного потока воздуха на выходе из среза горелки, рад/с 8000 6000 10000

Реактор для осуществления способа включает камеру 1 горения с аксиальным патрубком 2 для подачи сырья и патрубком

3 для подачи основного потока воздуха, в котором установлена горелка 4, камеру 5 реакции, соединенную с камерой

1 горения. Горелка 4 снабжена стаканом

6 с тангенциальной трубой 7 для подачи дополнительного потока воздуха и лопатками 8, установленными на стакане 6. 10

В камеру 1 горения патрубком 2 подают сырье (смесь 50% антраценового масла и 50% зеленого масла) в количест ве 650 кг/ч предварительно распыленное воздухом с температурой 350 С и через патрубок 3 подают 2400 нмЗ/ч основного потока воздуха с давлением 0,22ати и температурой 350 С. Основной поток о воздуха закручивают в лопатках 8.

Вращающийся с угловой скоростью

70 рад/с основной поток воздуха смешивают после лопаток 8 с вращающим потоком топливо-воздушной смеси, поступающей из стакана 6 горелки 4, в кото25 рую через тангенциальную трубу 7 подают дополнительный поток воздуха в количестве 130 нм /ч с давлением 6 ати, в соотношении 0,05 по объему к основному потоку воздуха. зо

Дополнительный поток воздуха с угловой скоростью 8000 рад/с смешивают с

Расход сырья, кг/ч

Расход топлива, нм /ч (пропан-бутан) Расход основного потока воздуха для сжигания топлива, нм /ч

Расход дополнительного потока воздуха нмЗ/ч

Соотношение дополнительного и основного потока воздуха, по объему

Давление основного потока воздуха перед реактором, кг/см

Давление дополнительного потока воздуха, кг/см

Угловая скорость основного потока воздуха в боковом канале, рад/с

22 6 аксиально подаваемым в стакан 6 топливом (пропан-бутан) с расходом 70 нм ч и давлением 0,6 ати.

Полученную вращающуюся смесь основного и дополнительного потоков воздуха с топливом поджигают и продукты сгорания подают в камеру 1 горения тангенциально (см. фиг. 2). Продукты горения имеют в камере 1 горения температуру 1300 С и давление 0,12 ати. о

Направление вращения потоков воздуха в патрубке 3 по часовой стрелке. Направление вращения продуктов сгорания противоположно часовой стрелке.

Сырье при 350 С (смесь 50% - нтрао ценового масла и 50% зеленого масла), предварительно распыленное воздухом, подают в камеру 1 горения в количестве

650 кг/ч. Оно разг..бегается с образованием сажегазовых продуктов в реакционной камере 5, которые затем подвергают закалке, охлаждению с последующим выделением сажи. В результате получают сажу типа ПМ-100, которую затем используют в производстве шин.

В таблице преведены режимные пара-. метры, характеристика сажи и данные материальных и энергетических затрат на получение сажи по,предлагаемому и известному способам.

400

400 400 . 400

1560 1560 1560

1560

99

99 97

110 106

108

108

2,3 2,08 8,2

39,52 41,7 1 39,26

41,7 l нм /ч о

Температура в зоне реакции, С

Удельная геометрическая поверхность сажи, м /г

Адсорбция дибутилфталата, мл/100 г

Выход сажи, вес.% к сырью

Затраты сырья, руб/т. сажи

Затраты электроэнергии на подачу воздуха в реактор, руб/т. сажи

Затраты топлива, руб/т, сажи

Суммарные затраты сырья, электроэнергии и топлива, ру(КТ. сажи

Как видно из приведенной таблицы, суммарные энергетические и материальные затраты на производство 1 т сажи по предлагаемому способу на 8-9% ниже, чем по прототипу. ЗO

Формула изобретения

1. Способ получения, сажи„- включаю=ший подачу тангенциапьно потоку угле=водородного топлива основного потока воздуха с образованием вращающегося потока продуктов горения, введение у леводородного сырья во вращающийся поток продуктов горения топлива с после-.дующим его термическим разложением„ о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью снижения энергетических и материальных затрат, тангенциально потоку топлива подают дополнительный поток воздуха под давлением 4-8 ати с угловой скоростью 6000-100ОО рад/с и основной поток под давлением 0,15 — 0Ä6 ати с угловой скоростью 50-120 рад/с.

2.Способпоп. 1, отличаюш и и с я тем, что дополнительный поток воздуха вводит между потоком топлива и основным потоком воздуха при соотношении расходов дополнительного 55

44>0L 41 99 44ю24 41199

93,88 98,82 93,38 98,82

135,7 142,61 140 84 154,81 и основного потоков воздуха 0,05-0 1;

1 по объему.

3. Способпоп. 1 отличаюшийся тем что топливО пОдают ПОд давлением 0,1 — 2,5 ати.

4. Реактор для осуществления способа по и. 1, включающий камеру горешы, снабженную аксиальным патрубком для введения сырья и патрубком для подачи основного потока воздуха с установленной в нем горелкой, и камеру реак:::ыи, соединенную с камерой горения, о тл и ч а ю ш и и с я тем, что, горелка снабжена стаканом с тангенциальной трубой для подачи дополнительного потока воздуха и лопатками, установленными на стакане.

5. Реактор по п. 4, о т л и ч а ю— шийся тем, что наружный диаметр стакана составляет 0,2-. 0,4 внутреннего диаметра патрубка для подачи основного воздуха.

ИстОчники инфор мании принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США % 2641534, кл. 23-209.4, опублик, 09.06.53.

2. Патент США N 3211532, кл. 23 259.5, опублик. 12.10.65. (прототип ) .

729222

Составитель Т. Ильинская

Редактор Л. Гребенникова Гехред М. Петко Корректор М. Пежо

Заказ 1910/24 Тираж 725 Подписное

1ЛНИИПИ Государственного комнтста СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. Ф/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, ПЬоектна», 4