Багатоступінчастий спосіб одержання пічної вуглецевої сажі

1. Многоступенчатый способ получения печной углеродной сажи, которая характеризуется меньшей, чем обычно, структурой при данной площади поверхности и меньшей, чем обычно, площадью поверхности при данном уровне полного сгорания, в реакторе, имеющем зону сгорания смеси, зону инжектирования, реакционную зону термического разложения, зону охлаждения, разделения и восстановления полученной сажи, на первой ступени создают поток горячих газов, обладающих достаточной энергией для преобразования углеводородного исходного сырья для получения сажи в углеводородную сажу, этот поток вводят на вторую ступень, где исходное сырье инжектируют в газообразный поток, затем исходное сырье преобразуют в углеродную сажу до окончания реакции получения сажи при помощи резкого охлаждения, затем осуществляют охлаждение, разделение и восстановление окончательного продукта в виде углеродной сажи, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что вводят непрореагировавший дополнительный углеводород в реакционную зону, где находится исходное сырье во время реакции получения углерода для образования частиц углерода, и которая находится на участке от точки ввода исходного сырья до точки резкого охлаждения, регулируют уровень начального горения и уровень полного сгорания до достижения индекса чувствительности структуры меньше нуля, причем указанный индекс определяют формулой: SSHSASmf-SASah)/[SASmf], где SSI - индекс чувствительности структуры сажи; SASmf = Д(ОВР)т/Д(Йодное число)т1; SASah = Д(ОВР)а,/А(Йодное число)а(1; [SASmf] - абсолютное значение SASmf; A(DBP)mi - изменение коэффициента DBPA углеродной сажи при изменении скорости потока исходного сырья и постоянстве всех других рабочих условий процесса; д(Йодное число) т , - изменение йодного числа углеродной сажи при изменении скорости потока исходного сырья и постоянстве всех других рабочих условий процесса; A(DBP)ah - изменение коэффициента DBPA углеродной сажи при изменении скорости потока дополнительного углеводорода и постоянстве всех других рабочих условий процесса; А(Йодное число)аН - изменение йодного числа углеродной сажи при изменении скорости потока дополнительного углеводорода и постоянстве всех других рабочих условий процесса. 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что на первой стадии получают поток горячих газов, который является продуктом горения топлива и окислителя. 3. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что на первой стадии получают поток горячих газов, который является окислителем. с > О Qs о 26663 4. Способ по n v 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что дополнительный углеводород используют в газообразном состоянии. 5. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что дополнительный углеводород используют в жидком состоянии. 6. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что уровень начального горения поддерживают в пределах 1401000%. 7. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что исходное сырье вводят в сжигаемые газы в осевом направлении. 8. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что исходное сырье вводят в сжигаемые газы в перпендикулярном направлении. 9. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что дополнительный углеводород вводят в реакционную зону в перпендикулярном направлении. 10. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что дополнительный углеводород вводят в реакционную зону в осевом направлении. 11. Способ по п. 1 , о т л и ч а ю щ и и с я тем, что дополнительный углеводород вводят в поток горячих сжигаемых газов наклонно. 12. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что дополнительный углеводород вводят в зону, которая в осевом направлении простирается от точки на расстоянии 0,5 длины диаметра реактора перед точкой ввода исходного сырья, до точки на расстоянии 0,5 длины диаметра реактора после точки ввода исходного сырья. 13. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что дополнительный углеводород, представляющий собой углеводородосодержащее вещество, вводят в количестве, обесггечивающем содержание углерода дополнительного углеводорода менее 60% по весу от общего содержания углерода в реагентах. 14. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что дополнительный углеводород, представляющий собой углеводородосодержащее вещество, вводят в количестве, обеспечивающем содержание углерода в дополнительном углеводороде менее 30% по весу от общего содержания углерода в реагентах, причем дополнительный углеводород вводят в газообразном состоянии. 15. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что дополнительный углеводород, представляющий собой углеводородосодержащее вещество, вводят в количестве, обеспечивающем содержание углерода дополнительного углеводорода менее 15% по весу от общего содержания углерода в реагентах, причем дополнительный углеводород вводят в газообразном состоянии. 16. Способ по п. ^ о т л и ч а ю щ и й с я тем, что дополнительный углеводород, представляющий собой водород, вводят в количестве, обеспечивающем содержание водорода в дополнительном углеводороде менее 60% по весу от общего содержания водорода в реагентах. 17. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что дополнительный углеводород, представляющий собой водород, вводят в количестве, обеспечивающем содержание водорода в дополнительном углеводороде менее 30% по весу от общего содержания водорода в реагентах. 18. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что дополнительный углеводород, представляющий собой водород, вводят в количестве, обеспечиваю' щем содержание водорода дополнительного углеводорода менее 15% по весу от общего содержания водорода в реагентах. П р и о р и т е т ы по п у н к т а м : пп. 1, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 от 27.02.1991. пп. 2, 3, 6, 15, 16, 17, 18 - от 10.01.1992. Настоящее изобретение относится к способу получения углеродной сажи. Настоящее изобретение относится к способу получения печной сажи, имеющей много важных применений, таких как наполнители, красители и усиливающие агенты в резиновых изделиях и пластмассах. 26663 За прототип заявляемого изобретения принят многоступенчатый способ получения печной углеродной сажи, которая характеризуется меньшей, чем обычно, структурой при данной площади поверхности и меньшей, чем обычно, площадью поверхности при данном уровне полного сгорания, в реакторе, имеющем зону сгорания смеси, зону инжектирования, реакционную зону термического разложения, зону охлаждения, разделения и восстановления полученной сажи, на первой ступени создают поток горячих газов, обладающих достаточной энергией для преобразования углеводородного исходного сырья для получения сажи в углеводородную сажу, этот поток вводят на вторую ступень, где исходное сырье инжектируют в газообразный поток, затем исходное сырье преобразуют в углеродную сажу до " окончания реакции получения сажи при помощи резкого охлаждения, затем осуществляют охлаждение, разделение и восстановление окончательного продукта в виде углеродной сажи. Недостаток этого изобретения заключается в том, что полученная согласно известной технологии сажа обладает повышенной структурой и поверхностью частиц, что обуславливает степень структурирования ее больше нуля. В основу изобретения поставлена задача обеспечения получения высококачественной сажи и повышения эффективности многоступенчатого способа получения печной углеродной сажи путем ввода непрореагировавшего дополнительного углерода в реакционную зону реактора и подбора оптимального уровня начального горения и полного сгорания, что позволяет уменьшить структуру и поверхность сажи при данном значении уровня полного сгорания, и тем самым обеспечивает степень структурирования сажи меньше нуля. Поставленная задача достигается за счет того, что во многоступенчатом способе получения печной углеродной сажи, которая характеризуется меньшей, чем обычно, структурой при данной площади поверхности и меньшей, чем обычно, площадью поверхности при данном уровне полного сгорания, в реакторе, имеющем зону сгорания смеси, зону инжектирования, реакционную зону термического разложения, зону охлаждения, разделения и восстановления полученной сажи, на первой ступени создают поток горячих газов, обладающих достаточной энергией для преобразования углеводородного исход 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ного сырья для получения сажи в углеводородную сажу, этот поток вводят на вторую ступень, где исходное сырье инжектируют в газообразный поток, затем исходкое сырье преобразуют в углеродную сажу до окончания реакции получения сажи при помощи резкого охлаждения, затем осуществляют охлаждение, разделение и восстановление окончательного продукта в виде углеродной сажи, согласно изобретения, вводят непрореагировавший дополнительный углеводород в реакционную зону, где находится исходное сырье во время реакции получения углерода для образования частиц углерода, и которая находится на участке от точки ввода исходного сырья до точки резкого охлаждения, регулируют уровень начального горения и уровень полного сгорания до достижения индекса чувствительности структуры меньше нуля, причем указанный индекс определяют формулой: SSI=(SASm,-SASJ/[SASm)], где SSI - индекс чувствительности структуры сажи; SASmf= А(ОВР)т/Д(Йодное число) т ,; SASah= Д(ОВР)а,/Д(Йодное число)аЬ; A[SASm(] - абсолютное значение SASmf; A(DBP)mf - изменение коэффициента DBPA углеродной сажи при изменении скорости потока исходного сырья и постоянстве всех других рабочих условий процесса;^ Д(Йодное число.)т, ~ изменение йодного числа углеродной сажи при изменении скорости потока исходного сырья и постоянстве всех других рабочих условий процесса; A(DBP)ah - изменение коэффициента DBPA углеродной сажи при изменении скорости потока дополнительного углеводорода и постоянстве всех других рабочих условий процесса; А(Йодное число)аЬ - изменение йодного числа углеродной сажи при изменении скорости потока дополнительного углеводорода и постоянстве всех других рабочих условий процесса. При этом на первой стадии получают лоток горячих газов, который является продуктом горения топлива и окислителя, либо поток горячих газов, который является окислителем, а дополнительный углеводород используют в газообразном состоянии или в жидком состоянии, и уровень начального горения поддерживают в пределах 140-1000%. Кроме того, исходное сырье вводят в сжигаемые газы в осевом или в перпендикулярном направлении, а дополнитель 26663 ный углеводород вводят в реакционную зону в перпендикулярном либо осевом направлении. Дополнительный углеводород вводят также в поток горячих сжигаемых газов наклонно. Кроме того, дополнительный углеводород вводят в зону, которая в осевом направлении простирается от точки на расстоянии 0,5 длины диаметра реактора перед точкой ввода исходного сырья, до точки на расстоянии 0,8 длины диаметра реактора после точки ввода исходного сырья. Дополнительный углеводород, представляющий собой углеводородосодержащее вещество, вводят в количестве, обеспечивающем содержание углерода в дополнительном углеводороде менее 60%, менее 30% либо менее 15% по весу от общего содержания углерода в реагентах, причем дополнительный углеводород вводят в газообразном состоянии. Дополнительный углеводород, представляющий собой водород, вводят в количестве, обеспечивающем содержание водорода в дополнительном углеводороде менее 60%, менее 30% либо менее 15% по веру от общего содержания водорода в реагентах. При образовании сажи SSI характеризует количество дополнительного углеводорода, вводимого в устройство. Это делается для уменьшения структуры углеродной сажи по сравнению с той структурой, которую имеет сажа, получаемая подобным способом, с Той же поверхностью, но без ввода в устройство дополнительного углеводорода. Для определения индекса чувствительности структуры (или степени структурирования сажи) SSI пользуются следующей формулой: SSI=(SAS mr SASJ/SAS mf> где SASm( - чувствительность поверхности (или структурированность поверхности) SAS углеродной сажи, полученной в данном технологическом процессе при вводе дополнительного сырья; SASah - структурированность поверхности сажи SAS, полученной в данном технологическом процессе при вводе дополнительного (или вспомогательного) углеводорода. Структурированность поверхности сажи определяют по следующей формуле: SAS=A[DBP/A йодное число (Iodine Number)], где DBP - изменение в дибутилфталате (DBPA) углеродной сажи благодаря изме 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 8 нению одного из рабочих условий процесса; Iodine Number (йодное число) - изменение поглощения йода углеродной сажей при таком же изменении одного из рабочих условий процесса, например, при изменении либо скорости потока исходного сырья либо дополнительного углеводорода. SAS определяет количественное воздействие на структуру сажи при изменении ее поверхности. Применяемый здесь термин "дополнительный (вспомогательный) углеводород" относится к водороду или к любому углеводороду, у которого молярное отношение водород/углерод больше молярного отношения водород/углерод для исходного сырья. Примеры подобных углеводородов включают те, которые здесь описаны и используются в качестве топлива и/ или исходного сырья. В соответствии с настоящим изобретением было установлено, что указанные выше и другие цели достигнуты вводом вспомогательного углеводорода в специфический процесс получения технического углерода, а также регулировкой начального горения и полного сгорания, чтобы иметь SSI менее нуля (об этом ниже говорится подробнее). Согласно настоящему изобретению в технологическую операцию получения углеродной сажи вводится вспомогательный углеводород любым способом. При этом необходимо, чтобы непрореагировавший вспомогательный углеводород вводился в то место устройства для получения сажи, которое здесь называется "реакционной зоной". В данном случае этот термин определяет ту зону получения сажи, в которой ранее введенный углеводород смешивается, распыляется и испаряется. В этой же зоне происходит основная реакция образования технического углерода, в результате чего и получают частицы сажи. Если говорить более точно, то относящаяся к описанному здесь способу реакционная зона определяется точкой в начале места ввода углеводородного сырья и простирается до точки, где процесс образования углеродной сажи заканчивается ее резким охлаждением. Желательно, чтобы область, в которую вводится вспомогательный углерод, простиралась от точки, которая находится на расстоянии около 0,5 длины диаметра реактора (точка против потока ввода сырья), до точки, которая находится на расстоянии около 0,5 26663 длины диаметра реактора (точка по потоку ввода сырья). При реализации настоящего изобретения ввод вспомогательного углеводорода в устройство можно производить любым способом, например, через отверстие, которое вспрыскивает эту присадку в осевом направлении или наклонно к направлению потока газовой струи. Отметим, что положение точки ввода вспомогательного углеводорода не является критическим параметром, поскольку этот углеводород поступает в реакционную камеру непрореагировавшим. Это означает, что данная присадка еще не успела полностью окислиться или прореагировать и будет участвовать в реакции получения частиц углеродной сажи. В предпочтительном варианте изобретения вспомогательный углеводород это газовая смесь, которая из внешней среды перпендикулярно вводится в аксиальной плоскости в поток веществ для получения технического углерода. При этом из внешней среды исходное сырье вводится перпендикулярно в поток горячих газов первой ступени устройства. Термин "структура", который здесь используется применительно к углеродной саже, определяет ее основное свойство. В данной области техники этот термин обычно характеризует меру агрегации (скопления) начальных частиц сажи. Поскольку всякая сажа в какой-то мере определяется агрегацией начальных частиц, то такая сажа классифицируется как сажа с низкой, обычной и высокой структурой в зависимости от наблюдаемой относительной степенью агрегации. Характеристики указанных классов - низкая, обычная и высокая структура - точно не определены. Обычно структура сажи считается высокой, когда заметна сильная тенденция частиц образовывать цепочки частиц. И наоборот, структура сажи считается низкой, когда заметна лишь слабая тенденция образования агрегаций начальных частиц. Возможно непосредственное измерение характеристик структуры углеродной сажи; но оказалось, что такой же надежный и более удобный способ определения структуры сажи связан с измерением поглощения нефти сажей. Именно этот способ, основанный на поглощении нефти, применяется для определения характеристик структуры сажи. Указанный способ применяется в этой области техники и называется методом испытаний D-2414-72 ASTM (ASTM = Аме 10 риканское общество по испытанию материалов) - "Коэффициент поглощения дибутилфталата углеродной сажей". Кратко отметим следующее. Этот ме5 тод испытаний заключается в том, что в образец углеродной сажи вводится дибутилфталат (ДВР) в виде пушинок или гранул. Испытания проводятся при помощи - Абсорбциометра Браденберг-Кабо (изго10 тавливается и продается фирмой "Браденберг", г.Саус Хакенсак, шт. Нью-Джерси), с помощью которого измеряют объем использованного дибутилфталата. Измеренное значение выражается в кубичес15 ких сантиметрах или в миллиметрах дибутилфталата (DBP) на 100 грамм углеродной сажи. Этот способ поглощения нефти с применением дибутилфталата для определения структуры сажи используется и в 20 данном случае. Предложенный в настоящем изобретении способ можно реализовать инжекцией сырья для получения сажи почти перпендикулярно (поперечно) в предвари25 тельно сформированный поток горячих газов. Последние текут в сбегающем направлении со средней линейной скоростью, по меньшей мере равной 30,5 м (100 футов/с), а лучше всего со скоростью не 30 менее 152,5 м/с (500 футов). Исходное сырье можно вводить перпендикулярно к потоку газов первой ступени из внешней части потока. Возможно также инжектирование исходного сырья 35 почти в осевом направлении и/или перпендикулярно из того места, которое находится около центра потока газов первой ступени. Важной и характерной особенностью 40 настоящего изобретения является применение таких режимов начального и полного горения, при которых индекс чувствительности структуры (SSI), как определено в данном описании изобретения, 45 меньше нуля. Другой характерной особенностью изобретения является ввод вспомогательного углеводорода в многоступенчатый процесс получения технического углерода. При этом вспомогательный 50 углеводород поступает в реакционную зону практически в непрореагировавшем состоянии, что и дает значение SSI менее нуля. Как отмечалось выше, реакционная зо55 на, согласно данному здесь определению, расположена в начальной точке места ввода углеводородного сырья и обычно простирается в сбегающем направлении до точки, где процесс образования углеродной сажи заканчивается ее резким ох 11 26663 12 лаждением. При реализации этого спосо=816°С) используется в качестве окислиба полученная углеродная сажа имеет потеля, а природный газ - в качестве топниженную структуру. Это характеризуется лива для получения начального пламени. уменьшением коэффициента поглощения Поскольку значения начального горения дибутилфталата более чем на 5% (при 5 могут быть в пределах, от 100% до 0 0 % , данной и меньшей поверхности), а также то предпочтительное начальное процентуменьшением индекса поглощения йода ное значение или горение на первом этапо меньшей мере на 3 % при данном знапе процесса лежит в пределах примерно чении полного сгорания. Как здесь указаот 140 до 1000%. но, начальное горение характеризуется ко- 10 Таким образом, формируется поток голичеством окислителя (например воздурячих газов, текущих со средней скоростха), необходимого на первом этапе мноью более 30,5 м/с. Было также установгоступенчатого процесса, по сравнению с лено, что разность давлений между каметеоретическим количеством окислителя, рой сгорания и реакционной камерой равна необходимого для полного сгорания угле- 15 по меньшей мере 6,9 кПа (1 фунт/ кв. водорода на первом этапе процесса и ~ дюйм = 0,07 кг/см 2 ), желательно, чтобы получения двуокиси углерода и воды. Для эта разность находилась в пределах 10,3удобства начальное горение выражается 68,9 кПа (1,5-10 фунтов/кв.дюйм = 0 , 1 в процентах. Если на первом этапе полу0,7 кг/см 2 ). чения сажи углеводород не вводится, то 20 При таких условиях получают газовый значение начального горения бесконечно поток, энергии которого достаточно для (00%). Подходящие для данного случая преобразования углеводородного сырья для углеводород и окислители приведены ниполучения сажи в необходимый продукт же. углеродную сажу. Получаемые на первом При подготовке горячих газов первой 25 этапе процесса газы нагреты по меньшей ступени, которые в данном изобретении мере до 590 К (600°F = 316°С); но желаиспользуются для получения углеродной тельно, чтобы температура была равной сажи, в соответствующей камере горения по меньшей мере 1144 К (1600°F = протекает реакция жидкого или газооб=871 °С). разного топлива и соответствующего окис- 30 Горячие газы движутся по потоку с лителя, например, воздуха, кислорода, приращением их скорости при поступлесмеси воздуха с кислородом или им понии в закрытый отсек меньшего диаметдобных смесей. К горючим веществам, ра, где происходит инжекция исходного которые в камере сжигания вступают в сырья. Этот отсек может иметь некоторую реакцию с потоком окислителя для полу- 35 конусность или форму обычной горловичения горячих газов первой ступени, отны диффузора. На этой стадии процесса, носятся любые легко воспламеняемые гакоторый можно назвать eYopbiM этапом, зы, пары или потоки таких жидкостей, как исходное сырье лучше вводить в поток водород, окись углерода, метан, ацетигорячих газов, текущих через первую сту* лен, спирты, керосин. 40 пень устройства. Возможен также ввод Однако желательно использовать тасырья в любой другой последующей точкие виды топлива, которые отличаются наке, где уже закончился первый этап гореличием большого количества углеродосония. держащих компонентов и, в частности, угЕсли говорить более точно, то во втолеводородов. Так, например, богатые ме- 45 ром этапе процесса (когда происходит таном потоки газов /природный газ и мопротекачие газов первой ступени с больдифицированный или обогащенный пришой скоростью и наблюдается скоростродный газ/ - это прекрасное топливо, ной напор газа, равный по меньшей мере как и другие потоки с большим количест6,9 кВа или 1 фунт/кв.дюйм) происходит вом углеводорода. К ним относятся раз- 50 инжекция соответствующего углеводородличные углеводородные газы и жидкости, ного сырья для получения сажи в газы а также отход нефтепереработки, включая первой ступени при соответствующем давэтановые, пропановые, бутановые и пенлении для обеспечения необходимого протановые фракции, различные мазуты и им никновения. Поэтому обеспечивается больподобные вещества. 55 шая скорость перемешивания, деформаКроме того, на первом этапе предция газов первой ступени и углеводородпочтительного варианта многоступенчатоного сырья. го процесса получения печной сажи предВ данном случае предполагается исварительно нагретый воздух (обычно при пользование такого углеводородного сытемпературе около 1088К или (1500°F= рья, которое обладает хорошей летучее 13 26663 тью при реакции с ненасыщенными углеводородами, как, например, ацетилен олефинов - этилена, пропилена, бутилена, ароматических соединений - бензина, толуола, ксилола, некоторых насыщенных углеводородов, а также других углеводородов типа керосинов, нафталинов, терпенов, этиленовых смол и смесей ароматического ряда. Исходное сырье можно вводить почти перпендикулярно из внешней периферии потока горячих газов первой ступени в виде нескольких когерентных или распыленных потоков, проникающих во внутренние области потока газа первой ступени. Возможен также ввод сырья почти аксиально или поперек из внутренней периферии потока горячих газов первой ступени в виде одного или нескольких когерентных или распыленных потоков. При реализации настоящего изобретения углеводородное сырье обычно вводится в виде потока жидкости, которое под давлением выводится из нескольких отверстий. Последние имеют диаметры порядка 0,25-0,508 см (0,1-0,2 дюйма), лучше, чтобы эти диаметры были в пределах 0 , 5 1 0,381 см или 0,02-0,15 дюйма. При этом необходимое для инжекции давление должно быть таким, чтобы обеспечить нужное проникновение и/или распыление. Количество вводимого исходного сырья регулируется в зависимости от используемого количества топлива и окислителя, чтобы при образовании сажи обеспечить нужный процент полного сгорания, который примерно равен 1 0 - 6 0 % (желательно 15-35%). Третий этап многоступенчатого процесса происходит в реакционной зоне, что обеспечивает достаточное время для реакции получения сажи, которая заканчивается резким охлаждением. Хотя время реакции на каждом этапе процесса зависит от определенных условий и тех характеристик, которые нужно придать саже, тем не менее временной интервал данного процесса примерно равен 1 мс (или менее) - 500 мс. После того, как пройдет необходимое для получения сажи время, реакция заканчивается распылением охлаждающей жидкости (например, воды) из по меньшей мере одного распылительного сопла. Текущие горячие газы, содержащие сажу в суспендированном состоянии, устремляются в направлении потока и переходят в обычную стадию охлаждения, отделения и улавливания углеродной сажи. Выделение сажи из потока газа производится 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 14 достаточно просто известными способами, например, с помощью осадителя, циклонного сепаратора, рукавного фильтра или их комбинацией. Другие и отличные от указанных целей преимущества и особенности настоящего изобретения для специалистов этой области техники будут ясны при чтении последующего подробного описания и формулы изобретения. Реализация способа настоящего изобретения осуществляется вводом вспомогательного углеводорода в реакционную камеру многоступенчатого процесса получения сажи. Кроме того, производится регулирование начального горения и полного сгорания, чтобы SSt данного процесса был меньше нуля. Математическое объяснение индекса чувствительности структуры следующее. Если поверхность углеродной сажи сохраняется постоянной при помощи ввода вспомогательного углеводорода и удалений исходного сырья, если структура сажи (измеренная при помощи DBPA) уменьшается и если ввод во время реакции дополнительного сырья (при постоянстве всех других вводимых компонентов) приводит к получению сажи с меньшей поверхностью, то SSI должен быть меньше нуля. Если же реализованы необходимые для получения SSI меньше нуля указанные выше условия, а измерение при помощи DBPA структуры показало ее возрастание, то SSI обязательно больше нуля. При реализации настоящего изобре-* тения можно вводить любое количество вспомогательного углеводорода при условии, что такая присадка поступает в реакционную зону лрактически непрореагировавшей. Обычно при использовании углеводорода в качестве вспомогательной присадки процентное содержание углерода (С) во вспомогательном углеводороде меньше 6 0 % по весу от всего содержащегося в реагентах углерода. При использовании водорода в качестве вспомогательной присадки процентное содержание водорода (Н) в вспомогательном углеводороде меньше 6 0 % по весу от всего содержащегося в реагентах водорода. При использовании вспомогательного углеводорода в виде газообразного углеводорода желательно его количество иметь таким, чтобы процентное содержание С во вводимом вспомогательном углеводороде было меньше 3 0 % (а еще лучше менее 15%) от всего содержащегося во 15 26663 вводимых реагентах углерода. При использовании водорода в виде вспомогательного углеводорода желательно его количество иметь таким, чтобы процентное содержание Н во вводимом вспомогательном углеводороде было бы менее 3 0 % (а еще лучше менее 15%) от всего содержащегося во вводимых реагентах водорода. Количество применяемого в данном случае вспомогательного углеводорода газообразного или жидкого - определяется в виде процентного содержания всего углерода (С), вводимого с реагентами для данного процесса кроме тех случаев, когда водород используется как вспомогательный углеводород. Тогда количество вспомогательного углеводорода определяется как процентное содержание всего водорода (Н), введенного с реагентами для данного процесса. Если речь идет об углеводородах, то необходимое количество вспомогательного углеводорода находят при помощи следующего выражения: Число фунтов С во вспомогательном углеводороде X 100 % С во вспомогательном углеводороде = =полное число фунтов С (1 фунт = 454 г) в реагентах. Здесь полное количество введенного с реагентами углерода равно сумме введенного реагентами углерода на первом этапе процесса, углерода, введенного исходным сырьем, и углерода, введенного с вспомогательным углеводородом. Когда водород представляет собой вспомогательный углеводород, количество используемого вспомогательного углеводорода находят при помощи следующего выражения: Число фунтов Н во вспомогательном углеводороде X 100 % Н во вспомогательном углеводороде = =полное число фунтов Н в реагентах. Здесь полное количество введенного с реагентами водорода равно сумме введенного реагентами водорода на первом этапе процесса, водорода, введенного исходным сырьем, и водорода, введенного с вспомогательным углеводородом. Сущность настоящего изобретения будет более понятна при рассмотрении следующих примеров, Конечно, имеется много других способов реализации изобретения, которые специалистам этой области техники будут ясны после полного раскрытия сути данного изобретения. Вместе с тем нужно принять во внимание то обстоятельство, что эти примеры даны только в качестве иллюстраций и их не следует 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 16 рассматривать как ограничители объема данного изобретения. На чертеже приведен термореактор для получения сажи, поперечное сечение, который можно использовать для получения углеродной сажи способом данного изобретения На чертеже приведен один из возможных вариантов реализации способа, предложенного в данном изобретении. Хотя, как было сказано выше, на указанном чертеже приведена часть одного из реакторов для получения углеродной сажи, в настоящем изобретении можно использовать и любой другой многоступенчатый реактор для получения углеродной сажи, в котором ее получают при помощи пиролиза и/или неполным сжиганием углеводородов. Получение углеродной сажи предложенным в изобретении способом происходит в термореакторе 1, который имеет зону горения 2. В последней имеется зона конвергентного (или сходящегося) диаметра 3, переходная зона 4, секция ввода 5 и реакционная зона 6. Диаметр зоны горения 2 до точки, где начинается зона с конвергентным диаметром 3 - обозначен D-1; диаметр зоны 4 обозначен D-2; диаметры ступенчатой секции ввода 5 обозначены 0-4, D-5, D6 и D-7, диаметр зоны 6 обозначен D-3. Длина зоны горения 2 до точки, где начинается зона с конвергентным диаметром 3 обозначена L-1, длина зоны с конвергентным диаметром обозначена L2, длина переходной зоны обозначена L3 и длины ступенчатой секции ввода 5 обозначены L-4, L-5, L-6 и L-7. Предложенный в настоящем изобретении способ проверялся с помощью четырех различных секций ввода 5, о которых будет сказано ниже. Для получения углеродной сажи с помощью предложенного в этом изобретении способа нагретые горючие газы получают в зоне горения 2 соединением жидкого или газообразного топлива с соответствующим окислителем в виде потока воздуха, кислорода, их смеси или им подобных компонентов. Возможно также предварительно нагретый поток окислителя пропускать через зону горения без добавления жидкого или газообразного топлива. К горючим веществам, подходящим для взаимодействия с потоком окислителя в зоне горения 2 для получения горячих газов, относятся любые легко воспламеняемые газы, пары или потоки жидкостей, как, например, природный газ, водо 17 26663 род, окись углерода, метан, ацетилен, спирт или керосин. Однако желательно использовать такие виды топлива, которые отличаются наличием большого количества углеродосодержащих компонентов и в частности углеводородов. При получении углеродной сажи по способу настоящего изобретения отношение воздуха к природному газу может быть примерно от 10:1 до бесконечности, когда на первом этапе процесса природный газ не вводится. Для упрощения процесса получения горячих газов поток окислителя можно предварительно нагреть. Поток горячего газа из зон 2 и 3 направляется в зоны 4, 5 и 6, направление этого потока на чертеже доказано стрелкой. Сырье 7 для получения сажи вводится в точке 8 (она находится в зоне 4) и/или в точке 9 (находится в зоне 3). В данном случае предполагается использование углеводородного сырья для получения сажи, которое обладает хорошей летучестью при реакции с ненасыщенными углеводородами, как, например, ацетилен; олефинами - этилен, пропилен, бутилен; ароматическими соединениями бензин, толуол, ксилол; некоторыми насыщенными углеводородами; а также с другими углеводородами - керосины, нафталины, терпены, этиленовые смолы, смеси ароматического ряда и им подобные вещества. Расстояние между концом зоны конвергентного диаметра 3 и точкой 8 обозначено Г-1. Сырье для получения сажи 7 обычно вводится несколькими потоками, которые проникают во внутренние области горячих потоков газов первой ступени, что обеспечивает высокую скорость перемешивания и деформации горячих газов первой ступени и сырья для получения сажи. Это позволяет быстро и полностью разложить и превратить исходное сырье в углеродную сажу. Вспомогательный углеводород вводится в точке 9 с помощью зонда 10 или через каналы 11 для ввода вспомогательного углеводорода, которые находятся в стенках, образующих поверхности раздела зоны 4, где протекает процесс получения углеродной сажи. Ввод вспомогательного углеводорода может производиться и через каналы 12 для ввода вспомогательного углеводорода, которые находятся в стенках, образующих поверхности раздела зон 5 и/или 6, где протекает процесс получения углеродной сажи. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 18 При реализации настоящего изобретения вспомогательный углеводород может вводиться в осевом направлении в точке, находящейся сразу же после места горения топлива в первой ступени (ее-. ли топливо поступает в первую ступень устройства), и в точке, находящейся около места окончания образования углеродной сажи. Такой ввод возможен при условии, что в реакционную зону вспомогательный углеводород поступает практически непрореагировавшим. Промежуток между точками 8 и'9 обозначен Н-1. В приведенных здесь примерах вспомогательный углеводород вводится четырьмя способами: несколькими потоками, которые обволакивают потоки 11 сырья для получения сажи; несколькими потоками, подаваемыми из внешней периферии зоны 4, которая находится между начальными струями сырья для получения сажи в осевой плоскости ввода основного сырья для получения сажи 11; несколькими поперечными потоками около центра зоны 4 в осевой плоскости инжекции 3 исходного сырья; несколькими потоками в периферийную зону 5, где протекает процесс получения сажи 12. Отметим, что все оказанное относится лишь к примерам и не ограничивает другие способы ввода вспомогательного углеводорода. Смесь исходного сырья для получения сажи и горячих газов первой ступени протекает через зону 4 в зону 5, а затем в зону 6. Тушильник 13, который находится в точке 14 и вводит охлажденную жидкость 15, например, воду, используется для прекращения химической реакции после образования углеродной сажи. Положение точки 14 определяют любым способом, подходящим для данного случая, подбирая место для установки туши льни ка для прекращения пиролиза. Один из способов определения места установки тушильника для прекращения пиролиза состоит в определении точки, в которой получают нужный уровень выделения толуола при получении углеродной сажи. Этот уровень измеряют при помощи Метода D1618-83 "Обесцвечивание углеродной сажи при экстрагировании толуола" ASTM. Q - расстояние между началом зоны 5 и точкой размещения тушильника 14, которое может меняться в зависимости от положения тушильника 14. После охлаждения горячих газов первой ступени 19 26663 и исходного сырья для получения сажи охлажденная смесь поступает в обычное устройство охлаждения, где и происходит извлечение углеродной сажи. Выделение углеродной сажи из потока газа производится достаточно просто известными способами, например, с помощью осадителя циклонного сепаратора или рукавного фильтра. После такого разделения возможна операция гранулирования при помощи, например, мокрого гранулятора. Для определения аналитических и физических характеристик сажи, полученной по предложенному в изобретении способу, производят следующие испытания. Определение индекса поглощения йода (индекс 12) - по методу D-1510-70 ASTM. Определение коэффициента поглощения дибутилфталата (DBPA) - по методу D-2414-72 ASTM, как описано выше. Полученные данные относятся к углеродной саже в негранулированном виде. Эффективность и преимущества настоящего изобретения иллюстрируются рядом приведенных ниже примеров. Для демонстрации эффективности настоящего изобретения проводились эксперименты по получению углеродной сажи в реакторе той конструкции, которая здесь описана и приведена на фиг. 1 в указанной геометрической форме. В рассмотренных ниже примерах используются четыре секции ввода 5, которые обозначены буквами А, В, С, D, их размеры указаны в табл. 1 и отмечены на чертеже. В примерах 1 -37 вспомогательным углеводородом является природный газ. В примерах 1-45 основным топливом для реакции горения также является природный газ. Во всех приведенных здесь примерах при получении углеродной сажи природный газ вводится при температуре окружающей среды порядка 298 К (77°F = =25°С). В примерах 1-40 использовали жидкое исходное сырье, которое коммерчески доступно, а его характеристики приведены во втором столбце табл. 2. В примерах 41-45 использовали также жидкое исходное сырье, которое коммерчески доступное, а его характеристики приведены в третьем столбце табл. 2. В данных примерах 1-13, полученных по методике настоящего изобретения, указаны случаи уменьшения поверхности и структуры при вводе вспомогательного углеводорода при постоянных значениях скоростей потоков данного процесса. В тех 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 20 же примерах используются два уровня начального горения и два способа ввода вспомогательного природного газа. П р и м е р ы 1-5. Скорость потока природного газа в первой ступени устройства равна 0,016 SCMS (2,15 KSCFH/ /SCMS = стандартный м 3 /с, KSCFH = = тысяча стандартных кубических футов/с), скорость потока сжигаемого воздуха равна 0,634 SCMS (85 KSCFH). а температура предварительно нагретого сжигаемого воздуха равна 755 К (900°F = 482°С). Результирующий уровень начального горения примерно равен 400%. В примере 1 приведены данные контрольного прогона, при котором производится ввод сырья для получения сажи почти поперек сформированного потока горячих сжигаемых газов первой ступени со скоростью 1,9 х 10 4 м3/с (181 галлон/ч) через четыре отверстия 8 с диаметром 0,206 см (0,081 дюйма), расположенных на внешней периферии потока сжигаемых газов. Результирующий уровень полного сгорания примерно равен 28,3%. Охлаждение потока при помощи воды производилось в точке на расстоянии около 7,93 м (26 футов) в направлении потока инжекции исходного сыря. При этом получили углеродную сажу с индексом поглощения йода 72 мг/г с коэффициентом DBPA 141 см3/Ю0 г. В примере 2 рабочие условия получения сажи были такие, как и в примере 1, но уровень полного сгорания снизили в примере 2 до 26,4% за счет повышения скорости потока исходного сырья до 2,05 хЮ' 4 м3/с (195 галлонов/ч). При этом индеке поглощения йода полученной углеродной сажи снизился до 60 мг/г, а коэффициент DBPA практически не изменился. В примере 3 получили тот же уровень полного сгорания, что и в примере 2, за счет постоянства скорости потока исходного сырья, равной 1,9 х 10 4 м3/с (181 галлон/ч), - как и в примере 1. Но при этом вспомогательный природный газ вводился со скоростью 0,018 SCMCS (2,4 KSCFH) через четыре отверстия 11с диаметром 0,635 см (0,25 дюйма), размещенных в осевой плоскости инжекции исходного сырья между струями этого сырья. В отличие от данных примера 2 здесь заметно большое снижение индекса поглощения йода до 43 мг/г, а коэффициент DBPA снизился до 125 см3/100 г. Значение SSI, равное - 5,65, рассчитали на основании индекса поглощения йода и 21 26663 коэффициентов DBPA примеров 1-3, как отмечено для случая А в табл. 4. В примере 4 были рабочие условия примера 1, но полное сгорание снизилось до 25,4% за счет повышения скорости подачи исходного сырья до 2,14 х х Ю 4 м3/с (203 галлона/ч). В примере 5 получили тот же, что и в примере 4, полный уровень сгорания за счет повышения до 0,025 SCMS (3,4 KSCFH) подачи вспомогательного природного газа через четыре отверстия 11с диаметром 0,635 см (0,25 дюйма), которые размещались в осевой плоскости инжекции исходного сырья между струями этого сырья. Ввод вспомогательного природного газа в примере 5 вызвал снижение индекса поглощения йода по сравнению с примером 1 примерно в два раза больше, чем добавление исходного сырья в примере 4. Одновременно коэффициент DBPA уменьшился на 15 см 3 /Ю0 г по сравнению с примером 1, который наблюдался в примере 4 по сравнению с примером 1, когда вводилось дополнительное исходное сырье. Соответствующий указанным рабочим условиям SSI равен -3,40 что соответствует случаю В в табл. 4. П р и м е р ы 6-9. В примерах 69 на первом этапе процесса получения углеродной сажи со скоростью 0,447 SCMS (60 KSCFH) вводили предварительно нагретый до температуры 755 К (900°F) воздух, а со скоростью 0,014 SCMS (1,88 KSCFH) вводили природный газ с тем пературой окружающей среды порядка 298 К (77°F). При этом результирующий уровень начального горения равнялся 325%. В примерах 6 и 7 приведены данные контрольных прогонов, которые производились при двух уровнях полного сгорания без вспомогательного природного газа. В примере 6 почти поперек сформированного потока горячих сжигаемых газов сырье для получения сажи вводилось со скоростью 1,43 х Ю"4 (136 галлонов/ч). Сырье вводилось через четыре отверстия 32 диаметром 0,206 см (0,081 дюйма), которые находились на внешней периферии потока сжигаемых газов. При этом результирующее полное сгорание составило 26,1%, а охлаждение реакции происходило водой в точке на расстоянии 7,93 м (26 футов) от места инжекции сырья. Полученная углеродная масса имела индекс поглощения йода 77 мг/г и коэффициент DBPA 183 см3/100 г. В примере 7 значение полного сгорания было снижено до 23,5% за счет повышения скорости потока сырья до 1,6 х 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 22 х Ю 4 м3/с (152 галлона/ч) при неизменности всех остальных рабочих условий, в результате чего индекс поглощения йода снизился до 55 мг/г, а коэффициент DBPA повысился до 190 см 3 /Ю0 г. Рабочие условия получения сажи в примере 8 идентичны условиям примера 6 и отличаются лишь тем, что полное сгорание в примере 8 снижено до 22,8%. Это значение получили вводом вспомогательного природного газа со скоростью 0,025 SCMS (3,4 KSCFH) почти перпендикулярно через четыре отверстия 11с диаметром 0,635 см (0,25 дюйма), которые находились между струями исходного сырья в плоскости инжекции этого сырья. Полученная при этом углеродная сажа имела индекс поглощения йода 30 мг/г и коэффициент DBPA 168 см 3 /Ю0 г. В примере 9 таким же способом, что и в примере 8, вводили вспомогательный природный газ со скоростью 0,039 SCMS (5,2 KSCFH). При этом углеродная сажа имела индекс йода 16 мг/г и DBPA 148 см3/100 г. Данные примеров 6 и 7 использовали для расчета SASmf, а данные примеров 8 и 9 объединили с данными примера 6 и использовали для расчета SASah, которые приведены в табл. 4. Эти значения SAS затем использовали для определения SSI, значения которых соответствуют случаям С и D в табл. 4. Отметим, что эти значения SSI меньше нуля. Примеры 10-13. Из примеров 10-13 видно, что предложенный в данном изобретении способ получения углеродной сажи слабо зависит от места ввода вспомогательного углеводорода. В этих примерах в зону горения устройства со скоростью 0,447 SCMS (60 RSCFH) вводили воздух, предварительно нагретый до температуры 755 К (900°F) и со скоростью 0,011 SCMS (1,52 KSCFH) вводили природный газ при температуре окружающей среды порядка 293 К (77°F). Результирующий уровень начального горения примерно равен 400%. В примере 10 приведены данные контрольного прогона, при котором производился ввод сырья для получения сажи почти поперек сформированного потока горячих сжигаемых газов со скоростью 1,63 х 10 4 м3/с (155 галлонов/ч) через четыре отверстия 8 с диаметром 0,226 см (0,069 дюйма), расположенных на внешней периферии сжигаемых газов. Результирующий уровень полного сгорания примерно равен 23,5%, охлаждение реакции производилось с помощью воды в точке на расстоянии около 7,93 м 23 26663 (26 футов) в направлении плоскости инжекции исходного сырья. При этом получили углеродную сажу с индексом поглощения йода 48 мг/г с коэффициентом 3 DBPA 179 см /Ю0 г. В примере 11 значение полного сгорания повысили до 25,1% уменьшением скорости потока исходного сырья до 1,53 3 м (145 галлонов/ч) и получили углеродную сажу с индексом поглощения йода 3 50 мг/г при DBPA 179 см /Ю0 г. В примере 12 рабочие условия были похожи на условия примера 10 и отличались лишь тем, что в примере 12 значение полного сгорания снизили до 22,2%. Это значение получили при почти перпендикулярном вводе вспомогательного природного газа со скоростью 0,011 SCMS (1,5 KSCFH) через девять отверстий 12 с диаметром 0,257 см (0,101 дюйма), которые равномерно размещались по окружности третьей ступени устройства для получения углеродной сажи и находились на расстоянии около 25,4 см (10 дюймов) по потоку в плоскости инжекции исходного сырья. При указанных условиях получили углеродную сажу с индексом поглощения йода 34 мг/г и с коэффициентом DBPA 165 см 3 /Ю0 г. В примере 13 скорость потока вспомогательного природного газа повысили до 0,022 SCMS (3,0 KSCFH) и получили углеродную сажу с индексом поглощения йода 20 мг/г при коэффициенте DBPA 139 см 3 /Ю0 г. Значения SSI для этих примеров меньше нуля и приведены для случаев Е и F в табл.4. Из примеров 14-27 видно, что SS! меньше нуля, если получение сажи по способу настоящего изобретения происходит при разных условиях ввода вспомогательного углеводорода и при разных значениях полного сгорания. В этих примерах индекс поглощения йода сохраняется примерно постоянным за счет ввода вспомогательного углеводорода, что уменьшает поверхность углеродной сажи. Одновременное уменьшение скорости потока исходного сырья приводит к повышению поверхности углеродной сажи. Во всех этих случаях измерение структуры при помощи коэффициента DBPA показало ее уменьшение при вводе вспомогательного углеводорода вместо исходного сырья. Прекращение подачи исходного сырья (при одновременном сохранении скоростей всех других потоков и при неизменной конфигурации реактора) приводит к образованию большей поверхности ве 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 24 щества, что и показало измерение индекса поглощения йода. Таким образом, приведенные здесь численные данные, которые обеспечивают SSI меньше нуля, встречаются во всех случаях работы реактора, описанных в примерах 14-27. П р и м е р ы 14-27. В примерах 1417 (см. табл. 5) на первом этапе процесса получения углеродной сажи со скоростью 0,447 SCMS (60 KSCFH) вводили предварительно нагретый воздух до температуры 755 К (900°F), а со скоростью 0,011 SCMS (1,52 KSCFH) вводили природный газ при температуре окружающей среды около 298 К (77°F). В примере 14 почти поперек сформированного потока горящих сжигаемых газов сырье для получения сажи вводилось со скоростью 1,65 х 1 0 4 м 3 /с (157 галлонов/ч). Сырье вводилось через шесть отверстий 8 с диаметром Ь,127 см (0,05 дюйма), которые находились на внешней периферии потока сжигаемых газов. При добавлении водного раствора ацетата калия получили и поддерживали концентрацию калия, равную 0,74 г/м 3 (0,3 г/ /100 галлонов) в исходном сырье. Результирующее полное сгорание составило 23,4%, а охлаждение реакции производилось с помощью воды в точке на расстоянии 7,93 м (26 футов) в направлении плоскости ввода сырья. При рабочих условиях примера 14 полученная углеродная сажа имела индекс поглощения йода 35 мг/г и коэффициент DBPA 130 см3/100 г. Полученную при этих условиях сажу и ее характеристики использовали как данные контрольного прогона, т.к. не вводился вспомогательный углеводород. В примерах 15-17 почти полностью соблюдались условия примера 14 за исключением того, что процентное содержание углерода (С) во вспомогательном углеводороде повышали от нуля (контрольный прогон) до - последовательно - 2,6, 6,0 и 10,4%. При этом индекс поглощения йода сохранялся почти неизменным за счет ввода вспомогательного углеводорода и снижения скорости потока исходного сырья. Вспомогательный углеводород добавлялся в виде оболочки из природного газа, который обволакивал отверстия для подачи 11 природного газа. В примере 15 во вспомогательном углеводороде процентное содержание С повысили до 2,6% за счет снижения скорости подачи исходного сырья до 1,44 х 10 4 м3/о (137 галлонов/ /ч) и за счет ввода вспомогательного уг 25 26663 леводорода со скоростью 0,007 SCMS (1,0 KSCFH), что привело к повышению полного сгорания от 23,4 до 25,0%. В примере 16 полное сгорание повысили до 26,2%, поверхность сажи сохранялась почти неизменной за счет уменьшения скорости потока исходного сырья до 1,29 х Ю"4 м 3 (123 галлонов/ч) и повышения скорости потоков вспомогательного природного газа до 0,016 SCMS (2,2 KSCFH). В примере 17 полное сгорание повысили до 28,2% при помощи дальнейшего снижения скорости потока исходного сырья до 1,09 х 10 4 м3/с (104 галлона/ч) и повышения скорости ввода вспомогательного природного газа до 0,25 SCMS (3,4 KSCFH). Данные примеров 14-17 говорят о том, что начиная с контрольных значений примера 15 коэффициент DBPA постоянно снижается с 130 см 3 /Ю0 г до 112, 113 и 100 см 3 /Ю0 г, а процентное содержание вспомогательного природного газа возрастает. Как отмечалось выше, при этих условиях работы реактора рассчитанные значения SSI были меньше нуля. П р и м е р ы 18-19. В примере 18 приведены данные контрольного прогона, при котором ввод сырья для получения сажи производился почти поперек сформированного потока горячих сжигаемых газов со скоростью 1,63 х 10 4 м3/с (155 галлонов/ч) через четыре отверстия 8 с диаметром 0,226 см (0,089 дюйма), расположенных на внешней периферии сжигаемых газов. В этом примере условия горения на первой стадии процесса были такими, как и в примере 14. При добавлении водного раствора ацетата калия получили и поддерживали в исходном сырье концентрацию калия, равную 13,2 г/м 3 (5 г/100 галлонов). Результирующий уровень полного сгорания составил 23,5%, а охлаждение реакции производилось при помощи ввода воды в точке на расстоянии 7,93 м (26 футов) в направлении плоскости ввода сырья. При этом получили эталонную сажу с индексом поглощения йода 49 мг/г и с коэффициентом DBPA 101 см 3 /Ю0 г. В примере 19 процентное содержание углерода во вспомогательном углеводороде повысили от нуля (см. пример 18) до 4%. При этом значение индекса поглощения йода сохранялось, постоянным за счет снижения скорости потока исходного сырья до 1,35 х 10'4 м3/с (128 галлонов/ч) и ввода со скоростью 0,011 SCMS (1,5 KSCFH) вспомогательного уг 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 26 леводорода почти перпендикулярно через четыре отверстия 11 с диаметром 0,635 см (0,25 дюйма), которые размещались между струями исходного сырья в плоскости его ввода. Повышение процентного содержания углерода при постоянном значении индекса поглощения йода позволило в данном случае получить углеродную сажу с коэффициентом DBPA 78 см3/100 г, что примерно на 23 пункта меньше, чем в контрольном примере 18. Данные примеров 20-27 (см. табл. 6) говорят о том, что уровни начального горения, которые меньше уровней в примерах 1-19, соответствуют условиям данного процесса, при которых SSI меньше нуля. „ П р и м е р ы 20-25. В примерах 2025 приведены данные, характеризующие углеродную сажу с мелкой структурой, которую получили при постоянных значениях индекса поглощения йода за счет повышения скорости потока вспомогательнего природного газа и одновременного уменьшения скорости потока исходного сырья при рабочем уровне начального горения 250%. В примере 20 приведены данные контрольного прогона, во время которого в первую ступень устройства со скоростью 0,634 SCMS (85 KSCFH) вводили воздух предварительно нагретый до температуры 755 К (900°F) и со скоростью 0,026 SCMS (3,5 KSCFH) вводили природный газ при температуре окружающей среды порядка 298 К (77°F). Результирующий уровень начального горения равнялся 250%. Ввод сырья для получения сажи производился в сформированный поток горячих ожигаемых газов почти перпендикулярно со скоростью 2,49 х 1 0 4 м 3 /с (237 галлонов/ч) через четыре отверстия 8 с диаметром 0,206 см (0,081 дюйма), расположенных на внешней периферии потока горячих ожигаемых газов. При добавлении водного раствора ацетата калия получили и поддерживали в исходном сырье концентрацию калия, равную 26,93 г/м3 (10,2 г/ 100 галлонов). Результирующее полное сгорание составило 21,1%, а охлаждение реакции производилось добавлением воды в точке на расстоянии 7,93 м (26 футов) в направлении плоскости ввода сырья. Полученная при таких условиях эталонная сажа имела индекс поглощения йода 49 мг/г с коэффициентом DBPA 122 см3/100 г. В примере 21 использовались операции примера 20 с тем отличием, что про 27 26663 центное содержание углерода во вспомогательном углеводороде в примере 21 повысили до 9,2% за счет ввода вспомогательного природного газа со скоростью 0,036 SCMS (4,8 KSCFH) при одновременном снижении скорости потока исходного сырья до 1,74 х 10 4 м3/с (165 галлонов/ ч), чтобы поддерживать почти неизменной поверхность вещества. Вспомогательный углеводород вводили почти перпендикулярно через четыре отверстия 11с диаметрами 0,635 см (0,25 дюйма), которые размещались между струями исходного сырья в плоскости ввода этого сырья. Полученная при этом углеродная сажа имела измеренную с помощью коэффициента DBPA структуру, соответствующую 76 см 3 /Ю0 г. Пример 22 - это контрольный случай, данные которого получили при условиях примера 20 с тем отличием, что скорость потока исходного сырья снизили до 2,22х х 10 4 м3/с (211 галлонов/ч), в результате чего уровень полного сгорания возрос до 23,5%. При этом получили эталонную углеродную сажу с индексом поглощения йода 60 мг/г и с коэффициентом DBPA 102 см 3 /Ю0 г. . В примере 23 индекс поглощения йода был почти постоянным и равнялся 60 мг/г, хотя процентное содержание углерода во вспомогательном углеводороде возросло до 8,4% за счет повышения скорости потока вспомогательного природного газа до 0,031 SCMS (4,1 KSCFH) и снижения скорости потока исходного сырья до 1,63 х 10'4 м3/с (155 галлонов/ч). Вспомогательный природный газ вводили почти перпендикулярно через отверстия 11с диаметрами 0,635 см (0,25 дюйма), которые размещались между струями исходного сырья в плоскости ввода этого сырья. При этом результирующий уровень начального горения равнялся 27%, а структура полученной углеродной сажи снизилась до 79 см3/100 г. Контрольные данные примера 24 получили при рабочих условиях, соответствующих примеру 20. В результате получили примерно такую же сажу с индексом поглощения йода 47 мг/г и коэффициентом DBPA 122 см 3 /Ю0 г. В примере 25 использовались условия примера 24 с тем отличием, что процентное содержание углерода во вспомогательном углеводороде повысили до 5,0% за счет ввода вспомогательного природного газа со скоростью 0,022 SCMS (2,9 KSCFH) почти перпендикулярно через шесть отверстий с диаметрами 0,345 см 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 28 (0,136 дюйма), которые располагались равномерно по окружности круга вокруг находящегося в центре зонда 10. При этом индекс поглощения йода имел постоянное значение за счет снижения скорости потока исходного сырья до 2,03 х 10 4 м 3 / /с (193 галлона/ч). Полученная углеродная сажа имела коэффициент DBPA 100 см3/100 г. П р и м е р ы 26-27. В примерах 26, 27 (см. табл. 7) приведены данные, которые характеризуют возможности настоящего изобретения при уровне начального горения 147%. В примере 26 в первую ступень зоны горения со скоростью 0,447 SCMS (60 KSCFH) вводили воздух, предварительно нагретый до температуры 755 К (900°F), a со скоростью 0,031 SCMS (4,2 KSCFH) вводили природный газ при температуре окружающей среды порядка 298 К (77°F). В полученный поток горячих сжигаемых газов сырье для получения сажи вв дилось почти перпендикулярно со скоростью 1,64 х 10'4 м 3 (156 галлонов/ч) через четыре отверстия 8 с диаметрами 0,185 см (0,073 дюйма), которые находились на внешней поверхности потока горячих сжигаемых газов. При добавлении водного раствора ацетата калия получили и поддерживали в исходном сырье концентрацию калия 43,82 г/м 3 ' (16,6 г/100 галлонов). Результирующее полное сгорание составило 21,2%, а охлаждение реакции производилось добавлением воды на расстоянии около 7,93 м (25 футов) в направлении плоскости ввода сырья. При этом полученная эталонная сажа имела индекс поглощения йода 61 мг/г и коэффициент DBPA 122 см3/100 г. В примере 27 использовались рабо^ чиє условия примера 26 с тем отличием, что процентное содержание С во вспомогатель,ном углеводороде повысили до 14,2% за счет ввода со скоростью 0,036 SCMS (4,8 KSCFH) вспомогательного природного газа почти перпендикулярно через четыре отверстия 1 1 с диаметрами 0,635 (0,25 дюйма), которые находились между струями исходного сырья в осевой плоскости инжекции этого сырья. При этом индекс поглощения йода сохранялся постоянным за счет снижения скорости потока исходного сырья до 9,79 х 10 А м 3 (93 галлона/ч). Полученная углеродная сажа имела несколько меньший коэффициент DBPA, равный 99 см3/100 г. Примеры 28-37 (см. табл. 8) характеризуют возможность данного способа 29 26663 обеспечить SSI меньше нуля независимо от способа ввода исходного сырья - распылением или инжекцией. В примерах 2832 приведены полученные данным способом результаты, когда ввод исходного сырья в основном производился в поперечном направлении с распылением под давлением. В примерах 33-37 приведены данные, которые получили при инжекции исходного сырья преимущественно в осевом направлении с распылением под давлением. Эти примеры позволяют сравнивать значения ввода исходного сырья в зависимости от поступления вспомогательного углеводорода для снижения индекса поглощения йода и коэффициента DBPA. П р и м е р ы 28-32. В примерах 2832 в первую ступень устройства со скоростью 0,447 SCMS (60 KSCFH) вводился воздух при температуре 755 К (300°F) и со скоростью 0,011 SCMS (1,52 KSCFH) поступал природный газ при температуре окружающей среды порядка 298 К (77°F). Результирующее значение начального горения оценивалось в 400%. В этих примерах сырье для получения сажи поступало почти перпендикулярно через четыре отверстия 8 с диаметрами 0,079 см (0,031 дюйма), причем каждое из них имело вставную фильеру, что облегчало распыление за счет придания угловой скорости потокам исходного сырья, вводимого в устройство. В примерах 28, 29 и 31 скорость потока исходного сырья повышали от 1,26 х х10-4 мэ/с (120 галлонов/ч) до 1,4 х 10"4 м3/с (133 галлона/ч) и до 1,54 х 10-4 м3/с (148 галлонов/ч) соответственно, что позволило показать изменения поверхности и структуры сажи при изменении скоростей потоков сырья без ввода вспомогательного углеводорода. В примерах 30, 32 вводился вспомогательный природный газ через четыре отверстия 11с диаметрами 0,635 см (0,25 дюйма), расположенных на внешней периферии потока сжигаемых газов первой ступени. Газы вводились со скоростью 0,015 SCMS (2,0 KSCFH) и 0,029 SCMS (3,9 KSCFH) соответственно. Скорость потока исходного сырья была постоянной как в примере 28 и равнялась 1,26 х 10*4 м 3 /с'(120 галлонов/ч). Полученные в примерах 28-32 значения SSI приведены в табл. 9 для случаев С и Н. Эти значения меньше нуля и свидетельствуют о том, что способ настоящего изобретения можно использовать как при распылении, так и при когерентном 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ЗО вводе потока исходного сырья в реакционную зону. П р и м е р ы 33-37. В примерах 3337 сажу получали так, как и в примерах 2Q-32 соответственно с тем отличием, что в устройство исходное сырье вводили в осевом направлении движения потока. Инжекция сырья производилась через сопло с диаметром 0,305 см (0,12 дюйма) для распыления под давлением нефти, которое выпускало лоток из кончика зонда 10, последний отступал примерно на 0,25 м (10 дюймов) от осевой средней точки второй ступени устройства. Сопло для подачи нефти - это сопло "Монарх" для распыления N F-94-120-45, которое приобрели у фирмы "Монарх мануфэкчуринг" (Филадельфия, шт. Пенсильвания, США). (.Полученные в примерах 33-37 значения SSI приведены в табл. 9 для случаев I и J. Эти значеЬ5ньше нуля и свидетельствуют о том, что способ настоящего изобретения можно использовать как при осевом, так и поперечном вводе потока исходного сырья в реакционную зону. Предполагается, что и другие коммерческие способы ввода и распыления исходного сырья можно использовать в данном изобретении. Поэтому настоящее изобретение не ограничено каким-то определенным способом ввода сырья при получении сажи. П р и м е р ы 38-40. Данные примеров 38-40 (см. табл. 10) говорят о том, что при реализации способа настоящего изобретения в качестве вспомогательного углеводорода можно использовать легкий жидкий углеводород. Таким жидким углеводородом является коммерчески доступное дизельное топливо типа D-8, технические характеристики которого приведены ниже. Свойства жидкого вспомогательного углеводорода (дизельное топливо D-2): Отношение Н/С 1,68 Водород, вес.% 12,2 Углерод, вес.% 86,5 Сера, вес.% 0,3 Азот, вес.%