Реактор для отримання технічного вуглецю

1. Реактор для отримання технічного вуглецю, що містить східчастий циліндровий металевий корпус, внутрішня поверхня якого футерована вогнетривким матеріалом і містить послідовно і співвісно розташовані циліндрову камеру горіння, обладнану пальником і засобами для подачі палива і повітря, циліндрову камеру змішування, обладнану засобами для подачі вуглеводневої сировини, циліндрову камеру реакції і циліндрову камеру загартування, обладнану засобами для подачі водяного охолоджування, при цьому металевий корпус на ділянці камери горіння виконаний з більш великим діаметром, який відрізняється тим, що східчастий циліндровий металевий корпус на ділянках камери горіння і камери змішування додатково містить зовнішню циліндрову металеву стінку, співвісно розташовану з циліндровим металевим корпусом з утворенням між ними замкнутого простору для примусового водяного охолоджування, а зовнішня циліндрова металева стінка обладнана засобами для подачі водяного охолоджування в замкнутий простір між згаданими стінками і відведення з нього, при цьому камера змішування футерована додатковим шаром вогнетривкого матеріалу. 2. Реактор за п.1, який відрізняється тим, що відстань між зовнішньою циліндровою металевою стінкою і циліндровим металевим корпусом на ділянках камери горіння і камери змішування складає 10-15мм. 3. Реактор за п.1, який відрізняється тим, що додатковий шар вогнетривкого матеріалу на ділянці U 2 UA 1 3 18167 4 одна з основних причин , що впливають на ефекни, циліндрову камеру реакції і циліндрову камеру тивність роботи реакторів і на якість отримання загартування, що складається із зони передзагарвисокоактивних марок технічного вуглецю, є темтування і зони загартування, обладнану засобами пература в зоні реакції сировини. Робоча темпераподачі води. Циліндровий металевий корпус реактура в реакторах безпосередньо залежить від матора на ділянках камери горіння і камери змішуксимальної температури, що допускається вання виконаний з великим діаметром і обладнавогнетривкими матеріалами, що використовуються ний засобами примусового повітряного для футерівки його внутрішніх поверхонь. охолоджування. Відомий реактор для отримання технічного вуТехнологічний процес отримання технічного глецю [див. Івановский B.I. Технічний вуглець. вуглецю в камері горіння і камері змішування здійПроцеси і апарати: Навчальний посібник. - Омськ: снюється при більш високих температурах в поріВАТ "Техуглерод". - 204 з., стор.56-58, мал.3.5], що внянні з реактором-аналогом. Проте вживання включає циліндровий металевий корпус, внутрішпримусового повітряного охолоджування на діляння поверхня якого футерована вогнетривким маках камери горіння і камери змішування не дозвотеріалом і містить послідовно і співвісно розташоляє суттєво розв'язати проблему тепловідводу з вані циліндрову камеру горіння з горловиною цих зон і підвищити робочі температури в камерах. конічної форми, обладнану пальником і засобами У зв'язку з цим ефективність роботи реакторадля подачі палива і повітря, циліндрову камеру прототипу по показнику виходу готового продукту змішування, обладнану засобами для подачі вугзалишається недостатньою. Підвищення робочих леводневої сировини, циліндрову камеру реакції, температура, як і у реактора-аналога, приводитиобладнану засобами для подачі водяного охоломе до передчасного руйнування вогнетривкого джування для попереднього загартування, циліндматеріалу на ділянках камери горіння і камери рову камеру загартування, обладнану засобами змішування і, як наслідок, прогоранню металевого подачі водяного охолоджування. Циліндровий мекорпусу реактора. талевий корпус охолоджується навколишнім повіУ основу корисної моделі поставлена задача трям природним шляхом. Технологічний процес створення такого реактора для отримання технічотримання технічного вуглецю здійснюється при ного вуглецю, в якому за рахунок іншого конструкнаступних температурах в камерах реактора: в тивного виконання східчастого циліндрового метакамері горіння - 500-800°С, в камері змішування левого корпусу на ділянках камери горіння і 1600-1900°С, в камері реакції - 1600-1500°С, в какамери змішування, футерівки камери змішування мері загартування -1250-800°С. додатковим шаром вогнетривкого матеріалу, а Основним недоліком відомого реактора є нитакож інших параметрів камер реактора, забезпезька ефективність його роботи, при якій вихід гочується суттєве підвищення виходу високоактивтового продукту складає не більше 65% від маси них марок технічного вуглецю з розрахунку на вивихідної вуглеводневої сировини. Це пояснюється хідну вуглеводневу сировину при забезпеченні тим, що конструктивне виконання послідовне зв'яексплуатації реактора без пошкодження вогнетризаних камер горіння і змішування і їх футерованого вкого матеріалу і його металевого корпусу. вогнетривкого покриття накладають обмеження на Поставлена задача вирішується тим, що в реграничні показники температури в кожній з камер. акторі для отримання технічного вуглецю, що Через недостатню температуру в камері горіння включає східчастий циліндровий металевий корпродукти спалювання суміші палива і повітря міспус, внутрішня поверхня якого футерована вогнетять значну кількість надмірного кисню, який, взатривким матеріалом і містить послідовно і співвісємодії з вуглеводневою сировиною в камері зміно розташовані циліндрову камеру горіння, шування, утворює оксиди вуглецю, знижуючи тим обладнану пальником і засобами для подачі палисамим вихід технічного вуглецю з вуглеводневої ва і повітря, циліндрову камеру змішування, обласировини. Оптимальна температура по цьому криднану засобами для подачі вуглеводневої сировитерію в камері горіння повинна складати близько ни, циліндрову камеру реакції і циліндрову камеру 2100°С, що значно перевищує допускаєму гранічну загартування, обладнану засобами для подачі температуру футерованого вогнетривкого покритводяного охолоджування, при цьому металевий тя, яке використовується. Внаслідок цього підвикорпус на ділянці камери горіння виконаний з щення виходу готового продукту на реакторах дабільш великим діаметром, згідно корисної моделі ного типу приводитиме до передчасного східчастий циліндровий металевий корпус на діляруйнування вогнетривкого покриття і прогорання нках камери горіння і камери змішування додаткометалевого корпусу реактора. во містить зовнішню циліндрову металеву стінку, Відомий великовантажний реактор для отриспіввісно розташовану з циліндровим металевим мання технічного вуглецю [див. В.Ю.Орлів, корпусом з утворенням між ними замкнутого просA.M.Комарів, Л.А.Ляпіна. Виробництво і використору для примусового водяного охолоджування, а товування технічного вуглецю. - Ярославль: Ізд. зовнішня циліндрова металева стінка обладнана Олександр Рутман. - 202з., стор.184, мал.5.23],що засобами для подачі водяного охолоджування в включає східчастий циліндровий металевий корзамкнутий простір між згаданими стінками і відвепус, внутрішня поверхня якого футерована вогнедення з нього, при цьому камера змішування футривким матеріалом і містить послідовно і співвістерована додатковим шаром вогнетривкого матено розташовані циліндрову камеру горіння, ріалу. обладнану пальником і засобами для подачі палиПри цьому відстань між зовнішньою циліндрова і повітря, циліндрову камеру змішування, облавою металевою стінкою і циліндровим металевим днану засобами для подачі вуглеводневої сирови 5 18167 6 корпусом на ділянках камери горіння і камери зміВиконання камери горіння з відношенням довшування складає 10-15мм. жини її циліндрової частини до діаметру не менше Доцільно, щоб додатковий шар вогнетривкого ніж 2:1, а площі поперечного перерізу циліндрової матеріалу на ділянці камери змішування був викочастини камери горіння до площі поперечного пенаний, наприклад, на основі оксиду цирконію, з рерізу камери змішування в межах 9-16 забезпетовщиною 50-80мм. чує більш інтенсивне спалювання суміші горючого Доцільно, щоб циліндрова камера горіння була газу і повітря, що безпосередньо впливає на збівиконана з горловиною конічної форми. льшення виходу готового продукту Доцільно, щоб відношення довжини L1 циліндЗабезпечення відношення довжини циліндрорової частини камери горіння до її діаметру D1 вої частини камери змішування до її діаметру не складало не менше ніж 2:1. менше, ніж 4:1 дозволяє при заданій робочій темДоцільно, щоб відношення площі поперечного пературі інтенсифікувати процес випаровування перерізу циліндрової частини камери горіння до вуглеводневої сировини, змішування пари сировиплощі поперечного перерізу циліндрової камери ни з продуктами горіння і часткового перетворення змішування складало 9-16. його в продукти реакції. Доцільно, щоб відношення довжини L2 циліндВиконання циліндрової частини камери реакції рової частини камери змішування до її діаметру D2 з відношенням її площі поперечного перерізу до складало не менше ніж 4:1. площі поперечного перерізу камери змішування в Доцільно, щоб відношення площі поперечного межах 2-6:1 і відношенням її довжини до діаметру перерізу циліндрової частини камери реакції до камери змішування не менше ніж 6:1 дозволяє площі поперечного перерізу циліндрової камери прискорити завершення процесу змішування пари змішування складало 2-6:1. вуглеводневої сировини з продуктами горіння з Доцільно, щоб відношення довжини L3 циліндутворенням продуктів їх реакції. рової частини камери реакції до діаметру D2 циліВикористовування для примусового водяного ндрової камери змішування складало не менше охолоджування циліндрового металевого корпусу ніж 6:1. на ділянках камер горіння і змішування води, охоПереважно, щоб засоби для примусового володженої до 10-30°С, і відведення її нагрітої до дяного охолоджування простору між зовнішньою і температурі 60-70°С, дозволяє забезпечити необвнутрішньою стінками циліндрового металевого хідний режим охолоджування корпусу реактора. корпусу на ділянках камери горіння і камери зміСутність корисної моделі пояснюється предшування були виконані з можливістю підведення ставленим кресленням схеми реактора. води, охолодженої до 10-30°С, і відведення води Реактор для отримання технічного вуглецю при температурі 60-70°С. складається з східчастого циліндрового металевоДоцільно, щоб внутрішня поверхня східчастого го корпусу 1, внутрішня поверхня якого футеровациліндрового металевого корпусу була футерована вогнетривким матеріалом 2, наприклад, на осна вогнетривким матеріалом на основі, наприклад, нові оксиду алюмінію, і містить послідовно і оксиду алюмінію. співвісно розташовані циліндрову камеру горіння 3 Для поліпшення процесу циліндрова камера з горловиною конічної форми 4, циліндрову камеру загартування містить засіб для відведення продукзмішування 5, циліндрову камеру реакції 6 і цилінтів горіння. дрову камеру загартування 7. Циліндрова камера Виконання циліндрового металевого корпусу горіння 3 в торцевій частині обладнана пальником реактора на ділянках камери горіння і камери змі8 і форсунками для подачі палива 9 і повітря 10. шування із стінками, створюючими замкнутий проЦиліндрова камера змішування 5 обладнана форстір для примусового водяного охолоджування, і сунками 11 для подачі вуглеводневої сировини. виконання зовнішньої металевої циліндрової стінЦиліндрова камера загартування 7 обладнана ки із засобами для подачі у вказаний замкнутий форсунками 12 для подачі водяного охолоджуванпростір і відведення з нього охолоджування доня і патрубками 13 для відведення продуктів горінзволяє суттєво поліпшити тепловідвід з камери ня. горіння і камери змішування і, за рахунок цього, Східчастий циліндровий металевий корпус 1 підвищити робочі температури в них, у тому числі на ділянках камери горіння 3 і камери змішування температуру горіння продуктів з суміші газу і пові5 додатково містить співвісно розташовану з ним тря, і, тим самим, зменшити кількість надмірного зовнішню металеву циліндрову стінку 14, створюкисню, що взаємодіє з вуглеводневою сировиною ючу замкнутий простір 15 для примусового водяв камері змішування, що суттєво підвищує вихід ного охолоджування. Остання обладнана патрубвисокоактивного технічного вуглецю з вуглеводнеками для подачі 16 і відведення 17 водяного вої сировини. охолоджування. Подача води в замкнутий простір Виконання циліндрової камери горіння з гор15 здійснюється при температурі 10-30°С, а відвеловиною конічної форми дозволяє підвищити тердення нагрітої води - при температурі 60-70°С. мін служби вогнетривкого покриття на межі камери Відстань між зовнішньою металевою циліндровою горіння і камери зміщення. стінкою 14 і східчастим циліндровим металевим Виконання стінки камери змішування з додаткорпусом 1 на ділянках камери горіння 3 і камери ковим шаром вогнетривкого матеріалу завтовшки змішування 5 складає, наприклад, 15 мм. Камера 50-80мм, виконаного, наприклад, на основі оксиду змішування 5 футерована додатковим шаром 18 цирконію, дозволяє підвищити робочу температувогнетривкого матеріалу, наприклад, на основі ру в камері і збільшити ресурс роботи вогнетривоксиду цирконію, з товщиною 70мм. Максимальна кого матеріалу. температура, при якій забезпечується тривала 7 18167 8 робота вогнетривкого матеріалу, складає: для ма180-250°С. Масове співвідношення потоків продуктеріалів на основі оксиду алюмінію - 1700°С, на ти горіння-вуглеводна сировина залежить від рооснові оксиду цирконію - 2100°С. бочої температури в камері змішування 5 і знахоРеактор виконаний при наступних конструктидиться в межах 5,3-4,0. В камері змішування 5 вних параметрах: відбувається випаровування вуглеводневої сиро- відношення довжини L1 циліндрової частини вини, змішування його пари з продуктами горіння і камери горіння до її діаметру D1складає 2:1; часткове перетворення в продукти реакції - техніч- відношення площі поперечного перерізу циний вуглець, оксид вуглецю, водяні пари, Метан, ліндрової частини камери горіння до площі попеводень. Для охолоджування східчастого циліндроречного перерізу камери змішування складає 12; вого металевого корпусу 1 в замкнутий простір 15 - відношення довжини L2 циліндрової частини на ділянках камери горіння 3 і камери змішування камери змішування до її діаметру D2 складає 4:1; 5 через патрубки 16 подається охолоджена до 10- відношення площі поперечного перерізу ци30°С вода, яка, за рахунок відбору тепла від металіндрової частини камери реакції до площі попелевого корпусу, нагрівається до температури 60речного перерізу камери змішування складає 4; 70°С і за допомогою патрубків 17 відводиться за - відношення довжини L3 циліндрової частини межі реактора. камери реакції до діаметру D2 камери змішування Суміш, що утворилася в камері змішування 5, складає 6:1. поступає в камеру реакції 6, в якій завершується Описане в даному прикладі і відображена на процес змішування пари вуглеводневої сировини з кресленні конструкція реактора не є єдино можлипродуктами горіння з утворенням продуктів їх реавою для досягнення вищезгаданого технічного кції. Продукти реакції поступають в камеру загаррезультату і не виключає інших варіантів його витування 7, в якій перемішуються з охолоджуючою конання, які містять сукупність конструктивних водою, що поступає через форсунки 12, і охолоознак, включених у формулу. джуються до температури 800-1250°С. Продукти Реактор працює таким чином. горіння виводяться з камери загартування 7 через Горючий газ і повітря, заздалегідь нагріте до патрубок 13. температури 500-800°С, через форсунки 9 і 10, Технічне рішення, що заявляється, реалізоварозташовані на торцевій стінці східчастого циліндно на ВАТ "Кременчуцький завод технічного вугрового металевого корпусу 1, подаються в циліндлецю" при отриманні високоактивних марок технірову частину камери горіння 3. Співвідношення чного вуглецю з вуглеводневої сировини. При гусвитрати горючого газу і повітря в суміші, що утвогустині вуглеводневої сировини не менше 1,0 г/см3 рюється, яке характеризується стехіометричним вихід технічного вуглецю складає 75-82% від маси коефіцієнтом а, складає 1,0-1,05. В камері горіння сировини, що на 15-25% більше, ніж у відомих ді3 відбувається інтенсивне спалювання суміші, теючих реакторах. При цьому температура футеромпература якої на вході в камеру змішування 5 вочного вогнетривкого матеріалу не перевищує підвищується до 2100()-23000C. Через форсунки 11 робочих температур, які допускаються для нього, в камеру змішування 5 подається вуглеводнева що забезпечує тривалу експлуатацію реактора без сировина, заздалегідь розігріта до температури руйнування вогнетривкого покриття. Комп’ютерна верстка Н. Лисенко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601