Реактор для отримання технічного вуглецю

1. Реактор для отримання технічного вуглецю, що містить металевий корпус, внутрішня поверхня якого футерована вогнетривким матеріалом, і послідовно і співвісно розташовані в корпусі камеру горіння, обладнану засобами для подачі палива і повітря, камеру реакції, обладнану сировинними форсунками, і камеру загартування, обладнану форсунками для подачі води, який відрізняється тим, що камера реакції виконана східчастою і містить щонайменше дві циліндрові ділянки з діаметрами, що збільшуються у напрямі камери загартування, при цьому співвідношення більшого діаметра d2 до меншого діаметра d1 зазначених ділянок камери реакції складає 1,15-1,02, а співвідношення їх довжин l2 і l1 відповідно до довжини l камери реакції складає 0,9-0,7 і 0,1-0,3. 2. Реактор за п. 1, який відрізняється тим, що співвідношення діаметрів D і D1 камери горіння складає 1,10-1,32. 3. Реактор за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що співвідношення довжини 1 камери реакції до довжини L1 камери горіння складає 4,1-4,4. U 2 50575 1 3 заданим кроком двома поясами форсунок для подачі води, зміщених один щодо одної в радіальному напрямі на 180°. Перший пояс форсунок для подачі води розташований на відстані 6000мм від сировинних форсунок. Недоліками відомого реактора є наступні: - недостатні показники якості одержуваного технічного вуглецю, зокрема, по світлопропусканню толуольного екстракту, і, отже, по чистоті технічного вуглецю, унаслідок того, що через порівняно невеликі довжину і діаметр камери реакції не забезпечується необхідна тривалість протікання процесів в камері реакції при заданих температурах; - недостатня однорідність одержуваного технічного вуглецю через неефективне перемішування продуктів в камері реакції, що обумовлене виконанням камери реакції одного діаметра по всій її довжині; Крім того, подача підігрітого газу і повітря трьома пальниками, розташованими паралельно осі реактора і під кутом 120° один щодо одного, ускладнює процеси забезпечення стабільності процесу горіння що, зрештою, негативно позначається на якості одержуваного технічного вуглецю. В основу корисної моделі поставлена задача створення такого реактора для отримання технічного вуглецю, в якому за рахунок іншої конструкції камери реакції і співвідношенні її конструктивних параметрів між собою забезпечується тривалість протікання процесів в камері реакції при заданих температурах, яка достатня для отримання технічного вуглецю із поліпшеними параметрами якості, зокрема, по світлопропусканню толуольного екстракту, і ефективне перемішування продуктів в камері реакції, що в цілому покращує чистоту і однорідність технічного вуглецю. Поставлена задача вирішується тим, що в реакторі для отримання технічного вуглецю, що включає металевий корпус, внутрішня поверхня якого футерована вогнетривким матеріалом, і послідовно і співвісно розташовані в корпусі камеру горіння, обладнану засобами для подачі палива і повітря, камеру реакції, обладнану сировинними форсунками, і камеру загартування, обладнану форсунками для подачі води, згідно корисної моделі камера реакції виконана східчастою і містить щонайменше дві циліндрові ділянки з діаметрами, що збільшуються у напрямі камери загартування, при цьому співвідношення більшого діаметра d2 до меншого діаметра d1 зазначених ділянок камери реакції складає 1,15-1,02, а співвідношення їх довжин Із і її відповідно до довжини l камери реакції складає 0,9-0,7 і 0,1-0,3. Доцільно, що співвідношення діаметрів D і D1 камери горіння складає 1,10-1,32. Доцільно, що співвідношення довжини l камери реакції до довжини L1 камери горіння складає 4,1-4,4. Для контролю і регулювання температури в зоні горіння і забезпечення стабільності параметрів горіння, що зумовлюють якість одержуваного технічного вуглецю, камера горіння обладнана пірометром, встановленим на відстані L при цьому 50575 4 співвідношення відстані L до довжини L1 камери горіння складає 0,4-0,6. Для контролю і регулювання температури в зоні реакції і забезпечення стабільності її параметрів камера реакції обладнана пірометром, встановленим на відстані І3 від сировинних форсунок, при цьому співвідношення відстані І3 до довжини 1 камери реакції складає 0,2-0,3. Для остаточного формування фізико-хімічних властивостей технічного вуглецю камера загартування обладнана п'ятьма поясами форсунок для подачі води, зміщених одна щодо одної в радіальному напрямі на 180° в кожному поясі, при цьому щонайменше два із зазначених поясів форсунок розташовані на горизонтальній ділянці камери загартування з кроком t1 один щодо одного, а інші на її вертикальній ділянці відповідно з кроком t2, t3 i t4 . Перший пояс форсунок для подачі води розміщений на відстані U щодо сировинних форсунок камери реакції, при цьому співвідношення відстані l4 до довжини L1 камери горіння складає 4,0-5,5. Для забезпечення стабільних параметрів процесу горіння і спрощення регулювання цим процесом засіб для подачі палива в камеру горіння виконаний у вигляді газового пальника, встановленого по подовжній осі реактора. Сутність корисної моделі пояснюється представленою фігурою креслення, де показана принципова схема пропонованого реактора. Реактор для отримання технічного вуглецю складається з циліндрового металевого корпусу 1, внутрішня поверхня якого футерована вогнетривким матеріалом 2, наприклад, на основі оксиду алюмінію, і послідовно і співвісно розташованих в корпусі 1 камери горіння 3, камери реакції 4 і камери загартування 5. Камера горіння 3 в торцевій частині обладнана газовим пальником 6 для подачі палива, розташованим по подовжній осі реактора, і камерою 7 для подачі повітря. Камера горіння виконана східчастою, а співвідношення її діаметрів D і D1 складає 1,10-1,32. Камера горіння 3 обладнана пірометром 8 для контролю і регулювання температури в зоні горіння. Пірометр 8 встановлений на відстані L. Співвідношення відстані L до довжини камери горіння L1 складає 0,4-0,6. Камера реакції 4 обладнана чотирма радіальне розташованими сировинними форсунками 9 для подачі вуглеводневої сировини, розташованими із зміщенням одна щодо одної на 90°. Камера реакції 4 виконана східчастою і містить дві циліндрові ділянки, виконані відповідно з діаметрами d1 і d2, що збільшуються у напрямі до камери загартування 5. Співвідношення більшого діаметра d2, до меншого діаметра d1 ділянок камери реакції 4 складає 1,15-1,02. Співвідношення довжин l2 і l1 ділянок камери реакції 4 відповідно до довжини 1 камери реакції 4 складає 0,9-0,7 і 0,1-0,3. Співвідношення діаметрів D і D1 камери горіння складає 1,10-1,32. Співвідношення довжини 1 камери реакції до довжини L1 камери горіння складає 4,1-4,4. Співвідношення діаметрів D1 камери горіння 3 і d1 циліндрової ділянки камери реакції 4 складає 5 1:1. Камера реакції 4 обладнана пірометром 10, встановленим на відстані l3 від сировинних форсунок 9. Співвідношення відстані l3 до довжини L1 камери реакції складає 0,2-0,3. Камера загартування 5 має горизонтальну і вертикальну ділянки і обладнана розташованими по її довжині із заданим кроком п'ятьма поясами форсунок 11 для подачі води, зміщених одна щодо одної в радіальному напрямі на 180°. При цьому щонайменше два із зазначених поясів форсунок 11 розташовані на горизонтальній ділянці камери загартування з кроком t1 один щодо одного, а інші на її вертикальній ділянці, відповідно, з кроком t2, t3 і t4. Перший пояс форсунок для подачі води розміщений на відстані l4 щодо сировинних форсунок камери реакції. Співвідношення відстані U до довжини L1 камери горіння складає 4,0-5,5. Пропонована конструкція реактора за рахунок «подовження» камери реакції і виконання її пропонованих конструктивних розмірів забезпечує тривалість протікання процесів при температурах 1300-1450°С, достатню для отримання технічного вуглецю із заданими параметрами якості, зокрема, по світлопропусканню толуольного екстракту, і ефективне перемішування продуктів в камері реакції, що покращує чистоту і однорідність технічного вуглецю. Таким чином, одержують «м'який» технічний вуглець середньоактивних марок із заданими фізико-механічними властивостями, які покращують характеристики міцності таких виробів, як каркаси і камери шин, а також інших подібних гумотехнічних виробів. Збільшенню довжини камери реакції сприяє також розміщення частини поясів форсунок для подачі води на вертикальній ділянці камери загартування. При цьому забезпечується стабільний процес горіння і повнота спалювання палива за рахунок інтенсивного перемішування реагентів паливоповітряної суміші і подальше вирівнювання потоку продуктів згоряння при їх надходженні в камеру реакції, ефективне протікання процесів в камері реакції і в камері загартування і, як наслідок, вихід кінцевого продукту по відношенню до маси вихідної вуглеводневої сировини. Робота реактора здійснюється в такий спосіб. Природний газ і заздалегідь нагріте до температури 450-700°С повітря середнього тиску вводяться відповідно через газовий пальник 6 і камеру 7 в камеру горіння 3. В камері горіння 3 відбувається спалювання суміші при інтенсивному перемішуванні продуктів горіння. Температура продуктів горіння на вході в камеру реакції 4 складає 1600-1900°С. При цьому за рахунок подачі газу пальником 6, встановленим по подовжній осі реактора, забезпечуються стабільні параметри 50575 6 процесу горіння і спрощується регулювання цим процесом. Пірометром 8 здійснюють контроль і регулювання температури в камері горіння 3 і, відповідно, повноту спалювання палива. Унаслідок виконання камери горіння 3 східчастою з ділянками діаметром D і D1 відбувається вирівнювання потоку продуктів повного згоряння і в камеру реакції 4 поступає направлений, більш «згладжений» і однорідний потік. Через сировинні форсунки 9 під тиском подається вуглеводнева сировина всередину камери реакції 4 з утворенням стрічних потоків, які сприяють процесу реакції і забезпечують рівномірність перемішування сировини і продуктів згоряння і, зрештою, отриманню однорідного високотемпературного потоку продуктів реакції. В результаті відбувається випаровування вуглеводневої сировини і перетворення її в продукти реакції технічний вуглець, оксид вуглецю, водяні пари, вуглекислий газ і водень. Завдяки виконанню камери реакції 4 пропонованих конструктивних розмірів збільшується її довжина і діаметр, в результаті забезпечується тривалість протікання процесів при температурах 1300-1450°С, достатня для отримання технічного вуглецю із заданими параметрами якості, зокрема, по світлопропусканню толуольного екстракту, а також забезпечується ефективне перемішування продуктів, що покращує чистоту і однорідність технічного вуглецю. Збільшенню довжини камери реакції 4 сприяє також розміщення частини поясів форсунок для подачі води 11 на вертикальній ділянці камери загартування. При цьому зменшується вірогідність коксування сировини на стінках камери реакції 4. Пірометром 10 здійснюють контроль і регулювання температури в камері реакції 4. Остаточне формування фізико-хімічних властивостей технічного вуглецю проводиться в камері загартування 5 шляхом регулювання подачі води через форсунки 11. Температура потоку суміші після подачі води за допомогою форсунок знижується до 800°С. Далі отримана техвуглецевогазова суміш виводиться з камери загартування 5 для відділення газів від технічного вуглецю. Технічне рішення випробувано на другому технологічному потоці на ВАТ «Кременчуцький завод технічного вуглецю». Реактор дозволяє істотно підвищити якість одержуваного технічного вуглецю по показнику світлопропускання толуольного екстракту, що характеризує поліпшення чистоти і однорідності технічного вуглецю. Це дає можливість отримати «м'який» технічний вуглець середньоактивних марок із заданими фізико-механічними властивостями, які покращують характеристики міцності таких виробів, як каркаси і камери шин, а також інших подібних гумотехнічних виробів. 7 Комп’ютерна верстка О. Рябко 50575 8 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