Спосіб одержання високодисперсного технічного вуглецю та реактор для його здійснення

1. Спосіб одержання високодисперсного технічного вуглецю, який включає спалювання газоподібного вуглеводневого палива з повітрям, введення в зону терморозкладу продуктів горіння C2 2 (19) 1 3 81429 кисневовмісний газ, причому кількість кисню, який вводять в зону розширення складає 3-25 вес.% від загальної кількості кисню, який вводиться в процес [А.С. СРСР №525732, пл. СO9С1/50, опубл. бюл. №31, 1972]. Слід зазначити, що введення в реакційну зону камери терморозкладу додаткової кількості кисневовмісниого газу, обумовлює також додаткові нераціональні витрати тепла, яке іде на нагрів баластного азоту, який входить в склад повітря, а величина загального теплового потоку, необхідного для формування технічного вуглецю підвищиться незначно. В випадку вводу в камеру терморозкладу додаткової кількості кисню, вуглеводнева сировина та сформовані частинки технічного вуглецю будуть згорати в потоці додаткового окислювача, що в свою чергу приведе до зменшення виходу готового продукту. Відомий реактор для одержання сажі, який включає камеру горіння, що містить аксіальне розміщений патрубок для вводу сировини і патрубок для подачі основного потоку повітря, в якому розміщений пальник та камеру реакції, з'єднаною з камерою горіння, який відрізняється тим, що пальник містить стакан з тангенціальною трубою для подачі додаткового потоку повітря і лопатки, які установлені на стакані, при цьому зовнішній діаметр стакана складає 0,2-0,4 внутрішнього діаметра патрубка для подачі основного повітря [А.С. СРСР №729222, пл. СO9С1/50, опубл. бюл. №15,1980]. Запропоноване конструювання реактора не забезпечує е фективного спалювання палива, що приводить до великих енерговитрат при виробленні сажі. Відомий реактор для одержання сажі, вибраний як прототип включає циліндричну камеру терморозкладу та камеру горіння, які покриті термостійким ізолюючим шаром. Подача вуглецевого матеріалу здійснюється по каналу та трубі, яка має сопло для роспилу. Горючі гази подаються в камеру горіння по труба х, які оснащені соплами. Повітря надходить через патрубки. Через отвори в реакторі надходить рідина для гасіння, наприклад вода або холодний газ, а продукт, який вміщує сажу виймається по каналу та направляється в сепаратор [Патент США №4299797, пл. СО1В31/02, опубл. 10.11.1981]. Проте, в цьому реакторі отримання високодисперсного технічного вуглецю зв'язано з труднощами, через те, що конструкція камери горіння не дає змоги одержати теплові потоки з температурного, яка перевищувала б 1600°С. В основу першого із групи винаходів покладено завдання удосконалення способу одержання високодисперсного технічного вуглецю, в якому за рахунок підвищення температури в камері горіння забезпечується більш високий вихід технічного вуглецю с можливістю одержання технічного вуглецю різних модифікацій (якісної відмінності) і за рахунок цього знизити собівартість готового продукту. 4 В основу другого із групи винаходів покладено завдання удосконалення реактора для одержання високодисперсного технічного вуглецю, в якому за рахунок зміни конструкції пристрою для введення кисневовмісного газу, розміщення в ньому плазмового генератора, забезпечується більш високий вихід технічного вуглецю, розширення діапазону його дисперсності. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі одержання високодисперсного технічного вуглецю, який включає спалювання газоподібного вуглеводневого палива з повітрям, введення в камеру терморозкладу продуктів горіння палива і кисневовмісного газу, радіальної подачі продуктів рідкої вуглеводневої сировини, наступного розкладу її в продуктах горіння і утворення сажогазових продуктів, стосовно винаходу, додатково співвісно камери терморозкладу в реакційну зону подають кисневовмісний газ з температурою 3000-4000°С і теплової потужністю 10-15% від теплової потужності, яка виділяється при горінні газоподібного вуглеводневого палива. Заданий інтервал температур кисневовмісного газу 3000-4000°С тепловою потужністю 10-15% від теплової потужності, яка виділяється при горінні, обумовлений необхідністю створення середньомасових температур сировини при розкладі в зоні реакції, які дорівнюють 17001800°С, при яких проходить процес утворення високодисперсного технічного вуглецю. За умов проведення процесу одержання технічного вуглецю, який протікає при сумарному тепловому потоці, спосіб набуває нові якості, які приводять до якісного покращення параметрів технічного вуглецю, зокрема до збільшення виходу і дисперсності на 4% та 12% відповідно, при порівнянні з відомим способом. Поставлена задача вирішується тим, що реактор для одержання високодисперсного технічного вуглецю, який включає камеру горіння, в який встановлені патрубки введення паливноповітряної сировини і кисневовмісного газу, камеру терморозкладу, в якій розміщені патрубки радіальної подачі сировини, камеру гартування с форсунками подачі води, стосовно винаходу, в торцевій стінці камери горіння жорстко закріплена напрямна втулка, в якій установлені з можливістю осьового переміщення водоохолоджувальна циліндрична втулка, в середині якої співвісно камери терморозкладу розміщен плазмовий генератор високотемпературного кісневовмісного газу. Конструктивне виконання камери горіння з розміщеним в ній плазмовим генератором дозволяє здійснити подачу кисневмісного газу з температурою 3000-4000°C в камеру терморозкладу, а осьове переміщення плазмового генератора в зоні впуску сировини (в камері терморозкладу) дає змогу варіювати густиною теплового потоку і градієнтом температур, що забезпечує виробництво технічного вуглецю різних модифікацій, а також дає можливість оптимізувати вихід технічного вуглецю. Заявлений спосіб реалізують таким чином. 5 81429 В камеру терморозкладу за допомогою форсунок подають рідку вуглеводн у сировину (суміш термогазойлю 50% та пекового дистилета 50%) попередньо розпилену з повітрям при температурі 350-400°С. Крім того в камеру горіння подають потік повітря та природного газу в визначеному стехіометричному співвідношенні. Одержану суміш потоків повітря з пальним запалюють. При цьому температура горіння в камері складає 1500-1560°С при тиску 0,12атм. Одночасно по осі реактора подають високотемпературний кисневовмісний газ з температурою 3000-4000°С із плазмового генератора Нижче приведені в таблиці режимні параметри роботи реактора, характеристики технічного вуглецю для температур 3000-4000°С кисневовмісного газу (повітря), який подають в зону терморозклацу сировини. 6 структурованості і графітизації початкового продукту і відповідно погіршення якості технічного вуглецю. Крім цього, як видно із таблиці, в діапазоні потужності плазмотрона 150-165кВт, що відповідає 10-15% теплової потужності, яка виділяється при горінні природного газу, максимум виходу технічного вуглецю припадає на потужность плазмотрона 155кВт, що дорівнює 12% потужності, яка виділяється при згоранні природного газу. Таким чином, раціональний температурний режим при введенні кисневого газу в реактор розміщений в діапазоні 3000-4000°С. На кресленні зображено загальний вигляд заявляє мого реактора для одержання технічного вуглецю, який містить камеру горіння 1, в якій розміщено патрубки 2,3 введення паливноповітряної сировини і кисневовмісного газу, камеру терморозкладу 4, в якій розміщені патрубки 5 радіальної подачі сировини, камеру гартування 6 з форсунками 7 а в торцевій стінці 8 камери горіння Спосіб 1 жорстко закріплена натяжна втулка 9, співвісно Параметри Заявляємий Традиційна Прототип якій установлена з можливістю осьового 1 2 3 технологія переміщення водоохолоджувальна циліндрична Температура в камері 170017501800 1500 1500 втулка 10, в середині якої розміщено плазмовий генератор 11, співвісно камери терморозкладу 4. терморозкладу, °С Водоохолоджуюча втулка 10 призначена для Потужність 150 155 165 захисту від дії високотемпературних газових плазмотрона, кВт струменів корпуса плазмового генератора 11 та Температура 300035004000 підвідних комунікацій до нього - шлангів для кисневого газу, °С постачання води, кисневовмістного газу, кабелів Витрати електропостачання (на кресленні не показано). плазмозварювальног 74 52 40 Пристрій працює таким чином. Подають в 3 о газу-повітря, м /ч. циліндричну втулк у 10 воду. Потім через патрубки Витрати природного 2,3 в камеру горіння 1 подають потік повітря та 130 130 130 130 назу, м 3/ч. природного газу в визначеному стехіометричному Витрати повітря, співвідношенні. Одержану суміш потоків повітря з 120012001200 1200 3 м /ч. пальним запалюють. Одночасно в камеру Індекс кореляції 114 114 114 114 114 терморозкладу 4 за допомогою патрубків 5 сировини подають вуглеводну сировину, попередньо Геометрична розпилену з повітрям при температурі 350-450°С, 95 100 а у камеру гартування 6 через форсунки 7 воду. поверхня технічного 105 112 120 вуглецю, м 2/г Потім подають кісневовмісний газ в плазмовий Адсорбційна генератор 11, воду на охолодження електродів 100 115 генератора, електричну напругу і здійснюють його поверхня технічного 115 117 125 2 вуглецю, м /г вмикання. Зовнішня поверхня В камері терморозкладу 4 сировина 107 115 122 97 технічного вуглецю розкладається з утворенням сажогазових Масляне число 115 115 115 114 115 продуктів, які потім загартовуються та охолоджують з наступним виділенням технічного Йодне число 100 107 110 205 вуглецю. Вихід те хнічного Перевагою пропонує мого способу одержання 40 45 вуглецю в розрахунку 48 52 50 високодисперсного технічного вуглецю та на сировину,% реактора для його здійснення в порівнянні з прототипом є: З приведених в таблиці даних видно, що із одержання значно більшої питомої збільшенням температури кисневмісного газу геометричної поверхні технічного вуглецю до питома геометрична поверхня технічного вуглецю 120м 2/г; зростає до 120м 2/г при температурі газів 4000°С, а - значно більший вихід технічного вуглецю максимум виходу – 52% припадає на температуру різних модифікацій; 3500°С. При цьому технічний вуглець більш - зниження собівартості готової продукції; структурований і монодисперсний. Запропонована група винаходів пройшла Збільшення середньмасової температури промислові випробування на Стаханівському плазмового струменя вище 4000°С, який створює заводі технічного вуглецю і одержані дані середньмасовую температур у близько 2000°С в складають суттєвість даної заявки. камері терморозкладу, призводить до збільшення 7 81429 8