CS195224B1 - Způsob výroby sazí a reaktor k provádění způsobu - Google Patents

Description

GENNADIJ VASILJEVlC, KORENJAK NIKOLAJ KALISTRATOVlC, NOVIKOV VASILIJ VASILJEVlC, BOBRIK MIČHAIL JAKOVLEVIČ, OMSK, PERETJATKO NIKOLAJ IVANOVIC, KREMENCUK a BOROZNJAK IVAN GEORGIJEVlC, OMSK /SSSR/ (54) Způsob výroby sazí a reaktor k provádění způsobu

Vynález se týká způsobu výroby sazí a reaktoru k provádění způsobu. Vyrobené saze se používají jako plnídla do gumárenských směsí.

V současné době je známo několik způsobů výroby sazí a reaktorů k provádění způsobu.

Jeden ze známých způsobů spočívá v tom, že se zpočátku přivádí tangenciálně k uhlovodíkovému palivu hlavní proud vzduchu za tvorby rotujících produktů hoření paliva. Pak se axiálně přivádí uhlovodíková surovina do rotujících produktů hoření paliva, která se nakonec termicky rozloží za vzniku sazí.

Reaktor k provádění známého způsobu zahrnuje koaxiálně uspořádané a mezi sebou spojené spalovací komoru, která má tangenciálně nastavený hořák pro spalování do ní přiváděného uhlovodíkového paliva a hrdlo pro přívod základního proudu vzduchu, a reakční komoru určenou pro termický rozklad uhlovodíkové suroviny za vzniku sazí /US patentový spis Č. 2.641 534/.

Při tomto známém způsobu výroby sazí a reaktoru k provádění způsobu je proces smíchání proudu vzduchu s uhlovodíkovým palivem neefektivní a úhlové rychlosti proudu vzduchu v bodě přívodu paliva jsou malé, což má za následek neúplné spalování paliva a tudíž dochází ke zvýšeným spotřebám uhlovodíkového paliva na ‘tunu vyrobených sazí. Při zvýšení úhlové rychlosti nutně dochází k větším energetickým a materiálním ztrátám pro vytvoření vyššího tlaku proudu vzduchu.

Druhý známý způsob výroby sazí a reaktor k provádění způsobu /US patentový spis č.

211 532/ zahrnuje přívod hlavního proudu vzduchu tangenciálně k uhlovodíkovému palivu za vzniku rotujících produktů hoření paliva a axiální přívod uhlovodíkové suroviny do rotujících produktů hoření paliva a její následný termický rozklad za vzniku sazí.

Popsaný způsob výroby sazí, zajištující efektivnější smíchání uhlovodíkového paliva s proudem vzduchu, se však při srovnání se způsobem podle US patentu 2 641 534 vyznačuje vysokými materiálními a energetickými ztrátami, které jsou způsobeny nutností zvýšit tlak hlavního proudu vzduchu pro zajištění vysokých úhlových rychlostí proudu vzduchu v bodě přívodu uhlovodíkového paliva. Tento způsob výroby sazí a reaktor k provádění způsobu však neumožňují regulovat úhlové rychlosti proudu vzduchu nutné pro účinné spalování uhlovodíkového paliva, což zvyšuje materiální ztráty při výrobě konečného produktu - sazí.

Za základ předloženého vynálezu je postavena úloha vytvořit způsob výroby sazí s takovými parametry procesu a s takovým konstrukčním provedením hořáku v reaktoru k provádění tohoto způsobu, které by' zajistily účinné smíchání á spalování uhlovodíkového paliva a dovolily by snížit tlak hlavního proudu vzduchu při -snížení energetických a materiálních ztrát a také by umožnily regulaci úhlových rychlostí proudu vzduchu nutných pro úplné spalování uhlovodíkového paliva.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že se při způsobu výroby sazí zahrnujícím přívod hlav195224 t 95224 ního proudu vzduchu tangenciálně k proudu uhlovodíkového paliva s tvorbou rotujících produktů hoření paliva, axiální přívod uhlovodíkové suroviny do rotujících produktů hoření paliva a její následný termický rozklad za vzniku sazí, podle vynálezu přivádí tangenciálně k uhlovodíkovému palivu dodatečný proud vzduchu pod tlakem 0,5 až 0,9 MPa s úhlovou rychlostí 6000 až 10 000 rad/s, a hlavní proud vzduchu pod tlakem 0,1t5 až 0,16 MPa s úhlovou rychlostí 50 až 120 rad/s.

Toto dovoluje vytvořit předběžně rotující směs paliva a vzduchu, která reaguje účinně s rotujícím hlavním proudem vzduchu, čímž se zajistí rychlost a úplnost hoření uhlovodíkového paliva.

S výhodou se dodlftečný proud vzduchu přivádí mezi proudem uhlovodíkového paliva a hlavním proudem vzduchu při poměru objemové spotřeby dodatečného a hlavního proudu vzduchu 0,05 až 0,1 : 1.

Takový poměr spotřeby dodatečného a hlavního proudu vzduchu umožňuje snížit celkovou spotřebu pro vytváření tlaku proudu vzduchu.

Je účelné přivádět uhlovodíkové palivo pod tlakem 0,11 až 0,35 MPa, čímž se sníží celková spotřeba pro vytváření tlaku uhlovodíkového paliva.

Pro provádění způsobu podle vynálezu se používá reaktor obsahující koaxiálně uspořádanou a mezi sebou spojenou spalovací komoru, která má hořák pro spalování do ní přiváděného uhlovodíkového paliva tangenciálně uspořádaný v hrdle pro přívod hlavního proudu vzduchu, a reakční komoru určenou pro termický rozklad uhlovodíkové suroviny za vzniku sazí, přičemž podle vynálezu je hořák opatřen pouzdrem s tangenciálně uspořádaným kanálem pro přívod dodatečného proudu vzduchu a lopatkami, které jsou na pouzdře uspořádány šikmo vzhledem ke geometrické ose hrdla pro přívod hlavního proudu vzduchu.

Takové konstrukční řešení zabezpečuje samostatný přívod dodatečného proudu vzduchu a vytvoření rotující s.měsi paliva a vzduchu, což má za následek účinné spalování uhlovodíkového paliva.

Užitečný vnější průměr pouzdra se zvolí v rozmezí 0,2 až 0,4 vnitřního průměru hrdla pro přívod hlavního proudu vzduchu.

Předložený vynález je objasněn konkrétními příklady jeho provedení s přiloženými schématy, na kterých:

obr. 1 schematicky znázorňuje podélný průřez reaktoru pro provádění způsobu výroby sazí podle vynálezu;

obr. 2 - řez II - II spalovací komory podle vynálezu /varianta s dvěma tangenciálními hrdly/, ve zvětšení;

obr. 3 znázorňuje řez A na obr. 2 ve zvětšení.

Předložený způsob výroby sazí se provádí následujícím způsobem. Do spalovací komory £ se ve směru šipky £ přivádí uhlovodíkové palivo pod tlakem 0,11 až 0,35 MPa, např. propan-butan, hořákem 2_ uspořádaným tangenciálně v hrdle £ pro přívod hlavního proudu vzduchu, který se ve směru šipky £ přivádí pod tlakem 0,115 až 0,16 MPa s úhlovou rychlostí 50 až 120 rad/s.

Dodatečný proud vzduchu se ve směru šipky D pod tlakem 0,5 až 0,9 MPa s úhlovou rychlostí 6000 až 10 000 rad/s tangenciálním kanálem £ hořáku £ přivádí do směšovací komory £ hořáku £, která je tvořena stěnami pouzdra £.

Dodatečný proud vzduchu se přivádí mezi proudem uhlovodíkového paliva a hlavním proudem vzduchu, přičemž objemová spotřeba dodatečného a hlavního proudu vzduchu je v poměru 0,05 až 0,1 : 1. Vysoké úhlové rychlosti dodatečného proudu vzduchu umožňují snížit tlak uhlovodíkového paliva na 0,11 až 0,35 MPa, který je podmíněn jen protitlakem v reaktoru a hydraulickými ztrátami v palivovém potrubí a v hořáku £*.

Směšovací komora £ pouzdra £ je provedena ve tvaru válce pro vytváření dobře promíchané směsi paliva a vzduchu, přičemž vnější průměr dj pouzdra £ je 0,2 až 0,4 vnitřního průměru £2 hrdla £ pro přívod hlavního proudu vzduchu, což umožňuje zajistit tlak proudu 0,115 až 0,16 MPa.

Pouzdro £ je opatřeno lopatkami T_ uspořádanými šikmo vzhledem k ose hlavního proudu vzduchu.

Uhlovodíkové palivo se intenzívně smíchává s dodatečným proudem vzduchu rotujícím velkou úhlovou rychlostí, v důsledku čehož se tvoří dobře smíšená směs paliva a vzduchu , Hlavní proud vzduchu se víří při. průchodu lopatkami 7_, intenzívně se promíchává s rotující směsí paliva a vzduchu, v důsledku čehož uhlovodíkové palivo rychle a účinně reaguje se vzdušným kyslíkem za vzniku rotujících proudů produktů spalování. Směr rotace hlavního proudu vzduchu je opačný než směr rotace směsi paliva a vzduchu. Produkty hoření se přivádějí do reakční komory £. Reakční komora £ určená pro termický rozklad rozprášené uhlovodíkové suroviny a pro výrobu sazí má zpočátku tvar válce a pak přechází na s ní koaxiálně spojenou zónu kalení reaktoru £. Uhlovodíková surovina rozprášená vzduchem se přivádí do reakční komory £ axiálně hrdlem 10 umístěným v čele spalovací komory £. Rozprášená uhlovodíková surovina se přivádí ve směru šipky £ axiálním hrdlem £0 do reakční komory £, kde se intenzívně promíchává s rotujícími produkty hoření paliva.

Po průchodu kanálem reakční komory £ se uhlovodíková surovina polymerizuje a termicky rozkládá za tvorby sazí,

Do zóny kalení reaktoru £ se přivádí ve směru šipky £ chladicí voda pro zachování fyzikálně-chemických vlastností sazí a dále se ve směru šipky H odvádí z reaktoru saze na oddělení od aerosolu a na jejich následné zpracování.

Shora popsaný způsob výroby sazí je dále objasněn na následujících konkrétních příkladech jeho provedení.

Příklad 1

Do spalovací komory 1 se tangenciálním hrdlem £ přivádí hlavní proud vzduchu pod tlakem 0,115 MPa v množství 2600 nm^/h a o teplotě 350 °C, který po průchodu lopatkami £ nabývá úhlovou rychlost 50 rad/s. Do hořáku £ umístěného v hrdle ·£ se přivádí tangenciálním kanálem £ úhlovou rychlostí 6000 rad./s dodatečný proud vzduchu pod tlakem 0,5 MPa a o teplotě 400 °C v množství 130 nnA/h. Uhlovodíkové palivo propan-butan se pod tlakem 0,11 MPa v množství 70 nm^/h přivádí do hořáku £. Poměr spotřeby dodatečného a hlavního proudu vzduchu se rovná 0,05.

Hlavní proud vzduchu rotující úhlovou rychlostí 50 rad/s se smíchává s rotujícím proudem směsi paliva a vzduchu, palivo se spaluje za tvorby rotujících produktů hoření, které tangenciálně postupují do spalovací komory £. _s

Do reakční komory £ se axiálním hrdlem · £0 přivádí surovina/směs 50 % antracenového oleje a 50 X antracenového zeleného oleje/ zahřátá na teplotu 220 °C v množství 650 kg/h. Surovina se předběžně rozpráší vzduchem v množství 400 nm^/h o teplotě 350 °C.

Teplota v reakční komoře £ je v tomto případě rovna 1560 °C.

Saze vyrobené podle uvedeného způsobu mají specifický geometrický povrch 97 m.2/g a adsorpce d ibut y 1 f t al át u činí 106 ml/100g. Výtěžek sazí v pro.centech k přiváděné uhlovodíkové surovině činí 41,99.

Příklad 2

Do spalovací komory £ se tangenciálním hrdlem 3. přivádí hlavní proud vzduchu ’pod tlakem 0,122 MPa v množství 2400 nm^/h a o teplotě 350 °C , který po průchodu lopatkami 7 nabývá úhlovou rychlost 70 rad/s. Do hořZku 2. umístěného v hrdle 3_ se přivádí tangenciálním kanálem £ úhlovou rychlostí 800 rad/s dodatečný proud vzduchu pod tlakem 0,7 MPa a o teplotě 400 °C v množství 130 mr/h. Uhlovodíkové palivo propan-butan se pod tlakem 0,17 MPa v množství 70 nnr/h přivádí do hořáku 2_. Poměr spotřeby dodatečného a hlavního proudu vzduchu se rovná 0,055.

Hlavní proud vzduchu rotující úhlovou rychlostí 70 rad/s se smíchává s rotujícím proudem směsi paliva a vzduchu, palivo se spaluje za tvorby rotujících produktů hoření, které postupují tangenciálně do spalovací komory _1__.

Přiváděná uhlovodíková surovina m.á st.ejné parametry jako v příkladě 1 .

Teplota v reakční komoře 8 je v tomto případě rovna 1560 °C.

Saze vyrobené podle uvedeného způsobu mají specifický geometrický povrch 99 m^/g a adsorpce dibutylftalátu činí 110 ml/100 g. Výtěžek sazí v procentech k přiváděné uhlovodíkové surovině činí 44,01.

Příklad 3

Do spalovací komory £ se přivádí hlavní proud vzduchu pod tlakem 0,16 MPa a o teplotě 350 °C, úhlové Rychlosti 120 rad/s v množství 2300 nm /h. Uhlovodíkové palivo propan-butan se přivádí pod tlakem 0,35 MPa a množství 70 nnr/h. Dodatečný proud vzduchu se přivádí o úhlové rychlosti

000 rad/s, teplotě 400 °C a v množství 230 nm^/h. Poměr spotřeby dodatečného a hlavního proudu vzduchu se rovná 0,1.

Přiváděná uhlovodíková surovina má stejné parametry jako v příkladě 1.

Teplota v reakční komoře θ je v tomto případe rovna 1560 °C.

Saze vyrobené podle uvedeného způsobu mají specifický'geometrický povrch 99 m^/g a adsorpce dibutylftalátu činí 108 ml/100 g. Výtěžek *sazí v procentech k přiváděné uhlovodíkové surovině činí 44,24.

PŘEDMĚT

Claims (2)

1. Způsob výroby sazí, při kterém se tangenciálně k proudu uhlovodíkového paliva přivádí hlavní proud vzduchu za vzniku rotujících produktů spalování paliva, pak se axiálně přivádí uhlovodíková surovina do rotujících produktů spalování paliva s jejím následným termickým rozkladem za vzniku sazí, vyznačující se tím, že se přivádí tangenciálně k uhlovodíkovému palivu dodatečný proud vzduchu pod tlakem 0,5 až

0,9 MPa úhlovou rychlostí 6000 až 10 000 rad/s a hlavní proud vzduchu se. přivádí pod tlakem 0,115 až 0,16 MPa úhlovou rychlostí 50 až 120 rad/s.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se přivádí dodatečný proud vzduchu mezi proudem uhlovodíkového paliva a hlavním proudem vzduchu při poměru objemové spotřeby dodatečného a hlavního proudu vzduchu rovném 0,05 až 0,1 : 1.

3. Způsob podle bodu 1, vyznačující se

VYNÁLEZU tím, že se přivádí uhlovodíkové palivo pod tlakem 0,11 až 0,35 MPa.

4. Reaktor k provádění způsobu podle bodu 1 obsahující koaxiálně uspořádanou a mezi sebou spojenou spalovací komoru, která má hořák pro spalování do ní přiváděného uhlovodíkového paliva tangenciálně uspořádaný v hrdle pro přívod hlavního prou du vzduchu, a reakční komoru určenou pro termický rozklad uhlovodíkové suroviny za vzniku sazí, vyznačující se tím, že hořák /2/ je opatřen pouzdrem /6/ s tangenciálně uspořádaným kanálem /4/ pro přívod dodatečného proudu vzduchu a lopatkami /7/, které jsou na pouzdře /6/ uspořádány šikmo vzhledem ke geometrické ose hrdla /3/ pro přívod hlavního proudu’ vzduchu.

5. Reaktor podle bodu 4, vyznačující se tím, že vnější průměr pouzdra /6/ je 0,2 až 0,4 vnitřního průměru hrdla /3/ pro přívod hlavního proudu vzduchu.

2 listy výkresů

Srvrrografia. n. p„ závod 7. Mott