CS197228B2

CS197228B2 - Method for the production of carbon black from liquid hydrocarbons and device for making

Info

Publication number: CS197228B2
Application number: CS737662A
Authority: CS
Inventors: Arthur E Fross
Original assignee: Gelan Ets
Priority date: 1972-11-10
Filing date: 1973-11-08
Publication date: 1980-04-30
Also published as: YU79081A; IL43564A; AT334479B; SU871737A3; JPS5820988B2; DD108109A5; AU6226873A; PL91168B1; DK149865B; IT1001692B; FR2206364A1; AR203466A1; ES420050A1; IL43564A0; GB1451481A; JPS4999988A; SE403489B; FI58152B; FI58152C; BR7308748D0

Abstract

1451481 Carbon black INTERNATIONAL FROSSBLACKS PROCESS ESTABLISHMENT 7 Nov 1973 [10 Nov 1972 31 Aug 1973] 51725/73 Heading C1A Carbon black is produced from liquid or gaseous hydrocarbons by thermal decomposition of the hydrocarbon by partial combustion in a combustion chamber, the hydrocarbon being introduced into the combustion chamber as a heated substantially homogeneous mixture with an oxygen-containing gas through inlets which are substantially evenly distributed over the cross-section of the combustion chamber, and being therein partially combusted at a temperature of 950‹ to 1,200‹C.; the combustion products are then cooled by indirect heat exchange with at least one stream of cooling medium, and separating the carbon black formed. In the case of a liquid hydrocarbon the homogeneous mixture is formed by introducing preheated liquid hydrocarbon under pressure and preheated oxygen-containing gas into a plurality of vaporization zones which lead into the combustion chamber, whereas in the case of a gaseous hydrocarbon the hydrocarbon and the oxygencontaining gas are introduced under pressure into a mixing chamber and the resulting substantially homogeneous mixture is heated and then introduced through a plurality of entrances into the combustion chamber, the mixture being further heated as it is introduced into the combustion chamber.

Description

Vynález se týká způsobu výroby sazí z kapalných uhlovodíků za přídavku vzduchu jako plynu obsahujícího kyslík, tepelným rozkladem při částečném spalování uhlovodíků ve spalovací komoře. Vynález se rovněž týká zařízení k provádění tohoto způsobu.The present invention relates to a process for producing carbon black from liquid hydrocarbons by adding air as an oxygen-containing gas by thermal decomposition in the partial combustion of hydrocarbons in a combustion chamber. The invention also relates to an apparatus for carrying out this method.

Způsoby výroby sazí z kapalných uhlovodíků jsou známy.Methods for producing carbon black from liquid hydrocarbons are known.

Při výrobě sazí z normálně kapalných uhlovodíků spočívají všechny známé způsoby a zařízení k jejich provádění na neúplném spálení uhlovodíkových materiálů vzduchem v tepelně izolovaném nebo holém reaktoru. Přitom se část uhlovodíků spálí a zbylá část se krakuje teplem vyvíjeným při spalování. U všech známých způsobů musí se jako přísady používat topného nebo hořlavého plynu, například zemního plynu, propanu, plynného petrolejového destilátu nebo podobně, s dostatečným množstvím plynu obsahujícím volný kyslík, obvykle vzduchu, a spalovat v reaktoru. Při tom se normálně kapalný výchozí produkt pro výrobu sazí vstřikuje do plamene nebo do produktů jeho spalování. Obvykle se do pece na výrobu sazí přivádí o něco více vzduchu než je množství potřebné k úplnému spálení topného plynu. Tím se však současně spálí malý díl sazového oleje. Kromě toho vzniká při výrobě sazí část hrubých sazí, které je třeba zvlášť mlít.In the production of carbon black from normally liquid hydrocarbons, all known methods and apparatus for carrying out the method consist in incomplete combustion of the hydrocarbon materials by air in a thermally insulated or bare reactor. Here, part of the hydrocarbons is burned and the remaining part is cracked by the heat generated during combustion. In all known processes, heating or flammable gas such as natural gas, propane, petroleum distillate gas or the like must be used as additives, with sufficient gas containing free oxygen, usually air, and combusted in the reactor. In this case, the normally liquid carbon black starting product is injected into the flame or into its combustion products. Typically, a little more air is supplied to the carbon black furnace than the amount required to completely burn the fuel gas. However, this also burns a small portion of the soot oil. In addition, part of the carbon black is produced during the production of the carbon black, which must be milled separately.

Při všech známých způsobech se pracuje s velmi vysokými teplotami, které přesahují 1300 °C. Postupy v reakčním prostoru, spalovací soustava a provozní podmínky představují pokud se jedná o kvalitu sazí činitele, které lze obtížně dodržet. Vzniklé saze se kromě toho musí ochlazovat stálým proudem vody. .All known processes operate at very high temperatures in excess of 1300 ° C. The processes in the reaction space, the combustion system and the operating conditions are factors that are difficult to maintain in terms of the carbon black quality. In addition, the resulting carbon black must be cooled with a constant stream of water. .

Zařízení používaná při známých způsobech jsou složena z ležatých celokovových reaktorů, u nichž se pyrolýza provádí v kovových reakčních trubkách opatřených tepelně vodivým, ohnivzdorným vyložením nebo v kovových reakčních trubkách bez vyložení. Nebo taková zařízení jsou složena z prvního válce pece, jehož průměr je větší než délka a na který je ve směru osy napojen druhý válec.The devices used in the known methods consist of horizontal, all-metal reactors in which pyrolysis is carried out in metal reaction tubes provided with a thermally conductive, fire-resistant lining or in metal reaction tubes without lining. Or such devices consist of a first furnace cylinder whose diameter is greater than the length and to which the second cylinder is connected in the axial direction.

U známých způsobů výroby sazí z plynných uhlovodíků provádí se reakce plynné směsi v poměrně malých nádržích, jež mají objem nanejvýše 10 litrů a do nichž se plynná směs uvádí cyklicky přes vpouštěcí ventil. Jakmile reakce proběhne, vytékají reakční produkty vypoustěcím ventilem z nádrží. Výtěžek každé reakce vztažený na násadu v komoře je však velmi malý, takže hospodárnost těchto způsobů není uspokoji vá. Kromě toho muselo se u známých způsobů pracovat s přídavky kapalných uhlovodíků nebo s jinými snadno zápalnými surovinami.In known processes for producing carbon black from gaseous hydrocarbons, the gas mixture is reacted in relatively small tanks having a volume of at most 10 liters and into which the gas mixture is introduced cyclically through an inlet valve. Once the reaction is complete, the reaction products flow through the discharge valve from the tanks. However, the yield of each reaction relative to the batch in the chamber is very small, so that the economy of these processes is not satisfactory. In addition, the addition of liquid hydrocarbons or other readily combustible raw materials had to be carried out in the known processes.

Je dále znám způsob výroby sazí označovaný jako kanálový způsob, při němž přírodní plyn hoří v tisících malých plamíncích v „horkém domě”. Spotřeba kyslíku pro udržování spalování se kryje přívodem vzduchu. Plamínky se v ocelových kanálech pohybují pomalu sem a tam, zatímco na pevně umístěných ocelových deskách se seškrabávají saze, které padají do dopravního koše a dopravují se k odlučovači hrubozrnných sazí. Saze se profukují odlučovačem, při čemž se odloučí těžké částice (grift). Nevýhodou je to, že výtěžek sazí je při tomto způsobu velmi malý, tj. nepřesahuje 5 % přivedeného obsahu uhlíku, a v důsledku toho jsou produkty vyráběné tímto způsobem, zejména barvářské saze, velmi drahé.There is also a known method for producing carbon black, known as the canal process, in which natural gas burns in thousands of small flames in a "hot house". The oxygen consumption to maintain combustion is covered by the air supply. The flames in the steel ducts move slowly back and forth, while on the fixed steel plates the soot is scraped which falls into the transport basket and is transported to the coarse-grain separator. The carbon black is purged through a separator, separating the heavy particles (grift). The disadvantage is that the yield of the carbon black in this process is very low, i.e. does not exceed 5% of the carbon content introduced, and consequently the products produced by the process, in particular the soot, are very expensive.

Úkolem tohoto vynálezu je vytvořit způsob a zařízení k výrobě sazí, který by neměl nedostatky známých způsobů a zařízení, nýbrž který by umožňoval výrobu sazí s velkým výtěžkem a ve větším výběru různých typů sazí v jednom a témž zařízení.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for producing carbon black which does not have the drawbacks of known methods and apparatus, but which allows the production of carbon blacks with high yields and a wide variety of different types of carbon black in the same apparatus.

Podstata výroby sazí z kapalných uhlovodíků, například z těžkého oleje, za přídavku vzduchu jako plynu obsahujícího kyslík, termickým rozkladem při částečném spalování uhlovodíků je v tom, že se uhlovodíky před vstupem do reakčního pásma zahřívají na 100 až 130 °C, což odpovídá viskozitě (10 až 17J.10^-6 m²/s, vstřikují se pod tlakem 2 až 3 MPa do předreakčního pásma, kde se rozprašují, zplyňují a mísí se vzduchem, odděleně přiváděným a zahřátým na 200 až 300 °C, ve směsném poměru uhlovodíky : : vzduch rovném 1 : 2,5 až 1:8 kg 1 norm. m3 a zahřívají na . - teplotu 600 až 740 °C, načež se takto předem zpracované uhlovodíky a vzduch společně uvádějí do reakčního pásma majícího teplotu 950 až 1200 °C rovnoměrně rozdělené v celém jeho průřezu, a vzniklé reakční produkty se nakonec ochlazují na 250 až 300 °C a oddělují se z nich saze.The essence of producing carbon blacks from liquid hydrocarbons, such as heavy oil, with the addition of air as the oxygen-containing gas, by thermal decomposition in the partial combustion of hydrocarbons is that the hydrocarbons are heated to 100-130 ° C prior to entering the reaction zone. 10 to 17 J.10 ^-6 m ² / s, are injected under a pressure of 2 to 3 MPa into the pre-reaction zone where they are sprayed, gasified and mixed with air separately supplied and heated to 200 to 300 ° C, in a mixed hydrocarbon ratio: - air equal to 1: 2.5 to 1: 8 kg 1 normal m3 and heated to 600 - 740 ° C, whereupon the pretreated hydrocarbons and air are brought together into the reaction zone at a temperature of 950 to 1200 ° C uniformly distributed over its entire cross-section, and the resulting reaction products are finally cooled to 250-300 ° C and the carbon black is separated therefrom.

Způsob je dále popisován na podkladě výkresů, v nichž obr. 1 znázorňuje funkční schéma úplného zařízení na výrobu sazí, obr. 2 schematicky zobrazuje zařízení podle obr. 1 s jeho hlavními díly a obr. 3 zobrazuje řez víkem spalovací komory.The method is further described with reference to the drawings in which Fig. 1 shows a functional diagram of a complete carbon black plant, Fig. 2 schematically illustrates the plant of Fig. 1 with its main parts, and Fig. 3 shows a cross-section of the combustion chamber cover.

Na obr. 1 jsou olejová potrubí znázorněna plnou čarou, potrubí na vzduch dlouze čárkovaně a řídící vedení 17 krátce čárkovaně, zatímco všechna teplotní čidla jsou označena 23, ukazatelé teploty 35 a uzavírací ventily 12.In FIG. 1, the oil lines are shown in solid line, the air lines are long dashed, and the control line 17 is briefly dashed, while all temperature sensors are marked 23, temperature indicators 35 and shut-off valves 12.

V zařízení podle obr. 1 se při výrobě sazí používá uhlovodíku, např. těžkého oleje.In the apparatus of FIG. 1, a hydrocarbon such as a heavy oil is used in the production of the carbon black.

Spalovací komora 1 s víkem 81 jakož i na ně napojené díly zařízení jsou předehřívané předehřívacím hořákem 4 uspořádaným ve stěně komory nebo ve víku 81, do kterého se z plynojemu 10 potrubím 3 přivádí plyn, např. propan, a potrubím 7 - pomocí vzduchového dmychadla 5 poháněného elektromotorem 6 spalovací vzduch. Kouřové plyny předehřívacího hořáku 4 proudí od spalovací komory 1 přechodem. 2 s expanzními klapkami 84 do chladiče 8 a do předehřívače 9 spalovacího vzduchu. Odtud dostávají se kouřové plyny kuželem 86, spojovacím potrubím 85 do odlučovačů 108, 109 a odtud do komínu 75. Podle toho jak je komín 75 vytvořen, musí být před ním uspořádáno sací dmychadlo 74 poháněné elektromotorem 73, jak je to patrné z obr. 1.The combustion chamber 1 with the lid 81 and the parts of the device connected thereto are preheated by a preheating burner 4 arranged in the chamber wall or in the lid 81, to which gas, eg propane, is supplied from gas tank 10 via line 3 and via line 7 - by air blower 5 driven by an electric motor 6 combustion air. The flue gases of the preheating burner 4 flow from the combustion chamber 1 through a transition. 2 with expansion flaps 84 to cooler 8 and combustion air preheater 9. From there, the flue gases pass through the cone 86, via the connecting line 85 to the separators 108, 109 and thence to the chimney 75. Depending on how the chimney 75 is formed, a suction blower 74 driven by an electric motor 73 must be arranged in front of it. .

Pro kondicionování těžkého oleje slouží zařízení se zásobním tankem 11, který je spojen prakticky beztlakovým přívodním potrubím 20 s předehřívacím nebo denním tankem 18. V přívodním potrubí 20 jsou uzavírací ventily 12, filtr 13, dvě oběhová čerpadla 14 poháněna každé motorem 15 (jedno oběhové čerpadlo jako rezervní), jedno zařízení pro měření množství s obtokem 16 a na denním tanku 18 hladinový vypínač 19, který je spojen s motorem 15 oběhového čerpadla 14 řídicím vedením 17.For conditioning of heavy oil there is a device with a storage tank 11, which is connected by virtually unpressurized supply line 20 with preheating or day tank 18. In supply line 20 shut-off valves 12, filter 13, two circulation pumps 14 are driven by each motor 15 (one circulation pump). as a reserve), one quantity measuring device with a bypass 16 and a level switch 19 on the daily tank 18, which is connected to the circulation pump motor 15 by the control line 17.

V denním tanku je topný článek ' s termostatem 21, regulátor teploty 22 (teplota se reguluje na asi 40 °C) jakož i měrné čidlo 23 k oznamování teploty na ukazateli teploty 35.In the day tank there is a heating element with a thermostat 21, a temperature controller 22 (the temperature is controlled at about 40 ° C) and a measuring sensor 23 for indicating the temperature on the temperature display 35.

Z denního tanku 18 vede potrubí 25 přes regulační ventily 26, z nichž jeden je rezervní, ke dvěma tlakovým čerpadlům 27 poháněným elektromotory 28, přičemž jedno tlakové čerpadlo je rezervní. Čerpadla jsou na tlak až 3,1 MPa. Na tlakové potrubí 29 je napojen průtokový ohřívač 31 s topným článkem 30 řízeným termostatem 32 a regulátorem teploty 33. Těžký olej . ohřátý na zhruba 130 °C dostává se do tlakového regulátoru 34, z něhož odbočuje zpětné potrubí 24 do denního tanku 18 a tlakové potrubí 36 k rozdělovačům 42 pro více vstřikovacích trysek 43, z nichž . jsou dvě znázorněny. Množství těžkého oleje přitékajícího do vstřikovacích trysek 43 se reguluje regulátorem množství, který má zpětné potrubí 37, regulátor množství násady 38 a řídicí motor 39. V potrubí 36 je tlakoměr nastřikovaného oleje a teplotní čidlo 23, jehož měření je- udáváno na ukazateli teploty 35. V přívodech k vstřikovacím tryskám 43 je též po jednom průtokovém regulátoru a uzavíracím ventilu 12.From the daily tank 18, the conduit 25 leads via control valves 26, one of which is a spare, to two pressure pumps 27 driven by electric motors 28, one pressure pump being a spare. The pumps are up to 3.1 MPa. A flow heater 31 is connected to the pressure line 29 with a heating element 30 controlled by a thermostat 32 and a temperature controller 33. Heavy oil. heated to about 130 ° C, it reaches a pressure regulator 34, from which the return line 24 branches to the day tank 18 and the pressure line 36 to the manifolds 42 for multiple injection nozzles 43 of which. two are shown. The amount of heavy oil flowing into the injectors 43 is controlled by an amount controller having a return line 37, a feed rate regulator 38 and a control motor 39. In line 36 there is an injected oil pressure gauge and a temperature sensor 23, measured by temperature indicator 35. There are also one flow regulator and a shut-off valve 12 in the inlets to the injection nozzles 43.

Množství těžkého oleje, např. 800 kg/h, přitékající do vstřikovacích trysek, se - měří měřidlem 45, jež má tvar kulové baňky. Jeho signál se mění v předváděči 44 na pneumatický signál, jenž se přivádí do návěstního přístroje 46 jako přítokové množství ke vstřikovacím - tryskám 43 a k poměrovému relé 47 k nastavení poměru vzduch-olej, poměrovému regulátoru 48 pro vzduch a pneumatickému regulátoru rozsahu 49.The amount of heavy oil, eg 800 kg / h, flowing into the injection nozzles is measured with a spherical bulb gauge 45. Its signal is converted into a pneumatic signal in the demonstrator 44, which is fed to the signaling apparatus 46 as a feed amount to the injectors 43 and to the ratio relay 47 to adjust the air-oil ratio, air ratio regulator 48 and pneumatic range regulator 49.

Spalovací vzduch dodává dmychadlo 53 poháněné elektromotorem 54, v jehož sacím hrdle 52 je uspořádána vzduchová klapka s pneumatickým pohonem 50, řízená regulátorem rozsahu 49, a v jeho tlakovém potrubí 55 měrná clona, z jejíhož měření rozdílu tlaku zjistí pneumatické počítací relé 57 množství spalovacího vzduchu (asi 3000— —7000 Nm³), jehož signál je udáván na ukazateli množství vzduchu 56 a kromě toho je přiváděn poměrovému regulátoru 48.The combustion air is supplied by a blower 53 driven by an electric motor 54, which has an air damper 50 with a pneumatic actuator 50 controlled by a range regulator 49 in its suction port 52, and a metering orifice in its pressure line 55. (about 3000-7000 Nm ³ ), whose signal is indicated on the air quantity indicator 56 and is additionally supplied to the ratio controller 48.

Tlakové potrubí 55 ústí do hrdla 59 ohřívače vzduchu 9, který ohřívá spalovací vzduch na asi 300 ^CC. Z výstupu horkého vzduchu 62 přichází spalovací vzduch potrubím 67 do vzduchové komory 63 a odtud otvory 68 do předkomor 82. V potrubí 67 je uspořádán tlakoměr 64 a teplotní čidlo 23, jehož signál je veden vedením 17 к ukazateli teploty, kde je udávána také teplota dalšího teplotního čidla 23 (pro koncový odlučovač 189). Měrná clona 65 pro měření množství horkého vzduchu může být zabudována do tlakového potrubí 67.The pressure line 55 opens into the throat 59 of the air heater 9, which heats the combustion air to about 300 ^° C. From the hot air outlet 62, combustion air enters through the air 67 through the air chamber 63 and thence through the openings 68 into the antechamber 82. and a temperature sensor 23, the signal of which is guided through a line 17 to a temperature indicator, which also indicates the temperature of the other temperature sensor 23 (for end separator 189). A metering orifice 65 for measuring the amount of hot air may be incorporated into the pressure line 67.

Ve spalovací komoře je dále zabudován převáděč 69, jehož signál je přiváděn к pneumatické podtlakové regulační stanici 70 a regulátoru rozsahu 71. Odchylka od správné hodnoty zjištěná regulátory 70, 71, např. několik milimetrů vodního sloupce, se koriguje přestavěním pneumatického pohonu 78 regulační klapky 77 v komíně 75.In addition, a converter 69 is installed in the combustion chamber, the signal of which is supplied to the pneumatic vacuum control station 70 and the range controller 71. The deviation from the correct value detected by the controllers 70, 71, e.g. a few millimeters of water column is corrected by adjusting the pneumatic actuator 78 in chimney 75.

Komínem 75 se zbytkové plyny odvádějí z oddělovacího zařízení označeného 108 — 123 к odloučení sazí a udržuje regulovaný podtlak ve spalovací komoře 1 a v napojených částech zařízení.By the chimney 75, the residual gases are discharged from the separation device designated 108-123 for the separation of the soot and maintains a controlled negative pressure in the combustion chamber 1 and in the connected parts of the device.

Dále jsou na spalovací komoře 1 uspořádány dvě teplotní čidla 23 a dva ukazatele teploty 35. Spalovací komora 1 má víko 81, v němž jsou vestavěny předkomory 82.Further, two temperature sensors 23 and two temperature indicators 35 are provided on the combustion chamber 1. The combustion chamber 1 has a cover 81 in which the pre-chambers 82 are built.

Válcová stěna 83 spalovací komory 1 přechází v přechod 2, na který navazuje vzdušný chladič 8 к chlazení reakčních produktů, které na vstupu mají teplotu maximálně 1200 °C, a předehřívač 9 pro ohřívání spalovacího vzduchu.The cylindrical wall 83 of the combustion chamber 1 passes into a transition 2, followed by an air cooler 8 for cooling reaction products having a maximum temperature of 1200 ° C at the inlet, and a preheater 9 for heating the combustion air.

Ze spojovacího potrubí 85 dostávají se reakční produkty horké asi 300°C do prvního, cyklúnové odlučovače sazí 108, v němž se oddělí jisté množství sazí a který může být sestaven z několika cyklónů. Zbylé reakční produkty dostávají se spojovacím potrubím 112 s teplotou asi 250 °C, která se měří na vstupu teplotním čidlem 23, do druhého, koncového filtrového odlučovače sazí 109, kde se oddělí veškeré zbylé saze od reakčních produktů. Zbytkové plyny dostávají se sacím hrdlem 107 do sacího dmychadla a odtud do komínu 75.From the connecting line 85, the reaction products hot at about 300 ° C reach the first, cyclone soot separator 108, in which a certain amount of soot is separated and which may be composed of several cyclones. The remainder of the reaction products are passed through a connecting line 112 at a temperature of about 250 ° C, measured at the inlet of the temperature sensor 23, to a second, final soot filter separator 109 where all residual soot is separated from the reaction products. The residual gases pass through the suction nozzle 107 into the suction blower and from there to the chimney 75.

Saze oddělené v odlučovačích 108, 109 dostávají se výstupním otvorem 111 pro saze na vodorovný dopravník 113 sazí a na strmý dopravník 114 sazí, na němž je uspořádáno lisovací ústrojí 110 na saze, např. klapka s protizávažím, vyvolávajícím lisovací účinek. Ze strmého dopravníku 114 přicházejí saze do sběrného zásobníku 118 se sběrným kuželem 119. Na sběrném zásobní ku 118 je uspořádána lamelová propust 117 pro saze, poháněna elektromotorem 116, do níž se saze dostávají obváděcí nádobou 115. Pod sběrným kuželem 119 je plnicí ústrojí 121 sazí s váhou 120, plošinou 122 к váze a obalovou nádobou 123.The soot separators in the separators 108, 109 reach the soot outlet orifice 111 onto a horizontal soot conveyor 113 and a steep soot conveyor 114 on which a soot molding device 110 is arranged, e.g., a flap with a counterweight causing a pressing effect. From the steep conveyor 114, the soot enters the collecting container 118 with a collecting cone 119. A collecting disc 118 is provided with a soot-type lamella passage 117 driven by an electric motor 116 into which the soot enters the bypass vessel 115. weighing 120, weighing platform 122 and container 123.

Aby se umožnilo předehřátí dílů 111, 113 a 114 dopravníku na saze, je mezi obváděcí nádobou 115 a sacím hrdlem 107 sacího dmychadla 74 uspořádáno spojovací potrubí s uzavírací klapkou 76. Otevřením klapky 76 nastává cirkulace kouřových plynů během vytápění spalovací komory také spodní částí odlučovacího ústrojí.In order to allow the soot conveyor parts 111, 113 and 114 to be preheated, a connecting duct with a shut-off flap 76 is provided between the bypass vessel 115 and the suction port 107 of the suction blower 74. By opening the flap 76 .

Na obr. 2 je znázorněno uspořádání zařízení schematicky uvedeného na obr. 1.FIG. 2 shows an arrangement of the apparatus schematically shown in FIG. 1.

Části zařízení se pomocí oper 100, 104, 106 opírají o podlahu 105, zatímco dmychadla 53, 101, denní tank 18 a zařízení 11 až 58 pro přípravu těžkého oleje jsou účelně umístěny v suterénu. Centrální velín není na obr. 2 znázorněn; je s výhodou uspořádán zvlášť mimo zařízení.Parts of the apparatus are supported on the floor 105 by means of the supports 100, 104, 106, while the blowers 53, 101, the day tank 18 and the heavy oil preparation apparatus 11 to 58 are conveniently located in the basement. The central control room is not shown in FIG. it is preferably arranged separately from the device.

К chlazení kouřových plynů slouží dmychadlo 101, které je napojeno na hrdlo 102 vzdušného chladiče 8. Ohřátý vzduch se vede potrubím 103 do komínu 75. Množství chladicího vzduchu dmychadla 101 se volí pomocí škrticí klapky 51 v závislosti na teplotě snímané teplotním čidlem na kuželi 85 tak, aby na jedné straně vstupovaly kouřové plyny s dostatečnou teplotou do předehřívače 9 spalovacího vzduchu a aby jej opouštěly se stanovenou teplotou.The blower 101 is used to cool the flue gas, which is connected to the throat 102 of the air cooler 8. The heated air is passed through a duct 103 to the chimney 75. The amount of cooling air of the blower 101 is selected by a throttle 51. on the one hand, flue gases of sufficient temperature enter the combustion air preheater 9 and leave it at a predetermined temperature.

Na obr. 3 je znázorněno víko 81 spalovací komory 1 a na něm uspořádána vzduchová komora 63, a to v řezu. Ve středové poloze je předehřívací hořák 4 uspořádán s potrubími 3, 7 pro plyn popř. vzduch, zatímco vstřikovací trysky 43 s předkomorami 82 jsou rozmístěny stejnoměrně po celém příčném řezu spalovací komory 1. Vstřikovací trysky 43 jsou upevněny na vyjímatelných trubkách 90, jejichž druhý konec je opatřen zasouvacím spřáhlem 91, kterým je provedeno přes ohebnou hadici, která není znázorněna, spojení s rozdělovacím potrubím 42. Na komorovém víku 96 jsou přírubovitá držáky к držení trubek 90, které umožňují vytáhnout trubky 90 se vstřikovacími tryskami 43, jakož i je upevnit v libovolné poloze stavěcím šroubem 129. Díly zamýšlené na obr. 1 v potrubích 90 — uzavírací ventil 12, regulátor 41 průtoku a čerpadlo 88 — jsou na obr. 3 pro zjednodušení vynechány. Aby se dosáhlo dobrého míchání těžkého oleje se spalovacím vzduchem, je v blízkosti vstřikovací trysky 43 umístěno posunovatelně rozváděči ústrojí.FIG. 3 shows the cover 81 of the combustion chamber 1 and the air chamber 63 arranged thereon in cross-section. In the central position, the preheating burner 4 is arranged with the gas or gas conduits 3, 7. The injection nozzles 43 are mounted on removable tubes 90, the other end of which is provided with an insertion coupler 91 through which a flexible hose (not shown) is provided. connection to the manifold 42. The chamber lid 96 has flange-like holders for holding the pipes 90 which allow the pipes 90 with the injection nozzles 43 to be pulled out and fixed in any position by the set screw 129. The parts intended in FIG. valve 12, flow controller 41 and pump 88 are omitted in FIG. 3 for simplicity. In order to achieve a good mixing of the heavy oil with the combustion air, a displaceable distributor is disposed near the injection nozzle 43.

Ve víku 81 se z vhodných keramických stavebních materiálů vytvoří kuželovité rozšířené předkomory 82, jejichž délka je dostatečná pro úplné zplynění paliva. Víko 81 má víkovou přírubu, kterou je našroubován na válcové části spalovací komory 1. Válcová část spalovací komory 1 je vyrobena ze žáruvzdorného plechu 93. Popřípadě se vy tvoří na plechovém plášti 93 chladicí popř. ohřívací had 94, z něhož je na obr. 3 patrný jeden závit. V ostatním je plechový plášť zvenčí obložen isolační hmotou 95.In the lid 81, conical widened pre-chambers 82 are formed from suitable ceramic building materials, the length of which is sufficient to completely gasify the fuel. The lid 81 has a lid flange which is screwed onto the cylindrical portion of the combustion chamber 1. The cylindrical portion of the combustion chamber 1 is made of a refractory sheet 93. a heating coil 94, from which one thread can be seen in FIG. Otherwise, the sheet metal jacket is lined with an insulating material 95 externally.

Chemický základ pro výrobu sazí za použití kapalných uhlovodíků spočívá v tom, že se parafinické uhlovodíky při vysokých teplotách rozpadají na své základní · složky — uhlík a vodík. Reakce, která již začíná při asi 900 °C a se stoupající teplotou se stává optimální, probíhá za spotřeby tepla a vylučování uhlíku podle rovnice· 1 a 2:The chemical basis for the production of carbon black using liquid hydrocarbons is that paraffinic hydrocarbons disintegrate at high temperatures into their constituent components, carbon and hydrogen. The reaction, which already starts at about 900 ° C and becomes optimal with increasing temperature, proceeds with heat consumption and carbon deposition according to equations · 1 and 2:

1] C._;H,„-> n C + —T-H2 (Δ H = · endothermní)1] C _.; H, „-> n C + —T-H2 (Δ H = · endothermic)

Například pro CHuFor example, for CHu

2] CH4 C + 2H2 (Δ H · ¹ 17,87 kcal]2] CH4 C + 2H2 (Δ H · ¹ 17.87 kcal)

Aby se zajistil při tliermickém rozkladu kapalných uhlovodíků plynulý · vznik sazí, přivádí se potřebné teplo reakci částečným spalováním nasazovaných uhlovodíků vzduchem přímo do reakčního pochodu. Vedle vlastní štěpné reakce probíhá takto současně reakce podle rovnice 3, kterou se dodává teplo:In order to ensure the continuous formation of carbon black during tliermic decomposition of the liquid hydrocarbons, the necessary heat is supplied by the partial combustion of the charged hydrocarbons with air directly into the reaction process. In addition to the actual cleavage reaction, the reaction according to equation 3, which supplies heat:

3] C_?1H_m + vzduch - x CO2 + y CO + —~—3] C _{1 1} H _m + air - x CO2 + y CO + - ~ -

H2O (x + y = n) [ΔΗ = exothermní]H2O (x + y = n) [ΔΗ = exothermic]

Například pro CH4:For example, for CH4:

4] 2CH4 + 2,5 O2 + 10 N2 - CO2 + CO + 2HžO + 10 N2 (Δ H = 201,2 kcal)4] 2CH4 + 2.5 O2 + 10 N2 - CO2 + CO + 2H2O + 10 N2 (Δ H = 201.2 kcal)

5] Při tom část reaguje podle rovnice 5:5] The part reacts according to equation 5:

5) CH4 + H2O -> CO + ЗН2.5) CH4 + H2O-> CO + ЗН2.

Řízením poměru uhlovodík-vzduch lze celkovou reakci nechat probíhat optimálně, podle volby mezi zhruba 1000 až 1200 °C, a takto ovlivňovat reprodukovatelným způsobem jakost vznikajících sazí. Takto se daří vyrábět vysoce hodnotné saze různých specifikací ve výtěžku 10 až 85 · % za použití těžkého oleje. Jako vedlejší produkt odpadá značné množství zbytkového plynu, kterého lze použít dobře jako topného plynu.By controlling the hydrocarbon-air ratio, the overall reaction can be carried out optimally, optionally at between about 1000 and 1200 ° C, and thereby reproducibly influence the quality of the carbon black produced. Thus, high-grade carbon blacks of various specifications can be produced in a yield of 10-85% using heavy oil. As a by-product, a considerable amount of residual gas is omitted, which can be used as fuel gas well.

Podstatné je, že u popsaného zařízení jsou dodávány, tj. předehřívány jak uhlovodíky, tak také kyslík obsahující plyn, a to v přesně dávkovaných množstvích. Kondicionování probíhá při tom před a/nebo za vstupem do předkomory 82. U zařízení popsaného na obr. 1 a 2 se těžký olej zahřívá na asi 125 stupňů Celsia, dávkuje se a stlačí na tlak asi 2,5 MPa, zatímco další kondicionování, tj. rozprášení a zplynění, · nastává v předkomorách 82. Do reakčního pásma spalovací komory 1 vstupuje pouze prakticky úplně homogenizovaná plynná směs.It is essential that in the described apparatus both hydrocarbons and oxygen-containing gas are supplied, i.e. preheated, in precisely metered amounts. The conditioning takes place before and / or after entering the pre-chamber 82. In the apparatus described in Figures 1 and 2, the heavy oil is heated to about 125 degrees Celsius, dosed and compressed to a pressure of about 2.5 MPa, while further conditioning, i.e. Spraying and gasification occurs in the pre-chambers 82. Only practically completely homogenized gas mixture enters the reaction zone of the combustion chamber.

Míchání kapalných uhlovodíků se spalovacím vzduchem, který je kondicionován, tj. ohříván, v předehřívači 9, · nastává u zařízení podle obr. 1 v předkomorách 82.The mixing of the liquid hydrocarbons with the combustion air, which is conditioned, i.e. heated, in the preheater 9, occurs in the apparatus of Fig. 1 in the antechamber 82.

Předkomory 82, které jsou pro provádění způsobu podstatné, jsou ve srovnání se spalovací komorou · poměrně malé. · Je účelné rozmístiti předkomory 82 stejnoměrně v příčném řezu spalovací komory 1. Víko 81 musí mít k umístění předkomor 82 dostatečnou tloušťku keramického materiálu 144.Pre-chambers 82, which are essential for carrying out the process, are relatively small compared to the combustion chamber. It is expedient to distribute the antechamber 82 evenly in the cross section of the combustion chamber 1. The lid 81 must have a sufficient thickness of the ceramic material 144 to accommodate the antechamber 82.

Při provozu s kapalnými uhlovodíky se dosáhne zlepšení bezpečnosti provozu, je-li v každém rozdělovacím potrubí 42 před průtokovým regulátorem 41 uspořádáno dávkovači čerpadlo 88, jak je to znázorněno na obr. 1. Toto dávkovači čerpadlo je poháněné neznázorněným motorem. Dávkovači čerpadla 88 dodávají množství, které je prakticky nezávislé od existujícího tlaku. Nastane-li ve vstřikovací trysce 43 vlivem cizího tělesa částečné ucpání, stoupne tlak příslušného dávkovacího čerpadla 88, čímž se cizí těleso může odstranit.In operation with liquid hydrocarbons, an improvement in the safety of operation is achieved if a metering pump 88 is provided in each manifold 42 upstream of the flow regulator 41 as shown in FIG. 1. The metering pump is driven by a motor (not shown). The metering pumps 88 deliver a quantity which is virtually independent of the existing pressure. If partial blockage occurs in the injection nozzle 43 due to the foreign body, the pressure of the respective metering pump 88 rises, whereby the foreign body can be removed.

Při použití dávkovačích · čerpadel 88 lze kromě toho snížit tlak v tlakovém potrubí 36.In addition, when the metering pumps 88 are used, the pressure in the pressure line 36 can be reduced.

Dále jsou uvedeny výsledky zkoušek pěti typů sazí zhotovených podle vynálezu z těžkého oleje, jakož i 12 typů různých sazí zhotovených v zařízení podle vynálezu.The results of the tests of five types of carbon black produced according to the invention from heavy oil as well as of 12 types of different carbon black produced in the apparatus according to the invention are shown below.

Rozbor použitého těžkého oleje:Analysis of used heavy oil:

Měrná hmota při 20^oC1,078Specific gravity at 20 ^o C1,078

Obsah uhlíku, %90,25Carbon content,% 90.25

Obsah vodíku, °/o8,11Hydrogen content, ° / o 8.11

Obsah síry, %1,40Sulfur content,% 1.40

Kysličník-popel, hmot, %0,016Oxygen-ash, mass,% 0.016

Teplota vznícení podle Pensky/Martens, °C153,0Ignition temperature according to Pensky / Martens, ° C153.0

Voda žádnáNo water

Barva: tmavohnědá-černá, hustě tekutá 180,0 °CColor: dark brown-black, dense liquid 180,0 ° C

Na základě hodnot rozboru jedná se o velmi těžký zbytkový olej.Based on the assay values, this is a very heavy residual oil.

Bylo použito ještě dalších · aromatických těžkých olejů různého složení.Still other aromatic heavy oils of different compositions were used.

Tlak vstřikování oleje, MPa Teplota vstřikováni oleje, ^OC Teplota phlěného ovádech!,⁰/ Teplota předkomor, ^OC Teplota spalovací komory, o°COil Injection Pressure, MPa Oil Injection Temperature, ⁰ ° C Oven, ⁰ / Pre-chamber Temperature, ⁰ ° C Combustion Chamber Temperature, ° C

2,752.75

128,0128.0

195,0195.0

740,0 1050,0740.0 1050.0

Výsledky zkoušek sazí v synthetické pryžiTest results of carbon black in synthetic rubber

Saze Vulkán, doba Typ 150 Typ 250 minutCarbon black Volcano, time Type 150 Type 250 minutes

Jod-povrch, m2/g Iodine surface, m2 / g — - 59,1 59.1 98,4 98.4 Olej-adsorpce, ml/g Oil adsorption, ml / g — - 1,07 1.07 1,14 1.14 Napětí v tahu, MPa Tensile stress, MPa 5 5 29,5 29.5 31,1 31.1 Tažnost, % Elongation,% 50 50 525 525 575 575 300 % míra kluzu 300% yield strength (modul) (module) 50 50 2635 2635 2500 2500 Vzpěrová tvrdost, % Buckling hardness,% 50 50 68 68 73 73 Smrštění při 100 °C Shrinkage at 100 ° C — - 56,9 56.9 50,7 50.7 Ztráta otěrem, g Abrasion loss, g — - 3,65 3.65 3,24 3.24

Fyzikální a chemická data pro gumárenské a barvářské sazePhysical and chemical data for rubber and dyeing soot

Saze Soot Typ 200 Type 200 Typ 400 Type 400 Typ 550 Type 550 Dusík-povrch, m²/gNitrogen surface, m ² / g 81,8 81.8 211,2 211.2 358,9 358.9 Barevná hloubka, Color depth, nigrometr-index nigrometer-index 89 89 71 71 59 59 Olej-adsorpce, cm³/gOil adsorption, cm ³ / g 1,12 1.12 1,18 1.18 1,24 1.24 Hodnota pH PH value 7,2 7.2 6,1 6.1 3,5 3.5 Obsah popela, % Ash content,% 0,04 0.04 0,03 0.03 0,02 0.02 Obsah dehtu, % Tar content,% 0,06 0.06 0,02 0.02 0,01 0.01 Obsah vlhkosti, % Moisture content,% 0,38 0.38 0,23 0.23 0,12 0.12 Typy sazí a jejich jakosti: Types of carbon black and their quality: Typ sazí The type of carbon black Adsorpce Adsorption J2 — povrch J2 - surface N2 — povrch N2 - surface Gumárenské saze: Carbon black: Číslo Number Typ Type 1 1 50 50 23,5 m²/g23.5 m ² / g 27,5 m2/g 27.5 m2 / g 2 2 100 100 ALIGN! 39,8 m²/g39.8 m ² / g 3 3 150 150 59,1 m²/g59.1 m ² / g 4 4 200 200 76,0 m²/g76.0 m ² / g 81,8 m²/g81.8 m ² / g 5 5 250 250 98,4 m²/g98.4 m ² / g 103,9 m²/g103.9 m ² / g 6 6 300 300 130,4 m²/g130.4 m ² / g 134,2 m2/g 134.2 m2 / g Barvářské saze: Dyes: Číslo Number Typ Type 7 7 350 350 184,8 m2/g 184.8 m 2 / g 188,1 m²/g188.1 m ² / g 8 8 400 400 206,0 m²/g206.0 m ² / g 211,2 m²/g211.2 m ² / g 9 9 450 450 237,3 m²/g237.3 m ² / g 241,7 m²/g241.7 m ² / g 10 10 500 500 301,5 m²/g301.5 m ² / g 11 11 550 550 351,0 m2/g 351.0 m2 / g 358,9 m²/g358.9 m ² / g 12 12 600 600 398,6 m²/g398.6 m ² / g

V zařízení podle vynálezu lze vyrábět rovněž mezitypy sazí různých jakostí.Intermediate types of carbon black of different grades can also be produced in the apparatus of the invention.

Dále jsou objasňovány výsledky dvou provedených měření, při nichž jako plynu obsahujícího kyslík bylo použito vzduchu. Pro výrobu 1 kg sazí bylo zapotřebí:The results of two measurements using air as the oxygen-containing gas are explained. To produce 1 kg of carbon black, it was necessary to:

Typ 200:Type 200:

10,2 norm. m³ vzduchu a 2,4 kg těžkého oleie ti. 4,25 norm. m³/kg těžkého oleje,10.2 norm. m ^{3 of} air and 2.4 kg of heavy oil ol. 4,25 norm. m ³ / kg heavy oil,

Typ 400:Type 400:

25,4 norm. m³ vzduchu a 4,3 kg těžkého oleje tj. 5,9 norm. m3/kg těžkého, oleje.25,4 norm. m ^{3 of} air and 4.3 kg of heavy oil, ie 5.9 norm. m3 / kg of heavy oil.

Pro dokonalé spálení těžkého oleje podle uvedeného rozboru potřebuje se 10,27 norm. m3/kg těžkého oleje, takže množství přiváděného vzduchu pro typ 200 činí zhruba 41 % a pro typ 400 zhruba 57,5 °/o minimálního množství vzduchu potřebného k úplnému spálení těžkého oleje.10.27 norms are required for the perfect burning of heavy oil according to the above analysis. m3 / kg of heavy oil, so that the air supply rate for Type 200 is about 41% and for Type 400 about 57.5% / min the minimum amount of air required to completely burn heavy oil.

Z rozboru zbytkových plynů vyplývá, že vzniká asi 9 až 11 obj. % CO2 a asi 6 až 7 obj. % CO jako největších podílů, zatímco podíly H2, CHá a C_mH_n (těžké uhlovodíky) vznikají podstatně méně a činí jen několik málo procent.The analysis of residual gases indicates that there is about 9 to 11 vol.% CO2, and about 6-7 vol.% Co as the main contributor while the proportions of H2, CH, and C _m H _n (heavy hydrocarbons) produced considerably less and amounts to only a few little percent.

Z obou uvedených pokusů vyplývá jasně podstata popsaného způsobu. Podle toho, jak se volí nastavení poměru těžký olej - vzduch, vyrábí se reprodukovatelným způsobem saze v určité jakosti. Čím jemnější mají být saze, tím větší podíl vzduchu se musí volit. Pro jakostní barvářské saze typ 400 činí např. potřeba vzduchu zhruba l,4násobek spotřeby vzduchu pro jakostní gumárenské saze typ 200. Podíl těžkého oleje, který se nepřemění v saze, se spálí a slouží к tomu, aby se ve spalovací komoře udržovala správná reakční teplota.Both experiments clearly show the nature of the method described. Depending on how the oil-to-air ratio is selected, carbon black is produced in a reproducible manner in a particular quality. The finer the soot is to be, the greater the proportion of air to choose. For example, for high-quality carbon black type 400, the air demand is about 1.4 times the air consumption for high-quality rubber black type 200. The proportion of heavy oil that does not convert into soot is burned and serves to maintain the correct reaction temperature in the combustion chamber. .

Kondicionováním těžkého oleje a vzduchu před vstupem do spalovací komory a regulací vedení pece dosáhne se plynulé12 ho provozu a stálého dodržování reakčních podmínek ve spalovací komoře, aniž by se musilo používat například nosného plynu, ochlazování proudem vody nebo jiných dodatečných prostředků.By conditioning the heavy oil and air prior to entering the combustion chamber and controlling the furnace conduction, continuous operation and constant adherence to the reaction conditions in the combustion chamber are achieved without the need to use, for example, carrier gas, water jet cooling or other additional means.

Výrobu sazí lze však kdykoliv přerušit a po libovolném čase znovu započít ve stejné nebo nové jakosti, aniž by к tomu bylo zapotřebí časově náročných přípravných prací. Po zmíněné předehřívací periodě lze ihned zase započít s výrobou sazí. Také pokud se jedná změn jakostí sazí nejsou u popsaného zařízení žádná omezení.However, carbon black production can be discontinued at any time and resumed at any time in the same or new quality without the need for time-consuming preparatory work. After the pre-heating period, carbon black production can be started immediately. Also, there are no limitations to the described apparatus in terms of carbon black quality changes.

Claims

A process for producing carbon black from liquid hydrocarbons, such as heavy oil, with the addition of air as an oxygen-containing gas, by thermal decomposition in the partial combustion of hydrocarbons, characterized in that the hydrocarbons are heated to 100-130 ° C before entering the reaction zone. corresponds to a viscosity (10 to 17). 10 ' ⁶ m ² / s, are injected under a pressure of 2 to 3 MPa into the pre-reaction zone, where they are sprayed, gasified and mixed with air separately supplied and heated to 200 to 300 ° C, in a mixed hydrocarbon: air ratio of 1: 2.5 to 1: 8 kg / norm. m 3 and heated to a temperature of 600 to 740 ° C, after which the pretreated hydrocarbons and air are brought together into a reaction zone having a temperature of 950 to 1200 degrees Celsius evenly distributed throughout its cross-section, and the resulting reaction products finally cooled to 250 to 300 ^C and the soot is separated therefrom.

2. The process of claim 1 wherein the fineness of the carbon black is influenced by varying the composition of the hydrocarbon / air mixture.

3. The method of claim 1 wherein the heat of the reaction products after leaving the reaction zone is used to heat the combustion air.

4. A process according to claim 1, wherein after leaving the reaction zone the reaction products are cooled by air and the heated air mixed with the residual gases is removed.

5. The process according to claim 1, wherein the temperature of the reaction zone is influenced by the supply or removal of heat.

Device for carrying out the method according to Claims 1 to 5, characterized in that in the cover (81) of the combustion chamber (1) arranged with a vertical or horizontal axis, pre-chambers (82) with openings (68) are arranged above the cross-section of the combustion chamber. ) a flue gas cooler (8) for the reaction products, a combustion air preheater (9) and a device (10) are connected to the air inlet and to the nozzle (43) on the tube (90) connected to the liquid hydrocarbon inlet (42) and to the combustion chamber; 108 to 123) for the separation of carbon black, composed of at least a cyclone (108) for preliminary separation and filters for final separation, for example at least two chamber filters.

VYNALEZU

Device according to claim 6, characterized in that at least one burner (4) is provided in the wall or in the cover (81) of the combustion chamber (1) for heating the combustion chamber.

Device according to claim 6 or 7, characterized in that the combustion chamber (1) is provided with an aggregate for heating or cooling the combustion chamber, for example with tubular windings (94) arranged on the outside of the combustion chamber wall (93).

Apparatus according to claim 6, characterized in that the antechamber (82) is of an enlarged shape and has a circular cross section towards the mouth of the combustion chamber (1).

Device according to claim 6 or 7, characterized in that it is provided on the outside of the lid (81). there is provided a combustion air chamber (63) into which the combustion air inlet (67) opens and has openings (68) on the side of the lids.

Apparatus according to any one of Claims 6 to 10, characterized in that a metering pump (88) with a conveying quantity independent of the flow rate is associated with each injection nozzle (43) in the tube (90). pressure.

Device according to Claims 6 to 11, characterized in that an adjusting device (137) is fixed in the opening (68).

13. The equipment referred to in points 6. to 12, characterized in that the injection nozzle (43) is retractable, for example during the preheating period of the furnace or during the replacement of the nozzle.

Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that an inlet (59) to the antechamber (82) is provided with a mixing device [148-180] for mixing gaseous hydrocarbons with an oxygen-containing gas provided with a homogenization passage (175) and a non-return valve (177) with a filling (178), wherein the pressure in the mixer is less than 50 kPa.

Apparatus according to Claim 6, characterized in that the separating device (108 to 123) comprises a soot conveyor device with a steep conveyor (114) in which a soot press device (110) is installed whose pressure effect is adjustable , such as a counterweight.

3 sheets of drawings