CS210676B2 - Apparatus for black manufacture - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízení pro výrobu · sazí s příklopem, v němž je uspořádáno několik potrubí pro dávkovaný přívod vzduchu, uhlovodíků pro výrobu sazí a reakčního tepla, jehož je k tomu třeba, a který . obsahuje reakční pro'stor pro výrobu sazí, přičemž na výstupní straně reakční prostoru je umístěn výměník tepla a filtrační souprava pro oddělování sazí opouštějících výměník tepla, od spalin.

Zařízení k výrobě sazí jsou známa v různých provedeních. U jednoho· známého provedení se¹ vyrábějí například v reaktoru odděleně· hořlavé plyny, které se na jiném místě reaktoru mísí se vstřikovanými uhlovodíky za· účelem vyvolání reakčních procesů. Rozpad uhlovodíků a tvoření sazí začíná· v malém rozsahu· již při teplotách· 700 až 800 °C a dosahuje optima podle· jakosti sazí při teplotě· 1100 až 1400 °C.

Jsou známy též varianty tohoto známého' provedení se spalinami přiváděnými do · reaktoru odděleně od uhlovodíků. Tyto obměny se týkají především uspořádání spalovacích! trysek pro výrobu spalin a trysek pro přívod uhlovodíků pro výrobu sazí. Mimoto se přidává ještě nosný plyn. Za · účelemi regulace teploty se přivádí rozmanitým způsobem voda, čímž se však snižuje účinnost zařízení.

U shora uvedených provedení zařízení je výroba sazí poměrně obtížná a mimoto je nákladná výroba sazí rozmanité· jakosti. To souvisí především¹ s tím, že je nutno- koordinovat provozy s rozmanitým· výrobním objemem, podle něhož se reguluje jednak množství paliva a vzduchu pro· výrobu spalin, jednak množství uhlovodíků, jakož i podle okolností množství nosného- plynu a vody, a stanovit jejich vzájemný poměr. Přidává-li se· nosný plyn nebo voda, popřípadě vodní pára, dochází k vedlejším reakcím s jinými složkami. Je proto možno-se známým zařízením k výrobě sazí vyrobit ekonomicky jen málo jakostí sazí. To je však podstatná nevýhoda, ježto· je žádoucí vyrábět saze· v jakosti, po níž je poptávka.

S tím souvisí -opření · spočívající · v snížení počtu provozních veličin, jež je nutno regulovat. Je proto · známa další skupina zařízení k výrobě sazí, u níž se používá· těchže uhlovodíků jak · pro výrobu reakčního tepla, tak i· sazí, což je spojeno s podstatným zjednodušením provozu. Tímto' zjednodušením však ještě není vyřešenoi přizpůsobení provozu zařízení na výrobu sazí výrobě sazí rozmanité jakosti. Jak známo, je třeba k výrobě· rozmanitých jakostí sazí splnění různých provozních podmínek, v prvé řadě určitého poměru uhlovodíku a vzduchu. Výroba sazí probíhá· vždy v redukční atmosféře, to, . jest, pří· nedostatku vzduchu.

Ježto je pro výrobu sazí vyšší jemnosti . třeba postupně se· zvětšujícího· podílu vzduchu, stoupá i při výrobě jakosti sazí s vyšší jemností tepelné zatížení reaktoru, čímž se omezuje rozsah . jakosti sazí vyráběných na tomtéž zařízení. Při nedostatečném Smísení obolu složek, vzduchu a uhlovodíku, není volný kyslík přiváděný do reaktoru beze zbytku vázán, což má za následek, že · se místo žádané jakosti sazí vyrobí saze ·jiné, nižší jakosti.

Je proto úkolem· vynálezu zkonstruovat zařízení k výrobě sazí typu, jak byl shora popsán tak, aby nijak neomezovalo· výrobu různě jemných sazí a zvláště, aby zabraňovalo tepelnému přetížení reaktoru ve vstupním· pásmu obou složek, vzduchu a uhlovodíku.

Tentoi úkol se řeší vynálezem, jehož podstata spočívá v tom, že reaktor obsahuje v příklopu mísící prostor, průchozí kanál, vytvořený kolem mísícího prostoru napříč směrem průchodu, a jednotky pro přívod vzduchu a uhlovodíků. S podstatou vynálezu souvisí řada· dalších význaků. Průchozí kanál je· rozdělen do· dílčích kanálů procházejících napříč mísícím prostorem. Průchozí kanál je potrubím spojen s výměníkem tepla, zařazeným za reakčním prostorem. Přívodní jednotka obsahuje vzduchovou nádrž s válcovitým výstupem o· menším průměru, přičemž do· válcovitého výstupu ústí trubka s rozprašovací tryskou pro přívod tekutých . uhlovodíků, na přívodní trubce jsou vyměnitelně připevněny vířivé těleso· a kroužek pro zadržování vzduchu s výstupním hrdlem, jehož volný průřez odpovídá valnému průřezu vířivého· tělesa · a vzduchová nádrž je opatřena hrdlem, které je uzavíratelné víkem spojeným s· přívodní trubkou. Přívodní jednotky leží zčásti v průchozím kanálu. Přívodní jednotky jsou ve· vzájemném· spojení spojovacími potrubími, uspořádanými zpravidla mezi vířivým tělesem· a· výstupním hrdlem. Mísící prostor je· na· jedné straně reakčního prostoru částí prostoru, prostého dílčích kanálů. · Reakční prostor má dvojitou· stěnu, vnější stěnu · a vnitřní vyzdívku, miezi nimiž je vytvořen kanál pro výměnu tepla.

Výhoda vynálezu spočívá v tom, že umožňuje· rozšíření sortimentu sazí podle kvality a jemnioisti a· zabraňuje tepelnému přetížení reaktoru ve vstupním pásmu vzduchu a uhlovodíku. Konstrukce zařízení umožňuje rychlou přeměnu tohoto zařízení z výroby sazí určité kvality na.· výrobu sazí jiné kvality a využití tepla spalin k ohřevu reakčního· vzduchu a média protékajícího průchozím kanálem.

Na připojených výkresech je · vynález znázorněn na příkladném provedení. Na výkresech je · ·na oibr. 1 schéma· reaktoru zařízení pro výrobu sazí ve . svislém řezu; na obr. 2 schéma· skupiny . . příklopu· · . reaktoru podle · obr. 1 ve svislém řezu, . avšak . . na· pozdil od obr. 1 s· pozměněným, ... tvarem! · mísícího, · prostoru; na obr. 3 schéma· . skupiny příklopu · reaktoru podle obr. 1 se symbolicky znázorněným' přívodem vzduchu; na obr. 4 a 5 jsou schémata dvou přívodních jednotek ve svislém řezu · v rovinách IV—IV na obr. 3; na obr. 6 schéma přívodní · jednotky ve svislém' řezu; na obr. 7 schéma reaktoru ve vodorovném řezu s chladicím· kanálem ve stěně reaktoru.

Reaktor 1 sestává z příklopu · 2, z reakčního prostoru· 3 a z výměníku · 4 tepla. Doi. stěny reakčního prostoru 3, složené . . z vnější stěny 5 a z vnitřní vyzdívky 6, jsou zabudovány schematicky znázorněné· předehřívací hořáky 7, které jsou v provozu. během ohřevného) stádia. reaktoru 1, · při . normálním provozu výroby sazí . jsou však mfflmo provoz. Ve vyzdívce 6 a ve vnější stěně· 5 je neznázorněný otvor, který se uzavírá klapkou, a který se· může při přetlaku otevřít.

Příklop 2 reaktoru 1, je ocelový, například z nerezavějící .oceli. Je to v podstatě duté těleso s· rozmanitými vestavěnými a na povrchu místěnými částmi. Na horní ,.. straně 8 příklopu 2 · ' je umístěno- · .ňěkolik přívodních jednotek 12. · Přívodními · jednotkami 12 se přivádějí do· reakčního prostoru 3 uhlovodíky a vzduch.

U provedení podle obr. 1 je· každá přívodní jednotka 12 opatřena. hrdlem· 13, které zasahuje· až do mísícího prostoru 22 a má například kuželovitý tvar. · Přívodní jednotky 12 a hrdla 13 jsou uspořádána rovnoběžně s podélnou «osnou reaktoru 1. V příklopu 2 je vytvořen napříč podélné osy reaktoru 1 průchozí kanál 14 se vstupním hrdlem· 15 a výstupním hrdlem 16. Mísící prostor 22 je obklopen průchozím kanálem! 14, který · vymezuje mísící prostor 27 přepážkami 10, 11 [obr. 1, 2). Přívodní jednotky 12 jsou obklopeny průchozím· kanálem 14 vzhledem k tomu, že jsou uspořádány na· horní straně 8 příklopu. 2. Je však též možnlo* uspořádání, podle něhož hrdla 13 a/nebo přívodní jednotky 12 zasahují do průchozího kanálu 14. V každém. případě leží · mísící prostor 22 a popřípadě hrdla 13 a/neboi další části · přívodních jednotek 12 v· průchozím kanálu 14 a ·mohou být médiem protékajícím tímto kanálem 14 buď ochlazovány nebo· ohřívány, čímž · je možno udržovat teplotu vhodnou pro¹ provoz po celou dobu provozu.

Přívodní jednotky 12 jsou vzájemně propojeny potrubím 18, 19 a ústí do mísícího prostoru 22, uspořádaného vzhledem k směru průchodu reaktoru 1 před reakčním prostorem 3. Na obr. 2 nejsou přívodní jednotky 12 opatřeny hrdly a ústí přímo; da mísícího · prostoru 22.

Reakční prostor 3 ^! může mít libovolný průřez, může být například kruhový. nebo pravoúhlý. V popisovaném- provedení má reakční prostor 3 reaktoru 1 pravoúhlý prů210676 řez . s dvěma řadami přívodních jednotek j .[(jto¹. 3. Mrsi mlslcíno prostoru li otipmffl přibliBne přeřežu -^Λι11 - p^r°storu 3.

.Mísící prostor 22 - může být podle okolností . - rozdělen- ve směru . průchozího kanálu 14 do dílčích kanálů - 23- (obr. 5·).. Přitom jsou - přívodní - jednotky - 12 na horní straně 8 - příklopu - 2 uspořádány ve dvíou řadách nebo soustředně. Mísící prostor 22 se- - do dílčích - - kanálů 23a rozděluje pouze - potud, pokud je to třeba k dodržení příznivých podmínek .prio míšení složek.

' .Výměník 4 tepla sestává z jednotlivých vzájemně nezávislých částí, které nejsou blíže znázorněny a popisovány. Výměník 4 tepla jej* uspořádán za reakčním prostorem 3 -a- - každým' výměníkem 4 tepla proudí produkty reakce, to jest, vyrobené saze- a- - spaliny, - přičemž se jejich teplota; snižuje. - Po průchodu výměníkem 4 tepla dosáhnou produkty - reakce potrubí 24, odkud postupují dále do neznázoměné filtrační soupravy. V nejnižším bodu výměníku 4 tepla je uspořádáno vynášecí šoupátko- 25, jímž vystupují - odloučené saze. '

Vstupní hrdlo - 15 průchozího kanálu- - 14 je potrubími 26, sloužícím k přívodu média, spojeno s výměníkem 4 tepla. Tím je podle okolností průchozí kanál- 14 zásobován horkým vzduchem a mísící prostor 22 je- udržován v. přibližně konstantní teplotě, pohybující se mezi -asi 500° až 700 °C, niejvhodněji kolem 600 °C. Za účelem·, možnosti ochlazení mísícího· prostoru 22 je do - potrubí 26 zapojen neznázorněný přístroj chladného vzduchu.

Zásobování přívodních- jednotek- 12 se děje reakčnílm vzduchem·. Na příklopu 2 - reaktoru 1 jsou přívodní - jednotky - 12- uspořádány v řadách- rovnoběžných -s- průchozím kanálem 14. Mísící prosto-r 22 je znázorněn jako podlouhlá dutina- se zaokrouhlenými rohy, která je obklopena průchozím kanálem- 14, a která může být ještě- rozdělena- dílčími kanály 23a.

Reakční vzduch pro· přívodní jednotky 12 je - dodáván symbolicky znázorněným zařízením 28, dopravujícím vzduch nasátý - potrubím 29 a ^znázorněnou částí výměníku 4 tepla do rozváděče 30, uspořádaného mimo reaktor 1. Pomocí měřicího; přístroje- - 31 uspořádaného v rozváděči 30- je - možno- odměřovat tlak vyvíjený dopravním- zařízením- 28.

Z rozváděče- 30 vedou spojovací potrubí 32 k přívodním jednotkám 12. Do každého spojovacího· potrubí 32 je zapojen uzávěr 33, jímž se- spojovací potrubí 32 uzavírá nebo škrtí. Za účelem stejnosměrného- zásobování přívodních jednotek 12 je možno dio spojovacích potrubí 32 zapojit neznázorněné škrtiče. Tím je -umožněno podle okolností odstranění potrubí 18 a/nebo 19, je-li současně postaráno -o- to, aby druhá složka, to jest uhlovodík, byla rovněž do přívodní jednotky 12 přesně odměřena, na příklad dávkovacími čerpadly, - popřípadě (tóYMYflGÍíni jedrtíóij -- jsou' vzájemně spojeny - pro· nucený -o yk a lak mokou ďo ka^je přívodní jedno· lity 19- piiivíOUl stejné množství uhlovodíku.

Každá přívodní jednotka- 12 je opatřena hrdlem 13 - (obr. - 4), zatímco na -obr. 5 jsou přívodní jednotky 12 uspořádány v mísícím prostoru 22- rozděleném dílčími- kanály 23a. Příktop - 2, případně průchozí kanál 14 - . je proti reakčnímu prostoru 3 - uzavřen dnem

9. Tím je umožněno zjednat v nůslcto prostoru - 22 podmínky prakticky sloužící· výrobě stejnorodé směsi uhlovodíku -a reakčního vzduchu. Je -to zajištěno- proudem média, například vzduchu nebo/ kapaliny, prot^é^k^ájjuími· průchozím kanálem 14.

•Uspořádání potrubí - 18, 19 je- znázorněno na obr. 3. Přívodní jednotky 12, uspořádané v příklopu -2 ve dvou řadách, jsou přesazeny, což usnadňuje vedení potrubí. Počet přívodních jednotek 12 je možno - libovolně- volit, s- tím, že používá-li se pouzé několik málo přívodních jednotek 12, avšak přiměřené velikosti, je jejich demontáž a údržba nákladná, kdežto naopak -u velkého počtu malých přívodních jednotek 12 jepořizovací náklad - veliký. Je proto -nutno· volit počet přívodních jednotek 12 z- ekonomického hlediska. Udržuje-li -se- mísící prostor 22, aniž by v něm docházelo· k spalovacím procesům, je možno dosáhnout i s poměrně nepatrným počtem- - přívodních jednotek 12 stejnorodé směsi obou složek, což je předpokladem pro dokonalé - vázání kyslíku, k němuž dochází v reakčním prostoru 3.

Každá přívodní jednotka 12 (obr. 6) sestává ze vzduchové nádrže- 40 s válcovým průřezem, v jejíž podélné ose 39 je uspořádána- přívodní trubka 41 pro tekuté uhlovodíky. Přívodní trubka 41 je na svém konci opatřena rozprašovací tryskou 47. Přívodní trubka 41 je připevněna k horní straně víka- 43 vzduchové nádrže 40. Reakční vzduch se - přivádí spojovacími potrubími 32 (obr. 3), které jsou svými konci spojeny se vzduchovým hrdlem 44, uspořádaným na boční straně vzduchové nádrže 40.

Vzduchová nádrž 40 je -opatřena mimo vzduchového hrdla 44 dalším hrdlem 45, na němž je- připevněno- pomocí výkyvných svorníků 46, opatřených křídlovou maticí a umožňujících rychlé uvolnění, víko 43. Na víku 43 je v -objímce 53 spojené s víkem 43 -připevněn- svěrací šroub 48 a- do objímek 59 je vloženo za účelem utěsnění- štěrbiny mezi přívodní trubkou 41 a' otvorem 52 těsnění 51. Mezi hrdlem 45 vzduchové nádrže 40 a víkem 43 je- rovněž vloženo neznázorněné těsnění.

Vzduchová nádrž 40 se u dna zužuje v kuželovité hrdlo 53, přecházející ve válcovitý výstup 54 s menším průměrem, než je průměr vzduchové nádrže 40. Volný konec válcovitého výstupu 54 je opatřen jednak dovnitř obrácenou přl·rsbcs 56, jednak na

Ί svém vnějším obvodu připevňovací přírubou 57, kterou je přívodní jednotka 12 připevněna к příklopu 2, například na jeho horní straně 8 pomocí příruby 35, a vhodného! těsnění.

Je-li přívodní jednotka 12 s válcovitým výstupem, 54 zamontována v příklopu 2, může být při tomto uspořádání přechod mezi vzduchovou nádrží 40 a kuželovitým¹ hrdlem 53 opatřen připevňovacími přírubami 38, 37. V tomto případě obtéká proiud média v průchozím: kanálu 14 i dolní část přívodní jednotky 12 sestávající z kuželovitéhoi hrdla 53 a válcovitého výstupu 54.

Na vnitřní přírubu 56 dosedá kroužek 60 pho zadržování vzduchuj zužující se ve výstupní hrdlo 61. Kroužek 60 pro zadržování vzduchu je opatřen radiálními vzpěrami 62 nesoucími dcilní objímku 63, v jejíž dutině 64 je přidržována stavěcím šroubem 65 přívodní trubka 41 s rozprašovací tryskou 42. Nad dolní objímkou 63 je na přívodní trubku 41 navlečena další, horní objímka 68 se stavěcím šroubem 67, к níž je připevněno vířivé těleso 70. Vířivé těleso 70 může být provedeno z děrovaného plechu (obr. 6) nebo jako těleso s příčně uspořádanými ramíeny.

Je podstatné, aby při tomto uspořádání byloi mložno přívodní trubku 41 spolu s kroužkem 60 pro zadržování vzduchu a s vířivým tělesem! 70 po uvolnění víka 43 snadno vyměnit. POdle jakosti sazí, které se mají vyrábět, se zamontují odpovídající rozprašovací trysky 42 a kroužek 60 pro zadržování vzduchu, jakož i vířivé těleso 70, načež se do přívodní jednotky 12 zasadí přívodní trubka 41, víko 43 se znovu, připevní a svěrací šroub 48 se přitáhne. Ještě rychlejší výměny se dosáhne, když jsou к dispozici úplné soupravy, sestávající z přívodní trubky 41, víka 43, vířivého tělesa 70 a kroužku 60 proi zadržování vzduchu. Tímto způsobem je možno velmi rychle přeměnit provoz z výroby jedné kvality sazí na jinou. Přívodní jednotka 12 může být vyrobena z plechu, takže jednotlivé části je možno s potrubím 18, 19 spojit¹ vzájemně svarem.

Pro hospodárné vytížení popsaného zařízení na výrobu sazí je výhodné, aby mohlo, být využito tepla spalin vznikajících v reakčním prostoru 3 a ohřívajících reakční vzduch přiváděný do: přívodní jednotky 12 a média protékajícího průchozím kanálem

14. Tomuto účelu slouží výměník 4 tepla, jak jei znázorněno na obr. 1. Výměník 4 tepla musí též ochladit spaliny vystupující z reakčního prostoru 3 tak, aby byl umožněn jejich přívod do filtrační soupravy bez poškození této soupravy.

Na. olbr. 1 je výměník 4 tepla napojen přím|o na reakční prostor 3. Je však možné 1 jiné uspořádání výměníku 4 tepla a jeho částí. Části výměníku 4 tepla mioihou být umístěny ve svislé části zařízení, aby pokud možno nedocházelo к ucpání potrubního systému, usazeninami sazí.

Na obr. 7 je znázorněna obměna provedení reakčního prostoru 3. Vnější stěna 5 a vnitrní vyzdívka 6 jsou odděleny kanálem 84 s vodicím! plochami 93, jehož je možno použít к chlazení, popřípadě к Ohřevu reakčního prostoru 3. Chladicí vzduch vstupuje do reakčního prostoru 3 vstupním hrdlem 87 a vystupuje výstupním hrdlem 90. Přívod chladicího vzduchu se reguluje termoelektrickými články 91 umístěnými na vnitřní stěně reakčního prostoru 3.

Poipsané zařízení pracuje takto. Spuštěním předehřívacího hořáku 7 je spuštěno i zařízení pro ohřev vzduchu a upravovači zařízení uhlovodíků. Po ohřevu se upravené tekuté uhlovodíky a předehřátý reakční vzduch přivádí přívodnými jednotkami 12 do mísícího prostoru 22, v němž dochází к dokonalému smísení a zplynování uhlovodíků, nikoli však ještě к Jejich spálení. Takto homagenizovaná směs vstupuje do reakční,hlo| prostoru 3, kde se část uhlovodíků spaluje, čímž se získává reakční teplo, a druhá část se přeměňuje na saze. Vznikající spaliny a saze se přivádějí do výměníku 4 tepla a o teplotě 250 °C se dopravují dále dio filtrační soupravy, kde se saze oddělují, shromažďují a balí.

Popsaným zařízením se dosahuje bezvadného ovládání teplotních poměrů v pásmu, v němž se mísí složky vzduch a uhlovodík. Tím je možno rozšířit sortiment jakosti sazí, jež se: mají vyrábět, aniž by docházelo к narušení provozu. Větší náklad spojený s uspořádáním kanálu 14 v příklopu 2 je ve srovnání s dosažitelnými výhodami malý. Průchozí kanál 14 též příznivě ovlivňuje životnost přívodních jednotek 12, zvláště jejich citlivých částí, například rozprašovacích trysek 42. Použití tohoto kanálu 14 zajišťuje samioi o sobě trvalost provozu zařízení.

Je-li nutno spaliny, které jsou hořlavé a opouštějí filtrační soupravu podrobit dalšímu zpracování, je-li třeba je například čistit, je к tornu možno použít zařízení známých z topenišť.

Claims (8)

1. Zařízení pro výrobu sazí s příklopem, v němž je uspořádáno několik potrubí pro dávkovaný přívod vzduchu a uhlovodíků pro výrobu sazí a reakčního tepla, jehož je к totau třeba, a který obsahuje reakční prostor pro výrobu sazí, přičemž na výstupní straně reakčníhio prostoru je umístěn výměník tepla a filtrační souprava pro oddělování sazí opouštějících výměník tepla od spalin·, vyznačující se tím, že reaktor (1) obsahuje v příklopu (2) mísící prostor (22), průchozí kanál (14), vytvořený kolem mísícího prostoru (22) napříč směru průchodu, a jednotky (12) pro přívod vzduchu a uhlovodíků.

2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že průchozí kanál (14) je rozdělen do dílčích kanálů (23, 23a) procházejících napříč mísícím otvorem (22).

3. Zařízení podle bodu 1, 2, vyznačující se tími, že průchozí kanál (14) je potrubím (26) spojen s výměníkem (4) tepla, zařazeným za reakčním prostorem (3).

4. Zařízení podle bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že přívodní jednotka (12) obsahuje vzduchovou nádrž (40) s válcovitými výstupem (54) o menším průměru, přičemž do válcovitého výstupu (54) ústí trubka (41) pro. přívod tekutých uhlovodíků, na přívodní trubce (41) jscíu vyměnitelně připevněny vířivé těleso (70) a kroužek pro· zadržování vzduchů s výstupním hrdlem (61), jehož volný průřez odpovídá volnému průřezu vířivého tělesa (70), a vzduchová nádrž (40) je opatřena hrdlem (45), které je uzavíratelné víkem (43), spojeným s přívodní trubkou (41).

5. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že přívodní jednotky (12) lež zčásti v průchozím kanálu (14).

6. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že přívodní jednotky (12) jsou ve vzájemném spoijení spojovacími potrubími (18, 19), uspořádanými mezi vířivým tělesem (70) a výstupními hrdlem (61).

7. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že mísící prostor (22) je na straně reakčního prostoru (3) částí prostoru, prostého dílčích kanálů (23, 23a).

8. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že reakční prostor (3) má dvojitou stěnu, vnější stěnu (5) a vnitřní vyzdívku (6), mezi nimliž je vytvořen kanál (84) pro výměnu tepla.