PL104541B1 - Sposob wytwarzania sadzy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania sadzy droga termicznego rozkladu surowca weglowodo¬ rowego. Sposobem wedlug wynalazku z surowca weglowodorowego, który w normalnych warunkach jest ciekly, mozna wytwarzac rózne typy sadzy a zwlaszcza sadze stosowane do wyrobu opon i gumowych wyrobów tech¬ nicznych o wysokiej jakosci.

Sposób wedlug wynalazku moze byc stosowany z powodzeniem do wytwarzania sadz piecowych o wyso¬ kiej jakosci z minimalna zawartoscia grytu.

Jako gryt okresla sie skoksowane czastki spieków, powstale w procesie wytwarzania sadzy o wymiarach od kilku do setek mikronów.

Obecnosc w sadzy koksowych czastek, które wydatnie róznia sie wlasciwosciami od czastek sadzy, obniza zdolnosc wzmacniania gumy przez sadze, zmniejszajac przy tym wytrzymalosc na rozciaganie, wytrzymalosc na zmeczenie i scieranie.

Znany jest sposób wytwarzania sadzy, wedlug którego w celu zmiany struktury sadzy, do ogrzanego uprzednio, cieklego w warunkach normalnych, surowca weglowodorowego wprowadza sie dodatki zwiazków metali takich jak nikiel, bar, wanad, zelazo lub ich mieszanine w ilosci 1-80 cz.wag. metalu na milion cz.wag. surowca weglowodorowego. Nastepnie taka mieszanine wprowadza sie do strefy reakcyjnej reaktora, gdzie surowiec weglowodorowy poddaje sie w pirolizie termo-utleniajacej w produktach pelnego spalania gazu opalo¬ wego z wytworzeniem sadzy, po czym mieszanine sadzy i gazu poddaje sie hartowaniu woda.

W znanym sposobie wytwarzania sadzy wedlug patentu Stanów Zjednoczonych Nr 3494740 (firmy Philips Petroleum Co) dodatki metali moga byc stosowane w postaci elementarnej (t.zn. silnie rozdrobnione) jak równiez w postaci zwiazków nieorganicznych luborganicznych. ^ Przy wytwarzaniu sadzy znariymi sposobami wprowadzenie dodatków metali do surowca weglowodoro¬ wego w ilosci 1 - 80 cz.wag. metalu na milion cz. wag. surowca, niezbednej do modyfikacji struktury sadzy nie zapobiega tworzeniu sie koksu w strefie reakcyjnej reaktora.

Wprowadzenie do surowca weglowodorowego dodatków metali w podanej ilosci pozwala jedynie na usuwa¬ nie koksowego osadu ze scianek rur podgrzewacza surowca, dzieki dobrym wlasciwosciom myjacym dodatków2 104541 organicznych zwiazków metali.

Dodatki metali dysperguja osad koksowy w strumieniu surowca, wraz z którym unoszone sa one z podgrze¬ wacza. Usuniecie osadu koksowego z podgrzewacza powoduje przejscie jego do strefy reakcyjnej, powodujac intensyfikacje tworzenia sie koksu w reaktorze, a ostatecznie powoduje zanieczyszczenie sadzy grytem i po¬ gorszenie jej wlasciwosci wzmacniajacych.

Inna wada znanego sposobu wytwarzania sadzy polega na tym, ze nie mozna stosowac go do wytwarzania sadzy o wysokiej strukturze, poniewaz wprowadzenie dodatków metali do surowca w podanych ilosciach powo¬ duje obnizenie struktury sadzy.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie wymienionych wad i opracowanie takiego sposobu wytwarzania, który umozliwialby uzyskanie sadzy z nieznaczna zawartoscia grytu.

Sposób wytwarzania sadzy, w którym do uprzednio ogrzanego surowca weglowodorowego, cieklego w wa¬ runkach normalnych wprowadza sie dodatki organicznych zwiazków metali grup zelaza lub baru i tak wytworzo¬ na mieszanine wprowadza sie do strefy reakcyjnej, gdzie surowiec weglowodorowy poddaje sie pirolizie ter- mo-utleniajacej z wytworzeniem sadzy, polega na tym, ze dodatki organicznych zwiazków metali grup zelaza lub baru wprowadza sie do surowca weglowodorowego w ilosci 300-500 czesci wag. metalu na milion czesci wago¬ wych surowca weglowodorowego.

Wprowadzenie do surowca weglowodorowego dodatków organicznych zwiazków metali grup zelaza lub . baru w podanych ilosciach zapobiega tworzeniu sie koksu w poczatkowej czesci strefy reakcyjnej.

Zaleca sie, aby dodatki organicznych zwiazków metali grup zelaza lub baru mieszac z surowcem weglowo¬ dorowym bez tworzenia osadu do momentu wprowadzenia surowca weglowodorowego do strefy reakcyjnej.

Dzieki temu wyklucza si^ mozliwosc zanieczyszczenia urzadzen wtryskowych i zapewnia sie stabilnosc pracy przyrzadów kontrolno-pomiarowych, co z kolei stabilizuje proces wytwarzania sadzy w calosci.

Pozadane jest aby surowiec weglowodorowy wraz z dodatkami organicznych zwiazków metali grup zelaza lub baru wprowadzac do strefy reakcyjnej w postaci fazy parowej. Pozwala to na rozszerzenie zakresu stosowania sposobu wedlug wynalazku do wytwarzania róznych typów sadz, poniewaz mozliwe jest przy tym wytwarzanie nie tylko sadz piecowych, ale tez sadz dyfuzyjno-gazowych.

Ponadto przy wytwarzaniu sadz dyfuzyjno-gazowych sposobem wedlug wynalazku ulegaja poprawie wa¬ runki pracy, poniewaz eliminuje sie koniecznosc czestego czyszczenia urzadzen palnikowych, które jest operacja trudna i pracochlonna.

Sposób wedlug wynalazku umozliwia poprawienie jalosci wytwarzanej sadzy, dzieki temu, ze przy jego stosowaniu nie tworzy sie koks w strefie reakcyjnej, na powierzchniach urzadzen wtryskowych, ani palnikowych.

Sadza wytwarzana sposobem wedlug wynalazku nie zawiera zanieczyszczen w postaci skokosowanych grubych czastek grytu, ajednoczesnie posiada niezmienione pozostale wlasciwosci.

Wytworzona tym sposobem sadza nadaje sie do sporzadzania bieznikowych mieszanek gumowych stosowa¬ nych w przemysle oponiarskim, które powinny miec wysokie wskazniki odpornosci na scieranie i wytrzymalosci na rozciaganie.

Zastosowanie sposobu wedlug wynalazku wydatnie stabilizuje proces wytwarzania sadzy, cp z kolei ko¬ rzystnie wplywa na jakosc i wydajnosc sadzy.

Ponadto przy stosowaniu sposobu wedlug wynalazku eliminuje sie powstawanie koksu w podgrzewaczu surowca, dzieki czemu nie wystepuje wprowadzanie czastek koksu do strefy reakcyjnej wraz z surowcem weglo¬ wodorowym.

Stosowanie sposobu wedlug wynalazku umozliwia wykorzystanie jako surowca tanich produktów, stano¬ wiacych pozostalosc przeróbki ropy naftowej o wyzszym wskazniku koksowania, dzieki czemu mozna poprawic znacznie wskazniki ekonomiczne procesu.

Wykorzystanie sposobu wedlug wynalazku obniza straty, wynikajace z prac zwiazanych z oczyszczaniem od koksu urzadzen wtryskowo-palnikowych i ich zmiana, co podwyzsza wydajnosc pracy w procesie wytwarzania sadzy.

Wspomniane osobliwosci i inne korzysci wynalazku stana sie jasniejsze po rozpatrzeniu opisu konkretnego przykladu jego wykonania i zalaczonych rysunków, w których: fig. 1 przedstawia schematycznie uklad do wpro¬ wadzania surowca weglowodorowego i dodatków metali do reaktora wytwarzania sadzy; fig. 2 przedstawia sche¬ matycznie uklad do wprowadzania surowca weglowodorowego w stanie par z dodatkiem metali i aparat do wytwarzania sadzy.

Przedstawiony sposób wytwarzania sadzy wedlug wynalazku realizuje sie nastepujaco.

Organiczne zwiazki metali grup zelaza lub baru z pojemnika 1 (fig. 1) przez pompe 2 kierowane sa do pompy 3, do której równiez wplywa z pojemnika 4 uprzednio ogrzany surowiec weglowodorowy. W pompie 3104541 3 nastepuje intensywne wymieszanie surowca weglowodorowego z dodatkami organicznych zwiazków metali, dzie¬ ki czemu uzyskuje sie calkowite rozpuszczenie dodatków metali w surowcu weglowodorowym.

Surowiec weglowodorowy z rozpuszczonymi dodatkami metali grup zelaza lub baru z pompy 3 pod cisnie¬ niem przeplywa do podgrzewacza 5, gdzie nastepuje jego ogrzanie do wysokiej temperatury, po czym surowiec przeplywa do reaktora 6, gdzie poddawany jest pirolizie termo-utleniajacej, w wyniku czego powstaje sadza i gazowe produkty reakcji.

Proces tworzenia sie sadzy w reaktorze 6 przebiega nastepujaco: Gaz opalowy ze zródla (nie pokazanego) pod cisnieniem kieruje sie wzdluz strzalki A do palnika (nie pokazanego), do którego wzdluz strzalki B kieruje sie powietrze pod cisnieniem. W wyniku spalania paliwa w powietrzu w komorze spalania 7 reaktora 6 powstaje strumien produktów pelnego spalania paliwa o wysokiej temperaturze, który z komory spalania 7 przeplywa do strefy reakcyjnej 8. Strumien produktów pelnego spala¬ nia paliwa na poczatku strefy reakcyjnej 8 ulega zmieszaniu z weglowodorowym surowcem, zawierajacym dodat¬ ki metali, które zapobiegaja tworzeniu sie koksu w poczatku strefy reakcyjnej przed procesem tworzenia sie sadzy. Zapobiezenie koksowaniu sie surowca przed rozpoczeciem procesu tworzenia sie sadzy umozliwia wyklu¬ czenie powstawania grubych czastek koksowych (grytu), poniewaz w momencie poczatku tworzenia sie czastek sadzy, surowiec weglowodorowy momentalnie zuzywa sie na ich wzrost wskutek wyjatkowo wysokiej akty¬ wnosci i wielkiej ogólnej powierzchni czastek sadzy. Nastepnie powstala sadza i produkty gazowe przechodza do strefy hartowania 9, gdzie nastepuje ochlodzenie woda, podawanej ze zródla (nie pokazanego) pod cisnieniem wzdluz strzalki C.

Ochlodzona mieszanina sadzy i gazów przechodzi z reaktora wzdluz strzalki D do ukladu urzadzen (nie pokazanych) do oddzielenia sadzy od produktów gazowych reakcji i jej dalszej obróbki.

Przyklad I. Organiczne zwiazki zelaza wprowadzono do uprzednio ogrzanego w pojemniku 4 do 80°C surowca weglowodorowego w ilosci 500 czesci wag. zelaza na milion czesci wagowych weglowodorowego su¬ rowca. Jako surowiec zastosowano produkty wtórnych procesów przeróbki ropy o indeksie korelacji 122 i bo¬ ksowaniu (w-g Condradsona) 6,0%. Nastepnie surowiec z rozpuszczonymi dodatkami organicznych zwiazków zelaza ogrzano w podgrzewaczu 5 do temperatury 250—280°C i wprowadzono do reaktora 6 w celu wytwa¬ rzania sadzy. Do komory spalania 7 reaktora wprowadzono paliwo (mieszanine prepanobutanowa) w ilosci 60 m3 /godz i powietrze w ilosci 4000 m3 /godz. W warunkach zmieszania strumienia produktów pelnego spalania paliwa z surowcem, zawierajacym dodatki zelaza, surowiec poddawano pirolizie termo-utleniajacej w temperatu¬ rze 1420°C w strefie reakcyjnej 8.

W wyniku rozkladu surowca uzyskano sadze, zawierajaca 0,016% czastek grytu o wymiarach powyzej 140 jum. Geometryczna powierzchnia wlasciwa sadzy wynosila 78m2/g, adsorpcja ftalanu dwubutylowe- go — 104 ml/100 g. Wydajnosc sadzy wynosila 52%.

Przy wprowadzeniu organicznych zwiazków baru parametry procesu sa w zasadzie takie same.

Przyklad II. Organiczne zwiazki zelaza wprowadzono do uprzednio ogrzanego w pojemniku 4 do 80°C surowca weglowodorowego w ilosci 500 czesci wag. zelaza na milion czesci wag. weglowodorowego su¬ rowca. Surowiec z indeksem korelacji 122 i koksowaniu 6,0% z rozpuszczonymi dodatkami zelaza ogrzano do 250 — 280°C i wprowadzono do reaktora 6 wytwarzania sadzy. Parametry procesu wytwarzania sadzy mialy to samo znaczenie co parametry procesu opisane w przykladzie I.

Uzyskano sadze, zawierajaca 0,008% czastek grytu o wymiarach powyzej 140/im. Geometryczna po¬ wierzchnia wlasciwa sadzy wnosila 76 m2/g, adsorpcja ftalanu dwubutylowego 106 ml/100 g. Wydajnosc sadzy wynosila 53%.

Po wprowadzeniu organicznych zwiazków baru parametry procesu sa w zasadzie takie same.

Przyklad III. Organiczne zwiazki zeJaza wprowadzono do uprzednio ogrzewanego w pojemniku 4 do 80°C surowca weglowodorowego w ilosci 400 czesci wagowych zelaza na milion czesci wag. weglowodorowego surowca. Wlasciwosci surowca i parametry procesu wytwarzania sadzy byly takie same jak opisane w przykla¬ dzie I.

W wyniku rozkladu surowca z rozpuszczonymi w nim dodatkami zelaza w strefie reakcyjnej 8 reaktora uzyskano sadze, zawierajaca 0,010% czastek grytu o wymiarach powyzej 140/Ltm. Geometryczna powierzchnia wlasciwa wynosila 75 m2/g, adsorpcja ftalanu dwubutylowego 104 ml/100 g. Wydajnosc sadzy wnosila 54%.

Mozliwy jest inny wariant realizacji sposobu wedlug wynalazku wytwarzania sadzy dyfuzyjno-gazowej poprzez uklad wprowadzania mieszaniny weglowodorowego surowca w postaci fazy parowej z dodatkami metali do aparatu wytwarzania sadzy dyfuzyjno — gazowej tak jak pokazano na rys. fig. 2.

W wariancie tym organiczne zwiazki metali zelaza lub baru wprowadza sie do surowca weglowodorowego poprzez uklad pokazany na rys. fig. 1. Dalej surowiec weglowodorowy, jak pokazano na rys. fig. 2, z rozpuszczo-4 104541 nymi w nim dodatkami metali grup zelaza lub baru przy pomocy pompy 10 pod cisnieniem kieruje sie do podgrzewacza 11, gdzie nastepuje ogrzewanie do wysokiej temperatury. Nastepnie surowiec z podgrzewacza 11 pod cisnieniem i gaz opalowy, którym w tym wariancie jest gaz koksowniczy ze zródla (nie pokazanego) pod cisnieniem uprzednio podgrzany w dowolnym, nadajacym sie do tego urzadzeniu (nie pokazanym) wzdluz strzal¬ ki A kieruje sie do parownika 12, gdzie surowiec czesciowo odparowuje po czym miesza sie z gazem koksowni¬ czym i mieszanine ta w fazie parowej kieruje sie do urzadzenia palnikowego 13 aparatu 14 do wytwarzania sadzy dyfuzyjno-gazowej. Nieodparowana pozostalosc surowca odprowadza sie z parowalnika 12 pod cisnieniem wzdluz strzalki B do pojemnika (nie pokazanego), przeznaczonego do przechowywania.

Proces tworzenia sie sadzy w aparacie 14 przebiega nastepujaco: W wylocie urzadzenia palnikowego 13 mieszanina surowca weglowodorowego z gazami koksowniczymi, zawierajaca dodatki metali spala sie czesciowo w powietrzu doprowadzanym do aparatu 14 przy pomocy urza¬ dzenia (nie pokazanego) wzdluz strzalki C. Przy czesciowym spalaniu mieszaniny surowca i gazu koksowniczego powstaje sadza i gazowe produkty reakcji. Zastosowanie gazu koksowniczego w tym procesie sprzyja podniesieniu temperatury plomienia, dzieki czemu uzyskuje sie wyzsza wydajnosc sadzy. Podczas dlugiej pracy wylot urza¬ dzenia palnikowego 13 zmienia swój ksztalt na skutek odkladania sie koksu na powierzchni urzadzenia, co powoduje obnizenie jakosci sadzy. Z tego wzgledu podczas pracy wylot urzadzenia palnikowego powinien byc starannie oczyszczany od koksu, co jest operacja trudna i pracochlonna. Obecnosc w mieszaninie surowca i gazu koksowniczego dodatku metali zapobiega odkladaniu sie koksu na wylocie urzadzenia palnikowego, co wyklucza koniecznosc czestego oczyszczania i sprzyja polepszeniu jakosci sadzy.

Nastepnie powstala sadza i gazowe produkty reakcji poddawane sa hartowaniu przy kontakcie z ruchoma metalowa powierzchnia 15. Wieksza czesc powstalej sadzy osiada na metalowej powierzchni 15 i przy pomocy urzadzenia (nie pokazanego) jest usuwana z aparatu 14 wzdluz strzalki D. Pozostala czesc sadzy i produkty gazowe reakcji przechodza z aparatu 14 wzdluz strzalki F do ukladu urzadzen (nie pokazanych) do oddzielania sadzy od produktów gazowych reakcji i jej dalszej obróbki.

Przyklad IV. Surowiec weglowodorowy z rozpuszczonymi w nim organicznymi zwiazkami zelaza w ilosci 300 czesci wag. zelaza na milion czesci wag. surowca ogrzewano w podgrzewaczu 11 do 360°C i kierowa¬ no do parowalnika 12. Jako surowiec wykorzystano produkty przeróbki smoly z wegla kamiennego o indeksie korelacji 150 i koksowaniu 1,2%. W parowalniku 12 odparowany surowiec mieszano z gazem koksowniczym, uprzednio ogrzanym do 500°C w odpowiednim do tego celu urzadzeniu (nie pokazanym). Nastepnie mieszanine surowca weglowodorowego z gazem opalowym w postaci fazy parowej zawierajaca dodatki organicznych zwiaz¬ ków zelaza wprowadzano do urzadzenia palnikowego 13 w ilosci 16 kg/godz. Powietrze, niezbedne do niepelne¬ go spalania surowca i gazu opalowego wprowadzano do aparatu 14 w ilosci zapewniajacej cisnienie w aparacie 14 na poziomie 100 mm slupa wody.

W wyniku rozkladu mieszaniny surowca i gazu opalowego uzyskano sadze o geometrycznej powierzchni wlasciwej 78m2/g, adsorpcji ftalanu dwubutylowego 85 ml/lOOg i zawartosci 0,009% czastek grytu o wymia¬ rach powyzej 140jim. Wydajnosc sadzy wynosila 45% w stosunku do ciezaru mieszaniny surowca i gazu opalo¬ wego.

Przy wprowadzeniu organicznych zwiazków baru parametry procesu sa w zasadzie takie same.

Przedstawiony sposób wytwarzania sadzy pomyslnie przeszedl badania, które wykazaly, ze przez wprowa¬ dzenie do surowca weglowodorowego dodatków organicznych zwiazków metali grup zelaza lub baru zawartosc grytu w sadzy typu HAF obniza sie 2—3 krotnie bez zmiany pozostalych wlasciwosci sadzy i bez obnizenia jej wydajnosci.

Stosowanie sposobu wedlug wynalazku zapewnia dluga prace reaktora bez zakoksowania urzadzen wtryskowo-palnikowych i strefy reakcyjnej. Dzieki temu poprawia sie niezawodnosc pracy i sprawnosc reaktora, jak równiez poprawia sie jakosc pracy.

Sposób wedlug wynalazku jest efektywny przy róznych rozwiazaniach konstrukcyjnych i technologicznych procesu wytwarzania sadzy z róznych rodzajów surowca weglowodorowego.

Zastosowanie sposobu wedlug wynalazku pozwala na zmniejszenie pracochlonnosci i poprawe efektów ekonomicznych procesu wytwarzania sadzy.

Claims (3)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób wytwarzania sadzy, w którym do wstepnie ogrzanego, cieklego w normalnych warunkach, surowca weglowodorowego wprowadza sie dodatki organicznych zwiazków metali grup zelaza i barn i tak104541 5 wytworzona mieszanine wprowadza sie do strefy reakcyjnej, w której surowiec weglowodorowy poddaje sie pirolizie termo-utleniajacej z wytworzeniem sadzy, znamienny tym, ze dodatki organicznych zwiazków metali grup zelaza lub baru wprowadza sie do surowca weglowodorowego w ilosci 300 - 500 czesci wag. metalu na milion czesci wag. surowca weglowodorowego.

2. Sposób wedlug zastrz 1,znamienny tym, ze dodatki organicznych zwiazków metali grup zelaza lub baru miesza sie z weglowodorowym surowcem bez tworzenia osadu do momentu wprowadzenia surowca weglowodorowego do strefy reakcyjnej.

3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze surowiec weglowodorowy z dodatkami organicz¬ nych zwiazków metali grup zelaza lub baru wprowadza sie do strefy reakcyjnej w fazie parowej. -4E~~i- QT FI6.2 i