PL168478B1

PL168478B1 - Urzadzenie do wytwarzania sadzy PL PL

Info

Publication number: PL168478B1
Application number: PL92293059A
Authority: PL
Inventors: Gerhard Kuehner; Karl Vogel; Juan D Rodriguez; Charles D Clement
Original assignee: Degussa
Priority date: 1991-01-04
Filing date: 1992-01-02
Publication date: 1996-02-29
Also published as: EP0494068A2; JP3071533B2; JPH04277565A; EP0494068A3; DE69203612D1; US5188806A; TR25476A; PL293059A1; DE69203612T2; EP0494068B1; ES2074737T3; KR0166972B1; KR920014891A

Abstract

1 . U rzadzenie do wytwarzania sadzy, znamienne tym, ze zawiera obudowe z przeplywowym kanalem re- akcyjnym, przy czym obudowa ma centralna os wzdluzna, wzdluz której biegnie kanal przeplywowy, majacy w kie- runku przeplywu komore spalania (36), zwezajacy sie kanal (40) i komore chlodzaca (52), natomiast obudowa zawiera przednia sciane (32) wyznaczajaca poczatkowy koniec komory spalania (36) i wystep (46), wystajacy do wewnatrz w strone centralnej osi wzdluznej w kierunku zasadniczo poprzecznym do centralnej osi wzdluznej, przy czym wy- step (46) wyznacza tylni koniec komory spalania i poczat- kowy otwór w zwezajacym sie w kierunku przeplywu kanale (40), zas przednia sciana (32) ma wiele otworów (60), otwartych w strone komory spalania i rozmieszczo- nych obwodowo na pierwszym promieniu wzgledem cen- tralnej osi wzdluznej, natomiast otwór w poczatkowym koncu zwezajacego sie kanalu (40) jest na drugim promie- niu wzgledem osi centralnej, przy czym drugi promien jest mniejszy niz pierwszy promien. F ig . 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wytwarzania sadzy za pomocą rozkładu termicznego lub pirolizy węglowodoru, następującej po szybkim i równomiernym mieszaniu węglowodoru z turbulentnym strumieniem gazu produktów spalania.

Zwykle wytwarzanie sadzy obejmuje krakowanie lub rozkład termiczny strumienia zasilającego węglowodory do komory reakcji przy temperaturze znacznie przekraczającej 1093°C, na przykład 1649°C. Sadza unoszona gazami, wypływającymi z komory reakcyjnej jest następnie chłodzona szybkim chłodzeniem i gromadzona według znanego stanu techniki.

Na początkowych etapach reakcji w piecu tworzone są cząstki sadzy. Cząstki te koagulują w procesie koalescencji, podczas gdy reakcja postępuje, przy czym tworzą one dużo większe skupienia lub agregaty. Podczas następujących potem etapów gromadzenia i zagęszczania w procesie wytwarzania sadzy, agregaty podlegają wzajemnemu upakowaniu i tworzą aglomeraty. Aglomeraty te są potem często dalej obrabiane, w celu utworzenia tabletek lub pastylek za pomocą osobnych operacji tabletkowania, aby ułatwić transport lub przemieszczanie.

Odmiany sadzy mają liczne zastosowania, przy czym głównym zastosowaniem jest wykorzystanie sadzy, jako środka wzmacniającego lub wypełniacza stosowanego w przemyśle gumowym i produkcji opon samochodowych. Ponadto zwiększa się zastosowanie sadzy w innych dziedzinach, takich jak środki barwiące i tonery reprograficzne dla kopiarek. Różne

168 478 zastosowania sadzy stwarzają konieczność wykorzystywania różnorodnego zakresu cech sadzy, takich jak rozmiar cząstek, struktura, wydajność, powierzchnia oraz barwienie.

Wobec tego istnieje potrzeba opracowania takiego urządzenia, które jest przystosowane do wytworzenia szerokiego asortymentu różnych odmian cząstek i struktury sadzy, aby można było realizować różne zamówienia handlowe. Chodzi o taki reaktor, który jest dostatecznie uniwersalny, aby uniknąć wad, związanych z wykorzystywaniem wielu różnych odmian reaktorów, służących do obsługi różnych zamówień handlowych. Z produkcyjnego punktu widzenia jest także korzystne posiadanie reaktora, o dużej wydajności produkcyjnej i wytwarzającego sadzę jako wyrób przemysłowy o wysokiej jakości przy jednoczesnym wyeliminowaniu tworzenia się żwirów podczas procesu produkcyjnego.

Inną kwestią istotną przy wytwarzaniu sadzy, jest uniknięcie tworzenia koksu na wewnętrznej powierzchni reaktora, ponieważ tworzenie się koksu powoduje skłonność do powodowania odprysków lub łuszczenia wewnętrznej ogniotrwałej wykładziny reaktora. Koks i wykruszony materiał ogniotrwały są zanieczyszczeniami i stanowią produkt bardzo niepożądany. Ponadto, reaktor powinien być łatwy w użytkowaniu, tj. powinien być prosty w obsłudze i łatwy do przystosowania do różnych celów oraz odpowiednio bezpieczny. Reaktor do produkcji sadzy zawiera zwykle różne sekcje o specjalnych funkcjach. Sekcje te odpowiadają różnym etapom wytwarzania sadzy. Pierwsza sekcja jest sekcją spalania. Doprowadza ona energię, która jest potrzebna do krakowania strumienia doprowadzającego sadzę. Paliwo w postaci gazu ziemnego miesza się z gorącym powietrzem w celu spalania oraz następnie strumień zasilający sadzę miesza się z gorącymi gazami spalinowymi, po czym formuje sadzę. Sekcja przeznaczona do tego jest zwana sekcją tworzenia sadzy, za którą to sekcją jest sekcja chłodzenia. Zależnie od potrzebnego gatunku sadzy, wymaga się odpowiedniego czasu przebywania. Reakcja zostaje przerwana za pomocą natrysku wodnego w różnych miejscach wewnątrz sekcji chłodzenia.

Podstawową cechą działania dobrego reaktora jest szybkie i całkowite mieszanie strumienia gazów spalinowych o wysokiej temperaturze ze strumieniem doprowadzania sadzy. Temperatura gazów spalinowych, mieszanych ze strumieniem zasilający, powinna być utrzymywana, jako możliwie różnomierna, aby również potrzebne cechy sadzy były zachowane, jako bardzo równomierne. Wytwarzanie burzliwego przepływu gazów spalinowych w tym obszarze, w którym gazy spalinowe mieszają się z natryskiwanym strumieniem doprowadzania sadzy stanowi jeden sposób, aby zapewnić szybkie i całkowite wymieszanie strumienia doprowadzającego sadzę. Przy wytwarzaniu takiej burzliwości trzeba jednak zapewnić, aby gazy spalinowe nie wymuszały stykania się strumienia zasilającego sadzę z wewnętrznymi ścianami reaktora, ponieważ takie zetknięcie doprowadza do tworzenia się koksu. Ten problem wytwarzania koksu stanowił jedną z wad reaktorów według stanu techniki, które wykorzystywały przepływ wirowy lub styczny gazów spalinowych, ponieważ wirujące gazy sprzyjały urządzeniom świeżo wprowadzanego strumienia zasilającego sadzę o wewnętrzne ściany reaktora.

Znane reaktory, takie jak przedstawione w opisie patentowym US nr 4 213 939, dotyczą reaktorów przepływu osiowego, mających możliwość osiowego i promieniowego doprowadzania strumienia zasilania sadzy. Reaktory te zapewniają w pewnym stopniu uniwersalność odnośnie wytwarzanych rodzajów sadzy, lecz mają tę wadę, że niewłaściwie miesza się strumień zasilania sadzy i osiowo płynące gazy spalinowe z powodu braku burzliwości, w płynących gazach spalinowych.

Opis patentowy US nr 2 851 337 przedstawia sposób obejmujący czynności wytwarzania gorących gazów spalinowych w komorze spalania i przepływ otrzymanych gazów poprzez podłużną, bez przegród komorę o izolacji termicznej stopniowo zmniejszającą poprzeczny przekrój strumienia, wtryskiwanie węglowodoru rozkładanego do strumienia gorących gazów, płynących przez zawężoną strefę komory, a potem stopniowe zwiększanie poprzecznego przekroju otrzymanego strumienia, podczas gdy on nadal przepływa komorą. Gwarantuje to dużą prędkość przepływu i natężenia, nie jest jednak osiągnięta właściwa burzliwość przepływu gazu spalinowego, ponieważ gaz płynie przez komorę reaktora Hallera o gładkiej, stopniowo zakrzywiającej się konstrukcji.

Celem wynalazku jest opracowanie urządzenia do wytwarzania sadzy eliminującego problemy powstające w przypadku urządzeń znanych ze stanu techniki. W szczególności,

168 478 urządzenie które może wytwarzać sadzę o wysokiej jakości, to znaczy sadze o konkretnych, wymaganych cechach, takich jak podstawowy rozmiar cząstek, rozmiar agregatu, struktura, powierzchnia właściwa, wydajność, barwienie, jak również mała zawartość żwiru.

Urządzenie do wytwarzania sadzy, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że zawiera obudowę z przepływowym kanałem reakcyjnym, przy czym obudowa ma centralną oś wzdłużną, - wzdłuż której biegnie kanał przepływowy, mający w kic^ra^id^u komorę spalania, zwężający się kanał i komorę chłodzącą, natomiast obudowa zawiera przednią ścianę wyznaczającą początkowy koniec komory spalania i występ wystający do wewnątrz w stronę centralnej osi wzdłużnej w kierunku zasadniczo poprzecznym do centralnej osi wzdłużnej, przy czym występ wyznacza tylni koniec komory spalania i początkowy otwór w zwężającym się kanale, który zwęża się w kierunku przepływu. Natomiast przednia ściana ma wiele otworów otwartych w stronę komory spalania i rozmieszczonych obwodowo na pierwszym promieniu względem centralnej osi wzdłużnej, natomiast otwór w początkowym końcu zwężającego się kanału jest na drugim promieniu względem osi centralnej, przy czym drugi promień jest mniejszy niż pierwszy promień, korzystnie według wynalazku utworzony w obudowie reakcyjny kanał przepływowy, zawiera gardzielowy kanał o średnicy zasadniczo równej minimalnej średnicy zwężającego się kanału, przy czym gardzielowy kanał usytuowany jest między zwężającym się kanałem a komorą chłodzącą. Utworzony w obudowie reakcyjny kanał przepływowy zawiera komorę rozprężeniową średnicy większej niż średnica gardzielowego kanału, zaś rozprężeniowa komora - znajduje się między gardzielowym kanałem a strefą chłodzenia. Komora spalania ma wewnętrzną średnicę od 1,4 do 1,5 razy większą niż wewnętrzny wzdłużny wymiar komory spalania.

Wariant wykonania urządzenia do wytwarzania sadzy, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera sekcję spalania, która ma przednią ścianę z wieloma rozmieszczonymi w niej obwodowo otworami, przy czym sekcja spalania ma boczną ścianę odsuniętą ku tyłowi w stosunku do przedniej ściany, częściowo wyznaczając komorę spalania, utworzoną w sekcji spalania, a komora spalania ma pierwszą średnicę i sekcję zwężkową o przedniej ścianie końcowej przylegającej do bocznej ściany sekcji spalania, przy czym sekcja zwężkowa ma utworzony w niej zwężający się kanał posiadający przedni otwór o drugiej średnicy i tylny otwór o trzeciej średnicy, natomiast sekcja zwężkowa ma ponadto gardzielowy kanał o czwartej średnicy, zaś gardzielowy kanał ma przedni otwór połączony dla przepływu do tylnego otworu zwężającego się kanału, przy czym sekcja zwężkowa ma za gardzielowym kanałem sekcję rozprężeniową oraz komorę rozprężeniową w niej utworzoną, otwartą do tylnego końca gardzielowego kanału o piątej średnicy oraz zawiera sekcję chłodzącą, która ma co najmniej jedną chłodzącą komorę o szóstej średnicy, spalinowy kanał utleniacza połączony dla przepływu do obwodowo rozmieszczonych otworów w przedniej ścianie komory spalania, a ponadto ma wiele spalinowych kanałów paliwowych doprowadzonych do obwodowo rozmieszczonych otworów, promieniowy wtryskiwacz strumienia zasilającego przechodząc poprzez promieniowy kanał utworzony w sekcji zwężkowej oraz ma pierwszą średnicę większą niż druga średnica, a obwodowo rozmieszczone otwory znajdują się na obwodzie o średnicy, znajdującej się między pierwszą średnicą a drugą średnicą.

Urządzenie ma osiową lancę strumienia zasilającego wysuniętą poprzez otwór utworzony w przedniej ścianie.

Osiowa lanca strumienia zasilającego wystaje przez środkowy punkt obwodu, na którym są obwodowo rozmieszczone otwory oraz wzdłuż centralnej osi wzdłużnej urządzenia reaktorowego.

Sekcja zwężkowa zawiera wiele promieniowych kanałów, ponadto reaktor zawiera wiele promieniowych wtryskiwaczy strumienia zasilającego, wysuniętych przez promieniowe kanały, przy czym co najmniej jeden z promieniowych wtryskiwaczy ma otwarcie do zwężającego się kanału oraz co najmniej jeden z promieniowych wtryskiwaczy strumienia zasilającego ma otwarcie do kanału gardzielowego.

Urządzenie ma wiele wtryskiwaczy strumienia zasilającego rozmieszczanych w układzie szczebli drabiny w pierwszym, drugim i trzecim położeniu wzdłuż centralnej osi wzdłużnej reaktora, przy czym wtryskiwacze w pierwszym i drugim położeniu mają otwarcie do zwężają168 478 cego się kanału a wtryskiwacze strumienia zasilającego trzecim położeniu mają otwarcie do sekcji gardzielowej.

Korzystnie urządzenie według wynalazku ma cztery promieniowe wtryskiwacze strumienia zasilającego rozmieszczone w układzie szczebli drabiny w pierwszym, drugim i trzecim położeniu, przy czym każdy z tych czterech promieniowych wtryskiwaczy ma odstęp po 90 stopni jeden od drugiego.

Sześć otworów jest obwodowo rozmieszczonych w odstępach po 60 stopni jeden od drugiego.

Osiowy wtryskiwacz strumienia zasilającego w postaci lawy zawiera osiowo rozstawione wyloty dysz.

Urządzenie zawiera także zespół regulacyjny do nastawiania osiowego wtryskiwacza na różne położenia wzdłuż centralnej osi wzdłużnej oraz ma cztery do sześciu obwodowo rozmieszczone otwory, przy czym każdy otwór ma środkowy punkt leżący na wspólnym obwodzie, a otwory te znajdują się zasadniczo w równych przedziałach na tym obwodzie.

Korzystnie urządzenie ma sześć obwodowo rozmieszczonych otworów w przedziałach po 60 stopni jedne od drugiego.

Zwężający się kanał ma kształt stożka ściętego i zbieżnie nachyla się pod kątem od 10 stopni do 20 stopni.

Korzystnie zwężający się kanał nachyla się zbieżnie pod kątem w przybliżeniu 15 stopni.

Trzecia średnica i czwarta średnica są jednakowe.

Piąta średnica jest większa niż czwarta średnica i mniejsza niż druga średnica.

W urządzeniu według wynalazku spalinowy kanał utleniacza zawiera wlot, promieniowo odchodzący od reaktora i komorę - umocowaną do przedniej powierzchni przedniej ściany, przy czym utleniacz tłoczy się poprzez obwodowo rozmieszczone otwory, utworzone w tej przedniej ścianie i poprzez spalinowe kanały paliwowe, wchodzące do otworów.

Pierwsza średnica ma w przybliżeniu od 102 cm do 127 cm, druga średnica w przybliżeniu ma od 51 cm do 71 cm oraz obwód wzdłuż którego leżą otwory ma w przybliżeniu od 71 cm do 97 cm.

Wzdłużny wymiar komory spalania w przybliżeniu wynosi 61 cm do 102 cm, a wzdłużny wymiar zwężającego się kanału w przybliżeniu wynosi od 66 cm do 91 cm.

Gardzielowy kanał ma średnicę w przybliżeniu od 18 cm do 30 cm, a wzdłużny wymiar w przybliżeniu wynosi od 18 cm do 30 cm.

Pierwsza średnica w przybliżeniu wynosi 114 cm, druga średnica w przybliżeniu wynosi 62 cm, komora spalania (36) ma wzdłużny wymiar w przybliżeniu 79 cm oraz zwężający się kanał (40) ma wzdłużny wymiar w przybliżeniu 76 cm.

Natomiast czwarta średnica ma w przybliżeniu 20 cm a gardzielowy kanał (42) ma wzdłużny wymiar w przybliżeniu 23 cm.

Kolejny wariant realizacji urządzenia do wytwarzania sadzy według wynalazku mającego centralną oś wzdłużną, charakteryzuje się tym, że sekcja spalania ma cylindryczne ściany boczne odsunięte od przedniej ściany, częściowo wyznaczające komorę spalania, przy czym komora spalania ma średnicę pierwszą a przednia ściana ma wiele otworów rozmieszczonych obwodowo w ścianie przedniej oraz że ma zwężający się kanał z połączeniem dla przepływu do komory spalania, przy czym zwężający się kanał ma kształt stożka ściętego i większy przedni otwór o drugiej średnicy oraz mniejszy tylny otwór o trzeciej średnicy, natomiast zwężkowa sekcja zawiera ponadto gardzielowy kanał o czwartej średnicy dla przepływu do zwężającego się kanału, przy czym pierwsza średnica jest większa od drugiej średnicy zaś udarowa powierzchnia tworzy się w miejscu, gdzie komora spalania ma otwarcie do zwężającego się kanału, a ponadto zawiera spalinowy kanał utleniacza połączony dla przepływu do otworów utworzonych w przedniej ścianie w ten sposób, że doprowadzany utleniacz płynie poprzez te otwory i do komory spalania i ma wiele spalinowych kanałów paliwowych w otworach o układzie, w którym utleniacz spalinowy może swobodnie płynąć wokół kanałów spalinowych paliwa.

Natomiast obwodowo rozmieszczone otwory, utworzone w przedniej ścianie, są na obwodzie o średnicy większej niż druga średnica a mniejszej niż pierwsza średnica, przy czym produkty spalania wytwarzane w komorze spalania uderzają o udarową powierzchnię przed przepływem wewnątrz

168 478 zwężającego się kanału, zaś zespół doprowadzania strumienia zasilającego służy do zasilania sadzy do reaktora a sekcja chłodząca ma komorę chłodzącą z połączeniem dla przepływu do gardzielowego kanału.

Sekcja zwężkowa zawiera strefę rozprężeniową wewnątrz komory rozprężeniowej umieszczoną miedzy gardzielowym kanałem a komorą chłodzącą.

Urządzenie ma co najmniej cztery kanały spalinowe paliwa.

Zespół doprowadzania strumienia zasilającego zawiera wiele promieniowych kanałów strumienia zasilającego, rozmieszczonych poprzez zwężkową sekcję i mających otwarcia do zwężającego się kanału.

Zespół doprowadzania strumienia zasilaj ącego ma ponadto wiele promieniowych kanałów strumienia zasilającego, rozmieszczonych poprzez sekcję zwężkową i mających otwarcia w stronę gardzielowego kanału.

Zespół doprowadzania strumienia zasilającego ma osiową lancę strumienia zasilającego wysuniętą przez przednią ścianę, wzdłuż centralnej osi wzdłużnej reaktora.

Sadza wytwarzana w urządzeniu według wynalazku nie ulega zmianom w jakimkolwiek znaczącym stopniu w stosunku do uprzednio określonych, pożądanych cech sadzy.

Według wynalazku można wytwarzać szeroki zakres wyrobów, ponieważ urządzenie jest bardzo uniwersalne i można je łatwo przystosować do produkcji szerokiego zakresu odmian sadzy o uprzednio ustalonych cechach. Według wynalazku można realizować szeroki asortyment zamówień handlowych bez konieczności stosowania różnych urządzeń.

Ponadto według wynalazku osiąga się dużą wydajność przetwarzania strumienia zasilającego sadzę na potrzebną odmianę sadzy i otrzymuje się dużą wydajność także w wyniku szybkiego i równomiernego mieszania strumienia zasilającego sadzę i produktu spalania przy stosunkowo wysokiej temperaturze i dużej prędkości.

Korzystne cechy osiąga się według wynalazku przy jednoczesnym zachowaniu łatwości obsługi i prostocie konserwacji reaktora. Oznacza to, że urządzenie według wynalazku zapewnia łatwą obsługę, dużą trwałość eksploatacyjną oraz jednocześnie zapobiega się wytwarzaniu koksu i łuszczeniu jakie może występować z powodu tworzenia się koksu.

W urządzeniu według wynalazku sekcja spalania i sekcja zwężająca mogą być albo osobnymi zespołami, razem zestawianymi, albo częściowo pojedynczego ciągłego zespołu, przy czym w każdym z tych dwóch wariantów są korzystnie tworzone przy zastosowaniu wewnętrznej ogniotrwałej wykładziny, pokrytej osłoną metalową.

Materiał ogniotrwały i wykładzina wewnętrzna mogą być dobierane spośród ogólnie znanych materiałów, takich jak ogniotrwała masa lejna lub odlewany wyrób ogniotrwały Kaocrete (nazwa firmowa) o grubości 32 cm, zawierający 70% tlenku glinowego AhO3, o temperaturze topnienia wynoszącej 1871 °C. Można też zastosować ceglarski materiał ogniotrwały taki jak RUBY SR, dostarczany przez firmę Harrison-Walker Refractories, Pittsburg, PA, zawierający 84,5% tlenku glinowego obok 9,8% tlenku chromowego, Cr2O3, o temperaturze topnienia wynoszącej 2049°C.

Osłonę lub wykładzinę korzystnie tworzy się ze stali węglowej, z wyjątkiem rur, które stykają się z gorącym powietrzem technologicznym. W tych miejscach stosuje się rury ze stali nierdzewnej 316.

Ciekły strumień sadzy, to jest ciekłe węglowodory o wysokiej zawartości substancji aromatycznych, takich jak oleje kreozotowe, oleje krakowane katalitycznie, oleje z benzyny ciężkiej, doprowadza się wieloma promieniowymi kanałami, utworzonymi w zwężkowej sekcji i (lub) za pomocą lancy strumienia zasilającego, którą umieszcza się osiowo przez otwór w przedniej ścianie sekcji spalania. Według wynalazku, promieniowy wtryskiwacz strumienia zasilającego umieszcza się w każdym z promieniowych kanałów sekcji zwężkowej, tak aby mieć otwarcie zarówno do zwężkowego kanału, jak i do kanału przewożenia. Aby osiągnąć potrzebne cechy sadzy, promieniowo rozmieszczone wtryskiwacze strumienia zasilającego mogą mieć odcinające zawory, przy czym strumień zasilający może być doprowadzany tylko poprzez niektóre wtryskiwacze lub natężenie przepływu może być regulowane dla strumienia zasilającego, który przepływa we wtryskiwaczach.

168 478

Urządzenie według wynalazku usuwa także opóźnienia między odcięciami czyszczącego gazu, dopływającego poprzez promieniowe lub osiowe wtryskiwacze strumienia zasilającego a doprowadzaniem strumienia zasilającego do dysz wtryskowych. W znanych rozwiązaniach, oczyszczający gaz był odcinany w tym czasie, kiedy olej strumienia zasilającego był za pomocą zaworów kierowany do wylotowego rurociągu oleju lub giętkiej rury, co powodowało kilka sekund opóźnienia, zanim olej dopływał do dysz. Według wynalazku problem ten zostaje usunięty za pomocą zastosowania regulowanego zespołu czasowego w zakresie od 0 do 30 sekund. Za pomocą nastawienia zespołu czasowego na odpowiednią wartość, doprowadzanie gazu czyszczącego jest kontynuowane przez wstępnie określony okres czasu potrzebny do tego, aby olej dopłynął do dyszy strumienia zasilającego.

Komora spalania według wynalazku ma pierwszą średnicę, która jest większa niż średnica początkowego otworu, wykonanego w przewężonym kanale. Tym sposobem tworzy się występ lub ściana udarowa na przednim końcu sekcji zwężkowej. Otwory tworzone w przedniej ścianie sekcji spalania oraz kanały, które przechodzą przez nią, rozmieszcza się wokół obwodu o średnicy, która jest mniejsza niż średnica komory spalania, lecz jest większa niż średnica początkowego otworu kanału przewężeniowego. Wobec tego produkty spalania pochodzące z reakcji między dopływającym utleniaczem a paliwem uderzają w udarową powierzchnię na przednim końcu sekcji przewężeniowej. Uderzany produkt spalania osiąga tym sposobem bardzo burzliwy stan po uderzeniu i w ciągu tego czasu przepływa poprzez kanał przewężeniowy aż do zetknięcia się z doprowadzanym strumieniem zasilającym.

Natężenia przepływu paliwa i powietrza reguluje się, aby uzyskać duże wartości temperatury, przy czym zwykle uzyskuje się wartości bliskie stosunku stechiometrycznego. Ograniczającym czynnikiem jest materiał ogniotrwały. Wartości stosunku trzeba regulować, aby zapobiegać topieniu się materiału ogniotrwałego. Potrzebną wartością stosunku jest taka, by zapewnić, że temperatura będzie miała wysokość bezpieczną. Zakres natężenia przepływu powietrza jest dosyć szeroki i na przykład wynosi w przybliżeniu od 4811 m³ do 8490 m³ na godzinę. W przykładzie według wynalazku, opisanym w tabeli 1, szczegółowo dalej omówionej. Wynalazek nie ogranicza się jednak do tych wymiarów. Dla większych urządzeń konieczne są większe natężenia przepływu powietrza a dla mniejszych są potrzebne odpowiednio mniejsze natężenia przepływu powietrza.

Ponadto obwodowy układ paliwa i utleniacza umożliwia równomierne spalanie paliwa i utleniacza, gdy następuje przepływ kanałem przepływowym reaktora, stosunkowo dużym w porównaniu do kanału przewężeniowego, znajdującego się za komorą spalania.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania, na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pionowy przekrój poprzeczny urządzenia według wynalazku; fig. 2 - przekrój poprzeczny reaktora przez przednią ścianę sekcji spalania, fig. 3 - powiększony widok sekcji zwężkowej według wynalazku, fig. 4 - widok przedstawiony na fig. 1 w powiększeniu (z wyłączeniem sekcji chłodzących) oraz fig. 5 - alternatywny przykład wykonania urządzenia według wynalazku, w którym osiowo umieszczona lanca strumienia zasilającego zawiera wylot z dwiema dyszami, a na fig. 6 przedstawiono standardowy reaktor w przekroju.

Na figurze 1 przedstawiono przekrój pionowy reaktora 20, który zawiera sekcję spalania 22, umieszczoną naprzodzie w stosunku do sekcji zwężkowej 24, która z kolei znajduje się przed chłodzącymi sekcjami 26, 28, 30. Sekcja spalania 22 zawiera przednią ścianę 32 i skierowaną ku tyłowi boczną ścianę 34, przy czym razem wyznaczają one częściowo komorę spalania 36. Komora spalania 36 jest cylindryczna i ma pierwszą średnicę D1, tak jak przedstawiono na fig. 2 i fig. 3.

Zwężkowa sekcja 24 zawiera przednią ścianę końcową 38, przylegającą do dalszego końca bocznej ściany 34. Na fig. 1 widać że dalszy koniec bocznej ściany 34 i początkowy koniec zwężkowej sekcji 24 są wyposażone w kołnierz. Kołnierze zwężkowej sekcji 24 są wyposażone w kołnierz. Kołnierz zwężkowej sekcji i spalającej sekcji można razem łączyć nakrętkami i śrubami lub innymi odpowiednimi środkami przytrzymywania.

Sekcja zwężkowa 24 zawiera zwężający się kanał 40, jak również gardzielowy kanał przepływowy 42 oraz rozprężeniową komorę 44, jak szczegółowo przedstawiono na fig. 3. Zwężający się kanał 40 ma przedni otwór, wyznaczony wewnętrzną krawędzią przedniej końcowej ściany 38. Na fig. 3 widać, że przedni otwór kanału 40 ma średnicę D2, mniejszą od

168 478 średnicy D1. Różnica między średnicami D1, D2 tworzy powierzchnię uderzeniową w postaci występu 46. Kanał 40 ma korzystnie kształt ściętego stożka, przy czym jego boczne ściany mają nachylenie pod kątem, który korzystnie w przybliżeniu wynosi od 10° do 20° a szczególnie korzystnie w przybliżeniu wynosi 15°. Stosunek średnic D1: D2 korzystnie zawiera się w zakresie od 1,4:1 do 2,5:1, przy czym uzyskuje się wystarczającą uderzeniową powierzchnię obok dużego kanału do tworzenia sadzy.

Gardzielowy kanał 42 jest cylindryczny oraz ma początkowy koniec dostosowany wymiarowo do dalszego końca 48 zwężającego się kanału 40. Dalszy koniec 48 kanału 40 ma średnicę D3, która korzystnie jest taka sama jak średnica D4 dla kanału gardzielowego. Komora rozprężeniowa 44 jest także korzystnie cylindryczna o średnicy D5, która jest większa niż średnica D4, lecz jest ona mniejsza niż średnica D2. Średnica D1 według wynalazku ma wynosić w przybliżeniu od 40 cali do 50 cali, średnica D2 w przybliżeniu od 20 cali do 28 cali, średnica D3 w przybliżeniu od 7 cali do 12 cali, D4 od 7 cali do 12 cali oraz D5 od 12 cali do 18 cali. Różnica między D2 a D1 powinna korzystnie w przybliżeniu również zawierać się od 12 cali do 30 cali, przy czym korzystna szerokość uderzeniowej powierzchni wynosi 20,5 cala.

Na figurze 3 przedstawiono tworzenie promieniowych kanałów 50 wtryskiwacza strumienia zasilającego, przechodzących promieniowo poprzez sekcję zwężkową i dochodzących do części kanału przepływu reaktora, wyznaczonego zwężającym się kanałem 40 i gardzielowym kanałem 42. W przykładzie urządzenia według wynalazku trzy różne komplety kanałów 50 tworzy się w sekcji zwężkowej 24. Każdy z trzech zestawów ustawia się w odstępie wzdłużnie na osi C reaktora 20 oraz każdy zestaw zawiera wiele kanałów 50 na przykład trzy lub więcej ustawionych w układzie drabinkowym. Trzy różne zestawy kanałów umieszcza się w P1, P2, P3 na osi C. Położenia P1, P2 zapewniają, że kanały 50 mają otwarcie do zwężającego się kanału 40, natomiast położenie P3 znajduje się wewnątrz gardzielowego kanału 42. Każdy zestaw kanałów 50 jest korzystnie utworzony z czterech takich kanałów, rozmieszczonych w odstępach po 90°. Położenie P1 korzystnie znajduje się w odległości około 10 cali do 12 cali za przednim otworem zwężkowego kanału 40 na osi C. Punkt P2 znajduje się w przybliżeniu w odległości od 20 cali do 25 cali od poprzedniego otworu zwężkowego kanału 40, natomiast punkt P3 znajduje się w odległości w przybliżeniu od 28 cali do 30 cali od przedniego końca zwężającego się kanału 40.

Przedstawione na fig. 1, komory chłodzące 52, 54, 56, utworzone w sekcjach chłodzących odpowiednio 26, 28, 30 są cylindryczne i mają średnicę D6 większą niż średnica D5, lecz mniejszą niż średnica D2. Wiele promieniowo umieszczonych wlotów 58 szeregowo znajduje w każdej z sekcji chłodzących 26, 28, 30, przy czym tworzy się miejsce w którym może być umieszczany płyn chłodzący. Takie wloty płynu chłodzącego można umieszczać w układzie drabinkowym, tak jak omawiano dla kanałów 50 wtryskiwaczy strumienia zasilającego, umieszczonych promieniowo. Można umieścić więcej lub mniej podobnie wykonanych sekcji chłodzących, w zależności od cech jakie ma uzyskać produkt końcowy.

Na figurach 1, 2 i 4, przednia ściana 32 sekcji spalania 22 zawiera otwory 60, które mają swoje środkowe punkty rozmieszczone na obwodzie 62. Na fig. 4 widać, ze otwory 60 zawierają rozbieżne wyloty 64 i cylindryczne wloty 66. Średnia obwodu 62 jest mniejsza niż średnica D1, lecz większa niż średnica D2, przy czym wyroby spalania wypływające otworem 60 uderzają o udarową powierzchnię w postaci występu 46 zanim zostaną pociągnięte lub popchnięta do zwężającego się kanału 40.

Na figurze 2 przedstawiono otwory według wynalazku, przy czym część otworów równo rozmieszcza się w odstępach po 60°. Korzystnie wykonuje się od 4 do 6 jednakowo rozmieszczonych otworów w przedniej ścianie sekcji spalania, aczkolwiek ilość ta zwiększa się, gdy średnica D1 komory spalania zostaje zwiększona dla większego reaktora. Ilość mniejsza niż 4 otwory stwarza tendencję do zmniejszania równomierności produktów spalania przepływających poprzez komorę spalania, podczas gdy ilość większa niż 6 otworów dla reaktora, takiego jak ten (o wymiarach tu opisanych), zwiększa złożoność układu rurowego dodatkowego i stwarza możliwość odpadowych produktów spalania. Problem złożoności układu rurowego szczególnie dotkliwie występuje w reaktorach o średnim rozmiarze, jeśli taki sam dopływ substratów reakcji

168 478 spalania był stosowany przy przepływie poprzez większą ilość, na przykład 8 lub więcej otworów i kanałów paliwa o mniejszej średnicy.

Na figurze 2 przedstawiono reaktor 20 utworzony z wnętrza ogniotrwałego. Zastosowanym materiałem ogniotrwałym jest materiał o dużej zawartości tlenku glinowego większej niż 95%, mający wysoką temperaturę topnienia, na przykład większą niż 3400°F. Na fig. 2 przedstawiono reaktor 20, który ma metalową, zewnętrzną powłokę lub osłonę 300. Osłona jest utworzona z prefabrykowanej blachy i zwykle jest stalą węglową. Według wynalazku odlewany materiał ogniotrwały stosuje się miedzy tą osłoną a powierzchnią wewnętrzną cegłowego materiału ogniotrwałego.

Na figurach 1, 2 i 4, spalinowe kanały paliwowe 68 przechodzą do otworu 60 poprzez komorę 70 utleniacza. Spalinowe kanały paliwowe 68 mają mniejszą średnicę, niż średnica cylindrycznego wlotu 66, przy czym spalinowy utleniacz w komorze 70, może być tłoczony wokół spalinowych kanałów paliwowych 68 i do komory spalinowej 36. Kanały 68 przechodzą do otworów 60, przy czym ich wylotowe końce znajdują się w płaszczyźnie z wewnętrzną powierzchnią 72 przedniej ściany 32. Aby zwiększyć mieszanie utleniacza spalinowego i paliwa tworzy się wiele małych otworów na swobodnym końcu kanału 68 w położeniu blisko rozbieżnego wylotu 64 otworów 60. Jak wspomniano, kanały 68 mają swoje swobodne końce zasadniczo w tej samej płaszczyźnie jak wewnętrzna powierzchnia 72. Te swobodne końce mogąjednak być wysunięte do komory spalania 36, albo nie tak daleko, wewnątrz otworów 60, zależnie od potrzebnych cech procesu reakcji.

Odległość L1 na fig. 4 przedstawia odstęp od wylotu dyszy 68 do udarowej ściany - występu 46. W przykładzie według wynalazku, odległość L1 wynosi w przybliżeniu od 24 cale do 40 cali i bardziej korzystnie w przybliżeniu 31 cali. Spalinowe kanały paliwowe mogą mieć regulowane położenie, przy czym odległość L1 może być regulowana, aby osiągnąć jeszcze większą uniwersalność zastosowania reaktora.

Komora 70 utleniacza ma korzystnie cylindryczną boczną ścianę z kołową przednią ścianą 74, odsuniętą od przedniej ściany 32 komory spalania 22. Komora 70 zawiera także korzystnie wlotowy kanał 76, poprzez który doprowadza się utleniacz, na przykład wstępnie nagrzane powietrze. Spalinowe kanały paliwowe 68 mają układ, według którego przechodzą poprzez komorę 70 utleniacza przed wejściem do otworu 60. Aby utrzymywać kanały paliwowe 68 w odpowiedniej temperaturze, kanał chłodzącego płynu może być ustawiony współosiowo wokół kanału spalinowego paliwa. Ponadto, zawory 78 służą do odcinania paliwa utleniaczowego, w przypadku gdy kanały paliwowe są wycofane z reaktora. Paliwo może być dowolne z odmian paliwa stosowanego w tej dziedzinie, na przykład może być to gaz ziemny.

Promieniowe wtryskiwacze 80 strumienia zasilającego znajdują się wewnątrz kanałów 50, utworzonych sekcji zwężkowej 24. Człony zaworowe 82 są na każdym z wtryskiwaczy 80, tak aby regulować lub całkowicie odcinać przepływ strumienia zasilającego sadzę. Tym sposobem można strumień zasilający sadzy doprowadzać poprzez dowolny jeden lub dowolną kombinację wtryskiwaczy 80, albo nawet poprzez żaden z nich, jeżeli wykorzystuje się wyłącznie osiowo umieszczoną lancę 84 strumienia zasilającego. Promieniowe wtryskiwacze strumienia zasilającego mają dysze 85, takie, że doprowadzony strumień zasilający może być natryskiwany o postaci wielu różnych stożkowych natrysków, na przykład o kącie 0, 15, 30, 45 i 60°.

Osiowo umieszczona lanca 84 strumienia zasilającego znajduje się na osi C reaktora 20. Lanca 84 korzystnie zawiera także dyszowy wylot 86, znajdujący się na końcu lancy 84. Wylotowa dysza 86 umożliwia regulowanie stożkowych natrysków strumienia zasilającego, przy czym uzyskuje się kąty natryskowe 0, 15, 30, 45 i 60°, co dodatkowo zwiększa uniwersalność zastosowania reaktora 20. Osiowy wtryskiwacz strumienia zasilającego w postaci lancy 84 może być także korzystnie nastawialny wzdłuż swojej środkowej osi, tak aby zwiększyć różne długości L2 oraz nastawiać w różnych położeniach wewnątrz zwężającego się kanału 40 lub nawet wewnątrz komory spalinowej 36. Ze względu na wysokie wartości temperatury osiągane wewnątrz obszaru spalania i reakcji w reaktorze 20, wykorzystuje się chłodzący kanał 88 z płynem chłodzącym współosiowo wokół osiowej lancy 84 strumienia zasilającego. Odległość L2 między przednim końcem komory spalania a wylotem osiowego wtryskiwacza w postaci lancy 84 zmienia się odpowiednio do różnych potrzebnych cech sadzy i odpowiednio do

168 478 rozmiaru reaktora, znajdującego się między przednim końcem komory spalania 36 a dalszym końcem stożkowego reaktora 40. Korzystny zakres wartości dla odległości L2 wynosi jednak w zastosowaniu do tych reaktorów, określony w tabeli 1, od 52 cale do 58 cali.

Odległość L1 jest przedstawiona na fig. 1. Przedstawia ona także odstęp między przednim a dalszym końcem komory spalania. Na fig. 1, odległość L1 jest stosunkowo mała i tym sposobem unika się dużej straty energii cieplnej, powodowanej chłodzącym wodnym kanałem 88. Na przykład, korzystne jest to, że średnica wnętrza komory spalania D1 wynosi w przybliżeniu wartość od 1,4 do 1,5 razy większą niż wzdłużna odległość wnętrza komory spalania.

Osiowy wtryskiwacz strumienia zasilającego w postaci lancy 84 ma także zawór 90, aby umożliwiać usunięcie wtryskiwaczy strumienia zasilającego, przy czym zapobiega się wypływowi z reaktora gorących gazów wewnętrznych w reaktorze. Na fig. 4, został pokazany opóźnieniowy układ czasowy T i źródło gazu oczyszczającego oraz kanał S. Opóźnieniowy układ czasowy T uruchamia elektromagnetyczny zawór V przed zaworem 82, tak aby otworzyć rurociąg gazu oczyszczającego i doprowadzać go do rury rozgałęźnej, która doprowadza strumień zasilający do wtryskiwaczy.

Na figurze 5 przedstawiono ten sam układ jak na fig. 1, z wyjątkiem osiowego wtryskiwacza w postaci 84, mającego dyszę 92 o podwojonym wylocie, przy czym każdy z podwójnych wylotów może wytwarzać potrzebną stożkową konfigurację natryskową. Układ przedstawiony na fig. 5 tworzy jeszcze inny sposób zwiększania zakresu różnych produktów, które mogą być wytwarzane według wynalazku.

Strumień zasilający doprowadzany do reaktora może być dowolnym konwencjonalnie stosowanym, takim jak opisano w amerykańskim patencie nr 3 642 442. Środek dodawany, taki jak podano w tym patencie lub środek taki, jak środek addytywny jonu potasu rozpuszczalny w oleju, dostarczany przez firmę Mooney Chemical, Cleveland, Ohio lub jego równoważnik można także wtryskiwać bezpośrednio do strumienia zasilającego. Według wynalazku stosuje się mieszaninę neokarboksylu potasowego w ciężkim węglowodorze aromatycznym, jako środek addytywny rozpuszczalny w oleju, który może być bezpośrednio doprowadzany do gorącego strumienia zasilającego. Jeden addytywny środek jonowy potasowy określa się według wynalazku odpowiednio do następujących właściwości:

zawartość procentowa metalu zawartość procentowa wody kolor lekkość ciężar właściwy kilogramy/litry temperatura zapłonu, [°C]

- 7,00%

- 2,2%

- Irrz^^w^y

- 980 centypuazów

- 1,001 - 0,834

- więcej niż 110.

Korzystne zakresy natężenia przepływu i prędkości dla paliwa, utleniacza i strumienia zasilającego, zarówno osiowo, jak i promieniowo, są następujące w odniesieniu do układu reaktora według tabeli 1:

	Korzystny przepływ [metry sześcienne na godz.]	Korzystny zakres natężenia przepływu [metry sześcienne na godz.]
Powietrze (utleniacz)	6793	5094 - 8490
Gaz ziemny (paliwo)	504	39,6-651
(strumień zasilający)	18901/h	14851/h- 25651/h

Prędkość gazów zmienia się na długości reaktora odpowiednio do średnicy oraz także zmienia się temperatura gazów. Prędkość gazów w gardzieli powinna być korzystnie w zakresie od 56,5 do 99,05 m³/sek.

Dodatkowo do opisu przepływu strumienia zasilającego zależnie od prędkości, strumienia zasilający często przedstawia się w zależności od ciśnienia wstecznego na dyszach. Wsteczne

168 478 ciśnienie przepływu strumienia zasilającego, odpowiednie do stosowania według wynalazku, zawiera się w zakresie w przybliżeniu od 687 kPa do 1717 kPa.

Wyżej przedstawione wartości natężenia przepływu są dostatecznie duże, aby tworzyć potrzebne rozmiary cząstek i zapewniać dobrą wydajność produkcyjną. Podane natężenia przypływu są również dobrze dostosowane do opisanej poprzednio konstrukcji według wynalazku. Korzystne zakresy temperatury dla utleniacza, paliwa i strumienia zasilającego są następujące:

	Temperatura [°C]	Najbardziej korzystna temperatura [°C]
Utleniacz	426,6 - 760	760
Paliwo	15,6-37,7	37,7
Strumień zasilający	149-371	260

Zakres temperatury produktów spalania wewnątrz sekcji spalania przed doprowadzeniem strumienia zasilającego wynosi korzystnie w przybliżeniu od 1426,6 do 1760°C. Najbardziej korzystną wartością temperatury w tym zakresie jest wartość wynosząca 1760°C. Po wtryśnięciu strumienia zasilającego, temperatura zwiększa się do 1815,6°C, a potem szybko maleje do mniej niż 1537,7°C przed chłodzeniem.

Podczas działania roboczego, utleniacz doprowadza się kanałem wlotowym 76 utleniacza, przy czym przepływa on poprzez komorę 70 utleniacza i następnie otworami 60. Jednocześnie paliwo doprowadza się kanałami 68, przy czym dokonuje się reakcja spalania na wlotowym końcu kanałów 68. Osiowo kierowany produkt spalania paliwa i utleniacza przepływa poprzez komorę spalania 36, przy czym znaczna część produktów spalania uderza o udarową powierzchnię w postaci występu- 46 dzięki obwodowi koła opisanego stryskaczami paliwa i dyszami utleniacza, przy czym jest on większy na przykład o średnicy 81 cm, niż obwód ściany na początku zbieżnej sekcji na przykład mającej średnicę 62 cm.

Na figurze 4 przedstawiono, że to uderzanie powoduje dużą burzliwość produktu spalania. Ponadto obwodowy układ kanałów paliwowych stwarza tendencję do równomiernie rozproszonego produktu spalania, mającego stosunkowo równomierną temperaturę na całej długości komory spalania. Odpowiednio do tego, produkt spalania o dużej burzliwości i stosunkowo równomiernie rozłożonej temperaturze zostanie szybko pobrany za pomocą zwężającego się kanału 40 ze względu na wytworzoną różnicę ciśnienia w sekcji zwężkowej. Produkt spalania o dużej burzliwości szybko miesza się ze strumieniem zasilającym sadzę, wtryskiwanym albo poprzez lancę osiowo ustawioną, albo lub także równocześnie stryskiwaczami strumienia zasilającego, umieszczonymi promieniowo. Potrzebne cechy sadzy można osiągnąć za pomocą regulowania ciśnienia i natężenia przepływu gazu utleniaczowego, jak również za pomocą ciśnienia i natężenia przepływu paliwa. Ponadto, natężenie wtryskiwania strumienia zasilającego sadzę i określenie tego, jaki środek zasilania strumienia ma być wykorzystywany, także pomaga przy regulowaniu potrzebnych cech wytwarzanej sadzy. Dodatkowo, położenie w którym chłodząca woda ma być wtryskiwana, także działa na jakość wyrobu.

Duże prędkości spalanych gazów zakrzywiają drogę strumienia zasilającego, który jest aktualnie wtryskiwany przy czym strumień zasilający nie uderza o wewnętrzne powierzchnie reaktora. Ponadto wystawianie wtryskiwanego strumienia zasilającego na działanie dużych sił wzdłużnych gazów spalinowych i wysoka temperatura, na przykład 1649° służą do rozpylania strumienia zasilającego i szybko krakują go na sadzę. Wytwarzany gęsty dym zostaje potem rozdrobniony za pomocą natryskiwania chłodzącej cieczy do sekcji chłodzących.

Za pomocą wynalazku można osiągać następujące zakresy i wartości cech sadzy:

Podstawowy wymiar cząstki - do 40 manomerrów

Odcień - 90 - 330

DBP (ftalan Butylowy) - 40 - 180

Uderzanie gazów spalinowych sprawia, że osiąga się lepsze mieszanie i osiąga się tym samym przepływ o dużej burzliwości. Przepływ o dużej burzliwości pozwala uniknąć tworzenia

168 478 się przepływu laminarnego w reaktorze, co mogłoby tworzyć strefy gorące i zimne i powodować niekorzystne krakowanie, przy czym produkt byłby nierównomierny oraz występowałoby zagrożenie ogniotrwałej wykładziny reaktora.

Średnica obwodu, na którym znajdują się otwory w przedniej ścianie, powinna być większa niż wewnętrzna średnica początku sekcji zwężkowej. Różnica średnic w przybliżeniu wynosząca od 8,9 cm do 29 cm byłaby odpowiednia do celów według wynalazku. Na przykład, gdy zewnętrzna średnica początkowej części sekcji zwężkowej wynosi 62,2 cm, odpowiedni zakres dla średnicy obwodu, wokół którego występują otwory przedniej ściany wynosi od 71 cm do 91 cm.

Niżej podane tabele obrazują korzystne wymiary reaktora i jakość produktu - jak również uniwersalność osiąganą według wynalazku odnośnie do wytwarzania sadzy. Tabela 1 przedstawia wykaz najkorzystniejszych wymiarów reaktora 20.

Tabela 1

	[cm]
Średnica komory spalania, D1	114,3
Długość komory spalania (osiowa odległość między powierzchnią 72 a powierzchnią 46)	78,7
Średnica początkowego otworu w kanale zwężającym się 40, D2	62
Średnica dalszego otworu kanału zwężającego się 40, D3	20
Osiowa długość kanału zwężającego się	76
Średnica kanału gardzielowego, D4	20
Osiowa długość kanału gardzielowego	23
Średnica komory rozprężeniowej, D5	38
Osiowa długość komory rozprężeniowej	107
Średnica chłodzących komór, D6	61
Osiowa długość każdej komory chłodzącej	160
Osiowa długość od przedniego końca zwężkowej sekcji do drugiego położenia P1	30
Osiowa długość od przedniego końca zwężkowej sekcji do drugiego położenia P2	61
Osiowa długość od przedniego końca zwężkowej sekcji do trzeciego położenia P3	88
Średnica obwodu, na którym środkowe punkty worów 60 są położone	81

Niżej podana tabela 2 przedstawia wyniki próby porównawczej miedzy wynalazkiem, reaktor nr 1, a dwoma porównawczymi reaktorami nr 2 oraz nr 3. Porównawcze reaktory miały podobną konstrukcję jak konstrukcja przedstawiona na fig. 6. Reaktor na fig. 6 przedstawia standardowy reaktor stosowany poprzednio w zakładzie firmy DeGussa Corporation do wytwarzania sadzy w celach handlowych. Standardowy reaktor zawiera wiele dysz gazu spalinowego, ustawionych na obwodzie w przedniej ścianie reaktora. Wtryskiwanie strumienia zasilającego dokonuje się wzdłuż osi standardowego reaktora i gardzielowa sekcja standardowego reaktora znajduje się bezpośrednio obok cylindrycznej komory spalania.

Dane zawarte w tabeli 2 otrzymano za pomocą stosowania reaktora podobnego do tego, jak przedstawiono na fig. 1 i mającego wymiary, które podano w tabeli 1. Otrzymano dane techniczne dla strumienia zasilającego, który był doprowadzany promieniowo poprzez cztery jednakowo rozmieszczone wtryskiwacze w punkcie P3 i natryskiem dyszowym o kącie 30°

168 478

Tabela 2

Okres czasu	Nr reaktora	Natężenie przepływu oleju	Jod	DBP (ftalan butylu)	Odcień	Przepływ powietrza	Temp. powietrza	Objętość chłodzi- wa	1 kW/0,4 5 kg
T1	1	1836	136,9	136,3	115,0	6792	532	824	-
	2	1787	-	-	-	6792	627	792	-
T2	1	2097	95,8	-	111,9	6792	532	824	-
	2	1566	88,3	-	115,4	6792	610	158	-
T3	1	1805	102,1	144,8	-	6792	510	357	0,0111
	3	1566	103,9	151,8	-	6792	604	158	0,0109
T4	1	1845	94,2	134,2	-	6792	510	357	0,0079
	3	1778	89,2	139,1	-	6792	613	158	0,0107
T5	1	1800	134,5	130,2	-	6792	532	824	0,0117
	2	1634	136,1	129,8	-	6792	627	792	0,0122
T6	1	1643	90,9	110,6	-	5943	532	357	0,0108
	2	1450	104,0	138,4	-	5943	613	158	0,0115
T7	1	1764	90,9	110,6	-	5943	532	357	0,0107
	2	1701	98,1	138,4	-	25943	613	277	0,0113

Natężenie przepływu oleju:

Natężenie przepływu wyrażone w litrach na godzinę ciekłego strumienia zasilania (olej ciężki o średniej wartości ciężaru właściwego wynoszącej 1,114 ± 0,0070 oraz wyżej omawiany dodawany środek potasowy (doprowadzano czterema promieniowymi wtryskiwaczami w miejscu P3.

Jod:

Numer jodu określa się według oznaczenia ASTM: D1510-84

Symbol Nr I2 (niżej zastosowany) stanowi skrót oznaczający numer jodu.

DBP: Standardowa próba, według której określa się strukturę sadzy za pomocą absorpcji ftalanu butylu. Próba przy zastosowaniu ftalanu butylu jest określona w oznaczeniu ASTM: D3493-85a. Niżej zastosowany termin 24m4 jest opisany w tym oznaczeniu próby.

Odcień: Standardowa próba, obejmująca pochłanianie światła w pachcie sadzy i tlenku cynku.

Przepływ powietrza: Wartości przepływu powietrza są podane w metrach sześciennych na godzinach.

Temperatura powietrza: Temperatura powietrza doprowadzanego do komory spalania jest wyrażona w °C.

Objętość chłodziwa: Objętość chłodziwa stanowi objętość reaktora za dławikiem lub pierścieniem ograniczającym aż do punktu chłodzącego. Jest ona wyrażona w decymetrach sześciennych. Wlot wody chłodzącej jest otworem, utworzonym w kanale materiału ogniotrwałego, poprzez który zakłada się rurę chłodzącą lub lancę. Chłodzące otwory ustawia się wzdłuż osi reaktora C, dotyczącej sekcji, w tym sekcji chłodzącej. W przybliżeniu stosuje się 10 miejsc na długości reaktora.

Miejsca w tabeli 2, które nie wypełniono odpowiednimi liczbami, nie były objęte próbami.

Na podstawie tabeli 2 widać, że reaktor nr 1 miał wstępne nagrzanie powietrza mniejsze o 66 - 93°C niż nagrzanie zastosowane do reaktorów nr 2 oraz nr 3 ze względów na różnice wyposażenia. Historyczne dane wskazują, że na każde 100° przyrostu wstępnego nagrzania powietrza, natężenie przepływu oleju ogólnie wzrasta o 5% oraz wydajność ogólnie wzrasta o 1%.

Porównawcze dane z tabeli 2, okres czasu T5, pokazują, że natężenie przepływu oleju dla reaktora nr 1 jest 10,2% większe niż w porównawczym reaktorze nr 2 oraz wykorzystanie energii jest mniejsze o 0,499 kW/1b. Ta poprawa w stosunku do porównawczych reaktorów jest osiągana mimo temperatury wstępnego nagrzania powietrza niżej o 77°C.

Gdy wprowadza się korekcję dotyczącą różnicy wstępnego nagrzania powietrza, wtedy różnica miedzy tymi dwoma reaktorami staje się nawet większa, co pokazano niżej:

168 478

Natężenie przepływu strumienia zasilającego przy temp. powietrza 532°C	Natężenie przepływu strumienia zasilającego przy temp. powietrza 627°C	kW na nr przy temp. pow. 627°C
Reaktor nr 1 1800 1/h	1953 1/h*	11,5
Reaktor nr 2 -	1634 1/h	12,2
zmiana =
(wartość obliczona)	320 1/h	0,7 kW/nr

przy czym całkowita poprawa wynosi 19,5% dla natężenia przepływu oleju i 6,2% dla wykorzystania energii na jeden funt sadzy. Tabela 2 przedstawia, że wynalazek jest szczególnie dobrze dostosowany do zwiększenia produkcji i sprawności energetycznej procesu produkcyjnego, przy czym zachowuje się dużą jakość wyrobu oraz usuwa się problemy występujące według znanego stanu techniki odnośnie do niszczącego łuszczenia się.

Wynalazek jest również odpowiedni do przeprowadzania zmian produktu końcowego w celu spełnienia konkretnych potrzeb. Na przykład, przesuwanie ustawienia wtryskiwaczy na początek do punktu P2 oraz zwiększenie kąta natryskowego do 60° pozwoliło na uzyskanie następujących wyników, przy czym zachowano stałą wartość natężenia przepływu strumienia zasilającego.

Położenie	Nr I2	DBP	24m4	Odcień
Miejsce środkowe P2	97,5	162,5	105,1	106,7
Miejsce dalsze P3	101,3	155,8	97,5	110,0
WARUNKI
Przepływ powietrza	6,1 m³/h
Powietrze/gaz	13:1
Temperatura powietrza	649°C
Natężenie przepływu strumienia zasilającego	1980 1/h
Dodatki strumienia zasilającego	0

Tym sposobem, gdy przesuwa się punkt natryskowy wstecz do P2, otrzymuje się większą wartość ftalanu butylu(DBP) i 24m4, natomiast numer jodu i odcień zmniejszają się. Zmiany te stanowią odwzorowanie uniwersalności według wynalazku co do spełnienia różnych potrzeb poszczególnych użytkowników.

Wynalazek nie ogranicza się tylko do podanych przykładów wykonania.

168 478

24 50

168 478 ^L2

168 478

/77	7/7.	ty/ /· 7,	ty/ 7/.


/7	77/		/7

Fig. B

168 478

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie do wytwarzania sadzy, znamienne tym, że zawiera obudowę z przepływowym kanałem reakcyjnym, przy czym obudowa ma centralną oś wzdłużną, wzdłuż której biegnie kanał przepływowy, mający w kierunku przepływu komorę spalania (36), zwężający się kanał (40) i komorę chłodzącą (52), natomiast obudowa zawiera przednią ścianę (32) wyznaczającą początkowy koniec komory spalania (36) i występ (46), wystający do wewnątrz w stronę centralnej osi wzdłużnej w kierunku zasadniczo poprzecznym do centralnej osi wzdłużnej, przy czym występ (46) wyznacza tylni koniec komory spalania i początkowy otwór w zwężającym się w kierunku przepływu kanale (40), zaś przednia ściana (32) ma wiele otworów (60), otwartych w stronę komory spalania i rozmieszczonych obwodowo na pierwszym promieniu względem centralnej osi wzdłużnej, natomiast otwór w początkowym końcu zwężającego się kanału (40) jest na drugim promieniu względem osi centralnej, przy czym drugi promień jest mniejszy niż pierwszy promień.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że utworzony w obudowie reakcyjny kanał przepływowy, zawiera gardzielowy kanał (42), o średnicy zasadniczo równej minimalnej średnicy zwężającego się kanału (40), przy czym gardzielowy kanał (42) usytuowany jest między zwężającym się kanałem (40) a komorą chłodzącą (52).

3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że utworzony w obudowie reakcyjny kanał przepływowy, zawiera komorę rozprężeniową (44) o średnicy większej niż średnica gardzielowego kanału (42), zaś rozprężeniową komora (44) znajduje się między gardzielowym kanałem (42) a strefą chłodzenia (52).

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że komora spalania (36) ma średnicę wewnętrzną od 1,4 do 1,5 razy większą niż wewnętrzny wzdłużny wymiar komory spalania.

5. Urządzenie do wytwarzania sadzy, znamienne tym, że zawiera sekcję spalania, która ma przednią ścianę (32) z wieloma rozmieszczonymi w niej obwodowo otworami (60), przy czym sekcja spalania ma boczną ścianę odsuniętą ku tyłowi w stosunku do przedniej ściany (32), częściowo wyznaczając komorę spalania (36), utworzoną w sekcji spalania, a komora spalania ma pierwszą średnicę i sekcję zwężkową o przedniej ścianie końcowej przylegającej do bocznej ściany sekcji spalania, przy czym sekcja zwężkowa ma utworzony w niej zwężający się kanał (40) posiadający przedni otwór o drugiej średnicy i tylny otwór o trzeciej średnicy, natomiast sekcja zwężkowa ma ponadto gardzielowy kanał (42) o czwartej średnicy, zaś gardzielowy kanał (42) ma przedni otwór połączony dla przepływu do tylnego otworu zwężającego się kanału (40), przy czym sekcja zwężkowa ma za gardzielowym kanałem (42) sekcję rozprężeniową oraz komorę rozprężeniową (44) w niej utworzoną, otwartą do tylnego końca gardzielowego kanału (42) o piątej średnicy oraz zawiera sekcję chłodzącą, która ma co najmniej jedną chłodzącą komorę (52) o szóstej średnicy, spalinowy kanał utleniacza połączony dla przepływu do obwodowo rozmieszczonych otworów (60) w przedniej ścianie (32) komory spalania, a ponadto ma wiele spalinowych kanałów paliwowych (68) doprowadzonych do obwodowo rozmieszczonych otworów, promieniowy wtryskiwacz (80) strumienia zasilającego przechodzący poprzez promieniowy kanał (50) utworzony w sekcji zwężkowej oraz ma pierwszą średnicę większą niż druga średnica, a obwodowo rozmieszczone otwory (60) znajdują się na obwodzie o średnicy, znajdującej się między pierwszą średnicą a drugą średnicą.

6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że ma osiową lancę (84) strumienia zasilającego wysuniętą poprzez otwór utworzony w przedniej ścianie (32).

7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że osiowa lanca (84) strumienia zasilającego wystaje przez środkowy punkt obwodu, na którym są obwodowo rozmieszczone otwory oraz wzdłuż centralnej osi wzdłużnej urządzenia reaktorowego.

8. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że sekcja zwężkowa zawiera wiele promieniowych kanałów (50), ponadto reaktor (20) zawiera wiele promieniowych wtryskiwaczy

168 478 (80) strumienia zasilającego, wysuniętych przez promieniowe kanały (50), przy czym co najmniej jeden z promieniowych wtryskiwaczy (80) ma otwarcie do zwężającego się kanału (40) oraz co najmniej jeden z promieniowych wtryskiwaczy (80) strumienia zasilającego ma otwarcie do kanału gardzielowego (42).

9. Urządzenie według zastrz. 8, znamienne tym, że ma wiele wtryskiwaczy (80) strumienia zasilającego rozmieszczonych w układzie szczebli drabiny w pierwszym, drugim i trzecim położeniu wzdłuż centralnej osi wzdłużnej reaktora, przy czym wtryskiwacze (80) w pierwszym i drugim położeniu mają otwarcie do zwężającego się kanału (40) a wtryskiwacze (80) strumienia zasilającego w trzecim położeniu mają otwarcie do sekcji gardzielowej (42).

10. Urządzenie według zastrz. 9, znamienne tym, że ma cztery promieniowe wtryskiwacze (80) strumienia zasilającego rozmieszczone w układzie szczebli drabiny w pierwszym, drugim i trzecim położeniu, przy czym każdy z tych czterech promieniowych wtryskiwaczy (80) ma odstęp po 90 stopni jeden od drugiego.

11. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że ma sześć obwodowo rozmieszczonych otworów (60) w odstępach po 60 stopni jeden od drugiego.

12. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że osiowy wtryskiwacz strumienia zasilającego w postaci lancy (84) zawiera osiowo rozstawione wyloty dysz.

13. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że zawiera także zespół regulacyjny do nastawiania osiowego wtryskiwacza w różnych położeniach wzdłuż centralnej osi wzdłużnej.

14. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że ma od czterech do sześciu obwodowo rozmieszczonych otworów (60), przy czym każdy otwór ma środkowy punkt leżący na wspólnym obwodzie, a otwory te znajdują się zasadniczo w równych przedziałach na tym obwodzie.

15. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że ma sześć obwodowo rozmieszczonych otworów w przedziałach po 60 stopni jeden od drugiego.

16. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że zwężający się kanał (40) ma kształt stożka ściętego i zbieżnie nachyla się pod kątem od 10 stopni do 20 stopni.

17. Urządzenie według zastrz. 16, znamienne tym, że zwężający się kanał (40) zbieżnie nachyla się pod kątem w przybliżeniu 15 stopni.

18. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że trzecia średnica i czwarta średnica są jednakowe.

19. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że piąta średnica jest większa niż czwarta średnica i mniejsza niż druga średnica.

20. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że spalinowy kanał utleniacza zawiera wlot (76), promieniowo odchodzący od reaktora i komorę (70) umocowaną do przedniej powierzchni przedniej ściany (32), przy czym utleniacz tłoczy się przez obwodowo rozmieszczone otwory (60), utworzone w przedniej ścianie i przez spalinowe kanały paliwowe (68), wchodzące do otworów (60).

21. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że pierwsza średnica ma w przybliżeniu od 102 cm do 127 cm, druga średnica wynosi w przybliżeniu od 51 cm do 71 cm, zaś obwód wzdłuż którego leżą otwory wynosi w przybliżeniu od 71 cm do 97 cm.

22. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że wzdłużny wymiar komory spalania (36) w przybliżeniu wynosi 61 cm do 102 cm, a wzdłużny wymiar zwężającego się kanału (40) w przybliżeniu wynosi od 66 cm do 91 cm.

23. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że gardzielowy kanał (42) ma średnicę w przybliżeniu od 18 cm do 30 cm, a wzdłużny wymiar w przybliżeniu wynosi od 18 cm do 30 cm.

24. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że pierwsza średnica w przybliżeniu wynosi 114 cm, druga średnica w przybliżeniu wynosi 62 cm, a komora spalania (36) ma wzdłużny wymiar w przybliżeniu 79 cm oraz zwężający się kanał (40) ma wzdłużny wymiar w przybliżeniu 76 cm.

25. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że czwarta średnica ma w przybliżeniu 20 cm a gardzielowy kanał (42) ma wzdłużny wymiar w przybliżeniu 23 cm.

26. Urządzenie do wytwarzania sadzy, mające centralną oś wzdłużną, znamienne tym, że sekcja spalania ma cylindryczne ściany boczne odsunięte od przedniej ściany (32),częściowo

168 478 wyznaczające komorę spalania (36), przy czym komora spalania (36) ma średnicę pierwszą a przednia ściana (32) ma wiele obwodowo rozmieszczonych otworów (60) oraz ma sekcję zwężkową zawierającą zwężający się kanał (40) z połączeniem dla przepływu do komory spalania, przy czym zwężający się kanał (40) ma kształt stożka ściętego i ma większy przedni otwór o drugiej średnicy oraz mniejszy tylni otwór o trzeciej średnicy, natomiast sekcja zwężkowa zawiera ponadto gardzielowy kanał (42) o czwartej średnicy dla przepływu do zwężającego się kanału, przy czym pierwsza średnica jest większa od drugiej średnicy zaś udarowa powierzchnia (46) utworzona jest w miejscu, gdzie komora spalania (36) ma otwarcie do zwężającego się kanału (40), a ponadto zawiera spalinowy kanał utleniacza połączony dla przepływu do otworów (60) utworzonych w przedniej ścianie (32) w ten sposób, że doprowadzany utleniacz (68) płynie przez otwory (60) do komory spalania (36), i ma wiele spalinowych kanałów paliwowych (68) w otworach o układzie, w którym utleniacz spalinowy może swobodnie płynąć wokół kanałów spalinowych paliwa, a obwodowo rozmieszczone otwory (60), utworzone w przedniej ścianie (32), są na obwodzie o średnicy większej niż druga średnica a mniejszej niż pierwsza średnica, przy czym produkty spalania wytwarzane w komorze spalania (36) uderzają o udarową powierzchnię (46) przed przepływem wewnątrz zwężającego się kanału (40), zaś zespół doprowadzania strumienia zasilającego służy do zasilania sadzy do reaktora a sekcja chłodząca ma komorę chłodzącą (52) z połączeniem dla przepływu do gardzielowego kanału (42).

27. Urządzenie według zastrz. 26, znamienne tym, że sekcja zwężkowa zawiera strefę rozprężeniową wewnątrz komory rozprężeniowej (44), umieszczoną między gardzielowym kanałem (42), a komorą chłodzącą (52).

28. Urządzenie według zastrz. 26, znamienne tym, że ma co najmniej cztery kanały spalinowe paliwa (68).

29. Urządzenie według zastrz. 26, znamienne tym, że zespół doprowadzania strumienia zasilającego zawiera wiele promieniowych kanałów (80) strumienia zasilającego, rozmieszczonych poprzez zwężkową sekcję i mających otwarcia do zwężającego się kanału (40).

30. Urządzenie według zastrz. 29, znamienne tym, że zespół doprowadzania strumienia zasilającego ma ponadto wiele promieniowych kanałów (80) strumienia zasilającego, rozmieszczonych w poprzek zwężkowej sekcji i mających otwarcia w stronę gardzielowego kanału (42).

31. Urządzenie według zastrz. 26, znamienne tym, że zespół doprowadzania strumienia zasilającego ma osiową lancę (84) strumienia zasilającego, wysuniętą przez przednią ścianę (32), wzdłuż centralnej osi wzdłużnej reaktora.