PL1792B1 - Sposób i urzadzenie do otrzymywania sadzy i technicznego wodoru przez pirogenacje destylatów ropy naftowej. - Google Patents

Description

Otrzymywanie sadzy i wodoru technicz¬ nego przez pirogenacje weglowodorów w wysokiej temperaturze, proponowane od- dawna, nie potrafilo utrwalic sie w tech¬ nice.Próby techniczne dotyczyly wlasciwie dwóch tylko materjalów wyjsciowych: 1) acetylenu, 2) gazu ziemnego. Acetylen ulega rozkladowi przez pirogenacje wzgled¬ nie latwo, daje dobra sadze i wysoko procentowy H2% jest jednak materjalem zbyt kosztownym i w praktyce sie nie u- trzymal. Gaz ziemny (suchy), skladajacy sie glównie z metanu, rozkladowi na sadze i wodór ulega z trudnoscia, dajac znosna wydajnosc dopiero w temperaturze 1400°— 1500° C.Badania nasze nad pirogenacja destyla¬ tów ropy naftowej wykazaly, ze podczas, kiedy destylaty ciezsze (olej gazowy, oleje smarne) w temperaturze 700—750° C ule¬ gaja rozkladowi z utworzeniem znacznych ilosci (35—45%) smoly oraz okolo 55— 60 m3 gazu o d = 0,55—0,58 (zawartosc wodoru w gazie 15%), lekkie destylaty, np. benzyna, lekka nafta, w tej samej tem¬ peraturze ulegaja glebokiemu rozpadowi na C i ff2, dajac 60—65% sadzy i okolo 100—120 m3 gazu o d = okolo 0,20 i skla¬ dzie: H2 — 70—75%, CH4 — 20—25%, obok nieznacznych ilosci smoly (okolo 1%).Dalsze badania wykazaly, ze rozklad ulatwiaja i przyspieszaja: obecnosc juz wytworzonej sadzy oraz warunki, sprzy¬ jajace scislemu zetknieciu miedzy para^destylatu naftowego i wytworzona z niej "pierwotna sadza. W obecnosci sadzy i w temperaturze okolo 800° C lekka benzyna daje: sadzy okolo 65—70% i gazu od = 0,15 okolo 140—150 m8. Zawartosc wo¬ doru w gazie wynosi 80—90%.Dalsze badania wykazaly, ze latwy roz¬ klad^weglowodorów na sadze i wodór za¬ lezy liiftylko od ich wzglednej lotnosci, lecz takze od ich budowy chemicznej i ze naj¬ latwiej rosW&cUJA sie na wodór i sadze we¬ glowodory tluszczowe (parafinowe), lub cykliczne (naftenowe) i aromatyczne o dluzszych lancuchach bocznych, naftenowe zas i aromatyczne bez lancuchów bocz¬ nych, lub o krótkich lancuchach bocznych o wiele trudniej. Np. z parafiny technicz¬ nej, otrzymanej z ropy naftowej lub wegla brunatnego uzyskano w t = 750—770° C sadzy 55% i gaz o d = 0,28.Badania te sa podstawa niniejszego spo¬ sobu otrzymywania sadzy i wodoru tech¬ nicznego z destylatów ropy naftowej. Isto¬ ta wynalazku polega na tern, ze destylaty ropy naftowej (ewentualnie smoly z we¬ gla brunatnego lub pra-smoly z wegla ka¬ miennego), skladajace sie przewaznie z weglowodorów alifatycznych, a szczególniej destylaty lekkie, jak np. benzyna (szcze¬ gólniej lekka, np. gazolina z gazu ziemne¬ go), lekka nafta poddaje sie pirogenacji w temperaturze 700°—900° C. Dla przy¬ spieszenia rozkladu poddaje sie pary we¬ glowodorów zetknieciu z wytworzona sa¬ dza.Otrzymana sadza posiada gleboka czar¬ na barwe, przy rozcieraniu na papierze lub miedzy palcami daje blyszczaca powierzch¬ nie, podobna do otrzymywanej przy uzyciu grafitu, posiada wysoki ciezar wlasciwy = okolo 1,90; z pokostem daje dobra czarna farbe. Sadza ta po zmieleniu, ewentualnie po oczyszczeniu (np. kwasem solnym), na¬ daje sie jako farba czarna, np. drukarska, oraz do wyrobów elektrotechnicznych, do wyrobu olówków, do smarów grafitowych i t. p. celów. Gaz po ewentualnem skro¬ pleniu niewielkich ilosci smoly i wymyciu benzoli oraz usunieciu drobnych ilosci C02 i CO, nadaje sie jako techniczny wodór o zawartosci H2 okolo 90% np. do celów sa- mospawania i krajania metali, do otrzymy¬ wania syntetycznego amonjaku, do napel¬ niania balonów, do katalitycznego zestala¬ nia tluszczów i t. p.Dalszem rozwinieciem tego sposobu w celu z jednej strony ulatwienia w wykona¬ niu pirogenacji, z drugiej zas uzyskania od- razu przez pircgenacje mieszaniny wodoru i azotu, przydatnej do wytwarzania synte¬ tycznego amonjaku, jest nastepujaca po¬ stac wykonania: azeby uniknac konieczno¬ sci stosowania kosztownych retort i trud¬ nosci w usuwaniu z nich sadzy, zmuszaja¬ cej do pracy perjodycznie przerywanej, wy¬ konywa sie pirogenacje przez bezposrednie zetkniecie goracych gazów spalinowych z poddawanym pirogenacji destylatem ropy naftowej. Gazy spalinowe powinny byc mozliwie wolne od nadmiaru powietrza, a wiec zblizac sie w skladzie swoim do za¬ wartosci C02 okolo 20%. Jako materjal opalowy, mozna stosowac: paliwo gazowe np. gaz wodny, gaz ziemny, lub ciekle, np. rope lub olej gazowy z ropy. Tempera¬ tura gazów spalinowych powinna byc tak wysoka, azeby po zmieszaniu z para we¬ glowodorowa uzyskac temperature odpo¬ wiednia do pirogenacji, np. okolo 800° C, co z latwoscia daje sie osiagnac, poniewaz temperatura gazów spalinowych moze do¬ chodzic do 1700° C.Glównym warunkiem pomyslnego prze¬ biegu procesu jest mozliwie szybkie i do¬ kladne wymieszanie gazów spalinowych z weglowodorami, poddawanemi pirogenacji, azeby doprowadzic je do pozadanej tem¬ peratury okolo 800° C, a gazy spalinowe ochlodzic do tej temperatury. Benzyne i t. p. zwiazki mozna wtryskiwac w posta¬ ci cieczy rozpylonej, lub tez wpuszczac w postaci pary, ewentualnie przegrzanej. Dla — 2 —ulatwienia szybkiego wymieszania par ben¬ zyny i gazów spalinowych, nalezy dazyc do rozdrobnienia jednych i drugich na cienkie strumyczki oraz, przez nadanie im odpo¬ wiedniego kierunku, do wywolania zderze¬ nia miedzy niemi. Przy umiejetnym wy¬ borze temperatury gazów spalinowych oraz stosunku ich ilosci do ilosci benzyny osia¬ gamy temperature mieszaniny okolo 800°C, a po rozkladzie pirogenacyjnym benzyny uzyskujemy okolo 70% sadzy i 200—220 m3 gazu, w którym stosunek (objetosciowy) miedzy H2 i N2 waha sie w granicach 2.5—3.0.W celu przyspieszenia reakcji piroge- nacji przez dluzsze zetkniecie z wytworzo¬ na sadza oraz dla ulatwienia wyladowania otrzymanej sadzy stosujemy, jako aparat pirogenacyjny, urzadzenie nastepujace, u- widocznione na zalaczonym rysunku.Aparat sklada sie z czesci glównych nastepujacych: Litera B oznacza piec obrotowy, typu zwyklego, zlekka pochylony ku wylotowi, zbudowany z plaszcza zelaznego i wykla¬ dziny z cegly ogniotrwalej; A oznacza pa¬ lenisko (gazowe lub na paliwo ciekle) oraz piec pirogenacyjny i C urzadzenie do od¬ dzielania sadzy od gazu, ewentualnie do ochladzania gazu i sadzy.Opal gazowy lub ciekly zostaje spalo¬ ny w palniku a z iloscia powietrza, zblizo¬ na do teoretycznej. Plomien uderza w krate przelotowa 6 z cegly wysoce ognio¬ trwalej, na powierzchni której palenie zo¬ staje ukonczone z osiagnieciem tempera¬ tury, zblizonej do 1500°—1750°C. Gorace gazy spalinowe przechodza dalej przez krate c, zaopatrzona w otwory, majace na celu rozbicie tych gazów na strumyki i na¬ danie im odpowiedniego kierunku. Benzy¬ na lub jej pary wchodza rurkami d, d tak rozlozonemi, ze strumyki benzyny (pary) tworza siatke, o która uderzac musza gazy spalinowe. Rurki wlotowe do benzyny zaopatrzone sa w urzadzenia do przeczy¬ szczania otworów od ewentualnie zapycha¬ jacej je sadzy. Na skutek energicznego wymieszania gazów spalinowych i benzy¬ ny temperatura mieszaniny tuz poza krata spada do okolo 800° C. Czesc piecowa A pomyslana jest, jako ustawiona na oddziel¬ nym wózku, azeby w razie zanieczyszcze¬ nia sadza lub przepalenia' krat mozna ja bylo z latwoscia usuwac nabok i zastepo¬ wac zapasowa. Utworzone przez piroge- nacje gazy wraz z porwana przez nie sadza wpadaja do pieca obrotowego B O wzgled¬ nie znacznej srednicy, w którym glówna czesc sadzy, na skutek zmniejszenia szyb¬ kosci gazów, osiada na dnie. Przy ruchu obrotowym pieca B sadza podnoszona do góry opada nadól, wytwarzajac na calej dlugosci pieca iw calym jego przekroju pyl weglowy, z którym musza sie stykac gorace o t = 800° C) gazy. W ten spo¬ sób wytwarza sie wielka powierzchnia ze¬ tkniecia miedzy goracemu gazami i sadza, co sprzyja szybkiemu rozkladowi weglo¬ wodorów, zawartych jeszcze w gazie, na Ci ff2' Dla zwiekszania ilosci sadzy, pod¬ noszonej do góry, wykladzine pieca mozna zaopatrzyc w odpowiednie wystepy, umie¬ szczone np. równoleglego pieca. Na sku¬ tek ruchu obrotowego oraz pochylenia pie¬ ca w kierunku wylotu utworzona sadza zostaje ustawicznie przesuwana w kierun¬ ku czesci C. W tej czesci C, która moze byc urzadzona rozmaicie, nastepuje oddzie¬ lenie od gazów glównej czesci sadzy, ewen¬ tualnie czesciowe ochlodzenie gazów i sa¬ dzy, np. zapomoca kól mieszadlowych /, f, skladajacych sie z rurek, chlodzonych po¬ wietrzem lub woda. Ochlodzona sadza trafia na przenosnik g, a. gazy skierowane zostaja dalej do aparatów oczyszczajacych.Aparaty oczyszczajace skladaja sie: 1) z urzadzen do uwolnienia gazów od resztek sadzy, 2) z chlodnicy do skropla- nia pary wodnej i ewentualnie zawartych w gazie malych ilosci smoly oraz ze skru- berów do wymycia zawartego w nim benzo- — 3 —lu i weglowodorów oleinowych; 3) z urza¬ dzania do pochlaniania z gazów zawartego w nich C02, 4) z urzadzenia do usuniecia niewielkich ilosci CO.Po przejsciu przez aparaty oczyszcza¬ jace otrzymujemy ostatecznie mieszanine H2, N2 i Cff4, np. w nastepujacym sto¬ sunku: #2 — 68% objetosci N2 — 24% CH4- 1% Ze 100 kg benzyny otrzymujemy 65— 70 kg sadzy i okolo 200—220 m3 mieszani¬ ny H2 i #2 ° wskazanym skladzie, zawiera¬ jacej okolo 140 m3 wodoru i 50 m3 azotu.Mieszanina ta nadaje sie do otrzymy¬ wania syntetycznego amonjaku, np. wedlug sposobu Habera lub Claude'a. PL

Claims (5)

1. Zastrzezenia patentowe. 1. Sposób otrzymywania sadzy i tech¬ nicznego wodoru przez pirogenacje weglo¬ wodorów, znamienny tern, ze destylaty ro¬ py, ewentualnie smoly z wegla brunatnego lub pra-smoly z wegla kamiennego, zawie¬ rajace znaczniejsza ilosc weglowodorów a- lifatycznych lub cyklicznych o dluzszych lancuchach bocznych, np. gazolina, benzy¬ na, nafta, parafina surowa i t. p., poddaje sie pirogenacji w temperaturze okolo 800°C.
2. 2. Postac wykonania sposobu wedlug zastrz. 1, znamienna tem, ze pirogenacje prowadzi sie od poczatku w obecnosci sa¬ dzy, dzialajacej jako katalizator, przyspie¬ szajacy rozklad weglowodorów.
3. 3. Postac wykonania sposobu wedlug zastrz. 1 i 2, znamienna tem, ze pirogena¬ cje weglowodorów urzeczywistnia sie przez bezposrednie zetkniecie sie ich z goracemi gazami spalinowemi.
4. 4. Aparat do wykonania sposobu we- ' dlug zastrz. 3, znamienny tem, ze komora do uzupelnienia pirogenacji przez zetknie¬ cie gazów z sadza zbudowana jest w po¬ staci pieca obrotowego.
5. 5. Sposób wyzyskania produktów ga¬ zowych, otrzymywanych wedlug zastrz. 3, znamienny tem, ze po oczyszczeniu od sa¬ dzy, smoly, benzoli i olefinów oraz C02 i CO mieszanina N2 i H2 zostaje zastosowa¬ na do syntetycznego otrzymywania amo- njaku. Kazimierz Smolenski. Zastepca: M. Skrzypkowski, rzecznik patentowy.Do opisu patentowego Nr 1792. CR Druk L. Boguslawskiego, Warszawa. PL