PL197999B1

PL197999B1 - Sposób i urządzenie modułowe do wytwarzania sadzy z surowca zawierającego węgiel

Info

Publication number: PL197999B1
Application number: PL344598A
Authority: PL
Inventors: Martin C. Green
Original assignee: Cabot Corp
Priority date: 1998-06-09
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2008-05-30
Also published as: US20010026786A1; JP2002517590A; CZ20004596A3; AU4431499A; HUP0102181A2; MXPA00012137A; ATE302240T1; US20080031786A1; WO1999064522A1; EP1093493B1; CN1234779C; HU226310B1; KR100602542B1; ES2247808T3; EP1093493A1; PL344598A1; CZ302086B6; CA2334624C; KR20010052727A; CA2334624A1

Abstract

1. Sposób wytwarzania sadzy z surowca zawieraj acego w egiel, a zw laszcza materia lu w eglowodorowego, za pomoc a gazów spalino- wych, z dodawaniem substancji pomocniczej, w którym wytwarza si e strumie n gazów spalinowych w pierwszym stopniu reaktora, maj acy pr ed- kosc wystarczaj ac a do przep lywu przez nast epne stopnie reaktora i temperatur e wystarczaj ac a do pirolizy surowca na sadz e i wtryskuje si e surowiec na sadz e do gazów spalinowych w drugim stopniu reaktora z wytworzeniem strumienia wyp lywaj acego z lozonego z gazów z lozonych z sadzy i gazów spalinowych oraz ch lodzi si e, oddziela i odzyskuje si e sadz e w postaci produktu, znamienny tym, ze wprowadza si e, os laniaj acy strumie n wyp lywaj acy, strumie n p lynu, stanowi acy korzystnie gaz zawieraj acy, jako substancj e pomocnicz a, co najmniej jeden z nast epuj acych sk ladników: utleniacz, azot, wodór, materia l w eglowodorowy lub ich mieszanki, w kierunku osiowym do przep lywu strumienia wyp lywaj acego po wtry sni eciu surowca na sadz e oraz przepuszcza si e powsta ly os loni ety strumie n gazów wyp lywaj acych, przez co najmniej cz esc trzeciego stopnia reaktora, przy czym strumie n p lynu dodaje si e przez koncentryczny pier scie n wzgl ednie wiele dysz rozmieszczonych w formie pier scienia wzgl ed- nie wielu pier scieni wprowadzaj ac strumie n p lynu wokó l obwodu strumienia procesowego. 5. Urz adzenie modu lowe do wytwarzania sadzy z surowca zwieraj acego w egiel, zawieraj ace stref e spalania z ko ncem wlotowym i wylotowym oraz z co najmniej jednym oknem umo zliwiaj acym wprowadzanie paliwa i utleniacza, stref e zmniejszaj acej si e srednicy z ko ncem wlotowym i wylotowym, zmniejszaj ac a si e od ko nca wlotowego ku ko ncowi wylotowemu, przy czym koniec wlotowy jest po laczony z ko ncem wylotowym strefy spalania, stref e przej sciow a z ko ncem wlotowym i ko ncem wylotowym, przy czym koniec wlotowy jest polaczony z ko ncem wylotowym strefy o zmniejszaj acej si e srednicy, za s w strefie przej sciowej znajduje si e co najmniej jedno okno umo zliwiaj ace wprowadzanie surowca, stref e reakcji rozpoczynaj ac a si e stref a o zwi ekszaj acej si e srednicy i maj ac a koniec wlotowy i wylotowy, przy czym koniec wlotowy jest po laczony z ko ncem wylotowym strefy przej sciowej lub stref przej sciowych, stref e ch lodzenia z ko ncem wlotowym i ko ncem wylotowym, przy czym koniec wlotowy jest po laczony z ko ncem wylotowym strefy reakcji, i w strefie ch lodzenia znajduje si e co najmniej jedno okno umo zliwiaj ace wprowadzanie p lynu ch lodz acego, oraz urz adzenie do oddzielania i gromadzenia sadzy po laczone z wylotowym ko ncem strefy lub stref ch lodze- nia, znamienne tym, ze zawiera ponadto wtryskiwacz (70) do wprowadzania strumienia p lynu do reaktora w kierunku osiowym do przep lywu strumienia procesowego w reaktorze, przy czym wtryskiwacz (70) ma koniec wlotowy i koniec wylotowy oraz koniec wlotowy jest po laczony z ko ncem wylotowym strefy przej sciowej (12), i wtryskiwacz (70) do wprowadzania strumienia p lynu do reaktora w kierunku osiowym zawiera pusty w srodku zbiornik i co najmniej jeden wlot (71) do wprowadzania strumienia p lynu do wn etrza zbiornika oraz wylot umo zliwiaj acy wyp lywa- nie strumienia p lynu z tego zbiornika. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie modułowe do wytwarzania sadzy z surowca zawierającego węgiel.

Sadze można używać, jako barwniki, wypełniacze, środki wzmacniające i w różnorodnych innych dziedzinach oraz są szeroko rozpowszechnione, jako wypełniacze i środki barwiące w procesach sporządzania i przygotowywania kompozycji gumowych i z tworzyw sztucznych. Sadze są ogólnie charakteryzowane na podstawie ich właściwości, takich jak ale nie wyłącznie, ich pola powierzchni, chemiczne właściwości powierzchni, wymiary agregatów i wymiary cząstek. Właściwości sadzy określa się analitycznie powszechnie znanymi sposobami, takimi jak pole powierzchni adsorpcji jodu (I2 No), pole powierzchni adsorpcji azotu (Na SA), adsorpcja ftalanu dwubutylu (DBP), adsorpcja ftalanu dwubutylu przez sadzę w postaci mączki (CDBP), wartość absorpcji bromku cetylotrójmetyloamoniowego (CTAB) oraz wartość Tint (TINT).

Sadze można wytwarzać w reaktorach typu piecowego w procesie pirolizy węglowodorów za pomocą gorących gazów spalinowych w celu uzyskania produktów spalania zawierających sadzę w postaci rozdrobnionej. Znanych jest szereg sposobów wytwarzania sadzy,

W jednym z typów reaktora do wytwarzania sadzy, takiego, jak. przedstawiony w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3.401.020, albo w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2.785.964 paliwo, korzystnie węglowodorowe, oraz utleniacz, korzystnie powietrze, wtryskuje się do pierwszej strefy i doprowadza do reakcji, w wyniku której powstają gorące gazy spalinowe. Surowiec węglowodorowy, w postaci gazowej, parowej lub ciekłej, również wtryskuje się do pierwszej strefy, po czym rozpoczyna się piroliza surowca węglowodorowego, w wyniku której zaczyna powstawać sadza. W tym wypadku piroliza dotyczy termicznego rozkładu węglowodoru. Powstająca mieszanka gazowa, w której zachodzi piroliza, przepływa następnie do strefy reakcji, gdzie następuje zakończenie reakcji powstawania sadzy.

Inny typ urządzeń technologicznych używanych do wytwarzania sadzy jest nazywany reaktorem modułowym lub stopniowym. Modułowe (stopniowe) reaktory piecowe do wytwarzania sadzy ujawniono ogólnie w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 28.974 i nr 3.922.355.

W niektórych sposobach wytwarzania sadzy część całego utleniacza wprowadzonego w procesie jest doprowadzana za miejscem wtryskiwania surowców. W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4.105.750 ujawniono sposób wytwarzania sadzy o dolnej strukturze, odzwierciedlonej mniejszymi wartościami absorpcji ftalanu dwubutylu (DBP), dla danych wymiarów cząstek. W ujawnionym sposobie część utleniacza wprowadzonego w procesie jest wtryskiwana w miejscu znajdującym się za miejscem wtryskiwania surowców.

W opisie WO 93/18094 ujawniono sposób wytwarzania sadzy odznaczają cym się tym, ż e dodaje się pomocniczy strumień utleniacza do reaktora tak, żeby pomocniczy strumień utleniacza nie zakłócał powstawania cząstek sadzy i agregatów w reaktorze. W ujawnionych przykładach wartości absorpcji DBP sadzy wytwarzanej przy użyciu pomocniczego strumienia utleniacza były mniejsze niż wartości DBP absorpcji sadzy wytwarzanej w tych samych warunkach reakcji bez pomocniczego strumienia utleniacza.

Również w innych opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3.607.058, 3.761.577, oraz 3.887.690 ujawniono sposoby wytwarzania sadzy.

Opisy patentowe US 4 206 192 i GB 1530 315 dotyczą jednostopniowych reaktorów do wytwarzania sadzy, w których utleniacz, paliwo i surowiec do wytwarzania sadzy są wprowadzane w tym samym miejscu reaktora i wytwarzanie wszystkich gazów spalinowych i strumieni wypływających następuje w zasadzie w tym samym miejscu. W takich jednostopniowych reaktorach prędkość strumienia spalin jest znacznie mniejsza, a zatem i problemy występujące przy regulowaniu strumienia gazów spalinowych i gazów wypływających, które zostały wytworzone, są znacznie mniejsze niż te związane z wielostopniowymi reaktorami do wytwarzania sadzy.

Również pierwotne powietrze spalania stosowane jako utleniacz w takich jednostopniowych reaktorach jest jedynym stosowanym utleniaczem i nie ma oddzielnego utleniacza stosowanego do osłaniania strumienia wypływającego, który zawiera sadzę.

Temperatury w reaktorze sadzy mogą mieścić się w granicach pomiędzy 1315°C (2400°F) a 1648°C (3000°F) lub powyż ej. Wtryskiwanie dodatkowego utleniacza i/lub pomocniczego powietrza do strumienia reakcyjnego, na przykład w sposób ujawniony we wspomnianych powyżej opisach patentowych, na ogół podwyższa temperaturę strumienia reakcyjnego i może podwyższyć temperaturę

PL 197 999 B1 strumienia reakcyjnego w obszarze w pobliżu miejsca wtryskiwania powietrza do powyżej 1648°C (3000°F). Taka skrajna wartość temperatury może spowodować zniszczenie wykładziny ogniotrwałej reaktora i/lub skrócić jej żywotność, zwłaszcza w pobliżu obszaru dodatkowego wtryskiwania utleniacza.

W zwią zku z tym, korzystne był oby stosowanie sposobu i urzą dzenia do dodawania dodatkowego utleniacza i/lub płynnych strumieni zawierających węglowodór do strumienia wypływającego, które minimalizowałyby problemy z wykładziną ogniotrwałą w reaktorze.

Korzystne byłoby również posiadanie sposobu i urządzenia do wytwarzania sadzy, w którym wprowadzanie dodatkowego utleniacza i/lub płynnych strumieni zawierających węglowodór do strumienia wypływającego polepszałoby strukturę sadzy wytwarzanej w tym procesie, na przykład poprzez otrzymywanie sadzy o zwiększonej wartości absorpcji DBP dla danego pola powierzchni.

Co prawda opisano ogólne typy reaktorów piecowych do wytwarzania sadzy, ale rozumie się samo przez się, że wynalazek można stosować w dowolnym innym reaktorze piecowym lub sposobie wytwarzania sadzy, w którym wytwarza się sadzę techniką pirolizy i/lub niezupełnego spalania węglowodorów.

Sposób wytwarzania sadzy z surowca zawierającego węgiel, a zwłaszcza materiału węglowodorowego, za pomocą gazów spalinowych, z dodawaniem substancji pomocniczej, w którym wytwarza się strumień gazów spalinowych, w pierwszym stopniu reaktora, mający prędkość wystarczającą do przepływu przez następne stopnie reaktora i temperaturę wystarczającą do pirolizy surowca na sadzę i wtryskuje się surowiec na sadzę do gazów spalinowych w drugim stopniu reaktora z wytworzeniem strumienia wypływającego złożonego z gazów złożonych z sadzy i gazów spalinowych oraz chłodzi się, oddziela i odzyskuje się sadzę w postaci produktu, odznacza się według wynalazku tym, że wprowadza się, osłaniający strumień wypływający, strumień płynu, stanowiący korzystnie gaz zawierający jako substancję pomocniczą co najmniej jeden z następujących składników: utleniacz, azot, wodór, materiał węglowodorowy lub ich mieszanki, w kierunku osiowym do przepływu strumienia wypływającego po wtryśnięciu surowca na sadzę oraz przepuszcza się powstały osłonięty strumień gazów wypływających przez co najmniej część trzeciego stopnia reaktora, przy czym strumień płynu dodaje się przez koncentryczny pierścień względnie wiele dysz rozmieszczonych w formie pierścienia względnie wielu pierścieni wprowadzając strumień płynu wokół obwodu strumienia procesowego.

Korzystnie wprowadza się strumień płynu tak, że osłania się strumień gazów wypływających wchodzących do trzeciego stopnia reaktora.

Korzystnie strumień płynu wprowadza się z zawirowaniami.

Korzystnie strumień płynu zawiera gaz wydmuchowy. Urządzenie modułowe do wytwarzania sadzy z surowca zwierającego węgiel, zawierające strefę spalania z końcem wlotowym i wylotowym oraz z co najmniej jednym oknem umożliwiającym wprowadzanie paliwa i utleniacza, strefę zmniejszającej się średnicy z końcem wlotowym i wylotowym, zmniejszającą się od końca wlotowego ku końcowi wylotowemu, przy czym koniec wlotowy jest połączony z końcem wylotowym strefy spalania, strefę przejściową z końcem wlotowym i końcem wylotowym, przy czym koniec wlotowy jest połączony z końcem wylotowym strefy o zmniejszającej się ś rednicy, zaś w strefie przejściowej znajduje się co najmniej jedno okno umożliwiające wprowadzanie surowca, strefę reakcji rozpoczynającą się strefą o zwiększającej się średnicy i mającą koniec wlotowy i wylotowy, przy czym koniec wlotowy jest połączony z końcem wylotowym strefy przejściowej lub stref przejściowych, strefę chłodzenia z końcem wlotowym i końcem wylotowym, przy czym koniec wlotowy jest połączony z końcem wylotowym strefy reakcji, i w strefie chłodzenia znajduje się co najmniej jedno okno umożliwiające wprowadzanie płynu chłodzącego, oraz urządzenie do oddzielania i gromadzenia sadzy połączone z wylotowym końcem strefy lub stref chłodzenia charakteryzuje się według wynalazku tym, że zawiera ponadto wtryskiwacz do wprowadzania strumienia płynu do reaktora w kierunku osiowym do przepływu strumienia procesowego w reaktorze, przy czym wtryskiwacz ma koniec wlotowy i koniec wylotowy oraz koniec wlotowy jest połączony z końcem wylotowym strefy przejściowej i wtryskiwacz do wprowadzania strumienia płynu do reaktora w kierunku osiowym zawiera pusty w środku zbiornik i co najmniej jeden wlot do wprowadzania strumienia płynu do wnętrza zbiornika oraz wylot umożliwiający wypływanie strumienia płynu z tego zbiornika.

Korzystnie wlot pustego w środku zbiornika jest usytuowany promieniowo względem wylotu dla wytwarzania wylotowego strumienia płynu bez znacznych zawirowań.

Korzystnie wylot stanowi pierścień umieszczony koncentrycznie wokół obwodu strumienia procesowego.

PL 197 999 B1

Korzystnie wylot stanowi wiele dysz rozmieszczonych w formie pierścienia względnie wielu pierścieni wokół obwodu strumienia procesowego.

Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania sadzy, który obejmuje osłanianie strumienia gazów płynącego przez reaktor za pomocą strumienia płynu. Strumień gazów w reaktorze zawiera strumień gazów spalinowych i/lub strumień wypływający utworzony poprzez wprowadzanie surowca na sadzę do strumienia gazów spalinowych. Osłanianie występuje po wprowadzeniu surowca w strumień gazów spalinowych. Strumień płynu otacza zewnętrzny obwód strumienia gazów spalinowych i/lub strumienia wypływającego, w wyniku czego strumień płynu znajduje się pomiędzy strumieniem gazów spalinowych i/lub strumienia wypływającego, a ścianą reaktora.

Wynalazek zapewnia sposób wytwarzania sadzy. Według wynalazku, który obejmuje wprowadzanie strumienia płynu w kierunku osiowym do reaktora za miejscem wtryskiwania surowca. Strumień płynu jest wprowadzany w sposób opisany wcześniej.

Zgodnie ze sposobem wytwarzania sadzy, według wynalazku strumień płynu wprowadza się do reaktora sadzy za miejscem wtryskiwania surowca, wprowadza się strumień płynu w kierunku osiowym.

W sposobie wedł ug wynalazku strumień pł ynu dodaje się przez pierś cień lub szereg dysz w kierunku osiowym.

Pierścień ten jest koncentryczny tak, żeby doprowadza strumień płynu wokół obwodu strumienia technologicznego.

Szereg dysz może być rozmieszczonych w formie pierścienia lub wielu pierścieni. Kierunek osiowy odnosi się do kierunku równoległego do kierunku przepływu gazów spalinowych w reaktorze. W przypadku reaktora cylindrycznego kierunek osiowy jest w przybliż eniu równoległ y do osi cylindra. Jeśli chodzi o używanie w sensie technologicznym, to pojęcie „strumień” odnosi się do silnego, dobrze określonego strumienia płynu wypływającego z otworu lub dyszy.

Wymienione aspekty wynalazku oraz omówione dalej cechy zapewniają środki do osłaniania mieszanki strumienia gazów spalinowych z surowcem na sadzę (strumień wypływający) wypływającej z drugiego stopnia modułowego reaktora sadzy. W preferowanym ukształ towaniu wynalazku zaleca się ogólnie, żeby pierścień lub dysze, przez które strumień płynu jest wprowadzany do reaktora, były rozmieszczone tak, żeby otaczały strumień gazów wydechowych. Strumień wypływający jest otoczony poprzez wprowadzenie strumienia płynu wokół obwodu strumienia gazów wypływającego z drugiego stopnia reaktora. Strumień płynu wprowadzany do reaktora można wykorzystać, do co najmniej częściowego odchylania strumienia gazów wydechowych wypływających z drugiego stopnia od ścian reaktora. W ten sposób można zminimalizować szkody termiczne w wykładzinie ogniotrwałej tego stopnia reaktora.

W szczególności, działanie strumienia płynu ma przeciwdziałać stycznemu na zewnątrz rozprzestrzenianiu się strumienia wypływającego ku ścianom reaktora w miarę ich płynięcia wzdłuż reaktora. W związku z tym, zadaniem strumienia płynu wprowadzonego do reaktora jest otaczanie lub osłanianie albo zmienianie kierunku strumienia gazów wypływających tak, żeby zmniejszyć temperatury, jakie działają na ściany reaktora. Ponadto wprowadzanie strumienia płynu w sposób sugerowany przez wynalazek powoduje bardziej równomierne mieszanie niż w innych sposobach, co zmniejsza wysokie temperatury lokalne.

Sposoby według wynalazku można zrealizować za pomocą urządzenia według wynalazku, albo za pomocą innego urządzenia znanego w technice albo pochodnego znanego powszechnie w tej dziedzinie, opartego na ujawnieniu niniejszego wynalazku.

Wynalazek obejmuje urządzenie modułowe do wytwarzania sadzy zawierające wtryskiwacz do wprowadzania strumienia płynu. Zalecane urządzenie jest reaktorem modułowym zawierającym: pierwszy stopień, albo stopień spalania, w którym doprowadza się do zetknięcia utleniacza z paliwem w celu wytworzenia strumienia gazów spalinowych o temperaturze wystarczaj ą cej do pirolizy surowca na sadzę; drugi stopień, albo stopień wprowadzania surowca, w którym to stopniu surowiec na sadzę jest wprowadzany do gazów spalinowych; oraz trzeci stopień, albo stopień reakcyjny, w którym odbywa się reakcja pomiędzy mieszanką gazów spalinowych a surowcem z wytworzeniem sadzy, przy czym w skład reaktora wchodzi ponadto wtryskiwacz do wprowadzania strumienia płynu do drugiego lub trzeciego stopnia reaktora za miejscem wtryskiwania surowca.

Urządzenia do wprowadzania strumienia płynu do reaktora do wytwarzania sadzy, czyli wtryskiwacz zawiera pusty w środku zbiornik, wlot do wprowadzania strumienia płynu do środka tego zbiornika oraz wylot do odprowadzania strumienia płynu ze zbiornika. Do odpowiednich wylotów należą pierścień, dysza, szereg dysz albo konstrukcja mieszana. Korzystnie, pierścień lub szereg dysz jest

PL 197 999 B1 używane, jako wylot do przepływu strumienia płynu do wyjścia ze zbiornika do reaktora. Zbiornik ten może być w przybliżeniu pierścieniowy (w kształcie pierścienia) albo też może mieć inny kształt. Pierścień ten może być usytuowany koncentrycznie względem wewnętrznej i zewnętrznej średnicy pierścienia i/lub dysze wylotowe mogą być rozmieszczone wokół obwodu pierścienia. W innym możliwym przykładzie wykonania dysze wylotowe mogą być rozmieszczone koncentrycznymi okręgami od wewnętrznej części do zewnętrznego obwodu zbiornika. Wlot strumienia płynu może być usytuowany promieniowo lub w przybliżeniu równolegle do wylotu (pierścienia lub dysz) w celu wytworzenia wylotowego strumienia płynu bez znacznych zawirowań. Alternatywnie, wlot strumienia płynu może być usytuowany stycznie, albo w przybliżeniu stycznie, do wylotu (pierścienia lub dysz) tak, żeby wylotowy strumień płynu zawierał styczną składową prędkości wystarczającą do wytworzenia w płynie wirów.

Zgodnie z wynalazkiem zastosowanie strumienia płynu do osłaniania strumienia gazów wypływających, który zawiera sadzę, gdy tylko ten strumień wypływający powstaje, pozwala uzyskać korzyści, których nie zapewniłoby wcześniejsze wprowadzenie strumienia płynu do procesu.

Zaletą wynalazku jest to, że sposób wprowadzania strumienia płynu minimalizuje zużycie wykładziny ogniotrwałej, jakie jest na ogół związane z wprowadzaniem pomocniczych strumieni płynów do reaktora.

Kolejną zaletą wynalazku jest możliwość zastosowania sposobu według wynalazku do wytwarzania sadzy o lepszej strukturze pod względem większych wartości absorpcji DBP na dane pole powierzchni.

Przedmiot wynalazku jest bliżej opisany w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia część modułowego piecowego reaktora do wytwarzania sadzy w przykładzie wykonania według wynalazku, w przekroju, fig. 2a i 2b - przykłady wykonania wtryskiwacza do wprowadzania strumienia płynu do reaktora do wytwarzania sadzy, fig. 3 - część modułowego piecowego reaktora do wytwarzania sadzy, który wykorzystano w opisanych dalej przykładach w przekroju poprzecznym.

Sposób wytwarzania sadzy, według wynalazku obejmuje wprowadzanie strumienia płynu do gazowego strumienia technologicznego w celu osłonięcia gazowego strumienia technologicznego. W typowym reaktorze do wytwarzania sadzy wprowadzanie nastę puje za miejscem wtryskiwania surowca. Sposób wytwarzania sadzy zgodnie z wynalazkiem obejmuje wprowadzanie strumienia płynu w celu osł onię cia strumienia procesowego po wprowadzeniu surowca do tego strumienia.

Strumień płynu wprowadza się w kierunku osiowym, przy czym kierunek osiowy oznacza kierunek w przybliżeniu równoległy do całkowitego kierunku przepływu strumienia gazów spalinowych/ strumienia wypływającego w reaktorze. Płyn ten można wprowadzać z zawirowaniami lub bez nich oraz współprądowo lub przeciwprądowo.

W sposobie według wynalazku, korzystnie, wprowadzony strumień płynu jest strumieniem gazu, w którego skł ad wchodzą , co najmniej nastę pujące elementy skł adowe: utleniacz, azot, wodór, materiał węglowodorowy albo ich mieszanki. W stosowanym tu znaczeniu, pojęcie „utleniacz” odnosi się do substancji zawierającej tlen, takiej jak powietrze atmosferyczne, powietrze wzbogacone w tlen, produkty spalania paliw węglowodorowych z powietrzem i/lub tlenem, albo mieszanki tych strumieni. W stosowanym tu znaczeniu, „materiał węglowodorowy” odnosi się do substancji zawierających węglowodór, takich jak paliwo węglowodorowe, strumień gazu z niezupełnie spalonym paliwem węglowodorowym, taki jak strumień gazów spalinowych z procesu produkcji sadzy, albo mieszanki tych strumieni.

Opracowano również urządzenie modułowe do realizacji sposobu według wynalazku i wprowadzania strumienia płynu w kierunku osiowym. W skład urządzenia według wynalazku wchodzą: pusty w środku zbiornik, korzystnie pusty w środku pierścień, wlot lub wloty do wprowadzania strumienia płynu do środka tego zbiornika oraz co najmniej jeden wylot umożliwiający wypływanie strumienia płynu ze zbiornika. Wylotem może być pierścień albo szereg pierścieni. Wylotem może również być dysza lub szereg dysz.

Wlot może być rozmieszczony promieniowo albo w kierunku osiowym w przybliżeniu równolegle do kierunku osiowego wylotu w celu wytworzenia strumienia wylotowego bez znaczniejszych zawirowań. Alternatywnie, wlot może być usytuowany w kierunku stycznym do kierunku osiowego wylotu w celu wytworzenia strumienia wylotowego z zawirowaniami.

W przykł adzie realizacji sposobu wedł ug wynalazku, do strumienia gazów wypł ywają cych pł ynącego przez reaktor do wytwarzania sadzy w kierunku osiowym wprowadza się strumień płynu, zawierający utleniacz, azot, wodór, materiał węglowodorowy, albo ich mieszanki. W jednym z przykładów realizacji w skład strumienia płynu wchodzi powietrze atmosferyczne wzbogacone, albo nie,

PL 197 999 B1 w tlen. W innym przykł adzie wykonania, w skł ad strumienia pł ynu wchodzi strumień gazów przemysłowych zawierający węglowodory, wodór, tlenek węgla, dwutlenek węgla i/lub parę wodną. Przykładem strumienia gazów przemysłowych jest gaz wydmuchowy z procesu produkcji sadzy.

W jednej z postaci sposób wytwarzania sadzy zawiera nastę pują ce etapy:

a) przeprowadzanie reakcji utleniacza, paliwa głównego i surowca na sadzę w reaktorze w celu utworzenia strumienia wypływającego złożonego z sadzy i gazów spalinowych;

b) wtryskiwanie strumienia płynu do strumienia wypływającego w kierunku osiowym do kierunku przepływu tego strumienia wypływającego przez reaktor,

c) przepuszczanie powstałego strumienia gazów wypływającego przez reaktor, oraz

d) chłodzenie, rozdzielanie i odzyskiwanie sadzy, przy czym w skład strumienia płynu wchodzi utleniacz, azot, wodór, materiał węglowodorowy lub ich mieszanki. Korzystnie, rezultatem wprowadzenia strumienia płynu jest produkcja sadzy o lepszej strukturze pod względem większej wartości absorpcji DBP, dla pola powierzchni przy danej liczby jodowej (l2 No) w porównaniu z sadzami wytwarzanymi z wykorzystaniem podobnych warunków technologicznych, ale bez wprowadzania strumienia płynu.

Korzystnie, sposób według wynalazku może być realizowany w reaktorze do wytwarzania sadzy typu modułowego zawierającym, co najmniej trzy stopnie.

Nawiązując do reaktora takiego typu, przykładowy sposób według wynalazku wytwarzania sadzy obejmuje:

wytwarzanie strumienia gazów spalinowych w pierwszym stopniu reaktora, który to strumień ma prędkość wystarczającą do przepływu przez następne stopnie reaktora i temperaturę wystarczającą do pirolizy surowca na sadzę, wtryskiwanie surowca na sadzę do gazów spalinowych w drugim stopniu reaktora w celu wytworzenia strumienia wypływającego złożonego z sadzy i gazów spalinowych, wprowadzanie strumienia płynu w kierunku osiowym do przepływu strumienia wypływającego po wtryśnięciu surowca na sadzę oraz przepuszczanie powstałego strumienia wypływającego przez trzeci stopień reaktora, oraz chłodzenie, oddzielanie i odzyskiwanie sadzy w postaci produktu.

Korzystnie strumień płynu jest wprowadzany do trzeciego stopnia reaktora, ale, jak łatwo może rozpoznać fachowiec w tej dziedzinie, strumień płynu może być wprowadzany w dowolnym miejscu po wprowadzeniu surowca.

Strumień płynu może zawierać utleniacz, azot, wodór, materiał węglowodorowy, albo ich mieszanki. Korzystnie, skutkiem wprowadzenia strumienia płynu jest wytwarzanie sadzy o lepszej strukturze pod względem zwiększonej wartości absorpcji DBP dla pola powierzchni o danej liczbie jodowej (l2No) w porównaniu do sadzy wytwarzanej z użyciem podobnych warunków technologicznych ale bez wprowadzania strumienia płynu.

W reaktorze „stopniowym” albo „moduł owym”, ciecz lub paliwo gazowe reaguje z utleniaczem, korzystnie powietrzem, w pierwszym stopniu w celu utworzenia gorących gazów spalinowych. Stopień ten określa się stopniem „palenia”, stopniem spalania i/lub strefą spalania reaktora.

Gorące gazy spalinowe przepływają z pierwszego stopnia w dół do dodatkowego stopnia lub stopni reaktora. Na ogół w skład dodatkowego stopnia (dodatkowych stopni) reaktora wchodzi, co najmniej stopień wtryskiwania surowca oraz stopień przeprowadzania reakcji. Stopień wtryskiwania surowca może znajdować się pomiędzy pierwszym stopniem (albo stopniem spalania) a stopniem przeprowadzania reakcji i w jego skład może wchodzić gardziel, albo strefa o ograniczonej średnicy, która ma mniejszy przekrój poprzeczny, niż stopień spalania lub stopień przeprowadzania reakcji. Strefa o ograniczonej średnicy jest również powszechnie znana fachowcom w tej dziedzinie, jako strefa przejściowa.

W procesie produkcji sadzy surowiec wę glowodorowy jest wtryskiwany w jednym lub wielu miejscach w drogę przepływu strumienia gorących gazów spalinowych w stopniu wtryskiwania surowca. Surowiec ten można wtryskiwać w drogę strumienia gorących gazów spalinowych przed, za i/lub w strefie o ograniczonej ś rednicy. Surowiec węglowodorowy moż e być ciekł y, gazowy lub parowy i może być taki sam albo inny niż paliwo używane do tworzenia strumienia gazów spalinowych. Generalnie, surowcem węglowodorowym jest olej węglowodorowy lub gaz ziemny. Znane są jednak również w tej dziedzinie inne surowce węglowodorowe, takie jak acetylen.

Za miejscem wprowadzania surowca surowiec ten jest mieszany, rozpylany i odparowywany do strumienia gazów spalinowych. Mieszanka gazów spalinowych i odparowanego surowca wpływa naPL 197 999 B1 stępnie do stopnia reaktora określanego dalej, jako stopień przeprowadzania reakcji. Pomimo, że piroliza zaczyna się po wtryśnięciu surowca w strumień gazów spalinowych, przekształcenie odparowanego surowca węglowodorowego w główne cząstki sadzy i agregaty jest kontynuowane w stopniu przeprowadzania reakcji. Czas przebywania surowca, gazów spalinowych i sadzy w strefie reakcji reaktora jest wystarczający do tego, aby mogła powstać sadza. Mieszanka gazów spalinowych i sadzy w strefie reakcji reaktora jest dalej określana, w całym zgłoszeniu, jako gazy wypływające uwzględnia strumień wypływający. Po powstaniu sadzy o odpowiednich właściwościach obniża się temperatura gazów wypływających powodując zatrzymanie głównych reakcji. Takie obniżenie temperatury gazów wypływających w celu zatrzymania głównych reakcji można wykonać dowolnym znanym sposobem, takim jak wtryskiwanie płynu chłodzącego, przez końcówkę chłodzącą, do gazów wypływających. Jak powszechnie wiadomo w tej dziedzinie techniki, główne reakcje są zatrzymywane po wytworzeniu odpowiedniej sadzy w reaktorze, co się określa pobierając próbki sadzy i badając je pod względem właściwości analitycznych. Po zatrzymaniu reakcji i wystarczającym schłodzeniu gazów wypływających za pomocą dowolnych znanych środków, strumień gazów wypływających na ogół przepływa przez filtr workowy albo przez inny układ oddzielania do gromadzenia sadzy.

W opisanych tu sposobach i reaktorach oraz w innych powszechnie znanych reaktorach i sposobach, gorące gazy spalinowe mają temperaturę wystarczając ą do realizacji pirolizy surowca węglowodorowego wtryśniętego do strumienia gazów spalinowych. Temperatura strumienia gazów spalinowych przed wtryśnięciem surowca na sadzę wynosi na ogół, co najmniej 1315°C (2400°F). Po wtryśnięciu surowca na sadzę, temperatura strumienia technologicznego wzrasta i może dojść do wartości 3000°F (1648°C) lub wyższej. Z uwagi na temperatury oraz ciepło wytwarzane w procesie wytwarzania sadzy, reaktory do wytwarzania sadzy zawierają wykładziny wykonane z materiałów ogniotrwałych zdolnych do wytrzymania wysokich temperatur.

Sposób według wynalazku do wytwarzania sadzy zawiera środki do osłaniania strumienia wypływającego podczas jego przepływu, przez co najmniej część reaktora. Na przykład, nawiązując do modułowego reaktora do wytwarzania sadzy, sposób według wynalazku może obejmować:

wytwarzanie strumienia gazów spalinowych w pierwszym stopniu reaktora o prędkości wystarczającej do przepływu przez następne stopnie reaktora i temperaturze wystarczającej do pirolizy surowca na sadzę, wtryskiwanie surowca na sadzę do strumienia gazów spalinowych w drugim stopniu reaktora w celu wytworzenia strumienia gazów wypływających złożonych z sadzy i gazów spalinowych;

osłanianie strumienia wypływającego podczas jego wypływania z drugiego stopnia reaktora, przy czym osłonięty strumień gazów wypływających płynie przez trzeci stopień reaktora, oraz chłodzenie, oddzielanie i odzyskiwanie wytworzonej sadzy.

W etapie osł aniania, korzystnie, strumień gazów wypł ywają cych jest odchylany od ś cianek trzeciego stopnia reaktora, co najmniej w miejscu początkowego osłaniania. Środki do osłaniania strumienia gazów wypływających mogą obejmować wprowadzanie strumienia płynu w kierunku osiowym do przepływu gazów wypływających w taki sposób, żeby otaczał on strumień gazów wypływających, wychodzących z drugiego stopnia reaktora.

Na fig. 1 pokazano przekrój poprzeczny reaktora takiego typu, w którym można zrealizować sposób według wynalazku. Rozumie się samo przez się, że sposób według wynalazku nie wymaga żadnego modyfikowania reaktora do wytwarzania sadzy poza zapewnieniem środków do wtryskiwania strumienia zawierającego utleniacz i dlatego można go zrealizować w innych typach reaktorów do wytwarzania sadzy, takich jak typy omówione ogólnie w rozdziale poświęconym stanowi techniki.

Jeden z przykładów wykonania urządzenia modułowego do wytwarzania sadzy według wynalazku zawiera strefę spalania z końcem wlotowym i wylotowym oraz z co najmniej jednym oknem umożliwiającym wprowadzanie paliwa i utleniacza, strefę zmniejszającej się średnicy z końcem wlotowym i wylotowym zwężającą się od końca wlotowego ku końcowi wylotowemu, przy czym koniec wlotowy jest połączony z końcem wylotowym strefy spalania, strefę przejściową z końcem wlotowym i końcem wylotowym, przy czym koniec wlotowy jest połączony z końcem wylotowym strefy o zmniejszającej się średnicy, zaś w strefie przejściowej znajduje się co najmniej jedno okno umożliwiające wprowadzanie surowca, wtryskiwacz do wprowadzania strumienia płynu do reaktora w kierunku osiowym do przepływu strumienia procesowego w reaktorze, przy czym wtryskiwacz ten ma koniec wlotowy i koniec wylotowy, oraz koniec wlotowy jest połączony z końcem wylotowym strefy przejściowej;

PL 197 999 B1 strefa reakcji mająca koniec wlotowy i wylotowy, przy czym koniec wlotowy jest połączony z koń cem wylotowym strefy przejś ciowej lub stref przejś ciowych, strefę chłodzenia z końcem wlotowym i końcem wylotowym, przy czym koniec wlotowy jest połączony z końcem wylotowym strefy reakcji, i w strefie chłodzenia znajduje się, co najmniej jedno okno umożliwiające wprowadzanie płynu chłodzącego, oraz urządzenie do oddzielania i gromadzenia sadzy połączone z wylotowym końcem strefy lub stref chłodzenia.

Wtryskiwacz do wprowadzania strumienia płynu do reaktora w kierunku osiowym może zawierać pusty w środku zbiornik, co najmniej jeden wlot, korzystnie szereg wlotów, do wprowadzania strumienia płynu do środka zbiornika i wylot umożliwiający strumieniowi płynu wypływanie ze zbiornika. Wylot może stanowić pierścień, szereg pierścieni, dysza lub szereg dysz. Wlot (lub wloty) pustego w środku zbiornika może być rozmieszczony promieniowo lub osiowo w przybliżeniu równolegle do kierunku osiowego wylotu w celu wytworzenia wylotowego strumienia płynu bez znaczniejszych zawirowań. Alternatywnie, wlot względnie wloty pustego wewnątrz zbiornika mogą być umieszczone w kierunku stycznym do kierunku osiowego wylotu w celu wytworzenia wylotowego strumienia płynu z zawirowaniami.

Na fig. 1 przedstawiono, w przekroju poprzecznym, modułowy, nazywany również „stopniowym”, piecowy reaktor do wytwarzania sadzy takiego typu, jaki ujawniono ogólnie w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3.922.335. Na fig. 1 pokazano piecowy reaktor 2 do wytwarzania sadzy mający pierwszy stopień 10, w którym znajduje się strefa 11 o zmniejszającej się średnicy, drugi stopień 12, oraz trzeci stopień 18 reaktora. Surowiec 30 jest wtryskiwany z miejsc 32 wtryskiwania surowca w drugim stopniu 12 reaktora. Zespół chłodzący 40 znajduje się w miejscu 42 w trzecim stopniu 18 reaktora w celu wprowadzania pł ynu chł odzą cego 50 do reaktora.

Wtryskiwacz 70 do wprowadzania strumienia płynu znajduje się za miejscem wtryskiwania surowca w miejscu 72. We wtryskiwaczu 70 znajdują się okna stanowiące wloty 71 oraz pierścień wylotowy 73 do wprowadzania strumienia płynu w kierunku osiowym do trzeciego stopnia 18 reaktora. W opisanym przykładzie wykonania okna stanowiące wloty 71 są rozmieszczone w przybliżeniu równolegle do pierścieni wylotowych 73 do wprowadzania strumienia płynu do reaktora bez zawirowań.

Na fig. 2a i 2b pokazano przykłady wykonania zgodnego z wynalazkiem wtryskiwacza do wprowadzania strumienia płynów do reaktora. Na fig. 2a przedstawiono rzut od końca przykładu wykonania wtryskiwacza 70 zgodnego z wynalazkiem do wprowadzania strumienia płynu do reaktora. Na rzucie tym pokazano koniec z pierścieniem wylotowym 73. W przykładzie wykonania pokazanym na fig. 2 okna stanowiące wloty 71 są rozmieszczone stycznie do pierścienia 73. W wyniku tego pierścień ten będzie wprowadzał strumień płynu do reaktora z zawirowaniami.

Na fig. 2b przedstawiono rzut od końca alternatywnego przykładu wykonania wtryskiwacza 70 zgodnego z wynalazkiem do wprowadzania strumienia płynu do reaktora. Na przedstawionym rzucie widać koniec z szeregiem wylotowych dysz 72. W przykładzie wykonania widocznym na fig. 2, okna stanowiące wlot 71 są rozmieszczone stycznie do wylotowych dysz 72. W wyniku tego dysze wylotowe doprowadzą strumień płynu do reaktora z zawirowaniami. Ponadto, albo alternatywnie, otwory wylotowe w dyszach wylotowych 72 można skonfigurować tak, żeby nadawały strumieniowi płynu zawirowanie.

Na fig. 3 przedstawiono alternatywny przykład wykonania modułowego reaktora do wytwarzania sadzy, przeznaczonego do realizacji sposobu według wynalazku. Konfigurację reaktora przedstawionego na fig. 3 użyto w poniższych przykładach.

Nawiązując do fig. 3, reaktor 3 do wytwarzania sadzy ma pierwszy stopień 10, w którym znajduje się strefa 11 o zmniejszającej się średnicy z częścią schodkową, drugi stopień 12 wtryskiwania surowca, oraz trzeci stopień 18 reaktora. Surowiec 30 jest wtryskiwany w miejscach 32 wtryskiwania do drugiego stopnia 12 reaktora. Zespół chłodzenia 40 znajduje się w miejscu 42 w trzecim stopniu 18 reaktora z przeznaczeniem do wprowadzania płynu chłodzącego 50 do reaktora.

Średnica pierwszego stopnia spalania 10 aż do miejsca, w którym zaczyna się strefa 11 o zmniejszającej się średnicy, jest oznaczona jako D-1; średnicę odsądzeniu w strefie 11 pokazano jako D-2, a średnicę strefy 12 jako D-3. Długość strefy spalania w pierwszym stopniu 10, aż do miejsca, w którym zaczyna się strefa 11 o zmniejszającej się średnicy, oznaczono jako L-1; długość strefy o zmniejszającej się średnicy aż do odsądzenia oznaczono jako L-2, a od odsądzenia do początku strefy wtryskiwania surowca jako L-3. Całkowita długość strefy wtryskiwania surowca została oznaczona, jako L-4. Odległość pomiędzy końcem strefy 11 a miejscem 32 wtryskiwania surowca oznaczono, jako F.

PL 197 999 B1

Reaktor 3 zawiera zgodnie z wynalazkiem wtryskiwacz 70 do wprowadzania strumienia płynu usytuowany za miejscem wtryskiwania surowca w punkcie 72. We wtryskiwaczu 70 znajdują się okna stanowiące wlot 71 i pierścień wylotowy 73, jak widać na fig. 2a, do wprowadzania strumienia płynu w kierunku osiowym do trzeciego stopnia 18 reaktora. W przedstawionym przykładzie wykonania okna stanowiące wlot 71 są rozmieszczone promieniowo względem pierścienia 73 w celu wprowadzania strumienia płynu do reaktora bez zawirowań. Wymiary wtryskiwacza 70 oznaczono, jako L-5 i L-6.

W reaktorze przedstawionym na fig. 3 we wlocie do trzeciego stopnia 18 reaktora znajduje się strefa 19 o zwiększającej się średnicy, za którą znajduje się strefa schodkowa 20, strefa 21 o zwiększającej się średnicy, a następnie pierwsza strefa 22 o równej średnicy. Za skośną częścią reaktora znajduje się druga strefa 24 o jednakowej średnicy.

D-4 odpowiada średnicy wewnętrznej pierścienia 73 używanego do wprowadzania strumienia płynu do reaktora. D-5 odpowiada średnicy zewnętrznej pierścienia 73. Średnicę strefy 19 w jej najszerszym miejscu pokazano, jako D-6, a długość strefy 19 jako L-7. Średnicę strefy 21 w jej najwęższym miejscu pokazano jako D-7 a długość strefy 21 jako L-8. Średnicę strefy 22 oznaczono, jako D-8 a dł ugość strefy 22 jako L-9.

Długość strefy 23 oznaczono jako L-10. Spadek na górze reaktora pomiędzy strefą, 22 a strefą 24 oznaczono jako H-1, a spadek u dołu reaktora pomiędzy strefą 22 a strefą 24 oznaczono jako H-2. Średnicę strefy 24 oznaczono jako D-9.

Odległość od początku trzeciego stopnia 18 reaktora do miejsca 42, w którym znajduje się zespół chłodzący oznaczono jako Q.

Nawiązując teraz do fig. 1 lub fig. 3, w celu wytworzenia sadzy, w strefie spalania są wytwarzane gorące gazy spalinowe poprzez doprowadzanie do zetknięcia się ciekłego lub gazowego paliwa z odpowiednim strumieniem utleniacza, takiego jak powietrze, tlen, mieszanki powietrza z tlenem lub podobne substancje. Do paliw nadających się do stosowania w celu doprowadzania do ich zetknięcia się ze strumieniem utleniacza w strefie spalania względnie pierwszym stopniu spalania 10 dla wytworzenia gorących gazów spalinowych należą dowolne strumienie gazów łatwopalnych, par lub cieczy, takie jak gaz ziemny, wodór, tlenek węgla, metan, acetylen, alkohole albo nafta. Na ogół zaleca się jednak używanie paliw o wysokiej zawartości składników zawierających węgiel, a zwłaszcza węglowodorów. Stosunek powietrza do paliwa zmienia się w zależności od stosowanego paliwa. Kiedy do wytwarzania sadzy według wynalazku stosuje się gaz ziemny, to stosunek powietrza do paliwa może wynosić od około 10:1 do około 100:1. W celu ułatwienia wytwarzania gorących gazów spalinowych można wstępnie podgrzać strumień utleniacza.

Strumień gorących gazów spalinowych płynie w dół od strefy względnie stopnia 10 i strefy 11, do strefy względnie stopnia 12, a następnie 18. Kierunek przepływu gorących gazów spalinowych pokazano strzałką na fig. 1 lub 3. Surowiec 30 na sadzę wprowadza się w miejscu 32. Odległość od końca strefy 11 o zmniejszającej się średnicy w dół do miejsca 32 pokazano jako F. W opisanych tu przykładach wtryskuj e się surowiec 30 na sadzę przez szereg dysz, które wchodzą do środkowych obszarów gorącego strumienia gazów spalinowych w celu zapewnienia wysokiego wskaźnika wymieszania i ścinania gorących gazów spalinowych i surowca na sadzę tak, żeby doprowadzić do szybkiego i zupełnego rozkłada i przekształcenia surowca w cząstki i agregaty sadzy.

Odpowiednimi do stosowania tutaj, jako surowce węglowodorowe na sadzę, które łatwo można odparować w warunkach istniejących w reaktorze, są węglowodory nienasycone, takie jak acetylen, olefiny, takie jak etylen, propylen, butylen; związki aromatyczne, takie jak benzen, toluen i ksylen; niektóre węglowodory nasycone; oraz węglowodory doprowadzone do stanu lotnego, takie jak smoły naftowe, naftalenowe, terpeny, smoły etylenowe, aromatyczne surowce cykliczne i tym podobne.

Mieszanka surowca na sadzę z gorącymi gazami spalinowymi płynie w dół przez strefę względnie stopień 12 do reaktora do wytwarzania sadzy, do strefy względnie stopnia 18. Strumień płynu zawierający utleniacz, azot, wodór, materiał węglowodorowy albo ich mieszanki, jest wprowadzany do strumienia, w którym przebiegają reakcje, w osiowym kierunku przez wtryskiwacza 70 i pierścień 73 na wlocie do stopnia 18 reaktora. Strumień płynu jest wprowadzany pod ciśnieniem wystarczającym do wnikania do wewnętrznego obszaru stopnia 18 reaktora.

Zespół chłodzący 40, znajdujący się w miejscu 42, wtryskujący płyn chłodzący 50, służy do zatrzymywania reakcji w gazach wypływających. Zgodnie ze sposobem według wynalazku, zespól chłodzący 40 znajduje się w miejscu 42 umożliwiającym występowanie reakcji w gazach wypływających do chwili powstania sadzy o pożądanych właściwościach. Q jest odległością od początku strefy 18 do miejsca 42 chłodzenia i jest różne w zależności od położenia zespołu chłodzenia.

PL 197 999 B1

Po ochłodzeniu mieszanki gorących gazów spalinowych i surowca na sadzę, ochłodzone gazy płyną w dół do dowolnego konwencjonalnego urządzenia do chłodzenia i oddzielania, w wyniku czego odzyskuje się sadzę. Oddzielanie sadzy od strumienia gazów można z łatwością przeprowadzić za pomocą takich środków konwencjonalnych jak zespół strącający, separator cyklonowy albo filtr workowy. Po tym kroku może nastąpić, ale nie jest konieczne, pewne zagęszczanie wyrobu, takie jak tabletkowanie i suszenie.

Cechy i zalety wynalazku przedstawiono dalej na poniższych przykładach wykonania.

Do wyznaczania i oceny właściwości analitycznych sadzy wytwarzanej w tych przykładach stosowano następujące procedury badawcze. Liczbę jodową (I2 No) sadzy wyznaczano zgodnie z Procedurą Badawczą ASTM D1510. Wartość DBP (liczba absorpcyjna dla ftalanu dwubutylu) tabletek sadzy wyznaczano zgodnie z procedurą określoną w ASTM D3493-86.

PRZYKŁADY

Przeprowadzono doświadczenia podczas procesu produkcji sadzy w reaktorze w przybliżeniu takim samym, jak opisano wcześniej, oraz jak pokazano na fig. 3 z geometrią przedstawioną poniżej. We wszystkich przykładach, paliwem głównym do reakcji spalania był gaz ziemny doprowadzany do procesu wytwarzania sadzy w temperaturze otoczenia około 77°F (298K). Płynnym surowcem używanym we wszystkich przykładach były dostępne na rynku mieszanki węglowodorów.

W każdym przykł adzie strumień pł ynu zawierają cy powietrze do spalania doprowadzano bez zawirowania za pomocą wtryskiwacza 70 i pierścienia 73. Geometria reaktora oraz warunki jego pracy były następujące:

1 Przykład	1	2
1	2	3
D-1, cm	19,0	19,0
D-2, cm	14.0	14.0
D-3, cm	10,9	10,9
D-4, cm	15,2	15,2
D-5, cm	18,7	18,7
D-6, cm	33,3	33,3
D-7, cm	76,2	76,2
D-8, cm	91,4	91,4
D-9, cm	68,6	68,6
L-1, cm	61,0	61,0
L-2, cm	30,5	30,5
L-3, cm	14,0	14,0
L-4, cm	27,6	27,6
L-5, cm	1,9	1,9
L-6, cm	5,0	5,0
L-7, cm	7,6	7,6
L-8, cm	7,6	7,6
L-9, cm	621,0	621,0
L-10, cm	61,0	61,0
H-1, cm	34,3	34,3
H-2, cm	11,4	11,4

PL 197 999 B1 ciąg dalszy

1	2	3
F, cm	2,5	2,5
Q, m	10,7	10,7
Miejsce 32, liczba końcówka # i wielkość, mm	6 x 1,32	6 x 1,326 x 1,78
Wydajność podawania surowca, kgh	677	728
Temperatura surowca °C	176	179
K+ dodatek, surowiec ppm	8	8
Całkowita ilość powietrza, nm³/h	1870	1879
Główne powietrze do spalania, nm³/h	1832	1315
Główne powietrze do spalania, temp. C	402	402
Główny strumień gazu ziemnego, nm³/h	76	54
Główny strumień gazu ziemnego, temp. C	15	15
Stosunek powietrze/gaz	9,85	9,85
Wtryskiwanie płynu nm³/h	38	564
Współczynnik równoważności palnika	0,40	0,40
Całkowity współczynnik równoważności	4,00	4,18
% osiowego strumienia powietrza	2	30
Właściwości sadzy	Przykład 1	Przykład 2
I2 No, m³/g	30,1	30,0
DBP, cm³/100 g	68	74,6

Przykłady 1-2 ilustrują wpływ dodawania strumienia płynu na strukturę sadzy wytwarzanej tym sposobem, pod względem wartości DBP dla sadzy. Jak widać na przykładzie 2, zwiększanie wydajności dodawania płynu do stopnia 18 reaktora powoduje powstanie sadzy mającej o około 10% większą wartość DBP w porównaniu z przykładem 1.

Rozumie się samo przez się, że opisane tu postacie wynalazku są wyłącznie ilustracyjne i nie mają go ograniczać. Wynalazek obejmuje zatem również wszystkie modyfikacje jako mieszczące się w jego zakresie.

Claims

1. Sposób wytwarzania sadzy z surowca zawierającego węgiel, a zwłaszcza materiału węglowodorowego, za pomocą gazów spalinowych, z dodawaniem substancji pomocniczej, w którym wytwarza się strumień gazów spalinowych w pierwszym stopniu reaktora, mający prędkość wystarczającą do przepływu przez następne stopnie reaktora i temperaturę wystarczającą do pirolizy surowca na sadzę i wtryskuje się surowiec na sadzę do gazów spalinowych w drugim stopniu reaktora z wytworzeniem strumienia wypływającego złożonego z gazów złożonych z sadzy i gazów spalinowych oraz chłodzi się, oddziela i odzyskuje się sadzę w postaci produktu, znamienny tym, że wprowadza się, osłaniający strumień wypływający, strumień płynu, stanowiący korzystnie gaz zawierający, jako substancję pomocniczą, co najmniej jeden z następujących składników: utleniacz, azot, wodór, materiał węglowodorowy lub ich mieszanki, w kierunku osiowym do przepływu strumienia wypływającego po wtryśnięciu surowca na sadzę oraz przepuszcza się powstały osłonięty strumień gazów wypływających, przez co najmniej część trzeciego stopnia reaktora, przy czym strumień płynu dodaje się przez koncentryczny pierścień względnie wiele dysz rozmieszczonych w formie pierścienia względnie wielu pierścieni wprowadzając strumień płynu wokół obwodu strumienia procesowego.

PL 197 999 B1

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wprowadza się strumień płynu tak, że osłania się strumień gazów wypływających wchodzących do trzeciego stopnia reaktora.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że strumień płynu wprowadza się z zawirowaniami.

4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że strumień płynu zawiera gaz wydmuchowy.

5. Urządzenie modułowe do wytwarzania sadzy z surowca zwierającego węgiel, zawierające strefę spalania z końcem wlotowym i wylotowym oraz z co najmniej jednym oknem umożliwiającym wprowadzanie paliwa i utleniacza, strefę zmniejszającej się średnicy z końcem wlotowym i wylotowym, zmniejszającą się od końca wlotowego ku końcowi wylotowemu, przy czym koniec wlotowy jest połączony z końcem wylotowym strefy spalania, strefę przejściową z końcem wlotowym i końcem wylotowym, przy czym koniec wlotowy jest połączony z końcem wylotowym strefy o zmniejszającej się średnicy, zaś w strefie przejściowej znajduje się co najmniej jedno okno umożliwiające wprowadzanie surowca, strefę reakcji rozpoczynającą się strefą o zwiększającej się średnicy i mającą koniec wlotowy i wylotowy, przy czym koniec wlotowy jest połączony z końcem wylotowym strefy przejściowej lub stref przejściowych, strefę chłodzenia z końcem wlotowym i końcem wylotowym, przy czym koniec wlotowy jest połączony z końcem wylotowym strefy reakcji, i w strefie chłodzenia znajduje się co najmniej jedno okno umożliwiające wprowadzanie płynu chłodzącego, oraz urządzenie do oddzielania i gromadzenia sadzy połączone z wylotowym końcem strefy lub stref chłodzenia, znamienne tym, że zawiera ponadto wtryskiwacz (70) do wprowadzania strumienia płynu do reaktora w kierunku osiowym do przepływu strumienia procesowego w reaktorze, przy czym wtryskiwacz (70) ma koniec wlotowy i koniec wylotowy oraz koniec wlotowy jest połączony z końcem wylotowym strefy przejściowej (12), i wtryskiwacz (70) do wprowadzania strumienia płynu do reaktora w kierunku osiowym zawiera pusty w środku zbiornik i co najmniej jeden wlot (71) do wprowadzania strumienia płynu do wnętrza zbiornika oraz wylot umożliwiający wypływanie strumienia płynu z tego zbiornika.

6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że wlot (71) pustego w środku zbiornika jest usytuowany promieniowo względem wylotu dla wytwarzania wylotowego strumienia płynu bez znacznych zawirowań.

7. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że wylot stanowi pierścień (73) umieszczony koncentrycznie wokół obwodu strumienia procesowego.

8. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że wylot stanowi wiele dysz (72) rozmieszczonych w formie pierścienia względnie wielu pierścieni wokół obwodu strumienia procesowego.