Opis patentowy opublikowano: 15.09.1977 91168 MKP C09c 1/50 Int. Cl.2 C09C 1/50 Twórca wynalazku: Uprawniony z patentu: International Frossblacks Process Establishment, Vaduz (Lichtenstein) Sposób wytwarzania sadzy z cieklych i/lub gazowych weglowodorów oraz urzadzenie do wytwarzania sadzy z cieklych i/lub gazowych weglowodorów Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania sadzy z cieklych i/lub gazowych weglowodorów, przy do¬ datku gazu zawierajacego tlen, przez termiczny rozpad przy czesciowym spalaniu weglowodoru w urzadzeniu piecowym.Wynalazek dotyczy równiez urzadzenia do wy¬ twarzania sadzy z cieklych i/lub gazowych weglo¬ wodorów.Znane sposoby i urzadzenia przy wytwarzaniu sadzy ze zwyklych cieklych weglowodorów polega¬ ja na niezupelnym spalaniu materialu zawieraja¬ cego weglowodór z tlenem w izolowanym cieple albc nieoslonietym reaktorze, przy czym czesc we¬ glowodorów zostaje spalona, a resztkowa czesc przez wywolane cieplo spalania zostaje krako- wana. We wszystkich znanych sposobach zostaje uzyte jako dodatek paliwo gazowe albo gaz palny, np. gaz ziemny, propan, destylat ropy naftowej, tworzacy pare, albo tym podobny, z gazem zawie¬ rajacym wystarczajaca ilosc czystego tlenu, zwykle z powietrzem i w reaktorze zostaje spalane, przy czym normalny ciekly produkt wyjsciowy zostaje wtryskiwany do wytwarzania sadzy w plomien albo w jego spalane produkty. Zwykle do pieca sadzewego zostaje doprowadzana troche wieksza ilosc powietrza niz do zwyklego spalania gazu, przez co tylko nieznaczna czesc oleju sadzowego zostaje wspólnie spalona. Ponadto powstaje przy wytwa¬ rzaniu sadzy czesc, w postaci gruboziarnistej sadzy, która musi zostac oddzielnie zmielona.Wszystkie znane sposoby prowadzone sa przy bardzo wysokich temperaturach powyzej 1300°C.Proces w przestrzeni reakcyjnej, system spalania i warunki ruchowe odnosnie jakosci sadzy sa trud¬ nymi czynnikami do dotrzymania. Nadto nalezy powstala sadze jeszcze oziebic za pomoca stalego strumienia wody. Przy tych znanych sposobach stosowane urzadzenia skladaja sie z lezacego re¬ aktora calkowicie wykonanego z metalu, w którym piroliza zostaje przeprowadzona w przechodzacych cieplo rurach reakcyjnych z wykladzina lub bez wykladziny.Inne znane urzadzenia skladaja sie z pierwszego cylindrycznego pieca, którego srednica jest wieksza niz jego dlugosc i do którego przylaczony jest w kierunku osiowym drugi cylindryczny piec. Przy tych znanych sposobach wytwarzania sadzy z ga¬ zowych weglowodorów zachodzi reakcja mieszani¬ ny gazów we wzglednie malych zbiornikach, które wykazuja pojemnosc najwyzej 10 litrów i do któ¬ rych mieszanina gazów zostaje okresowo wprowa¬ dzana poprzez zawór ssacy, nastepnie po dokona¬ niu reakcji produkty reakcji wychodza poprzez za¬ wór wylotowy. Jednakze otrzymuje sie z kazdej reakcji w stosunku do wypelnienia komory bardzo mala wydajnosc, przez co oplacalnosc tych sposo¬ bów jest niezadowalajaca. Nadto przy znanych sposobach z dodatkiem plynnych weglowodorów albo innych, musi byc obrabiany latwo palny su¬ rowiec. 9116891 ; 3 Jest równiez znany sposób tak zwany sposób ChanneFa w którym naturalny gaz pali sie tysia¬ cami malych plomyków w zamknietym pomiesz¬ czeniu. Zapotrzebowanie tlenu dla- podtrzymania spalania wodoru zostaje pokrywane przez dopro¬ wadzenie powietrza. Plomyki poruszaja sie wolno tam i z powrotem w stalowych kanalach, podczas gdy z umiejscowionych na stale plyt sadza jest zeskrobywana, która upada w klatki wyciagowe i zostaje doprowadzana do oddzielacza — grubo¬ ziarnistej sadzy. Sadza zostaje za pomoca oddziela¬ czy wydmuchiwana, przy czym ciezkie czastki (gru¬ boziarnista sadza) zostaje oddzielona. Wada tego sposobu jest tOjje^wydajnosc sadzy w tym spo¬ sobie j£st~ bardzo" nieznaczna to jest nie wyzsza niz 5% wagowych wprowadzonej ilosci weglowo¬ dorów i odpowiednio tio tego wytworzone tym spo- sojDem^nsodfiktoyy szczególnie sadza barwiaca, sa birp^p', dro^er—,r;jj feiafl§" sa ponadto sposoby wytwarzania sadzy z weglowodorów np. z opisów patentowych St.Zjed. Am. 2 114 738, 2 623 811 i 3 003 854.W sposobach tych jest charakterystyczne to, ze weglowodory wprowadza sie w gazowy stan i mie¬ sza sie wewnetrznie z nosnikiem tlenu i podgrzewa sie. Tak wstepnie traktowane i zmieszane weglo¬ wodory równomiernie rozdziela sie na przekroju poprzecznym komory spalania. Istotne jest przy tym to, ze podgrzewanie nastepuje nie przez spa¬ liny, które moglyby doprowadzic gaz do zaplonu juz przed wejsciem do strefy reakcyjnej. Najistot¬ niejsze jest szczególnie to, ze w komorze wstepnej gazyfikacji nastepuje jedynie mieszanie i podgrze¬ wanie weglowodorów.Wada tych sposobów jest to, ze w sposobach tych dodatkowo stosuje sie gaz nosny i/albo wtrysk wody. Stad przestawienie sie na wytwarzanie sadzy o innej jakosci jest niemozliwe lub bardzo utrud¬ nione, przy czym w sposobach tych obok sadzy w postaci proszku otrzymuje sie czesc sadzy grubo¬ ziarnistej, która musi zostac zmielona.Zaleta natomiast sposobu i urzadzenia wedlug wynalazku jest to, ze sadza osadza sie wylacznie w postaci proszku, która moze zostac w prosty sposób bezposrednio zapakowana i sprzedana.Szczególna cecha urzadzenia wedlug wynalazku polega na tym, ze komory wstepnej gazyfikacji sa równomiernie rozlozone na calym przekroju po¬ przecznym komory spalania, przez co traktowane weglowodory moga wchodzic do reakcyjnej strefy komory spalania.Inna wazna cecha urzadzenia wedlug wynalazku jest to, ze wystepuje w nim scisly rozdzial miedzy czescia mieszania i czescia reakcji.Celem wynalazku jest sposób i urzadzenie do wytwarzania sadzy, które nie mialyby wad zna¬ nych sposobów i urzadzen lecz umozliwialyby wy¬ twarzanie sadzy z duza wydajnoscia róznych ro¬ dzajów w tym samym urzadzeniu.Sposób wedlug wynalazku charakteryzuje sie tym, ze ciekle weglowodory podgrzewa sie przed wlotem do reakcyjnej strefy komory spalania, po czym wtryskuje sie pod cisnieniem do komory spalania, rozpyla sie i zgazowuje oraz miesza sie z podgrza¬ nym rozdzielonym gazem zawierajacym tlen, do- 168 4 prowadzonym do komory spalania i podgrzewa na¬ stepnie weglowodory i gaz rozdzielone na przekroju poprzecznym komory spalania doprowadza sie wspólnie do reakcyjnej strefy komory spalania a nastepnie powstale produkty reakcji chlodzi sie i rozdziela. Urzadzenie natomiast charakteryzuje sie tym, ze pokrywa; która zamontowana jest w pio¬ nowej albo poziomej osi komory spalania nia szereg wstepnych komór rozlozonych na przekroju po- przecznym komory spalania i ze do komory spala¬ nia jest zamontowana chlodnica do gazów spalino¬ wych, podgrzewacz dla gazu zawierajacego tlen lub dla powietrza i nastepnie urzadzenie rozdzie¬ lajace skladajace sie co najmniej z jednego filtra przeplywowego, zwlaszcza cyklonu jako wstepnego rozdzielacza i filtru z porafxnv zwlaszcza wieloko- morowego filtra jako koncowego rozdzielacza..Urzadzenie wedlug wynalazku jest przedstawione na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia kompletne urzadzenie do wytwarzania sadzy, fig. 2 — prze¬ krój przez wstepna komore z urzadzeniem do wpro¬ wadzania cieklego weglowodoru i gazu zawiera¬ jacego tlen, a fig. 3 — przekrój przez uklad mie¬ szajacy do mieszania tworzacy gaz weglowodo- rów z gazem zawierajacym tlen.Na fig. 1 sa przedstawione rozbieralne przewody olejowe, przewody powietrzne i przewody sterow¬ nicze 17, wszystkie elementy termometryczne liczba 23, wskaznik temperatury liczba 35, natomiast za- wory odcinajace liczba 12.Do wytwarzania sadzy w urzadzeniu przedsta¬ wionym na fig. 1 uzyty zostal weglowodór np. ciezki olej i jako gaz powietrze niewzbogacone lub wzbogacone w tlen. Wlasciwy piec wzglednie ko- mora spalania jest oznaczona cyfra 1. Komora spa¬ lania 1 jak równiez przylegajace podlaczeniowe czesci urzadzenia zostaja wstepnie podgrzewane za pomoca palnika wstepnego ogrzewania 4, zamonto¬ wanego w scianie komory albo pokrywie 81, do 40 którego gaz np. propan zostaje doprowadzony prze¬ wodem 3 ze zbiornika gazu 10, a powietrze do spa¬ lania tego gazu zostaje doprowadzane przewodem 7 za pomoca powietrznej dmuchawy 5 napedzanej przez elektryczny silnik 6. Spaliny z komory wstep- 45 nego ogrzewania przeplywaja z komory spalania 1 poprzez polaczenie 2 majace klape 84 do chlodnicy 8 i do podgrzewacza powietrza do spalania 9. Stad dostaja sie spaliny poprzez stozek 86, przewód po¬ laczeniowy 85 do rozdzielaczy sadzy 108, 109 i stad 50 do komina 75. Zaleznie od budowy komina 75 musi byc umieszczona przed nim dmuchawa ssaca 74 jak to przedstawia fig. 1.Do kondycjonowania ciezkiego oleju sluzy urza¬ dzenie posiadajace zapasowy zbiornik 11, który jest 55 polaczony z wstepnie ogrzewanym zbiornikiem, albo zbiornikiem rozchodowym 18 przez utrzymujacy praktycznie cisnienie przewód doprowadzajacy 20.Na przewodzie 20 znajduja sie zawory odcinajace 12, filtr 13, po dwie obiegowe pompy 14 napedzane 60 kazda osobnym silnikiem 15 (jedna pompa jako rezerwa), przyrzad do mierzenia wydatku z prze¬ wodem obejsciowym 16 i wylacznik poziomu 19 przy rozchodowym zbiorniku 18, który to wylacznik jest polaczony z silnikiem 15 obiegowej pompy 14 os za pomoca sterujacego przewodu 17.5 91168 6 Rozchodowy zbiornik 18 zaopatrzony jest w ele¬ ment grzejny z termostatem 21, regulator tempe¬ ratury 22 (regulacja temperatury do okolo 40°C) jak równiez czujnik pomiarowy 23 do wskazywa¬ nia temperatury, wyznaczony do przyrzadu pomia¬ rowego 35.W ukladzie urzadzenia zawory sa oznaczone liczba 12, filtry 13 a sterujace zawory liczba 17.Od rozchodowego zbiornika 18 biegnie przewód poprzez zawory regulacyjne 26 (jeden jako re¬ zerwa), do napedzanych silnikiem elektrycznym 28 dwóch cisnieniowych pomp 27 (jedna jako rezerwa), na cisnienie do okolo 30 atn. Do cisnieniowego przewodu 29 jest przylaczony przelotowy podgrze¬ wacz 31 z regulowanym elementem grzejnym 30 przez termostaty 32 i regulator temperatury 33.Ogrzany ciezki olej po osiagnieciu temperatury okolo 130°C dochodzi do regulatora cisnienia 34, od którego odgalezia sie przewód powrotny 24 pro¬ wadzacy do zbiornika rozchodowego 18 i przewód cisnieniowy 36 prowadzacy do przewodu rozdziel¬ czego 42 dla kilku dysz wtryskowych 43, z których sa przedstawione dwie. Ilosc ciezkiego oleju do¬ plywajacego do dysz wtryskowych 43 przeplywa przez regulator natezenia przeplywu, którego prze¬ wód powrotny 37 zawiera regulator ilosci wsadu 38 i silownik 39. W przewodzie 36 jest usytuowany manometr wtrysku oleju 40 i termometryczny czuj¬ nik 23, którego pomiar zostaje wskazany w przy¬ rzadzie wskazujacym 35, jak równiez w kazdym przewodzie dysz wtryskowych 43 jest usytuowany czujnik natezenia przeplywu 41 i zawór odcinajacy 12.Ilosc ciezkiego olej-u doplywajacego do dysz wtryskowych 43 np. 800 kg/h zostaje mierzona za pomoca wskaznika tlokowopierscieniowego 45, któ¬ rego sygnal w przemienniku 44 zostaje przetwo¬ rzony na pneumatyczny sygnal, który zostaje kie¬ rowany ze wskaznika 46 ilosci doplywu do dysz wtryskowych 43 i do wskaznika proporcjonalnosci 47, regulujacego ilosc powietrza w stosunku do oleju, regulatora proporcjonalnosci 48 dla powietrza i pneumatycznego regulatora zakresu 49.Powietrze do spalania dostarczone jest dmuchawa 53 napedzana silnikiem elektrycznym 54, w której króccu ssacym 52 jest umieszczona przepustnica 49 regulowana za pomoca pneumatycznego napedu 50 i w której przewodzie cisnieniowym 55 jest umiesz¬ czona zwezka pomiarowa 58. Na podstawie pomiaru róznicy cisnien pneumatyczny przekaznik 57 ustala ilosc powietrza do spalania, którego sygnal jest przekazywany na wskaznik ilosci powietrza 56 i ponadto zostaje doprowadzony do regulatora pro¬ porcjonalnosci 48 dla powietrza. Przewód cisnie¬ niowy 55 wpada w króciec ogrzewanego do okolo 300°C podgrzewacza powietrza 9. Ogrzane powietrze z wylotu 62 poprzez przewód 67 osiaga powietrzna komore 63 i stad poprzez otwory 68 do komory wstepnej 82. W przewodzie 67 jest umieszczony manometr 64 i termometryczny czujnik 23, którego sygnal biegnie poprzez przewód 17 do wskaznika temperatury 35 gdzie takze zostaje wskazywana temperatura dalszego termometrycznego czujnika 23 (dla koncowego rozdzielacza). Zwezka pomiarowa 65 do mierzenia ilosci goracego powietrza moie zostac wbudowana w przewód cisnieniowy 67.Przy komorze spalania 1 jest nastepnie usytuowa¬ ny przemiennik 69, którego sygnal zostaje dopro¬ wadzony do pneumatycznego regulatora podcisnie¬ nia 70 i zakresowego regulatora 71. Stwierdzone odchylenia regulatorów 70, 71 od sredniej wartosci np. kilku mm WS podcisnienia, zostaja skorygowa¬ ne regulacyjna klapa 77 w kominie 75, przez prze¬ stawienie pneumatycznym napedem 78.Komin 75 odprowadza resztkowy gaz wspomnia¬ nym ruchowym urzadzeniem 108 — 123 rozdzielaja¬ cym sadze i utrzymuje wyregulowane podcisnienie w komorze 1 i wyrównuje w przylegajacych czes¬ ciach urzadzenia.Nastepnie przy komorze spalania 1 sa dwa czuj¬ niki termometryczne 23 i dwa wskazniki tempera¬ tury 35. Komora 1 zawiera zdejmowana pokrywe 81, w której sa wbudowane wstepne komory 82.Cylindryczna sciana komory spalania przechodzi poprzez ksztaltke przejsciowa 2 do chlodnicy po¬ wietrza 8 do chlodzenia reakcyjnych produktów, które maja wejsciowa temperature max 1200°C.Podgrzewacz 9 do podgrzewania powietrza do spa¬ lania przylega do chlodnicy powietrza 8.Reakcyjne produkty o temperaturze okolo 300°C z przewodu laczacego 85 dochodza do cyklonowego wstepnego rozdzielacza sadzy 108, w którym do¬ kladna ilosc sadzy zostaje rozdzielona. Wstepny rozdzielacz sadzy 108 moze sie skladac z kilku cy¬ klonów.Resztkowe produkty odprowadzone przewodem 112 o temperaturze okolo 250°C mierzonej na wej¬ sciu za pomoca czujnika termometrycznego 23 do¬ chodza do filtra sadzy — koncowego oddzielacza 109, gdzie resztkowa sadza zostaje calkowicie od¬ dzielona od reakcyjnych produktów. Gazy resztko¬ we dochodza poprzez króciec ssacy 107 do dmucha¬ wy sacej 74 i stamtad do komina 75.Sadza z rozdzielaczy 108, 109 dochodzi przez otwór wylotowy 111 do poziomego przenosnika 113 i stro- monosnego przenosnika 114, w którym znajduje sie prasujace sadze urzadzenie 110 np. klapa z prze¬ ciwciezarem wywolujacym dzialanie prasujace, a na prawej stronie tego urzadzenia prasujacego znajduje sie zbiorczy bunkier 118 ze zbiorczym stozkiem 119. Na zbiorczym bunkrze 118 jest nape¬ dzana przez silnik elektryczny 116 sluza lamelowa 117, do której dochodzi sadza przez naczynie zwrot¬ ne 115. Pod zbiorczym stozkiem 119 jest umieszczo¬ ne spustowe urzadzenie 121 z waga do sadzy 120, pomostem na wage 122 i naczynia do opakowania 123.Do umozliwienia podgrzewania wstepnego czesci 111, 113 i 114 przenosnika sadzy jest przewidziany przewód laczacy 76 z klapa zamykajaca usytuowana miedzy naczyniem zwrotnym 115 i króccem ssacym 107 dmuchawy ssacej. Przez otwarcie klapy 76 na¬ stepuje krazenie gazów spalinowych podczas roz¬ palenia w komorze spalania, jak równiez otwarcie dolnej czesci urzadzenia rozdzielajacego.Na fig. 2 jest przedstawiony przekrój urzadzenia pokazanego na fig. 1, dlatego na obu figurach jak równiez na fig. 3 uzyte zostaly te same oznaczenia liczbowe dla tych samych czesci. 40 45 50 55 6091168 7 8 Czesci urzadzenia sa oparte na podlodze 105 za pomoca krócców 100, 104, 106, natomiast dmuchawy 53, 101 zbiornika rozchodowego 18 i urzadzenia do operacji wstepnej dla ciezkiego oleju 11—68 sa umieszczone celowo w suterynie.Glówne urzadzenie sterujace-dyspozycyjne jest na fig. 2 nie pokazane, ono jest celowo oddzielone od urzadzenia wedlug wynalazku. Do chlodzenia gazów spalinowych sluzy dmuchawa 101, która jest polaczona do krócca 102 chlodnicy gazów spalino¬ wych 8. Podgrzewane powietrze zostaje odprowa¬ dzane przez przewód 103 do komina 75. Ilosc chlo¬ dzonego powietrza przez dmuchawe 101 zostaje tak regulowana za pomoca klapy zaworowej w funkcji mierzonej temperatury przy stozku 86 za pomoca czujnika termometrycznego 23, ze gazy spalinowe z dostateczna temperatura wchodza do podgrzewa¬ cza powietrza 9 i z okreslona temperatura go opuszczaja.Na fig. 3 jest przedstawiona w przekroju pokry¬ wa 81 komory spalania 1 z przyporzadkowana ko¬ mora powietrzna €3. W srodkowym pclozeniu jest usytuowany palnik wstepnego ogrzewania 4 z prze¬ wodami 3, 7 dla gazu wzglednie powietrza, nato¬ miast dysze wtryskowe 43 ze wstepnymi komorami 82 sa równomiernie rozlozone na calym przekroju poprzecznym komory spalania 1. Dysze wtryskowe 43 sa zamocowane na wylotach rur 90, których dru¬ gie konce zawieraja wtykowy lacznik 91, który za pomoca kawalka gietkiego przewodu jest polaczo¬ ny z rozdzielczym przewodem 42. Na pokrywie ko¬ mory 96 sa umieszczone kolnierzowe uchwyty 92 do utrzymywania rury 90, które umozliwiaja cofanie rury 90 z natryskowymi dyszami 43, jak równiez mocowanie ich w dowolnym polozeniu za pomoca sruby 129. Przedstawione na fig. 1 przewidziane w przewodach 90 czesci — zawór odcinajacy 12, czuj¬ nik natezenia przeplywu 41 i pompa 88 — sa na fig. 3 dla prostoty opuszczone. W celu osiagniecia dobrego zmieszania ciezkiego oleju z powietrzem do spalania jest w poblizu dyszy wtryskowej 43 przesuwnie zamocowany aparat kierujacy 137.W pokrywie 81 za pomoca odpowiedniego cera¬ micznego materialu budowlanego zostaje utworzona stozkowa rozszerzajaca sie wstepna komora 82, któ¬ rej dlugosc jest dostatecznie duza do calkowitego zgazowania materialu palnego.Pokrywa 81 zawiera kolnierz 92, przy pomocy którego jest przysrubowana przycylindryczna czesc komory spalania 1. Cylindryczna czesc komory spa¬ lania jest wykonana z zaroodpornej blachy. W da¬ nym przypadku na zewnatrz przy blaszanym plasz¬ czu 93 jest przewidziane urzadzenie chlodzace albo ogrzewajace 94, od którego na fig. 3 jest widoczny skret. Ponadto blaszany plaszcz 93 zostaje wylozo¬ ny izolacyjna masa 95.Opisane urzadzenia zgodnie z fig. 1 i 2 pracuja na gazowych weglowodorach, tak ze odpadaja cze¬ sci 11 — 52. Urzadzenie mieszajace zgodnie z fig. 4 jest zamocowane do krócca 59 za pomoca kolnierza 180. Urzadzenie mieszajace ma dwa rurowe przewo¬ dy wpadajace w miejsca 166, z których jedno dla gazowych weglowodorów zawiera redukcyjny za¬ wór 148, naczynie wyrównawcze 154 z materialem wypelniajacym 155 np. z nierdzewnej stalowej wa¬ ty, zasuwe dlawiaca 159 z nastawna przyslona otwo^ rowa 160, naped elektryczny 161 z wylacznikiem 162, zwezony kawalek przewodu 164 i drugi poszerzony kawalek dla dmuchawy podgrzewanego powietrza 150 z silnikiem elektrycznym 151, redukcyjny zawór 152, naczynie wyrównawcze z materialem wypel¬ niajacym 155, zasuwe dlawiaca 157 z nastawna przyslona 158 i reczny naped 163 oraz rozszerzaja¬ ca sie czesc rurowa 165.Przy miejscu zlaczenia 166 obu przewodów ruro¬ wych jest umieszczona zasysajaca mieszanke dmu¬ chawa 169 z wentylatorem 170, wielostopniowy przelacznik 171 i wielostopniowy silnik elektryczny 172, nad którym jest przylaczony homogenizacyjny odcinek 175 z nacieta podzialka. Nastepnie znajdu¬ je sie naczynie zwrotne 177, z materialem wypel¬ niajacym 178 i zabezpieczenie ekspansyjne 179. Ma¬ nometry kontrolne 156 znajduja sie w róznych miejscach urzadzenia mieszajacego.W opisanym wedlug fig. 4 urzadzeniu mieszaja¬ cym zasuwa dlawiaca dla gazowego weglowodoru moze pracowac niezaleznie od zasuwy dlawiacej dla powietrza i dla tego zostaja ilosciowo nastawiana i regulowana. Czesci przewodów 164 i 165 maja rózne przekroje co wynika ze stosunku mieszania, np. dla gazowego weglowodoru jedna czesc i dla powietrza cztery do szesciu czesci, zaleznie od ga¬ tunku sadzy. W miejscu 166 nastepuje tworzenie sie mieszaniny, która zostaje calkowicie zmieszana w homonizacyjnym odcinku 175 za dmuchawa 169.Aby zostal zagwarantowany staly stosunek miesza¬ niny celowe jest utrzymac stale cisnienie przed obydwiema zasuwami dlawiacymi. Przez nastawia¬ nie regulacyjnej przyslony mozna regulowac albo gaz albo powietrze, co pozwala na otrzymanie kwalifikowanej sadzy. Optymalny stosunek mie¬ szanki mozna celowo otrzymac eksperymentalnie.Parafinowe weglowodory przy wysokich tempe¬ raturach rozpadaja sie na elementarne skladniki wegla pierwiastkowego i tlenu. Reakcja nastepuje juz przy okolo 900°C, a przy wzrastajacej tempe¬ raturze staje sie optymalna, przebiega przy uzyciu ciepla i oddzielenie wegla pierwiastkowego naste¬ puje wedlug wzoru 1 i 2 1) CnHm ? nC + — H2 (A H = endoter- 2 miczny) Na przyklad dla CH4: 2) CH4 ? C + 2H2 (AH = 17,87 kcal) Aby przy termicznym rozpadzie cieklego albo ga¬ zowego weglowodoru zagwarantowac ciagla wydaj¬ nosc sadzy, zostaje doprowadzone wymagane cieplo do reakcji przez czesciowe ogrzewanie wsadu we¬ glowodoru za pomoca powietrza kierowanego do procesu reakcji 3) CnHm + powietrze XC02 + yCO +J2- L H20 (x + y = n)(AH = egzotermiczny) Na przyklad dla CH4: 4) 2CH4 + 2,502 + 10N2 ? C02 + CO + + 2H20 + 10N2 (A H = 201,2 kcal) przy czym wstawia sie czesc do wzoru 5 aby: ) CH4 + H20 ? CO + 3H2 40 45 50 55 6091168 9 10 Przez sterowanie stosunku weglowodoru do po¬ wietrza mozna cala reakcje optymalizowac, prowa¬ dzac ja w temperaturze 1000—120Ó°C co wplywa na jakosc otrzymanej sadzy. W ten sposób udaje sie wytwarzac o róznej specyfikacji wysokiej ja¬ kosci sadze wydajnoscia 10—85% wegla pierwias¬ tkowego przy wprowadzonym ciezkim oleju lub —35% przy gazie ziemnym. Jako produkt ubocz¬ ny uzyskuje sie gaz grzewczy. Wazne jest, ze przy opisanym urzadzeniu zostaja kondycjonowane do¬ kladnie dozowane dostarczone ilosci zarówno we¬ glowodorów jak takze gazu zawierajacego tlen.Kondycjonowanie nastepuje przy tym przed i/albo za wlotem do komory 82. Przy opisanym urzadzeniu wedlug fig. 1 i 2 zostaje ciezki olej ogrzany do temperatury okolo 125°C, dozowany i doprowadzony pod cisnieniem okolo 25 atmosfer nadcisnienia, podczas gdy dalsze kondycjonowanie to jest rozpylanie i zgazowanie nastepuje we wstep¬ nej komorze 82. W reakcyjnej strefie komory spa¬ lania 1 nastepuje tylko praktycznie calkowita ho¬ mogenizacja gazowej mieszaniny.W gazowych weglowodorach nastepuje dalej ida¬ ce kondycjonowanie przed wejsciem do wstepnej komory 82, podczas gdy we wstepnej komorze wy¬ stepuje samo dalsze ogrzewanie mieszaniny, przy czym temperatura we wstepnej komorze wynosi ponad 600°C. Mieszanine cieklego weglowodoru z powietrzem do spalania, kondycjonuje sie w pod¬ grzewaczu 9 przez podgrzewanie. Kondycjonowanie nastepuje w urzadzeniu wedlug fig. 1 we wstep¬ nych komorach 82 a w wykonaniu dla gazowego weglowodoru w urzadzeniu mieszajacym wedlug fig. 4.Istotne dla prowadzenia procesu wstepne komory 82 sa stosunkowo male wzgledem komory spalania 1. Wiec jest celowe, podzielic wstepne komory 82 symetrycznie poprzez przekrój poprzeczny komory spalania 1. Klapa 81 musi zawierac do ulokowania wstepnych komór 82 dostatecznie mocne materialy ceramiczne.Polepszenie bezpieczenstwa w eksploatacji z cie¬ klymi weglowodorami otrzymuje sie, kiedy jak przedstawiono na fig. 1, w kazdym przedziale 42 przed czujnikiem 41 przeplywu jest umieszczona pompa dozujaca 88, która zostaje napedzona nie przedstawionym silnikiem lub silnikami.Ta wymagana ilosc pompowanej cieczy niezalez¬ na jest od chwilowego cisnienia. Kiedy w dyszy wtryskowej 43 nastapi czesciowe zatkanie przez obce cialo, to podnosi sie cisnienie odpowiedniej pompy ssacej 88 i obce cialo moze przez to zostac wydalone. Przy zastosowaniu pompy dozujacej cis¬ nienie w przewodzie doprowadzajacym 36 moze zo¬ stac ponadto podwyzszone.Ponizej podano wyniki badan pieciu typów sadzy otrzymanej sposobem wedlug wynalazku z ciezkie¬ go oleju jak równiez 12 róznych typów sadzy wy¬ tworzonych w urzadzeniu wedlug wynalazku.Analiza zastosowanego ciezkiego oleju Ciezar wlasciwy przy 20°C — 1,078 Wegiel pierwiastkowy w % — 90,25 Tlen — zawartosc w% — 8,11 65 Siarka — zawartosc w% — 1,40 Tlenek — popiól wagowo% — 0,016 Punkt zaplonu wedlug Pensky — , Martens przy °C — 153,0 Woda — zadne Kolor: ciemnobrazowo-czarny trudnotopliwy — 180,0°C Wyniki podano na podstawie obliczenia analizy bardzo ciezkiego resztkowego oleju.Cisnienie wtrysku oleju: — 26,5 Wtrysk oleju — temperatura w °C — 128,0 Wypelnienie powietrza — temperatura w°C — 195,0 Komora wstepna — temperatura w °C — 740,0 Komora spalania — temperatura w°C — 1050,0 Badanie wyników sadzy w syntetycznej gumie Sadza wedlug wynalazku Powierzchnia jodo¬ wa w m2/g Adsorbcja oleju w ml/gr Naprezenie rozcia¬ gajace w kp/cm2 Wydluzenie wzgled¬ ne przy wydluze¬ niu w procentach 300 % wspólczynnik sprezystosci posta¬ ciowej (Modul) Hartowanie rozprez¬ ne w % Szybkosc powrotna przy 100°C Strata tarcia w gr.Czas wulka¬ nizacji w min. — * 50 50 50 50 — — Typ-150 59,1 1,07 295 525 2635 68 56,9 3,65 Typ-250 98,4 1,14 311 575 2500 73 | 50,7 3,24 Fizyczne i chemiczne dane dla gumy i sadzy barwiacej gume Sadza wedlug wynalazku 1 Powierzchnia azoto¬ wa w m2/gr Nasycenie barwy we wskazniku nigrometrycznym Adsorpcja oleju w cm2/gr pH — Wartosc Zawartosc popiolu w procentach Zawartosc smoly w procentach Zawartosc wilgoci w procentach Typ-200 2 81,8 89 1,12 7,2 0,04 0,06 0,38 Typ-400 3 211,2 71 1,18 6,1 0,03 0,02 0,23 Typ-550 4 358,9 59 1,24 3,5 0,02 0,01 0,12 | 40 45 50 5511 91168 b — metan (CH^ = 83,4%, Etan (C2H4) = 8,6% propan (CaH8) = 3,2%, Butan (C4H10) = 0,7% Pentan (C5H12) = 0,1% i azot (Na) = 4,0% = 100,00% objetosciowych Nastepujace wyniki z dwóch pomiarów zostaly wyjasnione, przy czym zostal zastosowany tlen za¬ warty w gazie. Do otrzymania 1 kg sadzy potrzeba: Typ — 200: 10,2 Nm8 powietrza i 2,4 kg ciezkiego oleju tj. 4,25 Nmtykg ciezkiego oleju Typ — 400: 25,4 Nm8 i 4,3 kg ciezkiego oleju tj. 5,9 Nm8/kg ciezkiego oleju Do calkowitego spalania ciezkiego oleju wedlug powyzej wymienionej analizy potrzeba 10,27 Nm8/kg ciezkiego oleju, tak ze doprowadzona konieczna ilosc powietrza do tego calkowitego spalania ciez¬ kiego oleju wynosi minimum Typ — 200 równo 41% Typ — 400 równo 57,5% Z analizy resztkowego gazu widac, ze okolo 9 — 11% objetosciowych COz i kolo 6 — 7% objetoscio¬ wych CO powstaje jako wieksza czesc, podczas gdy znaczne czesci H2, CH4 i CmHn (ciezkie weglowo¬ dory) wypadaja i tylko maly procent wynosza.Z tych dwóch doswiadczen jasno wynika istota opisanych sposobów. Zaleznie od stosunku ciezkiego oleju do powietrza w sposobie wedlug wynalazku otrzymuje sie sadze okreslonej jakosci. Jakosc sa¬ dzy jest dobra gdy doprowadzi sie wieksza czesc powietrza.Dla jakosciowej sadzy barwiacej Typ-400 zapo¬ trzebowanie powietrza wiec wynosi równo 1,4 czesci zapotrzebowania powietrza dla sadzy gumowej ja¬ kosci Typ-200. Czesc ciezkiego oleju nie przepro¬ wadzona w sadze zostaje spalona i sluzy do tego, aby utrzymac równa temperature reakcji w komo¬ rze.Przez kondycjonowanie ciezkiego oleju i powie¬ trza przed wejsciem do komory spalania i przez regulacje pieca otrzymuje sie ciagla produkcje i stale warunki reakcji w komorze spalania, przy czym eliminuje sie inne srodki np. nosnika gazo¬ wego lub oziebianie strumieniem wody.Mozliwe jest przerwanie produkcji sadzy w kaz¬ dej chwili jak tez po okreslonym czasie i wytwarza¬ nie sadzy o innej jakosci. Do tego celu nie sa ko¬ nieczne zadne przygotowania. Po okresie podgrze¬ wania mozna przy tym bezposrednio podjac produkcje sadzy. Takze odnosnie zmiany jakosci sadzy, nie istnieje w opisanym urzadzeniu zadne ograniczenie.Sadza wytworzona w urzadzeniu wedlug Typy sadzy posredniej jakosci moga równiez byc wytwarzane w urzadzeniu wedlug wynalazku.Badania wyników dwóch sadzy wytworzonych zgodnie z wynalazkiem gazowych weglowodorów sa nastepujaco podane: Analiza zastosowanego gazu ziemnego: Metan (CH4) w procentach = 98,30 Etan (C2H6) w procentach = 1,50 Azot (N2) w procentach = 0,20 Calkowicie w procentach objetosciowych 100,00 Zawartosc wegla pierwiastkowego i wartosc opalowa zastosowanego gazu ziemnego: w jednym Nm8, gazu ziemnego jest zawartego wegla pierwiastkowego w gramach = 547,80 Wartosc opalowa = Ho — kcal/Nm8 = 9562,00 Fizyczne i chemiczne dane Powierzchnia w N2 — m2/g Nasycenie barwy (wskaznik nigrometryczny) Zawartosc wilgoci w procen¬ tach Wartosc pH Zawartosc popiolu w procen¬ tach 1 Ekstrakt acetonowy w pro¬ centach Ekstrakt smolowy w procen¬ tach 240,00 69,50 0,90 3 80 0,02 0,009 0,0015 490,00 57,00 0,30 3,50 0,03 0,005 0,001 Sa z tego samego gazu ziemnego wytwarzane leszcze inne typy sadzy otrzymanej sposobem we¬ dlug wynalazku.Ponizej podano sklad gazu ziemnego zastosowa¬ nego do wytwarzania sadzy, np.: a — metan (CH4) = 97,2%, Etan (C2H6) = 2,1% i azot (N2) = 0,7% = 100,00% objetoscio¬ wych, i PL