RO109454B1 - Procedeu pentru fabricarea negrului de fum - Google Patents

Abstract

Prezenta invenție se referă la un procedeu pentru fabricarea negrului de fum, semiactiv, utilizat ca material de umplutură, în industria prelucrătoare de polimeri. Procedeul conform invenției, prin descompunerea termică a hidrocarburilor lichide, constă în introducerea materiei prime, preîncălzite la 130°C, alimentată cu un debit de 400...1200 1/h în reactor, printr-un injector axial, iar prin arzătoarele de gaz metan, în număr de 6, dispuse radial pe capacul reactorului, se alimentează 140 Nmc/h gaz metan și, tangențial, 1400......2000 Nmc/h aer combustibil, Ia 300...450°C, pulverizarea tarului realizându-se cu aer de 20 at, Ia debit de 150 Nmc/h, iar aerosolul de negru de fum, obținut prin descompunerea termică a hidrocarburilor lichide, la 1150... 1450°C, se răcește cu apa în camera de stabilizare, până la 750°C, după care se trece în preîncălzitorul de aer, în refrigerent de aer, în refrigerent și în bateria de cicloane, unde se reține 85% în cantitatea de negru de fum rezultat, iar restul de negru de fum, împreună cu gazele de reacție, se captează într-un filtru cu saci, în proporție de 99%. Materia primă utilizată în proces este constituită din 0...10% extract naftenic și 0...50% reziduuri de cracare catalitică.

Description

Prezenta invenție se referă la un procedeu pentru fabricarea negrului de fum, semiactiv, utilizat ca material de umplutură, în industria prelucrătoare de polimeri.

Se cunosc procedee de obținere a 5 negrului de fum și care comportă, în principal, aceleași faze : pregătirea materiei prime, preîncălzirea materiei prime, descompunerea termică a produselor petroliere (materiei prime) lichide și obținerea negrului de fum, 10 separarea negrului de fum din aerosol, granular ea și ambalarea.

Diferențele între diferitele procedee de obținere a negrului de fum constau în materiile prime folosite, parametrii tehnologici și 15 diferențele constructive ale reactorului de sinteză.

In principiu, reactorul este format dintr-o cămașă metalică, căptușită cu cărămidă refractară și este format dintr-o cameră de 20 inițiere a reacțiilor de descompunere, prevăzută cu mai multe arzătoare cu gaz metan și un injector coaxial, pentru introducerea materiei prime, fin pulverizată, și dintr-o cameră de stabilizare a procesului de reacție, 25 despărțite între ele, printr-o diafragmă. Căldura necesară procesului de descompunere termică se realizează prin arderea gazului metan, în prezența aerului de combustie sau prin arderea unei cote părți din materia primă. 3 0

Aceste procedee prezintă o serie de dezavantaje, datorită lungimii mari a reactorului și a activatorului, circa 40 m. Se consumă o cantitate mare de cărămidă refractară și tablă care ridică costul investiției. 3 5

- captarea negrului de fum, cu filtre electrice, este defectuoasă ;

- realizează un consum specific ridicat de gaz metan, necesar încălzirii și menținerii reactorului, la temperatura necesară regimului 4 0 de lucru;

- imposibilitatea producerii mai multor tipuri de negru de fum, pe aceeași instalație;

- lipsă de flexibilitate în ceea ce privește utilizarea mai multor tipuri de materii 45 prime;

- imposibilitatea unui control riguros al temperaturii, de-a lungul cuptorului.

Se cunoaște astfel un procedeu pentru obținerea negrului de fum, de furnal, din 5 0 hidrocarburi lichide, gaz combustibil și aer de ardere, prin introducerea aerului, tangențial sau paralel cu axa reactorului, și pulverizarea hidrocarburii lichide, printr-un dispozitiv poziționat în mijlocul peretelui frontal, al reactorului, gazul combustibil fiind injectat cu o presiune până la 5 at, de preferință, între 0,1 și 3 at, perpendicular pe axa centrală a reactorului, la un raport hidrocarbură lichidă : aer: gaz -combustibil 1 : 2,5 ... 4 : 0,35 [RO 71015].

De asemenea, este cunoscut un procedeu pentru obținerea de negru de fum, prin descompunerea termică, la 1380 ... 1400°C, a unei hidrocarburi, într-un curent de produse de ardere a unui combustibil ars, în prezență de aer, după care amestecul de negru de fum și gaze este răcit brusc, cu apă la 650 ... 750°C, apoi cu ajutorul aerului se răcește la 560 ... 440°C [ RO 73256].

Acest procedeu prezintă un dezavantaj prin faptul că necesită un consum mare de combustibil.

In scopul obținerii negrului de fum, este cunoscut un procedeu care cuprinde : introducerea unei hidrocarburi, într-o primă zonă a unui reactor tubular, introducerea tangențială a gazelor de combustie, fierbinți, obținute prin oxidarea combustibilului cu aer, în prima zonă a reactorului, formarea unui amestec de hidrocarbură și combustibil, care se trece prin zona menționată, la o viteză mare, ce favorizează creșterea temperaturii necesare pirolizei amestecului, urmată de trecerea acestuia, în zona a doua, pentru continuarea pirolizei, la o viteză mai mică de

2,5 ... 3 ori decât viteza din prima zonă, pentru formarea negrului de fum, care, în final, se separă. [ US 3.972.986].

Procedeul de fabricare a negrului de fum, conform invenției, prin descompunerea termică a hidrocarburilor lichide, constă din introducerea materiei prime preîncălzite la 130°C, alimentată cu un debit de 400 ... 1200 1/h în reactor, printr-un injector axial, iar prin arzătoarele de gaz metan, în număr de 6, dispuse radial pe capacul reactorului, se alimentează 140 Nmc/h gaz metan și tangențial 1400 ... 2000 Nmc/h aer de combustibil la 300 ... 450°C, pulverizarea tarului realizându-se cu aer de 20 at, la debit de 150

Nmc/h, iar aerosolul de negru de fum, obținut prin descompunerea termică a hidrocarburilor lichide, la 1150 ... 1450°C, se răcește cu apă, în camera de stabilizare, până la 750°C, după care se trece în preîncălzitorul de aer, în refrigerent și în bateria de cicloane, unde se reține 85% din cantitatea de negru de fum, rezultat, iar restul de negru de fum, împreună cu gazele de reacție se captează într-un filtru cu saci, în proporție de 99 %.

Procedeul conform invenției prezintă avantaj prin faptul că permite o mai bună corelare între caracteristicile materiilor prime folosite și calitatea negrului de fum obținut.

Deasemenea, prin caracteristicile constructive ale reactorului, se realizează randamente de transfer ridicate, se permite utilizarea unei mari diversități de materii prime cu obținerea diferitelor tipuri de negru de fum.

In fig. 2 și 3 sunt redate schemele de principiu, a instalației și respectiv, a reactorului de fabricare a negrului de fum.

Instalația de fabricare a negrului de fum este alcătuită dintr-un rezervor 1 de pregătire șarje, un deshidratator 4, un preîncălzitor de tar 5, un reactor de sinteză 6, un schimbător de căldură 7, un refrigerent 8, o baterie de cicloane 9 și un filtru de separare cu saci 10.

Reactorul utilizat pentru fabricarea negrului de fum prin procedeul conform invenției este constituit dintr-un cap de alimentare, o cameră de inițiere și o cameră de stabilizare a reacțiilor de descompunere, separate între ele, printr-o strangulare de tip Venturi.

Capul de alimentare a reactorului are diametrul exterior de 1630 mm, diametrul interior de 1500 mm și lungimea de 1400 mm și este prevăzu,t pe capac, cu 6 arzătoare oblice, care imprimă flăcării un traseu turbionar.

Cele două tronsoane ale reactorului cu lungimea de 3670 mm, respectiv 2470 mm, prevăzute cu 5 injectoare de stropire cu apă, dispuse la distanțele de 2470 - 2870 - 3670 - 4364 și 6740 față de flanșa de îmbinare a capacului cu corpul reactorului, camera de ardere având diametrul de 720 mm și lungimea de 800 mm, iar camera de reacție având diametrul de 490 mm și lungimea 5748 mm, cele două camere fiind despărțite printr-o diafragmă cu diametrul de 250 mm și grosimea cuprinsă între 10 și 400 mm prevăzută cu orifieii pentru injectarea materiei prime (tar), orifieii dispuse la 180°C.

Reactorul funcționează în regim continuu, la o presiune de regim cuprinsă între 3000 ... 5000 mm col.H₂0, la temperatură de regim cuprinsă între 1600 și 1800°C, în zona de combustie, iar în zona de reacție 1150 ... 1400°C, temperatura afluentului după călire fiind 750°C, presiunea de injecție a tarului de

2,5 at și debitul de alimentare a materiei prime 400 ... 1200 1/h. Gazul de combustibie folosit este gaz metan la presiunea de 0,65 ... 2 at și un debit de 120 ... 200 Nmc/h, iar aerul de combustie se introduce la o temperatură de 300 ... 450°C și la un debit de 1400 ... 3000 Nmc/h. După faza de reacție are loc o răcire cu apă demineralizată, la 15 ... 25°C, pulverizată direct în efluentul de gaz, la o presiune de injecție de 6 ... 8 at și un debit de 750 ... 1600 1/h.

Materia primă, utilizată în proces, este un amestec de produse cocsochimice, extracte aromatice și reziduuri de cracare catalitică, cu următoarea compoziție : 0 ... 50 % creuzot de huilă, 0 ... 50 % extract de motorină de cracare catalitică, 0 ... 20 % extract de ulei mediu ; 0 ... 10 % extract naftenic și 0 ... 50 % rezidii de cracare catalitică.

In tabele 1 și 2 sunt redate caracteristicile materiilor prime utilizate în procedeul conform invenției.

Tabel 1

Caracteristici	Ulei naftenic	Ulei mediu	Rezidiu de cracare catalitică
1. Densitate 20°C	0,95-1,00	0,97	1,10
2. Viscozitate la 50°C în Έ	15
3. Viscozitate la 100°C în °E		8	1,75
4. Punct inițial de distilare °C		300	210
5. Hidrocarburi aromatice %		63
6. Apă %	0,8	0,5	1,0
7. H/C	1,40	1,48	1,3
8. Cocs %	9,5		6,5
9. BMCI	90	90	100 - 115

Tabel 2

Caracteristici	Extract de motorină	Ulei de creuzet
1.	d 20°C	1,000	1,07 - 1,12
2.	Viscozitate la 100°C,°E	1,5
3.	Punct inițial de distilare.	300	210
4.	Hidrocarburi aromatice %	70
5.	Apă %	0,5	0,3
6.	H/C	1,22	0,7 - 0,9
7.	Cocs %	1,2	1,10
8.	BMCI	95	145

Se dau, în continuare, patru exemple de realizare a invenției.

Exemplul 1. Reactorul 6 de producere a negrului de fum, conform fig. 2, se alimentează cu 550 1 /h materie primă din rezervorul 1, preîncălzită în preîncălzitorul de tar, la 130°C, printr-un injector axial. Materia primă are un raport atomic H/C = 1,306 și este constituită din 75 % extract de ulei mediu, 10 % ulei de creuzot și 15 % extract de ulei naftenic.

Prin arzătoarele de gaz metan, dispuse radial, în număr de 6, pe capacul reactorului, se alimentează 140 Nmc/h gaz metan și tangențial 1400 Nmc/h aer de combustie.

Pulverizarea tarului (amestecului de fracții cocsochimice și extracte aromatice) se face cu aer de 20 at, la un debit de 150 Nmc/h. Temperatura în cuptor este de 1150°C. La intrarea aerosolului format prin descompunerea materiei prime, în camera de stabilizare are loc o răcire cu apă, până la circa 750°C, după care aerosolul cu negru de fum trece în preîncălzitorul de aer(7) și prin intermediul unui refrigerent(8) - unde are loc o stropire cu apă, amestecul de gaze cu negru de fum trece în bateria de cicloane (9) unde se reține circa 85 % din cantitatea de negru de fum. Restul de negru de fum, împreună cu gazele de reacție se captează în proporție de 99 % într-un filtru cu saci.

Negrul de fum obținut are caracteristicile prezentate în tabelul 3. Profilul cuptorului, conductele de alimentare cu aer, gaz metan și injectorul de tar sunt conform fig. 5 2.

Exemplul 2. In condițiile de lucru ale exemplului 1, dar înlocuind materia primă, după cum urmează, se alimentează reactorul cu 600 1/h tar compus din 50 % ulei de creuzot și 10 50 % extract de motorină, de cracare catalitică, cu un raport atomic H/C = 1,088.

Se obține un negru de fum a cărui calitate este prezentată în tabelul 3.

Exemplul 3. In condițiile exemplului 1, se alimentează reactorul cu 600 1/h tar cu compoziția 30 % ulei de creuzot ; 20 % extract de ulei mediu, 5 % extract de ulei naftenic și 45 % extract de motorină de cracare catalitică. Caracteristicile negrului de fum obținut sunt prezentate în tabelul 3.

Exemplul 4. In condițiile exemplului 1, se alimentează reactorul cu 850 1/h tar amestec format din 90 % extract de motorină de cracare catalitică și 10 % ulei de creozot. Temperatura în cuptor este de 1400°C. Caracteristicile negrului de fum obținut sunt prezentate în tabelul 3.

Tabelul 3

Caracteristici	Exemplul
1	2	3	4
Indicele de iod mgl/g n f	32	35,58	32,56	43
Indicele de ulei DBP ml
DBP/lOOg n.f.	72	76	70	112
Tipul de negru de fum	SRF	SRF	SRF	FEF

Revendicări

Claims (2)

1. Revendicări

   1. Procedeu pentru fabricarea negrului de fum, prin descompunerea termică a hidrocarburilor lichide, în prezența unui gaz combustibil (gaz metan) și a unui gaz de ardere (aer), urmată de răcirea aerosolului format și separarea negrului de fum obținut, caracterizat prin aceea că materia primă, preîncălzită la 130°C, se alimentează cu un debit de 400 ... 1200 1/h în reactor, printr-un injector axial, iar prin arzătoarele de gaz metan, dispuse radial, pe capacul reactorului, se alimentează 140 Nmc/h gaz metan și tangențial 1400 ... 2000 Nmc/h aer de combustibil la 300 ... 450°C, pulverizarea tarului realizându-se cu aer de 20 at, la debit de 150 Nmc/h, iar aerosolul de negru de fum, obținut prin descompunerea termică a hidrocarburilor lichide, la 1150 ... 1450°C, se răcește cu apă, în camera de stabilizare, până la 570°C, după care se trece în preîncălzitorul de aer, în refrigerent și în bateria de cicloane, unde se reține 85 % din cantitatea de negru de fum rezultat, iar restul de negru de fum, împreună cu gazele de reacție, se captează într-un filtru cu saci, în proporție de 99%.
2. 2. Procedeu pentru fabricarea negrului de fum, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea ca materia primă, supusă descompunerii termice, este constituită din amestec de produse cocsochimice, extracte aromatice și reziduuri de cracare catalitică, având compoziția 0 ... 50 % creuzot de huilă, 0 ... 50 % extract de motorină de cracare catalitică, 0 ... 20 % extract de ulei mediu, 0 ... 10 % extract naftenic și 0 ... 50 % reziduuri de cracarea catalitică.