RU2151159C1

RU2151159C1 - Carbon black producing plant

Info

Publication number: RU2151159C1
Application number: RU99111551/12A
Authority: RU
Inventors: В.И. Алферов; Л.А. Багиров; В.И. Фейгин; Л.М. Дмитриев
Original assignee: Алферов Вадим Иванович; Багиров Лев Аркадьевич; Фейгин Владимир Исаакович; Дмитриев Леонард Макарович
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 1999-06-03
Publication date: 2000-06-20

Abstract

FIELD: process equipment for production of finely dispersed commercial carbon - carbon black used for various industries. SUBSTANCE: plant includes reactor with devices for supply of hardening agent, heat exchanger for carbon and gas products escaping from reactor and device for increasing their pressure connected with hardening agent supply device; plant is provided passage with having heat exchanger for removal of part of carbon and gas products from outlet of reactor hardening zone; this passage is connected with pressure increasing device; hardening agent supply device is made in form of hollow domes located in section of hardening zone and provided with holes on their lateral surfaces. EFFECT: reduced power requirements. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технологическому оборудованию для получения мелкодисперсного технического углерода - сажи, используемой в различных отраслях народного хозяйства. The invention relates to technological equipment for producing finely dispersed carbon black - soot used in various sectors of the economy.

Известен реактор для получения сажи, содержащий камеру горения, реакционную камеру, средства для подачи закалочного агента в виде форсунок и устройство для вывода охлажденных сажегазовых продуктов (см. описание к патенту РФ N 2077544, C 09 C 1/48, 1997 /1/). A known reactor for producing soot containing a combustion chamber, a reaction chamber, means for supplying a quenching agent in the form of nozzles and a device for outputting chilled soot and gas products (see the description of the patent of the Russian Federation N 2077544, C 09 C 1/48, 1997/1 /) .

Недостатком известного устройства является то, что в качестве закалочного агента в нем используется вода, что приводит к значительным энергозатратам, потерям тепла и к повышенной коррозии оборудования. A disadvantage of the known device is that it uses water as a quenching agent, which leads to significant energy consumption, heat loss and increased corrosion of the equipment.

Известен реактор для получения сажи, содержащий камеру горения, реакционную камеру с зоной закалки и средствами подачи закалочного агента в виде сопел, размещенных в стенках реактора. В качестве закалочного агента используется вода или охлажденные сажегазовые продукты реакции (см. описание к патенту США N 4339422, НКИ 423 - 456, 1982 /2/). A known reactor for producing soot containing a combustion chamber, a reaction chamber with a quenching zone and means for supplying a quenching agent in the form of nozzles placed in the walls of the reactor. As the quenching agent, water or chilled soot-gas reaction products is used (see the description of US patent N 4339422, NKI 423 - 456, 1982/2 /).

Недостатком известного устройства являются повышенные энергозатраты на реализацию процесса, что связано с неэффективной подачей закалочного агента в зону закалки, что приводит к ухудшению процесса смешения, увеличению времени закалки и тем самым к снижению количества и качества готового продукта. A disadvantage of the known device is the increased energy consumption for the implementation of the process, which is associated with an inefficient supply of the quenching agent to the quenching zone, which leads to a deterioration in the mixing process, an increase in the quenching time, and thereby a decrease in the quantity and quality of the finished product.

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности и достигаемому результату является установка для получения сажи, известная из описания к патенту США N 4542007, НКИ 423 - 450, 1985 /3/. Closest to the claimed in its technical essence and the achieved result is the installation for carbon black, known from the description of US patent N 4542007, NKI 423-450, 1985/3 /.

Известная установка содержит реактор со средствами для подачи в него закалочного агента, в качестве которого используют охлажденные сажегазовые продукты, теплообменник для охлаждения выходящих из реактора сажегазовых продуктов и средство для повышения их давления, соединенное со средствами для подачи закалочного агента. The known installation comprises a reactor with means for supplying a quenching agent to it, which is used as chilled soot and gas products, a heat exchanger for cooling soot and gas products leaving the reactor, and means for increasing their pressure, connected to means for supplying a quenching agent.

Недостатками известного устройства являются слабая эффективность процесса смешения и повышенные энергозатраты при его эксплуатации. Причиной является малоэффективный впрыск закалочного агента, что приводит к его значительному расходу, ухудшению качества продукции и требует повышенных энергозатрат на его транспортировку. Кроме того, охлажденные сажегазовые продукты, используемые для закалки, отбирают практически на выходе из установки (перед сепаратором), т. е. после прохождения ими всего тракта, что также влечет повышение знергозатрат. The disadvantages of the known device are the poor efficiency of the mixing process and increased energy consumption during its operation. The reason is the ineffective injection of the quenching agent, which leads to its significant consumption, deterioration of product quality and requires increased energy costs for its transportation. In addition, chilled soot-and-gas products used for quenching are taken practically at the outlet of the unit (in front of the separator), i.e., after they have passed the entire path, which also entails an increase in energy costs.

Заявляемая в качестве изобретения установка для получения сажи направлена на снижение энергозатрат при ее эксплуатации. Declared as an invention, a plant for producing soot is aimed at reducing energy consumption during its operation.

Указанный результат достигается тем, что установка содержит реактор со средствами для подачи в него закалочного агента, теплообменник для охлаждения выходящих из реактора сажегазовых продуктов и средство для повышения их давления, соединенное со средством подачи закалочного агента, при этом установка снабжена каналом с теплообменником для отвода части сажегазовых продуктов с выхода зоны закалки реактора, канал соединен со средством для повышения давления сажегазовых продуктов, а средство для подачи закалочного агента выполнено в виде размещенных в сечении зоны закалки пустотелых обтекателей с отверстиями на боковых поверхностях. This result is achieved in that the installation comprises a reactor with means for supplying a quenching agent into it, a heat exchanger for cooling soot and gas products leaving the reactor and means for increasing their pressure, connected to a means for supplying a quenching agent, while the installation is equipped with a channel with a heat exchanger for removing part soot and gas products from the exit of the quenching zone of the reactor, the channel is connected to means for increasing the pressure of soot and gas products, and the means for feeding the quenching agent is made in the form not placed in the cross-section of the quenching zone of hollow fairings with holes on the side surfaces.

Указанный результат достигается также тем, что в отверстиях обтекателей установлены сопла. The indicated result is also achieved by the fact that nozzles are installed in the openings of the fairings.

Отличительными признаками заявляемой установки являются:
- снабжение установки каналом для отвода части сажегазовых продуктов из выхода зоны закалки для их использования в качестве закалочного агента после охлаждения в теплообменник;
- соединение отводного канала со средствами повышения давления сажегазовых продуктов;
- выполнение средства для подачи закалочного агента в виде размещенных в сечении зоны закалки пустотелых обтекателей с отверстиями в боковых поверхностях;
- установка сопел в отверстиях обтекателей.Distinctive features of the claimed installation are:
- supplying the installation with a channel for removing part of the carbon black products from the outlet of the quenching zone for use as a quenching agent after cooling into the heat exchanger;
- connection of the outlet channel with means for increasing the pressure of soot and gas products;
- the implementation of the means for feeding the quenching agent in the form of hollow fairings placed in the cross section of the quenching zone with holes in the side surfaces;
- installation of nozzles in the openings of the fairings.

Снабжение установки каналом для отвода части сажегазовых продуктов из выхода зоны закалки для их использования в качестве закалочного агента после охлаждения в теплообменнике позволяет существенно сократить энергозатраты, так как отпадает необходимость в транспортировке по всему тракту установки той части сажегазовых продуктов, которая направляется на закалку, поскольку отобранная с помощью отводного канала часть продуктов сразу же после охлаждения направляется в зону закалки. Providing the installation with a channel to divert part of the carbon black and gas products from the quenching zone outlet for use as a quenching agent after cooling in the heat exchanger can significantly reduce energy consumption, since there is no need to transport the part of the carbon black and gas products that goes to the quenching throughout the installation path, since the selected with the help of the outlet channel, part of the products immediately after cooling is sent to the quenching zone.

Непосредственное соединение отводного канала со средствами повышения давления сажегазовых продуктов также снижает энергозатраты, так как сокращает путь сажегазовых продуктов из выхода зоны закалки в зону закалки. The direct connection of the outlet channel with means for increasing the pressure of soot and gas products also reduces energy consumption, as it reduces the path of soot and gas products from the exit of the quenching zone to the quenching zone.

Выполнение средства для подачи закалочного агента в виде размещенных в сечении зоны закалки пустотелых обтекателей с отверстиями в боковых поверхностях позволяет равномерно распределить закалочный агент в охлаждаемом объеме продуктов реакции пиролиза, что повышает эффективность использования закалочного агента, сокращает его расход, а следовательно и энергозатраты на его транспортировку. The implementation of the means for feeding the quenching agent in the form of hollow fairings placed in the cross-section of the quenching zone with holes in the lateral surfaces makes it possible to evenly distribute the quenching agent in the cooled volume of the pyrolysis reaction products, which increases the efficiency of use of the quenching agent, reduces its consumption, and, consequently, the energy consumption for its transportation .

Для обеспечения эффективного теплообмена достаточно вводить закалочный агент - охлажденные сажегазовые продукты - через отверстия в боковых поверхностях обтекателей, однако, если в этих отверстиях установить сопла, то эффективность теплообмена повышается, что снижает энергозатраты в большей степени, чем при отсутствии сопел. To ensure effective heat transfer, it is sufficient to introduce a quenching agent — chilled soot and gas products — through openings in the side surfaces of the fairings; however, if nozzles are installed in these openings, the heat exchange efficiency increases, which reduces energy consumption to a greater extent than in the absence of nozzles.

Сущность заявляемой установки поясняется примером реализации и чертежом, на котором схематично представлен продольный разрез зоны закалки реактора установки для получения сажи. Все остальные узлы и агрегаты, входящие в состав установки, на чертеже не показаны, поскольку известны из уровня техники и не относятся к сущности предложения. The essence of the inventive installation is illustrated by an example implementation and a drawing, which schematically shows a longitudinal section of the quenching zone of the reactor of the installation for producing soot. All other components and assemblies included in the installation are not shown in the drawing, since they are known from the prior art and are not related to the essence of the proposal.

В корпусе 1 реактора для получения сажи, а именно в сечении зоны закалки установлены полые обтекатели 2, соединенные между собой с помощью пустотелых установочных элементов 3, которые соединены с известными средствами повышения давления сажегазовых продуктов (вентилятор, компрессор и т.п.). Установочные элементы 3 таким образом выполняют две функции - обеспечивают закрепление обтекателей в зоне закалки и подачу в обтекатели закалочного агента от вентилятора или компрессора. Обтекатели выполняются в виде аэродинамических профилей из жаропрочных материалов, при этом их форма, размеры, поперечное сечение и расстояние между ними определяется расчетным путем, исходя из параметров потока продуктов реакции пиролиза, с тем чтобы минимизировать увеличение газодинамического сопротивления в зоне закалки и обеспечить эффективный теплообмен между продуктами реакции и закалочным агентом. На выходе из зоны закалки установлен (или установлены) один или несколько отводных каналов 4, которые снабжены теплообменником и соединены с вентилятором (компрессором и т.п.). Боковые поверхности обтекателей снабжены отверстиями, в которых могут быть установлены сопла, для подачи закалочного агента. На чертеже показано условно и обозначено позицией 5. In the reactor vessel 1 for producing soot, namely, in the cross section of the quenching zone, hollow cowls 2 are installed, interconnected by means of hollow installation elements 3, which are connected to known means for increasing the pressure of carbon black products (fan, compressor, etc.). The mounting elements 3 thus perform two functions - provide for fixing the cowls in the quenching zone and supplying quenching agent to the cowls from the fan or compressor. Fairings are made in the form of aerodynamic profiles made of heat-resistant materials, and their shape, size, cross section and the distance between them are determined by calculation based on the parameters of the flow of pyrolysis reaction products in order to minimize the increase in gas-dynamic resistance in the quenching zone and to ensure effective heat transfer between reaction products and quenching agent. At the exit from the quenching zone, one or more bypass channels 4 are installed (or installed), which are equipped with a heat exchanger and connected to a fan (compressor, etc.). The side surfaces of the fairings are provided with holes in which nozzles can be installed for feeding the quenching agent. The drawing shows conditionally and is indicated by the position 5.

Установка работает следующим образом. В камеру горения реактора подают воздух (или кислород) и топливо, в качестве которого используют природный газ, мазут, солярку и т. п. Продукты сгорания топлива поступают в камеру смешения, в которую через форсунки попадают углеродсодержащее сырье, например, смесь тяжелого газойля с антраценовым маслом. Сырье сливается с потоком продуктов горения топлива и термически разлагается с образованием сажи. Полученная сажегазовая смесь перемещается по реактору 1 к зоне закалки, в поперечном сечении которой установлены обтекатели 2. Через отверстия (сопла) в боковых поверхностях обтекателей под давлением подается закалочный агент, в качестве которого используется охлажденная сажегазовая смесь. Закаленная в результате теплообмена между продуктами реакции пиролиза и закалочным агентом смесь выходит из зоны закалки и при выходе разделяется на две части. Одна часть известным путем по соответствующему тракту транспортируется на сепарацию, а вторая через отводной канал 4 проходит через теплообменник, где охлаждается, а затем с помощью средств повышения давления (вентилятор, компрессор) через пустотелые установочные элементы 3 подается в объемы пустотелых обтекателей 2 и распыляется через отверстия (сопла) в их боковых поверхностях, осуществляя закалку продуктов реакции пиролиза. Installation works as follows. Air (or oxygen) and fuel, which use natural gas, fuel oil, diesel fuel, etc., are fed into the combustion chamber of the reactor. The combustion products of the fuel enter the mixing chamber, into which carbon-containing raw materials, for example, a mixture of heavy gas oil, pass through nozzles anthracene oil. Raw materials merge with the flow of fuel combustion products and thermally decompose with the formation of soot. The obtained soot-gas mixture moves through the reactor 1 to the quenching zone, in the cross section of which the cowls 2 are installed. Through the holes (nozzles) in the side surfaces of the cowls, the quenching agent is supplied under pressure, which is used as a cooled soot-gas mixture. The mixture hardened as a result of heat exchange between the products of the pyrolysis reaction and the quenching agent leaves the quenching zone and, when exiting, is divided into two parts. One part is transported to the separation in a known way through the appropriate path, and the second through the outlet channel 4 passes through the heat exchanger, where it is cooled, and then, using pressure boosting devices (fan, compressor) through the hollow installation elements 3, it is fed into the volumes of the hollow cowls 2 and sprayed through holes (nozzles) in their side surfaces, hardening the products of the pyrolysis reaction.

Claims

1. Installation for producing soot, comprising a reactor with means for supplying a quenching agent into it, a heat exchanger for cooling soot and gas products leaving the reactor and means for increasing their pressure, connected to means for supplying a quenching agent, characterized in that the installation is provided with a channel with a heat exchanger for the removal of part of the soot and gas products from the exit of the hardening zone of the reactor, the channel is connected to a means for increasing the pressure of the soot and gas products, and the means for feeding the quenching agent placed in the cross section of the quenching zone of hollow fairings with holes on the side surfaces.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the nozzles are installed in the openings of the fairings.