RU2179564C1 - Commercial carbon, method of its production and reactor for production of commercial carbon - Google Patents
Commercial carbon, method of its production and reactor for production of commercial carbon Download PDFInfo
- Publication number
- RU2179564C1 RU2179564C1 RU2001110540/12A RU2001110540A RU2179564C1 RU 2179564 C1 RU2179564 C1 RU 2179564C1 RU 2001110540/12 A RU2001110540/12 A RU 2001110540/12A RU 2001110540 A RU2001110540 A RU 2001110540A RU 2179564 C1 RU2179564 C1 RU 2179564C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixing
- products
- standard deviation
- channel
- nozzle
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/44—Carbon
- C09C1/48—Carbon black
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/44—Carbon
- C09C1/48—Carbon black
- C09C1/50—Furnace black ; Preparation thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/60—Particles characterised by their size
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/12—Surface area
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к процессу производства технического углерода из жидкого сырья, который используется как наполнитель полимерных материалов. The invention relates to a process for the production of carbon black from liquid raw materials, which is used as a filler for polymeric materials.
Процесс сажеобразования включает в себя несколько стадий: диспергирование жидкого углеводородного сырья в потоке газов горения, испарение образовавшихся капель, химическое разложение паров сырья, образование частиц сажи из продуктов пиролиза. Вторая стадия, как наиболее медленная, лимитирует скорость всего процесса в целом и поэтому может сильно влиять на качество получаемого продукта. Из-за большой скорости реакции разложения пиролиз паров идет параллельно и одновременно с испарением капель, и если оно происходит быстро, то после образования зародышей сажи последующий рост всех ее частиц происходит почти одновременно. В результате должен получиться продукт с однородным по размеру частиц составом. The soot formation process includes several stages: dispersing liquid hydrocarbon feedstock in a stream of combustion gases, evaporating droplets formed, chemical decomposition of the vapor of the feedstock, the formation of soot particles from the pyrolysis products. The second stage, as the slowest one, limits the speed of the whole process as a whole and therefore can greatly affect the quality of the resulting product. Due to the high rate of the decomposition reaction, vapor pyrolysis proceeds in parallel and simultaneously with the evaporation of droplets, and if it occurs quickly, then after the formation of soot nuclei, the subsequent growth of all its particles occurs almost simultaneously. The result should be a product with a uniform particle size composition.
В известных способах получения технического углерода описанных, например, в RU 2097398, RU 2083614, US 3477816, US 4360497 для получения технического углерода с высокой активностью повышают температуру газов горения до 2000oС и/или увеличивают их скорость в зоне смешения за счет уменьшения диаметра этой зоны.In the known methods for producing carbon black described, for example, in RU 2097398, RU 2083614, US 3477816, US 4360497 to produce carbon black with high activity, the temperature of the combustion gases is increased to 2000 ° C and / or their velocity in the mixing zone is increased due to a decrease in diameter this zone.
Первая из этих мер требует повышения жаростойкости огнеупорного материала реактора и значительно увеличивает стоимость производства сажи. Вторая вызывает необходимость увеличить избыточное давление при подаче воздуха в реактор до 1,5 атм. При этом велики затраты на работу воздуходувки. The first of these measures requires increasing the heat resistance of the refractory material of the reactor and significantly increases the cost of soot production. The second makes it necessary to increase the excess pressure when air is supplied to the reactor to 1.5 atm. At the same time, the costs of the blower are high.
Кроме того, при дальнейшем увеличении нагрузки на реактор и создании большегрузных реакторов, имеющих большие габаритные размеры, получить технический углерод с высокими усиливающими свойствами, затруднено. In addition, with a further increase in the load on the reactor and the creation of heavy-load reactors having large overall dimensions, it is difficult to obtain carbon black with high reinforcing properties.
В патенте RU 2131766 (ОАО "Ярославский технический углерод") 20.06.1999 описаны реактор и способ получения технического углерода с размерами частиц 110-600 ангстрем при степени срастания частиц в агрегате в пределах 0,03-0,09. Он имеет многоканальную зону смешения фаз, в котором общее суммарное сечение каналов примерно равно сечению зоны смешения в обычном одноканальном реакторе. Распределение общего расхода сырья по нескольким каналам позволяет вводить его в каждый из них с помощью одной или двух струйных форсунок с соответственно меньшим диаметром выходного отверстия. Это способствует более тонкому первичному распылению сырья, более быстрому испарению капель, большей однородности частиц технического углерода по размерам, меньшим средним размерам этих частиц и их большей активности. Однако в готовой продукции велико количество включений и сажа, получаемая в таком реакторе недостаточно однородна. In the patent RU 2131766 (OJSC "Yaroslavl carbon black") 06/20/1999 describes a reactor and a method for producing carbon black with particle sizes of 110-600 angstroms with a degree of fusion of particles in the unit in the range of 0.03-0.09. It has a multichannel phase mixing zone in which the total total cross-section of the channels is approximately equal to the cross-section of the mixing zone in a conventional single-channel reactor. Distribution of the total feedstock consumption over several channels allows introducing it into each of them using one or two jet nozzles with a correspondingly smaller diameter of the outlet. This contributes to a finer primary atomization of the raw materials, faster evaporation of the droplets, greater uniformity of the carbon black particles in size, smaller average sizes of these particles and their greater activity. However, the number of inclusions and soot obtained in such a reactor is not uniform enough in the finished product.
Настоящее изобретение направлено на дальнейшее увеличение однородности частиц и обеспечение более высокого выхода высокоактивного технического углерода при уменьшении коксообразования. The present invention is aimed at further increasing the uniformity of the particles and providing a higher yield of highly active carbon black while reducing coke formation.
Поставленная задача решается тем, что в техническом углероде агрегаты имеют следующие размеры: средний диаметр 0,18-0,23 нм при стандартном отклонении ≥0,088 нм, но ≤0,161 нм, периметр 1,38-2,28 нм при стандартном отклонении ≥1,4703 нм, но ≤3,0334 нм, площадь проекции 0,036-0,073 нм2 при стандартном отклонении ≥0,0542 нм2, но ≤0,1363 нм2, площадь пор 5,67-11,82 нм2 при стандартном отклонении ≥19,8133 нм2, но ≤25,5591 нм2. Под стандартным (выборочным) отклонением понимают положительный квадратный корень из выборочной дисперсии и определяют по формуле:
где n - количество исследованных агрегатов;
xi - i-oe значение рассматриваемой величины;
среднее арифметическое рассматриваемой величины.The problem is solved in that the aggregates in carbon black have the following dimensions: average diameter 0.18-0.23 nm with a standard deviation ≥0.088 nm, but ≤0.161 nm, the perimeter 1.38-2.28 nm with a standard deviation ≥1 , 4703 nm, but ≤3.0334 nm, projection area 0.036-0.073 nm 2 with standard deviation ≥0.0542 nm 2 , but ≤0.1363 nm 2 , pore area 5.67-11.82 nm 2 with standard deviation ≥19.8133 nm 2 , but ≤25.5591 nm 2 . Under the standard (selective) deviation is understood as the positive square root of the sample variance and is determined by the formula:
where n is the number of investigated aggregates;
x i - i-oe value of the considered quantity;
arithmetic mean of the considered value.
В предложенном способе получения технического углерода, включающем сжигание топливного газа в зоне горения, формирование зоны реакции за счет разделения общего объема продуктов горения на несколько потоков одинакового поперечного сечения, смешение углеводородного сырья с продуктами горения в каждом потоке и охлаждение продуктов реакции сажеобразования, в зоне реакции обеспечивают теплообмен между вышеуказанными потоками, равномерно распределяют температурное поле в поперечном сечении многоканального смесительного сопла по всей его длине в пространстве, окружающем потоки, обеспечивают одинаковые температурные условия для проведения реакции сажеобразования в каждом потоке, при этом поддерживают в зоне реакции скорость потока 250-300 м/с и перепад давления на входе и на выходе 0,02-0,04 МПа, затем на расстоянии, не превышающем 2-5 диаметров каналов, объединяют сажегазовые потоки, обеспечивая при этом их резкое торможение и турбулентное перемешивание, далее охлаждают продукты реакции сажеобразования до температуры 1100-1200oС. Углеводородное сырье поступает в зоны смешения под углом 90-135o к направлению потока продуктов горения, перед подачей в зону смешения подогревают углеводородное сырье до температуры 180-210oС и подают под давлением 1,8-2 МПа, для осуществления теплообмена между потоками размещают их в материале, обладающем теплопроводностью около 1,2-4,8 Вт/(м•К) и теплоемкостью около 0,7-1,08 кДж/(кг•К), дополнительно охлаждают продукты реакции сажеобразования до температуры 750-800oС.In the proposed method for producing carbon black, which includes burning fuel gas in a combustion zone, forming a reaction zone by dividing the total volume of combustion products into several streams of the same cross section, mixing hydrocarbon materials with combustion products in each stream and cooling the products of soot formation reaction in the reaction zone provide heat exchange between the above flows, evenly distribute the temperature field in the cross section of the multi-channel mixing nozzle throughout e length in the space surrounding the streams, provide the same temperature conditions for the soot formation reaction in each stream, while maintaining in the reaction zone a flow velocity of 250-300 m / s and a pressure drop at the inlet and outlet of 0.02-0.04 MPa then soot-gas flows are combined at a distance not exceeding 2-5 diameters of the channels, providing their sharp braking and turbulent mixing, then the products of the soot formation reaction are cooled to a temperature of 1100-1200 o C. The hydrocarbon feed enters the mixing zones through d at an angle of 90-135 o to the direction of the flow of combustion products, before being fed into the mixing zone, the hydrocarbon feed is heated to a temperature of 180-210 o C and fed under a pressure of 1.8-2 MPa, for heat exchange between the streams they are placed in a material with thermal conductivity about 1.2-4.8 W / (m • K) and a heat capacity of about 0.7-1.08 kJ / (kg • K), additionally cool the soot formation reaction products to a temperature of 750-800 o C.
В реакторе для получения технического углерода, содержащем последовательно установленные камеру горения со средствами сжигания топлива с воздухом, многоканальное смесительное сопло со средствами для ввода сырья, камеру со средствами для охлаждения сажегазовых продуктов, многоканальное сопло выполнено из корундового или циркониевого огнеупора с теплопроводностью около 1,2-4,8 Вт/(м•К) и теплоемкостью около 0,7-1,08 кДж/(кг•К), при этом длина канала смесительного сопла составляет не более 2-5 диаметров канала многоканального смесительного сопла, а вокруг многоканального смесительного сопла расположен теплоизоляционный слой. Кроме того, средства для ввода сырья выполнены с возможностью подвода сырья в каналы смесительного сопла под углом 90-135o к направлению потока, под одинаковым давлением и с одинаковой температурой.In the reactor for producing carbon black, containing a sequentially installed combustion chamber with means for burning fuel with air, a multi-channel mixing nozzle with means for introducing raw materials, a chamber with means for cooling soot and gas products, a multi-channel nozzle is made of corundum or zirconium refractory with a thermal conductivity of about 1.2 -4.8 W / (m • K) and heat capacity of about 0.7-1.08 kJ / (kg • K), while the length of the channel of the mixing nozzle is not more than 2-5 diameters of the channel of the multi-channel mixing la, and around the multi-channel mixing nozzle is insulating layer. In addition, the means for introducing raw materials are configured to supply raw materials to the channels of the mixing nozzle at an angle of 90-135 o to the direction of flow, under the same pressure and with the same temperature.
На фиг. 1 изображен реактор для производства технического углерода; на фиг. 2 - распределение среднего диаметра проекции агрегата; на фиг. 3 - распределение площади проекции агрегата; на фиг. 4 - распределение периметра проекции агрегата; на фиг. 5 - распределение площади проекции пор агрегата. In FIG. 1 shows a reactor for the production of carbon black; in FIG. 2 - distribution of the average diameter of the projection of the unit; in FIG. 3 - distribution of the projection area of the unit; in FIG. 4 - distribution of the perimeter of the projection of the unit; in FIG. 5 - distribution of the projection area of the pores of the unit.
Лучшие варианты осуществления изобретения
Рассмотрим процессы, происходящие при получении технического углерода. Струя жидкого сырья, направленная под углом к скорости газового потока, в зоне смешения в результате пульсаций распадается сначала на достаточно крупные капли с размерами 0,1-1 мм. При скорости газа 200-400 м/с происходит дальнейшее дробление некоторой части капель на более мелкие размером до нескольких мкм. Необходимая для испарения теплота подводится через внешнюю поверхность капли двумя путями: конвективным теплообменом капель с горячим газом и тепловым излучением стенок реактора. В обычных условиях конвективный теплообмен существенно преобладает над тепловым излучением. При более низкой температуре газов горения капли не успевают испариться до достижения ими граница зоны смешения и зоны реакции. Кроме непосредственного участия в теплопередаче от газа к каплям, влияние теплового излучения на процесс сажеобразования может проявляться и следующим образом.The best embodiments of the invention
Consider the processes that occur when receiving carbon black. A stream of liquid raw materials directed at an angle to the gas flow velocity in the mixing zone, as a result of pulsations, first breaks up into rather large droplets with sizes of 0.1-1 mm. At a gas velocity of 200-400 m / s, a further part of the droplets is crushed into smaller droplets up to several microns in size. The heat required for evaporation is supplied through the outer surface of the droplet in two ways: convective heat transfer of droplets with hot gas and thermal radiation from the walls of the reactor. Under ordinary conditions, convective heat transfer substantially prevails over thermal radiation. At a lower temperature of the combustion gases, the droplets do not have time to evaporate until they reach the boundary of the mixing zone and the reaction zone. In addition to direct participation in heat transfer from gas to droplets, the influence of thermal radiation on the soot formation process can also manifest itself as follows.
Дело в том, что внутри достаточно крупных капель могут существовать зародыши парообразования - парогазовые пузырьки (или даже твердые частицы) с микронными размерами, в сотни раз меньшими среднего размера капель. При перегреве жидкости проникающим в нее тепловым излучением эти зародыши могут спонтанно расти, что приводит к внутреннему вскипанию капли, которое заканчивается ее "взрывом" и дроблением на более мелкие. Перегревание капель и рост паровых пузырьков в них идут одновременно. Однако тепловое излучение достигает капель вблизи оси реактора не сразу. На небольших расстояниях от форсунки, где счетная концентрация капель высокая, излучение стенок реактора существенно экранируется другими каплями, удаленными от оси. По мере разгона капель поток становится прозрачнее, и достигающее их тепловое излучение от стенок реактора возрастает, стремясь к максимальному значению. В канале большого диаметра 2R>0,3 м проникновение теплового излучения к каплям затруднено эффектом экранировки. Взрывное вторичное дробление капель, их полное испарение не успевает завершиться в зоне реакции, процесс испарения затянут по времени, что приводит к увеличению неоднородности размеров получаемого продукта, ухудшая его качество. Напротив, если диаметр канала зоны реакции меньше 0,3 м, например, вдвое, то качество получаемого в таком реакторе технического углерода, активность сажи, оказываются выше. Кроме того, в настоящем изобретении достигается пространственно-временное разделение стадий испарения сырья, пиролиза паров и сажеобразования, что позволяет в более широких пределах изменять режимные параметры процесса получения сажи и свойства продукта. The fact is that inside sufficiently large droplets there may exist vaporization nuclei — vapor-gas bubbles (or even solid particles) with micron sizes hundreds of times smaller than the average droplet size. When the liquid overheats, the thermal radiation penetrating into it, these nuclei can spontaneously grow, which leads to internal boiling of the drop, which ends with its “explosion” and crushing into smaller ones. The overheating of the droplets and the growth of steam bubbles in them go simultaneously. However, thermal radiation does not reach drops near the axis of the reactor immediately. At small distances from the nozzle, where the counted concentration of droplets is high, the radiation from the walls of the reactor is substantially shielded by other droplets that are far from the axis. As the droplets accelerate, the flow becomes more transparent, and the thermal radiation reaching them from the walls of the reactor increases, tending to the maximum value. In a channel of large diameter 2R> 0.3 m, the penetration of thermal radiation to droplets is hindered by the screening effect. Explosive secondary crushing of droplets, their complete evaporation does not have time to complete in the reaction zone, the evaporation process is delayed in time, which leads to an increase in the heterogeneity of the size of the obtained product, worsening its quality. On the contrary, if the diameter of the channel of the reaction zone is less than 0.3 m, for example, half, then the quality of carbon black obtained in such a reactor and the activity of soot are higher. In addition, the present invention achieves the spatiotemporal separation of the stages of evaporation of the feedstock, vapor pyrolysis and soot formation, which allows a wider range of variation in the process parameters of the carbon black production process and product properties.
Процесс сажеобразования в заявленном реакторе предусматривает наличие следующих рабочих зон. The process of soot formation in the claimed reactor provides for the following working areas.
Зона горения. Предназначена для горения топлива (природного газа) с использованием воздуха среднего давления (t=480-510oС и выше, Ризб=0,06-0,065 МПа) с целью получения продуктов сгорания (Н2О, N2, СО2, О2) с температурой 1600-1700oС. В ней происходит эффективное сжигание топлива (α=1,1-1,5) с развитием максимально допустимых рабочих температур продуктов сгорания с наличием остаточного (активного) кислорода, необходимого для восполнения теплового баланса процесса сажеобразования технического углерода активных марок.Burning area. Designed for burning fuel (natural gas) using medium-pressure air (t = 480-510 o C and above, P huts = 0.06-0.065 MPa) in order to obtain combustion products (N 2 O, N 2 , CO 2 , О 2 ) with a temperature of 1600-1700 o С. It effectively burns fuel (α = 1.1-1.5) with the development of the maximum allowable working temperatures of the combustion products with the presence of residual (active) oxygen necessary to replenish the heat balance of the process carbon black formation of active grades.
Зона реакции. Предназначена для смешения продуктов горения топлива с углеводородным сырьем (tc=180-210oС, Ризб=1,8-2,0 МПа) и последующих реакций сажеобразования (пиролиз, декарбонизация, конденсация, графитация) при рабочей температуре 1580-1650oС. В этой зоне обеспечивается эффективное смешение высокотемпературных продуктов горения топлива и углеводородного сырья за счет разделения общего объема продуктов горения на несколько потоков и пропорциональной подачи углеводородного сырья по каналам смесительного сопла. Равномерное распределение температурного поля, как по радиусу сечения каждого потока, так и по его длине осуществляется за счет обеспечения теплообмена между потоками. Для этого каналы смесительного сопла располагают осесимметрично относительно продольной оси камеры горения и выполняют из материала, обладающего высокой теплопроводностью и высокой теплоемкостью. Например, из корундового огнеупора, имеющего теплопроводность около 4,8 Вт/(м•К) и теплоемкость около 1,08 кДж/(кг•К), или циркониевого огнеупора с теплопроводностью около 1,2 Вт/(м•К) и теплоемкостью около 0,7 кДж/(кг•К), что обеспечивает равномерный прогрев смесительного сопла и одинаковые температурные условия работы всех реакционных каналов. Осуществляются регулирование и постоянный контроль подаваемого в каждый канал сырья. В реакционных каналах создаются одинаковые рабочие условия tраб=1550-1560oС и перепад давления между зоной горения и зоной реакции 0,02-0,04 МПа. При использовании вышеуказанных приемов ускоряются процесс испарения сырья и протекание дальнейших реакций сажеобразования. На расстоянии, не превышающем 2-5 диаметра реакционного канала, производят вывод сажегазовых потоков в общий канал реактора с резким увеличением диаметра проходного сечения. При этом происходят торможение движения общего потока и его турбулентное перемешивание за счет образования обратных вихревых потоков на выходе из каждого реакционного канала. Это способствует росту и агломерации сажи с образованием агрегатов с развитой структурой.Reaction zone. Designed for mixing fuel combustion products with hydrocarbon raw materials (t c = 180-210 o C, P h = 1.8-2.0 MPa) and subsequent soot formation reactions (pyrolysis, decarbonization, condensation, graphitization) at a working temperature of 1580-1650 o C. In this zone, efficient mixing of high-temperature combustion products of fuel and hydrocarbon feeds is ensured by dividing the total volume of combustion products into several streams and proportional supply of hydrocarbon feed through the channels of the mixing nozzle. The uniform distribution of the temperature field, both along the radius of the cross section of each stream and along its length, is achieved by providing heat exchange between the flows. For this, the channels of the mixing nozzle are arranged axisymmetrically with respect to the longitudinal axis of the combustion chamber and are made of a material having high thermal conductivity and high heat capacity. For example, from corundum refractory having a thermal conductivity of about 4.8 W / (m • K) and a heat capacity of about 1.08 kJ / (kg • K), or a zirconium refractory with a thermal conductivity of about 1.2 W / (m • K) and heat capacity of about 0.7 kJ / (kg • K), which ensures uniform heating of the mixing nozzle and the same temperature conditions of operation of all reaction channels. The regulation and constant control of raw materials supplied to each channel are carried out. In the reaction channels the same working conditions are created t slave = 1550-1560 o C and the pressure drop between the combustion zone and the reaction zone of 0.02-0.04 MPa. Using the above techniques, the evaporation of raw materials and the progress of further soot formation reactions are accelerated. At a distance not exceeding 2-5 of the diameter of the reaction channel, the soot-gas flows are output to the common channel of the reactor with a sharp increase in the diameter of the passage section. In this case, the motion of the general flow is inhibited and its turbulent mixing due to the formation of reverse vortex flows at the outlet of each reaction channel. This contributes to the growth and agglomeration of soot with the formation of aggregates with a developed structure.
Зона предварительной закалки. Прекращение реакции сажеобразования производят уменьшением рабочей температуры до 1100-1200oС. Для этого в сажегазовую смесь подают предварительно подогретую до температуры 95-100oС химически очищенную воду под давлением 2,0-2,5 МПа. Для обеспечения полноты разложения углеводородного сырья различного качества место ввода воды и условия ее диспергирования (количество и тип форсунок, температура и давление воды) выбираются опытным путем.Pre-hardening zone. The soot formation reaction is terminated by reducing the operating temperature to 1100-1200 o C. For this, chemically purified water under a pressure of 2.0-2.5 MPa is pre-heated to a temperature of 95-100 o C. To ensure the completeness of the decomposition of hydrocarbons of various quality, the place of water injection and the conditions for its dispersion (number and type of nozzles, temperature and pressure of water) are selected empirically.
Зона закалки. Далее в зоне охлаждения сажегазовая смесь охлаждается до температуры 750-800oС и подается в рекуперативный воздухоподогреватель для нагрева технологического воздуха, поступающего в реактор для горения топлива.Hardening zone. Further, in the cooling zone, the gas-black mixture is cooled to a temperature of 750-800 o C and is fed to a recuperative air heater to heat the process air entering the reactor for burning fuel.
Реактор для получения технического углерода содержит корпус 1, в котором последовательно расположены камера горения 2, снабженная воздушной камерой для подачи воздуха 3 и камерой для ввода топливного газа 4, многоканальное смесительное сопло 5, состоящее из двух каналов 6. Каналы смесительного сопла расположены параллельно оси реактора. В каждом канале установлены сырьевые форсунки 7. За смесительным соплом расположены камера предварительного охлаждения 8 с водяными форсунками 9 для предварительной закалки и охлаждения сажегазовой смеси и камера охлаждения 10 с водяной форсункой 11. Реактор может быть снабжен рекуперативным воздухоподогревателем, который обеспечивает подогрев технологического воздуха до температуры 500oС и более, поступающего в реактор для горения топлива. Количество каналов может быть иным, например 3-6. Сравнительно небольшой диаметр канала обеспечивает распределение температурного поля в нем как по радиусу сечения канала, так и на протяжении его длины до выхода в зону предварительной закалки реакционных газов. Многоканальное сопло выполняется из материала с высокой теплоемкостью и теплопроводностью, например, корундового или циркониевого огнеупора, что обеспечивает равномерный прогрев смесительного сопла в поперечном сечении и одинаковые температурные условия для работы всех реакционных каналов. Большая внутренняя поверхность реакционных каналов способствует тому, что наряду с существованием конвективного теплообмена интенсифицируется лучистый теплообмен между углеводородным сырьем и внутренней поверхностью реакционного канала. Распределение общего расхода сырья по нескольким, например 2...6 каналам, позволяет вводить сырье в каждый из них с помощью одной или двух струйных форсунок с небольшим диаметром отверстия, дающего тонкое первичное распыливание сырья. Тепловая изоляция 12 вокруг смесительного сопла позволяет создать изотермические условия эксплуатации реакционных каналов и снизить тепловые потери от корпуса реактора в зоне установки смесительного сопла до 1-2%. Длина смесительного сопла, не превышающая 2-5 диаметра реакционного канала, позволяет обеспечить наиболее полное разложение сырья при одновременном уменьшении возможности образования грита. В реакторе может достигаться производительность по углеводородному сырью до 5000 кг/ч и более при одновременном уменьшении времени реакций сажеобразования за счет интенсификации скорости их прохождения.The reactor for producing carbon black comprises a
Исследования полученного технического углерода N220 проводились на электронном микроскопе с увеличением х 1•104. Для исследования было взято 445 агрегатов углерода фирмы Cabot (образец 1), 265 агрегатов, полученных с использованием предложенного изобретения на шестиканальном реакторе (образец 2) и 602 агрегата, полученных на четырехканальном реакторе (образец 3). Результаты (физико-химических анализов образцов технического углерода отражены в табл. 1. Размеры полученных агрегатов и распределение агрегатов по размерам отражены в табл. 2-5.Studies of the obtained carbon black N220 were carried out on an electron microscope with an increase of
Анализ результатов морфологических исследований 3-х образцов технического углерода, имеющих близкие физико-химические показатели, показал, что улучшенный углерод по настоящему изобретению имеет значительно меньший размер агрегатов, более узкое распределение агрегатов по размерам и меньшую пористость поверхности, что позволяет получить вулканизаторы с лучшими физико-механическими показателями (см. табл. 6). Analysis of the results of morphological studies of 3 samples of carbon black having similar physicochemical parameters showed that the improved carbon of the present invention has a significantly smaller aggregate size, a narrower aggregate size distribution and lower surface porosity, which allows to obtain vulcanizers with better physical -mechanical indicators (see tab. 6).
В предложенном изобретении вышеуказанное разделение процесса сажеобразования на зоны и обеспечение наилучших параметров процесса позволяет равномерно распределить углеводородное сырье в потоках продуктов сгорания топлива и ускорить процесс испарения углеводородного сырья, обеспечить необходимое технологическое время для проведения реакции сажеобразования при прохождении пароуглеродной смеси в условиях замкнутого объема реакционного канала, обеспечить необходимое технологическое время для роста и агломерации сажи за счет торможения газового потока при объединении сажевых потоков перед их охлаждением. Технический углерод, полученный заявленным способом в многоканальном реакторе, обладает улучшенными усиливающими свойствами. In the proposed invention, the above separation of the soot formation process into zones and the provision of the best process parameters makes it possible to evenly distribute the hydrocarbon feed in the fuel combustion product streams and accelerate the hydrocarbon feed evaporation process, provide the necessary process time for the soot formation reaction during the passage of the carbon mixture in the closed volume of the reaction channel, provide the necessary technological time for the growth and agglomeration of soot due to the brake zheniya gas stream by combining particulate flows before cooling. Carbon black obtained by the claimed method in a multichannel reactor has improved reinforcing properties.
Claims (6)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2001/000140 WO2002081575A1 (en) | 2001-04-10 | 2001-04-10 | Carbon black, method of production thereof and a reactor for producing carbon black. |
RU2001110540/12A RU2179564C1 (en) | 2001-04-10 | 2001-04-10 | Commercial carbon, method of its production and reactor for production of commercial carbon |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/RU2001/000140 WO2002081575A1 (en) | 2001-04-10 | 2001-04-10 | Carbon black, method of production thereof and a reactor for producing carbon black. |
RU2001110540/12A RU2179564C1 (en) | 2001-04-10 | 2001-04-10 | Commercial carbon, method of its production and reactor for production of commercial carbon |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2179564C1 true RU2179564C1 (en) | 2002-02-20 |
Family
ID=26653598
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001110540/12A RU2179564C1 (en) | 2001-04-10 | 2001-04-10 | Commercial carbon, method of its production and reactor for production of commercial carbon |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2179564C1 (en) |
WO (1) | WO2002081575A1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2446195C1 (en) * | 2010-07-26 | 2012-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Техуглерод и огнеупоры" | Method of producing low-dispersed technical carbon and reactor for realising said method |
US8871173B2 (en) | 2010-02-19 | 2014-10-28 | Cabot Corporation | Method for carbon black production using preheated feedstock and apparatus for same |
RU2738368C1 (en) * | 2020-06-10 | 2020-12-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (ИК СО РАН, Институт катализа СО РАН) | Method of producing electroconductive technical carbon |
RU203961U1 (en) * | 2020-12-28 | 2021-04-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Карбострим " | Small-sized reactor for producing carbon black by controlled pyrolysis of hydrocarbon gas |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3867513A (en) * | 1970-01-08 | 1975-02-18 | Phillips Petroleum Co | Method for producing carbon black |
DE2608417C3 (en) * | 1976-03-01 | 1981-02-12 | Degussa Ag, 6000 Frankfurt | METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING Soot |
US4729885A (en) * | 1986-02-11 | 1988-03-08 | Phillips Petroleum Co. | High mixing reactor process |
RU2131766C1 (en) * | 1998-04-07 | 1999-06-20 | Открытое акционерное общество "Ярославский технический углерод" | Reactor for production of carbon black |
-
2001
- 2001-04-10 RU RU2001110540/12A patent/RU2179564C1/en active
- 2001-04-10 WO PCT/RU2001/000140 patent/WO2002081575A1/en active Application Filing
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8871173B2 (en) | 2010-02-19 | 2014-10-28 | Cabot Corporation | Method for carbon black production using preheated feedstock and apparatus for same |
RU2545329C2 (en) * | 2010-02-19 | 2015-03-27 | Кабот Корпорейшн | Method and device for production of carbon black with application of heated initial material |
US9574087B2 (en) | 2010-02-19 | 2017-02-21 | Cabot Corporation | Method for carbon black production using preheated feedstock and apparatus for same |
RU2446195C1 (en) * | 2010-07-26 | 2012-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Техуглерод и огнеупоры" | Method of producing low-dispersed technical carbon and reactor for realising said method |
RU2738368C1 (en) * | 2020-06-10 | 2020-12-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" (ИК СО РАН, Институт катализа СО РАН) | Method of producing electroconductive technical carbon |
RU203961U1 (en) * | 2020-12-28 | 2021-04-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Карбострим " | Small-sized reactor for producing carbon black by controlled pyrolysis of hydrocarbon gas |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2002081575A1 (en) | 2002-10-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2087413C1 (en) | Method and apparatus for cleaving hydrocarbons | |
US2368828A (en) | Process for producing carbon black | |
US4740290A (en) | Process for thermal cracking of heavy oil | |
CN206253030U (en) | A kind of feedstock oil mixing and emulsifying device | |
CZ293107B6 (en) | Process for producing carbon black and apparatus for making the same | |
RU2179564C1 (en) | Commercial carbon, method of its production and reactor for production of commercial carbon | |
US3988478A (en) | Carbon black | |
US2723300A (en) | Quenching method for short-time, hightemperature gas-phase reactions | |
JPH0987541A (en) | Carbon black and its production | |
SE431196B (en) | SET THROUGH HYDROLYSIS OF SILICONE TETRAFLUORIDE IN A LAYER PRODUCING FINALLY DISTRIBUTED SILICO OXIDE | |
JPH03115365A (en) | Reactor and method for manufacturing carbon black having wide particle size distribution range | |
US3172729A (en) | Preheater | |
RU2161549C1 (en) | Method of producing nickel carbonyl powders with chain structure and bulk density of less than 1 | |
RU2446195C1 (en) | Method of producing low-dispersed technical carbon and reactor for realising said method | |
RU2394054C2 (en) | Method of producing semi-active technical carbon and reactor for realising said method | |
JPS61501574A (en) | Hydrocarbon pretreatment method for catalytic cracking | |
RU2580917C1 (en) | Method of producing soot and reactor therefor | |
US3322506A (en) | Carbon black apparatus | |
RU2389747C1 (en) | Method of producing soot and reactor for realising said method | |
US5049369A (en) | Control of a carbon black reactor | |
JPS6047097A (en) | Hydrocarbon steam decomposition | |
JPS5998167A (en) | Carbon black burner assembly and oil burner carbon black production | |
US2719078A (en) | Channel process oil enrichment | |
KR0153262B1 (en) | Process and apparatus for producing carbon black | |
RU2174992C2 (en) | Thermal carbon black production process |