RU2205195C2

RU2205195C2 - Carbon black production process

Info

Publication number: RU2205195C2
Application number: RU2001113981/12A
Authority: RU
Inventors: В.Ф. Фомин; Ю.М. Гольдштейн; Э.В. Трофимов; В.Н. Зинченко; И.Б. Пилипенко; В.С. Медников
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Волгоградский завод техуглерода"
Priority date: 2001-05-25
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2003-05-27

Abstract

FIELD: carbon materials. SUBSTANCE: active and moderately active brands of kiln carbon black are produced from liquid hydrocarbon stock subjected to thermal decomposition in reactor, combustion chamber of which receives fuel and air. According to invention, before feeding into reactor, hydrocarbon stock is completed by water, which is added at weight ratio to hydrocarbon stock (88-98.5): (1.5-12), after which resulting mixture is emulsified in hydrodynamic activator during 2 to 180 sec or in flow mixer during 90 to 270 sec, thus obtained emulsion is heated to 120-300 C and introduced in sprayed state into reactor. Advantageously, thermal decomposition of hydrocarbon stock is conducted at 1200-1600 C. EFFECT: increased yield of carbon black (by 2-8%). 2 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области производства технического углерода из жидкого углеводородного сырья и может быть использовано при получении активных и среднеактивных марок печного технического углерода. The invention relates to the field of production of carbon black from liquid hydrocarbon raw materials and can be used to obtain active and medium active grades of furnace carbon black.

Известен способ получения технического углерода из жидких ароматизированных нефтяных фракций, каменноугольных масел и фракций, сланцевых дистиллятов или смесей из вышеназванных компонентов в различных составах и соотношениях путем термического разложения сырья в реакторах циклонного типа [1. В. П. Зуев, В. В. Михайлов. Производство сажи. М.: Химия, 1970, с. 139-148]. Известная технология получения технического углерода включает стадии предварительной обработки жидкого сырья, в т.ч. трудоемкую и длительную стадию обезвоживания сырья, связанную с высокими энергетическими и капитальными затратами. Сырье обезвоживается до содержания воды 0,5-1,5 мас.%. A known method of producing carbon black from flavored liquid petroleum fractions, coal oils and fractions, shale distillates or mixtures of the above components in various compositions and ratios by thermal decomposition of raw materials in cyclone type reactors [1. V.P. Zuev, V.V. Mikhailov. Soot production. M .: Chemistry, 1970, p. 139-148]. Known technology for producing carbon black includes the stage of preliminary processing of liquid raw materials, including laborious and lengthy stage of dehydration of raw materials associated with high energy and capital costs. Raw materials are dehydrated to a water content of 0.5-1.5 wt.%.

Известный способ получения сырьевой композиции [2. Патент РФ N 2089579, 1997] на основе кумарона, нафталина и фракций переработки каменноугольной смолы со среднеобъемной температурой кипения 360-420^oC включает предварительное влагоотделение перед получением сажи. Процесс удаления воды во влагоиспарителе связан с технологическими трудностями, заключающимися в повторяемом интенсивном вспенивании смеси, забивке пеноотбойника, неустойчивой работе сырьевых насосов.A known method of obtaining a raw material composition [2. RF patent N 2089579, 1997] based on coumaron, naphthalene and coal tar processing fractions with a volume average boiling point of 360-420 ^o C includes preliminary moisture separation before carbon black is obtained. The process of removing water in the desiccant is associated with technological difficulties, which include repeated intensive foaming of the mixture, clogging of the foam collector, and unstable operation of the raw materials pumps.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ, согласно которому получают технический углерод П 245 на установке третьего поколения путем термического разложения жидкого углеводородного сырья в реакторе с подачей топлива и воздуха в камеру горения реактора [3. Проблемы получения и эффективного использования сырья для производства технического углерода. Мат-лы Всес. научн.-техн. совещания, г. Омск, 18-19 сентября, 1990, с. 70] . На этих же установках могут быть получены другие марки активного (П 234) или среднеактивного (П 514) техуглерода [4. В. Ф. Суровикин и др. Процессы получения технического углерода на высокопроизводительном оборудовании, его свойства и применение. ВНИИТУ. Сборник научных трудов. М. : ЦНИИТЭ нефтехим, 1983, с.3]. В известном способе [3] используют обезвоженное до содержания воды 0,12-0,20 маc.% сырье. Таким образом, стадия глубокой осушки исходного сырья не исключается, являясь одной из основных при подготовке сырья перед поступлением в реактор. Кроме того, за счет медленного нагрева и испарения капель сырья по сравнению с быстрой стадией образования техуглерода часть сырья теряется, не успевая превращаться в целевой продукт. Это связано с недостаточным диспергированием и распыливанием углеводородного сырья в сырьевых форсунках реактора. The closest in technical essence to the claimed invention is a method according to which carbon black P 245 is obtained in a third-generation plant by thermal decomposition of liquid hydrocarbon feedstocks in a reactor with fuel and air supplied to the combustion chamber of the reactor [3. Problems of obtaining and efficient use of raw materials for the production of carbon black. Materials All. scientific and technical meeting, Omsk, September 18-19, 1990, p. 70]. At the same facilities, other grades of active (P 234) or medium active (P 514) carbon black can be obtained [4. V. F. Surovikin et al. Processes for producing carbon black on high-performance equipment, its properties and applications. VNIITU. Collection of scientific papers. M.: TsNIITE neftekhim, 1983, p.3]. In the known method [3] use is dehydrated to a water content of 0.12-0.20 wt.% Raw materials. Thus, the stage of deep drying of the feedstock is not excluded, being one of the main ones in the preparation of feedstock before entering the reactor. In addition, due to the slow heating and evaporation of droplets of raw materials compared to the fast stage of carbon black formation, part of the raw material is lost, not having time to turn into the target product. This is due to insufficient dispersion and atomization of hydrocarbon feedstocks in the feed nozzles of the reactor.

Технической задачей изобретения является упрощение технологии и увеличение выработки технического углерода. An object of the invention is to simplify the technology and increase the production of carbon black.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения технического углерода путем термического разложения жидкого углеводородного сырья в реакторе с подачей топлива и воздуха в камеру горения реактора, перед подачей в реактор к жидкому углеводородному сырью добавляют воду в массовом соотношении (88-98,5):(1,5-12), смесь сырья и воды эмульгируют в гидродинамическом активаторе (ГДА) в течение 2-180 с или в статическом проточном смесителе (СПС) в течение 90-270 с, полученную водосырьевую эмульсию нагревают до температуры 120-300^oС и подают на распыление в реактор.The problem is solved in that in a method for producing carbon black by thermal decomposition of a liquid hydrocarbon feedstock in a reactor with fuel and air supplied to the combustion chamber of a reactor, water is added to the liquid hydrocarbon feedstock in a mass ratio (88-98.5): (1.5-12), the mixture of raw materials and water is emulsified in a hydrodynamic activator (GDA) for 2-180 s or in a static flow mixer (SPS) for 90-270 s, the resulting water-raw material emulsion is heated to a temperature of 120-300 ^o C and served on sprayed e in the reactor.

Целесообразно термическое разложение сырья вести при 1200-1600^oС.It is advisable to thermal decomposition of raw materials at 1200-1600 ^o C.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются: добавление к жидкому углеводородному сырью воды перед подачей в реактор в массовом соотношении (88-98,5): (1,5-12); эмульгирование смеси в ГДА или СПС, имеющих специальные элементы, обеспечивающие создание устойчивой, гомогенной и высокодисперсной системы, в течение 2-180 с или 90-270 с соответственно; нагрев полученной водосырьевой эмульсии до температуры 120-300^oC. после чего эмульсию подают на распыление в реактор.Distinctive features of the proposed method are: adding water to the liquid hydrocarbon feed before feeding into the reactor in a mass ratio (88-98.5): (1.5-12); emulsification of the mixture in HDA or ATP, having special elements that ensure the creation of a stable, homogeneous and highly dispersed system, within 2-180 s or 90-270 s, respectively; heating the resulting water-raw emulsion to a temperature of 120-300 ^o C. after which the emulsion is fed to a spray in the reactor.

Отличительные признаки изобретения позволяют достичь ряда преимуществ по сравнению с известными способами получения технического углерода. Прежде всего это упрощение технологии, связанное с добавлением к углеводородному сырью воды, вследствие чего полностью исключается стадия обезвоживания сырья перед подачей его в реактор и снижаются энерго- и капитальные затраты. Distinctive features of the invention allow to achieve a number of advantages compared with known methods for producing carbon black. First of all, this is a simplification of the technology associated with the addition of water to hydrocarbon raw materials, which completely eliminates the stage of dehydration of the raw materials before feeding them to the reactor and reduces energy and capital costs.

Другое преимущество заключается в том, что смесь эмульгируют в специальных аппаратах, разработанных для получения стойких гомогенных эмульсий ароматизированных углеводородных фракций и воды с малым размером капель. Полученные эмульсии в зависимости от содержания добавляемой воды (1,5-12%) нагревают перед подачей в реактор для снижения вязкости без их разрушения до достаточно высоких температур 120-300^oС при давлении 0,2-2,0 МПа.Another advantage is that the mixture is emulsified in special apparatuses designed to produce stable homogeneous emulsions of flavored hydrocarbon fractions and water with a small droplet size. The obtained emulsions, depending on the content of added water (1.5-12%), are heated before being fed into the reactor to reduce the viscosity without destroying them to sufficiently high temperatures of 120-300 ^o C at a pressure of 0.2-2.0 MPa.

Наконец, полученная эмульсия подвергается распылению в сырьевых форсунках реактора в лучших условиях по сравнению с обезвоженным сырьем, так как каждая размельченная капля, содержащая воду, испаряется и прогревается до температуры разложения значительно быстрее. Это способствует более рациональному использованию сырья, снижению его расхода на побочные реакции, что увеличивает выработку целевого продукта - техуглерода. Finally, the emulsion obtained is sprayed in the feed nozzles of the reactor under better conditions than the dehydrated feed, since each crushed drop containing water evaporates and warms up to the decomposition temperature much faster. This contributes to a more rational use of raw materials, reducing its consumption for adverse reactions, which increases the production of the target product - carbon black.

В качестве жидкого углеводородного сырья по предлагаемому способу используют высокоароматизированные продукты термической или термокаталитической переработки различных нефтяных фракций - термомасло, термосмола, крекинг-газойль; пиролизные смолы; коксохимическое сырье - антраценовые, нафталиновые масла и фракции, и др., в любых заданных составах и соотношениях вышеназванных компонентов. В качестве воды могут использоваться загрязненные производственные воды и стоки. As a liquid hydrocarbon feedstock according to the proposed method, highly aromatized products of thermal or thermocatalytic processing of various oil fractions are used - thermal oil, thermal oil, cracked gas oil; pyrolysis resins; coke-chemical raw materials - anthracene, naphthalene oils and fractions, etc., in any given compositions and ratios of the above components. Contaminated industrial water and wastewater can be used as water.

Ниже приводятся примеры, иллюстрирующие осуществление предлагаемого способа и получаемый технический результат. The following are examples illustrating the implementation of the proposed method and the resulting technical result.

Пример 1. К жидкому углеводородному сырью с индексом корреляции 128 у.е. , состоящему из 30% антраценового масла и 70% термосмолы, перед подачей в реактор PC-3500 добавляют 1,5 мас.% воды, смесь эмульгируют в СПС в течение 90 с, полученную водосырьевую эмульсию под давлением 0,6-0,8 МПа подают в подогреватель, где нагревают до температуры 300^oС. Далее эмульсия поступает на распыление в сырьевые форсунки реактора. Расход сырья 3500 кг/ч, удельный расход воздуха, подаваемого в камеру горения, куда также подают газообразное топливо - природный газ, 3,5 м³/ч на сумму сырья и топлива. Температура в реакционной зоне составляет 1580^oС. Получают высокоактивный техуглерод марки П 245, выработка которого по сравнению с известным способом увеличивается на 2 мас.%. Основные показатели качества техуглерода приведены в таблице.Example 1. To liquid hydrocarbon feedstocks with a correlation index of 128 cu consisting of 30% anthracene oil and 70% thermal resin, 1.5 wt.% water is added to the PC-3500 before being fed into the reactor, the mixture is emulsified in ATP for 90 s, the resulting water-raw material emulsion under a pressure of 0.6-0.8 MPa served in the heater, where it is heated to a temperature of 300 ^o C. Next, the emulsion is sprayed into the raw material nozzles of the reactor. The consumption of raw materials is 3500 kg / h, the specific consumption of air supplied to the combustion chamber, which also serves gaseous fuel - natural gas, 3.5 m ³ / h for the amount of raw materials and fuel. The temperature in the reaction zone is 1580 ^o C. Get highly active carbon black brand P 245, the production of which compared with the known method is increased by 2 wt.%. The main quality indicators of carbon black are given in the table.

Примеры 2, 3, 4 проводятся аналогично примеру 1, но изменяются условия процесса, содержание воды в смеси, время эмульгирования, температура нагрева, тип диспергатора. Данные по примерам приведены в таблице. Examples 2, 3, 4 are carried out analogously to example 1, but the process conditions, the water content in the mixture, the emulsification time, the heating temperature, the type of dispersant are changed. The data on examples are given in the table.

Из представленных данных видно, что предлагаемый способ получения техуглерода позволяет упростить технологию за счет исключения стадии обезвоживания сырья перед подачей в реактор; увеличить выработку целевого продукта на 2-8 мас.% за счет тонкого диспергирования сырья с водой, создания монодисперсной водосырьевой эмульсии и снижения потерь сырья на побочные реакции горения. При этом сохраняются нормируемые показатели техуглерода (ГОСТ 7885-86). Кроме того, улучшается экологическая ситуация в производстве техуглерода, так как используются загрязненные производственные воды и уменьшаются вредные выбросы. From the presented data it can be seen that the proposed method for producing carbon black allows to simplify the technology by eliminating the stage of dehydration of raw materials before being fed to the reactor; to increase the production of the target product by 2-8 wt.% due to the fine dispersion of raw materials with water, the creation of monodisperse water-raw material emulsion and reduce the loss of raw materials to side combustion reactions. At the same time, standardized carbon black indicators are preserved (GOST 7885-86). In addition, the environmental situation in the production of carbon black is improving, since polluted industrial waters are used and harmful emissions are reduced.

Claims

1. A method of producing carbon black by thermal decomposition of a liquid hydrocarbon feedstock in a reactor with the supply of fuel and air to the combustion chamber of the reactor, characterized in that water is added to the liquid hydrocarbon feedstock in a mass ratio (88-98.5): ( 1.5-12), the mixture is emulsified in a hydrodynamic activator for 2-180 s or in a static flow mixer for 90-270 s, the resulting water-raw material emulsion is heated to a temperature of 120-300 ^o C and fed to the reactor for spraying.

2. The method according to p. 1, characterized in that the thermal decomposition of the raw materials is carried out at 1200-1600 ^o C.