RU2350559C1

RU2350559C1 - Method of production of pyrogenic silicon dioxide and burner for its embodiment

Info

Publication number: RU2350559C1
Application number: RU2007123738/15A
Authority: RU
Inventors: Андрей Александрович Кочурков (RU); Андрей Александрович Кочурков; Павел Аркадьевич Стороженко (RU); Павел Аркадьевич Стороженко; Александр Николаевич Поливанов (RU); Александр Николаевич Поливанов; Валерий Евгеньевич Трубкин (RU); Валерий Евгеньевич Трубкин; Владимир Васильевич Вавилов (RU); Владимир Васильевич Вавилов; Акиф Абдуллович Гезалов (RU); Акиф Абдуллович Гезалов
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2009-03-27
Also published as: RU2007123738A

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: silicon dioxide is produced by hydrolysis in flame of multi-channel tubular burner comprising 3 to 5 concentric tubes. Multi-layer flow structure is formed at the burner outlet, made up of alternating concentric jets comprising, at least, one gaseous or evaporating silicon compound, water-forming combustible gas and oxygen-containing gas. Oxygen-containing gas is fed via the central tube incorporating appliances to swirl the flow and/or to release it in form of circular jet.

EFFECT: higher quality of produced silicon dioxide, safety of flame process and burner scaling reliability.

8 cl, 8 dwg, 2 ex

Description

Настоящее изобретение относится к химическим технологиям, а именно к способам получения пирогенного диоксида кремния методом пламенного гидролиза газообразных или испаряемых соединений кремния и горелкам для их осуществления. В частности, изобретение может быть использовано для получения наиболее распространенных марок пирогенного диоксида кремния при промышленной утилизации четыреххлористого кремния (ЧХК) и метилтрихлорсилана (МТХС), являющихся побочными продуктами производства метилхлорсиланов (МХС), используемых для силиконовых полимеров, а также ЧХК, являющегося побочным продуктом при производстве поликристаллического кремния (ПКК).The present invention relates to chemical technologies, and in particular to methods for producing fumed silica by flame hydrolysis of gaseous or vaporized silicon compounds and burners for their implementation. In particular, the invention can be used to produce the most common grades of fumed silica in the industrial utilization of silicon tetrachloride (CCP) and methyltrichlorosilane (MTXC), which are by-products of the production of methylchlorosilanes (MCS) used for silicone polymers, as well as CCP, a by-product in the production of polycrystalline silicon (PAC).

В промышленности пирогенный диоксид кремния в основном производят путем сжигания негорючих паров ЧХК вместе с водородным или метановым топливом в воздухе. Обычно реагенты предварительно перемешиваются и подаются в центральную трубу горелки, сопловая часть которой входит в реакционную камеру. Горелки, которые в диаметре могут быть от 20 до 100 мм, преимущественно от 50 до 70 мм, производят устойчивое в форме конуса пламя. Вокруг наружного диаметра часто имеется тонкий концентричный кольцевой поток чистого топлива (водорода или метана) для удержания пламени, предотвращения зарастания горелки отложениями диоксида кремния (ДК) и для обеспечения полноты реакции.In industry, fumed silica is mainly produced by burning non-combustible CCC vapors together with hydrogen or methane fuel in air. Typically, the reagents are pre-mixed and fed into the central tube of the burner, the nozzle portion of which enters the reaction chamber. Burners, which in diameter can be from 20 to 100 mm, mainly from 50 to 70 mm, produce a flame that is stable in the shape of a cone. Around the outer diameter there is often a thin concentric annular stream of clean fuel (hydrogen or methane) to hold the flame, prevent the burner from overgrowing with silicon dioxide (DC) deposits and to ensure the completeness of the reaction.

В пламени происходит гидролиз паров ЧХК с образованием зародышевых частиц диоксида кремния, которые увеличиваются в размере за счет поверхностных реакций и механизма «соударения/коалесценции» с образованием так называемых первичных частиц. Далее при соударениях за счет коалесценции/коагуляции первичные частицы образуют агрегаты или кластеры, чей максимальный размер и форма определяются в основном температурой пламени, концентрацией ДК и временем пребывания в пламени. Получаемые по такому способу порошки диоксида кремния аморфны, обладают удельной площадью поверхности (УПП), измеряемой методом адсорбции азота (БЭТ-методом), в диапазоне от 100 до 400 м²/г и гидрофильными свойствами поверхности. Такой способ получения ДК называют пламенным или пирогенным.In the flame, the hydrolysis of CCC vapors occurs with the formation of silicon dioxide germ particles, which increase in size due to surface reactions and the “collision / coalescence” mechanism with the formation of so-called primary particles. Further, upon collisions due to coalescence / coagulation, primary particles form aggregates or clusters whose maximum size and shape are determined mainly by the flame temperature, concentration of the DC, and residence time in the flame. Silicon dioxide powders obtained by this method are amorphous, have a specific surface area (SCP), measured by nitrogen adsorption (BET), in the range from 100 to 400 m ² / g and hydrophilic surface properties. This method of obtaining DC is called fiery or pyrogenic.

Пирогенный ДК также можно получать из горючих соединений кремния, имеющих точки кипения до 200°С (измеренные при нормальном давлении), поскольку для подачи в горелку в парообразном состоянии они должны быть предварительно превращены в пар.Pyrogenic DC can also be obtained from flammable silicon compounds having boiling points up to 200 ° C (measured at normal pressure), since they must first be converted to steam in order to be supplied to the burner in a vapor state.

В качестве таких горючих соединений кремния преимущественно используются: тетраметилсилан (ТМС) метилхлорсиланы (МХС) и трихлорсилан (ТХС), которые могут быть получены при прямом синтезе МХС - взаимодействии кремния или кремниевого сплава с хлористым метилом. Примерами подходящих МХС являются: метилтрихлорсилан (МТХС), метилдихлорсилан (МДХС), диметилдихлорсилан (ДМДХС) и триметилхлорсилан (ТМХС). Особенно предпочтителен МТХС, потому что является побочным продуктом прямого синтеза и легко доступен. Можно использовать смесь двух и более соединений кремния.As such flammable silicon compounds, tetramethylsilane (TMS) methylchlorosilanes (MHS) and trichlorosilane (TCS), which can be obtained by direct synthesis of MHS - the interaction of silicon or a silicon alloy with methyl chloride, are mainly used. Examples of suitable MHS are: methyltrichlorosilane (MTXC), methyldichlorosilane (MDHS), dimethyldichlorosilane (DMDCS) and trimethylchlorosilane (TMHS). MTXC is particularly preferred because it is a by-product of direct synthesis and readily available. You can use a mixture of two or more silicon compounds.

Для получения качественного продукта из газообразных или испаряемых соединений кремния чаще всего их смешивают при помощи горелки с другим горючим газом, способным при горении с кислородом образовывать водяной пар, необходимый для гидролиза, а также - с кислородсодержащим газом, необходимым для окисления горючих газов. Наиболее предпочтительным водообразующим горючим газом, способным образовывать водяной пар при горении с кислородом, является водород, хотя также могут использоваться метан, пропан и газообразный метанол. Количество этого дополнительного газа должно быть достаточным для обеспечения полного гидролиза соединения кремния, например полного гидролиза всех Si-Cl связей в ЧХК, а также достаточным для достижения требуемой температуры реакционного пламени. Кроме того, горючий газ используют для удержания пламени и предотвращения обрастания сопла горелки диоксидом кремния.To obtain a high-quality product from gaseous or vaporized silicon compounds, they are most often mixed using a burner with another combustible gas, which, when burned with oxygen, can generate water vapor, which is necessary for hydrolysis, and also with an oxygen-containing gas, which is necessary for the oxidation of combustible gases. The most preferred water-generating combustible gas capable of generating water vapor when burned with oxygen is hydrogen, although methane, propane and methanol gas can also be used. The amount of this additional gas should be sufficient to ensure complete hydrolysis of the silicon compound, for example, complete hydrolysis of all Si-Cl bonds in the CCP, and also sufficient to achieve the desired temperature of the reaction flame. In addition, combustible gas is used to hold the flame and prevent fouling of the burner nozzle with silicon dioxide.

С экономической точки зрения в качестве кислородсодержащего газа предпочтителен воздух. Количество используемого воздуха должно быть таким, чтобы любые присутствующие в соединениях кремния органические радикалы и водообразующий газ полностью сгорали до бесцветных газообразных продуктов.From an economic point of view, air is preferred as an oxygen-containing gas. The amount of air used must be such that any organic radicals present in the silicon compounds and the water-forming gas are completely burnt to colorless gaseous products.

Общее объемное отношение трех газообразных компонентов не критично, но эти соотношения преимущественно так регулируются, чтобы температура пламени была в основном в пределах от 800 до 1500°С в зависимости от требуемой марки продуктового порошка.The total volumetric ratio of the three gaseous components is not critical, but these ratios are mainly controlled so that the flame temperature is mainly in the range from 800 to 1500 ° C, depending on the desired grade of product powder.

Качество получаемого продукта по таким показателям, как удельная площадь поверхности (УПП) и размер агрегатов, контролируется путем изменения стехиометрии. Более разбавленное пламя (с большим избытком топлива или воздуха) обычно производит более мелкие первичные частицы и, таким образом, продукты, обладающие более высокими УПП. Размер частиц ДК, образующихся при горении, обычно регулируют путем варьирования температуры пламени, концентрации ДК и времени пребывания частиц в пламени.The quality of the obtained product by such indicators as the specific surface area (SCP) and the size of the aggregates is controlled by changing stoichiometry. A more diluted flame (with a large excess of fuel or air) usually produces smaller primary particles and, thus, products with higher SCP. The particle size of DCs formed during combustion is usually controlled by varying the temperature of the flame, the concentration of DCs, and the residence time of the particles in the flame.

Основным недостатком использования в качестве испаряемого соединения кремния органохлорсиланов, таких как МТХС, является потемнение продукта из-за остаточного углерода, возникающее в результате неполного сгорания органической составляющей. Кроме того, получаемый пирогенный ДК обладает широким распределением размеров частиц и невысокой УПП, на уровне «стандартной» - 200 м²/г. Эти недостатки в основном могут быть объяснены тем, что сам по себе органохлорсилан является легко воспламеняемой жидкостью (ЛВЖ) и обладает склонностью к удлинению пламени, распределение температуры в пламени изменяется, вызывая значительный «разброс» размеров частиц ДК и даже образование гигантских частиц. Поскольку сначала рвутся связи Si-СН₃, сгорание углеводородных компонентов органохлорсиланов протекает одновременно с образованием и окислением сажи и образованием ДК. Кроме того, при гидролизе и окислении горючих соединений кремния выделяется большое количество тепла, повышающего температуру пламени. С ростом температуры пламени и времени пребывания частиц в области горячего пламени происходит увеличение размера первичных частиц, поскольку увеличение содержания топлива повышает энтальпию и длину пламени, способствуя тем самым росту частиц путем коалесценции и спекания. Для большинства областей применения потемнение продуктового порошка недопустимо, а в ряде случаев требуется узкое распределение размеров частиц и высокая УПП (400 м²/г).The main disadvantage of using organochlorosilanes, such as MTXC, as the vaporized silicon compound, is the darkening of the product due to residual carbon resulting from incomplete combustion of the organic component. In addition, the resulting pyrogenic DC has a wide distribution of particle sizes and low SCP, at the “standard” level - 200 m ² / g. These shortcomings can mainly be explained by the fact that organochlorosilane itself is a highly flammable liquid (LVH) and has a tendency to lengthen the flame, the temperature distribution in the flame changes, causing a significant "scatter" in the size of DC particles and even the formation of giant particles. Since Si – CH ₃ bonds are first torn, the combustion of the hydrocarbon components of organochlorosilanes proceeds simultaneously with the formation and oxidation of soot and the formation of DC. In addition, during the hydrolysis and oxidation of combustible silicon compounds, a large amount of heat is generated that increases the temperature of the flame. With increasing flame temperature and the residence time of particles in the hot flame region, an increase in the size of primary particles occurs, since an increase in the fuel content increases the enthalpy and flame length, thereby promoting particle growth by coalescence and sintering. For most applications, darkening of the product powder is unacceptable, and in some cases a narrow particle size distribution and a high SCP (400 m ² / g) are required.

Получение из органохлорсиланов пирогенного ДК, не загрязненного остаточным углеродом, описывается, например, в патенте США №4108964, патентах GB 2049641 и ЕР 790213 А. Проблема почернения ДК здесь решается с помощью ввода дополнительного количества водяных паров для интенсификации пламенного гидролиза. Получаемая газовая смесь, состоящая из газовой смеси, выходящей из центрального конического входного сопла, и газа или газовой смеси, выходящей из кольцевого сопла, и представляющая газообразный МХТС, водяной пар и воздух, горит в пламени в реакционной камере, производя таким образом большое количество тепла, которое отводится с помощью средств принудительного охлаждения.The preparation of pyrogenic DC not contaminated with residual carbon from organochlorosilanes is described, for example, in US Pat. No. 4,108,964, GB 2049641 and EP 790213 A. The problem of DC blackening here is solved by introducing additional water vapor to intensify flame hydrolysis. The resulting gas mixture, consisting of a gas mixture exiting the central conical inlet nozzle, and a gas or gas mixture exiting the annular nozzle and representing gaseous MXTS, water vapor and air, burns in a flame in the reaction chamber, thereby producing a large amount of heat which is diverted by means of forced cooling.

Недостатком указанного способа и горелочного устройства является необходимость смешения водяных паров и паров органохлорсилана до их ввода в пламенную зону, что приводит к преждевременному гидролизу соединения кремния и забивке горелочного устройства. Кроме того, получаемый пирогенный ДК обладает широким распределением размеров частиц и невысокой УПП (во всех примерах при использовании МТХС величина УПП колеблется на уровне стандартного пирогенного ДК - 200 м²/г).The disadvantage of this method and the burner device is the need to mix water vapor and organochlorosilane vapor before they enter the flame zone, which leads to premature hydrolysis of the silicon compound and clogging of the burner device. In addition, the resulting pyrogenic DK has a wide distribution of particle sizes and a low SCP (in all examples, when using MTXS, the value of the SCP varies at the level of a standard pyrogenic DC - 200 m ² / g).

Описан также способ (патент США №5855860, 5 января 1999 г.) получения пирогенного ДК из горючих соединений кремния, использующий чисто диффузионное горение соединения кремния, дополнительного водообразующего (способного образовывать воду при сгорании) горючего газа и кислородсодержащего газа, подаваемых в параллельных потоках. Была описана довольно простая конструкция горелки, выполненная из концентричных труб. При этом предпочтительная горелка - это четырехтрубная горелка, в которой через первую центральную трубу в парообразном состоянии подается соединение кремния, часть газа, содержащего свободный кислород, подается через вторую трубу, концентрично расположенную к первой, водообразующий горючий газ подается по третьей трубе, расположенной концентрично относительно второй, и оставшаяся часть газа, содержащего свободный кислород, подается через четвертую трубу, охватывающую первую, вторую и третью трубы.Also described is a method (US patent No. 5855860, January 5, 1999) for producing pyrogenic DC from combustible silicon compounds using purely diffusive combustion of a silicon compound, additional water-generating (capable of forming water by combustion) combustible gas and oxygen-containing gas supplied in parallel flows. A rather simple burner design made of concentric pipes has been described. In this case, the preferred burner is a four-tube burner in which a silicon compound is supplied through the first central tube in a vapor state, a part of the gas containing free oxygen is supplied through a second tube concentrically located to the first, a water-generating combustible gas is supplied through a third pipe located concentrically relative to the second, and the remaining part of the gas containing free oxygen, is supplied through the fourth pipe, covering the first, second and third pipes.

Основным преимуществом диффузионного горения, используемого в упомянутом способе, является высокая устойчивость пламени в широком диапазоне изменения технологических параметров. Однако достижение высоких УПП и узкого распределения размеров частиц получаемого продукта, особенно при использовании органохлорсиланов, является весьма проблематичным, поскольку диффузионное пламя, по сравнению с кинетическим, существенно длиннее. Это приводит к увеличению времени пребывания в зоне высоких температур и укрупнению частиц за счет коалесценции и спекания. Кроме того, в диффузионном пламени, в отличие от кинетического, в объеме пламени одновременно протекают процессы смешения реагентов, образования зародышей наночастиц, рост частиц за счет поверхностных реакций, коалесценции и спекания. Таким образом, условия зарождения и роста для каждой частицы продуктового ДК оказываются существенно различными, что приводит к очень широкому распределению размеров частиц. УПП таких порошков обычно невысока (в примерах 1 и 2 указанного способа удельная поверхность ДК, получаемого из МТХС, составляла 195 и 200 м²/г соответственно).The main advantage of diffusion combustion used in the aforementioned method is the high flame stability in a wide range of technological parameters. However, achieving high SCP and a narrow particle size distribution of the obtained product, especially when using organochlorosilanes, is very problematic, since the diffusion flame, compared with the kinetic, is significantly longer. This leads to an increase in the residence time in the high-temperature zone and particle enlargement due to coalescence and sintering. In addition, in a diffusion flame, in contrast to a kinetic flame, processes of mixing reagents, nucleation of nanoparticles, particle growth due to surface reactions, coalescence and sintering simultaneously occur in the flame volume. Thus, the nucleation and growth conditions for each particle of the product DC are significantly different, which leads to a very wide distribution of particle sizes. The SCP of such powders is usually low (in examples 1 and 2 of this method, the specific surface area of the DC obtained from MTXC was 195 and 200 m ² / g, respectively).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенному техническому решению является способ получения пирогенного диоксида кремния (патент США №6932953 В2, МПК С01В 33/18 от 23 августа 2005), принятый здесь за прототип, включающий подачу в реакционное пространство парогазового потока, вводимого через многоканальную трубчатую горелку таким образом, что на выходе из горелки образуется многослойная структура потока из чередующихся концентричных струй, имеющих в своем составе как минимум одно газообразное или испаряемое соединение кремния, водообразующий горючий газ и кислородсодержащий газ, и сжигание указанного потока в реакционном пространстве с образованием пламени. По указанному способу чередование струй преимущественно осуществляют по схеме последовательности, условно обозначенной В-А-Б-А, при которой в центре потока находится струя предварительно перемешанной смеси соединения кремния с кислородсодержащим газом и горючим газом (струя В), охватываемая струей кислородсодержащего газа (струя А), далее от центра располагается струя горючего газа (струя Б), а на периферии потока - струя А, при этом линейная скорость выхода струи В составляет от 50 до 120 м/с, вычисленная при н.у. Другие альтернативные варианты чередования струй получены путем последовательного устранения внешних струй в зависимости от числа каналов горелки. В указанном способе преимущественно используется многоканальная четырехтрубная горелка, имеющая первую (центральную), вторую, третью и четвертую трубы, расположенные концентрично, причем в центральную трубу подается предварительно перемешанная смесь соединения кремния с кислородсодержащим газом и водообразующим горючим газом, кислородсодержащий газ подается во вторую трубу, водообразующий горючий газ подается в третью трубу, а в четвертую трубу подается кислородсодержащий газ. Может использоваться многоканальная трехтрубная горелка, имеющая первую (центральную), вторую и третью трубы, расположенные концентрично, причем смесь соединения кремния, водообразующего горючего газа и кислородсодержащего газа подается в центральную трубу, кислородсодержащий газ подается во вторую трубу, а горючий газ подается в третью трубу. Может также использоваться многоканальная двухтрубная горелка, имеющая первую (центральную) и вторую трубы, расположенные концентрично, причем смесь соединения кремния, водообразующего горючего газа и кислородсодержащего газа подается в центральную трубу, а кислородсодержащий газ подается во вторую трубу.The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed technical solution is a method for producing fumed silica (US patent No. 6932953 B2, IPC СВВ 33/18 dated August 23, 2005), adopted here as a prototype, comprising supplying a vapor-gas stream introduced into the reaction space through a multichannel tubular burner in such a way that at the outlet of the burner a multilayer flow structure is formed from alternating concentric jets having at least one gaseous or vaporized the combination of silicon, a water-forming combustible gas and an oxygen-containing gas, and the combustion of the specified stream in the reaction space with the formation of a flame. According to the specified method, the alternation of the jets is preferably carried out according to the sequence diagram conventionally designated B-A-B-A, in which the center of the stream contains a stream of a pre-mixed mixture of a silicon compound with an oxygen-containing gas and a combustible gas (stream B), covered by a stream of oxygen-containing gas (stream A), further away from the center is a jet of combustible gas (jet B), and on the periphery of the stream - jet A, while the linear exit velocity of jet B is from 50 to 120 m / s, calculated at n.o. Other alternative alternations of jets are obtained by sequentially eliminating external jets depending on the number of burner channels. In this method, a multichannel four-tube burner is preferably used, having a first (central), second, third and fourth pipe arranged concentrically, wherein a pre-mixed mixture of a silicon compound with an oxygen-containing gas and a water-generating combustible gas is fed into the central pipe, an oxygen-containing gas is fed into the second pipe, water-generating combustible gas is supplied to the third pipe, and oxygen-containing gas is supplied to the fourth pipe. A multi-channel three-pipe burner can be used having a first (central), second and third pipe arranged concentrically, wherein a mixture of a silicon compound, a water-generating combustible gas and an oxygen-containing gas is supplied to the central pipe, an oxygen-containing gas is supplied to the second pipe, and combustible gas is supplied to the third pipe . A multi-channel two-pipe burner may also be used, having a first (central) and second pipe arranged concentrically, a mixture of a silicon compound, a water-generating combustible gas and an oxygen-containing gas being supplied to the central pipe, and an oxygen-containing gas being supplied to the second pipe.

Использование водорода в качестве водообразующего горючего газа в предварительно перемешанной (кинетической) смеси вместе с соединением кремния и кислородсодержащим газом при горении способствует быстрому образованию водяных паров, необходимых для гидролиза, непосредственно у сопла горелки. Если не подавать водообразующий газ непосредственно у сопла горелки, то происходит «исчерпывание» воды и гидролиз либо не идет вовсе (в случае использования ЧХК), либо затягивается до момента окисления водорода, поступающего из органического радикала (как при сжигании органохлорсиланов, таких как МТХС).The use of hydrogen as a water-forming combustible gas in a pre-mixed (kinetic) mixture together with a silicon compound and an oxygen-containing gas during combustion promotes the rapid formation of water vapor necessary for hydrolysis directly at the burner nozzle. If water-generating gas is not supplied directly at the burner nozzle, water is "exhausted" and hydrolysis either does not occur at all (in the case of using CCP) or drags out until the hydrogen coming from the organic radical is oxidized (as when burning organochlorosilanes such as MTXC) .

Такая кинетическая смесь обеспечивает быстрое и более полное окисление органических составляющих горючего соединения кремния, снижая тем самым вероятность образования сажи и сокращая длину пламени. Кроме того, из-за гомогенности кинетической газовой смеси условия реакции и, таким образом, условия для зарождения каждой частицы ДК являются одинаковыми, так что в пламени существуют необходимые начальные условия, позволяющие образование одинаковых по размеру и ровных по форме частиц. Предполагается также, что увеличенная линейная скорость газа на выходе из горелки (50-120 м/с) обеспечивает увеличение градиента скорости в поле течения, повышая турбулентность и снижая масштаб вихрей. Повышение турбулентности, в свою очередь, увеличивает область распространения пламени и скорость горения. Это промотирует гидролиз органохлорсилана в пламени, в котором синтезируется ДК, имеющий узкое распределение размеров частиц.Such a kinetic mixture provides faster and more complete oxidation of the organic components of the combustible silicon compound, thereby reducing the likelihood of soot formation and shortening the flame length. In addition, due to the homogeneity of the kinetic gas mixture, the reaction conditions and, thus, the conditions for the nucleation of each DC particle are the same, so that the necessary initial conditions exist in the flame, allowing the formation of particles of the same size and uniform in shape. It is also assumed that the increased linear velocity of the gas at the exit of the burner (50-120 m / s) provides an increase in the velocity gradient in the flow field, increasing turbulence and reducing the scale of the vortices. An increase in turbulence, in turn, increases the area of flame propagation and the burning rate. This promotes the hydrolysis of organochlorosilane in a flame in which DC is synthesized having a narrow particle size distribution.

Таким образом, использование способа по патенту США №6932953 В2 позволяет получать из органохлорсиланов, таких как МТХС, пирогенные ДК, которые не чернеют из-за остаточного углерода и обладают узким распределением размеров первичных частиц, что существенно улучшает потребительские свойства продукта, например обеспечивает прозрачность силиконового литья, использующего этот пирогенный ДК в качестве наполнителя.Thus, the use of the method according to US patent No. 6932953 B2 allows you to get from organochlorosilanes, such as MTX, pyrogenic DC, which do not blacken due to residual carbon and have a narrow size distribution of primary particles, which significantly improves the consumer properties of the product, for example, ensures the transparency of silicone casting using this pyrogenic DC as a filler.

Однако получаемые продуктовые порошки пирогенного ДК, все же обладают невысокой УПП (в примерах, описывающих сжигание МТХС, результаты замеров УПП группируются возле стандартной - 200 м²/г), что существенно сокращает области их применения.However, the obtained food powders of pyrogenic DK still have a low SCP (in the examples describing the combustion of MTXS, the results of measurements of SCP are grouped near the standard - 200 m ² / g), which significantly reduces the scope of their application.

Присутствие в трубе горелки кинетической смеси с кислородом такого горючего газа, как водород, существенно повышает опасность проскока пламени и воспламенения «гремучей смеси», что делает пламенный процесс в этом случае чрезвычайно опасным.The presence of a kinetic mixture with oxygen of a combustible gas such as hydrogen in the burner tube significantly increases the risk of flame penetration and ignition of the explosive mixture, which makes the flame process extremely dangerous in this case.

Высокие скорости выхода кинетической смеси (50-120 м/с), необходимость поддержания которых продиктована высокими скоростями ее горения, опасны вероятностью отрыва и загасания пламени в реакционном пространстве. Из-за высокой неустойчивости кинетического пламени диапазон режимов работы горелки очень узок. Кроме того, по мере интенсификации турбулентности (более высокие скорости и соответственно числа Re) все более мелкие частицы ощущают вихри среды и происходит переход от Броуновской к сдвиговой коагуляции при более коротких временах пребывания. Таким образом, по мере роста скорости выхода полидисперсность (или ширина распределения размеров частиц) возрастает [Yun Xiong and Sotiris E. Pratsinis, J. Aerosol Sci., Vol.22, № 5, pp.637-655, 1991].High exit speeds of the kinetic mixture (50-120 m / s), the necessity of maintaining which is dictated by the high rates of its combustion, are dangerous because of the possibility of flame detachment and extinction in the reaction space. Due to the high instability of the kinetic flame, the range of burner operating modes is very narrow. In addition, as turbulence intensifies (higher velocities and, correspondingly, Re numbers), increasingly smaller particles sense vortices of the medium and a transition from Brownian to shear coagulation occurs at shorter residence times. Thus, as the yield rate increases, the polydispersity (or the width of the particle size distribution) increases [Yun Xiong and Sotiris E. Pratsinis, J. Aerosol Sci., Vol.22, No. 5, pp.637-655, 1991].

В силу использования кинетической смеси при наличии крупномасштабных вихрей не исключается засорение горелки отложениями диоксида кремния, поскольку не исключено образование ДК непосредственно у сопла горелки и обратный «занос» частиц ДК из ядра потока с помощью крупномасштабных вихрей.Due to the use of the kinetic mixture in the presence of large-scale vortices, clogging of the burner by deposits of silicon dioxide is not excluded, since the formation of DC directly at the nozzle of the burner and the reverse "introduction" of DC particles from the flow core using large-scale vortices are not excluded.

Геометрия сечения струи кинетической смеси на выходе из сопла горелки (сплошной круг) способствует увеличению характеристического размера канала горелки (диаметра) и длины пламени при переходе на более высокую единичную мощность горелки.The geometry of the cross section of the jet of kinetic mixture at the exit of the nozzle of the burner (solid circle) contributes to an increase in the characteristic size of the burner channel (diameter) and the length of the flame when switching to a higher unit power of the burner.

Процедура масштабирования горелки при переходе от пилотных установок к промышленному производству чрезвычайно затруднена, поскольку при использовании круглых струй изменение расходов реагентов неизбежно влечет за собой изменение температуры пламени и его длины, связанной со временем пребывания частиц ДК в зоне высоких температур. Это приводит к использованию изнурительных и дорогостоящих методов «проб и ошибок» при масштабировании.The procedure for scaling the burner during the transition from pilot plants to industrial production is extremely difficult, since when using round jets, a change in the flow rates of the reagents inevitably entails a change in the flame temperature and its length associated with the residence time of the DC particles in the high temperature zone. This leads to the use of debilitating and costly trial and error scaling methods.

Кроме того, увеличение диаметра круглой струи при сохранении скорости выхода струи влечет за собой повышение производительности парогазовой смеси пропорционально квадрату диаметра, тем самым увеличивая тепловыделение в той же пропорции, при этом поверхность контактирования круглой струи с кислородсодержащим и горючим газами у основания пламени возрастает только в первой степени от диаметра. Это способствует ухудшению в этом месте тепло- и массообменных процессов, затрудняя гидролиз и окисление.In addition, an increase in the diameter of the round jet while maintaining the exit velocity of the jet entails an increase in the productivity of the vapor-gas mixture in proportion to the square of the diameter, thereby increasing heat release in the same proportion, while the contact surface of the round jet with oxygen-containing and combustible gases at the base of the flame increases only in the first degrees of diameter. This contributes to the deterioration of heat and mass transfer processes at this location, making hydrolysis and oxidation difficult.

Турбулентная, направленная через реакционное пространство круглая пламенная струя является сложной текучей системой, состоящей из высокоскоростной турбулентной сердцевины и зоны неоднородных концентраций, температуры и скоростей, распространяющейся от сердцевины до подсасываемого потока так называемого вторичного воздуха [GAILE D. ULRICH, Теория образования и роста частиц в пламенах окислительного синтеза. Combustion Science and Technology, 1971, Vol.4, pp.47-57]. В этом случае охлаждение имеет место сначала на внешних слоях пламени и время пребывания в центре струи значительно выше среднего. Поэтому, несмотря на однородность состава выходящей из центральной трубы кинетической смеси, в остальном условия для роста частиц меняются от сердцевины к периферии пламени. Рециркуляция внутри реакционного пространства усугубляет неоднородность системы. Более того, круглая форма сечения кинетической струи, содержащей соединение кремния, образует близкую к конической форму пламени, в котором по мере укрупнения струи возникает значительный радиальный градиент температур, способствующий более широкому распределению размеров частиц, поскольку размер первичной частицы находится в жесткой зависимости от температуры пламени благодаря связи со временем пребывания. (В одной и той же горелке снижение только на 2% (40°К) температуры пламени достаточно для того, чтобы вызвать увеличение удельной поверхности на 25% [GAIL D. ULRICH and JOHN W. RIEHL Агрегирование и рост субмикронных оксидных частиц в пламени. Journal of Colloid and Interface Science, Vol.87, No 1, May 1982]).A turbulent circular flame jet directed through the reaction space is a complex fluid system consisting of a high-speed turbulent core and a zone of inhomogeneous concentrations, temperature and velocities propagating from the core to the suction stream of so-called secondary air [GAILE D. ULRICH, Theory of particle formation and growth in flames of oxidative synthesis. Combustion Science and Technology, 1971, Vol.4, pp. 47-57]. In this case, cooling takes place first on the outer layers of the flame and the residence time in the center of the jet is much higher than average. Therefore, despite the uniformity of the composition of the kinetic mixture emerging from the central tube, the conditions for particle growth otherwise change from the core to the periphery of the flame. Recycling within the reaction space exacerbates the heterogeneity of the system. Moreover, the circular cross-sectional shape of a kinetic jet containing a silicon compound forms a flame close to conical, in which, as the jet enlarges, a significant radial temperature gradient arises, which contributes to a wider distribution of particle sizes, since the size of the primary particle is strictly dependent on the flame temperature thanks to the connection with the time spent. (In the same burner, a decrease of only 2% (40 ° K) in the flame temperature is sufficient to cause a specific surface area increase of 25% [GAIL D. ULRICH and JOHN W. RIEHL Aggregation and growth of submicron oxide particles in the flame. Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 87, No. 1, May 1982]).

Отвод части выделяющегося при горении тепла, производимый за счет охлаждаемых стенок реакционной камеры, происходит с периферии пламени. Для струи круглого сечения периферийная поверхность пламени минимальна, что ухудшает условия «закалки», т.е. быстрого охлаждения продуктов, требуемого для получения качественного пирогенного ДК. Условия закалки для частиц, двигающихся ближе к оси канала, существенно отличаются от условий закалки для частиц, перемещающихся ближе к периферии канала, что приводит к увеличению разброса размеров частиц ДК.The removal of part of the heat generated during combustion, produced by the cooled walls of the reaction chamber, occurs from the periphery of the flame. For a circular jet, the peripheral surface of the flame is minimal, which worsens the conditions of "quenching", i.e. rapid cooling of the products required to obtain high-quality pyrogenic DC. The quenching conditions for particles moving closer to the channel axis differ significantly from the quenching conditions for particles moving closer to the channel periphery, which leads to an increase in the dispersion of particle sizes of DCs.

Таким образом, целью настоящего технического решения является устранение указанных недостатков, повышение качества продукта и безопасности работы горелки, а также повышение надежности результатов ее масштабирования.Thus, the purpose of this technical solution is to eliminate these disadvantages, improve product quality and burner safety, as well as increase the reliability of its scaling results.

Указанная цель достигается с помощью предлагаемого способа получения пирогенного диоксида кремния и горелки для его осуществления.This goal is achieved using the proposed method for producing fumed silica and a burner for its implementation.

Способ получения пирогенного диоксида кремния включает подачу в реакционное пространство парогазового потока, вводимого через многоканальную трубчатую горелку таким образом, что на выходе из горелки образуется многослойная структура потока из чередующихся концентричных струй, имеющих в своем составе как минимум одно газообразное или испаряемое соединение кремния, водообразующий горючий газ и кислородсодержащий газ, и сжигание указанного потока в реакционном пространстве с образованием пламени. Отличительной особенностью предлагаемого технического решения является то, что чередование струй осуществляют по схеме последовательности, условно обозначенной А-Б-В-Б-А, при которой в центре потока находится струя кислородсодержащего газа (струя А), охватываемая струей горючего газа (струя Б), далее от центра располагается кольцевая парогазовая струя предварительно перемешанной смеси соединения кремния с кислородсодержащим газом (струя В), затем - струя Б, а на периферии потока - струя А, причем в качестве альтернативы чередование струй осуществляют по схеме последовательности в зависимости от числа каналов, условно обозначенной как А-Б-В-А или А-В-Б-А или А-В-Б, при этом отношение внутреннего диаметра кольцевой струи В к ее толщине находится в диапазоне от 1 до 100, а линейная скорость выхода смеси В составляет от 10 до 70 м/с, вычисленная при н.у. В реакционное пространство могут дополнительно подавать кислородсодержащий газ.A method for producing fumed silica involves feeding a vapor-gas stream introduced into the reaction space through a multichannel tube burner in such a way that at the outlet of the burner a multilayer stream structure is formed from alternating concentric jets having at least one gaseous or vaporized silicon compound forming a combustible fuel gas and oxygen-containing gas, and burning said stream in the reaction space to form a flame. A distinctive feature of the proposed technical solution is that the alternation of the jets is carried out according to the sequence diagram conventionally designated A-B-B-B-A, in which there is a stream of oxygen-containing gas in the center of the stream (stream A), covered by a stream of combustible gas (stream B) , further from the center, there is an annular vapor-gas stream of a premixed mixture of a silicon compound with an oxygen-containing gas (stream B), then stream B, and stream A at the periphery of the stream, and alternatively, alternating streams carried out according to a sequence diagram depending on the number of channels, conventionally designated as A-B-B-A or A-B-B-A or A-B-B, while the ratio of the inner diameter of the annular jet B to its thickness is in the range from 1 to 100, and the linear velocity of the mixture B is from 10 to 70 m / s, calculated at nos An oxygen-containing gas may additionally be supplied to the reaction space.

Указанный способ предлагается осуществлять с помощью многоканальной пятитрубной горелки, имеющей первую (центральную), вторую, третью, четвертую и пятую трубы, расположенные концентрично, отличающейся тем, что в центральную трубу подается кислородсодержащий газ, во вторую трубу подается водообразующий горючий газ, в третью трубу подается предварительно перемешанная смесь соединения кремния с кислородсодержащим газом, в четвертую трубу подается горючий газ, а в пятую трубу подается кислородсодержащий газ, при этом отношение внутреннего диаметра кольцевого канала, образованного между второй и третьей трубами, к его ширине находится в диапазоне от 1 до 100.This method is proposed to be carried out using a multi-channel five-pipe burner having a first (central), second, third, fourth and fifth pipe arranged concentrically, characterized in that oxygen-containing gas is supplied to the central pipe, water-generating combustible gas is supplied to the second pipe, and to the third pipe a pre-mixed mixture of a silicon compound with an oxygen-containing gas is supplied, combustible gas is supplied to the fourth pipe, and an oxygen-containing gas is supplied to the fifth pipe, while the internal ratio about the diameter of the annular channel formed between the second and third pipes, to its width is in the range from 1 to 100.

В качестве альтернативного варианта предложена многоканальная четырехтрубная горелка, имеющая первую (центральную), вторую, третью и четвертую трубы, расположенные концентрично, отличающаяся тем, что в центральную трубу подается кислородсодержащий газ, водообразующий горючий газ подается во вторую или третью трубу, при этом предварительно перемешанная смесь соединения кремния с кислородсодержащим газом подается в третью или вторую трубу соответственно, а кислородсодержащий газ подается в четвертую трубу, при этом отношение внутреннего диаметра кольцевого канала, образованного между второй и третьей трубами или первой и второй соответственно, к его ширине находится в диапазоне от 1 до 100.As an alternative, a multichannel four-pipe burner is proposed having a first (central), second, third and fourth pipe arranged concentrically, characterized in that oxygen-containing gas is supplied to the central pipe, water-generating combustible gas is supplied to the second or third pipe, while pre-mixed the mixture of the silicon compound with the oxygen-containing gas is supplied to the third or second pipe, respectively, and the oxygen-containing gas is supplied to the fourth pipe, the ratio of internal diameter of the annular channel formed between the second and third pipes, or first and second, respectively, to its width is in the range from 1 to 100.

Другим альтернативным вариантом является многоканальная трехтрубная горелка, имеющая первую (центральную), вторую и третью трубы, расположенные концентрично, отличающаяся тем, что в центральную трубу подается кислородсодержащий газ, предварительно перемешанная смесь соединения кремния с кислородсодержащим газом подается во вторую трубу, а водообразующий горючий газ подается в третью трубу, при этом отношение внутреннего диаметра кольцевого канала, образованного между первой и второй трубами, к его ширине находится в диапазоне от 1 до 100. Причем в многоканальной горелке по любому из вариантов в центральной трубе у выходного отверстия по оси с зазором установлен конический или цилиндро-конический вытеснитель потока, ввод кислородсодержащего газа в центральную трубу выполнен тангенциально, а по оси в центральной трубе установлен завихритель потока, причем завихритель потока выполнен в виде шнековой вставки или в виде лопастной вставки, имеющей радиальные прорези с отогнутыми в едином направлении краями.Another alternative is a multi-channel three-pipe burner having a first (central), second and third pipes arranged concentrically, characterized in that an oxygen-containing gas is supplied to the central pipe, a pre-mixed mixture of a silicon compound with an oxygen-containing gas is fed into the second pipe, and a water-generating combustible gas fed into the third pipe, while the ratio of the inner diameter of the annular channel formed between the first and second pipes to its width is in the range from 1 to 100. Moreover, in a multichannel burner according to any of the options, a conical or cylinder-conical flow displacer is installed along the axis with a gap in the central pipe at the outlet, the oxygen-containing gas is introduced into the central pipe tangentially, and a flow swirl is installed along the axis in the central pipe, and the swirl the flow is made in the form of a screw insert or in the form of a blade insert having radial slots with the edges bent in the same direction.

Положительный эффект, достигаемый при использовании совокупности существенных признаков предложенного технического решения, следующий.The positive effect achieved by using the combination of essential features of the proposed technical solution is as follows.

Предложенный состав струй и схема их чередования, при которой в центре потока находится струя кислородсодержащего газа (струя А), охватываемая струей горючего газа (струя F), далее от центра располагается кольцевая парогазовая струя предварительно перемешанной смеси соединения кремния с кислородсодержащим газом (струя В), затем - струя Б, а на периферии потока - струя А, создает на выходе из горелки многослойный концентрический парогазовый поток, в котором горючий газ (преимущественно водород) не смешан с кислородсодержащим газом (преимущественно воздухом). Это существенно повышает надежность и безопасность горения, поскольку в этом случае применяется прием так называемого «соплового смешения» топлива с окислителем, исключающий проскок пламени внутрь горелки и существенно снижающий риск отрыва пламени от горелки. Такой прием соплового смешения повышает устойчивость горения и позволяет работать в широком диапазоне изменения параметров.The proposed composition of the jets and their alternation scheme, in which there is an oxygen-containing gas stream (stream A) in the center of the stream, covered by a stream of combustible gas (stream F), further from the center is an annular vapor-gas stream of a premixed mixture of a silicon compound with an oxygen-containing gas (stream B) , then - jet B, and at the periphery of the stream - jet A, creates a multilayer concentric vapor-gas stream at the outlet of the burner in which the combustible gas (mainly hydrogen) is not mixed with an oxygen-containing gas (predominantly Twain air). This significantly increases the reliability and safety of combustion, since in this case the so-called “nozzle mixing” of the fuel with the oxidizing agent is used, eliminating the breakthrough of the flame inside the burner and significantly reducing the risk of flame detachment from the burner. This method of nozzle mixing increases the stability of combustion and allows you to work in a wide range of parameter changes.

Использование струй горючего газа, преимущественно водорода, непосредственно примыкающих к струе В, исключает образование отложений на горелке за счет резкого снижения концентрации паров соединения кремния у кромки кольцевого канала струи В, а также создает периферийный источник постоянного поджига как снаружи, так и изнутри кольцевой струи В (в пятитрубной горелке). Использование такого двойного источника постоянного поджига существенно повышает устойчивость пламени.The use of jets of combustible gas, mainly hydrogen, directly adjacent to jet B, eliminates the formation of deposits on the burner due to a sharp decrease in the concentration of silicon compound vapor at the edge of the annular channel of jet B, and also creates a peripheral source of constant ignition both outside and inside ring jet B (in a five-pipe burner). The use of such a double source of constant ignition significantly increases the stability of the flame.

Вместе с тем горение не является чисто диффузионным, поскольку струя В содержит в своем составе предварительно перемешанную смесь паров соединения кремния с кислородсодержащим газом. С учетом высокой скорости диффузии водорода это облегчает образование паров воды в реакционной смеси всех трех реагирующих компонентов на выходе из горелки, т.е. там, где обычно происходит потребление воды, необходимой для гидролиза.At the same time, combustion is not purely diffusive, since jet B contains in its composition a premixed mixture of vapors of the compound of silicon with an oxygen-containing gas. Given the high hydrogen diffusion rate, this facilitates the formation of water vapor in the reaction mixture of all three reacting components at the outlet of the burner, i.e. where usually the consumption of water necessary for hydrolysis occurs.

Кольцевое сечение струи В с рекомендованным диапазоном отношений внутреннего диаметра кольца к его толщине способствует интенсивному ее перемешиванию с соседними струями, что обеспечивает интенсивный тепло- и массообмен, промотирующий высокую скорость гидролиза и окисления. Кольцевая форма сечения струи В позволяет подавать охлаждающий воздух не только снаружи струи, но и изнутри, что способствует быстрой закалке продуктов реакции и получению качественного пирогенного ДК. Подача воздуха с обеих сторон струи В способствует предотвращению образования остаточного углерода при использовании горючих соединений кремния, таких как органохлорсилан, поскольку кислород в достаточных количествах и эффективно подмешивается к горючему соединению кремния. Кроме того, достигается возможность тонкого регулирования температуры пламени путем регулирования подачи воздуха в центральном канале, поскольку расход воздуха, используемого в смеси с соединением кремния, не затрагивается и, таким образом, соотношение основных компонентов в струе В и концентрация в ней ДК, а также скорость на выходе и длина пламени, практически не меняются. При этом условия закалки частиц ДК по всему сечению кольцевого пламени становятся практически одинаковыми, что сужает распределение размеров частиц.The annular cross section of jet B with the recommended range of ratios of the inner diameter of the ring to its thickness promotes intensive mixing with adjacent jets, which provides intense heat and mass transfer, promoting a high rate of hydrolysis and oxidation. The annular shape of the cross section of the jet B allows you to supply cooling air not only from the outside of the jet, but also from the inside, which contributes to the rapid hardening of the reaction products and to obtain high-quality pyrogenic DC. The air supply on both sides of the jet B helps to prevent the formation of residual carbon when using flammable silicon compounds, such as organochlorosilane, since oxygen is sufficiently mixed with the combustible silicon compound. In addition, it is possible to finely control the temperature of the flame by regulating the air supply in the central channel, since the air flow rate used in the mixture with the silicon compound is not affected, and thus the ratio of the main components in the jet B and the concentration of DC in it, as well as the speed at the exit and flame length, practically do not change. In this case, the conditions for the hardening of DC particles over the entire cross section of the annular flame become almost the same, which narrows the particle size distribution.

Распределение струи В по кольцу существенно сокращает длину образующегося пламени по сравнению с круглой струей, что означает сокращение времени пребывания в зоне высоких температур и, как следствие, ограничивает чрезмерный рост частиц ДК. При этом форма образующегося пламени по мере роста величины отношения внутреннего диаметра кольца к его толщине приближается к плоской, существенно сглаживая температурный градиент внутри пламени в радиальном направлении. Такая форма пламени создает очень близкие условия для зарождения и роста частиц, придавая практически одинаковую «историю» частицам, выходящим из пламени, способствуя, таким образом, образованию одинаковых по размеру частиц ДК, давая при этом узкое распределение их размеров. Следует понимать, что величина указанного отношения в области, близкой к нижней границе, больше соответствует лабораторным и пилотным масштабам производства. И наоборот: более высокие значения рекомендованного диапазона соответствуют промышленным горелкам.The distribution of the jet B in the ring significantly reduces the length of the flame formed in comparison with a round jet, which means a reduction in the residence time in the high temperature zone and, as a result, limits the excessive growth of DC particles. In this case, the shape of the resulting flame as it grows, the ratio of the inner diameter of the ring to its thickness approaches a flat one, substantially smoothing the temperature gradient inside the flame in the radial direction. This form of flame creates very close conditions for the nucleation and growth of particles, giving almost the same "history" to the particles exiting the flame, thus contributing to the formation of DC particles of the same size, giving a narrow distribution of their sizes. It should be understood that the magnitude of this ratio in the area close to the lower boundary is more consistent with the laboratory and pilot scale of production. And vice versa: higher values of the recommended range correspond to industrial burners.

Скорости выхода струи В в рекомендованном диапазоне (10-70 м/с) вполне достаточны для интенсивного тепло- и массообмена с соседними струями и в самом результирующем пламени за счет возникающих турбулентных пульсаций. При скоростях выше 30 м/с сопловое смешение реагентов становится настолько интенсивным, что по результатам, оцениваемым по величине УПП продуктового порошка, оно практически приближается к кинетической струе (т.е. струе с предварительно смешанными компонентами). Вместе с тем масштаб возникающих вихрей (у верхней границы скоростей) не столь велик, чтобы существенно повлиять на снижение однородности частиц. Эти скорости также обеспечивают устойчивое горение (без обратного проскока пламени и его отрыва). Более высокие скорости выхода струи В подходят для смесей соединения кремния с воздухом, обладающих более высокой скоростью горения. Значения скоростей ниже нижнего предела указанного диапазона (менее 10 м/с) могут привести к проскоку пламени внутрь горелки (при использовании ЛВЖ в качестве соединения кремния). К тому же низкие скорости для коммерческого применения не представляют особого интереса, поскольку не могут обеспечить приемлемой производительности горелки.The exit velocities of the jet B in the recommended range (10-70 m / s) are quite sufficient for intensive heat and mass transfer with adjacent jets and in the resulting flame itself due to turbulent pulsations arising. At speeds above 30 m / s, the nozzle mixing of the reagents becomes so intense that, according to the results evaluated by the value of the product softener, it practically approaches the kinetic stream (i.e., the stream with pre-mixed components). At the same time, the scale of the resulting vortices (at the upper velocity boundary) is not so large as to significantly affect the decrease in particle uniformity. These speeds also provide stable combustion (without backward flame slip and its separation). Higher jet rates B are suitable for mixtures of a silicon compound with air having a higher burning rate. Velocities below the lower limit of the specified range (less than 10 m / s) can lead to flame penetration into the burner (when using LVH as a silicon compound). In addition, low speeds for commercial use are not of particular interest, since they cannot provide acceptable burner performance.

Кольцевая форма сечения струи В с рекомендованным диапазоном отношений внутреннего диаметра кольца к его толщине позволяет избежать значительных ошибок при масштабировании горелок, поскольку длина пламени в значительной степени определяется характеристическим размером (толщиной кольца) и в меньшей степени его диаметром. Увеличение производительности горелки за счет протяженности кольца при одной и той же его толщине (особенно при высоких значениях указанного диапазона отношений) не влияет существенно на длину пламени, в основном увеличивается лишь его протяженность по кольцу. При этом в основу масштабирования может быть заложено чисто экстенсивное решение, т.е. аналогичное увеличению производительности горелочного устройства за счет набора числа горелок, испытанных и отработанных на пилотной (стендовой) установке.The annular shape of the cross section of the jet B with the recommended range of ratios of the inner diameter of the ring to its thickness avoids significant errors when scaling the burners, since the flame length is largely determined by the characteristic size (ring thickness) and, to a lesser extent, its diameter. An increase in burner productivity due to the length of the ring at the same thickness (especially at high values of the indicated range of ratios) does not significantly affect the length of the flame, basically only its length along the ring increases. At the same time, a purely extensive solution, i.e. similar to increasing the productivity of the burner device by recruiting the number of burners tested and tested in a pilot (bench) installation.

Дополнительная подача в реакционное пространство кислородсодержащего газа улучшает закалку продуктов горения, препятствует отложению твердой фазы на стенках реакционной камеры, а также повышает устойчивость горения горючего газа, особенно при использовании трехтрубной горелки.An additional supply of oxygen-containing gas to the reaction space improves the quenching of the combustion products, prevents the deposition of a solid phase on the walls of the reaction chamber, and also increases the stability of the combustion of combustible gas, especially when using a three-pipe burner.

Использование многоканальных многотрубных горелок позволяет осуществить предложенный способ получения пирогенного ДК.The use of multi-channel multi-tube burners allows the proposed method to obtain pyrogenic DC.

Кроме того, использование пятитрубной горелки по предложенной схеме подачи концентричных струй позволяет создать очень устойчивое пламя, располагающее источниками постоянного поджига в виде двух удерживающих кольцевых диффузионных (преимущественно воздушно-водородных) пламен, расположенных по обе стороны основной струи (В): снаружи и изнутри.In addition, the use of a five-tube burner according to the proposed concentric jet supply scheme allows creating a very stable flame with sources of constant ignition in the form of two holding annular diffusion (mainly air-hydrogen) flames located on both sides of the main jet (B): outside and inside.

Использование четырехтрубной горелки по предложенной схеме подачи струй с одним только удерживающим кольцевым диффузионным пламенем обеспечивает источник постоянного поджига либо снаружи, либо изнутри основной струи.The use of a four-tube burner according to the proposed jet supply scheme with only one retaining annular diffusion flame provides a source of constant ignition either from the outside or from the inside of the main jet.

Использование трехтрубной горелки по предложенной схеме подачи струй также обеспечивает источник постоянного поджига, но только снаружи основной струи. При этом горючий газ реагирует в диффузионном режиме с кислородом струи В, а также с кислородом газа, подаваемого в реакционное пространство помимо горелки.The use of a three-pipe burner according to the proposed jet supply scheme also provides a source of constant ignition, but only outside the main jet. In this case, the combustible gas reacts in diffusion mode with the oxygen of the jet B, as well as with the oxygen of the gas supplied to the reaction space in addition to the burner.

Общим существенным признаком для всех вариантов горелки является то, что по центральной трубе подают кислородсодержащий газ. Это помогает эффективно подводить кислород к корню факела, «закаливать» продукты сгорания изнутри пламени и тонко регулировать температуру, не затрагивая состава струи В, содержащей соединение кремния.A common essential feature for all burner options is that an oxygen-containing gas is supplied through the central pipe. This helps to efficiently bring oxygen to the flame root, “quench” the combustion products from the inside of the flame and finely control the temperature without affecting the composition of the jet B containing the silicon compound.

Конический или цилиндроконический вытеснитель потока, установленный в центральной трубе у выходного отверстия по оси с зазором, позволяет придавать необходимую скорость струе кислородсодержащего газа при больших диаметрах центральной трубы, вытесняя струю от оси. Выполнение ввода кислородсодержащего газа в центральную трубу тангенциальным, так же как и установка в центральной трубе по оси завихрителя потока в виде шнековой вставки или лопастной вставки, имеющей радиальные прорези с отогнутыми в едином направлении краями, создает закрученный поток кислородсодержащего газа. Такая закрутка способствует интенсификации тепло и массообменных процессов у внутренней границы кольцевого пламени путем сохранения приемлемых скоростей выхода кислородсодержащего газа и придает дополнительную устойчивость пламени.A conical or cylindrical-conical flow displacer installed in the central pipe at the outlet along the axis with a gap allows you to give the necessary speed to the oxygen-containing gas stream at large diameters of the central pipe, displacing the stream from the axis. The introduction of oxygen-containing gas into the central pipe is tangential, as well as the installation of a flow in the central pipe along the swirl axis in the form of a screw insert or a blade insert having radial slots with edges bent in the same direction, creates a swirling flow of oxygen-containing gas. Such a twist contributes to the intensification of heat and mass transfer processes at the inner boundary of the annular flame by maintaining acceptable rates of oxygen-containing gas exit and gives additional flame stability.

Существо предложенного технического решения поясняется чертежами.The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings.

Фиг.1 - схема распределения струй в пятитрубной горелке.Figure 1 is a diagram of the distribution of jets in a five-tube burner.

Фиг.2 - I вариант схемы распределения струй в четырехтрубной горелке.Figure 2 - I variant of the distribution pattern of jets in a four-tube burner.

Фиг.3 - II вариант схемы распределения струй в четырехтрубной горелке.Figure 3 - II variant of the distribution pattern of jets in a four-tube burner.

Фиг.4 - схема распределения струй в трехтрубной горелке.4 is a diagram of the distribution of jets in a three-pipe burner.

Фиг.5 - центральная труба горелки в разрезе с установленным в ней цилиндроконическим вытеснителем потока.5 is a sectional view of a central burner tube with a cylinder-conical flow displacer installed therein.

Фиг.6 - центральная труба горелки в разрезе с тангенциальным вводом в нее кислородсодержащего газа и вытеснителем потока.6 - the Central tube of the burner in section with a tangential introduction of oxygen-containing gas into it and a displacer flow.

Фиг.7 - центральная труба горелки в разрезе с установленным в ней завихрителем в виде однозаходной шнековой вставки.Fig.7 - the Central tube of the burner in the context with the swirler installed in it in the form of a single-thread screw insert.

Фиг.8 - центральная труба горелки в разрезе с установленным в ней завихрителем в виде пакета лопастных вставок.Fig. 8 is a sectional view of a central burner tube with a swirler installed in it in the form of a package of blade inserts.

Цифровыми выносками на фигурах обозначены: 1 - центральная труба, 2 - вторая труба, 3 - третья труба, 4 - четвертая труба. 5 - пятая труба, 6 - цилиндроконический вытеснитель потока, 7 - тангенциально установленный патрубок, 8 - шнековая вставка, 9 - лопастной завихритель потока.Digital callouts in the figures indicate: 1 - the central pipe, 2 - the second pipe, 3 - the third pipe, 4 - the fourth pipe. 5 - fifth pipe, 6 - cylinder-conical flow displacer, 7 - tangentially mounted pipe, 8 - screw insert, 9 - blade flow swirl.

Ниже приводится описание работы предпочтительного варианта горелки и предлагаемого способа получения пирогенного ДК со ссылкой на фиг.1.Below is a description of the operation of the preferred embodiment of the burner and the proposed method for producing pyrogenic DC with reference to figure 1.

Предварительно подготовленная смесь паров соединения кремния с кислородсодержащим газом (предпочтительно воздухом) подается в виде струи В через кольцевой зазор, образованный концентрично расположенными трубами 2 и 3. По соседним кольцевым каналам горелки, образованным трубами 1 и 2, а также 3 и 4, подается водообразующий горючий газ (преимущественно водород) в виде двух струй Б. При этом кислородсодержащий газ в виде струй А выходит по центральной трубе 1 и наружному кольцевому каналу, образованному трубами 4 и 5.A pre-prepared mixture of vapors of the compound of silicon with an oxygen-containing gas (preferably air) is supplied in the form of a jet B through an annular gap formed by concentrically arranged pipes 2 and 3. Water is supplied through the adjacent annular channels of the burner formed by pipes 1 and 2, as well as 3 and 4. combustible gas (mainly hydrogen) in the form of two jets B. In this case, an oxygen-containing gas in the form of jets A exits through the central pipe 1 and the outer annular channel formed by pipes 4 and 5.

При пламенном взаимодействии указанных пяти струй, образующих на выходе из горелки сложный пятислойный парогазовый поток, парообразное соединение кремния подвергается гидролизу (в случае с ЧХК) либо гидролизу и окислению (в случае органохлорсиланов) с получением дымовых газов, содержащих наноразмерные частицы ДК. В пламени в ходе химических реакций сначала образуется пересыщенный пар так называемого «мономера» ДК, который, конденсируясь, образует зародышевые частицы ДК. Далее зародыши растут за счет поверхностных реакций и столкновения-коалесценции при Броуновском движении с получением так называемых первичных частиц. Первичные частицы, сталкиваясь, образуют так называемые кластеры или первичные агломераты. При этом размеры первичных частиц, размеры и структура кластеров в значительной степени зависят от соотношения конкурирующих механизмов роста частиц: коалесценции и коагуляции. Кроме того, распределение размеров частиц ДК, покидающих пламя, зависит от того, насколько продолжительными и идентичными были химические реакции и стадии зарождения и роста для каждой из частиц.During the flame interaction of these five jets, forming a complex five-layer vapor-gas stream at the outlet of the burner, the vaporous silicon compound undergoes hydrolysis (in the case of CCC) or hydrolysis and oxidation (in the case of organochlorosilanes) to produce flue gases containing nanosized particles of DC. In a flame during chemical reactions, a supersaturated vapor of the so-called “monomer” of DC is first formed, which, when condensed, forms germinal particles of DC. Further, the nuclei grow due to surface reactions and collision-coalescence during Brownian motion to produce the so-called primary particles. When colliding, primary particles form the so-called clusters or primary agglomerates. In this case, the sizes of the primary particles, the sizes and structure of the clusters largely depend on the ratio of competing mechanisms of particle growth: coalescence and coagulation. In addition, the size distribution of DC particles leaving the flame depends on how long and identical the chemical reactions were and the nucleation and growth stages for each of the particles.

Вполне понятно, что, изменяя технологические факторы, такие как температура пламени, концентрация и время пребывания ДК в зоне высоких температур, а также состав и схему взаимодействия струй реагирующих компонентов и векторное поле скоростей, можно получать пирогенный ДК, обладающий требуемыми размерными характеристиками порошков в широком диапазоне изменений показателей. Вот почему считается «очень важным, чтобы количество подаваемого горючего газа, способного генерировать при горении водяной пар, конфигурация горелки и скорость ввода предварительно смешанной газовой смеси из горелки отвечали определенным требованиям».It is quite clear that by changing technological factors, such as flame temperature, concentration and residence time of DC in the high temperature zone, as well as the composition and interaction pattern of jets of reacting components and the vector velocity field, it is possible to obtain pyrogenic DC having the required dimensional characteristics of powders in a wide range of indicators. That is why it is considered "very important that the amount of supplied combustible gas capable of generating water vapor during combustion, the configuration of the burner and the rate of introduction of the premixed gas mixture from the burner meet certain requirements."

Дополнительно вводимый в реакционную камеру помимо горелки кислородсодержащий газ (преимущественно воздух) способствует быстрому охлаждению продуктов сгорания, а также снижению отложений на стенках реакционной камеры. При использовании трехтрубной горелки (см. Фиг.4) кислород этого газа участвует в окислении горючего газа, подаваемого по зазору между трубами 2 и 3 с образованием кольцевого диффузионного водородно-воздушного пламени. Это пламя, являясь периферийным источником поджига для струи В, стабилизирующим ее устойчивое горение (в случае сжигания горючих соединений кремния), одновременно является источником водяных паров, необходимых для гидролиза соединения кремния в струе В, и дополнительного тепла для требуемой температуры пламени. Подаваемый по центральной трубе воздух приобретает вращательное движение при использовании одного или сочетания из двух и более конструктивных приемов, схематично изображенных на Фиг.5-8. Следует понимать, что вместо однозаходного шнека 8 (см. Фиг.7) может с успехом использоваться многозаходная конструкция. Получив вращательное движение, воздух выходит из центрального канала предпочтительно в виде кольцевой струи, непосредственно примыкающей к соседней струе газа или парогазовой смеси. При этом размеры вытеснителя (см. Фиг.5) рассчитываются так, чтобы образовался кольцевой проход, обеспечивающий требуемую скорость выхода струи А при заданной производительности. Наложение дополнительного вращательного движения способствует интенсивному перемешиванию реагирующих струй, в результате чего в них интенсивно протекают тепло- и массообменные процессы и возникает дополнительная устойчивость пламени.In addition to the burner, an oxygen-containing gas (mainly air) introduced into the reaction chamber contributes to the rapid cooling of the combustion products, as well as to the reduction of deposits on the walls of the reaction chamber. When using a three-pipe burner (see Figure 4), the oxygen of this gas is involved in the oxidation of the combustible gas supplied through the gap between the pipes 2 and 3 with the formation of an annular diffusion hydrogen-air flame. This flame, being a peripheral source of ignition for jet B, stabilizing its stable combustion (in the case of burning combustible silicon compounds), is at the same time a source of water vapor necessary for hydrolysis of the silicon compound in jet B, and additional heat for the required flame temperature. The air supplied through the central pipe acquires a rotational movement when using one or a combination of two or more design techniques, schematically depicted in Figures 5-8. It should be understood that instead of a single-thread auger 8 (see Fig.7) can be successfully used multi-start design. Having received a rotational movement, the air leaves the central channel, preferably in the form of an annular jet directly adjacent to the adjacent gas stream or gas-vapor mixture. At the same time, the dimensions of the displacer (see Figure 5) are calculated so that an annular passage is formed that provides the required exit speed of the jet A at a given performance. The imposition of additional rotational motion promotes intensive mixing of the reactive jets, as a result of which heat and mass transfer processes intensively occur in them and additional flame stability occurs.

ПРИМЕРЫEXAMPLES

Приведенные ниже примеры иллюстративны, показывают осуществимость предложенного технического решения и никак не являются ограничивающими. Следует понимать, что в соответствии с формулой изобретения может быть осуществлено множество процессов, достигающих положительных эффектов, обеспеченных совокупностью существенных признаков.The examples below are illustrative, show the feasibility of the proposed technical solution and are not limiting in any way. It should be understood that in accordance with the claims, many processes can be carried out that achieve the positive effects provided by a combination of essential features.

Пример 1Example 1

Использовалась пятитрубная горелка, аналогичная изображенной на Фиг.1. По центральной трубе 1 подавали воздух, водород подавали в зазор между трубами 1 и 2, в кольцевой зазор между трубами 2 и 3 подавали смесь паров МТХС с воздухом, в зазор между трубами 3 и 4 подавали водород, а по внешнему кольцевому каналу, образованному трубами 4 и 5, подавали воздух. В качестве исходного соединения кремния использовался МТХС в виде трудноутилизируемого побочного продукта, имеющего на рынке ограниченный спрос, полученный при прямом синтезе МХС из порошкового кремния с хлористым метилом. Внутренняя труба 1 была оснащена завихрителем потока в виде пакета из трех лопастных вставок 9, имеющих радиальные прорези с отогнутыми в едином направлении краями, аналогичных изображенным на Фиг.8, и цилиндроконическим вытеснителем 6, аналогичным изображенному на Фиг.5. При этом отношение внутреннего диаметра кольцевого канала, образованного трубами 2 и 3, к его ширине составляло 2. Количество подаваемых на смешение с воздухом паров МТХС составляло 2,8 кг/час, а скорость выхода смеси с воздухом составляла 42,6 м/с.A five-tube burner similar to that shown in FIG. 1 was used. Air was supplied through the central pipe 1, hydrogen was fed into the gap between the pipes 1 and 2, a mixture of MTXC vapors was supplied into the annular gap between the pipes 2 and 3, hydrogen was supplied into the gap between the pipes 3 and 4, and through the outer annular channel formed by the pipes 4 and 5, air was supplied. MTXC was used as the starting silicon compound in the form of a hardly utilizable by-product having limited demand on the market, obtained by direct synthesis of MCS from powdered silicon with methyl chloride. The inner pipe 1 was equipped with a flow swirl in the form of a packet of three blade inserts 9 having radial slots with the edges bent in the same direction, similar to those shown in Fig. 8, and a cylindrical displacer 6, similar to that shown in Fig. 5. The ratio of the inner diameter of the annular channel formed by pipes 2 and 3 to its width was 2. The amount of MTXC vapor supplied to mix with air was 2.8 kg / h, and the rate of exit of the mixture with air was 42.6 m / s.

Соотношение расходов газов и парогазовой смеси, подаваемых в горелку, а также их температуры, регулировались таким образом, что температура адиабатического пламени (ТАЛ) составляла 1029°С. (Температура адиабатического пламени, использующаяся здесь, является расчетной величиной и относится к наивысшей температуре, достигаемой сжиганием продуктов и несгоревшими остатками, как в адиабатической системе, при допущении того, что тепло освобождается сжиганием. Использование ТАП широко применяется в разнообразных пламенных процессах для характеристики энергетического уровня пламени и рассчитывается по известным формулам. Хотя адиабатические температуры пламени могут быть определены с большой точностью, действительные выходящие температуры зависят от скорости охлаждения, которые, в свою очередь, зависят от типа горелки, размера и времени пребывания.).The ratio of the flow rates of gases and the vapor-gas mixture supplied to the burner, as well as their temperature, was controlled in such a way that the adiabatic flame temperature (TAL) was 1029 ° C. (The adiabatic flame temperature used here is a calculated value and refers to the highest temperature achieved by burning products and unburnt residues, as in an adiabatic system, assuming that heat is released by burning. The use of TAP is widely used in a variety of flame processes to characterize the energy level of the flame and is calculated according to well-known formulas.Although the adiabatic temperature of the flame can be determined with great accuracy, the actual outputs yaschie temperature depends on the cooling rate, which in turn depends on the burner type, size and residence time.).

Полученную в реакционном пространстве смесь дымовых газов, содержащих порошок ДК, после охлаждения до 200°С направляли в рукавный фильтр со струйной импульсной регенерацией. Образцы выделенного с помощью рукавного фильтра порошка ДК анализировались для определения УПП по БЭТ-методу. Кроме того, определялись диаметр и распределение размеров первичных частиц с использованием микрофотографий, полученных с электронного микроскопа. (Для частиц порошков общеизвестно, что частотная кривая распределения, которая показывает логарифм диаметров частиц, имеет практически нормальное распределение. Меньшее стандартное логарифмическое отклонение (σ) указывает на более одинаковые диаметры частиц.).The mixture of flue gases containing DC powder obtained in the reaction space, after cooling to 200 ° C, was sent to a bag filter with jet pulse regeneration. Samples of DC powder isolated using a bag filter were analyzed to determine the AMR by the BET method. In addition, the diameter and size distribution of primary particles were determined using microphotographs obtained with an electron microscope. (It is well known for powder particles that the frequency distribution curve, which shows the logarithm of particle diameters, has an almost normal distribution. A smaller standard logarithmic deviation (σ) indicates more uniform particle diameters.).

Полученный порошок пирогенного ДК содержал 99,9 мас.% основного вещества (SiO₂), был чистым (не содержал углерода), имел УПП 358 м²/г, средний диаметр первичных частиц при этом составил 7,6 нм, а среднее логарифмическое отклонение σ составило 0,45.The obtained powder of pyrogenic DC contained 99.9 wt.% Of the main substance (SiO ₂ ), was pure (did not contain carbon), had a soft-starter 358 m ² / g, the average diameter of the primary particles was 7.6 nm, and the average logarithmic deviation σ was 0.45.

Пример 2Example 2

Условия проведения пламенного процесса и выделения полученного ДК были такими же, как и в Примере 1, за исключением того, что количество подаваемых на смешение с воздухом паров МТХС составило 48 кг/час при практически пропорциональном увеличении расходов других реагирующих газов (воздуха и водорода). Расходы реагирующих потоков были таковы, что температура адиабатического пламени составляла 1016°С. Абсолютные размеры горелки обеспечивали ту же скорость выхода паров МТХС с воздухом (42,6 м/с), при этом отношение внутреннего диаметра кольцевого канала, образованного трубами 2 и 3, к его ширине составляло 20, в то время как абсолютный размер ширины указанного кольцевого канала в обоих примерах оставался одинаковым.The conditions of the flame process and the separation of the obtained DC were the same as in Example 1, except that the amount of MTXC vapor supplied to mix with air was 48 kg / h with an almost proportional increase in the flow rates of other reacting gases (air and hydrogen). The flow rates of the reacting flows were such that the temperature of the adiabatic flame was 1016 ° C. The absolute dimensions of the burner provided the same exit velocity of MTXC vapors with air (42.6 m / s), while the ratio of the inner diameter of the annular channel formed by pipes 2 and 3 to its width was 20, while the absolute size of the width of the specified annular the channel in both examples remained the same.

Полученный порошок пирогенного ДК содержал 99,9 мас.% основного вещества (SiO₂), был чистым (не содержал углерода), имел УПП 349 м²/г, средний диаметр первичных частиц при этом составил 7,8 нм, а среднее логарифмическое отклонение σ составило 0,47.The obtained powder of pyrogenic DC contained 99.9 wt.% Of the main substance (SiO ₂ ), was pure (did not contain carbon), had an SCP of 349 m ² / g, the average diameter of the primary particles was 7.8 nm, and the average logarithmic deviation σ was 0.47.

Таким образом, из примеров видно, что предложенное техническое решение может быть реализовано в промышленности, причем оно позволяет перейти от пилотной мощности на более высокую (более чем в 10 раз) производительность, практически не ухудшая качества продукции.Thus, it can be seen from the examples that the proposed technical solution can be implemented in industry, and it allows you to switch from pilot capacity to higher (more than 10 times) productivity, practically without compromising product quality.

Claims

1. A method of producing fumed silicon dioxide, comprising supplying a vapor-gas stream introduced into the reaction space through a multi-channel tube burner in such a way that at the outlet of the burner a multilayer stream structure is formed from alternating concentric jets having at least one gaseous or vaporized silicon compound , a water-generating combustible gas and an oxygen-containing gas, and burning said stream in the reaction space to form a flame, characterized in that it is alternated The jets are carried out according to the sequence diagram conventionally designated A-B-B-B-A, in which there is a stream of oxygen-containing gas (stream A) in the center of the stream, covered by a stream of combustible gas (stream B), then an annular vapor-gas stream is located before the center a mixed mixture of a silicon compound with an oxygen-containing gas (stream B), then stream B, and stream A at the periphery of the stream, and alternatively, the alternation of the jets is carried out according to the sequence scheme, depending on the number of channels in the burner, explicitly designated as A-B-B-A or A-B-B-A or A-B-B, while the ratio of the inner diameter of the annular jet B to its thickness is in the range from 1 to 100, and the linear output velocity of the mixture B ranges from 10 to 70 m / s, calculated at nos

2. The method according to claim 1, characterized in that the oxygen-containing gas is additionally supplied to the reaction space.

3. A multi-channel five-pipe burner having a first (central), second, third, fourth and fifth pipes arranged concentrically, characterized in that oxygen-containing gas is supplied to the central pipe, water-generating combustible gas is supplied to the second pipe, and a pre-mixed mixture is supplied to the third pipe compounds of silicon with an oxygen-containing gas, combustible gas is supplied to the fourth pipe, and oxygen-containing gas is supplied to the fifth pipe, while the ratio of the inner diameter of the annular channel formed between second and third pipes to the width thereof is in the range from 1 to 100.

4. A multi-channel four-pipe burner having a first (central), second, third and fourth pipe arranged concentrically, characterized in that an oxygen-containing gas is supplied to the central pipe, a water-generating combustible gas is supplied to the second or third pipe, while the premixed mixture of silicon compound with oxygen-containing gas is supplied to the third or second pipe, respectively, and oxygen-containing gas is supplied to the fourth pipe, while the ratio of the inner diameter of the annular channel is formed th between the second and third pipes or the first and second, respectively, to its width is in the range from 1 to 100.

5. A multi-channel three-pipe burner having a first (central), second and third pipes arranged concentrically, characterized in that an oxygen-containing gas is supplied to the central pipe, a pre-mixed mixture of a silicon compound with an oxygen-containing gas is supplied to the second pipe, and a water-generating combustible gas is supplied to the third pipe, while the ratio of the inner diameter of the annular channel formed between the first and second pipes to its width is in the range from 1 to 100.

6. A multi-channel burner according to any one of claims 3 to 5, characterized in that a conical or cylindrical conical flow displacer is installed in the central pipe at the outlet along the axis with a gap.

7. A multi-channel burner according to any one of claims 3 to 5, characterized in that the oxygen-containing gas is introduced into the central pipe tangentially.

8. A multi-channel burner according to any one of claims 3 to 5, characterized in that a flow swirl is installed in the central pipe along the axis.