RU2389747C1 - Method of producing soot and reactor for realising said method - Google Patents
Method of producing soot and reactor for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2389747C1 RU2389747C1 RU2008147190/15A RU2008147190A RU2389747C1 RU 2389747 C1 RU2389747 C1 RU 2389747C1 RU 2008147190/15 A RU2008147190/15 A RU 2008147190/15A RU 2008147190 A RU2008147190 A RU 2008147190A RU 2389747 C1 RU2389747 C1 RU 2389747C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- chamber
- stream
- fuel
- raw materials
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к производству наноструктурированного углеродного материала сажи, которая применяется как наполнитель эластомеров для изготовления шин и резинотехники.The invention relates to the production of carbon nanostructured carbon black material, which is used as an elastomer filler for the manufacture of tires and rubber technology.
Способ включает в себя генерацию высокотемпературного потока продуктов полного сгорания углеводородного топлива под давлением 0,3-1,0 ати, который через сужающее сопло подается в реакционную зону со скоростью 250-600 м/сек. В зоне максимальной скорости газового потока радиальными проникающими струями подается углеводородное сырье, которое разлагается с образованием нанодисперсного углерода в реакционной зоне и после закалки поступает в систему рекуперации и разделения с выделением целевого продукта.The method includes generating a high-temperature stream of products of complete combustion of hydrocarbon fuel at a pressure of 0.3-1.0 bar, which is fed through the narrowing nozzle into the reaction zone at a speed of 250-600 m / s. In the zone of maximum gas flow velocity with radial penetrating jets, hydrocarbon feed is supplied, which decomposes with the formation of nanosized carbon in the reaction zone and, after quenching, enters the recovery and separation system with the release of the target product.
Отличительной особенностью способа является то, что в зону максимальной скорости потока радиальными проникающими струями одновременно с сырьем подается вода.A distinctive feature of the method is that in the zone of maximum flow rate by radial penetrating jets simultaneously with the feed water is supplied.
Известен способ получения сажи, включающий подачу сырья в реактор в виде аксиального потока и аксиального потока окислителя с разложением углеводородного сырья в аксиальном сырьевом факеле (патент США №3832450). При этом радиальными струями в сырьевой факел подается вода. В данном способе в сырьевом факеле сырье находится еще в жидкой фазе, но его температура превышает температуру подаваемой воды. Процесс протекает при термоокислительном пиролизе сырья. Введение воды в сырьевой факел в данном способе позволяет генерировать сажу с повышенными показателями адсорбции дибутилфталата и йодного числа. Недостатком способа является низкий выход целевого продукта и высокая степень его неоднородности.A known method of producing soot, including the supply of raw materials to the reactor in the form of an axial flow and an axial flow of an oxidizing agent with the decomposition of hydrocarbon raw materials in an axial feed torch (US patent No. 3832450). In this case, water is supplied to the raw torch by radial jets. In this method, in a feed torch, the feed is still in the liquid phase, but its temperature exceeds the temperature of the supplied water. The process proceeds during the thermo-oxidative pyrolysis of raw materials. The introduction of water into the feed torch in this method allows the generation of soot with increased adsorption of dibutyl phthalate and iodine number. The disadvantage of this method is the low yield of the target product and a high degree of its heterogeneity.
Известен способ, включающий сжигание топлива с воздухом в камере горения, сужение продуктов горения в смесительном сопле, введение в него углеводородного сырья и воды в количестве 0,1-0,5 кг/кг сырья, расширение получаемых продуктов в реакционной камере с последующим охлаждением продуктов водой (патент РФ №2077544). Часть воды, поступающей в смесительное сопло, подают через 0,0005-0,0009 сек после ввода сырья в количестве 0,02-0,09 кг/кг сырья.A known method, including burning fuel with air in the combustion chamber, narrowing the combustion products in the mixing nozzle, introducing into it hydrocarbon raw materials and water in an amount of 0.1-0.5 kg / kg of raw materials, expanding the resulting products in the reaction chamber, followed by cooling of the products water (RF patent No. 2077544). Part of the water entering the mixing nozzle is supplied in 0.0005-0.0009 sec after the input of raw materials in the amount of 0.02-0.09 kg / kg of raw material.
Реактор для осуществления способа, содержащий последовательно и соосно установленные камеру горения со средствами для сжигания топлива с воздухом, смесительное сопло с сырьевыми форсунками и форсунками для воды, радиально установленными в смесительном сопле после сырьевых форсунок на расстоянии, равном 4-8 диаметров смесительного сопла, и реакционную камеру со средствами для закалки сажегазовых продуктов, дополнительно снабжен вторым поясом водяных форсунок в смесительном сопле, радиально расположенным на расстоянии 1,0-1,95 диаметра смесительного сопла от места ввода сырья.A reactor for carrying out the method, comprising a combustion chamber sequentially and coaxially with means for burning fuel with air, a mixing nozzle with raw nozzles and water nozzles radially mounted in the mixing nozzle after the raw nozzles at a distance equal to 4-8 diameters of the mixing nozzle, and the reaction chamber with means for quenching soot and gas products is additionally equipped with a second belt of water nozzles in the mixing nozzle, radially located at a distance of 1.0-1.95 cm diameter nozzle from the place of input of raw materials.
Недостатком этого способа является слабовыраженный эффект влияния на формирование структурированности агрегатов.The disadvantage of this method is the mild effect of influence on the formation of structured aggregates.
Наиболее близким к предлагаемому является способ получения сажи, включающий генерацию высокотемпературного потока продуктов полного сгорания углеводородного топлива, введение этого потока в сужающее сопло с высокой скоростью и подачу радиальными струями углеводородного сырья (патент РФ №2083614, прототип). Отличительной особенностью этого способа является то, что в высокоскоростной и высокотемпературный поток продуктов предварительно до подачи сырьевых струй подают струи воды. Реактор для осуществления предлагаемого способа получения сажи включает последовательно и соосно установленные камеру смещения топлива с воздухом, камеру горения, смесительное сопло с форсунками для подачи сырья и реакционную камеру с форсунками для подачи воды на закалку сажегазовых продуктов. Дополнительно он снабжен форсунками для подачи воды, радиально установленными в смесительном сопле перед сырьевыми форсунками на расстоянии от них, равном 0,1-2,4 диаметра смесительного сопла. Предварительный ввод воды позволил получать сажу с повышенной величиной адсорбции дибутилфталата, но при этом увеличилась пористость получаемого продукта.Closest to the proposed method is the production of soot, including the generation of a high-temperature stream of products of complete combustion of hydrocarbon fuels, the introduction of this stream into a narrowing nozzle at a high speed, and the supply of radial jets of hydrocarbon feedstocks (RF patent No. 2083614, prototype). A distinctive feature of this method is that water jets are fed into the high-speed and high-temperature product stream prior to supplying the raw material jets. The reactor for implementing the proposed method for producing carbon black includes sequentially and coaxially mounted a chamber for displacing fuel with air, a combustion chamber, a mixing nozzle with nozzles for supplying raw materials, and a reaction chamber with nozzles for supplying water for quenching soot and gas products. In addition, it is equipped with nozzles for supplying water radially mounted in the mixing nozzle in front of the raw nozzles at a distance from them equal to 0.1-2.4 of the diameter of the mixing nozzle. The preliminary introduction of water made it possible to obtain soot with an increased adsorption of dibutyl phthalate, but the porosity of the resulting product increased.
Задачей изобретения является создание способа и реактора для получения высокодисперсной, высокоструктурной и однородной по свойствам сажи с высоким выходом целевого продукта.The objective of the invention is to provide a method and a reactor for producing highly dispersed, highly structural and properties homogeneous soot with a high yield of the target product.
Предлагаемый способ получения сажи включает генерацию высокотемпературных газов - продуктов полного горения под давлением 0,3-1,0 ати с избытком воздуха, подачу газов полного горения топлива в сопло со скоростью истечения 250-600 м/сек. В зону максимальной скорости потока газов полного горения радиальными проникающими струями подается углеводородное сырье. В эту же зону в этом же сечении радиальными проникающими струями подается вода. Сырье и вода подаются под давлением 12-25 ати. Температура воды не выше 95°С, а сырья 200-450°С.The proposed method for producing soot involves the generation of high-temperature gases - products of complete combustion under a pressure of 0.3-1.0 bar and an excess of air, the supply of gases of complete combustion of fuel into the nozzle with an exhaust velocity of 250-600 m / s. Hydrocarbon feed is supplied to the zone of maximum flow rate of complete combustion gases by radial penetrating jets. Water is supplied to the same zone in the same section by radial penetrating jets. Raw materials and water are supplied under a pressure of 12-25 bar. The water temperature is not higher than 95 ° C, and the raw material is 200-450 ° C.
Количество сырьевых струй в сечении сопла и водяных струй в этом же сечении находятся в диапазоне 2:2÷6:6 в зависимости от регулирования требуемых свойств получаемого продукта.The number of raw jets in the nozzle section and water jets in the same section are in the range 2: 2 ÷ 6: 6 depending on the regulation of the required properties of the resulting product.
Массовое соотношение расходов воды и сырья в суженный поток продуктов полного горения составляет 0,05-0,25.The mass ratio of the flow of water and raw materials in the narrowed stream of products of complete combustion is 0.05-0.25.
В образующемся высокотурбулентном потоке происходит термоокислительный пиролиз углеводородного сырья. При этом испаряющиеся капли сырья и капли воды осуществляют перекрестное соприкосновение друг с другом, усиливая коагуляцию возникающей углеродной фазы с одновременным ростом скорости возникновения формирующихся наночастиц сажи.In the resulting highly turbulent flow, thermo-oxidative pyrolysis of the hydrocarbon feed occurs. In this case, evaporating droplets of raw materials and water droplets cross-contact with each other, enhancing the coagulation of the resulting carbon phase with a simultaneous increase in the rate of occurrence of soot forming nanoparticles.
Отличительными признаками способа получения сажи являются подача углеводородного сырья и воды радиальными проникающими струями под давлением 12-25 ати в одном поперечном сечении суженного потока, движущегося со скоростью 250-600 м/сек.Distinctive features of the method for producing soot are the supply of hydrocarbon raw materials and water with radial penetrating jets at a pressure of 12-25 atm in one cross section of a narrowed stream moving at a speed of 250-600 m / s.
Другим отличием является массовое соотношение расходов воды и сырья в суженном потоке продуктов полного горения, которое составляет 0,05-0,25.Another difference is the mass ratio of water and raw materials in a narrowed stream of products of complete combustion, which is 0.05-0.25.
Реактор для осуществления предлагаемого способа включает последовательно и соосно установленные камеру смешения топлива с воздухом, камеру полного горения, разделительную диафрагму со смесительным соплом и устройствами для подачи углеводородного сырья и водяных струй в одном сечении, реакционную камеру с закалочными устройствами. Отличительной особенностью реактора является установка устройств для ввода радиальных струй углеводородного сырья и воды в одном поперечном сечении сопла.The reactor for implementing the proposed method includes sequentially and coaxially installed a chamber for mixing fuel with air, a complete combustion chamber, a separation diaphragm with a mixing nozzle and devices for supplying hydrocarbon feedstocks and water jets in one section, a reaction chamber with quenching devices. A distinctive feature of the reactor is the installation of devices for introducing radial jets of hydrocarbon feedstock and water in one nozzle cross section.
Предлагаемая по заявке совокупность существенных признаков позволяет получать высокодисперсную, высокоструктурную и однородную по свойствам сажу с высоким выходом целевого продукта.The set of essential features proposed by the application makes it possible to obtain highly dispersed, highly structural, and soot uniform materials with a high yield of the target product.
Скорость движения продуктов полного горения топлива менее 250 м/сек снижает интенсивность смесительных процессов и возможно снижение удельной поверхности сажи. При скорости движения газов полного горения выше 600 м/сек возрастают расходы на компрессию воздуха.The speed of the products of complete combustion of the fuel is less than 250 m / s reduces the intensity of the mixing processes and it is possible to reduce the specific surface area of soot. At a speed of movement of gases of full combustion above 600 m / s, the cost of air compression increases.
При давлении подачи воды и сырья менее 12 ати снижается эффективность диспергирования жидкостей и происходит укрупнение капель воды и сырья, что приводит к снижению величины удельной поверхности сажи. При давлении более 25 ати резко возрастают расходы на компрессию.When the supply pressure of water and raw materials is less than 12 atm, the dispersion efficiency of liquids decreases and coarsening of drops of water and raw materials occurs, which leads to a decrease in the specific surface area of soot. At a pressure of more than 25 atm, the cost of compression increases sharply.
При повышении температуры подаваемой в сужающее сопло воды более 95°С возможно ее вскипание, что приводит к снижению эффекта по изменению свойств сажи.When the temperature of the water supplied to the narrowing nozzle rises above 95 ° C, it may boil, which leads to a decrease in the effect of a change in the properties of soot.
При понижении температуры сырья ниже 200°С снижается эффективность диспергирования и эффекта процесса в целом. При повышении температуры сырья выше 450°С возможно вскипание легких фракций и снижение эффективности процесса.When lowering the temperature of the raw material below 200 ° C, the dispersion efficiency and the effect of the process as a whole decrease. When the temperature of the raw material rises above 450 ° C, boiling of light fractions and a decrease in the efficiency of the process are possible.
На фиг.1 представлена принципиальная схема реактора, общий вид.Figure 1 presents a schematic diagram of a reactor, a General view.
На фиг.2 - его сечение по А-А.Figure 2 is a section along aa.
На фиг.3 - его сечение по Б-БFigure 3 - its cross section along BB
Реактор для получения сажи включает корпус 1, в котором последовательно и соосно расположены воздушная камера 2, камера газовоздушного смешения 3 со струйной горелкой, камеры горения 4, разделительная диафрагма с охлаждаемой камерой 5, смесительное сопло 6, реакционная камера 7, реакционная камера 8 и камера закалки 9. В смесительном сопле 6 на корпусе реактора 1 радиально в одном сечении смонтированы устройства для ввода сырья и воды. В конце реакционной камеры 7 на корпусе 1 реактора радиально расположены одно или несколько устройств для предварительной закалки сажегазовых продуктов. В конце реакционной камеры 8 на корпусе 1 реактора радиально установлены одно или несколько устройств для подачи воды на полную закалку сажегазовых продуктов. В конце реактора на корпусе 1 реактора радиально установлен патрубок 10 для вывода сажегазовых продуктов. Камера горения 4, смесительное сопло 6 и реакционная камера 7 образованы блочной футеровкой 11, выполненной внутри корпуса 1 реактора из высокоогнеупорного муллитокорунда, корунда или двуокиси циркония.The carbon black reactor includes a housing 1, in which an
Предлагаемый реактор работает следующим образом. Окислитель, например воздух, из источника под давлением 0,3-1,0 ати, предварительно нагретый в любом подходящем для этой цели устройстве до 500-900°С, подают в воздушную камеру 2. Затем он коаксиальным потоком проходит в камеру смешения 3, куда аксиальным потоком через струйное устройство подают топливный газ. Образовавшаяся топливовоздушная смесь поступает в камеру горения 4. Полученный высокотемпературный поток продуктов горения топлива сужают в смесительном сопле 6 и через устройства 12 подают в него в одном сечении из источников под давлением распыленные воду и сырье. Образовавшийся поток реакционной смеси поступает в реакционную камеру 7, в конце которой осуществляется предварительная закалка продуктов реакции. Далее продукты реакции поступают в реакционную камеру 8, в конце которой водой осуществляется полная закалка продуктов реакции в зоне 9. Охлажденные продукты реакции выводят из реактора через патрубок 10 и направляют далее в систему устройств для отделения целевого продукта и придания ему товарной формы.The proposed reactor operates as follows. An oxidizing agent, for example, air, from a source under a pressure of 0.3-1.0 bar, preheated in any suitable device for this purpose to 500-900 ° C, is fed into the
Пример 1Example 1
Опыты проведены на реакторе с диаметром смесительного сопла 200 мм. В качестве сырья использована углеводородная смесь следующего состава:The experiments were carried out in a reactor with a mixing nozzle diameter of 200 mm. As raw materials used hydrocarbon mixture of the following composition:
Воду вводили на расстоянии 300 мм до радиальных сырьевых струй. Результаты опытов приведены в табл.1.Water was introduced at a distance of 300 mm from the radial feed jets. The results of the experiments are given in table 1.
Пример 2. Опыты проведены при соблюдении условий примера 1, но подача воды осуществлялась в одном сечении смесительного сопла. Результаты опытов приведены в таблице.Example 2. The experiments were carried out under the conditions of example 1, but the water supply was carried out in one section of the mixing nozzle. The results of the experiments are shown in the table.
При вводе воды в одном сечении смесительного сопла увеличилась адсорбция дибутилфталата, удельная внешняя поверхность, удельная поверхность по адсорбции N2.When water was introduced in one section of the mixing nozzle, the adsorption of dibutyl phthalate, the specific external surface, and the specific surface for N 2 adsorption increased.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008147190/15A RU2389747C1 (en) | 2008-11-28 | 2008-11-28 | Method of producing soot and reactor for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008147190/15A RU2389747C1 (en) | 2008-11-28 | 2008-11-28 | Method of producing soot and reactor for realising said method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2389747C1 true RU2389747C1 (en) | 2010-05-20 |
Family
ID=42676086
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008147190/15A RU2389747C1 (en) | 2008-11-28 | 2008-11-28 | Method of producing soot and reactor for realising said method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2389747C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2611881C2 (en) * | 2011-09-09 | 2017-03-01 | Континенталь Райфен Дойчланд Гмбх | Sulphur cross-linkable gumming mixture |
RU203961U1 (en) * | 2020-12-28 | 2021-04-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Карбострим " | Small-sized reactor for producing carbon black by controlled pyrolysis of hydrocarbon gas |
-
2008
- 2008-11-28 RU RU2008147190/15A patent/RU2389747C1/en active IP Right Revival
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2611881C2 (en) * | 2011-09-09 | 2017-03-01 | Континенталь Райфен Дойчланд Гмбх | Sulphur cross-linkable gumming mixture |
RU203961U1 (en) * | 2020-12-28 | 2021-04-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Карбострим " | Small-sized reactor for producing carbon black by controlled pyrolysis of hydrocarbon gas |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US2851337A (en) | Carbon black process | |
US7514062B2 (en) | Process for the production of furnace black | |
US20180134900A1 (en) | Carbon black reactor | |
CZ293107B6 (en) | Process for producing carbon black and apparatus for making the same | |
RU2320531C2 (en) | Method of production of synthesis-gas at combustion and device for realization of this method | |
CN106661344A (en) | Process for controlling the porosity of carbon blacks | |
US2769692A (en) | Carbon black process and apparatus | |
KR0181521B1 (en) | Carbon black manufacturing method | |
US4058590A (en) | Carbon black reactor with turbofan | |
RU2389747C1 (en) | Method of producing soot and reactor for realising said method | |
RU2394054C2 (en) | Method of producing semi-active technical carbon and reactor for realising said method | |
RU2446195C1 (en) | Method of producing low-dispersed technical carbon and reactor for realising said method | |
RU2614964C1 (en) | Method of producing semi-active technical carbon | |
RU2580917C1 (en) | Method of producing soot and reactor therefor | |
RU2077544C1 (en) | Method and reactor for producing carbon black | |
RU80846U1 (en) | REACTOR FOR PRODUCING INVERSION TYPES OF TECHNICAL CARBON | |
SU1040773A1 (en) | Method of producing medium pulverulent carbon black | |
RU2083614C1 (en) | Method and reactor for producing carbon | |
SU843457A2 (en) | Reactor for producing carbon black | |
SU850642A1 (en) | Method and reactor for carbon black production | |
SU1279991A1 (en) | Method of producing low-disperse carbon black | |
SU1247381A1 (en) | Method of producing carbon black | |
RU81725U1 (en) | REACTOR FOR PRODUCTION OF LOW-ACTIVE BRANDS OF TECHNICAL CARBON | |
SU871737A3 (en) | Unit for carbon black production from liquid hydrocarbons | |
EP0451280A1 (en) | Method and device for obtaining lower olefines |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20120827 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131129 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20141020 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20200602 |