RU2446195C1 - Method of producing low-dispersed technical carbon and reactor for realising said method - Google Patents

Method of producing low-dispersed technical carbon and reactor for realising said method Download PDF

Info

Publication number
RU2446195C1
RU2446195C1 RU2010131040/05A RU2010131040A RU2446195C1 RU 2446195 C1 RU2446195 C1 RU 2446195C1 RU 2010131040/05 A RU2010131040/05 A RU 2010131040/05A RU 2010131040 A RU2010131040 A RU 2010131040A RU 2446195 C1 RU2446195 C1 RU 2446195C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
carbon black
reactor
zone
hydrocarbon
flue gas
Prior art date
Application number
RU2010131040/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010131040A (en
Inventor
Николай Васильевич Разиков (RU)
Николай Васильевич Разиков
Михаил Антонович Иваницкий (RU)
Михаил Антонович Иваницкий
Валерий Антонович Иваницкий (RU)
Валерий Антонович Иваницкий
Нелли Николаевна Анисимова (RU)
Нелли Николаевна Анисимова
Александр Трофимович Ткаченко (RU)
Александр Трофимович Ткаченко
Владимир Иванович Клюев (RU)
Владимир Иванович Клюев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Техуглерод и огнеупоры"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Техуглерод и огнеупоры" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Техуглерод и огнеупоры"
Priority to RU2010131040/05A priority Critical patent/RU2446195C1/en
Publication of RU2010131040A publication Critical patent/RU2010131040A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2446195C1 publication Critical patent/RU2446195C1/en

Links

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to production of technical carbon from liquid hydrocarbon material via thermal-oxidative decomposition. The method of producing low-dispersed technical carbon involves mixing fuel with hot process air, complete combustion of the fuel mixture in a cyclone-type combustion chamber (2) to form a stream of flue gases which revolves and moves down axially, enters a mixing zone (3), mixing the fuel gas with hydrocarbon material fed into the mixing zone (3) through a nozzle (12), feeding the formed stream of hydrocarbon-gas mixture into an evaporation chamber (4) into which hot process air is tangentially fed through channels (14), said air being swirled in a direction opposite the direction of rotation of the stream of flue gases, evaporating the mixture, feeding the stream of the formed hydrocarbon vapour into a reaction chamber (6), where it undergoes thermal-oxidative decomposition in a pyrolysis zone (7) to form an aerosol of technical carbon, and further cooling in a cooling zone (7) by spraying cooling water through a nozzle (15).
EFFECT: invention enables optimisation of expenses particularly on energy resources while ensuring efficient operation of the reactor with high output and stable quality of the obtained product, as well as reduction of overall dimensions, increasing reliability and service life of the reactor.
7 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области производства технического углерода из жидкого углеводородного сырья путем термоокислительного разложения (пиролиза), в частности, к способам, а также к устройствам для получения низкодисперсного (малоактивного и полуактивного) технического углерода.The invention relates to the production of carbon black from liquid hydrocarbon by thermo-oxidative decomposition (pyrolysis), in particular, to methods, as well as to devices for producing low-dispersed (low-activity and semi-active) carbon black.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известен способ получения низкодисперсного (малоактивного) технического углерода, включающий образование топливной смеси за счет сжигания части жидкого углеводородного сырья, подаваемого в реактор, или топки многотопочной печи механическими форсунками. При этом другая часть распыленного углеводородного сырья испаряется и при условии недостатка кислорода термически разлагается с образованием твердых частиц низкодисперсного технического углерода. Для обеспечения горения углеводородов воздух подают в реактор или топку через специальные щелевые отверстия, обеспечивающие перемешивание с горящими каплями углеводородного сырья. Кроме того, в футеровке реактора (многотопочной печи) предусматривают организацию подачи дополнительного воздуха в зону реакции для регулирования физико-химических свойств получаемого технического углерода. При этом количество поступающего в реактор воздуха обеспечивают за счет регулирования уровня разрежения в реакторе (печи), обеспечиваемого дымососом, установленным после реактора (печи) перед подачей аэрозоля технического углерода в электрофильтр для улавливания получаемого технического углерода [Зуев В.П., Михайлов В.В. «Производство сажи», Москва, 1970 г., стр.152-155). В описанном способе отсутствуют необходимые технологические приемы по поддержанию стабильного режима (температуры в зоне реакции, расхода воздуха на горение жидкого сырья и условий сажеобразования), атмосферный воздух используют без его предварительного нагрева. Недостатком способа является его низкая эффективность из-за сгорания части сырья и его неполного разложения. Кроме того, часть углеводородного сырья остается на поверхности получаемого технического углерода, что приводит к ухудшению качества продукта и нарушению экологии.A known method of producing a low-dispersed (inactive) carbon black, comprising the formation of a fuel mixture by burning part of the liquid hydrocarbon feed to the reactor, or the combustion chamber of a multi-furnace furnace by mechanical nozzles. In this case, another part of the atomized hydrocarbon feed is vaporized and, subject to a lack of oxygen, is thermally decomposed to form solid particles of low-dispersed carbon black. To ensure the combustion of hydrocarbons, air is supplied to the reactor or furnace through special slit openings that provide mixing with burning drops of hydrocarbon feed. In addition, in the lining of the reactor (multi-furnace) provide for the organization of the supply of additional air to the reaction zone to control the physicochemical properties of the resulting carbon black. In this case, the amount of air entering the reactor is provided by controlling the vacuum level in the reactor (furnace), provided by a smoke exhauster installed after the reactor (furnace) before supplying the carbon black aerosol to the electrostatic precipitator to capture the resulting carbon black [V. Zuev, V. Mikhailov AT. “Soot production”, Moscow, 1970, pp. 152-155). In the described method there are no necessary technological methods for maintaining a stable mode (temperature in the reaction zone, air consumption for burning liquid raw materials and soot formation conditions), atmospheric air is used without its preliminary heating. The disadvantage of this method is its low efficiency due to the combustion of part of the raw material and its incomplete decomposition. In addition, part of the hydrocarbon feed remains on the surface of the resulting carbon black, which leads to a deterioration in the quality of the product and environmental damage.

Наиболее близким к заявляемому способу является способ получения низкодисперсного [малоактивного и полуактивного) технического углерода из жидкого углеводородного сырья путем его термоокислительного разложения в вертикальном реакторе, включающий предварительный нагрев жидкого углеводородного сырья до температуры 150-200°С, технологического воздуха за счет рекуперативного теплообмена с аэрозолем технического углерода до температуры 450-650°С, смешивание топлива с нагретым технологическим воздухом с коэффициентом избытка воздуха 1,2-1,3, организацию полного горения топливной смеси в зоне горения при температуре 1540-1700°С для получения дымового газа с остаточным активным кислородом, из расчета полного горения топлива по количеству остаточного воздуха 0,4-1,0 нм3/кг углеводородного сырья, смешивание углеводородного сырья в потоке дымового газа, испарение углеводородного сырья, его термоокислительное разложение с образованием аэрозоля технического углерода в зоне реакции в течение времени, составляющего 2-3 с при температуре 1260-1330°С, его предварительное охлаждение путем впрыска химически очищенной воды и его последующее охлаждение (RU 2317308 C1, опубликован 20.02.2008 г.).Closest to the claimed method is a method for producing low-dispersed [low-activity and semi-active) carbon black from liquid hydrocarbon raw materials by thermo-oxidative decomposition in a vertical reactor, including preliminary heating of liquid hydrocarbon raw materials to a temperature of 150-200 ° C, process air due to regenerative heat exchange with aerosol carbon black to a temperature of 450-650 ° C, mixing fuel with heated process air with an excess air ratio of 1.2-1.3, RGANIZATION complete combustion of the fuel mixture in the combustion zone at a temperature of 1540-1700 ° C to obtain a flue gas with residual active oxygen at the rate of complete fuel combustion of residual air quantity 0.4-1.0 Nm3 / kg of hydrocarbon feedstock, mixing the hydrocarbon feed in the flue gas stream, the evaporation of hydrocarbon feedstock, its thermo-oxidative decomposition with the formation of a carbon black aerosol in the reaction zone for a time of 2-3 s at a temperature of 1260-1330 ° C, its preliminary cooling by injection Single chemically purified water and its subsequent cooling (RU 2317308 C1, published 20.02.2008).

Одним из серьезных недостатков указанного по прототипу способа получения низкодисперсного [малоактивного и полуактивного] технического углерода является возможность получения технического углерода с параметрами, отличными от требований спецификации, и прежде всего - по показателю дисперсности. Другим недостатком является возможность гритообразования. Кроме того, часть углеводородного сырья остается на поверхности получаемого технического углерода, что приводит к ухудшению качества продукта.One of the serious drawbacks of the prototype method for producing low-dispersed [low-activity and semi-active] carbon black is the possibility of producing carbon black with parameters different from the requirements of the specification, and above all, in terms of dispersion. Another disadvantage is the possibility of grit formation. In addition, part of the hydrocarbon feed remains on the surface of the resulting carbon black, which leads to a deterioration in product quality.

Задачей настоящего изобретения является интенсификация процесса получения низкодисперсного [малоактивного и полуактивного] технического углерода, снижение возможности гритообразования, повышение выхода технического углерода по показателям, соответствующим требованиям международной спецификации ASTM D1765 и ГОСТ 7885-86.The objective of the present invention is to intensify the process of producing low-dispersed [low-activity and semi-active] carbon black, reduce the possibility of grit formation, increase the yield of carbon black in terms of indicators meeting the requirements of the international specification ASTM D1765 and GOST 7885-86.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Поставленная задача решается за счет того, что в способ получения низкодисперсного (малоактивного и полуактивного) технического углерода из жидкого углеводородного сырья путем его термоокислительного разложения в реакторе вертикального типа, включающий предварительный нагрев жидкого углеводородного сырья до температуры 150-200°С, нагрев технологического воздуха за счет рекуперативного теплообмена с аэрозолем технического углерода до температуры 450-650°С, смешивание топлива с нагретым технологическим воздухом с коэффициентом избытка воздуха 1,2-1,3, организацию полного горения топливной смеси в зоне горения при температуре 1540-1700°С для получения дымового газа с остаточным активным кислородом, из расчета полного горения топлива по количеству остаточного воздуха 0,4-1,0 нм3 на 1 кг углеводородного сырья, смешивание углеводородного сырья в потоке дымового газа в зоне смешения, испарение углеводородного сырья, его термоокислительное разложение (пиролиз) с образованием аэрозоля технического углерода, предварительное охлаждение путем впрыска химически очищенной воды и его последующее охлаждение введены отличительные признаки, заключающиеся в следующем.The problem is solved due to the fact that in the method of producing low-dispersed (low-activity and semi-active) carbon black from liquid hydrocarbon raw materials by its thermo-oxidative decomposition in a vertical type reactor, including preliminary heating of liquid hydrocarbon raw materials to a temperature of 150-200 ° C, heating of the process air for account of recuperative heat exchange with a carbon black aerosol to a temperature of 450-650 ° C, mixing fuel with heated process air with an excess coefficient of air 1.2-1.3, the organization of complete combustion of the fuel mixture in the combustion zone at a temperature of 1540-1700 ° C to produce flue gas with residual active oxygen, based on the calculation of complete combustion of the fuel by the amount of residual air 0.4-1.0 nm 3 per 1 kg of hydrocarbon feedstock, mixing hydrocarbon feedstock in a flue gas stream in the mixing zone, evaporation of the hydrocarbon feedstock, its thermal oxidative decomposition (pyrolysis) with the formation of carbon black aerosol, preliminary cooling by injection of chemically purified water and its last Catering cooling introduced distinctive features, which are as follows.

Способ осуществляют в реакторе, заявленном по п.4 формулы изобретения, в котором камера горения, зона смешения и камера испарения находятся в вертикальной части реактора, а зона пиролиза и зона предварительного охлаждения - в горизонтальной части реактора (камере реакции), при этом горение топливной смеси организуют в камере горения циклонного типа с образованием потока дымовых газов, вращающегося с тангенциальной скоростью у стенки 20-50 м/с, движущегося аксиально вниз со скоростью 0,6-1,0 м/с и поступающего в зону смешения с увеличением скорости до 1,1-1,5 м/с, достигаемым за счет уменьшения сечения в зоне смешения, куда несколькими струями во вращающийся поток дымовых газов подают углеводородное сырье, при условии соотношения скорости сырья и тангенциальной скорости дымовых газов в зоне впрыска 1(2÷4), далее образовавшийся поток углеводородогазовой смеси через диффузор поступает в камеру испарения, в которую тангенциально подают предварительно подогретый до температуры 450-650°С воздух низкого давления, закручиваемый в направлении, противоположном направлению вращения потока дымовых газов, с обеспечением рабочей температуры в камере испарения 1400-1650°С, затем поток образовавшегося углеводородного пара с увеличением аксиальной скорости до 9-14 м/с за счет возрастания его объема и сужения камеры испарения, переходящей в вертикальный канал, проходит до камеры реакции, куда поступает с уменьшением скорости до 8,5-13 м/с за счет увеличения диаметра в 1,1 раза, и где в зоне пиролиза устанавливают температуру 1240-1360°С и обеспечивают его время пребывания 0,8-4 с.The method is carried out in a reactor claimed according to claim 4, in which the combustion chamber, the mixing zone and the evaporation chamber are in the vertical part of the reactor, and the pyrolysis zone and the preliminary cooling zone are in the horizontal part of the reactor (reaction chamber), wherein the mixtures are organized in a cyclone-type combustion chamber with the formation of a flue gas stream rotating at a tangential velocity near the wall of 20-50 m / s, moving axially downward at a speed of 0.6-1.0 m / s and entering the mixing zone with an increase soon ty to 1.1-1.5 m / s, achieved by reducing the cross section in the mixing zone, where hydrocarbons are fed into the rotating flue gas stream with several jets, provided that the ratio of the feed speed and the tangential velocity of the flue gas in the injection zone 1 (2 ÷ 4), then the resulting flow of the hydrocarbon-gas mixture through the diffuser enters the evaporation chamber, into which low-pressure air preheated to a temperature of 450-650 ° C is tangentially fed, swirling in the direction opposite to the direction of rotation of the smoke stream gas, ensuring the operating temperature in the evaporation chamber of 1400-1650 ° C, then the flow of hydrocarbon vapor with an increase in axial velocity to 9-14 m / s due to an increase in its volume and a narrowing of the evaporation chamber passing into the vertical channel passes to the chamber reactions, which enter with a decrease in speed to 8.5-13 m / s due to an increase in diameter by 1.1 times, and where the temperature of 1240-1360 ° C is set in the pyrolysis zone and its residence time of 0.8-4 s is ensured.

Для получения полуактивного технического углерода углеводородное сырье вводят радиально с использованием пневмомеханических форсунок.To obtain semi-active carbon black, hydrocarbon feed is introduced radially using pneumomechanical nozzles.

Для получения малоактивного технического углерода углеводородное сырье вводят под углом 90…170° относительно вектора тангенциальной скорости вращающегося потока дымовых газов с использованием механических форсунок.To obtain inactive carbon black, hydrocarbon feed is introduced at an angle of 90 ... 170 ° relative to the tangential velocity vector of the rotating flue gas flow using mechanical nozzles.

Реализация способа по предлагаемому изобретению.The implementation of the method according to the invention.

На фиг.1 показан способ получения низкодисперсного технического углерода, который осуществлен на реакторе, включающем в себя:Figure 1 shows a method of producing a low dispersed carbon black, which is implemented in a reactor, including:

- вертикальную часть (корпус) 1 в составе: камеры горения 2, зоны смешения 3, камеры испарения 4, вертикального канала 5;- the vertical part (housing) 1 consisting of: a combustion chamber 2, a mixing zone 3, an evaporation chamber 4, a vertical channel 5;

- горизонтальную часть (камеру реакции) 6 в составе: зоны пиролиза 7 и зоны охлаждения (закалки) аэрозоля технического углерода 8.- horizontal part (reaction chamber) 6 consisting of: pyrolysis zone 7 and cooling zone (quenching) of carbon black aerosol 8.

Технологический процесс в реакторе начинается с зоны горения, где в ограниченных объемах камеры горения 2 осуществляют полное сжигание топлива в присутствии предварительно нагретого до температуры 450-650°С технологического воздуха с помощью 4-х диффузионных тангенциальных горелок, обеспечивающих интенсивное вращение продуктов горения природного газа с тангенциальной скоростью у стенки камеры горения в пределах 20-50 м/с в зависимости от количества топлива, углеводородного сырья и марки получаемого технического углерода. Коэффициент избытка воздуха в камере горения устанавливают в пределах 1,2-1,3 с целью исключения возможности повышения рабочей температуры в камере горения выше 1700°С, обеспечивающей надежную и длительную работу купольного свода крышки реактора. Диаметр камеры горения составляет 2940 мм. Образовавшийся в результате горения вращающийся поток дымовых газов движется вниз с аксиальной скоростью 0,6-1,0 м/с и достигает зоны смешения 3, выполненной в виде смесительного сопла с коническими конфузором и диффузором. В критическом сечении (горловине) сопла установлены радиальные пневмомеханические форсунки, обеспечивающие тонкий распыл для подачи углеводородного сырья при получении полуактивного технического углерода марки N550, N650, N660, или механические форсунки для подачи углеводородного сырья при получении малоактивного технического углерода марки П803, П701. При этом сопловой наконечник механической форсунки устанавливают под углом 90-170° относительно вектора тангенциальной скорости вращающегося потока дымовых газов. Диаметр горловины сопла составляет 2400 мм, что обеспечивает увеличение аксиальной скорости дымовых газов и введенного в поток углеводородного сырья до 1,1-1,5 м/с при незначительном гидравлическом сопротивлении в пределах 1,0-1,5 кПа. Высокая результирующая (тангенциальная и аксиальная) скорость исключает возможность проскока капель углеводородного сырья на внутреннюю поверхность сопла и исключает вероятность образования грита в зоне ввода в реактор углеводородного сырья. Далее образовавшийся поток углеводородогазовой смеси через диффузор поступает в камеру испарения 4, диаметр которой равен диаметру камеры горения. Для обеспечения полноты испарения в нижнюю часть камеры испарения тангенциально вводят предварительно нагретый до температуры 450-650°С технологический воздух, количество которого соответствует установленной на реактор производительности по углеводородному сырью и марке получаемого технического углерода. При этом направление вращения технологического воздуха, вводимого в камеру испарения, противоположно направлению вращения потока дымовых газов, образовавшихся в камере горения. Это турбулизирует движение потоков газов, что приводит к интенсификации процессов тепломассообмена и снижению остатка неразложившегося сырья на поверхности появляющихся зародышей углеродных частиц. Далее углеводородный пар совместно с зародышами углеродных частиц через вертикальный канал 5 поступает в горизонтальную камеру реакции 6, в которой в зоне пиролиза 7 создают требуемые условия [рабочая температура, время пребывания], соответствующие параметрам получаемой марки технического углерода. Из зоны пиролиза аэрозоль технического углерода поступает в зону охлаждения [закалки], где заканчиваются реакции сажеобразования посредством резкого охлаждения технического углерода для достижения требуемых параметров соответствующим нормативным показателям по международной спецификации ASTM D1765 или ГОСТ 7885-86. Для достижения требуемой универсальности конструкции по дисперсности получаемого технического углерода в зоне охлаждения 8 предусматривается наличие предварительной закалки, позволяющее уменьшить время пребывания углеводородов в зоне пиролиза.The technological process in the reactor begins with the combustion zone, where, in limited volumes of the combustion chamber 2, the fuel is completely burned in the presence of technological air preheated to a temperature of 450-650 ° C using 4 diffusion tangential burners that provide intensive rotation of the combustion products of natural gas with tangential velocity near the wall of the combustion chamber in the range of 20-50 m / s, depending on the amount of fuel, hydrocarbon feed and the grade of carbon black obtained. The coefficient of excess air in the combustion chamber is set within 1.2-1.3 in order to exclude the possibility of increasing the operating temperature in the combustion chamber above 1700 ° C, which ensures reliable and long-term operation of the dome dome of the reactor cover. The diameter of the combustion chamber is 2940 mm. The rotating flue gas flow resulting from combustion moves downward with an axial speed of 0.6-1.0 m / s and reaches mixing zone 3, made in the form of a mixing nozzle with a conical confuser and diffuser. Radial pneumomechanical nozzles are installed in the critical section (throat) of the nozzle, which provide a fine atomization for supplying hydrocarbon raw materials upon receipt of semi-active carbon black of grade N550, N650, N660, or mechanical nozzles for supplying hydrocarbon raw materials upon receipt of low-active carbon black of grade P803, P701. In this case, the nozzle tip of the mechanical nozzle is set at an angle of 90-170 ° relative to the tangential velocity vector of the rotating flue gas stream. The diameter of the nozzle neck is 2400 mm, which ensures an increase in the axial velocity of the flue gases and the hydrocarbon feed introduced into the stream to 1.1-1.5 m / s with a slight hydraulic resistance in the range of 1.0-1.5 kPa. The high resulting (tangential and axial) speed eliminates the possibility of dropping hydrocarbon feed droplets onto the inner surface of the nozzle and eliminates the possibility of grit formation in the zone of introduction of hydrocarbon feed into the reactor. Next, the resulting flow of the hydrocarbon-gas mixture through the diffuser enters the evaporation chamber 4, the diameter of which is equal to the diameter of the combustion chamber. To ensure complete evaporation, technological air preheated to a temperature of 450-650 ° С is introduced tangentially into the lower part of the evaporation chamber, the amount of which corresponds to the hydrocarbon feed rate and the grade of carbon black obtained at the reactor. In this case, the direction of rotation of the process air introduced into the evaporation chamber is opposite to the direction of rotation of the flue gas stream formed in the combustion chamber. This turbulizes the movement of gas flows, which leads to an intensification of heat and mass transfer processes and a decrease in the remainder of undecomposed raw materials on the surface of the emerging nuclei of carbon particles. Next, the hydrocarbon vapor together with the nuclei of the carbon particles through the vertical channel 5 enters the horizontal reaction chamber 6, in which in the pyrolysis zone 7 the required conditions are created [operating temperature, residence time] corresponding to the parameters of the obtained carbon black brand. From the pyrolysis zone, the carbon black aerosol enters the cooling zone [quenching], where the soot formation reactions end by abrupt cooling of the carbon black in order to achieve the required parameters according to the international standard specifications ASTM D1765 or GOST 7885-86. To achieve the required universality of the design in terms of dispersion of the obtained carbon black in the cooling zone 8, preliminary quenching is provided, which allows to reduce the residence time of hydrocarbons in the pyrolysis zone.

Примеры реализации указанного способа получения технического углерода приведены ниже в таблице.Examples of the implementation of this method of producing carbon black are given in the table below.

ТаблицаTable № п/пNo. p / p Наименование параметраParameter Name Ед. изм.Units rev. Марка технического углеродаCarbon black brand П803P803 N762N762 N650N650 N550N550 1one 22 33 4four 55 66 77 II Режимные параметрыMode parameters 1.one. Расход углеводородного сырьяHydrocarbon consumption кг/часkg / hour 45004500 44504450 42004200 40004000 2.2. Расход природного газаNatural gas consumption нм3/часnm 3 / hour 380380 410410 440440 500500 3.3. Расход технологического воздуха в камеру горенияProcess air flow into the combustion chamber нм3/часnm 3 / hour 44004400 48004800 52005200 60006000 4.four. Расход воздуха высокого давления на распыл сырьяHigh pressure air consumption for spraying raw materials нм3/часnm 3 / hour -- -- 11001100 12001200 5.5. Расход химочищенной воды на охлаждение аэрозоля техуглеродаConsumption of chemically purified water for cooling a carbon black aerosol кг/часkg / hour 38003800 41004100 44004400 46004600 6.6. Расход технологического воздуха в камеру испаренияProcess air flow into the evaporation chamber нм3/часnm 3 / hour 18001800 21002100 25002500 29002900 IIII Технологические параметрыTechnological parameters 1.one. Температура в зоне горенияTemperature in the combustion zone °С° C 15701570 16201620 16501650 16801680 2.2. Температура в камере испаренияEvaporation Chamber Temperature °С° C 14201420 15701570 16001600 16401640 3.3. Температура в камере реакцииThe temperature in the reaction chamber °С° C 12401240 12801280 13201320 13601360 4.four. Температура аэрозоля техуглерода в зоне закалкиCarbon black aerosol temperature in the quenching zone °С° C 750750 750750 800800 800800 5.5. Температура предварительного нагрева технологического воздухаProcess air preheating temperature °С° C 450450 550550 600600 640640 6.6. Тангенциальная скорость вращения дымовых газов в камере горенияThe tangential speed of rotation of the flue gases in the combustion chamber м/сm / s 2525 3232 4141 4949 7.7. Давление сырья перед механической форсункойRaw material pressure in front of a mechanical nozzle МПаMPa 1,61,6 1,41.4 -- -- 8.8. Аксиальная скорость движения продуктов горения в зоне смешенияAxial velocity of combustion products in the mixing zone м/сm / s 1,01,0 1,121.12 1,31.3 1,481.48 9.9. Время нахождения паров углеводородов в зоне пиролизаThe residence time of hydrocarbon vapors in the pyrolysis zone сfrom 3,53,5 2,02.0 1,51,5 0,80.8 10.10. Удельный расход остаточного воздуха на 1 кг углеводородного сырьяSpecific consumption of residual air per 1 kg of hydrocarbon feed нм3/кг сырьяnm 3 / kg of raw material 0,530.53 0,630.63 1,031,03 1,2751,275 11.eleven. Выход технического углеродаCarbon black yield %% 6868 6666 6565 6464

Продолжение таблицыTable continuation IIIIII Физико-химические параметры техуглеродаPhysicochemical parameters of carbon black 1.one. Йодная адсорбцияIodine Adsorption мг/гmg / g -- 2727 3636 4242 2.2. Внешняя удельная поверхность по адсорбции азотаNitrogen adsorption specific surface area м2m 2 / g 20twenty 2929th 3636 4040 3.3. Адсорбция дибутилфталатаDibutyl Phthalate Adsorption см3/100 гcm 3/100 g 8181 6565 120120 123123 4.four. Отсевы на сетке
- 0,5 мм
- 0,14 мм
Screenings on the grid
- 0.5 mm
- 0.14 mm
%
%
%
%
0,001
0,01
0.001
0.01
ОТС 0,005OTC 0.005 ОТС 0,01OTC 0.01 ОТС 0,01OTC 0.01
5.5. Светопропускание толуольного экстракта не менееLight transmission of toluene extract not less %% 8080 8585 8686 9292

Достигаемый технический результатAchievable technical result

Преимуществом предлагаемого способа является возможность получения низкодисперсного технического углерода различных марок как малоактивного, так и полуактивного при одновременном снижении энергоемкости. Предложенный по изобретению технологический процесс получения технического углерода позволяет оптимизировать технологические затраты в части энергоресурсов, обеспечивающих достаточность параметров технологического процесса при обеспечении требуемого качества технического углерода.An advantage of the proposed method is the possibility of obtaining low dispersed carbon black of various grades, both inactive and semi-active, while reducing energy intensity. The technological process for producing carbon black, proposed according to the invention, allows optimizing technological costs in terms of energy resources, ensuring the sufficiency of the process parameters while ensuring the required quality of carbon black.

Описание уровня техники по устройствуDescription of the prior art for the device

В качестве прототипа выбран реактор для получения низкодисперсных марок технического углерода конструкции ОЗТУ (В.И.Ивановский. Технический углерод. Процессы и аппараты: Учебное пособие. - Омск: ОАО «Техуглерод», 2004, с.52-53). Реактор представляет собой аппарат, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с водоохлаждаемой крышкой и горизонтальный боров. Внутренняя полость корпуса и борова футерована огнеупорным материалом. На крышке смонтированы аксиальные сырьевые форсунки (5 шт) и трубопроводы подачи воздуха низкого давления (4 шт). В верхней части вертикального корпуса установлена тангенциальная газовая горелка с каналом для подачи предварительно подогретого воздуха низкого давления. Ниже горелки в стенке корпуса на трех уровнях выполнены радиальные каналы для подачи воздуха низкого давления в полость корпуса (1-й и 2-й пояса) и внутрь борова. Углеводородное сырье и основную часть воздуха низкого давления аксиально подают в полость корпуса через сырьевые форсунки и трубопроводы крышки соответственно. Количество используемых форсунок и расход сырья зависят от марки получаемого технического углерода. Сырье частично окисляется в потоке воздуха и смешивается с продуктами горения, образовавшимися при сжигании природного газа в потоке воздуха низкого давления в газовой горелке. При движении смеси вниз происходит ее испарение и термическое разложение с образованием технического углерода. Регулирование дисперсности и структурности технического углерода производят за счет изменения количества воздуха, подаваемого через крышку корпуса и боковые каналы 1-го и 2-го пояса. Увеличение расхода воздуха через крышку корпуса (по периферии сырьевого факела) способствует снижению уровня дисперсности и структурности. В этом случае увеличивается время протекания реакций процесса образования технического углерода за счет более медленного перемешивания сырья и воздуха. При увеличении количества воздуха, подаваемого в боковые каналы, процессы смешивания интенсифицируются, скорость реакции возрастает, что ведет к увеличению удельной поверхности и абсорбции дибутилфталата. Образовавшийся технический углерод поступает в горизонтальный боров, в который через канал в корпусе также подают воздух низкого давления. При этом повышается температура в борове, и с поверхности технического углерода удаляются не полностью разложившиеся углеводороды, что способствует достижению высокого показателя уровня светопропускания толуольного экстракта. На реакторе данной конструкции получают низкодисперсный технический углерод марок N660, N650, N539, N550, П514. Недостатками прототипа являются:As a prototype, a reactor was selected for producing low-dispersed grades of carbon black of the OZTU design (V.I. Ivanovsky. Carbon black. Processes and apparatuses: Textbook. - Omsk: Tehuglerod OJSC, 2004, p.52-53). The reactor is an apparatus comprising a vertical cylindrical body with a water-cooled cover and a horizontal bore. The internal cavity of the body and the hog is lined with refractory material. Axial feed nozzles (5 pcs.) And low pressure air pipelines (4 pcs.) Are mounted on the cover. A tangential gas burner with a channel for supplying preheated low-pressure air is installed in the upper part of the vertical housing. Below the burner in the casing wall at three levels there are made radial channels for supplying low pressure air to the cavity of the casing (1st and 2nd zones) and into the hog. Hydrocarbon raw materials and the main part of low-pressure air are axially fed into the cavity of the housing through the raw nozzles and piping of the cover, respectively. The number of nozzles used and the consumption of raw materials depend on the brand of carbon black obtained. The raw material is partially oxidized in the air stream and mixed with the combustion products formed during the combustion of natural gas in a low pressure air stream in a gas burner. When the mixture moves down, its evaporation and thermal decomposition occurs with the formation of carbon black. The dispersion and structure of carbon black are controlled by changing the amount of air supplied through the housing cover and side channels of the 1st and 2nd zones. The increase in air flow through the housing cover (along the periphery of the raw flame) contributes to a decrease in the level of dispersion and structurality. In this case, the reaction time of the formation of carbon black is increased due to the slower mixing of raw materials and air. With an increase in the amount of air supplied to the side channels, mixing processes intensify, the reaction rate increases, which leads to an increase in the specific surface and absorption of dibutyl phthalate. The resulting carbon black enters the horizontal bore, into which low pressure air is also supplied through the channel in the housing. In this case, the temperature in the hog rises, and not completely decomposed hydrocarbons are removed from the surface of the carbon black, which contributes to the achievement of a high level of light transmission of the toluene extract. At a reactor of this design receive low-dispersed carbon black grades N660, N650, N539, N550, P514. The disadvantages of the prototype are:

- низкая эффективность реактора, обусловленная тем, что часть углеводородного сырья сгорает при аксиальном вводе его в корпус вместе с потоком воздуха;- low reactor efficiency due to the fact that part of the hydrocarbon feed is burned when axially introduced into the casing together with the air stream;

- сложность конструкции и недостаточная надежность реактора, связанные с использованием водоохлаждаемой крышки;- the complexity of the design and insufficient reliability of the reactor associated with the use of a water-cooled cover;

- все стадии технологического процесса (горение, смешивание сырья с продуктами горения, испарение смеси, пиролиз) происходят во всем объеме вертикального корпуса реактора. Вследствие этого технологический воздух низкого давления для управления процессом вводят в корпус распределенно по высоте. Это приводит к:- all stages of the technological process (combustion, mixing of raw materials with combustion products, evaporation of the mixture, pyrolysis) occur in the entire volume of the vertical reactor vessel. As a result, low-pressure process air is introduced into the housing distributed over the height to control the process. It leads to:

- снижению качества продукции вследствие высокой вероятности гритообразования;- decline in product quality due to the high likelihood of grit formation;

- увеличению габаритных размеров реактора;- increase the overall dimensions of the reactor;

- усложнению конструкции реактора и его эксплуатации;- complicating the design of the reactor and its operation;

- использование борова только для удаления с поверхности технического углерода не полностью разложившихся углеводородов;- the use of boron only to remove from the surface of carbon black is not completely decomposed hydrocarbons;

- образование кокса на участке перехода из вертикального корпуса в боров.- coke formation at the transition site from the vertical casing to the hog.

Задачей изобретения в части устройства является повышение эффективности реактора при одновременном сохранении качества получаемого низкодисперсного (малоактивного и полуактивного) технического углерода, повышение надежности реактора, упрощение конструкции и эксплуатации реактора, уменьшение его габаритных размеров.The objective of the invention in terms of the device is to increase the efficiency of the reactor while maintaining the quality of the resulting low-dispersed (low-activity and semi-active) carbon black, increasing the reliability of the reactor, simplifying the design and operation of the reactor, reducing its overall dimensions.

Поставленная задача решается за счет того, что в реактор для получения низкодисперсного [малоактивного и полуактивного] технического углерода вертикального типа, включающий вертикальный цилиндрический корпус, внутренняя полость которого футерована огнеупором, оборудованный крышкой, тангенциальными газовыми горелками, формирующими вращающийся поток дымовых газов, сырьевыми форсунками для подачи углеводородного сырья и каналами ввода в корпус воздуха низкого давления для сжигания топлива и для ведения технологического процесса, и горизонтальный боров, футерованный изнутри огнеупором и снабженный форсунками для впрыскивания охлаждающей воды внутрь борова, введены отличительные признаки, заключающиеся в следующем.The problem is solved due to the fact that in the reactor to obtain low-dispersed [low-activity and semi-active] carbon black of a vertical type, including a vertical cylindrical body, the inner cavity of which is lined with refractory, equipped with a lid, tangential gas burners that form a rotating flue gas stream, raw material nozzles for hydrocarbon feed and input channels into the housing of low pressure air for burning fuel and for conducting the process, and g rizontalny hog inside refractory lined and equipped with nozzles for injecting cooling water into the hog introduced features are as follows.

Во внутренней полости вертикального цилиндрического корпуса выполнено местное сужение в виде сопла с конфузором и диффузором, диаметр критического сечения (горловины) которого составляет 0,75-0,8 от внутреннего диаметра корпуса, формирующее в ее верхней части камеру горения, а в нижней - камеру испарения. Камера испарения плавно переходит в вертикальный цилиндрический канал при соотношении диаметров 1:(0,45÷0,5), сообщающийся с горизонтальным боровом, являющимся камерой реакции, при соотношении их диаметров 1:1,1. Крышка вертикального корпуса, футерованная изнутри огнеупором, образующая купольный свод, выполнена с вертикальным корпусом зацело и снабжена аксиальным патрубком для осмотра внутренней полости корпуса. В горловине сопла равномерно по окружности установлены радиальные пневмомеханические или механические сырьевые форсунки, причем сопловые наконечники механических форсунок развернуты в горизонтальной плоскости на угол 90-170° относительно вектора тангенциальной скорости вращающегося потока дымовых газов. В стенке камеры испарения выполнены тангенциальные каналы, для ввода воздуха низкого давления и закручивания его в направлении, противоположном направлению вращения потока дымовых газов.In the inner cavity of the vertical cylindrical casing, a local narrowing was made in the form of a nozzle with a confuser and a diffuser, the diameter of the critical section (neck) of which is 0.75-0.8 of the inner diameter of the casing, forming a combustion chamber in its upper part and a chamber evaporation. The evaporation chamber smoothly passes into a vertical cylindrical channel with a ratio of diameters of 1: (0.45 ÷ 0.5), communicating with a horizontal boron, which is a reaction chamber, with a ratio of their diameters of 1: 1.1. The cover of the vertical housing, lined with a refractory inside, forming a dome vault, is made with the vertical housing integrally and provided with an axial pipe for inspecting the internal cavity of the housing. Radial pneumomechanical or mechanical feed nozzles are uniformly installed in the nozzle neck, and the nozzle tips of the mechanical nozzles are rotated in a horizontal plane at an angle of 90-170 ° relative to the tangential velocity vector of the rotating flue gas stream. Tangential channels are made in the wall of the evaporation chamber for introducing low pressure air and swirling it in a direction opposite to the direction of rotation of the flue gas stream.

Для получения полуактивного технического углерода используют пневмомеханические сырьевые форсунки, а для получения малоактивного технического углерода используют механические сырьевые форсунки.To obtain semi-active carbon black use pneumomechanical raw material nozzles, and to obtain a low-active carbon black use mechanical raw material nozzles.

Количество сырьевых форсунок должно быть не менее 6.The number of raw nozzles should be at least 6.

Тангенциальные газовые горелки, количество которых определяется производительностью реактора, но не менее четырех размещают по окружности камеры горения равномерно.Tangential gas burners, the amount of which is determined by the productivity of the reactor, but not less than four, are placed uniformly around the circumference of the combustion chamber.

Реализация изобретения по устройствуThe implementation of the invention on the device

На фиг.1 представлена конструкция реактора для получения низкодисперсных марок технического углерода. Реактор содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, выполненный с верхней крышкой 9 зацело, и горизонтальный боров (камеру реакции) 6. Корпус 1 [включая крышку 9] и камера реакции 6 футерованы изнутри фасонным огнеупором.Figure 1 shows the design of the reactor to obtain low-grade grades of carbon black. The reactor contains a vertical cylindrical body 1, made with the upper cover 9 completely, and a horizontal bore (reaction chamber) 6. Housing 1 [including the cover 9] and reaction chamber 6 are lined from the inside with shaped refractory.

Внутри вертикального корпуса 1 выполнено местное сужение в форме сопла 10 с конфузором и диффузором, которое делит полость корпуса 1 на камеры. Выше сужения 10 расположена камера горения 2, а ниже - камера испарения 4. Диаметры камер 2 и 4 одинаковы и составляют 2940 мм. Длина камеры горения определяется условиями полного горения топлива и допускаемой тепловой нагрузкой купольного свода крышки 9.Inside the vertical casing 1, a local narrowing is made in the form of a nozzle 10 with a confuser and a diffuser, which divides the cavity of the casing 1 into chambers. A combustion chamber 2 is located above the narrowing 10, and an evaporation chamber 4 is located below. The diameters of chambers 2 and 4 are the same and amount to 2940 mm. The length of the combustion chamber is determined by the conditions of complete combustion of the fuel and the allowable thermal load of the dome vault of the cover 9.

Камера горения 2 предназначена для сжигания топлива - природного газа в потоке воздуха низкого давления с целью создания необходимого запаса тепла для ведения процесса. Для этого по окружности корпуса в камере горения равномерно установлены тангенциальные диффузионные газовые горелки 11, сжигающие топливо и формирующие объем тепла в виде вращающегося потока дымовых газов, движущегося аксиально вниз внутри корпуса 1.Combustion chamber 2 is designed to burn fuel - natural gas in a stream of low pressure air in order to create the necessary heat reserve for the process. To this end, tangential diffusion gas burners 11 are installed uniformly around the circumference of the housing in the combustion chamber, which burn fuel and generate a heat volume in the form of a rotating flue gas stream moving axially downward inside the housing 1.

На участке местного сужения формируют зону смешения 3, предназначенную для интенсивного смешивания углеводородного сырья с вращающимся потоком дымовых газов. С этой целью в горловине (цилиндрической части) сопла 10, диаметр которого составляет 2400 мм, равномерно по окружности устанавливают радиальные пневмомеханические или механические сырьевые форсунки 12. Сопловые наконечники 13 (фиг.1 А-А) механических форсунок развернуты в горизонтальной плоскости на угол 90-170° относительно вектора тангенциальной скорости вращающегося потока дымовых газов.A mixing zone 3 is formed on the local narrowing section, intended for intensive mixing of hydrocarbon feedstocks with a rotating flue gas stream. To this end, in the neck (cylindrical part) of the nozzle 10, the diameter of which is 2400 mm, radial pneumomechanical or mechanical raw nozzles 12 are installed uniformly around the circumference. The nozzle tips 13 (Fig. 1 A-A) of the mechanical nozzles are rotated in a horizontal plane at an angle of 90 -170 ° relative to the tangential velocity vector of the rotating flue gas stream.

Ниже местного сужения расположена камера испарения 4, предназначенная для испарения углеводородного сырья. В стенке корпуса 1 в нижней части камеры испарения 4 выполнены тангенциальные каналы 14 (фиг.1 Б-Б), вводящие в камеру испарения 4 воздух низкого давления и закручивающие его в направлении, противоположном направлению вращения потока дымовых газов. Камера испарения в нижней части плавно переходит в вертикальный цилиндрический канал 5, диаметр которого составляет 1400 мм, сообщающийся с камерой реакции 6. Канал 5 переходит в камеру реакции 6 с поворотом на 90° и расширением 1:1,1.Below the local narrowing is located the evaporation chamber 4, intended for the evaporation of hydrocarbons. In the wall of the housing 1 in the lower part of the evaporation chamber 4 there are tangential channels 14 (FIG. 1 B-B) that introduce low pressure air into the evaporation chamber 4 and twist it in the opposite direction to the direction of rotation of the flue gas stream. The evaporation chamber in the lower part smoothly passes into a vertical cylindrical channel 5, the diameter of which is 1400 mm, communicating with the reaction chamber 6. Channel 5 passes into the reaction chamber 6 with a rotation of 90 ° and an extension of 1: 1.1.

На начальном участке камеры реакции 6 расположена зона пиролиза 7. На конечном участке зоны пиролиза 7 расположена зона охлаждения 8, в которой установлены радиальные водяные форсунки 15 для ввода в поток продуктов реакции (углеродогазовой смеси) воды, которая испаряется в зоне охлаждения 8, прекращая реакцию и охлаждая поток до заданной температуры.A pyrolysis zone 7 is located at the initial portion of the reaction chamber 6. A cooling zone 8 is located at the final portion of the pyrolysis zone 7, in which radial water nozzles 15 are installed for introducing water into the reaction product stream (carbon-gas mixture), which evaporates in the cooling zone 8, stopping the reaction and cooling the stream to a predetermined temperature.

Реактор работает следующим образом.The reactor operates as follows.

Топливо [газ под давлением 1,5-2,0 кгс/см2) и технологический воздух, предварительно подогретый в рекуперативных воздухоподогревателях до температуры 450-650°С, вводят в камеру горения 2 тангенциальными горелками 11. Газо-воздушная смесь из горелок 11, выходы которых расположены по окружности внутренней поверхности камеры горения 2, распространяется по ее поверхности тангенциально, обеспечивая организацию горения смеси в форме закрученного потока пламени. Образовавшийся в результате горения поток дымовых газов, вращающийся с тангенциальной скоростью 20-50 м/с, движется вниз с аксиальной скоростью 0,6-1,0 м/с и достигает зоны смешения 3, выполненной в виде смесительного сопла 10 с коническими конфузором и диффузором. Благодаря наличию конического конфузора происходит плавное сужение потока и увеличение аксиальной скорости дымовых газов в горловине сопла (критическом сечении) до 1,1-1,5 м/с с сохранением формы потока. Установленные в горловине сопла 10 радиальные пневмомеханические или механические сырьевые форсунки 12 впрыскивают во вращающийся поток дымовых газов углеводородное сырье, при условии соотношения скорости сырья и тангенциальной скорости дымовых газов в зоне впрыска 1:(2÷4). С целью интенсификации процесса дробления капель сырья и смешивания его с дымовыми газами, сопловые наконечники 13 механических форсунок 12 развернуты в горизонтальной плоскости под углом 90-170° относительно вектора тангенциальной скорости вращающегося потока дымовых газов. Высокая результирующая (аксиальная и тангенциальная) скорость движения потока в горловине сопла, а также ввод сырья под углом способствуют возникновению значительных усилий сдвига, способствующих интенсивному дроблению капель сырья, его эффективному испарению и смешиванию с дымовыми газами, одновременно препятствуя попаданию капель не испарившегося сырья на внутреннюю поверхность. Это существенно снижает вероятность гритообразования. Далее образовавшийся поток углеводородогазовой смеси через диффузор поступает в камеру испарения 4, в нижнюю часть которой через тангенциальные каналы 14 вводят предварительно подогретый до температуры 450-650°С технологический воздух. Каналы 14 выполнены таким образом, что воздух, вводимый тангенциально, закручивается в направлении, противоположном направлению вращения потока дымовых газов. Количество вводимого воздуха устанавливают на реактор соответственно производительности по углеводородному сырью и марке получаемого технического углерода. Далее поток образовавшегося углеводородного пара с увеличением скорости до 9-14 м/с через вертикальный канал 5 проходит до камеры реакции 6. При входе в зону пиролиза 7, расположенную в начальном участке камеры реакции 6, скорость потока уменьшают до 8,5÷13 м/с за счет увеличения диаметра в 1,1 раза. Протяженность зоны пиролиза 7 определяется временем пребывания в ней углеводородов для завершения процесса образования технического углерода. Для малоактивного технического углерода это время составляет 2-4 с, а для полуактивного 0,8-2 с. Далее углеродогазовая смесь поступает в зону охлаждения 8, где в нее радиальными форсунками 15 впрыскивают охлаждающую воду с целью прекращения реакций сажеобразования и снижения температуры до уровня, обеспечивающего ее безопасное использование в расположенных далее по ходу технологического процесса устройствах рекуперативного подогрева.Fuel [gas at a pressure of 1.5-2.0 kgf / cm 2 ) and process air preheated in recuperative air heaters to a temperature of 450-650 ° C are introduced into the combustion chamber by 2 tangential burners 11. Gas-air mixture from burners 11 the outputs of which are located around the inner surface of the combustion chamber 2, propagates tangentially along its surface, providing the organization of combustion of the mixture in the form of a swirling stream of flame. The flue gas stream resulting from combustion, rotating with a tangential speed of 20-50 m / s, moves down with an axial speed of 0.6-1.0 m / s and reaches mixing zone 3, made in the form of a mixing nozzle 10 with a conical confuser and diffuser. Due to the presence of a conical confuser, a smooth narrowing of the flow occurs and an increase in the axial velocity of the flue gases in the nozzle neck (critical section) to 1.1-1.5 m / s while maintaining the shape of the flow. Installed in the nozzle throat 10, radial pneumomechanical or mechanical feed nozzles 12 inject hydrocarbon feed into the rotating flue gas stream, provided that the ratio of the feed rate and the tangential velocity of the flue gas in the injection zone 1: (2 ÷ 4). In order to intensify the process of crushing droplets of raw materials and mixing them with flue gases, the nozzle tips 13 of the mechanical nozzles 12 are deployed in a horizontal plane at an angle of 90-170 ° relative to the tangential velocity vector of the rotating flue gas stream. The high resulting (axial and tangential) flow velocity in the nozzle throat, as well as the introduction of raw materials at an angle, contribute to the emergence of significant shear forces that contribute to intensive crushing of the droplets of the raw material, its effective evaporation and mixing with flue gases, while preventing droplets of non-evaporated raw materials from entering the internal surface. This significantly reduces the likelihood of grit formation. Next, the resulting flow of the hydrocarbon-gas mixture through the diffuser enters the evaporation chamber 4, into the lower part of which the process air preheated to a temperature of 450-650 ° C is introduced through the tangential channels 14. The channels 14 are designed so that the air introduced tangentially swirls in the direction opposite to the direction of rotation of the flue gas stream. The amount of air introduced is set to the reactor, respectively, the performance of hydrocarbon feed and the brand of carbon black. Then, the flow of the formed hydrocarbon vapor with a speed increase of up to 9-14 m / s through the vertical channel 5 passes to the reaction chamber 6. When entering the pyrolysis zone 7 located in the initial section of the reaction chamber 6, the flow velocity is reduced to 8.5 ÷ 13 m / s due to an increase in diameter by 1.1 times. The length of the pyrolysis zone 7 is determined by the residence time of hydrocarbons in it to complete the process of formation of carbon black. For inactive carbon black, this time is 2-4 s, and for semi-active carbon, 0.8-2 s. Next, the carbon-gas mixture enters the cooling zone 8, where cooling water is injected into it with radial nozzles 15 in order to stop soot formation reactions and reduce the temperature to a level that ensures its safe use in regenerative heating devices located downstream of the technological process.

Достигаемый технический результатAchievable technical result

Повышение эффективности реактора при уменьшении габаритных размеров и увеличении выхода низкодисперсного (малоактивного и полуактивного) технического углерода, соответствующего по своим параметрам требованиям международной спецификации ASTM D1765 и ГОСТ 7885-86.Improving the efficiency of the reactor while reducing overall dimensions and increasing the yield of low-dispersed (low-activity and semi-active) carbon black, which in its parameters meets the requirements of the international specification ASTM D1765 and GOST 7885-86.

Повышение надежности, увеличение срока службы реактора и межремонтного пробега [не менее 3-х лет между капитальными ремонтами] при эффективной работе реактора с производительностью по углеводородному сырью до 5000 кг/час и стабильном качестве получаемой продукции.Improving reliability, increasing the life of the reactor and the turnaround time [at least 3 years between overhauls] with the effective operation of the reactor with a hydrocarbon production rate of up to 5000 kg / h and stable quality of the products.

Claims (7)

1. Способ получения низкодисперсного (малоактивного и полуактивного) технического углерода из жидкого углеводородного сырья путем его термоокислительного разложения в реакторе вертикального типа, включающий предварительный нагрев жидкого углеводородного сырья до температуры 150-200°С, технологического воздуха за счет рекуперативного теплообмена с аэрозолем технического углерода до температуры 450-650°С, смешивание топлива с нагретым технологическим воздухом с коэффициентом избытка воздуха 1,2-1,3, организацию полного горения топливной смеси в зоне горения при температуре 1540-1700°С для получения дымового газа с остаточным активным кислородом из расчета полного горения топлива по количеству остаточного воздуха 0,4-1,0 нм3 на 1 кг углеводородного сырья, смешивание углеводородного сырья в потоке дымового газа в зоне смешения, испарение углеводородного сырья, его термоокислительное разложение (пиролиз) с образованием аэрозоля технического углерода, предварительное охлаждение путем впрыска химически очищенной воды и его последующее охлаждение, отличающийся тем, что способ осуществляют в реакторе, заявленном по п.4, в котором камера горения, зона смешения и камера испарения находятся в вертикальной части реактора, а зона пиролиза и зона предварительного охлаждения - в его горизонтальной части (камере реакции), при этом горение топливной смеси организуют в камере горения циклонного типа с образованием потока дымовых газов, вращающегося с тангенциальной скоростью у стенки 20-50 м/с, движущегося аксиально вниз со скоростью 0,6-1,0 м/с и поступающего в зону смешения с увеличением скорости до 1,1-1,5 м/с, достигаемым за счет уменьшения сечения в зоне смешения, куда несколькими струями во вращающийся поток дымовых газов подают углеводородное сырье при условии соотношения скорости сырья и тангенциальной скорости дымовых газов в зоне впрыска 1:(2÷4), далее образовавшийся поток углеводородогазовой смеси через диффузор поступает в камеру испарения, в которую тангенциально подают предварительно подогретый до температуры 450-650°С технологический воздух, закручиваемый в направлении, противоположном направлению вращения потока дымовых газов, с обеспечением рабочей температуры в камере испарения 1400-1650°С, затем поток образовавшегося углеводородного пара с увеличением скорости до 9-14 м/с за счет увеличения объема и сужения камеры испарения, переходящей в вертикальный канал, проходит до горизонтальной камеры реакции, куда поступает с уменьшением скорости до 8,5-13 м/с за счет увеличения диаметра в 1,1 раза, и где в зоне пиролиза устанавливают температуру 1240-1360°С и обеспечивают его время пребывания 0,8-4 с.1. A method of producing a low-dispersed (low-active and semi-active) carbon black from liquid hydrocarbon raw materials by thermo-oxidative decomposition in a vertical type reactor, including preliminary heating of liquid hydrocarbon raw materials to a temperature of 150-200 ° C, process air due to recuperative heat exchange with carbon black aerosol to temperature 450-650 ° C, mixing fuel with heated process air with a coefficient of excess air 1.2-1.3, organization of complete combustion of fuel cm B in the combustion zone at a temperature of 1540-1700 ° C to obtain a flue gas with a residual rate of active oxygen complete combustion of fuel by the number of residual air of 0.4-1.0 Nm 3 per 1 kg of hydrocarbon feedstock, mixing the hydrocarbon feedstock in the flue gas stream in the mixing zone, the evaporation of hydrocarbon raw materials, its thermo-oxidative decomposition (pyrolysis) with the formation of a carbon black aerosol, preliminary cooling by injection of chemically purified water and its subsequent cooling, characterized in that the method is carried out are installed in the reactor claimed in claim 4, in which the combustion chamber, the mixing zone and the evaporation chamber are in the vertical part of the reactor, and the pyrolysis zone and the preliminary cooling zone are in its horizontal part (reaction chamber), while the combustion of the fuel mixture is organized in cyclone-type combustion chamber with the formation of a flue gas stream rotating at a tangential velocity near the wall of 20-50 m / s, moving axially downward at a speed of 0.6-1.0 m / s and entering the mixing zone with an increase in speed to 1.1 -1.5 m / s achieved by smart Decreasing the cross section in the mixing zone, where hydrocarbons are fed into the rotating flue gas stream in several jets, provided that the ratio of the feed rate and the tangential velocity of the flue gas in the injection zone is 1: (2 ÷ 4), then the resulting hydrocarbon-gas mixture stream through the diffuser enters the evaporation chamber, into which the process air preheated to a temperature of 450-650 ° C is tangentially fed, swirling in the direction opposite to the direction of rotation of the flue gas stream, ensuring the working temperature The temperature in the evaporation chamber is 1400-1650 ° С, then the flow of the formed hydrocarbon vapor with an increase in speed to 9-14 m / s due to the increase in volume and the narrowing of the evaporation chamber passing into the vertical channel passes to the horizontal reaction chamber, where it enters with decreasing speed up to 8.5-13 m / s by increasing the diameter by 1.1 times, and where in the pyrolysis zone the temperature is set to 1240-1360 ° C and its residence time of 0.8-4 s is ensured. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения полуактивного технического углерода углеводородное сырье вводят радиально.2. The method according to claim 1, characterized in that to obtain a semi-active carbon black hydrocarbon feed is introduced radially. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения малоактивного технического углерода углеводородное сырье вводят под углом 90…170° относительно вектора тангенциальной скорости вращающегося потока дымовых газов.3. The method according to claim 1, characterized in that in order to obtain a low-active carbon black, hydrocarbon feeds are introduced at an angle of 90 ... 170 ° relative to the tangential velocity vector of the rotating flue gas stream. 4. Реактор для получения низкодисперсного технического углерода, включающий вертикальный цилиндрический корпус, внутренняя полость которого футерована огнеупором, оборудованный крышкой, тангенциальными газовыми горелками, формирующими вращающийся поток дымовых газов, сырьевыми форсунками для подачи углеводородного сырья и каналами ввода в корпус технологического воздуха, и горизонтальный боров, футерованный изнутри огнеупором и снабженный форсунками для впрыскивания охлаждающей воды, отличающийся тем, что во внутренней полости цилиндрического корпуса выполнено местное сужение в виде сопла с конфузором и диффузором, диаметр которого составляет 0,75-0,8 внутреннего диаметра корпуса, формирующее в верхней части полости камеру горения, а в нижней - камеру испарения, которая плавно переходит в вертикальный цилиндрический канал при соотношении диаметров 1:(0,45÷0,5), сообщающийся с камерой реакции при соотношении диаметров 1:1,1, крышка вертикального корпуса, футерованная изнутри огнеупором, образующая купольный свод, выполнена с вертикальным корпусом зацело и снабжена аксиальным патрубком для осмотра внутренней полости корпуса, в горловине сопла равномерно по окружности установлены радиальные пневмомеханические или механические сырьевые форсунки, причем сопловые наконечники механических форсунок развернуты в горизонтальной плоскости на угол 90…170° относительно вектора тангенциальной скорости вращающегося потока дымовых газов, а в стенке камеры испарения выполнены тангенциальные каналы для ввода технологического воздуха и закручивания его в направлении, противоположном направлению вращения потока дымовых газов.4. A reactor for producing low-dispersed carbon black, including a vertical cylindrical body, the inner cavity of which is lined with refractory, equipped with a lid, tangential gas burners forming a rotating flue gas stream, raw material nozzles for supplying hydrocarbon raw materials and input channels into the process air housing, and a horizontal bore lined inside with a refractory and equipped with nozzles for injecting cooling water, characterized in that in the inner cavity of the qi the local case narrowing is made in the form of a nozzle with a confuser and a diffuser, the diameter of which is 0.75-0.8 of the inner diameter of the body, forming a combustion chamber in the upper part of the cavity, and an evaporation chamber in the lower part, which smoothly passes into a vertical cylindrical channel the ratio of diameters 1: (0.45 ÷ 0.5), which communicates with the reaction chamber with a ratio of diameters of 1: 1.1, the cover of the vertical case, lined with refractory from the inside, forming a dome vault, is made integrally with the vertical case and provided with an axial A radial pneumomechanical or mechanical raw nozzle is installed uniformly around the nozzle neck to inspect the internal cavity of the housing, and the nozzle tips of the mechanical nozzles are rotated in a horizontal plane at an angle of 90 ... 170 ° relative to the tangential velocity vector of the rotating flue gas flow, and in the chamber wall Tangential channels for introducing process air and swirling it in a direction opposite to the direction of flow rotation flue gas. 5. Реактор по п.4, отличающийся тем, что пневмомеханические форсунки используют для получения полуактивного технического углерода, а механические форсунки используют для получения малоактивного технического углерода.5. The reactor according to claim 4, characterized in that the pneumo-mechanical nozzles are used to produce semi-active carbon black, and the mechanical nozzles are used to produce low-active carbon black. 6. Реактор по п.4, отличающийся тем, что количество сырьевых форсунок должно быть не менее 6.6. The reactor according to claim 4, characterized in that the number of feed nozzles must be at least 6. 7. Реактор по п.4, отличающийся тем, что тангенциальные газовые горелки, количество которых определяется производительностью реактора, но не менее четырех, размещены по окружности камеры горения равномерно. 7. The reactor according to claim 4, characterized in that the tangential gas burners, the amount of which is determined by the productivity of the reactor, but not less than four, are placed uniformly around the circumference of the combustion chamber.
RU2010131040/05A 2010-07-26 2010-07-26 Method of producing low-dispersed technical carbon and reactor for realising said method RU2446195C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010131040/05A RU2446195C1 (en) 2010-07-26 2010-07-26 Method of producing low-dispersed technical carbon and reactor for realising said method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010131040/05A RU2446195C1 (en) 2010-07-26 2010-07-26 Method of producing low-dispersed technical carbon and reactor for realising said method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010131040A RU2010131040A (en) 2012-02-10
RU2446195C1 true RU2446195C1 (en) 2012-03-27

Family

ID=45852972

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010131040/05A RU2446195C1 (en) 2010-07-26 2010-07-26 Method of producing low-dispersed technical carbon and reactor for realising said method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2446195C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2521996C1 (en) * 2013-04-18 2014-07-10 Закрытое акционерное общество (ЗАО) "РАМПЛАЗМА" Apparatus for processing raw material consisting of carbon-containing solid materials
RU2580917C1 (en) * 2014-10-17 2016-04-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем переработки углеводородов Сибирского отделения Российской академии наук (ИППУ СО РАН) Method of producing soot and reactor therefor
RU2614964C1 (en) * 2015-12-16 2017-03-31 Общество с ограниченной ответственностью "Омский завод технического углерода" Method of producing semi-active technical carbon

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2174992C2 (en) * 1996-12-24 2001-10-20 Сосногорский газоперерабатывающий завод п. Севергазпром Thermal carbon black production process
RU2179564C1 (en) * 2001-04-10 2002-02-20 Орлов Вадим Юрьевич Commercial carbon, method of its production and reactor for production of commercial carbon
RU2205195C2 (en) * 2001-05-25 2003-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "Волгоградский завод техуглерода" Carbon black production process
RU2317308C2 (en) * 2006-03-14 2008-02-20 ООО "Техуглерод и огнеупоры" Technical carbon production process and a system for recuperative heating of process air

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2174992C2 (en) * 1996-12-24 2001-10-20 Сосногорский газоперерабатывающий завод п. Севергазпром Thermal carbon black production process
RU2179564C1 (en) * 2001-04-10 2002-02-20 Орлов Вадим Юрьевич Commercial carbon, method of its production and reactor for production of commercial carbon
RU2205195C2 (en) * 2001-05-25 2003-05-27 Общество с ограниченной ответственностью "Волгоградский завод техуглерода" Carbon black production process
RU2317308C2 (en) * 2006-03-14 2008-02-20 ООО "Техуглерод и огнеупоры" Technical carbon production process and a system for recuperative heating of process air

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2521996C1 (en) * 2013-04-18 2014-07-10 Закрытое акционерное общество (ЗАО) "РАМПЛАЗМА" Apparatus for processing raw material consisting of carbon-containing solid materials
RU2580917C1 (en) * 2014-10-17 2016-04-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем переработки углеводородов Сибирского отделения Российской академии наук (ИППУ СО РАН) Method of producing soot and reactor therefor
RU2614964C1 (en) * 2015-12-16 2017-03-31 Общество с ограниченной ответственностью "Омский завод технического углерода" Method of producing semi-active technical carbon

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010131040A (en) 2012-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2618051C2 (en) Method for producing carbon black with using solvent fluid medium
US8496472B2 (en) Process for combustion of high viscosity low heating value liquid fuels
CN1715745A (en) Staged combustion system with ignition-assisted fuel lances
US20170016619A1 (en) Start-up torch
RU2572893C2 (en) Reactor for producing technical carbon
RU2446195C1 (en) Method of producing low-dispersed technical carbon and reactor for realising said method
US3701827A (en) Process and apparatus for the production of large particle-size,low structure carbon black
US3761577A (en) Secondary combustion process and apparatus for the manufacture of carbon black
JP2001522979A (en) Fuel combustion method and combustion reactor
RU2394054C2 (en) Method of producing semi-active technical carbon and reactor for realising said method
US3490870A (en) Method and apparatus for the production of carbon black
RU2580917C1 (en) Method of producing soot and reactor therefor
US1987400A (en) Method of burning oil as city gas
CN109467075B (en) Continuous combustion production equipment for synthesizing ton-level fullerene and synthesis method thereof
CN105664643A (en) Pyrolytic charring apparatus for diseased livestock
RU2614964C1 (en) Method of producing semi-active technical carbon
CN218329375U (en) Novel carbon black reaction system
CN103307611B (en) For remove the device of pernicious gas by burning
CN216704303U (en) Acetic acid cracking furnace capable of heating uniformly
SU850642A1 (en) Method and reactor for carbon black production
CN105664644A (en) Pyrolytic charring apparatus for diseased livestock
US6832566B2 (en) Process to improve the performance of the exothermic incineration of waste material
US3400920A (en) High temperature transfer line heater
SU843457A2 (en) Reactor for producing carbon black
RU2502921C1 (en) Method of operation of vertical prismatic furnace

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170727