RU2537582C2 - Method of black production from hydrocarbon gas - Google Patents
Method of black production from hydrocarbon gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2537582C2 RU2537582C2 RU2012143503/05A RU2012143503A RU2537582C2 RU 2537582 C2 RU2537582 C2 RU 2537582C2 RU 2012143503/05 A RU2012143503/05 A RU 2012143503/05A RU 2012143503 A RU2012143503 A RU 2012143503A RU 2537582 C2 RU2537582 C2 RU 2537582C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrocarbon gas
- gas
- air
- pyrolysis
- hydrocarbon
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения технического углерода (сажи) из углеводородного газа, как природного так и попутного, и может быть использовано в химической, нефтехимической, резинотехнической, полиграфической, лакокрасочной отраслях промышленности, использующих сажу.The invention relates to a technology for producing carbon black (soot) from hydrocarbon gas, both natural and associated, and can be used in the chemical, petrochemical, rubber, printing, and varnish and paint industries using carbon black.
В настоящее время более 90% технического углерода, получаемого по технологическим схемам непрерывных процессов, вырабатывают из жидкого сырья. Однако эти процессы весьма чувствительны к качеству сырья (углеводородному составу, содержанию неуглеводородных примесей), которое в случае жидкого сырья (тяжелая смола пиролиза, тяжелый газойль каталитического крекинга, антраценовая фракция и др.) непостоянно от партии к партии. В связи с этим наблюдаются отклонения параметров структуры частиц технического углерода и его гранулометрического состава от ожидаемых значений, то есть непостоянство качества технического углерода, что может приводить к ухудшению качества конечной продукции, содержащей технический углерод (полиграфической краски, конструкционных материалов и т.д.).Currently, more than 90% of carbon black obtained by technological schemes of continuous processes is produced from liquid raw materials. However, these processes are very sensitive to the quality of the feed (hydrocarbon composition, the content of non-hydrocarbon impurities), which in the case of liquid feed (heavy pyrolysis resin, heavy catalytic cracking gas oil, anthracene fraction, etc.) is not constant from batch to batch. In this regard, there are deviations in the structure parameters of the carbon black particles and its particle size distribution from the expected values, that is, the inconsistency in the quality of carbon black, which can lead to a deterioration in the quality of the final product containing carbon black (printing ink, structural materials, etc.) .
Состав природного газа, поступающего с известных месторождений, является более определенным, поэтому качество технического углерода из него может быть более стабильным. Однако современные технологические процессы промышленного производства технического углерода из природного газа не обеспечивают такой же высокой производительности, как из жидкого сырья.The composition of natural gas from known fields is more defined, so the quality of carbon black from it can be more stable. However, modern technological processes of industrial production of carbon black from natural gas do not provide the same high performance as from liquid raw materials.
Наиболее распространенными являются технологии периодического действия на основе газонагревателей регенеративного типа.The most common are batch technologies based on regenerative gas heaters.
Известны способы получения технического углерода путем пиролиза природного газа в потоке продуктов сгорания этого же газа в смеси с воздухом, в которых часть углеродсодержащих продуктов пиролиза подают в зону пиролиза сырья с последующей закалкой продуктов (Авт.свидетельство СССР №850642, опубл. 30.07.1981, кл. С09С 1/50 [2] и патент РФ RU 2174992, опубл. 20.10.2001, кл. С09С 1/48 [3]). При этом рециркуляция части продуктов пиролиза, отбираемых до зоны закалки, способствует увеличению глубины пиролиза сырья за счет внесения в состав реагирующей смеси активных частиц и дополнительных центров конденсации молекул-предшественников сажи.Known methods for producing carbon black by pyrolysis of natural gas in a stream of products of combustion of the same gas mixed with air, in which part of the carbon-containing pyrolysis products are fed into the pyrolysis zone of the raw materials with subsequent quenching of products (USSR Authenticity Certificate No. 850642, publ. 30.07.1981, class C09C 1/50 [2] and RF patent RU 2174992, published on October 20, 2001, class C09C 1/48 [3]). At the same time, recirculation of a part of the pyrolysis products taken to the quenching zone increases the depth of pyrolysis of the feedstock by introducing active particles into the composition of the reacting mixture and additional condensation centers of carbon black precursor molecules.
Недостатками этих способов являются:The disadvantages of these methods are:
1) недостаточно высокий выход технического углерода из-за больших значений коэффициента избытка воздуха (более 1,2 в способе [2] и 0,9-1,1 в способе [3]), в связи с чем часть углерода сырья окисляется до СО;1) insufficiently high yield of carbon black due to large values of the coefficient of excess air (more than 1.2 in the method [2] and 0.9-1.1 in the method [3]), in connection with which part of the carbon of the feed is oxidized to CO ;
2) большие значения дисперсий показателей качества технического углерода (параметров структуры материала частиц технического углерода и его гранулометрического состава) и практическая невозможность получения высоких значений удельной поверхности частиц сажи из-за участия в процессе их образования дополнительных центров конденсации, вносимых с продуктами рециркуляции.2) large values of dispersions of quality indicators of carbon black (parameters of the structure of the material of carbon black particles and its particle size distribution) and the practical impossibility of obtaining high values of the specific surface area of soot particles due to the participation in the formation of additional condensation centers introduced with recirculation products.
Более продуктивным является взятый за прототип способ получения сажи из углеводородного газа путем пиролиза углеводородного газа (природного или нефтяного попутного), включающий горение смеси углеводородного газа-топлива и воздуха, смешение продуктов сгорания с углеводородным газом-сырьем, закалку продуктов пиролиза деминерализованной водой, вводимой в виде струй в поток сажевого аэрозоля, дальнейшее охлаждение этого аэрозоля в теплообменниках с выведением их через устройства сбора целевого продукта (патент РФ RU 2114138, опубл. 27.06.1998, кл. С09С 1/48 [4]).More productive is the prototype method of producing soot from hydrocarbon gas by pyrolysis of hydrocarbon gas (natural or petroleum associated gas), which includes burning a mixture of hydrocarbon gas-fuel and air, mixing combustion products with hydrocarbon feed gas, quenching the pyrolysis products with demineralized water introduced into in the form of jets into the soot aerosol stream, further cooling of this aerosol in heat exchangers with their removal through the target product collection devices (RF patent RU 2114138, publ. 06/27/1998, cl . C09C 1/48 [4]).
Недостатком этого способа являются значительные потери углерода на его окисление, обусловленные высокими значениями коэффициента избытка воздуха в камере сгорания.The disadvantage of this method is the significant loss of carbon on its oxidation due to the high values of the coefficient of excess air in the combustion chamber.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение выхода технического углерода за счет повышения сажеобразования.The objective of the invention is to increase the yield of carbon black by increasing soot formation.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе получения сажи из углеводородного газа (природного или нефтяного попутного), включающем сжигание смеси углеводородного газа-топлива и воздуха, пиролиз углеводородного газа-сырья в смеси с продуктами сгорания, закалку продуктов пиролиза деминерализованной водой и дальнейшее охлаждение этого аэрозоля в теплообменнике с выведением их через устройство сбора целевого продукта, сжигание топлива осуществляют в составе богатой топливовоздушной смеси при значении коэффициента избытка воздуха α=(1…1,2)αCOmax≈0,7…0,9, а деминерализованная вода подается на закалку в перегретом состоянии (при температуре 120-130°C).The problem is solved due to the fact that in the method of producing soot from hydrocarbon gas (natural or oil associated), including burning a mixture of hydrocarbon gas-fuel and air, pyrolysis of the hydrocarbon gas in the mixture with combustion products, quenching of the pyrolysis products with demineralized water and further cooling of this aerosol in a heat exchanger with their removal through the target product collection device, fuel combustion is carried out as part of a rich air-fuel mixture with the excess coefficient air α = (1 ... 1,2) α COmax ≈0.7 ... 0.9, and demineralized water is supplied to quenching in an overheated state (at a temperature of 120-130 ° C).
При этом предпочтительнее характерное значение αCOmax определять по числам атомов, соответственно, углерода n и водорода m в условной молекуле углеводородного газа и вычислять как отношение (2n+m)/(4n+m), а за параметр сырья, определяющего потребные значения расходов сырья, топлива, воздуха и воды, а также температур промежуточных продуктов и длительности индукционного периода сажеобразования, роста частиц сажи и закалки при требуемых параметрах выхода, структуры и дисперсности целевого продукта принять показатель черноты диффузионного пламени, характеризующий склонность углеводородного газа к сажеобразованию.In this case, it is preferable to determine the characteristic value of α COmax from the numbers of atoms, respectively, of carbon n and hydrogen m in a conventional hydrocarbon gas molecule and calculate it as the ratio (2n + m) / (4n + m), and for the parameter of the raw material that determines the required values of the raw material consumption , fuel, air and water, as well as temperatures of intermediate products and the duration of the induction period of soot formation, soot particle growth and quenching at the required output parameters, structure and dispersion of the target product, take the diffusion flame black index and characterizing hydrocarbon gas propensity to sooting.
Также предпочтительнее смесь углеводородного газа-топлива с воздухом предварительно подогревать до 60-299°C.It is also preferable to pre-heat the mixture of hydrocarbon gas-fuel with air to 60-299 ° C.
Выход целевого продукта еще больше повышается, если углеводородный газ-сырье до подачи на пиролиз подогревают до 100-400°C.The yield of the target product is further enhanced if the hydrocarbon feed gas is heated to 100-400 ° C before being fed to the pyrolysis.
Сущность изобретения заключается в осуществлении пиролиза углеводородного газа-сырья совместно с продуктами сгорания богатой смеси углеводородного газа-топлива и воздуха, которую сжигают при значении коэффициента избытка воздуха в пределах 0,7…0,9. Именно в этом случае повышается сажеобразование, что позволяет увеличить выход целевого продукта.The essence of the invention lies in the implementation of the pyrolysis of hydrocarbon feed gas in conjunction with the products of combustion of a rich mixture of hydrocarbon gas fuel and air, which is burned with a coefficient of excess air in the range of 0.7 ... 0.9. In this case, soot formation increases, which allows to increase the yield of the target product.
Изобретение поясняется более подробно с использованием принципиальной схемы технологического процесса, гдеThe invention is explained in more detail using the process flow diagram, where
1 - камера сгорания углеводородного газа-топлива,1 - combustion chamber of hydrocarbon gas fuel
2 - камера пиролиза углеводородного газа,2 - a chamber for the pyrolysis of hydrocarbon gas,
3 - камера закалки,3 - hardening chamber,
4 - исполнительное устройство подачи воздуха в камеру сгорания,4 - actuator for supplying air to the combustion chamber,
5 - исполнительное устройство подачи углеводородного газа-топлива,5 - actuator feed hydrocarbon gas fuel
6 - исполнительное устройство подачи углеводородного газа-сырья,6 - Executive device for the supply of hydrocarbon gas raw materials,
7 - исполнительное устройство подачи перегретой деминерализованной воды,7 - actuator supply of superheated demineralized water,
8 - компьютер, управляющий исполнительными устройствами,8 is a computer that controls the actuators,
9 - теплообменник (-и),9 - heat exchanger (s),
10 - устройство сбора целевого продукта.10 is a device for collecting the target product.
Углеводородный газ-топливо и воздух подают в камеру сгорания 1 посредством исполнительных устройств 5 и 4 по команде компьютера 8 в соответствии с программой, задающей коэффициент избытка воздуха α=(1…1,2)αCOmax≈0,7…0,9 в топливной смеси. По мере сжигания указанной богатой смеси углеводородного газа-топлива и воздуха продукты сгорания поступают в камеру пиролиза 2. В эту же камеру 2 посредством исполнительного устройства 6 по команде компьютера 8 подают углеводородный газ-сырье, и проводят процесс пиролиза смеси этого газа с упомянутыми продуктами сгорания. Продукты пиролиза затем подвергают закалке в камере 3 перегретой деминерализованной водой, вводимой в виде струй в поток сажевого аэрозоля посредством исполнительного устройства 7 по команде компьютера 8. Дальнейшее охлаждения этого аэрозоля проводят в теплообменнике 9. После чего целевой продукт выводят через устройство сбора целевого продукта 10.Hydrocarbon gas-fuel and air are supplied to the combustion chamber 1 by means of actuators 5 and 4 at the command of computer 8 in accordance with a program that sets the coefficient of excess air α = (1 ... 1,2) α COmax ≈0.7 ... 0.9 in fuel mixture. As this rich mixture of hydrocarbon gas-fuel and air is burned, the combustion products enter the pyrolysis chamber 2. The hydrocarbon gas feed is supplied to the same chamber 2 by the
Значения расходов сырья, топлива, воздуха и воды, а также температур и длительности различных стадий технологического процесса устанавливают в зависимости от свойств углеводородного сырья (склонности углеводородного газа к сажеобразованию) и требуемых параметров структуры и дисперсности целевого продукта.The values of the consumption of raw materials, fuel, air and water, as well as temperatures and the duration of the various stages of the technological process are set depending on the properties of the hydrocarbon feed (the tendency of hydrocarbon gas to soot formation) and the required parameters of the structure and dispersion of the target product.
При этом:Wherein:
1) характерное значение коэффициента избытка воздуха αCOmax определяют по формуле:1) the characteristic value of the coefficient of excess air α COmax is determined by the formula:
, ,
где n и m - числа атомов, соответственно, углерода и водорода в условной молекуле углеводородного газа, определяемые его компонентным составом (молярной массой без учета неуглеводородных примесей и массовыми долями углерода и водорода в углеводородной части газа);where n and m are the numbers of atoms, respectively, of carbon and hydrogen in a conventional hydrocarbon gas molecule, determined by its component composition (molar mass excluding non-hydrocarbon impurities and mass fractions of carbon and hydrogen in the hydrocarbon part of the gas);
2) склонность углеводородного сырья к сажеобразованию оценивают по значению показателя черноты диффузионного пламени (ПЧДП), определяемому с помощью прибора с бесфитильной горелкой [1];2) the propensity of hydrocarbon feedstocks to soot formation is evaluated by the value of the diffusion flame blackness index (PCPD), determined using an instrument with an oil-free burner [1];
3) воздух и углеводородный газ, участвующие в горении, перед подачей в камеру сгорания нагревают до температуры 60-299°C;3) the air and hydrocarbon gas involved in combustion are heated to a temperature of 60-299 ° C before being fed into the combustion chamber;
4) углеводородный газ, являющийся сырьем для получения сажи, перед подачей на пиролиз нагревают до температуры 100-400°C;4) hydrocarbon gas, which is the raw material for the production of soot, is heated to a temperature of 100-400 ° C before being fed to the pyrolysis;
5) момент времени начала закалки определяют исходя из требуемых свойств сажи и ее выхода с учетом геометрии проточной части реактора, скорости потока реагентов и продуктов, а также значений периода индукции сажеобразования τинд. и потребного времени роста частиц сажи τроста;5) the time point of the beginning of hardening is determined based on the required properties of soot and its output, taking into account the geometry of the flow part of the reactor, the flow rate of the reactants and products, as well as the values of the soot formation induction period τ ind. and the required soot particle growth time τ growth ;
6) период индукции сажеобразования рассчитывают по формуле:6) the period of induction of soot formation is calculated by the formula:
, ,
где a=(9,2-3,8iR)10-9 и b=21000-1800iR - коэффициенты, являющиеся функциями склонности углеводородного газа к сажеобразованию; ; p - давление в реакторе, Па;where a = (9.2-3.8i R ) 10 -9 and b = 21000-1800i R are the coefficients that are functions of the tendency of hydrocarbon gas to soot formation; ; p is the pressure in the reactor, Pa;
- эффективное значение «восстановленной» концентрации углеводородов в зоне пиролиза; αпир. - эффективное значение коэффициента избытка воздуха в зоне пиролиза, рассчитываемое с учетом расходов воздуха и углеводородного газа, участвующего в горении и сажеобразовании; L0 - стехиометрический коэффициент газа по отношению к воздуху; - the effective value of the "restored" concentration of hydrocarbons in the pyrolysis zone; α feast. - the effective value of the coefficient of excess air in the pyrolysis zone, calculated taking into account the flow rates of air and hydrocarbon gas involved in combustion and soot formation; L 0 is the stoichiometric coefficient of gas with respect to air;
7) потребное время роста частиц сажи на расчетном режиме работы реактора рассчитывают по формуле:7) the required growth time of soot particles in the design mode of operation of the reactor is calculated by the formula:
, ,
гдеWhere
- время релаксации досажевого углерода (время снижения доли углерода сырья, находящегося в досажевом состоянии, в е раз); - relaxation time of carbon black (time to reduce the proportion of carbon of raw materials in the carbon black state, e times);
ξSпотр. - потребное значение глубины сажеобразования (степени превращения углерода сырья в сажу), находящейся в диапазоне от 0 до 1.ξ Sp. - the required value of the depth of soot formation (degree of conversion of carbon of raw materials into soot), which is in the range from 0 to 1.
Преимущества способа иллюстрируются следующими примерами (применительно к реактору производительностью 400 тонн техуглерода в год, с диаметром канала в зоне пиролиза 0,216 м и длиной его l=1,22 м).The advantages of the method are illustrated by the following examples (for a reactor with a capacity of 400 tons of carbon black per year, with a channel diameter in the pyrolysis zone of 0.216 m and its length l = 1.22 m).
Пример 1. Состав природного газа (молярные доли основных компонентов):Example 1. The composition of natural gas (molar fractions of the main components):
СН4 (0,9793); С2Н6 (0,0083); С3Н8 (0,00209); С4Н10 (0,00744); C5H12(0,00182); С2Н4 (0,00105).CH 4 (0.9793); C 2 H 6 (0.0083); C 3 H 8 (0.00209); C 4 H 10 (0.00744); C 5 H 12 (0.00182); C 2 H 4 (0.00105).
Значения параметров топлива: n=1,04; m=4,16; αCOmax=(2n+m)/(4n+m)=0,749; L0=17,22; iR=0,0537; ;The values of the fuel parameters: n = 1.04; m = 4.16; α COmax = (2n + m) / (4n + m) = 0.749; L 0 = 17.22; i R = 0.0537; ;
a=(9,2-3,8iR)10-9=8,996·10-9; b=2100-1800iR=2,09·104. a = (9.2-3.8i R ) 10 -9 = 8.996 · 10 -9 ; b = 2100-1800i R = 2.09 · 10 4 .
Для организации течения газообразных реагентов и продуктов по тракту реактора с заданными скоростями и временами пребывания в соответствующих зонах воздух и природный газ на входе в реактор имеют избыточное давление. При этом, с учетом гидравлического сопротивления на предшествующих участках, давление в зоне пиролиза составляет р=2,4·105 Па.To organize the flow of gaseous reactants and products along the reactor path with given speeds and residence times in the respective zones, the air and natural gas at the inlet to the reactor have excess pressure. Moreover, taking into account the hydraulic resistance in the previous sections, the pressure in the pyrolysis zone is p = 2.4 · 10 5 Pa.
При коэффициенте избытка воздуха в камере сгорания α=1,15αCOmax=0,861, исходной температуре газа на пиролиз и газо-воздушной смеси на входе в камеру сгорания 300 K, соотношении количеств газа на горение и на пиролиз ψ=0,5:With the coefficient of excess air in the combustion chamber α = 1.15α COmax = 0.861, the initial temperature of the gas for pyrolysis and the gas-air mixture at the inlet to the combustion chamber 300 K, the ratio of the amounts of gas for combustion and pyrolysis ψ = 0.5:
; ; ; ;
температура продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания 1912 K, температура смеси продуктов сгорания и газа, подаваемого на пиролиз T=1454 K; скорость потока продуктов в зоне пиролиза u=10,9 м/с; период индукции сажеобразования ; время роста частиц техуглерода ; степень превращения углерода сырья в технический углерод .the temperature of the combustion products at the outlet of the combustion chamber 1912 K, the temperature of the mixture of combustion products and gas supplied to the pyrolysis T = 1454 K; product flow velocity in the pyrolysis zone u = 10.9 m / s; soot induction period ; carbon black particle growth time ; the degree of conversion of carbon raw materials into carbon black .
Пример 2. Состав природного газа (молярные доли основных компонентов):Example 2. The composition of natural gas (molar fractions of the main components):
СН4 (0,9793); С2Н6 (0,0083); С3Н8 (0,00209); С4Н10 (0,00744); С5Н12 (0,00182); С2Н4 (0,00105).CH 4 (0.9793); C 2 H 6 (0.0083); C 3 H 8 (0.00209); C 4 H 10 (0.00744); C 5 H 12 (0.00182); C 2 H 4 (0.00105).
Значения параметров топлива: n=1,04; m=4,16; αCOmax=(2n+m)/(4n+m)=0,749; L0=17,22; iR=0,0537; ;The values of the fuel parameters: n = 1.04; m = 4.16; α COmax = (2n + m) / (4n + m) = 0.749; L 0 = 17.22; i R = 0.0537; ;
a=(9,2-3,8iR)10-9=8,996·10-9; b=2100-1800iR=2,09·104. a = (9.2-3.8i R ) 10 -9 = 8.996 · 10 -9 ; b = 2100-1800i R = 2.09 · 10 4 .
Для организации течения газообразных реагентов и продуктов по тракту реактора с заданными скоростями и временами пребывания в соответствующих зонах воздух и природный газ на входе в реактор имеют избыточное давление. При этом, с учетом гидравлического сопротивления на предшествующих участках, давление в зоне пиролиза составляет p=2,4·105 Па.To organize the flow of gaseous reactants and products along the reactor path with given speeds and residence times in the respective zones, the air and natural gas at the inlet to the reactor have excess pressure. Moreover, taking into account the hydraulic resistance in the preceding sections, the pressure in the pyrolysis zone is p = 2.4 · 10 5 Pa.
При коэффициенте избытка воздуха в камере сгорания α=1,15αCOmax=0,861, исходной температуре газа на пиролиз и газо-воздушной смеси на входе в камеру сгорания 300 K, соотношении количеств газа на горение и на пиролиз ψ=0,7:With the coefficient of excess air in the combustion chamber α = 1.15α COmax = 0.861, the initial temperature of the gas for pyrolysis and the gas-air mixture at the inlet to the combustion chamber 300 K, the ratio of the quantities of gas for combustion and pyrolysis ψ = 0.7:
; ; ; ;
температура продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания 1911 K, температура смеси продуктов сгорания и газа, подаваемого на пиролиз T=1559 K; скорость потока продуктов в зоне пиролиза u=10,9 м/c; период индукции сажеобразования ; время роста частиц техуглерода ; степень превращения углерода сырья в технический углерод .the temperature of the combustion products at the outlet of the combustion chamber 1911 K, the temperature of the mixture of combustion products and gas supplied to the pyrolysis T = 1559 K; product flow velocity in the pyrolysis zone u = 10.9 m / s; soot induction period ; carbon black particle growth time ; the degree of conversion of carbon raw materials into carbon black .
Пример 3. Состав природного газа (молярные доли основных компонентов):Example 3. The composition of natural gas (molar fractions of the main components):
СН4 (0,9793); С2Н6 (0,0083); С3Н8 (0,00209); С4Н10 (0,00744); С5Н12 (0,00182); С2Н4 (0.00105).CH 4 (0.9793); C 2 H 6 (0.0083); C 3 H 8 (0.00209); C 4 H 10 (0.00744); C 5 H 12 (0.00182); C 2 H 4 (0.00105).
Значения параметров топлива: n=1,04; m=4,16; αCOmax=(2n+m)/(4n+m)=0,749; L0=17,22; iR=0,0537; ;The values of the fuel parameters: n = 1.04; m = 4.16; α COmax = (2n + m) / (4n + m) = 0.749; L 0 = 17.22; i R = 0.0537; ;
a=(9,2-3,8iR)10-9=8,996·10-9; b=2100-1800iR=2,09·104. a = (9.2-3.8i R ) 10 -9 = 8.996 · 10 -9 ; b = 2100-1800i R = 2.09 · 10 4 .
Для организации течения газообразных реагентов и продуктов по тракту реактора с заданными скоростями и временами пребывания в соответствующих зонах воздух и природный газ на входе в реактор имеют избыточное давление. При этом, с учетом гидравлического сопротивления на предшествующих участках, давление в зоне пиролиза составляет p=2,4·105 Па.To organize the flow of gaseous reactants and products along the reactor path with given speeds and residence times in the respective zones, the air and natural gas at the inlet to the reactor have excess pressure. Moreover, taking into account the hydraulic resistance in the preceding sections, the pressure in the pyrolysis zone is p = 2.4 · 10 5 Pa.
При коэффициенте избытка воздуха в камере сгорания α=1,15αCOmax=0,861, исходной температуре газа на пиролиз и газо-воздушной смеси на входе в камеру сгорания 600 K, соотношении количеств газа на горение и на пиролиз ψ=0,5:With the coefficient of excess air in the combustion chamber α = 1.15α COmax = 0.861, the initial temperature of the gas for pyrolysis and the gas-air mixture at the inlet to the combustion chamber 600 K, the ratio of the amounts of gas for combustion and pyrolysis ψ = 0.5:
; ; ; ;
температура продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания 1912 K, температура смеси продуктов сгорания и газа, подаваемого на пиролиз T=1518 K; скорость потока продуктов в зоне пиролиза u=11,4 м/с; период индукции сажеобразования ; время роста частиц техуглерода ; степень превращения углерода сырья в технический углерод .the temperature of the combustion products at the outlet of the combustion chamber 1912 K, the temperature of the mixture of combustion products and gas supplied to the pyrolysis T = 1518 K; product flow velocity in the pyrolysis zone u = 11.4 m / s; soot induction period ; carbon black particle growth time ; the degree of conversion of carbon raw materials into carbon black .
Пример 4. Состав природного газа (молярные доли основных компонентов):Example 4. The composition of natural gas (molar fractions of the main components):
СН4 (0,800); С2Н6 (0,080); С3Н8 (0,040); С4Н10 (0,040); С5Н12 (0,020); С2Н4 (0,020).CH 4 (0.800); C 2 H 6 (0.080); C 3 H 8 (0.040); C 4 H 10 (0.040); C 5 H 12 (0.020); C 2 H 4 (0.020).
Значения параметров топлива: n=1,355; m=5,069;The values of the fuel parameters: n = 1,355; m = 5.069;
αCOmax=(2n+m)/(4n+m)=0,7416; L0=16,97; iR=0,08704;α COmax = (2n + m) / (4n + m) = 0.7416; L 0 = 16.97; i R = 0.08704;
; ;
a=(9,2-3,8iR)10-9=8,996·10-9; b=2100-1800iR=2,09·104. a = (9.2-3.8i R ) 10 -9 = 8.996 · 10 -9 ; b = 2100-1800i R = 2.09 · 10 4 .
Для организации течения газообразных реагентов и продуктов по тракту реактора с заданными скоростями и временами пребывания в соответствующих зонах воздух и природный газ на входе в реактор имеют избыточное давление. При этом, с учетом гидравлического сопротивления на предшествующих участках, давление в зоне пиролиза составляет p=2,4·105 Па.To organize the flow of gaseous reactants and products along the reactor path with given speeds and residence times in the respective zones, the air and natural gas at the inlet to the reactor have excess pressure. Moreover, taking into account the hydraulic resistance in the preceding sections, the pressure in the pyrolysis zone is p = 2.4 · 10 5 Pa.
При коэффициенте избытка воздуха в камере сгорания α=1,15αCOmax=0,853, исходной температуре газа на пиролиз и газо-воздушной смеси на входе в камеру сгорания 600 K, соотношении количеств газа на горение и на пиролиз ψ=0,5:With the coefficient of excess air in the combustion chamber α = 1.15α COmax = 0.853, the initial temperature of the gas for pyrolysis and the gas-air mixture at the inlet to the combustion chamber 600 K, the ratio of the quantities of gas for combustion and pyrolysis ψ = 0.5:
; ; ; ;
температура продуктов сгорания на выходе из камеры сгорания 1927 K, температура смеси продуктов сгорания и газа, подаваемого на пиролиз T=1532 K; скорость потока продуктов в зоне пиролиза u=10,67 м/с; период индукции сажеобразования ; время роста частиц техуглерода ; степень превращения углерода сырья в технический углерод .the temperature of the combustion products at the outlet of the combustion chamber 1927 K, the temperature of the mixture of combustion products and gas supplied to the pyrolysis T = 1532 K; the flow rate of products in the pyrolysis zone u = 10.67 m / s; soot induction period ; carbon black particle growth time ; the degree of conversion of carbon raw materials into carbon black .
Как видно из приведенных примеров, технологический процесс получения технического углерода из природного газа достаточно чувствителен к составу сырья, исходной температуре углеводородного газа-сырья и газо-воздушной топливной смеси, подаваемой в камеру сгорания, а также - к соотношению количеств углеводородного газа, используемого, соответственно, в качестве топлива и в качестве сырья для технического углерода.As can be seen from the above examples, the process for producing carbon black from natural gas is quite sensitive to the composition of the feedstock, the initial temperature of the hydrocarbon gas feedstock and the gas-air fuel mixture supplied to the combustion chamber, and also to the ratio of the amounts of hydrocarbon gas used, respectively , as fuel and as raw material for carbon black.
ЛитератураLiterature
1. Способ оценки склонности углеводородного топлива к сажеобразованию при горении: пат. 2199737; Рос. Федерация: МПК G01N 33/22 / Завьялов В.А., Исаев А.В., Резников М.Н., Шишаев С.В.; Заявитель и патентообладатель ФГУП «25 ГосНИИ Минобороны России». - №2001110714/28; заявл. 23.04.2001; опубл. 27.02.2003.1. A method for assessing the propensity of hydrocarbon fuel for soot formation during combustion: US Pat. 2,199,737; Grew up. Federation: IPC G01N 33/22 / Zavyalov V.A., Isaev A.V., Reznikov M.N., Shishaev S.V .; Applicant and patent holder of FSUE “25 State Research Institute of the Ministry of Defense of Russia”. - No. 2001110714/28; declared 04/23/2001; publ. 02/27/2003.
2. Авт. свидетельство СССР №850642, опубл. 30.07.1981, кл. С09С 1/50.2. Auth. USSR certificate No. 850642, publ. 07/30/1981, class С09С 1/50.
3. Патент РФ RU 2174992, опубл. 20.10.2001, кл. С09С 1/48.3. RF patent RU 2174992, publ. 10/20/2001, class C09C 1/48.
4. Патент РФ RU 2114138, опубл. 27.06.1998, кл. С09С 1/48.4. RF patent RU 2114138, publ. 06/27/1998, class C09C 1/48.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012143503/05A RU2537582C2 (en) | 2012-10-11 | 2012-10-11 | Method of black production from hydrocarbon gas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012143503/05A RU2537582C2 (en) | 2012-10-11 | 2012-10-11 | Method of black production from hydrocarbon gas |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012143503A RU2012143503A (en) | 2014-04-20 |
RU2537582C2 true RU2537582C2 (en) | 2015-01-10 |
Family
ID=50480497
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012143503/05A RU2537582C2 (en) | 2012-10-11 | 2012-10-11 | Method of black production from hydrocarbon gas |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2537582C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2615524C1 (en) * | 2015-12-16 | 2017-04-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем переработки углеводородов Сибирского отделения Российской академии наук (ИППУ СО РАН) | Method for producing channel carbon black |
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 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU850642A1 (en) * | 1977-10-25 | 1981-07-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательскийинститут Технического Углерода | Method and reactor for carbon black production |
RU2114138C1 (en) * | 1995-12-25 | 1998-06-27 | Владимир Федорович Антоненко | Method of producing carbon black |
EP0949303A1 (en) * | 1998-04-09 | 1999-10-13 | Degussa-Hüls Aktiengesellschaft | Improved inversion carbon blacks and method for their manufacture |
RU2174992C2 (en) * | 1996-12-24 | 2001-10-20 | Сосногорский газоперерабатывающий завод п. Севергазпром | Thermal carbon black production process |
RU2199737C2 (en) * | 2001-04-23 | 2003-02-27 | 25 Государственный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации (по применению топлив, масел, смазок и специальных жидкостей - ГосНИИ по химмотологии) | Procedure estimating tendency of hydrocarbon fuel to form soot in process of combustion |
-
2012
- 2012-10-11 RU RU2012143503/05A patent/RU2537582C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU850642A1 (en) * | 1977-10-25 | 1981-07-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательскийинститут Технического Углерода | Method and reactor for carbon black production |
RU2114138C1 (en) * | 1995-12-25 | 1998-06-27 | Владимир Федорович Антоненко | Method of producing carbon black |
RU2174992C2 (en) * | 1996-12-24 | 2001-10-20 | Сосногорский газоперерабатывающий завод п. Севергазпром | Thermal carbon black production process |
EP0949303A1 (en) * | 1998-04-09 | 1999-10-13 | Degussa-Hüls Aktiengesellschaft | Improved inversion carbon blacks and method for their manufacture |
RU2199737C2 (en) * | 2001-04-23 | 2003-02-27 | 25 Государственный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации (по применению топлив, масел, смазок и специальных жидкостей - ГосНИИ по химмотологии) | Procedure estimating tendency of hydrocarbon fuel to form soot in process of combustion |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
ОРЛОВ В.Ю. и др., Производство и использование технического углерода для резин, Ярославль, Александр Рутман, 2002, с.с. 118, 120, 163-165, 219-221, Рис. 4.1. * |
ПОЗИН М.Е., Терминологический справочник по неорганической химии, Санкт-Петербург, Химия, 1996, с. 61; . * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2615524C1 (en) * | 2015-12-16 | 2017-04-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем переработки углеводородов Сибирского отделения Российской академии наук (ИППУ СО РАН) | Method for producing channel carbon black |
RU203961U1 (en) * | 2020-12-28 | 2021-04-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Карбострим " | Small-sized reactor for producing carbon black by controlled pyrolysis of hydrocarbon gas |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012143503A (en) | 2014-04-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102224221B (en) | Conversion of co-fed methane and low hydrogen content hydrocarbon feedstocks to acetylene | |
CN102869730B (en) | Methods for carbon black production using preheated feedstock and apparatus for same | |
US2368828A (en) | Process for producing carbon black | |
JP7000398B2 (en) | The process of controlling the porosity of carbon black | |
EP0573546A1 (en) | Production of carbon blacks. | |
Liang et al. | Evolution of structural and surface chemistry during pyrolysis of Zhundong coal in an entrained-flow bed reactor | |
DE10318527A1 (en) | Process for the production of furnace carbon black | |
RU2537582C2 (en) | Method of black production from hydrocarbon gas | |
JPH10140033A (en) | Production of carbon black | |
CN102892839A (en) | Carbon black reactor | |
JPH09235485A (en) | Carbon black | |
JPH0657806B2 (en) | Carbon black manufacturing method | |
DE887393C (en) | Process for the production of carbon black | |
RU2389747C1 (en) | Method of producing soot and reactor for realising said method | |
JPS6047097A (en) | Hydrocarbon steam decomposition | |
RU2174992C2 (en) | Thermal carbon black production process | |
US3046095A (en) | Process for carbon black production | |
US2866836A (en) | Process and apparatus for conversion of hydrocarbons | |
Roth et al. | Investigation of soot formation during partial oxidation of diesel fuel | |
US1847242A (en) | Process for cracking gaseous hydrocarbons | |
US2719078A (en) | Channel process oil enrichment | |
JP2014001379A (en) | Method for producing carbon black, carbon black, rubber composition, and tire | |
WO2003016415A1 (en) | Method for processing hydrocarbon stock | |
RU2497930C1 (en) | Procedure for pyrolysis of hydrocarbon stock | |
RU2325426C2 (en) | Method of hydrocarbon raw materials processing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HE9A | Changing address for correspondence with an applicant |