RU2537582C2 - Method of black production from hydrocarbon gas - Google Patents

Method of black production from hydrocarbon gas Download PDF

Info

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
Application number
RU2012143503/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012143503A (en
Inventor
Александр Васильевич Исаев
Александр Сергеевич Щучкин
Original Assignee
Александр Васильевич Исаев
Александр Сергеевич Щучкин
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 Александр Васильевич Исаев, Александр Сергеевич Щучкин filed Critical Александр Васильевич Исаев
Priority to RU2012143503/05A priority Critical patent/RU2537582C2/en
Publication of RU2012143503A publication Critical patent/RU2012143503A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2537582C2 publication Critical patent/RU2537582C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: invention can be used in chemical, petrochemical, general rubber and pain and varnishes producing branches of industry. The rich mixture of hydrocarbon gas with air is burnt at air excess factor equal to α=(1…1.2)αCOmax≈0.7…0.9. The αCOmax value is defined against numbers of hydrocarbon n and hydrogen m atoms in an apparent molecule of hydrocarbon gas and calculated as the ratio (2n+m)/(4n+m). The mixture of hydrocarbon gas fuel with air may be heated up to 60-299°C before delivery to burning. Hydrocarbon gas preheated up to 100-400°C is subjected to pyrolysis with combustion products. The combustion products are hardened by superheated demineralised water, cooled in the heat exchanger and outputted through the target product collector.
EFFECT: increasing output of carbon black due to improved carbon-black formation.
5 cl, 1 dwg, 4 ex

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 actuator 6 by the command of computer 8, and the mixture is pyrolyzed with this gas . The pyrolysis products are then quenched in chamber 3 with superheated demineralized water injected in the form of jets into the soot aerosol stream by means of an actuator 7 at the command of computer 8. Further cooling of this aerosol is carried out in a heat exchanger 9. After that, the target product is discharged through the target product collecting device 10.

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:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

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:

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где a=(9,2-3,8iR)10-9 и b=21000-1800iR - коэффициенты, являющиеся функциями склонности углеводородного газа к сажеобразованию;

Figure 00000003
; 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;
Figure 00000003
; p is the pressure in the reactor, Pa;

Figure 00000004
- 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;
Figure 00000004
- 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:

Figure 00000005
,
Figure 00000005
,

гдеWhere

Figure 00000006
- время релаксации досажевого углерода (время снижения доли углерода сырья, находящегося в досажевом состоянии, в е раз);
Figure 00000006
- 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;

Figure 00000007
Figure 00000008
;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;
Figure 00000007
Figure 00000008
;

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:

Figure 00000009
;
Figure 00000010
;
Figure 00000009
;
Figure 00000010
;

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

Figure 00000011
; время роста частиц техуглерода
Figure 00000012
; степень превращения углерода сырья в технический углерод
Figure 00000013
.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
Figure 00000011
; carbon black particle growth time
Figure 00000012
; the degree of conversion of carbon raw materials into carbon black
Figure 00000013
.

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;

Figure 00000007
Figure 00000008
;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;
Figure 00000007
Figure 00000008
;

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:

Figure 00000014
;
Figure 00000015
;
Figure 00000014
;
Figure 00000015
;

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

Figure 00000016
; время роста частиц техуглерода
Figure 00000017
; степень превращения углерода сырья в технический углерод
Figure 00000018
.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
Figure 00000016
; carbon black particle growth time
Figure 00000017
; the degree of conversion of carbon raw materials into carbon black
Figure 00000018
.

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;

Figure 00000007
Figure 00000019
;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;
Figure 00000007
Figure 00000019
;

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:

Figure 00000020
;
Figure 00000021
;
Figure 00000020
;
Figure 00000021
;

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

Figure 00000022
; время роста частиц техуглерода
Figure 00000023
; степень превращения углерода сырья в технический углерод
Figure 00000024
.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
Figure 00000022
; carbon black particle growth time
Figure 00000023
; the degree of conversion of carbon raw materials into carbon black
Figure 00000024
.

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;

Figure 00000025
;
Figure 00000025
;

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:

Figure 00000026
;
Figure 00000027
;
Figure 00000026
;
Figure 00000027
;

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

Figure 00000028
; время роста частиц техуглерода
Figure 00000029
; степень превращения углерода сырья в технический углерод
Figure 00000030
.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
Figure 00000028
; carbon black particle growth time
Figure 00000029
; the degree of conversion of carbon raw materials into carbon black
Figure 00000030
.

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)

1. Способ получения технического углерода из углеводородного газа (природного или нефтяного попутного), включающий сжигание смеси углеводородного газа-топлива с воздухом, 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, отличающийся тем, что сжигание углеводородного газа-топлива осуществляют в составе богатой смеси его с воздухом при значении коэффициента избытка воздуха α=(1…1,2)αCOmax≈0,7…0,9, а деминерализованную воду подают на закалку продуктов пиролиза в перегретом состоянии.1. A method of producing carbon black from a hydrocarbon gas (natural or oil associated), including burning a mixture of hydrocarbon gas-fuel with air, pyrolysis of the hydrocarbon gas in the mixture with combustion products, quenching the pyrolysis products with demineralized water and further cooling the aerosol in a heat exchanger with removing them through the device for collecting the target product, characterized in that the combustion of hydrocarbon gas-fuel is carried out as part of a rich mixture of it with air at a coefficient excess air that α = (1 ... 1,2) α COmax ≈0,7 ... 0,9 , and demineralised water is fed to quenching the pyrolysis products in the superheated state. 2. Способ по п.1, в котором характерное значение αCOmax определяют по числам атомов углерода n и водорода m в условной молекуле углеводородного газа и вычисляют как отношение (2n+m)/(4n+m).2. The method according to claim 1, in which the characteristic value of α COmax is determined by the number of carbon atoms n and hydrogen m in the conventional hydrocarbon gas molecule and calculated as the ratio (2n + m) / (4n + m). 3. Способ по любому из пп.1 или 2, в котором смесь углеводородного газа-топлива с воздухом до подачи на сжигание подогревают до 60-299°С.3. The method according to any one of claims 1 or 2, in which the mixture of hydrocarbon gas-fuel with air is heated to 60-299 ° C before being fed to the combustion. 4. Способ по любому из пп.1 или 2, в котором углеводородный газ-сырье до подачи на пиролиз подогревают до 100-400°С.4. The method according to any one of claims 1 or 2, in which the hydrocarbon feed gas is heated to 100-400 ° C before being fed to the pyrolysis. 5. Способ по п.3, в котором углеводородный газ-сырье до подачи на пиролиз подогревают до 100-400°С. 5. The method according to claim 3, in which the hydrocarbon gas is fed to a pyrolysis feed to 100-400 ° C.
RU2012143503/05A 2012-10-11 2012-10-11 Method of black production from hydrocarbon gas RU2537582C2 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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