SU850642A1 - Способ получени сажи и реактор дл ЕгО ОСущЕСТВлЕНи - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к нефтеперерабатывающей и нефтехимической промьпп ленности, в частности к получению сажи путем термического или термоокис лительного разложени  углеводородного сырь  и к устройствам дл  их получени . Изобретение может быть успешно использовано дл  получени  из жидкого углеводородного сырь  печных саж, при мен емых в качестве усиливающего наполнител  при изготорлении шин и рези нотехнических изделий. Известен способ получени  сажи путем разложени  жидкого углеводородного сырь , включающий сжигание топлива с воздухом и термическое разложение углеводородного сырь  в высокотемпературных продуктах полного горени , закалку сажегазовых продуктов, отделение сажи из потока сажегазовых продуктов, отбор части отход щих газо и возврат их на сжигание, возвращаемую часть газовых продуктов предварительно охлаждают дл  удалени  вод ных паров. Реактор дл  осуществлени  известного способа включает последовательно расположенные камеру горени  со средстваю дл  подачи топлива,, кислородсодержащего газа и возвращаемых газовых продуктов, реакционную камеру с сырьевой форсункой и средствамн дл  подачи закалочного агента Uj Недостатками известного способа получени  сажи и реактора дл  его осуществлени   вл ютс  большие энергетические затраты, св занные с обезвоживанием отход щих газов и с затратами тепла на их последующий нагрев в камере горени , а также сложмость технологического процесса и больша  металлоемкость аппаратов. Известен способ получени  сажй включающий сжигание топлива с воздухом , подачу углеводородного сырь  в продуктыполного горени  топлива, термическое разложенне сырь  в продуктах полного горени  топлива с обраэование сажегазовых продуктов, отбор части сажегазовых продуктов и подачу их на стадию термического разложени  сырь  (в реакционную зону) , закалку сажегазовых продуктов (оставшейс  части) и последующее отделение сажи от газообраз ых продуктов, подачу отобранной части сажегазовых продуктов в реакционную зону осуществл ют потоком продуктов горени  топлива, Реактор дл  осуществлени  известного способа содержит последовательно установленные, камеру горени  с пат рубками дл  подачи топлива и воздуха и форсункой (аксиальной) дл  подачи сырь , сопло и реакционную камеру с форсункой дл  подачи закалочного агента и трубой дл  отбора сажегазо .вых продуктов, входной торец которой установлен перед форсункой дл  подачи закалочного агента и выходной торец у входного торца реакционной камеры 2. Недостатком известного способа и реактора дл  получени  сажи  вл етс  тОг что количество воздуха, подаваемо гр в камеру горени  реактора дл  сжигани  топлива, значительно больше сте хиометрического (150% Л Это приводит к тому, что продукты полного гс.рени  содержат свободный кислород, при взаимодействии с которым часть углеводородного сырь  сгорает с образованием окиси и двуокиси углерода, В результате этого выход сажи в расчете на углеводород, подаваемый в реактор,  в л етс  недостаточно высоким. При этом за углеводород принимаетс  сумма масс используемых в процессе сырь  и топли ва. Выход сажи в расчете на сумму масс сырь  и топлива  вл етс  наиболее объективным показателем эффектив ности процесса, так как в последнее врем  значительно увеличились цены на природный и нефт ной газ, а также на жидкое топливо нефт ,ного происхож дени  поэтому дол  затрат на вспомо гательное топливо резко возросла и стала соизмерима с затратами на сырь Другой недостаток известного способа получени  сажи заключаетс  в том, что при подаче рециркулируемь х сажегазовых продуктов в зону подачн сырь , процесс сажеобразовани  проте кает в присутствии в реакционном объ готовой углеродной поверхности, при этом, с одной стороны,снижаетс  : исперсность и структурность получаемои сажи, а с другой стороны, увеличиваетс  полидисперсность сажи, что  вл етс  нежелательньм  влением с точки зрени  усилени  резин. Кроме того, недостатком известного реактора  вл етс  сложность регулировани  количества рециркулируемых по вг е1инему каналу сажегазовых продуктов, так как peiLHpкул цию осуществл ют продуктами горени  топлива, поступающими из камеры горени  в реакционную камеру. Цель изобретени  - увеличение выхода сажи (в расчете на углеводород, подаваемый в реактор), и структурности . Поставленна  цель достигаетс  тем, что способ включает сжигание топлива с воздухом, подачу углеводородного сырь  в продукты полного горени  топлива , термическое разложение сырь  в продуктах полного горени  топлива с образованием сажег;1 овых продуктов, отбор 2-26 об.% сажегазовых продуктов и подачу их на сжигание в качестве тоапива; закапку сажегазовых продуктов {основного потока) и последующее отделение сажи от газообразных продуктов; подаваемь е на с №1гание сажегазовые продукты инжектируют воздухом под давлением 4-8 ати. Г еактор дл  осуществлени  предлагаемого способа содержит последовательно установленные камеру горени  с патрубками дл  подачи топлива и воздуха и форсункой дл  подачи сырь , и реакционную камеру с форсункой дл  подачи закалочного агента и трубой Д.ПЯ отбора сажегазовых продуктов, входной торец которой установлен перед форсункой ,цл  подачи закалочного агента, и инжектор, установленный между выходным торцом трубы дл  отбора сажегазовых продуктов и патрубком Д-П  подачи топлива и воздуха в камеру горени . Использование в качестве топлива высокотемпературных сажегазовьсс продуктов позвол ет иослючить из процесса пода.чу вспомогаткльного высококалорийного углеводорсадного топлива, в результате чего возрастает .эффективность процесса за счет увеличени  выхода сажг- в расчете на используемый в процессе углеводород, а также ее структурность. С другой стороны использование в качестве топлива сажегазовых продуктов, калорийность которых значительно меньше, нем-вспомогательного топлива, позвол ет уменьшить количество избыточного воздуха, подаваемого в камеру горени . Расход воздуха близок к стехиометрическому, но при этом температура в камере горени  не превьшает допустимую, при которой обеспечиваетс  стойкость футеровки камеры горени . Кроме того, подача в камеру горени  в качестве топлива высокотемпературных сажегазовых продуктов позвол ет использовать их физичес кое тепло на разложение углеводородно го сырь . В результате увеличиваетс  выход сажи в расчете на используемый в процессе углеводород. Минимальный j расход ,(2 об.%) рециркулируемых сажегазовых продуктов определ етс  необходимостью обеспечени  достаточного количества тепла дл  разложени  углеводородного сырь . При увеличении расхода рециркулиру емых сажегазовых продуктов вьше 26 об.% эффект повышени  выхода сажи становитс  минимальным в св зи с ростом количества сажи, котора  при зтом сгорает в камере горени . С точки зрени  повышени  экономичности процесса и улучшени  условий сгорани  рециркулируемых сажегазовых продуктов при осуществлении предлагаемого способа получени  сажи целесообразно рециркул цию сажегазовых продуктов осуществл ть путем инжекции воздухом, подаваемым под давлением 4-8 ати. Пределы изменени  давлени  воздуха выбраны опытным путем и соответствуют услови м оптимальной. работы инжектирующего устройства. Предлагаема  конструкци  реактора позвол ет реализовать способ получени  сажи на существующих реакторах с минимальными затратами и  вл етс  универсальной дл  саж с широким диапазоном свойств. Присоединение выходного торца трубы, входным торцом установленной в реакционной камере, посредством инжектора обеспечивает, кроме того, возможность регулировани  количества рециркулируемых сажегазовых продуктов путем изменени  параметров воздуха, подаваемого в инжектирующее устройство. На фиг. 1 представлен предлагаемый реактор дл  получени  сажи, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез. Реактор дл  получени  сажи включает корпус 1, в котором последовательно и соосно расположены, соединенные 8 26 друг с другом, камера горени  2, сопло 3 и реакционна  камера 4j в камере горени  2 установлена аксиально сырьева  форсунка 5 (котора  устанавливаетс  и радиально). Камера горени  2 циклонного типа снабжена двум  тангенциальными патрубками 6 и 7 (патрубки устанавливаютс  и аксиально) дл  подачи топлива и воздуха. В тангенциальном патрубке-6 установлена горелка 8 дл  сжигани  углеводородного топлива. Тангенциальный патрубок 7 соединен с инжектором, который включает камеру смешени  9 и .приемную меру 10. Приемна  камера 10 трубой 11, футерованной огнеупорным материалом, соединена с реакционной камерой 4. В приемной камере 10 по ее продольной оси подвижно устанавливаетс  форсунка 12, выходна  насадка 1S которой выполн етс  в виде сопла Лавал . Форсунка 12 патрубком соединена с источу НИКОМ воздуха под давлением (не показан ) . В конце реакционной камеры 4 после точки присоединени  входного торца трубы 11, устанавливаютс  форсунки 14 дл  подачи закалочного агента . Способ получени  сажи в реакторе осуществл етс  следующим образом. В форсунку 12 инжектора подают по стрелке А воздух в количестве от 100 до 500 нм /ч под давлением от 4 до 8 ати. Поток воздуха из выходной на-садки 13 форсунки 12 поступает в камеру смешени  9 инжектора и создает разрежение в приемной камере 10 инжектора . В результате этого из реакционной камеры 4 через входной торец трубы 11 в приемную камеру 10 инжектора поступают сажегазовые продукты с температурой 1380-1400°С, которые в камере смешени  9 инжектора смешиваютс  с потоком воздуха. Получаема  смесь поступает через тангенциальный патрубок 7 в камеру горени  2 и горючие компоненты сажегазовых продуктов сгорают с образованием потока продуктов полного горени . Дл  обеспечени  полного сгорани  в камеру горени  2 через тангенциальный патрубок 6 подают по стрелке Б воздух на горение с температурой 230 С. В поток продуктов горени , поступающий через смесительное сопло 3 в реакционную камеру 4, через сырьевую форсунку 5 подают по стрелке В распыленное углеводородное сырье, предварительно подогретое до 785 , в количестве 500 кг/ч. Дл  лучшего распылени  сырь  в форсунку 5 подают по стрелке Г воздух под давлением 6 ати с температурой 250 С в количестве 300 . В качестве сьфь  использована смесь зеленого масла и антраценового масла в соотношении 1:1. В реакционной камере Д углеводородное сырье за .счет тепла продуктов горени  при 1550°С разлагаетс  с виделением сажи. Получаемые высокотемпературные сажегазовые продукты раздел ют на две части. Одну часть в количестве , от 2 до 26 об,% подают на сжигание в качестве топлива в Камеру горени . При этом количество рециркулируемых сажегазовых продуктов составл ет от 0,1 до 1,0 сырь . Друга  (основна } часть сажегазовых продуктов проходит в зону охлаждени  и в через форсунки lA под давлением 14 ати 2 подают по стрелке Д закалочный агент (распыленную воду). Охлаждаемые до 650°С сажегазовые продукты выход т из реактора и поступают в систему устройств дл  отделени  сажи от газообразных продуктов реакции. В период разогрева реактора и выведени  его на режим получени  сажи в тангенциальный патрубок 6 камеры горени  2 подают через горелку 8 по стрелке Е углеводородное топливо (пропанбутановую смесь) в количестве 50 . В дальнейшем подача углеводородного топлива уменьшаетс  или прекращаетс  полностью. В таблице приведены результаты опытов по предлагаемому способу, проведенных в услови х подачи различных количеств сажегазовых продуктов на сжигание в качестве топлива, в сравнении с известным.

Расход сырь , кг/ч

Э

Расход топлива, IM /ч

Расход воздуха на горение ,

Расход воздуха в инжектор , нм /чДавление , воздуха в инжекторе , кг/смКоличество рециркулируемых сажегазовых продуктов на сжигание, об,%Удельный расход рециркулиругмых сажегазовых продуктов, сырь  Состав реакционных газов , об.%: 6,046,86 13,0111,36 10,859,4

500

500

500

500

660

1000

880

1750

270

315

500

100

26

2,03 4,34 16,0 0,154 0,615 1,0 5,17 5,09 11,75 10,21 10,20 17,6 17,8 19,02

Выход сажи в расчете на используемый в процессе углеводород, вес.%

Масл ное число, мл/100

Удельна  геометрическа  поверхность (кинетический метод, м /г

Claims (2)

1. 74 Как видно из таблицы, величины выхода сажи в расчете на используемый в процессе углеводород значительно вьше, чем в известном способе и реакторе дл  получени  сажи. Кроме того, при осуществлении предлагаемого способа и реактора дл  получени  сажи на блюдаетс  довольно значительное повышение структурности сажи (по масл ному числу). При незначительных затратах на изготовление и монтаж рециркул ционного устройства, предлагаемый способ и реактор дл  получени  сажи может быть осуществлен на действующих в промышленности реакторах дл  получени  сажи Формула изобретени  1. Способ получени  сажи, включаю щий сжигание топлива с воздухом пода чу углеводородного сырь  в продукты полного горени  топлива, термическое разложение сырь  в продуктах полного горени  топлива с образованием сажегазовых продуктов, отбор части сажегазовых продуктов и подачу их в процесс , закалку сажегазовых продуктов и последующее отделение сажи от газо образных продуктов, отличающийс  тем, что, с целью повышени  выхода и структурности сажи, от0 ,37-0,63 0,65 0,83

   0,54-0,86 0,85 0,37

   Остальное

   42,2 54,1 57,6 58,4 138 46 148 150

   72,4

   73,5 71

   75 бирают сажегазовые продукты в количестве 2-26 об.% и подают на сжигание в качестве топлива. 2.Способ . 1, отличающийс  тем, что подаваемые на сжигание сажегазовые продукты инжектируют воздухом под давлением 4-8 ати, 3.Реактор Дл  осуществлени  способа по п. 1, содержащий последовательно установленные камеру горени  с патрубками дл  подачи топлива и воздуха и форсункой дл  подачи сырь , и реакционную камеру с форсункой дл  йодачи закалочного агента и трубой дл  отбора сажегазовых продуктов, входной торец которой установлен пе-, ред форсункой дп  подачи закалоч- ного агента, отличающий- с   тем, что, он содержит инжектор , установленный между выходным торцом трубы дл  отбора сажегазовых продуктов и патрубком дл  подачи, топлива и воздуха в камеру горени . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 26/2402, кл. 23-209.8, опублик. 16.03.54.
2. 2.Патент США № 3645685, кл. С 09 С 1/50, опублик.-29,02.72 ( прототип).

   в -в