Патент на изобретение №2389747
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ САЖИ И РЕАКТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к нефтехимии. Предварительно нагретый воздух подают в воздушную камеру 2. Затем он проходит в камеру смешения 3, куда через струйное устройство подают топливный газ. Образовавшаяся топливовоздушная смесь поступает в камеру горения 4. Затем высокотемпературный поток продуктов горения топлива сужают в смесительном сопле 6, куда радиальными проникающими струями под давлением 12-25 ати в одном поперечном сечении суженного потока, движущегося со скоростью 250-600 м/с, подают воду и сырье через устройства 12, причем вода имеет температуру не выше 95°С, а сырье 200-450°С. Образовавшийся поток реакционной смеси поступает в реакционную камеру 7, в конце которой осуществляется предварительная закалка продуктов реакции. Далее продукты реакции поступают в реакционную камеру 8, в конце которой водой осуществляется полная закалка продуктов реакции в зоне 9. Охлажденные продукты реакции выводят из реактора через патрубок 10 и направляют в систему устройств для отделения целевого продукта. Изобретение позволяет получить высокодисперсную, высокоструктурную и однородную по свойствам сажу с высоким выходом целевого продукта. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.
Изобретение относится к производству наноструктурированного углеродного материала сажи, которая применяется как наполнитель эластомеров для изготовления шин и резинотехники. Способ включает в себя генерацию высокотемпературного потока продуктов полного сгорания углеводородного топлива под давлением 0,3-1,0 ати, который через сужающее сопло подается в реакционную зону со скоростью 250-600 м/сек. В зоне максимальной скорости газового потока радиальными проникающими струями подается углеводородное сырье, которое разлагается с образованием нанодисперсного углерода в реакционной зоне и после закалки поступает в систему рекуперации и разделения с выделением целевого продукта. Отличительной особенностью способа является то, что в зону максимальной скорости потока радиальными проникающими струями одновременно с сырьем подается вода. Известен способ получения сажи, включающий подачу сырья в реактор в виде аксиального потока и аксиального потока окислителя с разложением углеводородного сырья в аксиальном сырьевом факеле (патент США Известен способ, включающий сжигание топлива с воздухом в камере горения, сужение продуктов горения в смесительном сопле, введение в него углеводородного сырья и воды в количестве 0,1-0,5 кг/кг сырья, расширение получаемых продуктов в реакционной камере с последующим охлаждением продуктов водой (патент РФ Реактор для осуществления способа, содержащий последовательно и соосно установленные камеру горения со средствами для сжигания топлива с воздухом, смесительное сопло с сырьевыми форсунками и форсунками для воды, радиально установленными в смесительном сопле после сырьевых форсунок на расстоянии, равном 4-8 диаметров смесительного сопла, и реакционную камеру со средствами для закалки сажегазовых продуктов, дополнительно снабжен вторым поясом водяных форсунок в смесительном сопле, радиально расположенным на расстоянии 1,0-1,95 диаметра смесительного сопла от места ввода сырья. Недостатком этого способа является слабовыраженный эффект влияния на формирование структурированности агрегатов. Наиболее близким к предлагаемому является способ получения сажи, включающий генерацию высокотемпературного потока продуктов полного сгорания углеводородного топлива, введение этого потока в сужающее сопло с высокой скоростью и подачу радиальными струями углеводородного сырья (патент РФ Задачей изобретения является создание способа и реактора для получения высокодисперсной, высокоструктурной и однородной по свойствам сажи с высоким выходом целевого продукта. Предлагаемый способ получения сажи включает генерацию высокотемпературных газов – продуктов полного горения под давлением 0,3-1,0 ати с избытком воздуха, подачу газов полного горения топлива в сопло со скоростью истечения 250-600 м/сек. В зону максимальной скорости потока газов полного горения радиальными проникающими струями подается углеводородное сырье. В эту же зону в этом же сечении радиальными проникающими струями подается вода. Сырье и вода подаются под давлением 12-25 ати. Температура воды не выше 95°С, а сырья 200-450°С. Количество сырьевых струй в сечении сопла и водяных струй в этом же сечении находятся в диапазоне 2:2÷6:6 в зависимости от регулирования требуемых свойств получаемого продукта. Массовое соотношение расходов воды и сырья в суженный поток продуктов полного горения составляет 0,05-0,25. В образующемся высокотурбулентном потоке происходит термоокислительный пиролиз углеводородного сырья. При этом испаряющиеся капли сырья и капли воды осуществляют перекрестное соприкосновение друг с другом, усиливая коагуляцию возникающей углеродной фазы с одновременным ростом скорости возникновения формирующихся наночастиц сажи. Отличительными признаками способа получения сажи являются подача углеводородного сырья и воды радиальными проникающими струями под давлением 12-25 ати в одном поперечном сечении суженного потока, движущегося со скоростью 250-600 м/сек. Другим отличием является массовое соотношение расходов воды и сырья в суженном потоке продуктов полного горения, которое составляет 0,05-0,25. Реактор для осуществления предлагаемого способа включает последовательно и соосно установленные камеру смешения топлива с воздухом, камеру полного горения, разделительную диафрагму со смесительным соплом и устройствами для подачи углеводородного сырья и водяных струй в одном сечении, реакционную камеру с закалочными устройствами. Отличительной особенностью реактора является установка устройств для ввода радиальных струй углеводородного сырья и воды в одном поперечном сечении сопла. Предлагаемая по заявке совокупность существенных признаков позволяет получать высокодисперсную, высокоструктурную и однородную по свойствам сажу с высоким выходом целевого продукта. Скорость движения продуктов полного горения топлива менее 250 м/сек снижает интенсивность смесительных процессов и возможно снижение удельной поверхности сажи. При скорости движения газов полного горения выше 600 м/сек возрастают расходы на компрессию воздуха. При давлении подачи воды и сырья менее 12 ати снижается эффективность диспергирования жидкостей и происходит укрупнение капель воды и сырья, что приводит к снижению величины удельной поверхности сажи. При давлении более 25 ати резко возрастают расходы на компрессию. При повышении температуры подаваемой в сужающее сопло воды более 95°С возможно ее вскипание, что приводит к снижению эффекта по изменению свойств сажи. При понижении температуры сырья ниже 200°С снижается эффективность диспергирования и эффекта процесса в целом. При повышении температуры сырья выше 450°С возможно вскипание легких фракций и снижение эффективности процесса. На фиг.1 представлена принципиальная схема реактора, общий вид. На фиг.2 – его сечение по А-А. На фиг.3 – его сечение по Б-Б Реактор для получения сажи включает корпус 1, в котором последовательно и соосно расположены воздушная камера 2, камера газовоздушного смешения 3 со струйной горелкой, камеры горения 4, разделительная диафрагма с охлаждаемой камерой 5, смесительное сопло 6, реакционная камера 7, реакционная камера 8 и камера закалки 9. В смесительном сопле 6 на корпусе реактора 1 радиально в одном сечении смонтированы устройства для ввода сырья и воды. В конце реакционной камеры 7 на корпусе 1 реактора радиально расположены одно или несколько устройств для предварительной закалки сажегазовых продуктов. В конце реакционной камеры 8 на корпусе 1 реактора радиально установлены одно или несколько устройств для подачи воды на полную закалку сажегазовых продуктов. В конце реактора на корпусе 1 реактора радиально установлен патрубок 10 для вывода сажегазовых продуктов. Камера горения 4, смесительное сопло 6 и реакционная камера 7 образованы блочной футеровкой 11, выполненной внутри корпуса 1 реактора из высокоогнеупорного муллитокорунда, корунда или двуокиси циркония. Предлагаемый реактор работает следующим образом. Окислитель, например воздух, из источника под давлением 0,3-1,0 ати, предварительно нагретый в любом подходящем для этой цели устройстве до 500-900°С, подают в воздушную камеру 2. Затем он коаксиальным потоком проходит в камеру смешения 3, куда аксиальным потоком через струйное устройство подают топливный газ. Образовавшаяся топливовоздушная смесь поступает в камеру горения 4. Полученный высокотемпературный поток продуктов горения топлива сужают в смесительном сопле 6 и через устройства 12 подают в него в одном сечении из источников под давлением распыленные воду и сырье. Образовавшийся поток реакционной смеси поступает в реакционную камеру 7, в конце которой осуществляется предварительная закалка продуктов реакции. Далее продукты реакции поступают в реакционную камеру 8, в конце которой водой осуществляется полная закалка продуктов реакции в зоне 9. Охлажденные продукты реакции выводят из реактора через патрубок 10 и направляют далее в систему устройств для отделения целевого продукта и придания ему товарной формы. Пример 1 Опыты проведены на реакторе с диаметром смесительного сопла 200 мм. В качестве сырья использована углеводородная смесь следующего состава:
Воду вводили на расстоянии 300 мм до радиальных сырьевых струй. Результаты опытов приведены в табл.1. Пример 2. Опыты проведены при соблюдении условий примера 1, но подача воды осуществлялась в одном сечении смесительного сопла. Результаты опытов приведены в таблице. При вводе воды в одном сечении смесительного сопла увеличилась адсорбция дибутилфталата, удельная внешняя поверхность, удельная поверхность по адсорбции N2.
Формула изобретения
1. Способ получения сажи, включающий генерацию высокотемпературного потока продуктов полного горения углеводородного топлива, сужение потока и подачу в него радиальными проникающими струями углеводородного сырья и воды, разложение сырья с образованием сажи и закалку продуктов реакции, отличающийся тем, что углеводородное сырье и воду подают радиальными проникающими струями под давлением 12-25 ати в одном поперечном сечении суженного потока, движущегося со скоростью 250-600 м/с, причем вода имеет температуру не выше 95°С, а сырье 200-450°С. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что массовое соотношение расходов воды и сырья в суженном потоке продуктов полного горения составляет 0,05-0,25. 3. Реактор для получения сажи, включающий корпус, в котором последовательно и соосно расположены камера смешения топлива с воздухом, камера полного горения топлива, разделительная диафрагма со смесительным соплом и устройствами для подачи радиальных сырьевых и водяных струй, реакционную камеру с закалочными водяными устройствами, отличающийся тем, что устройства для ввода радиальных струй углеводородного сырья и воды расположены в одном поперечном сечении смесительного сопла. 4. Реактор по п.3, отличающийся тем, что количество устройств для ввода радиальных струй сырья и воды в одном сечении находятся в диапазоне 2:2-6:6.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3832450). При этом радиальными струями в сырьевой факел подается вода. В данном способе в сырьевом факеле сырье находится еще в жидкой фазе, но его температура превышает температуру подаваемой воды. Процесс протекает при термоокислительном пиролизе сырья. Введение воды в сырьевой факел в данном способе позволяет генерировать сажу с повышенными показателями адсорбции дибутилфталата и йодного числа. Недостатком способа является низкий выход целевого продукта и высокая степень его неоднородности.
