Способ получения сажи
Иллюстрации
Показать всеРеферат
Июбретение относиi сч к технологии получения сажи печным способом, используемой в полимерных композициях, например в резине, и позволяет повысить удельную внешнюю поверхность и структурность сажи, уменьшить ее шероховатость и повисигь прочность резины при наполнении сажи. Углеводородное сырье термически разлагают в продуктах сгорания топлива с образованием сажегазовых продуктов при 1450-1300°С, расширяют поток последних и затем вводят в него при 800- 1400°С соединения щелочных металлов в количестве 25-95Z от общего их количества , остальную часть указанных соединений вводят в саже газовые продукты при их охлаждении водой при 200-750°С перед отделением сажи, причем общее количество вводимых соединении составляет 0,005-0,500% от массы сырья. Свойства сажи: удельная поверхность, м /г: геометрическая 98-100 адсорбционная (по фенолу) 112-1175 внешняя 106-117; абсорбционная (по азоту) 113-119, йодное число 110-117 мг/г, абсорбция днбутилфталага 108-111 мл/100 г сажи, рН водной суспензии 7,6-8,0, юльность 0,20-0,23%. Показатели резины: напряжение при 300%-но удлинении 148- 159 кгс/см2 прочность ггри разрыве 307-327 кгс/см2. 2 з.п. ф-чы, 1 ил., 1 табл. § (Л
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (Si) S С 09 С 1/ ) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГННТ СССР (21) 4165679/26 (22) 13.12.86 (46) 30 ° 01.91. Fr<>!f )(ч (71) Лрославское нлучно-пр<и(:3водственное с бъедине<(ие "Техуглерод" (72) В,А.Чувалдин, 11.!1,11е3(ников, В.А. Горбунов, В. Н. Блбюк, Т. Г. !)<3пьмисарян, В.В.Русин, С. В. Смирнов и В.Ф.Слзонов (53) 661 . 666. 4 (088. 8) (56) Латент Ф1 Г tt" 1225792, кл. С 09 С 1/50, 1966. (54) CHOCO" ЛО()УЧ!>Н!И (;АЛ!! (57) 11 !обретение относи1 ся к технс л»гии получения сажи печным способом, используемой в поп(смерн(!х композициях, например в резине, и позв >ляет повысить удельцук> внешнюю повес>хн Зсть и структурногть сажи, уменьшить ее шероховатость и поьч!с;(ть црочногть резины при на полнеlllflf сажи . угле водородное ftpf < Tf!раича ски разлагают в пролуктлх сг рлния топ3(ивл с обраИзобретен!и отнс>< (п я к ftp<>ffзво;(ст13 v у (лс (3< >!1111 (х "1 11 с! !» fс!.>(О(3 л имени,> к техн лоции»жки печным способом, ис !соль 3у< ..""1 >й (3 и >лим рных
КОМПОЗИЦ
Нл чертеж< и 1<ФР1:к< нл <.. .<. >1,1 рел.(изации <.ftoc ба пс t ."(< fill÷ .<ки li реактор il!è еl »< .уfl< тll f<. н<(н > нр 1дольный р (3p! .з.
1 едк гор;!.f>f fl .." н(<ч < зжи вк((ючлет устлнон .< 1«ll и. < »1 !(ос.!сцоваt < 3!ь н о к;!. -1 )>" r pi < < t ч . 1!11>мс т)>ом 1) ftf l1,„-,,, t f 11, 1 :f»,. «r ГанÄÄSUÄÄ 1623999 А 1
ЗОВЛНИЕМ СажЕГаЗ»ВЬ(Х ПРОЛУКтОВ ПРИ
1450-1300 С, раси!иряют поток последних и затем вводят в нег при 80014!)О Г соединения ще!so«fff fx металлов в количестве 25-957 от об(1(его их количества, остальнуи> часть указанных соединений вводят R < ажегазовые продукты при их охлажлении водой при
200 — 750 С перед отделенис м глжи, причем общее количегтво вводимых соединении составляет 0,0()5-0,5007 от массы сырья, Свойства с лжи: удельная поверхность, м /г: ге м< тричс гкля
98-100, адсорбци нная ((!с фс нолу)
112-117, внешняя 106-117; лбсорбционнля (по a3oTy) 113-119, йодное число 110-117 мг/г, лбсорс>ция либутилфталлта 108-111 мл/100 г с ажи, рН волн<3!1 суспензии 7,6-8,!), вольность
0,20-0,237., Локазлтели резины: напряжение при 3007.-но . удл(!нении 148159 кгсlсм, прочн ст! lfpff разрыве
307-327 кгсlсм . 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл. генцилльцыми горелками 2, сме сительное сопло 3 диаметром 2 >О мм и длиной 3300 мм. На расс.тон((и!! 200 мм от входного горца со!(ла уста. !овлены одна напротив друг<>й л> . радиальные форсунки для rl<3Jlft00 и
3000 мм от входног<> т р<: к л !с ры 4 реакции в ее боко(«и 1 ечк < f>f fffi3;tft<» ны каналы I, II, I I 11 «;1(!>! цо
1623999
10 чи в реактор материальных потоков.
Реактор сообщается с контуром подачи продуктов реакции последовательно в теплообменник-рекуператор 5 холоФ
5 дильник-ороситель 6, циклоны 7 для предварительного отделения сажи и pvкавные фильтры 8 для окончательного отделения сажи от газообразных продуктов.
Приме р 1. В камеру 1 горения через тангенциальные горелки 2 подают 200 м /ч природного газа и
2800 м /ч воздуха с давлением 0,5 кг/
/см2 и температурой 200 С. Температу-15 ра образовавшихся при их сгорании продуктов на входе в сопло 3 1520 С, о
С помощью сырьевых форсунок в сопло
3 впрыскивают 700 кт /ч углеводородного сырья при 250 С с индексом коро реляции 115, плотностью 1,036 г/см, вязкостью при 50 С 5,2 сСт, щелочо ностью 0,012 мг/л. Образовавшиеся в результате термического разложения сырья сажегаэовые продукты посту-25 пают в камеру 4, где их поток расши-.. ряется. В канал 1 камеры 4 подают водный раствор гидроокиси натрия с концентрацией 0,33 мас. Е в количестве 35 r/ã, что соответствует 0,12 кг/ч30 гидроокиси натрия или 0,0177 на исходное сырье (68X от общего количества гидроокиси натрия). Через канал
III в камеру 4 подают воду с помощью механической форсунки для предваги35 тельного охлаждения сажегазовых про-дуктов. Расход воды лимитируется заданной температурой 1100 С, измеряемой с помощью пирометра, установленного в канале III В канале IV установлена механическая форс нка, через которую в камеру 4 подается вода с гидроокисью натрия в количестве О, 057 кг/ч, что составляет 0,0087. на исходное сырье или 327. 45 от общего количества гидроокиси натрия. Общее количество соединения щелочного металла составляет 0,0257 от массы сырья. Количество воды на выходе иэ камеры 4 лимитируется заданной температурой 600 С. Далее сажегазовые продукты охлаждаются в теплообменнике-рекуператоре 5 и холодильнике-оросителе 6. После охлаждения сажу отделяют от газообразных продуктов в циклонах 7 и фильтрах 8, уплотняют в мешалке-уплотнителе, гранулируют мокрым способом, сушат в сушильном барабане и упаковывают.
Данные по свойствам сажи и получаемой из нее резины приведены в таблице (опыт 5).
Пример 2. Условия примера 1 (опыт 5) повторяют, но изменяют температуру предварительного охлаждения сажегазовых продуктов (опыты 6-10).
Пример 3. Условия опыта 5 повторяют, но при дополнительном введении гидроокиси натрия изменяют температуру сажегазовых продуктов (опыты 11-16).
Пример 4. Условия опыта 5 повторяют, но изменяют общее количество гидроокиси натрия (опыты 1722).
П р и "« p 5. Условия опыта 5 повторяют, но изменяют количество гидроокиси натрия, вводимое допол- нительно (опыты 23-28), Пример 6. Условия опыта 5 повторяют, »о применяют различные соединения щелочных металлов: гидроскись калия (КОН) — опыт 29, азотнокислый калий (КМО ) — опыт 30, углекислый калий (К CO ) — опыт 31, азоткокисл. .й натрий NaNO — опыт 32.
Пример 7 (известный). В камеру 1 гор ния через тангенциальные горелки 2 подают 200 м /ч природного газа и 2800 мз /ч воздуха с давлением 0,5 кг/см, температурой 200 С, Температура образовавшегося продукта горения 1520 С. С помощью сырьевых форсунок в сопло 3 впрыскивают
700 кг/ч углеводородного сырья при
250 С с индексом корреляции 115, о плотностью 1,036 г/см, вязкостью при о
50 С 5,2 сСт, щелочностью 0,0!2 мг/л.
В сажегазовые продукты через канал 0 подают гидроокись натрия в количестве 0,177 кг/ч, что соответствует
0,0257. от количества исходного сырья, поток расширяют, дают выдержку сажегазовым продуктом (путь сажегазовых продуктов после расширения 3000 мм до кана а 4), через канал IV с помощью механической форсунки охлаждают сажегазовые продукты водой до 600 С, далее продолжают охлаждение, фильтруют, уплотняют, гранулируют и сушат сажу по примеру 1 (опыт 1), Условия опыта повторяют, изменяя общее количество гидроокиси натрия (опыты 2-4).
Данные по выходу сажи и ее физико-химическим характеристикам приведены в таблице.
1623999
Опт«мальным коли«Р, тв « дополнительно вводимых соединений щелочных металлов в сажегазовые продукты при их охлаждении является 5-75% от общего количества соединений (опыты 5, 24-27). Введе:. ие дополн тельно ниже
5% от общего количест« а соеди«ений снижесажи и
Увещелочных металлов приводит к нию Kзчестве» ых пока «ателей резин на е 0с«; ве (О« „IT 23) . личение кг ничества дополнител введенного соелнне»;I;r »ыше 75 общего коли IecT»а I»rr«I«nrrT к
ЬНОГО
55 от получению сажи, не Отличающейся оТ известной (опыт 29).
Полученные образцы саж испытывают в качестве напол«итепя в стандартных резиновых смесях H
Каучук С1ЛС-30 APK 100
Сте арин 5
Окись цинка 5
Лльтакс 2 10
Сера 2 ажа 50
Смесь вупканнзуют в 2-ми.члпметроВых пл<астииках и ОпрР jrpërrþò услов ное напряжение при 300%-«Ом удлине— нии, услов«ую про:ность — при разрыве.
Данные по свс«йствам получас«ых ре зин приведены в таблице.
Как следует из данных таблицы, I«II 20 тимальным общим к«лтгте ств Ом H""îrr «мого соединения щелочного металла составляет 0,005-0,50% к количеству исхсдного сырья, (опыть, 5, 18, 19, 20 и 21) .
Применение соединени» щел О чн о го ме- 25 талла в количествах ниже Î,005% приводит к пол учени«сажи, ирак тиче ски не отличающейся от сажи, получен»с и по известному способу (опыт 1 7, 1-4)
Увеличение общего количества сое инения щелочного металла v.:.Irrrp 0,500% приводит к увеличению р11 сажевой суспензии, зольности, па;ению показателей резин (опыт 22). Данные рентгеноструктурного анализа сажи покаII
35 зывают резкое увели«в«ие области когерентного рассеивания, т.е. уменьшение упорядоченности микроструктур»«сажевой частицы -II Определенного количест«зенног О r".,«årråëà ще- 40 лочного металла (в данном случае количество гидроокиси натрия равно
0,5%) °
Оптимальной температурой прецварительного охлаждения саже газ оных проЛукTQB после введения соединений щелочных металлов является 600-1400 С (опыты 5, 7-9).
Для данного интервала температур характерно наличие экстремальн. го значения эндотермической реакции взаимодействия сажи.с соединениями щелочных металлов ° Добавление в это в р ем я в саже газовые продукты соединений щелочных мегаллов приводит к их диЖ«у.зии на поверхность сажи и прева лированию эндотермических реакций.
При температур,.х выше 1400 С сажа по о ст«ойствам Il « отличается от известНп;I (о«п т 6) . Уменьшение температуры о ниже 800 С также не улучшает свойства сажи (Ог, т 10) .
Из опыгных данных, приведенных в таблице, также следует, что дополнительное гведение соединений щелочных металлов при дальнейшем охлаждении с аже газ О«зых продуктов также приводит к поттожительному ре зультату (опыты 12-15). Для данного интервала темпР ратур характер«О протек ание экзотермической реакции взаимодействия сажт« с соединениями щелочных металлов. При темпс ратура. ниже 200 и выше 750" С экзотермической ре акции coerIr
16) .
Влияние других со .дине«ни щелоч«ых металлов на свойства и выход сажи аналогично влиянию гидроокиси натрия (опыты 29-32), Таким образом, предлагаемый способ получения сажи позволяет снизить величину шероховатости сажи, сделать ее более гладкой, повысить внешнюю и понизить адсорбционную поверхность, повысит«структурность сажи, а также ее усигзи«занп.rrle свойства на 12-15% по прочности и на 1012% — по «1одул:о, ФОрмулаиз обретения
1 . СЛОсОб пОлучР«ия сажи > включающий сжигание топлива с воздухом, подачу углеводородного сырья в продукты горения топлива, термическое разложение углеводородного сырья с образованием сажегазовых продукт ов с о . температурой 1450-1800 С, введение
1623999 в сажегазовые продукты соединений щелочных металлов, расширение потока сажегазовых продуктов с последующим охлаждением и отделением из них сажи, 5 о т л и ч а ю щ и й, с я тем, что, с целью повышения удельной внешней поверхности и структурности сажи, уменьшения ее шероховатости и повышения прочности резины при наполнении1р сажей, соединения щелочных металлов вводят в поток сажегазовых продуктов после его расширения при 800 †14 С
У а перед отделением сажи в сажегазовые продукты при их охлаждении при 15
200-750 С дополнительно вводят соединения щелочных металлов в количестве 5-757. от общего количества вводимых соединений щелочных металлов.
2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что общее количество соединений металлов составляет 0 005-0,5002 от массы сырья, 3. Способ по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что соединения щелочных металлов вводят в cameraзовые продукты при охлаждении их водой.
Юл
«Ю еС л ес
8
1 I с ъ Ф
«ф сч «
an л ср
cn o
С4 сс
I 1
М!
CaI о
«
СО CO
Ф
СО «
О
Cl л
Ес 41
«
4 Ъ
ССС
Ю
СЧ о
° 441
It р с
8 ю
СЧ
СЧ
I С о
Э!
СЧ
Ю
СО ссЪ сс «
an о о о сс
С °
01
С 4
Ю о
СЧ ССС с с
an о о
С 4
In
С 4 о о
О
«н
СО
Ф ь
Ю о
СО
СР О оа о ср л тО
In
СЧ
Ю о о сч сс со
«t
Ю
Ю
ССI
СЧ о о
CtI aO л
o -D
СЧ л
СО an
Ф сс
СЧ
С (О
0(Са! с! о ос
° ф « л л р со л
Ifa
С4
CI о
Ю О
СЧ мъ
D мс
СЧ с С
44 О an
Ос Ф OI
7 ссс
-4 Ю
«
an
СЧ о о
С ° Oa
-4
° СС о
СЧ
СЪ
О ССС Л
-о ос л
СО
«мс оа
СЧ ео
1 I
I I 1
Cl лО
О со
-Ф
an
CI
1 1
I 1 1 о—
«л
СО
СЧ Л СР о -Ф ос
Cl о
1 1
0(СЧ
Cl о
1 1
1 л сс
СО л ср
СО
&«1
СЪ
О 1 о ф
O 4!—
С сс
1 о к
4Н
Х и
Х е ы хн о о и Х
4I У в о а вы
ji о Фо! с р
Ct э х
О*в э о а в с1 4
Э CII.
Хое
T l4
4СО о и и во ч в v
Вы оо о
ыо х
ы сС ы
)g ) сс
Мс ОО евыЫС о о
4 Х О(О 4 Ф а а 414 а
O R с в сс
Оээ «СО
v! Х
Х !С Х н о о ы о ! 3
Х4РО и В 4 о айса с! м о р о
4 Î °
4 0 с 1 е и
4!С Хе х оо авох ввэр
ХСО44
1623999 о о
Ц ь он е о Р
1 ". в с о
«в ых э Cl
Х Х Э Х а о вы
4 1 ВО О
Х С ХЮ а
1 в с
ы он
41 4 о иыо в о
6 В:( йой
Ь о
4I tC вовы
fvh
Х
Э Х Р
ОСОО в о и ы о и
В 0
Х Х оооо
ы о х ы! я о а 4 аХ и
И Cl
ы ы и н е
Х а ! и о
3 а а э
В
v o о с
4 Ig
4 4
С Х
ы а. ° о с с. а eCl C1 н н х л
Ю an t4 сн Яо
I о
Ы 4 4 Э
0 Z х -о в х х о о о ай 4%
1-О э Во .5) в асх аа ойаховиооа
С! Р ХО ЭХХО
12
1623999
ФОСЧ о
Ф О о е
Ф сгг в в еч
Ol a ло
D о сг\ чг Ф CV
О! ло о сч ю
С 4
tf о о
Д сч
О Ф с 4 о о гес сч
D 1 о
СЧ гъ ь о вч о г О
Щ t т О. г ъ
ill
С4 о о о о о о ь еч во гъ
СЧ
Ф о о о о о
О о сО г Ъ ь а сч
-ID о о чЪ еч ь
Ф
CI гЪ еч
СЕЪ л с
ЧГ Дъ ес
0 ль г Ъ
СЧ ICI сч а
СЧ о о о
° IÚ е Ъ г лсЧ 7с г О гс 44 ггЪ
С 4
° /Ú с 4 о
D о со о еч ь в меч о
-ло л еч чъ еч г ъ ггЪ сч
Cl с ° са.ч
° O
-г о
СЧ г Ъ сО
Л сгЪ г 4
CI о о о
О о о еч ° еч
-лС чЪ сч с \ ь
D чЪ сгЪ
СЧ
O IO е4
Ф лО
Ф
С °
С1
Я IC\
D о сч
ОФСЧ
«ло о о о о сч
1 1 1 ь сч оь ч
ОЪ ао Ю е
С4
8 ь « о
1 1 еч
ЕЬ 4
Оъ аь
Ь 1
ИВ И чЪ I44
Ц
С.
1 ° 44
44 г4 К 44 ю в еч ф а г О
ОК °
4 4l
О а с 4
Ol в г О
К
11 И ьм и о
° - гч
g х" 3
53) Ь а в Ф
3 л
1
Ц
I ь и
44
З 44
z и
Р 3 о -!
)11 о) .
О Щ я ) Ф
1 1 1 ок ц1
44 O 44
4. 4г 11! 4
)623999 сг! гч
Ю о о а
«4 ° о
Da aD ГЧ о ло ом
ГЧ ° и с !
О 4О ГЧ л о оо с 1 ° и
Ю л-л сч а» ло о о г а
О «г
\ и яmN — -Ю о г»
М оо
° l» о и о г» m сч
Эс г о сч м и о
Ол оо о!
С 4
Ю .4
° о о ° и о о m сч
-ло т г о— о о и сч с г
Ю хг
Ю
Г и
ГЧ
N лО и м о с 1 хс
Q CD
»о
М\ с« о со v ло
О о о
О С 4 и
Ю ф
° Ю
r4 и
Da СЧ
° о
Da г» оo e л
Сг г гс
01 ° ° со о
N cn оо
Ю г 4>
Г 4 и—
a J О с и
Г 4 о и о Ю
Т .4
Ю Гч г- о и и сч
t л
CD с 1
« со о г «г о сч г»
N г о о
С 4 с 1 г4 О и ъ и
Ю о сч
CD ГЧ о сч
N о л о
Г 1
-- л
ОON — co o сО с"1 о сч
С 4 с г
О Г4 и и и
4!
° 4 о
Ю а
С4
4! а к с4 к и о и
4г
«г й. а и й и о ког
v u о и к и о а 4I о Ф еиооао йсОЛ«ОЭФ к э э с! и ь
4й» йа фво сч! х о
Ф Гс о к«
Фйа еаай е 44 v
1!: м о и
Д Э
jan( о о о
Ойх! I к о со
Я Ф ф а Илп а эн э о -г
ГГ и О,Ои и °
О и 4 Н гг Ф а н
v о и к а а 4I ! W и о о а
C4 «
Ф Э о и к а о ц а э
4I kf
Н Ьъ и
Ф
CC и а
4I
"о
C Э с
Г оег С! л г о о-З NO
m m u
4! и ь е
C ю и оккоw и и йл я е о 5 гч и й
Э Э и 5,3 (u!
625999
7оплцЮо (. стяни гель Л.Рг>мандева
1 1» Jl 11. 11>>) .ill .
КОррек ТОр Л д
Редакт>>р . 1.!1 трона
Зак «.. 16Д Тира, Л»диисное
ВН11И»И Гi> ., ; "»е>и> к к мит.та и» и зг>бретениям и откритиям дри ГКНТ C<:СР
I 1 >>> i>, 11 с>на, >> -?5, Раушская наб., д. 4/ >
Лр и >н< д i i . > ">.; ) > i > » . > «н i. Ичтенг, л. Ужг p:(, .>л, Гагарин», 1() i
» 11