Способ получения сажи

Способ получения сажи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцналнстнческнх

Республнк (61).Дополнительное к авт, сеид-ву— (22) Заявлено 240475 (21) 2140972/23-26 (5! ) М. КЛ.

С 09 С 1/48 с присоединением заявки М (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий

Опубликовано 150780. Бюллетень Ио 26

Дата опубликования описания 150780 (53) УДК 661.666.4 (088 . 8) (72) Авторы изобретения

С. P . Иванов, И. И. Самхан, Ю. М. Гольдштейн, И, Ф. Богданов и В, A. Горбунов (71) Заявитель

Ярославский филиал Всесоюзного научно — исследовательского института технического углерода (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ САЖИ!

Изобретение относится к нефтехимической промышленности, а именно к производству сажи для полимерных композиций,. используемых в резино — тех нической, шинной, лакокрасочной, полиграфической промышленности.

Известен способ получения сажи иэ изношенной саженаполненной резины, включающий размол резиновых изделий в крошку с размером частиц 1-5 мм и двухстадийный пиролиз резиновой крошки. На первой стадии резиновую крошку пиролизуют при 720-850 С с образованием твердого остатка - кокса и парооб раз ных летучих продуктов, кото- 5 рые подвергают. дальнейшему пиролиэу на второй стадии при 1160-1270оС до образов ани я дисперс ного технического углерода и газов (1), Недостатком этого способа являет- 2О ся низкий выход сажи в расчете на исходную резину (21-29в), а также низкое качество его (удельная поверхность 21-23 м /г), Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению явл яетс я способ получения с ажи, включающий пиролиз твердого углерод. содержащего сырья - отходов полимерных композиций, например, автомобиль- 30 ных шин при 400-1500 С в инертной среде азота с образованием паро.газовых продуктов, отводимых затем на дистилляцию, и твердого остатка, последующее измельчение его при

350-500о С до частиц размером 1, 5

3 мкм в потоке парогазовых продуктовароматических углеводородов, масел или смол для предотвращения окисления частиц (2) .

Однако полимерные композиции с полученной по этому способу сажи обладают низкими прочностными характеристиками. Это объясняется тем, что при пиролиэе отходов полимерных композиций в инертной среде азота образующиеся продукты распада осе— дают на поверхности частиц углерода»

Это приводит к тому, что получаемый углерод имеет низкую активность и пористость, а последующая обработка парогазовыми продуктами - ароматичес- кими углеводородами, маслами или смолами еще более дезактивирует активные центры и забивает поры сажи.

Цель изобретения — повышение прочностных характеристьЖ полимерных композиций, а также повышение выхода сажи. Поставленная цель достигается тем, что способ включает пиролиэ

74 7868 б5. твердого углеродсодержащего сырьяотходов полимерных композиций, при

400-1500 С парогазовой смесью с образованием твердого углеродного остатка и вселением парогазовых продуктов и последующее измельчение угле,родного остатка в потоке парогаэовых продуктов при 350-500 С;парогазовые продукты подвергают термическому разложению при 1400-1500 С;используют парогаэовую смесь, содержащую,об.Ъ|

Перегретый пар 35 50

Двуокись угле род а 5-10

Окись углерода. 1- 3

Кислород 0,1- 2 Азот Остальное

Отличие предложенного способа зак" 35 лючается в том, что пиролиэ в едут парогазовой смесью.

Дополнительное отличие предложенного способа заключается в том, что используют парогазовую смесь, содер- 20 жащую об. Ъ:

Перегретый пар 35-50

Двуокись углерода 5-10

Окйсь углерода 1- 3

Кислород " 0,1- 2

Азот Остальное, а также в том, что парогазовые продукты .подвергают термическому разложению при 1400-1500 С.

При пнролизе сырья парогазовой смесью в результате протекания гетерогенных рeакций происходит отпарка полимерных молекул и продуктов разложения адсорбирующихся на поверхности сажи, освобождение от них активных центров и образование дополнительных пор в саже, а также образование на ее поверхности кислородсодержащих активных груйп.

Эти факторы обеспечивают получение активного технического углерода, 40 повышающего прочностные характеристики полимерных кЬмпозиций.

На чертеже представлена схема устанонки для осуществления предлагаембго способа. устройство содержит топку 1,реактор 2 пиролиэа твердого сырья, загрузочное устройство, устройство 4 для измельчения и перемешивания, бункер 5, маг-, нитный сепаратор 6, газоход 7, реактор

8 термического разложения парогаэовых продуктов, теплообменник 9, система

10 улавливания.

»

П р и м e p„ В топке 1 сжигают природный газ (Г), подаваемый со

3 скофОстью 3 м/ч с воздухом (В), нагнетаемым по 35 м/ч. На выходе продуктов сгорания в топку вводят водяной пар (П) с температурой 1200С с расходом 14 кг/ч. При этом образуется парогазовая смесь, имеющая темпера- 60 туру 800 С и состав, об. Ъ: перегретый пар - 35, двуокись углерода — 5, окись углерода — О, 9, кислород -О, 1, азот — 59. Паро газовую смесь направляк>т в- реактор 2 пиролиза твердого углеродсодержащего сырь я. Через э агрузочное устройство 3 в реактор 2 . подают в качестве сырья изношенные покрышки в виде кусков 150 х 200 х

"50 мм.

Характеристика сырья представлена в табл. 1. В реакторе поддерживают температуру 500 С . При пиролизе твер" дого сырья образуются парогазовые продукты и углеродный остаток. Под дейс тв и ем с об с т в ен но го в ес а угл еродный остаток перемещается в нижнюю часть реактора, где в среде парогазовой смеси он иэмельчается устройством 4 до пылевидного состояния. В нижней части реактора 2 поддерживают т емп ер а туру 4 О О С .

Измельченный углеродный остаток ссыпают в бункер 5, где за счет кон= такта с холо дными ст енками охлаждается до 50 С, и подают в магнитный сепаратор 6. В сепараторе углеродный остаток разделяют на металлические кордные отходы 1.,5 кг/ч и сажу 2,6 к г/ч.

Парогазовые продукты 68,0 кг/ч поднимаются в реактор 2 снизу вверх, нагревая поступающее сырья, по газоходу 7 их выводят иэ реактора 2 и подают в реактор 8 термического разложения.

Состав парогазовых продуктов приведен в табл. 3 (опыт 2) . В реакторе

8 поддерживают температуру 1400оC эа счет сжигания 2,5 м ч природного газа с 30 м/ч воздуха в зоне горения.

Ъ

Образовавшиеся в результате термического разложения парогазовых продуктов сажегазовые продукты закаливают до 650 С впрыскиванием 5 кг/ч воды при 20"С. Дальнейшее охлаждение продуктов осуществляют в теплообменнике 9 до 150оС. Охлажденные углеродгаэовые продукты подают для отделения сажи в систему 10 управления, Получают 2,9 кг/ч сажи....—.:, . г,.-- "В других--опытах, -проведенных в соотв етствии с предлагаемым с пособом, в отличие от примера 1, изменяют количество вводимого в топку реактора пиролиза твердого сырья водяного пара в пределах 10-26-34-38 кг/ч для обеспечения содержания перегретого пара в парогазовой смеси 30-40-50 об. % и температуру термического разложения парогаэовых продуктов 1350500 1550о С ° .

При. указанных в примере 1 расходных параметрах проводят сопоставительный опыт, в котором пиролиз твердого углеродсодержащего сырья осуществляют в потоке азота, расходуемого по 35 кг/ч, причем, образующиеся парогазовые продукты в дальнейшем не используют.

Данные по параметрам проведенных опытов представлены "в табл.2.

Полученные образцы сажи анализировались -„o стандартным методикам

747868

Таблица 1

Содержание .полимерной компоэиции, вес, %

Содержание основных элементов, вес, %

Содержание текстильного или металлического корда, вес.% эола сумма кислорода и азота водород, углерод сера

3,6

15 85

2,5

1,8

7,1 (ГОСТ 7885 77) . Характеристика свойств полученной сажи приведена в табл. 4.

Образцы полученной сажи вводили в качестве наполнителя в полимерные композиции стандартной композиции на основе каучука СКС вЂ” 30 АРК, которые вулканиэировались при 143ОС в течение 40 мин.

Основные физико-механические показатели вулканиэованных полимерных композиций, полученные по стандартным методикам (ГОСТ 270-55), предс" тавлены в табл. 5 ..

Как видно из данных табл. 2, получение сажи по предлагаемому способу, 15 ,в отличие от известного, позволяет значительно увеличить выход технического углерода (с 28% до 55% — опыты

1 и 2 ) за счет использования парога-, эовых продуктов для получения сажи Щ их термическим разложением.

Осуществление пиролиза твердого углеродсодержащего сырья парогазовой смесью предложенного состава обеспечивает получение сажи, придающего 25 полимерным композициям повышенные прочностные характеристики (см. табл.

5, опыты 2,4-6) - возрастают предел прочности при разрыве и сопротивление раздиру. 30

Сажа, полученная пиролизом твердого сырья парогазовой смесью с содержанием водяного пара меньше 35 вес.% и выше 50 вес.% снижает прочностные характеристики полимерных композиций (см. табл.5, опыты 3 и 7 ): предел прочности при разрыве и сопротивление раздиру, кроме того, повышение содержание водяного пара больше 50 вес.% ведет к непроизводительной загрузке водяным паром реактора термического разложения парогазовых продуктов.

Проведение термического разложения парогазовых продуктов пиролиза тверо дого углеродного сырья при 1400-1500С позволяет получить сажу, отвечающую основным физико — химическим свойствам и требованиями ГОСТ 7885-77 (табл. 4, 5. опыты, 9 и 10), При темпера" турах ниже 1400ОС, хотя выход сажи увеличив аетс я (табл. 2, опыт 8), физико химические свойства ее ухудшаются (табл. 4,5, опыт 8 против

9-11) . Повышение температуры терми" ческого разложения выше 1500 С резко снижает выход сажи (табл. 2, опыт

11 против 9-10) . Кроме этого, образующаяся сажа характеризуется большой разностью значений удельных геометрической и адсорбционной поверхностей, что вызывает трудности при технологической обработке полимерных композиций.

Использование предлагаемого способа получения технического углерода . позволяет повысить прочностные характеристики полимерных композиций, повысить выход сажи до 50-60 вес.% в расчете на твердое углеродсодержащее сырье — отходы полимерных композиций утилизировать полимерные отходы резиновой и реэинотехнической промышленности, что имеет большое народнохо э яйс тв енно е з начени е.

747868

)

СЧ i

I

1 1О

1 Ul

1

1

aA1

С 4 °

Ch1 с!

СЧ!

Ch с

СЧ

Ch Ch Ch с с с

СЧ СЧ СЧ

Ch СО с с

СЧ СЧ О с

СЧ

I о! с! ф1 47 1

aCIf!

СЧ!

I иЪ!

4 л41

1 с

Ю 3 ф о Ю с с с

Оъ ЦЪ РЪ ф ОЪ

Ю с ф

1О о о с ф ф

Ю 1О ь с

СО 1 О 1

1 ю 1 с

СЧ !

1 иЪ 1 с л 1

ССЪ с3 с (Ч Сс! <Ч. ф с

СЧ

\О Ю с с

СЧ СЧ

Л а ОЪ с с с

4 1 л

Ul Ul с л с

I î

I Hoz, >rfi1I odII

I ! mraoeeJodeu винэжо!с

1 -Red ОЙОя0эьихЫэх эЫ

I -o»reed а edII zadezweT, !

1 ь

Ю с3 о о о о о о 3 Ф!

Ю.

Ю

D з 1

41

1

1

1

1

Ю ь

Ю о

° Ф о о о о Ф щ л

1

1 о

1 НЧСЙЧ0 OJ

1 I ! О2ЫЭ а1. Q 6HIcodHII edoz, I, -яеэЫ а эЫА ебэииэ

1 1 о ь о о о о о о о о о о î о

СЪ 0Ъ an сСЪ

D о аА! о

I u

1

1

ОЪ ! ССЪ

ЛIf о о о о о л л

Ch Ul СЧ су С Ъ Сс!

Chf

IA1

1

I л! !

Ю л с

ССЪ с

Ю л с с о о (с о

ЛI О\ СЧ с

Ch1

° о

Ch О\ с с о о

О1 Ch 1 с с f о о

f

1

IA IA

I

I

lA ССЪ

С Ъ РЪ

an с л

ССЪ О

С Ъ

IA ЦЪ

РЪ С Ъ

Г ь/JЯ.

I fIzCho oJolfdeai !

eeHuodHu dos,xI ed, e oJoxeeaelfoI! ader f

oJofIfI2I oa ОахoeriHIroy

У т Ф1 л 4 (л

Я

Я

° fI

< О

Ф

10 м

° Ф су an

° °

00 О\

° °

I !

1 1

D л

< л 1 (I

Е J O.1

1 ,1

1 !

I

) !

I

1

1

I

1

I

1

1

0э а эчсйч0 1

eotIdeaz eH es.эь0вЫ а H)KE О lfOXIIIH ь/JЯ I вчЫ!ч0 О ОЮЫэах, eaH1rodHu ЫохянэЫ a ! нчЫ!ч0 !

o J of!de 8L oHx 0ehHBo)f

1

IA!

1 !

1

Ul!

РЪ!

I

I

Ф!

-(!

1

1

°

СЧf

РЪ ь

С Ъ о

РЪ! о с

1 С Ъ

I

1

I

I

I

1.о

1 с

1 ф

1 acI

I

I ac! с

I СЧ

I !

1 In

1

С!

1 Ю

I In

1 еЪ

1

Г Ъ Ul

1

О 0Ъ! л ю 1!

О ССЪ

aA IA 1

I

Ф CCI I

M РЪ

I (I

° ° о.1

I о л

1

1 1

1! о о !

1

1. I о л(1

1

IA

1! .! с

С1

747868

Табли ца 3 ъ ВеаВ компонентов, об %.

Содержание

Углеводороды с числом атомов угл ерода 1-12

Кислород

Опыт, Р

Водород

Окис ь углерода

Азот

500 и числом атомов углерода 12-50

3,8 3,9 0,05

54, 2 0,05 3,. 5

33 3

1,2 28,0

1,1 33,3

3,7 3,6 0,1

3,8 3,9 0,05

3,2

60,2

54,2 0 05

3,5

4, 45,0 0,2

33,5 0,8

4,2 0,3

6,5 1,2

1,5 41,0

2,3 46,д

5, 4,0

5,2

1,2 2,1 53,0 28,5 1 2

- М. ЪЖ Ыъы а мы «»

4,3

5,7

8.

54, 2 0,05

3,5

0,05 1,1 33,3

3,8

3,9

Таблица 4 ! пиролизе твердого сйрья

Сажа, полученная при

ЪЫ М

A.öñîðá ци я диб утилф талата, мл/100 г

Зола, вес %

Удельная адсорб ционная пов ерхность м7г

Сера, вес. %

Опыт, 9

1 - 45

47 68

8,2 9,8

2,0

1,8

77

8, 3 10,.0

69

7,9 9,9

1,9

4 64

8 3 10 0

1,8

76 77

5 70

8,2 10,1

1,8

83 81

1,7

88 . 83

8,2 10,5

6 72

1,7

84

8,2 11,0

% " 4й йй

76 77

8,3 10,0

1,8

76 77

9 64

8, 3 10,0.

1,8

64 76 77 8,3 10,0 1,8

64 76 77 8, 3 10)0 18

° с

Б, Сажа, полученная при термическом разложении парогазовых продуктов

58

7,5 0,5

0,6

7,6 0,4

0,8

77

-- --т -- -------0 7

7,5

0,5

0,6

7,5 0,4

7,6

0,5

0,6

0,5

7,6

7,6

0,4

0,5

0,5

7,5 0,5

0,4

0,8

68

0,7

7,6 0,4

7,7, 0 5 ге м mC»

78

67

Полимерные у гл еводороды с молекулярным весом 2003, 8

4,5

4,0

Удельная геометрическая пов ерх ность, . м/г

57 57

57

43

57

-60 — 65

63

68

78

84 двуокись углерода

PH водной суспензии

Водя ной пар

74 7868

Таблица.5

Сопротивление раздиру, к гс/см

Напряжение при 300Ъ удли н ении, к rc/cM

Предел прочности при разрыв е, кгс/см

Относительное удлинение, Ъ Опыт, 9

68 155 510 34

210

495

495 30

190

5

74

220

490

226

485

80

221

500

220

470

Формула и эобрет ени я

1. Способ получения сажи для полимерных коМпоэиций, включающий пиролиз твердого углеродсодержащего сырья отходов полимерных композиций при 4001500ОС с образованием твердого углерод

"íбго остатка и выделением парогазовых продуктов и последующее иэмельчение углеродного остатка в потоке парогаэовых продуктов при 350-500 С,о т л ичающи йс я тем, чтос целью 30 повышени я прочнос тных характеристик полймерных композиций, пиролиз ведут парогазовой смесью.

2. Способ rio и. l, .о т л и ч а юшийся тем, что используют йарога- 35 эовую смесь, содержащую, об Ъ:

Перегретый пар 35-50

Двуокись углерода 5-10

Окись углерода 1-3

Кислород 0,1-2"

Азот Остальное.

3. Способ по п.l, о тл и ч аюшийся тем, что с целью повышения выхода сажи, парогазовые продукты подвергают термическому разложению

400-1500 С

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Богданов Н. Ф. и др. Получение сажи иэ изношенных резиновых изделий.

Сб. ЦНИИТЭ Нефтехим Производство шин, резинотехнических и асбестотехнических изделий, 1974, 9 8, с.25-27 °

2. Патент США Р 3644131, кл, С 09 С 1/44 (106-307), опублик.

22,02.72 (прототип) .

747868

Составитель Т. Ильинская

Редактор Н. Горват ТехрЕд А. Щепанская Корректор С.Шекмар в»

Заказ 4329/7 Тираж 725 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4