- •Тема 2.8 Промышленные способы получения сажи.
- •2.8.1 Получение печного ту
- •2.8.2 Получение ту путем осаждения из пламени на холодную поверхность (Получение канального ту)
- •2.8.3 Производство термического ту
- •Тема 2.9 Улавливания сажи из газового потока. Гранулирование и подготовка сажи к транспортировке
- •Пылеосадительные камеры.
- •Циклоны.
- •Рукавные тканевые фильтры.
- •Электрофильтры
- •Гранулирование сажи
- •Гранулирование сажи сухим методом.
- •Гранулирование сажи мокрым методом
Тема 2.8 Промышленные способы получения сажи.
2.8.1 Получение печного ту
В настоящее время печной способ производства технологического углерода является основным. С его помощью получают более 80% от общего производства.
Способ основан на термоокислительном разложении углеводородов под действием высокой температуры при недостатке воздуха.
Процесс разложения и поддержания температуры в реакторном аппарате осуществляется за счет сжигания части того же сырья, из которого вырабатывается ТУ или вспомогательного горючего. Сырье вводится в печь (реактор) в виде капель путем распыления его форсунками (форсунки бывают пневматические и механические).
В реакционном аппарате протекают одновременно несколько процессов:
-
сгорание топлива с выделением тепла;
-
испарение капель сырья;
-
неполное сгорание сырья до CO и H2O;
-
термическое разложение углеводородов сырья с получением ТУ;
-
взаимодействие между частицами ТУ и газообразными продуктами реакции.
Интенсификация протекания каждого из этих процессов зависит от ряда условий ведения технологического процесса.
Существует несколько разновидностей печного способа получения сажи. Один вариант процесса заключается в сжигании жидкого сырья или природного газа при недостатке воздуха. Другой предполагает сжигание горючего газа при небольшом избытке воздуха и впрыскивание в пламя горящего газа жидкого сырья. Применяют и такие способы, когда вместо газа в реакторах сжигают какое-либо жидкое топливо, возможно часть сырья, и в пламя горящего топлива впрыскивают сырье.
Рассмотрим принципиальную схему печного способа получения сажи, когда в качестве топлива используют топливно-нефтяной или природный газ (рис. 1).
Предварительно подготовленное (отстаиванием от примесей, обезвоживанием) жидкое сырье из расходного бака прокачивается насосом через теплообменник (1), где нагревается до 100-130, и через фильтр (2) поступает в подогреватель (3). В подогревателе сырье нагревается до 280-320 и поступает в сырьевые форсунки реактора (4). Распыление сырья в форсунках производится под давлением 7-8 . В горелки для сжигания топлива, расположенные сбоку цилиндрической части реактора, подают топливный газ и воздух, причем количество воздуха в 10-12 раз превышает количество газа. За счет тепла, получаемого при сжигании газа, температура в зоне горения достигает 1400. При этой температуре достигается разложение углеводородов сырья и образование сажи. Для прекращения роста сажевых частиц в реактор с помощью форсунок подается химически очищенная вода.
Принципиальная схема печного способа получения сажи
Рис. 2. 1 – теплообменник; 2 – фильтр; 3 – печь; 4 – реактор; 5 – воздухоподогреватель; 6 – коллектор; 7 – холодильник; 8 – циклоны; 9 – фильтры; 10 – распределительный шнек; 11 – уплотнители с мешалками; 12 – грануляционные барабаны; 13 – элеватор; 14 – вибрационное сито; 15 – бункер сборный.
Поступающий для сжигания газа воздух предварительно нагревается в воздухоподогревателе (5) до 280-300 за счет тепла саже-газовой смеси уходящей из реактора. Из воздухоподогревателя саже-газовая смесь с температурой 600-650 проходит в сборный коллектор (6), к которому присоединяется несколько реакторов, и поступает в холодильник (7). В холодильник (7) впрыскивается вода, за счет испарения которой температура саже-газовой смеси снижается до 300. Саже-газовая смесь движется по коллектору и далее благодаря давлению, создаваемому в реакторе в процессе сажеобразования. После прохождения холодильника (7) саже-газовая смесь при температуре 260-300 проходит ряд последовательно установленных циклонов (8), где осаждается до 85% сажи.
Сажа собирается в бункеры циклонов 8 и через шлюзовые затворы выводится в систему пневматического транспорта, где с помощью шнеков (10) подается в цех обработки. Неосажденная в циклонах сажа (до 15% всего количества) вместе с газовым потоком поступает в рукавный фильтр (9) для окончательного выделения и затем присоединяется к основному продукту.
Для более полного извлечения сажи из саже-газового потока в технологическую схему могут быть включены также электрофильтры, печные уловители и т. д.
Очищенные в фильтрах газы направляются вентилятором на установку сжигания газов или в котельную.
Осажденная в циклонах и фильтрах сажа распределительным шнеком (10) подается в мешалки-уплотнители (11), а затем ссыпается в грануляционные барабаны (12). Гранулирование сажи может осуществляться сухим и мокрым способами (в рассмотренной схеме используется сухая грануляция). Далее гранулированная (товарная) сажа с помощью элеватора (13) поступает на вибрационное сито (14), где происходит отделение крупных гранул и пыли, которые возвращаются на повторное гранулирование. Товарная сажа подается в сборный бункер (15), из которого либо загружается в специальные железнодорожные вагоны для перевозки насыпью, либо дозируется в мешки и передается на склад для хранения.
Рассмотрим подробнее устройство реактора и процессы, протекающие в нем на примере цилиндрического реактора, смонтированного на ОАО «Нижнекамсктехуглерод» (рис. 2).
Устройство реактора
Рис. 2. 2
Технологическая установка – реактор представляет собой цилиндрическую печь с наружным диаметром около двух метров. Изнутри печь выложена огнеупорным кирпичом таким образом, что образуется круглая в сечении рабочая зона диаметром приблизительно 300 мм. В передней торцевой части печи расположены форсунки для подачи газа и воздуха на горение.
Рабочая зона делится на четыре части. Первая, прилегающая к передней торцевой части реактора, зона горения. В этой зоне производят сжигание природного газа для создания и поддержания необходимой температуры в реакторе. Вторая зона, зона реакции, расположена сразу после зоны горения. В этой зоне происходит собственно разложение сырья. Сырье впрыскивается в эту зону через сырьевые форсунки, расположенные по бокам реактора. Третья и четвертая зона - соответственно зона предзакалки и зона закалки. В этих зонах формируется структура сажевых зерен, влияющая на свойства сажи. Процесс формирования зерен зависит от температурного режима в этих зонах, который поддерживается путем впрыска воды через водяные форсунки, установленные по бокам реактора. В задней торцевой части реактора находится труба, по которой саже-газовая смесь подается в холодильник-ороситель. В холодильнике саже-газовая смесь охлаждается путем впрыска воды до температуры, необходимой для нормального функционирования отделения улавливания, и подается по трубе в это отделение. Таким образом, каждая технологическая установка (реактор плюс холодильник-ороситель) имеет ряд регулируемых параметров: расход газа, расход сырья, расход воздуха высокого давления, расход химически очищенной воды. Регулируя эти параметры, необходимо поддерживать требуемый температурный режим во всех зонах реактора и холодильника-оросителя.
Основные параметры процесса получения печного ТУ:
-
температура 1200-1450;
-
время пребывания сажи в зоне высоких температур:
-
для получения высокоактивных сортов сажи 0,05 с;
-
для получения малоактивных сортов сажи 5,0 с;
-
скорость газов в зоне образования ТУ:
-
для высокоактивных и среднеактивных сортов 30-60 ;
-
для полуактивных и малоактивных сортов 6-10 .
Таблица 2.1
Влияние изменения основных параметров на свойства и выход ТУ
Параметры процесса |
Выход ТУ |
Свойства ТУ |
|
Удельная поверхность |
Степень структурированности |
||
Повышение:
|
+ 0 + - + +
+ |
+ + - + - 0
0 |
+ 0 - 0 - -
- |
+ увеличение
- понижение
0 не изменяется
Преимущества печного способа:
-
Возможность получения ТУ с разнообразными технологическими свойствами. Например, ТУ с различной степенью дисперсности.
-
Высокий выход ТУ (мощность установки по году). Следовательно, себестоимость ниже, чем выработка всеми другими способами.
-
Несложное управление процессом сажеобразования.
-
Возможность полной автоматизации процесса (в отличии от всех других способов).