CZ249094A3 - System for producing carbon black - Google Patents

Description

Systém pro výrobu sazí ^;

Oblast techniky

Vynález se týká systému pro výrobu sazí a vodíku rozkladem uhlovodíků.

Dosavadní stav techniky

Z EP 0 315 442, EP 0 392 121, US 4 213 939 a GB 1 150 362 jsou známy způsoby a systémy pro výrobu karbonové černi neúplným spalováním uhlovodíku v plynné formě a/nebo kapalné formě při rozkladu části uhlovodíku krakováním, Hlavní komponent plynových doprovodných produktů jsou však kysličníky uhlíku.

Z GB 1 492 346 je znám pyrolytický způsob výroby karbonové černi tepelným rzkladem uhlovodíků v rakční komoře. Vodní pára však je zaváděna do plazmového proudu plynného tepelného nosiče a uhlovodíky jsou dozkládány na uhlík a plynné doprovodné produky z nichž vodík je jen jeden komponent.

Ze známého stavu techniky je známa celá řada rozličných systémů a postupů pro výrobu sazí z uhlovodíkových plynů. Jedna skupina těchto postupů využívá tepelný rozklad uhlovodíků na složky sazí a vodíku za použití plazmového hořáku. Dosud známé způsoby však obvykle vedly jen k tvorbě jiných plynných uhlovodíkových produktů, například acetylénu. Dosud nebyl vyvinut žádný systém, který by umožňoval plynulou výrobu sazí a vodíku, protože předchozí systémy se musely vždy zastavit po krátkých provozních obdobích z důvodu tvorby usazenin, aby hořáky a reaktory mohly být vyčištěny před opětným uvedením systému do provozu. Tyto nevýhody vedly k vysokým provozním nákladům těchto systémů s odpovídajícími vysokými náklady na konečný produkt.

Další známé systémy měly tu nevýhodu, že neumožňovaly dosažení úplné regulace konečných produktů, tj. vyráběných sazí a vodíku, jelikož bylo možné vyrábět jen normální jakost sazí bez ohledu na jejich fyzikální vlastnosti s důsledkem, že další zpracování tohoto produktu muselo být založeno na docílených sazích. Vodík se hlavně nechával odhořívat.

Podstata vynálezu

Účel tohoto vynálezu je poskytnout takový systém pro výrobu sazí a vodíku rozkladem uhlovodíkového plynu, který lze provozovat plynulým postupem a u něhož je možné předem nastavit podmínky procesu tak, aby saze byly vyrobeny s předem určenými fyzikálními vlastnostmi. Tohoto cíle je dosaženo systémem vyznačujícím se přednostními rysy předloženými v předmětu vynálezu.

Systém podle vynálezu umožňuje racionální a plynulou výrobu sazí pro další zpracování, přičemž saze jsou vyrobeny s požadovanou velikostí částic a strukturou tak, že saze jsou přesně upraveny pro následnou aplikaci. Kromě toho byl docílen velmi racionální a ekonomický provoz, neboť podíl vyrobeného vodíku je vracen do plazmového hořáku a tam použit jako plazmový plyn. Navíc je vodík využit v plazmovém hořáku spolu s uhlovodíkovým napájecím plynem, čímž se snižuje spotřeba elektrody, což vede k další úspoře. V systému jsou nežádoucí velikosti částic a hrubé frakce odfiltrovány, čímž se obdrží rovnoměrný, definovaný konečný produkt. To je navíc ke skutečnosti, že je použito reaktoru, ve kterém je pomocí příměsí a nastavení tepelné zóny zaručeno, že vyrobené saze mají žádanou strukturu. Pomocí systémem použitého cyklusu a vracení vodíku, společně s použitím zemního plynu nebo metanu jako výchozího materiálu, je docíleno vysoce čistého rozkladu uhlkovodíkú, čímž se předchází blokování a usazeninám v systému a dosahuje se plynulého procesu.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude dále detailněji popsán pomocí provedení provedení čistě schematicky vyobrazeného na výkrese, který představuje zjednodušené schéma systému podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Na přiloženém výkrese nastíněný systém představuje hlavní rysy důležité pro tento vynález, ale všechna ostatní potrubí a vedení obvykle používaná a tvořící součást systému tohoto druhu, byla vynechána z důvodu jasnosti. Proto výkres uvádí jen principy použité v tomto vynálezu.

Hlavni část systému pozůstává z plazmového hořáku 1 s připojenou reaktorovou komorou 2. Plazmový hořák je napájen plazmovým plynem, např. vodíkem, potrubím 12 a uhlovodíkovým plynem, např. metanem, z nádrže 16 nebo přímo z plynovodu potrubím 17. Jako bezpečnostní opatření lze připojit ochranné potrubí, např. argonového přívodu (15) nebo dusíkového přívodu (14), na potrubí 17; tato odbočková potrubí se obvykle uzavírají ventily.

V plazmovém hořáku 1 se uhlovodíkový plyn rozkládá.

V uvedeném příkladu se metan rozkládá na saze a na vodík, které jsou potom v reaktoru 2 dále zpracovány za účelem získání požadovaných fyzikálních vlastností výsledných sazí. Toho se dosahuje regulací tepelných zón v reaktoru a řízeným napájením metanu, případně směsí odbočkovými potrubími vedoucími do reaktorové komory. Tyto jsou schematicky naznačeny vztahovou značkou 18. Konstrukce reaktoru je popsána detailněji v přihlašovatelově současně projednávané přihlášce vynálezu čís. 92 1360 a PCT/NO/00196. Vytvořené saze postupují z reaktoru spolu s vodíkem, přičemž saze nyní mají předem určené fyzikální vlastnosti, trubkovým chladičem 3 a dále do oddělovacího zařízení, které může pozůstávat např. z cyklónového uspořádání 4, 5, kde se oddělují hrubé částice, pokud nejsou požadovány pro další zpracování. Teplota v chladicím systému je snížena z výstupní teploty z reaktoru, která může ležet mezi 800° až 1600° C, na teplotu např. 50° až 160° C. Teplo odvedené z toku produktu lze směnit ve výměníku tepla 19 mezi napájecím plynem a plazmovým plynem za účelem energetické optimalizace. Výstupní teplota z plazmového hořáku v reaktoru je řádově 3000° až 8000° c.

vyraoene saze. hlavního filtru filtrovém silu

Po oddělení hrubých částic v chladicím cyklónu 4 se hrubé částice sbírají ve struskovém silu 5, z něhož mohou být později odstraněny a použity pro. méně kritické účely než jsou speciálně Vodík a saze jsou postoupeny potrubím 6 do 7, který odfiltruje přídatné složky, takže ve 8 se sbírají jen saze o žádaném definovaném rozsahu a o speciální struktuře docílené v reaktorové části. Speciální saze jsou potom odstraněny z filtrového sila 8 pro další zpracování. Zbývající vodík lze získat zpět z filtrů a sloučit jej s vodíkovým potrubím. Vodík může být dodán buď přímo do chemického zpracovatelského průmyslu nebo uložen pro pozdější použití, lze jej použít jako nosiče energie, např. v energetice, a požadovaný podíl je vracen potrubím 11 do plazmového hořáku a tam použit jako plazmový plyn. Z bezpečnostních důvodů je systém spojen s plamenným komínem, ve kterém lze plyn nechat odhořet. Tímto způsobem je jeden z produktů z procesu provozovaného v systému využit jako provozní prostředek pro vlastní proces. To poskytuje výhodu snížení spotřeby energie a současně zcela ryzí plyn bez jakéhokoliv znečištění slouží jako plazmový plyn, což vede k minimálnímu znečišťování hořáku. Během spouštěcí doby může být nutné dodat další vodík z jiného vodíkového zdroje. Při regulaci napájení hořáku vodíkovým plynem je možné řídit provoz reaktoru a hořáku takovým způsobem, že systém tím nabude určitého stupně samoregulace. Během normálního provozu bude systém zcela soběstačný pokud se týká plazmového plynu.

Ve shora uvedeném popisu systému byly popsány jen hlavní komponenty a mělo by být zcela zřejmé, že z toho je možné odvodit mnoho modifikací v rámci tohoto vynálezu. Systém podle vynálezu poskytuje též tu výhodu, že vytvořené saze nejsou znečištěny jinými prvky než těmi, které jsou přítomné v napájecím plynu, nebo materiály, jejichž přidání může být žádoucí, a které mohou být přidány do reaktoru.

Ve výhodném provedení vynálezu lze vodíkový plyn, používaný jako plazmový plyn, navíc dodávat spolu s uhlovodíkovým plynem, což má příznivý účinek ve' spojitosti s opálem nebo-li spotřebou elektrod, jejichž spotřeba se tím sníží. Řízení napájení vodíku do plazmového hořáku je docíleno regulačním ventilem vztaženým na podmínky v plazmovém oblouku.

Claims (5)

1. Systém pro výrobu sazí a vodíku tepelným rozkladem uhlovodíkových plynů, zvláště metanu, vyznačující se tím, že jako tepelný rozkladný reaktor je použit plazmový hořák (1) který je zásobován předehřátým uhlovodíkovým plynem jako napájecím plynem, přičemž alespoň část vyrobeného vodíku je recyklována a využita jako plazmový plyn, a že tepelný rozkladný reaktor je opatřen nastavitelnými tepelnými zónami pro působení na a regulaci vlastností sazí, jakož i pro modifikaci povrchu a struktury sazí a materiálů v různých tepelných zónách, kterýžto reaktor je vybaven zařízením pro přidávání plynů a materiálů do různých tepelných zón, a že spodní tok proudu reaktorového je vybaven chladičem produktů reakce, ve kterémžto chladiči lze předehřívat napájecí plyn a plazmový plyn, a který je následován oddělovacím prostředkem, který může s výhodou pozůstávat z cyklónu pro oddělování hrubých částic z uhlíkového komponentu, že cyklón je spojen s filtračním zařízením, ve kterém saze žádaných velikostí a struktury jsou odfiltrovány do sila a pro další zpracování, a že systém je vybaven potrubím pro částečné převádění vodíku do chemického zpracovatelského průmyslu, využívání vodíku jako nosiče energie, jakož i vracení vodíku zpět do reaktoru přes vratné potrubí.

2. Systém podle bodu 1, vyznačující se tím, že chladič je vytvořen trubkovým chladičem pro předehřívání napájecího plynu a plazmového plynu.

3. Způsob ovládání systémů podle nároků 1 a 2, vyznačený tím, že

Pro plazmový hořák (1) je využita kombinace vodíku a uhlovodíkového plynu jako plazmového plynu a že množství uhlovodíkového plynu, který je dodáván do plazmového plynu je řízen efektem, uváděným do plazmového hořáku (1).

4. Systém podle bodu 3, vyznačující se tím, že plazmový plyn pro proces pozůstává výlučně z napájecího plynu nebo rozkladného plynu z filtračního zařízení, a že množství vodíku, vráceného jako plazmový plyn, je řízeno účinkem na plazmový hořák, s regulačním ventilem vztaženým na plazmový oblouk.

5. Systém podle bodu 1, vyznačující se tím, že systém je provozován bez přísunu jiných materiálů než je napájecí plyn.