RU2096433C1 - Method of preparing carbon black (versions) - Google Patents

Method of preparing carbon black (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2096433C1
RU2096433C1 RU96116539A RU96116539A RU2096433C1 RU 2096433 C1 RU2096433 C1 RU 2096433C1 RU 96116539 A RU96116539 A RU 96116539A RU 96116539 A RU96116539 A RU 96116539A RU 2096433 C1 RU2096433 C1 RU 2096433C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reactor
carbon black
mixture
piston
thermal decomposition
Prior art date
Application number
RU96116539A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96116539A (en
Inventor
Ю.Л. Долинский
С.Е. Пискунов
Л.С. Толчинский
Н.А. Платэ
Ю.А. Колбановский
Original Assignee
Экспериментальный комплекс "Новые энергетические технологии" Объединенного института высоких температур РАН
Институт нефтехимического синтеза РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Экспериментальный комплекс "Новые энергетические технологии" Объединенного института высоких температур РАН, Институт нефтехимического синтеза РАН filed Critical Экспериментальный комплекс "Новые энергетические технологии" Объединенного института высоких температур РАН
Priority to RU96116539A priority Critical patent/RU2096433C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2096433C1 publication Critical patent/RU2096433C1/en
Publication of RU96116539A publication Critical patent/RU96116539A/en

Links

Images

Abstract

FIELD: carbon black production. SUBSTANCE: in a method of preparing carbon black for rubber and paint industries including combustion of hydrocarbon raw material with air, thermal decomposition of hydrocarbons in reactor, withdrawal of process products and isolation of carbon black therefrom, distinguishing feature consists in that hydrocarbon raw material is preliminarily mixed with air to α = 0.15-0.45, mixture is heated to 200-450 C and fed into chemical compression reactor wherein combustion and thermal decomposition are achieved by way of compressing mixture by piston moving toward upper dead point to kindle mixture and keep temperature 1600-2600 C for 10-2-10-3 s, whereupon process products are cooled by way of their expansion when piston moves toward lower dead point. Simultaneously, kinetic energy of moving mechanism is transformed into electrical power. Process products are withdrawn from reactor when piston effects its next movement toward upper dead point, and on its back movement, fresh hydrocarbon raw material is introduced into reactor. In a method including thermal decomposition of hydrocarbons mixed with inert gas, distinguishing feature consists in that raw material is preliminarily mixed with inert gas in the ratio providing adiabatic index value within 1.3 to 1.5, mixture is heated to 250-550 C, and thermal decomposition is performed at 1800- 4200 C. EFFECT: increased (by about 200 times) productivity of process due to higher process temperature, reduced contact time, and increased gas density in working space. 2 cl, 1 dwg , 2 tbl

Description

Изобретение относится к технологии получения технического углерода из газообразного углеводородного сырья, в частности природного газа, и может быть использовано для получения технического углерода, применяемого при производстве различных резино-технических изделий, красок и др. The invention relates to a technology for producing carbon black from gaseous hydrocarbon raw materials, in particular natural gas, and can be used to produce carbon black used in the manufacture of various rubber products, paints, etc.

Известен способ получения технического углерода из углеводородного сырья ацетилена [1] заключающийся в подаче ацетилена в замкнутый реакционный объем, заполненный хлором и окислителем (кислородом) с общим давлением до 1 атм. После ввода ацетилена происходит самовоспламенение и взрыв смеси с получением технического углерода, который выделяют из продуктов процесса. A known method of producing carbon black from a hydrocarbon feed of acetylene [1] is to supply acetylene to a closed reaction volume filled with chlorine and an oxidizing agent (oxygen) with a total pressure of up to 1 atm. After entering acetylene, spontaneous combustion occurs and the mixture explodes to produce carbon black, which is isolated from the products of the process.

Указанный способ получения технического углерода является процессом периодического действия и использует очень дорогое исходное сырье ацетилен, поэтому не является эффективным. The specified method of producing carbon black is a batch process and uses very expensive acetylene feedstock, therefore it is not effective.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому при получении технического углерода терморазложением углеводородного сырья с воздухом является получение технического углерода печным способом [2] заключающимся в подаче углеводородного сырья и горячего воздуха в реактор, сжигании и терморазложении углеводородов в реакторе, выводе продуктов процесса, их охлаждении и выделении из них технического углерода. The closest technical solution to the one claimed for the production of carbon black by thermal decomposition of hydrocarbons with air is the production of carbon black by the furnace method [2], which consists in supplying hydrocarbon raw materials and hot air to the reactor, burning and thermal decomposition of hydrocarbons in the reactor, removal of process products, their cooling and isolation of which carbon black.

Указанный способ получения технического углерода имеет относительно низкую удельную производительность ≈ 0,3 кг технического углерода (м3 реактора в час), технический углерод получается при низких парциальных давлениях углеводородного сырья, требует периодической очистки печей от осаждающегося на стенках и других элементах конструкций технического углерода.The specified method for producing carbon black has a relatively low specific productivity ≈ 0.3 kg of carbon black (m 3 reactor per hour), carbon black is obtained at low partial pressures of hydrocarbon feedstock, requires periodic cleaning of furnaces from carbon black deposited on walls and other structural elements.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу получения технического углерода терморазложением углеродного сырья с инертным газом является способ [3] заключающийся в подаче предварительно подогретого до T 300 400oC углеводородного сырья (природного газа) в нагретый до температуры 1570 1620oC инертный газ азот, терморазложении углеводородов при смешивании сырья с нагретым инертным газом при температуре около 1550oC, выводе продуктов процесса, их охлаждении и выделении из них технического углерода. Нагрев инертного газа в этом процессе происходит в регенеративном газонагревателе с теплоаккумулирующей насадкой, которую разогревают до температуры 1600 1650oC.The closest technical solution to the claimed method of producing carbon black by thermal decomposition of carbon raw materials with inert gas is a method [3] which consists in supplying a hydrocarbon feed (natural gas) preheated to T 300 400 o C to nitrogen inert gas heated to a temperature of 1570 1620 o C, thermal decomposition of hydrocarbons by mixing raw materials with a heated inert gas at a temperature of about 1550 o C, the removal of process products, their cooling and the release of carbon black from them. The inert gas is heated in this process in a regenerative gas heater with a heat storage nozzle, which is heated to a temperature of 1600 1650 o C.

Указанный способ получения технического углерода является процессом периодического действия или требует применения нескольких аппаратов с теплоаккумулирующей насадкой. Возможности вариации сырья и режимов терморазложения очень ограничены. The specified method for producing carbon black is a batch process or requires the use of several devices with a heat storage nozzle. The possibilities for varying raw materials and thermal decomposition modes are very limited.

Все указанные способы получения технического углерода, кроме взрывного, основаны на высокотемпературных процессах при практически постоянном давлении, которое, как правило, не превышает атмосферного. Возможности направленно изменять свойства технического углерода без замены сырья очень ограничены. All these methods for producing carbon black, except for explosive, are based on high-temperature processes at an almost constant pressure, which, as a rule, does not exceed atmospheric. The ability to directionally change the properties of carbon black without replacing raw materials is very limited.

Предлагаемое изобретение расширяет арсенал высокотемпературных процессов получения технического углерода и основано на термическом разложении углеводородного сырья в смеси с воздухом или инертным газом при быстром сжатии до ≈ 300 атм в химическом реакторе сжатия. The present invention extends the arsenal of high-temperature processes for the production of carbon black and is based on the thermal decomposition of hydrocarbons in a mixture with air or inert gas under rapid compression to ≈ 300 atm in a chemical compression reactor.

Предлагаемый способ позволяет получать технический углерод с различными свойствами без замены сырья на одной установке и автоматизировать этот процесс. Это возможно за счет изменения режима разложения углеводородного сырья при варьировании содержания воздуха или инертного газа смеси с углеводородным сырьем, степени сжатия и, следовательно, температуры термического разложения, а также температуры предварительного нагрева смеси. The proposed method allows to obtain carbon black with various properties without replacing raw materials in one installation and to automate this process. This is possible due to a change in the decomposition mode of the hydrocarbon feedstock while varying the content of air or inert gas of the mixture with the hydrocarbon feedstock, the compression ratio and, consequently, the thermal decomposition temperature, as well as the preheating temperature of the mixture.

Варианты изобретения относятся к объектам одного вида и одного назначения способа получения технического углерода из углеводородного сырья при быстром сжатии смеси из этого сырья в одном случае с воздухом, в другом с инертным газом. Embodiments of the invention relate to objects of one type and one purpose of a method for producing carbon black from a hydrocarbon feedstock by rapidly compressing a mixture of this feedstock in one case with air, in another with inert gas.

Использование предлагаемого способа позволяет получать технический углерод с выходом по углероду на уровне известных способов (30 45%), при этом удельная производительность процесса выше в ≈ 200 раз за счет более высокой температуры процесса, меньшего времени контакта и увеличения плотности газа в рабочем объеме. Using the proposed method allows to obtain carbon black with a carbon yield at the level of known methods (30–45%), while the specific productivity of the process is ≈200 times higher due to the higher process temperature, shorter contact time, and increased gas density in the working volume.

Кроме того, энергетические затраты при получении технического углерода предлагаемым способом ниже за счет непосредственного использования тепловой энергии, образующейся при окислении газа путем установки электрогенератора на валу химического реактора сжатия. In addition, the energy cost of producing carbon black by the proposed method is lower due to the direct use of thermal energy generated during gas oxidation by installing an electric generator on the shaft of a chemical compression reactor.

При этом химический реактор сжатия не требует периодической остановки для очистки от коксовых отложений и специальной аппаратуры для охлаждения отходящих газов, т. к. они имеют температуру 300 350oC за счет охлаждения продуктов реакции при расширении в реакторе сжатия.At the same time, the chemical compression reactor does not require a periodic shutdown for purification of coke deposits and special equipment for cooling the exhaust gases, because they have a temperature of 300 350 o C due to the cooling of the reaction products during expansion in the compression reactor.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения технического углерода, включающем сжигание газообразного углеводородного сырья с воздухом и терморазложение углеводородов в реакторе, вывод продуктов процесса и выделение из них технического углерода, предварительно смешивают углеводородное сырье с воздухом до α 0,15 0,45, где a коэффициент избытка воздуха, нагревают эту смесь до 200 450oC и подают ее в химический реактор сжатия, где сжатие и термическое разложение осуществляют путем сжатия смеси поршнем в направлении к верхней мертвой точке до ее воспламенения и получения температур 1600 2600oC на период времени 10-2 10-3 с, затем охлаждают продукты процесса, расширяя их за счет движения поршня в реакторе в направлении к нижней мертвой точке, одновременно используя кинетическую энергию механизма движения в химическом реакторе сжатия для получения электроэнергии, и выводят продукты процесса из реактора при движении поршня к верхней мертвой точке, после чего выделяют из продуктов процесса технический углерод, а подачу в реактор свежей смеси углеводородного сырья с воздухом осуществляют при движении поршня химического реактора к нижней мертвой точке.The essence of the invention lies in the fact that in the method of producing carbon black, including the combustion of gaseous hydrocarbon materials with air and thermal decomposition of hydrocarbons in the reactor, the removal of process products and the separation of carbon black from them, hydrocarbon raw materials are pre-mixed with air to α 0.15 0.45 where a is the coefficient of excess air, heat this mixture to 200 450 o C and feed it into a chemical compression reactor, where compression and thermal decomposition is carried out by compressing the mixture with a piston towards the upper m dead point until it ignites and obtains temperatures of 1600 2600 o C for a period of time 10 -2 10 -3 s, then cool the products of the process, expanding them by moving the piston in the reactor towards the bottom dead point, while simultaneously using the kinetic energy of the movement mechanism in a chemical compression reactor to produce electricity, and the process products are removed from the reactor when the piston moves to top dead center, after which carbon black is isolated from the process products, and a fresh mixture of hydrocarbon feed is supplied to the reactor with ear carried out during the motion of the piston of the chemical reactor to the bottom dead point.

Сущность изобретения заключается также в том, что в способе получения технического углерода, включающем терморазложение углеводородов в смеси с инертным газом, вывод продуктов процесса и выделение из них технического углерода, предварительно смешивают углеводородное сырье с инертным газом в соотношении, обеспечивающем значение показателя в пределах 1,3 1,5, нагревают эту смесь до 250 550oC и подают ее в химический реактор сжатия, а термическое разложение осуществляют в этом реакторе при температуре 1800 4200oC, получаемой путем сжатия смеси движением поршня к верхней мертвой точке до получения указанной температуры на период 10-2 - 10-3 с, затем охлаждают продукты процесса, расширяя их за счет движения поршня в реакторе в направлении к нижней мертвой точке, и выводят продукты процесса из реактора при движении поршня к верхней мертвой точке, после чего выделяют из продуктов процесса технический углерод, а подачу в реактор свежей смеси углеводородного сырья с инертным газом осуществляют при движении поршня к нижней мертвой точке.The invention also lies in the fact that in the method for producing carbon black, which includes thermal decomposition of hydrocarbons mixed with an inert gas, the removal of process products and the separation of carbon black from them, hydrocarbon feedstocks are pre-mixed with an inert gas in a ratio providing an indicator value within 1, 3 1,5, the mixture is heated to 250 550 o C and fed to a chemical reactor of compression and thermal decomposition is carried out in this reactor at a temperature of 1800 4200 o C, obtained by compressing the mixture DWI HAND piston to top dead center to obtain said temperature for a period of 10 -2 - 10 -3 s, then cooled process products, expanding them by the movement of the piston in the reactor toward the lower dead point, and outputting the products of the process from the reactor during the motion of the piston to the top dead center, after which carbon black is isolated from the process products, and a fresh mixture of hydrocarbon feedstock with inert gas is fed into the reactor when the piston moves to the bottom dead point.

При подогреве смеси углеводородного сырья с воздухом или инертным газом до температур ниже 200oC или 250oC соответственно необходимое достижение температур процесса разложения углеводородов сопряжено с превышением предела давления в реакторе выше 300 атм, что недопустимо по прочностным соображениям.When heating a mixture of hydrocarbons with air or inert gas to temperatures below 200 o C or 250 o C, respectively, the necessary achievement of the temperature of the process of decomposition of hydrocarbons is associated with exceeding the pressure limit in the reactor above 300 atm, which is unacceptable for strength reasons.

Повышение температуры предварительного подогрева смеси выше 450oC для смеси с воздухом нецелесообразно в связи с опасностью самовоспламенения реакционной смеси до реактора. Повышение температуры в процессе с инертным газом выше 550oC целесообразно в связи с нежелательным увеличением средней температуры в цилиндре и ухудшением условий смазки.Raising the temperature of the preheating of the mixture above 450 o C for a mixture with air is impractical due to the danger of self-ignition of the reaction mixture to the reactor. The temperature increase in the process with an inert gas above 550 o C is advisable in connection with the undesirable increase in the average temperature in the cylinder and the deterioration of lubrication conditions.

При подаче в реактор смеси углеводородного сырья с воздухом до a <0,15 практически не удается добиться воспламенения смеси. При использовании смеси с воздухом с a > 0,45 резко снижается выход технического углерода. When a mixture of hydrocarbon feed with air up to a <0.15 is supplied to the reactor, it is practically impossible to achieve ignition of the mixture. When using a mixture with air with a> 0.45, the yield of carbon black sharply decreases.

Смешивание углеводородного сырья с инертным газом в соотношении, обеспечивающем значения показателя адиабаты смеси ниже 1,3, препятствует достижению заданных температур процесса. Получение смеси сырья с инертным газом в соотношении, обеспечивающем значения показателя адиабаты смеси выше 1,5, нецелесообразно ввиду низкого содержания углеводородного сырья в такой смеси, например, для смеси аргона с метаном его весовая доля в этом случае будет составлять менее 3%
Проведение процесса терморазложения при температуре ниже 1600oC для смеси с воздухом и ниже 1800oC для смеси с инертным газом протекает неэффективно за счет неполного разложения исходного углеводородного сырья. Температуры выше 2600oC реально недостижимы за счет процессов неполного окисления в химических реакторах сжатия. Температуры в смеси с инертным газом выше 4200oC могут быть достигнуты либо при недопустимом увеличении давления, либо при показателе адиабаты выше 1,5. Указанные пределы 10-2 10-3 с протекания по времени процесса разложения углеводородного сырья установлены эмпирически и связаны со временем нахождения поршня вблизи верхней мертвой точки при типичных скоростях вращения коленчатого вала механизма движения поршня 1500 мин-1.
Mixing hydrocarbon feedstocks with an inert gas in a ratio that ensures the adiabatic exponent of the mixture is below 1.3 prevents the achievement of the set process temperatures. Obtaining a mixture of raw materials with an inert gas in a ratio that ensures the adiabatic index of the mixture is higher than 1.5 is impractical due to the low content of hydrocarbon raw materials in such a mixture, for example, for a mixture of argon with methane, its weight fraction in this case will be less than 3%
The process of thermal decomposition at a temperature below 1600 o C for a mixture with air and below 1800 o C for a mixture with an inert gas is inefficient due to incomplete decomposition of the original hydrocarbon feedstock. Temperatures above 2600 o C are really unattainable due to incomplete oxidation processes in chemical compression reactors. Temperatures in a mixture with an inert gas above 4200 o C can be achieved either with an unacceptable increase in pressure, or with an adiabatic index above 1.5. The indicated limits of 10 -2 10 -3 s during the course of the process of decomposition of hydrocarbon raw materials are established empirically and are associated with the time the piston was near top dead center at typical speeds of rotation of the crankshaft of the piston movement mechanism of 1500 min -1 .

При проведении процесса в смеси углеводородное сырье воздух необходимые для осуществления процесса параметры достигаются за счет сжатия смеси поршнем в химическом реакторе сжатия и частичного окисления углеводородного сырья, в то время как при проведении процесса в смеси углеводородное сырье инертный газ необходимые параметры процесса осуществляются только за счет сжатия смеси. Это становится возможным, поскольку присутствие одноатомного инертного газа позволяет получить газовую смесь с достаточно высокими показателями адиабаты. В последнем случае гарантировано получение технического углерода, не содержащего кислород. When carrying out the process in a mixture of hydrocarbon raw materials, the air necessary for the process is achieved by compressing the mixture with a piston in a chemical compression reactor and partial oxidation of the hydrocarbon raw materials, while during the process in a mixture of hydrocarbon raw materials an inert gas, the necessary process parameters are realized only by compression mixtures. This becomes possible, since the presence of a monoatomic inert gas makes it possible to obtain a gas mixture with sufficiently high adiabatic parameters. In the latter case, the production of oxygen-free carbon black is guaranteed.

Способ получения технического углерода осуществляют следующим образом:
1. Предварительно смешивают углеводородное сырье с воздухом до a0,15 0,45 или с инертным газом в соотношении, обеспечивающем значение показателя адиабаты в пределах 1,3 1,5.
The method of producing carbon black is as follows:
1. Pre-mix the hydrocarbon feedstock with air up to a0.15 0.45 or with an inert gas in a ratio that provides an adiabatic index value in the range 1.3 to 1.5.

2. Нагревают полученную смесь с воздухом до температуры 200 450oC или смесь с инертным газом до 250 550oC.2. Heat the resulting mixture with air to a temperature of 200 450 o C or a mixture with an inert gas to 250 550 o C.

3. Подают подогретую смесь в химический реактор сжатия при движении поршня к нижней мертвой точке. 3. The heated mixture is fed into a chemical compression reactor as the piston moves to bottom dead center.

4. Осуществляют термическое разложение смеси с воздухом путем ее сжатия в реакторе поршнем в направлении к верхней мертвой точке до ее воспламенения и получения температур 1600 2600oC на период времени 10-2 - 10-3 с.4. Carry out the thermal decomposition of the mixture with air by compressing it in the reactor with a piston towards the top dead center until it ignites and obtains temperatures of 1600 2600 o C for a period of time 10 -2 - 10 -3 s.

Термическое разложение смеси с инертным газом осуществляют в реакторе при температуре 1800 4200oC, получаемой путем сжатия смеси движением поршня к верхней мертвой точке до получения указанной температуры на период 10-2 10-3 с.Thermal decomposition of the mixture with an inert gas is carried out in a reactor at a temperature of 1800 4200 o C, obtained by compressing the mixture by moving the piston to top dead center until the specified temperature is obtained for a period of 10 -2 10 -3 s.

5. Охлаждают продукты процесса, расширяя их за счет движения поршня в реакторе в направлении к нижней мертвой точке. 5. Cool the products of the process, expanding them due to the movement of the piston in the reactor towards the bottom dead center.

6. Выводят продукты процесса из реактора при движении поршня к верхней мертвой точке. 6. The process products are removed from the reactor when the piston moves to top dead center.

7. При проведении процесса с участием воздуха используют кинетическую энергию механизма движения в химическом реакторе сжатия для получения электроэнергии в генераторе, установленном на валу химического реактора сжатия. 7. When conducting a process involving air, the kinetic energy of the movement mechanism in the chemical compression reactor is used to generate electricity in a generator mounted on the shaft of the chemical compression reactor.

8. Выделяют из продуктов процесса, выведенных из реактора, технический углерод. 8. Carbon black is isolated from the process products withdrawn from the reactor.

Способ получения технического углерода поясняется чертежом, на котором изображена схема установки. The method of producing carbon black is illustrated by the drawing, which shows the installation diagram.

Установка содержит химический реактор сжатия 1, представляющий собой замкнутый реакционный объем, в котором размещен поршень 2, впускной клапан 3, размещенный в зоне верхней мертвой точки реактора 1, для подвода рабочей смеси: углеводородного сырья с воздухом или инертным газом, связанный трубопроводом с реактором 4 подогрева указанной смеси, соединенным со смесителем 5 указанных исходных продуктов, выпускной клапан 6, расположенный в зоне верхней мертвой точки реактора для отвода продуктов процесса из химического реактора сжатия 1. Поршень 2 химического реактора сжатия 1 соединен с кривошипно-шатунным механизмом 7 типа, например, дизельного двигателя. С валом кривошипа соединен электродвигатель 8, либо привод другого вида в зависимости от степени автономности установки и условий ее эксплуатации. На том же валу химического реактора сжатия 1 установлен электрогенератор 9. The installation contains a chemical compression reactor 1, which is a closed reaction volume in which a piston 2 is placed, an inlet valve 3 located in the zone of the top dead center of the reactor 1, for supplying a working mixture: hydrocarbon feedstock with air or inert gas, connected by a pipeline to the reactor 4 heating the specified mixture, connected to the mixer 5 of the specified source products, the exhaust valve 6, located in the zone of the top dead center of the reactor for removal of the process products from the chemical compression reactor 1. Piston 2 compression chemical reactor 1 is connected to a crank mechanism 7 type, such as a diesel engine. An electric motor 8 is connected to the crank shaft, or another type of drive, depending on the degree of autonomy of the installation and the conditions of its operation. An electric generator 9 is installed on the same shaft of the chemical compression reactor 1.

Через выпускной клапан 6 реакционный объем химического реактора сжатия соединен с системой 10 выделения технического углерода из продуктов процесса. Through the exhaust valve 6, the reaction volume of the chemical compression reactor is connected to the carbon black emission system 10 from the process products.

Установка имеет также систему подготовки рабочей смеси из углеводородного сырья и воздуха или инертного газа, включающую дозирующие и измерительные устройства. Реактор 4 предварительного подогрева рабочей смеси включает подогреватель или рекуперативный теплообменник, или теплообменник, в который направляют продукты процесса из реакционного объема реактора 1. The installation also has a system for preparing the working mixture from hydrocarbon raw materials and air or inert gas, including dosing and measuring devices. The reactor 4 for preheating the working mixture includes a heater or a recuperative heat exchanger, or a heat exchanger into which the products of the process are sent from the reaction volume of the reactor 1.

Система 10 выделения технического углерода из продуктов процесса включает циклоны и электрофильтры, а также мембранные фильтры для выделения водорода с целью его дальнейшего использования. The system 10 for the separation of carbon black from the process products includes cyclones and electrostatic precipitators, as well as membrane filters for hydrogen evolution for its further use.

Работа установки и осуществление способа происходят следующим образом. The operation of the installation and the implementation of the method are as follows.

В смеситель 5 подают углеводородное сырье и воздух или инертный газ в указанных выше соотношениях. In the mixer 5 serves hydrocarbon feed and air or inert gas in the above proportions.

Полученную смесь подают в реактор 4 подогрева смеси до указанных выше температур и подогретую смесь через клапан 3 подают в реакционный объем химического реактора сжатия 1, в котором с помощью движения поршня 2 к верхней мертвой точке смесь с воздухом сжимают до температуры ее самовоспламенения и получения температур 1400 2600oC на период времени 10-2 - 10-3 с, при которых происходит сжигание и термическое разложение рабочей смеси. Термическое разложение смеси с инертным газом осуществляют при сжатии ее поршнем до температур 1800 4200oС на период 10-2 - 10-3 с.The resulting mixture is fed into the reactor 4 to heat the mixture to the above temperatures and the heated mixture through the valve 3 is fed into the reaction volume of the chemical compression reactor 1, in which, using the movement of the piston 2 to the top dead center, the mixture with air is compressed to its self-ignition temperature and 1400 2600 o C for a period of time 10 -2 - 10 -3 s, during which the combustion and thermal decomposition of the working mixture occurs. Thermal decomposition of the mixture with an inert gas is carried out by compressing it with a piston to a temperature of 1800 4200 o C for a period of 10 -2 - 10 -3 s.

При движении поршня 2 в реакторе к нижней мертвой точке происходит расширение продуктов процесса, охлаждение их и закалка, причем тепловая энергия этих продуктов неполного окисления превращается в механическую энергию механизма движения, используемую при помощи электрогенератора 9. При последующем движении поршня 2 к верхней мертвой точке продукты процесса выводят из реактора 1 через выпускной клапан 6. Подача в реактор свежей рабочей смеси происходит при движении поршня 2 в реакторе 1 к нижней мертвой точке и открытии впускного клапана 3. Возвратно-поступательное движение поршня 2 в реакторе 1 осуществляют с частотой не менее 300 мин-1.When the piston 2 moves in the reactor to the bottom dead center, the products of the process expand, cool and quench, and the thermal energy of these products of incomplete oxidation is converted into mechanical energy of the movement mechanism used by the electric generator 9. During the subsequent movement of the piston 2 to the top dead center the process is removed from the reactor 1 through the exhaust valve 6. The fresh working mixture is supplied to the reactor when the piston 2 in the reactor 1 moves to the bottom dead center and the inlet valve 3 is opened. The reciprocating movement of the piston 2 in the reactor 1 is carried out with a frequency of at least 300 min -1 .

В системе 10 выделения технического углерода происходит выделение из продуктов процесса с помощью различных факторов технического углерода. In the carbon black emission system 10, carbon black is extracted from process products by various carbon black factors.

Примеры осуществления способа получения технического углерода приведены в табл. 1 и 2, причем в табл. 1 показаны параметры способа получения технического углерода при терморазложении смеси углеводородного сырья и воздуха, а в табл. 2 приведены параметры способа при терморазложении смеси углеводородного сырья и инертного газа. Examples of the method for producing carbon black are given in table. 1 and 2, and in table. 1 shows the parameters of the method for producing carbon black during thermal decomposition of a mixture of hydrocarbons and air, and in table. 2 shows the parameters of the method during thermal decomposition of a mixture of hydrocarbons and inert gas.

Способ получения технического углерода с параметрами, показанными в таблицах, осуществлен на установке, включающей модифицированный дизельный двигатель типа Ч 8,5/11 (1Р2-6), перерабатывающий углеводородное газовое сырье. Кроме того, двигатель при осуществлении способа получения технического углерода вырабатывает электрическую энергию, составляющую по мощности ≈ 30% от уровня вырабатываемой этим двигателем энергии. The method of producing carbon black with the parameters shown in the tables was carried out on a plant including a modified diesel engine of type Ch 8.5 / 11 (1P2-6), processing hydrocarbon gas raw materials. In addition, the engine, when implementing the method for producing carbon black, generates electrical energy, which in terms of power is ≈ 30% of the level of energy generated by this engine.

Приведенные примеры показывают, что при выходе технического углерода к исходному сырью на уровне известных процессов удельная производительность в способе с использованием смеси углеводородного сырья с воздухом выше ≈ в 200 раз, а в способе с инертным газом удельная производительность выше ≈ в 60 раз. The above examples show that when the carbon black reaches the feedstock at the level of known processes, the specific productivity in the method using a mixture of hydrocarbon raw materials with air is ≈200 times higher, and in the inert gas method, the specific productivity is ≈60 times higher.

Исследования образцов получаемого технического углерода показали, что по своим основным характеристикам удельной поверхности, определяющей усиливающие свойства техуглерода в резине и его черноту, а также структурности, образцы технического углерода близки к показателям активного канального техуглерода и глубокочерного техуглерода, применяемого в полиграфии. Достоинством является и низкое содержание серы, что вообще свойственно для саж из бессернистого газового сырья. Studies of samples of carbon black obtained showed that, in terms of their basic characteristics of the specific surface, which determines the reinforcing properties of carbon black in rubber and its blackness, as well as structurality, carbon black samples are close to those of active channel carbon black and deep black carbon used in printing. The advantage is the low sulfur content, which is generally characteristic of soot from sulfur-free gas raw materials.

Claims (2)

1. Способ получения технического углерода, включающий сжигание газообразного углеродоводородного сырья с воздухом и терморазложение углеводородов в реакторе, вывод продуктов процесса и выделениие из них технического углерода, отличающийся тем, что предварительно смешивают углеводородное сырье с воздухом до α 0,15 0,45, нагревают эту смесь до 200 450oС и подают ее в химический реактор сжатия, где сжигание и термическое разложение осуществляют путем сжатия смеси поршнем при его движении в направлении к верхней мертвой точке до ее воспламенения и получения температур 1600 2600oС на период времени 10-2 - 10-3 с, затем охлаждают продукты процесса, расширяя их за счет движения поршня в реакторе в направлении к нижней мертвой точке, одновременно используя кинетическую энергию механизма движения в химическом реакторе сжатия для получения электроэнергии, и выводят продукты из реактора при движении поршня к верхней мертвой точке, после чего выделяют из продуктов процесса технический углерод, а подачу в реактор свежей смеси углеводородного сырья с воздухом осуществляют при движении поршня химического реактора сжатия к нижней мертвой точке.1. The method of producing carbon black, including the combustion of gaseous hydrocarbon raw materials with air and thermal decomposition of hydrocarbons in the reactor, the removal of process products and the separation of carbon black from them, characterized in that the hydrocarbon feed is pre-mixed with air to α 0.15 0.45, heated this mixture to 200 450 o C and serves it in a chemical compression reactor, where combustion and thermal decomposition is carried out by compressing the mixture with a piston as it moves towards the top dead center until it ignites and obtaining temperatures 1600 2600 o C for a period of time 10 - 2 - 10 - 3 s, then cool the products of the process, expanding them by moving the piston in the reactor towards the bottom dead center, while simultaneously using the kinetic energy of the mechanism of motion in a chemical compression reactor for generating electricity, and the products are removed from the reactor when the piston moves to top dead center, after which carbon black is isolated from the process products, and a fresh mixture of hydrocarbon feed with air is fed into the reactor when the piston moves chemical reactor compression to bottom dead center. 2. Способ получения технического углерода, включающий терморазложение углеводородов в смеси с инертным газом, вывод продуктов процесса, выделение из них технического углерода, отличающийся тем, что предварительно смешивают углеводородное сырье с инертным газом в соотношении, обеспечивающем значение показателя адиабаты в пределах 1,3 1,5, нагревают эту смесь до 250 - 550oС и подают ее в химический реактор сжатия, а термическое разложение осуществляют в этом реакторе при температуре 1800 4200oС, получаемой путем сжатия смеси при движении поршня к верхней мертвой точке до получения указанной температуры на период времени 10-2 - 10-3 с, затем охлаждают продукты процесса, расширяя их за счет движения поршня в реакторе в направлении к нижней мертвой точке, и выводят продукты процесса из реактора при движении поршня к верхней мертвой точке, после чего выделяют из продуктов процесса технический углерод, а подачу в реактор свежей смеси углеводородного сырья с инертным газом осуществляют при движении поршня химического реактора сжатия к нижней мертвой точке.2. A method of producing carbon black, including thermal decomposition of hydrocarbons mixed with an inert gas, output of process products, separation of carbon black from them, characterized in that the hydrocarbon feedstock is preliminarily mixed with an inert gas in a ratio providing an adiabatic index value within 1.3 1 5, heat this mixture to 250 - 550 o C and feed it into a chemical compression reactor, and thermal decomposition is carried out in this reactor at a temperature of 1800 4200 o C, obtained by compressing the mixture when the piston moves to top dead center until the specified temperature is obtained for a period of time 10 - 2 - 10 - 3 s, then the process products are cooled, expanding them by moving the piston in the reactor towards the bottom dead center, and the process products are removed from the reactor when the piston moves to the top dead point, after which carbon black is isolated from the process products, and a fresh mixture of hydrocarbon feedstock with inert gas is fed into the reactor when the piston of the chemical compression reactor moves to the bottom dead point.
RU96116539A 1996-08-13 1996-08-13 Method of preparing carbon black (versions) RU2096433C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96116539A RU2096433C1 (en) 1996-08-13 1996-08-13 Method of preparing carbon black (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96116539A RU2096433C1 (en) 1996-08-13 1996-08-13 Method of preparing carbon black (versions)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2096433C1 true RU2096433C1 (en) 1997-11-20
RU96116539A RU96116539A (en) 1998-02-10

Family

ID=20184500

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96116539A RU2096433C1 (en) 1996-08-13 1996-08-13 Method of preparing carbon black (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2096433C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8871173B2 (en) 2010-02-19 2014-10-28 Cabot Corporation Method for carbon black production using preheated feedstock and apparatus for same
CN112745700A (en) * 2021-01-13 2021-05-04 无锡东恒新能源科技有限公司 Method and apparatus for producing carbon black

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Авторское свидетельство СССР, N 323420, кл. C 09C 1/50, 1971. 2. Авторское свидетельство СССР, N 1673583, кл. C 09 C 1/50, 1991. 3. Авторское свидетельство СССР, N 1399317, кл. C 09 C 1/50, 1988. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8871173B2 (en) 2010-02-19 2014-10-28 Cabot Corporation Method for carbon black production using preheated feedstock and apparatus for same
RU2545329C2 (en) * 2010-02-19 2015-03-27 Кабот Корпорейшн Method and device for production of carbon black with application of heated initial material
US9574087B2 (en) 2010-02-19 2017-02-21 Cabot Corporation Method for carbon black production using preheated feedstock and apparatus for same
CN112745700A (en) * 2021-01-13 2021-05-04 无锡东恒新能源科技有限公司 Method and apparatus for producing carbon black

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4683748B2 (en) Reactor reaction equipment with supercritical water or subcritical water
WO2007012151A1 (en) A method of converting coal into fuels
PL288895A1 (en) Method of and system for generating mechanical energy
KR101206490B1 (en) Method for producing synthesis gas in a plant consisting of a compression-type internal combustion engine
US4575383A (en) Process for producing acetylene using a heterogeneous mixture
RU2096313C1 (en) Method of generating synthesis gas
RU2096433C1 (en) Method of preparing carbon black (versions)
US3320154A (en) Method for cracking hydrocarbon products
US6703149B2 (en) Method and apparatus for producing reformed hydrocarbon and hydrogen, engine installed with fuel cell, and energy station
RU2188846C1 (en) Hydrocarbon feedstock processing method
RU2191743C2 (en) Method of production of synthesis gas and device for realization of this method
US4570028A (en) Process for producing acetylene using a homogeneous mixture
RU2136580C1 (en) Synthesis gas production process
US2992075A (en) Preparation of carbon black
RU2145626C1 (en) Method of hydrocarbon stock conversion
RU2066700C1 (en) Titanium carbide production method
SU1624000A1 (en) Method of producing carbon black
RU96116539A (en) METHOD FOR PRODUCING TECHNICAL CARBON (ITS OPTIONS)
RU2817953C1 (en) Method of processing methane-containing gas into synthesis gas in chemical reactor of adiabatic compression
GB930103A (en) Conversion of carbon compounds, water and air to hydrogen and electrical energy
RU2116325C1 (en) Carbon black production process
RU2794914C1 (en) Method of obtaining thermal energy
RU2174992C2 (en) Thermal carbon black production process
RU2128196C1 (en) Method of processing worn-out tires
SU1765160A1 (en) Method of formcoke production