SU1693005A1

SU1693005A1 - Method of producing carbon black from natural gas

Info

Publication number: SU1693005A1
Application number: SU874226764A
Authority: SU
Inventors: Зулхаир Аймухаметович Мансуров; Берикказы Кадыржанович Тулеутаев; Ренат Хамитович Салахов; Георгий Иванович Ксандопуло; Валерий Тимофеевич Попов; Юрий Митрофаныч Королев; Александр Анатольевич Меркулов
Original assignee: Казахский государственный университет им.С.М.Кирова; Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Технического Углерода
Priority date: 1987-03-17
Filing date: 1987-03-17
Publication date: 1991-11-23

Description

Втора секци имеет то же отношение диаметра к длине da:l2 1:7, причем di d2, И 2. Втора секци охвачена нагреванием не полностью, а на 0,6 2. Выше нагревател втора секци охлаждаетс окружающим воздухом и сажегазова смесь на этом участке по существу закаливаетс .The second section has the same diameter-to-length ratio da: l2 1: 7, with di d2, and 2. The second section is not completely covered by heating, but by 0.6 2. Above the heater, the second section is cooled by ambient air and the soot-gas mixture in this area essentially quenched.

Выхлопна труба 7 находитс на рассто нии 0,9 la, а обе секции соедин ютс сужением, диаметр которого ЬСуж. относитс к диаметру секции как 1:3.The exhaust pipe 7 is at a distance of 0.9 la, and both sections are joined by a choke, the diameter of which is Suge. refers to the diameter of the section as 1: 3.

Втора секци расположена вертикально , а перва может располагатьс как вертикально , так и горизонтально.The second section is located vertically, and the first can be positioned both vertically and horizontally.

На фиг. 2 изображены нагревательные элементы секций 9 и 10, линии ввода углеводородного сырь 11, кислорода 12 и готовой газовой смеси 13 расходомеры сырь 14 и окислител -кислорода 15; резервуары 16 и 17 - с сырьем и окислителем, лини 18 ввода в змеевик высших углеводородов - пропана или бутана, расходомер 19 пропана или бутана, резервуар 20 пропана (СзНв) или бутана (СзНю), сажесборник 21 типа рукавных фильтров и бункер 22 сбора сажи.FIG. 2 shows the heating elements of sections 9 and 10, hydrocarbon feed line 11, oxygen 12 and the finished gas mixture 13 raw material flow meters 14 and oxygen-oxygen oxidizer 15; reservoirs 16 and 17 - with raw materials and oxidizing agents; line 18 for introducing higher hydrocarbons — propane or butane into the coil; flow meter 19; propane or butane; reservoir 20; propane (C3H) or butane (C3Nyu); .

Процесс с помощью устройства осуществл ют следующим образом,The process using the device is carried out as follows.

Природный газ из резервуара 16 и кислород из резервуара 17 отбирают через рас- ходомеры 14 и 15 и подают по трубопроводам 11 и 12 в трубопровод 13, где их смешивают в соотношении 1,63-2:1. Трубопроводы 11-13 представл ют собой тройник.Natural gas from reservoir 16 and oxygen from reservoir 17 are taken through flow meters 14 and 15 and supplied via pipelines 11 and 12 to pipeline 13, where they are mixed in a ratio of 1.63-2: 1. Piping 11-13 is a tee.

Газова смесь по трубопроводу 13 поступает в первую секцию 2 реактора с внешним нагревателем 9 со скоростью 3,3- 14 см/с. В этой секции смесь подогревают до 500-600°С и подают во вторую секцию 3 реактора с внешним нагревателем 10, где происходит ее воспламенение примерно в зоне на высоте одного диаметра секции от нижнего конца секции. Реакци здесь идет при 800-1200°С. Образовавша с сажегазова смесь через трубу 7 выхлопа поступает в сажесборник 21 типа рукавных фильтров, обогрев которой идет за счет отход щего тепла реакции. Материал фильтров изготовлен из стекловолокна. Уловленна сажа собираетс в бункере 22 саженакопител .The gas mixture through the pipeline 13 enters the first section 2 of the reactor with an external heater 9 at a speed of 3.3-14 cm / s. In this section, the mixture is heated to 500-600 ° C and is fed to the second section 3 of the reactor with an external heater 10, where it ignites approximately in the zone at the height of one section diameter from the lower end of the section. The reaction here goes at 800-1200 ° C. The waste gas mixture formed through the exhaust pipe 7 enters the dust collector 21 of a bag filter type, which is heated by the waste heat of the reaction. Filter material is made of fiberglass. The trapped soot is collected in a bunker 22 of a fuel storage unit.

Выбор скорости потока газовой смеси и температуры нагрева в секци х обусловлены следующим.The choice of the flow rate of the gas mixture and the heating temperature in the sections is determined by the following.

Минимальное значение скорости определ етс расходом потока, при котором не происходит проскок пламени из второй секции реактора в первую через сужение. При скорости выше 14 см/с снижаетс выход сажи.The minimum speed value is determined by the flow rate at which no flame bursts from the second section of the reactor to the first through a constriction. At speeds above 14 cm / s, the soot yield decreases.

При понижении температур в нижней секции ниже 500°С снижаетс выход сажи, а при температуре свыше 600°С может произойти воспламенение газовой смеси.When the temperatures in the lower section fall below 500 ° C, the soot yield decreases, and at temperatures above 600 ° C, the gas mixture may ignite.

Во второй секции ниже 800°С процессIn the second section below 800 ° C process

сажеобразовани идет слабо, а нагрев выше 1200°С энергетически не оправдан.soot formation is weak, and heating above 1200 ° C is not energetically justified.

Пример 1. Природный газ и кислород , предварительно смешанные в соотношении 1,8:1, поступают по трубопроводу 13 в первую секции реактора, где происходит нагрев до 600°С, а затем через перемычку 4 газова смесь поступает во вторую секцию , где температура достигает 900°С мExample 1. Natural gas and oxygen, pre-mixed in a ratio of 1.8: 1, flow through conduit 13 into the first section of the reactor, where it is heated to 600 ° C, and then through the bridge 4, the gas mixture enters the second section, where the temperature reaches 900 ° С m

происходит воспламенение. Так как смесь богата углеводородом, то часть углеводорода , сгора дает зону горени с температурой 1250°С. Остальна часть углеводорода, проход через зону горени , образует сажу. Количество образовавшейс сажи равно 10,52 г, что составл ет 15% в пересчете на углерод исходного сырь . Также образуютс газообразные продукты горени , такие как С02, С2Н4, Н2, Н20, СО. Полученна сажа имеет удельную геометрическую поверхность 40 м2/г и масл ное число равное 90мл/100 г. Ввод высших углеводородов не нужен, так как температура стенок реактора достаточна дл воспламенени мётанкислородной смеси.ignition occurs. Since the mixture is rich in hydrocarbons, part of the hydrocarbon, the combustion gives a combustion zone with a temperature of 1250 ° C. The remainder of the hydrocarbon, the passage through the combustion zone, forms soot. The amount of carbon black formed is 10.52 g, which is 15% based on the carbon of the raw material. Gaseous products of combustion are also formed, such as C02, C2H4, H2, H2O, CO. The resulting soot has a specific geometric surface of 40 m2 / g and an oil number of 90 ml / 100 g. No input of higher hydrocarbons is needed, since the temperature of the reactor walls is sufficient to ignite the methane-oxygen mixture.

Пример 2. Способ осуществл етс аналогично примеру 1, но при отношении газа и кислорода 1,63:1 и при температуре в первой секции 500°С, а во второй секцииExample 2. The method is carried out analogously to example 1, but with a gas and oxygen ratio of 1.63: 1 and at a temperature in the first section of 500 ° C and in the second section

800°С. Количество образовавшейс сажи равно 8,65 г, что составл ет на углерод исходного сырь 8%. Удельна геометрическа поверхность равна 45 м2/г и масл ное число 95 мл/100 г. Ввод высших углеводородов необходим, так как при этих температурах воспламенение метанкислородной смеси затруднен. Ввод т, например, пропан в количестве не более 5% от количества вводимого метана. При этом длина змеевика относитс к длине первой секции как 2:1. При меньшей длине змеевика пропан не успевает прогреватьс . Соотношение диаметров змеевика и первой секции составл ет 1:8. Диаметр змеевика ограничен800 ° C. The amount of carbon black formed is 8.65 g, which is 8% per carbon of the feedstock. The specific geometric surface is 45 m2 / g and the oil number is 95 ml / 100 g. It is necessary to inject higher hydrocarbons, since at these temperatures the methane – oxygen mixture is difficult to ignite. For example, propane is introduced in an amount of not more than 5% of the amount of methane introduced. The length of the coil refers to the length of the first section as 2: 1. With a shorter coil length, propane does not have time to warm up. The ratio of the diameters of the coil and the first section is 1: 8. Coil diameter limited

диаметром перемычки.lintel diameter.

Пример 3. Способ осуществл етс аналогично примеру 1, Отношение газа к кислороду равно 2:1. Процесс идет при температуре первой секции 550°С и второй секции 1200°С. Количество образовавшейс сажи равно 15,64 г, что составл ет на углерод исходного сырь 23%. Удельна геометрическа поверхность равна 41 м2/г и масл ное число 104 мл/100 г. При данныхExample 3. The method is carried out analogously to example 1. The ratio of gas to oxygen is 2: 1. The process takes place at a temperature of the first section 550 ° С and the second section 1200 ° С. The amount of carbon black formed is 15.64 g, which is 23% per carbon of the feedstock. The specific geometric surface is 41 m2 / g and the oil number is 104 ml / 100 g. With data

температурах ввод высших углеводородов не нужен.temperatures input of higher hydrocarbons is not needed.

Пример 4. Способ осуществл ют аналогично примеру 2. Отношение природного газа и кислорода равно 1.74:1, температура первой секции 550°С, второй секции 650°С. В этом примере ввод т пропан в количестве 5% от количества вводимого метана . Длина змеевика относитс к длине первой секции как 3:1, а диаметры относ тс как 1:10. Выход сажи составил 3,8%. Количество образовавшейс сажи равно 4,16 г.Example 4. The method is carried out analogously to example 2. The ratio of natural gas and oxygen is 1.74: 1, the temperature of the first section is 550 ° C, and the second section is 650 ° C. In this example, propane is introduced in an amount of 5% of the amount of methane introduced. The length of the coil refers to the length of the first section as 3: 1, and the diameters refer to 1:10. The yield of carbon black was 3.8%. The amount of soot formed is 4.16 g.

Результаты опытов по примерам 1-6 по получению сажи по изобретению при различных услови х процесса приведены в таблице .The results of the experiments of examples 1-6 for the preparation of carbon black according to the invention under various conditions of the process are shown in the table.

Преимуществом предлагаемого способа получени сажи вл етс его относительна простота получени по сравнению с известным.The advantage of the proposed method for producing carbon black is its relative ease of preparation compared to the known one.

Осуществление способа происходит при сравнительно небольших температурах и, следовательно, при небольших энергетических затратах. Кварцевый реактор может работать долго и не требует специальной огнеупорной футеровки, которую периодически необходимо мен ть, останавлива The implementation of the method occurs at relatively low temperatures and, therefore, with low energy costs. The quartz reactor can work for a long time and does not require a special refractory lining, which must be periodically changed, stopping

при этом весь процесс. В случае необходимости кварцевый реактор может быть заменен на керамический. Аппарат дл осуществлени способа не требует специальных конструкций, как рекуперативный нагреватель, огневой калорифер и не требует специальной закалки водой образовавшейс сажи. Полученна сажа по изобретению не имеет зольных остатков иwith the whole process. If necessary, the quartz reactor can be replaced with a ceramic one. The apparatus for carrying out the method does not require special structures, such as a recuperative heater, a fire heater, and does not require special quenching of the soot formed with water. The carbon black according to the invention has no ash residues and

имеет удельную геометрическую поверхность в 1,5 выше, чем по прототипу известному способу.has a specific geometric surface 1.5 higher than the prototype of a known method.

Claims

Invention Formula

1 g. A method for producing carbon black from natural gas, which includes feeding it in a mixture with oxygen-containing gas, then burning it and hardening the formed carbon dioxide products, characterized in that, in order to reduce the ash content of soot, natural gas is supplied with oxygen at a volume ratio of 1.63 -2: 1 at a speed of 3.3-14 cm / s, the flow of the mixture is heated to 500-600 ° C, passed through a narrowing at a speed of 29.7-126 cm / s and then served on

burning.

2. The way pop. 1, characterized in that the combustion is carried out at 800-1200 ° C.

Note, t is defined as the ratio of the reactor volume V, cm to the flow rate of the gas mixture Q, cm3 / s,

figure 1

0 / rrxofau (t / e. Ff eff36 / pe0 qt / & L

22

17