Технологическая схема производства технического углерода термическим разложением и гранулирования «мокрым» способом

Процесс предназначен для получения техниче­ского углерода марок ПМ-50, ПМ-75 и ПМ-100 путем термического разложения углеводородов при неполном турбулентном горении. Эти марки техни­ческого углерода в основном применяют при изго­товлении шин и резиновых технических изделий.

В качестве сырья используют смеси жидких продуктов нефтяного (60—70 % об.) и каменно­угольного (30—40 % об.) происхождения. Из про­дуктов нефтепереработки наиболее широко приме­няют термогазойль, зеленое масло, экстракты га­зойлей каталитического крекинга, а из продуктов коксохимии — антраценовое масло, хризеновую фракцию и пековый дистиллят. Сырье представляет собой углеводородные фракции, выкипающие при температуре выше 200 °С и содержащие значитель­ное количество ароматических углеводородов (60— 90 % масс.). Применяемое сырье в соответствии с тре­бованиями стандартов контролируется по следу­ющим показателям: плотность, индекс корреляции, показатель преломления, вязкость, содержание серы, влаги и механических примесей, коксуемость.

Целевым продуктом процесса является техниче­ский углерод — порошкообразное вещество, состоя­щее из субмикроскопических углеродных частиц близкой к сферической формы (размером от 9 до 600 нм), которые связаны в более или менее развет­вленные цепочки (структуры). Выход технического углерода в зависимости от качества используемого сырья изменяется в пределах 42—47, 49—54 и 56— 60 % (масс.) на сырье соответственно для марок ПМ-100, ПМ-75 и ПМ-50.

Помимо технического углерода в процессе об­разуются отходящие газы, состоящие из 10—16 % (об.) оксида углерода, 4—7 % (об.) диоксида угле­рода; 10—14 % (об.) водорода; до 0,4 % (об.) кисло­рода; до 1,0 % (об.) метана и высших углеводородов и до 69—72 % (об.) азота.

Установка состоит из следующих основных от­делений: подготовки сырья, реакторного, улавлива­ния, грануляции, складирования и утилизации от­ходов. В отделении подготовки сырья происходит прием, хранение, приготовление рабочих смесей, Обезвоживание, очистка от механических примесей, нагрев до необходимой температуры и подача при­садки в сырье (аппараты: центробежные насосы, паровые нагреватели, влагоиспаритель с пеноотде-лителем, печь и фильтр). В реакторном отделении .происходит разложение сырья в высокотемператур­ном потоке продуктов сгорания с образованием тех­нического углерода, а также охлаждение сажега-зовой смеси (аппараты: реактор, воздухоподогрева­тель, коллектор, холодильник-ороситель). В отде­лении улавливания выделяется технический углерод из газообразных продуктов реакции (аппараты: циклоны, рукавные фильтры, калорифер, вентиля­торы). В отделении грануляции происходит очистка технического углерода от посторонних включений, его уплотнение и гранулирование (аппараты: смеситель-гранулятор, сушильный барабан, элеватор, конвейер, сепаратор). Технологическая схема уста­новки представлена на рис. XII-3.

Подогретое до 80 °С сырье из резервуара центро­бежным насосом подается в паровой подогрева­тель, где оно подогревается до 100—120 °С. Далее сырье поступает во влагоиспаритель /, который соединен с пеноотделителем 2, сообщающимся с ат­мосферой. Пары воды удаляются в атмосферу, а ув­леченное пеной сырье периодически возвращается во влагоиспаритель. Обезвоженное сырье насосом 3 подается в беспламенный подогреватель 4 и, нагретый до 270—320 °С, направляется в фильтр тонкой очистки сырья 5. Подогретое и очищенное сырье направляется к сырьевым форсункам реактора 6.

На одном технологическом потоке установлено восемь циклонных реакторов производительностью до 500 кг/ч по сырью, из которых в работе находятся 5—7 реакторов, остальные в резерве или в ремонте.

В настоящее время получили распространение реакторы мощностью до 1500 кг/ч, и в этом случае на потоке устанавливают три реактора, два из кото­рых функционируют.

Сырье по кольцевому трубопроводу с ответвле­ниями вводится в каждый реактор,а его избыток по трубопроводу возвращается во влагоиспаритель 1. Для создания рабочей температуры в реактор по­дают природный газ и предварительно подогретый в воздухоподогревателе 7 воздух на горение. При впрыскивании сырья в высокотемпературный поток продуктов сгорания топлива в результате термиче- ского разложения образуется технический углерод (сажа). Процесс сажеобразования длится доли се­кунды, и для предотвращения вторичных процессов в соответствующую по длине реактора точку (в за­висимости от марки получаемого продукта) подается форсунками химически очищенная вода. Охлажден­ная сажегазовая смесь из реактора 6 через воздухо­подогреватель 7 по коллектору 8 (сборник для всех реакторов потока) поступает в холодильник-ороси­тель 9. При сушке футеровки или в случае аварийной ситуации газы направляют на установку дожига или в котельную.

Сажегазовая смесь с температурой до 280 °С поступает в четыре последовательно установленных циклона 10, где улавливается до 90—95 % (масс.) технического углерода; остальная часть доулавли-вается в восьмисекционных рукавных фильтрах 11. Часть очищенных газов вентилятором 12 возвра­щается в систему фильтров для продувки, а основная масса вентилятором подается на дожиг или в котельную. Технический углерод из бункеров рукав­ного фильтра 11 через шлюзовые затворы поступает в систему рециркуляционного пневмотранспорта, а затем вентилятором подается во второй циклон. Это осуществляется для предотвращения попадания воздуха в фильтр.

Из циклонов 10 технический углерод вентилято­ром 14 подается на гранулирование. Пневмотранс­порт осуществляется подогретым в калорифере 13 воздухом или отходящим газом производства. В си­стеме пневмотранспорта установлены инерционный сепаратор 15 и микроизмельчитель 16 для очистки технического углерода от посторонних включений и измельчения спекшихся углеродных частиц.

Из системы пневмотранспорта технический угле­род улавливается циклонами 17, а воздух доочи-щается от остатков частиц углерода в рукавном фильтре 18. Из фильтра очищенный воздух выбра­сывается в атмосферу вентилятором 19, а техниче­ский углерод из аппаратов 17 и 18 через шлюзовые затворы шнековыми транспортерами подается в бун­кер-уплотнитель 20, где освобождается от воздуха и уплотняется. Из аппарата 20 через шлюзовый затвор технический углерод поступает в один из двух смесителей-грануляторов 21, куда одновременно подается вода или связующий раствор, подготовлен­ный в смесителе 22. В смеситель направляют также подогретую воду и связующее из приемника с по­мощью дозирующего насоса.

При смешении водного раствора связующего с техническим углеродом образуются влажные гра­нулы, которые из аппарата 21 направляются во вращающийся сушильный барабан 25, обогреваемый дымовыми газами. Часть этих газов просасывается из сушильной камеры в барабан, откуда вентиля­тором 23 направляется в рукавный фильтр 24, где газы очищаются и далее вентилятором выво­дятся в атмосферу. Технический углерод из филь­тра 24 через шлюзовые затворы и винтовой кон­вейер поступает в уравнительный бункер-уплотни­тель 20.

Гранулированный продукт из сушильного бара­бана 25 элеватором 26 направляется на весоизмери-тель 27. Отсюда он транспортируется ленточным конвейером 28 через магнитный сепаратор в бун­кер 33 надрельсового склада и далее грузится в ва­гоны-хопперы или развешивается упаковочной ма­шиной в специальные мешки. Некондиционная продукция через бункер 29 вен­тилятором 30 подается в циклон 31. Воздух из циклона 31 для очистки от частиц углерода поступает в рукавный фильтр аспирации 32 и вентилятором выводится в атмосферу. Углерод из аппаратов 31 и 32 по винтовым конвейерам возвращается в бун­кер-уплотнитель 20.

Технологическое и транспортное оборудование отделения грануляции находится под разрежением. Аспирационный воздух, отсасываемый специальным вентилятором от весоизмерителя, винтовых и лен­точного конвейеров, бункеров готовой продукции и некондиционного технического углерода, упако­вочного полуавтомата, подается в циклон аспирации и рукавный фильтр. Углерод, уловленный в этих аппаратах, направляется в бункер 20.

Технологический режим установки при получе­нии технического углерода различных марок:

	ПМ-50	ПМ-75	ПМ-100
Нагрузка по сырью, т/ч Расход на 1 кг сырья воды на охлажде­ние, кг топливного газа, м3 воздух на распыле­ние сырья, м3 Температура, °С сырья в зоне реакции сажегазовой смеси на входе в воздухоподогреватель то же, в рукавный фильтр воздуха в камеру горения воздуха на распыление сырья Давление, МПа сырья воздуха на распыление сырья газа воздуха на горение воды сажегазовой смеси в реакторе	0,9-1,0   1,6-1,8 0,15-0,17   0,50-0,56 270-320 1300-1320 650-700 до 210 300-400 250-300 0,8-1,2 0,6 0,25 0,06 1,8-2,0 0,012	0,7-0,8   2,1-2,4 0,26-0,30   0,44-0,50 270-320 1450-1470 650-700 до 210 300-400 250-300 0,8-1,2 0,6 0,25 0,06 1,8-2,0 0,012	0,5-0,6   3,3-3,6 0,37-0,44   0,50-0,60 270-320 1530-1550 650-700 до 210 300-400 250-300 0,8-1,2 0,6 0,25 0,06 1,8-2,0 0,012

Высокодисперсный технический углерод можно гранулировать сухим методом, т. е. без использова­ния связующего.

Характеристика сырья для производства техни­ческого углерода:

Показатели	Термогазойль	Экстракт каталитического газойля	Антраценовое масло	"Заводская композиция"
Плотность при 20°С, кг/м3 Показатель преломления, при 20°С Вязкость кинематическая, мм2/с при 50°С при 100°С Коксуемость по Конрадсону, % (масс.) Молекулярная масса Фракционный состав, °С н.к. 20% 50% 90% к.к. Температура застывания, °С Содержание, % (масс.) механических примесей золы влаги Групповой состав, % (масс.) парафино-нафтеновые ароматические легкие средние тяжелые смолистые вещества Элементный состав, % (масс.) углерод водород сера азот+кислород Индекс корреляции	1,5875   10,17 2,35 1,47     0,004 0,008 0,012   22,0 75,5 5,2 13,3 57,0 2,5   87,3 9,2 2,9 2,5	1,5842   16,07 2,47 0,77   -5   0,003 0,01 0,01   12,0 82,5 3,0 19,4 60,1 5,5   89,4 9,2 1,1 0,3	1,6762   7,52 2,85 0,79     0,019 0,029 1,00   2,0 88,3 1,4 2,5 84,4 9,7   90,6 6,4 0,5 2,5	1,6049   10,91 2,15 1,07     0,0 0,009 0,82   7,0 86,8 3,1 7,3 76,4 6,2   90,2 8,0 1,4 0,4

Физико-химические свойства технического углерода:

Показатели	ПМ-50	ПМ-75	ПМ-100
Удельная поверхность, м2/г геометрическая адсорбционная Абсорбция дибутилфталата (масляное число), мл/100 г PH водной суспензии Зольность, % (масс.) Содержание, % (масс.) серы остатка после просева через сито с сеткой 0045 К 014 К 05 К пыли в гранулированном техническом углероде Содержание гранул истиранию, % Насыпная плотность граннулированного технического углерода, г/1000 см3	-   8,2   0,22 0,83 0,08 0,012 0,0008	7,8   0,25 0,89 0,07 0,016 0,0005	8,5   0,28 0,95 0,09 0,017 0,0006