CS220704B1

CS220704B1 - Method of production of special carbon black

Info

Publication number: CS220704B1
Application number: CS389881A
Authority: CS
Inventors: Karel Svoboda; Jaromir Posival; Frantisek Necesany; Milan Sykora; Vratislav Domalip
Original assignee: Karel Svoboda; Jaromir Posival; Frantisek Necesany; Milan Sykora; Vratislav Domalip
Priority date: 1981-05-27
Filing date: 1981-05-27
Publication date: 1983-04-29

Abstract

Vynález se týká produktů zplyňování ropných a dehtových surovin v přítomnosti kyslíku a vodní páry. Vynález řeší problém přípravy speciálních sazí s poměrně velkým specifickým povrchem a rozvinutou porézní strukturou, které neobsahují prakticky žádné látky s karcinogenními účinky. Speciální saze jsou použitelné například jako přísada při barvení polyolefinů určených pro styk s poživatinami, jako plnidlo do kaučuků a plastických hmot apod. Podstata vynálezu spočívá v regulaci technologického režimu zplyňování za vzniku generátorového plynu a sazí speciálních vlastností jako nového žádaného produktu. Řízením pracovních podmínek parciální oxidace se dosáhne vysoké kvality sazí a dokonalejšího využití produktů zplynování.The invention relates to products of gasification of petroleum and tar raw materials in the presence of oxygen and water vapor. The invention solves the problem of preparing special carbon blacks with a relatively large specific surface area and a developed porous structure, which contain practically no substances with carcinogenic effects. Special carbon blacks can be used, for example, as an additive in the coloring of polyolefins intended for contact with foodstuffs, as a filler for rubbers and plastics, etc. The essence of the invention lies in regulating the technological regime of gasification to form producer gas and carbon black with special properties as a new desired product. By controlling the working conditions of partial oxidation, high quality carbon black and more perfect utilization of gasification products are achieved.

Description

Vynález se týká způsobu výroby speciálních sazí jako nového produktu parciální oxidace ropných a dehtových surovin v přítomnosti kyslíku a vodní páry. Saze lze využívat například jako přísadu pro barvení polyolefinů určených pro styk s poživatinami nebo pro přípravu speciálních izolací v kabelové technice.The present invention relates to a process for producing special carbon black as a novel product of the partial oxidation of petroleum and tar feedstocks in the presence of oxygen and water vapor. Carbon black can be used, for example, as an additive for dyeing polyolefins intended to come into contact with foodstuffs or for preparing special insulations in cable technology.

Hlavním produktem zplyňovacího procesu jsou dosud plynné produkty, které představují surovinu pro výrobu syntézního plynu a technického vodíku. Vedlejším produktem parciální oxidace uhlovodíkových směsí jsou saze, které se odstraňují z proudu vzniklého generátorového plynu vypíráním vodou za vzniku vodné suspenze nazývané sazová voda. Sazová voda s obsahem 10 až 20 g/1 sazí představuje dosud nežádoucí odpad, který se zpracovává za použití mazutu na pevné palivo — sazové peletky nebo kapalné palivo — sazový olej, což je suspenze sazí v uhlovodíkové směsi, například mazutu, a likviduje se spalováním.The main products of the gasification process are still gaseous products, which are the raw material for the production of synthesis gas and technical hydrogen. A byproduct of the partial oxidation of the hydrocarbon mixtures is carbon black, which is removed from the stream of generated gas by scrubbing with water to form an aqueous suspension called carbon black water. Carbon black containing 10 to 20 g / l of carbon black is an undesirable waste that is treated with solid fuel oil - soot pellets or liquid fuel - soot oil, a slurry of soot in a hydrocarbon mixture such as black oil, and disposed of by incineration .

Při zpracování ropných surovin ve zplyňovacím procesu se jako surovina obvykle používá atmosférický nebo vakuový destllační zbytek, při zplyňování dehtových surovin se používají výševroucí dehtové frakce. Jako palivo nastřlkované do reaktoru se používá směs některé uvedené výševroucí suroviny a sazového oleje, ve kterém je suspendováno 10 až 70 % vyrobených sazí.In the treatment of petroleum feedstocks in the gasification process, atmospheric or vacuum distillation residues are usually used as feedstock, and in the gasification of tar feedstocks, higher boiling tar fractions are used. The fuel injected into the reactor is a mixture of some of the above-mentioned higher-boiling feedstock and carbon black oil in which 10 to 70% of the carbon black produced is suspended.

Nyní bylo zjištěno a experimentálně ověřeno, že úpravou technologických podmínek zplyňovacího procesu, které lze realizovat na dosud užívaných zplyňovacích reaktorech, lze řídit kvalitu vznikajících sazových částic a získat jako nový produkt zplyňovacího procesu speciální saze, které neobsahují prakticky žádné kancerogenní látky, mají poměrně velký specifický povrch a proto jsou vhodné pro aplikační využití jednak u předmětů z plastů určených pro styk s poživatinami, a dále ve směsích s plasty a kaučukem jako náhrada dosud používaných acetylenových sazí.It has now been found and experimentally verified that by adjusting the technological conditions of the gasification process which can be realized on the gasification reactors hitherto used, the quality of the resulting carbon black particles can be controlled and special carbon blacks containing virtually no carcinogenic substances They are suitable for application in both plastic articles intended to come into contact with foodstuffs and in mixtures with plastics and rubber as a substitute for the acetylene carbon blacks used hitherto.

Při provozních zkouškách bylo ověřeno, že na dosud užívaných zplyňovacích generátorech při teplotách v oxidační zóně 1250 až 1370 °C a tlaku 3,3 až 3,6 MPa a při poměru kyslíku k palivu v rozmezí 0,60 až 0,73 m_n ³/kg a hmotnostního poměru vodní páry k palivu 1 : 3 až 10 : 18 se získají speciální saze s měrným povrchem stanoveným nízkoteplotní adsorpcí dusíku 500 až 900 m²/g, olejovým číslem 3 až 6 ml dibutylftalátu na 1 g sazí, celkovým objemem pórů 2 až 4 cm³/ /gram, obsahem popela pod 0,6 % hmotnosti a obsahem kancerogenních látek pod 0,5 ppm.During operation tests it was verified that on the gasification generators used so far at temperatures in the oxidation zone of 1250 to 1370 ° C and a pressure of 3.3 to 3.6 MPa and with an oxygen to fuel ratio in the range of 0.60 to 0.73 m _n ³ / kg and a water vapor to fuel ratio of 1: 3 to 10: 18, a special carbon black having a specific surface area determined by low temperature nitrogen adsorption of 500 to 900 m ² / g, an oil number of 3 to 6 ml dibutyl phthalate per 1 g of carbon black is obtained. 2 to 4 cm ³ / g, an ash content below 0.6% by weight and a carcinogenic content below 0.5 ppm.

Výše uvedené nevýhody nemá způsob výroby speciálních sazí oxidací ropných a dehtových surovin v přítomnosti kyslíku a vodní páry s následujícím vypíráním vodou a izolací, například peletizací za přídavku nepolárního rozpouštědla, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že zplyňovaná surovina, rozptýlená do kapek, se uvádí do styku se směsí kyslíku a vodní páry v poměru 0,60 až 0,73 m_n ³, výhodně 0,65 až 0,70 m_n ³ kyslíku na 1 kg nastřikované suroviny a 0,35 až 0,55 kg, výhodně 0,40 až 0,45 kg, vodní páry na 1 kg suroviny, za tlaku 3,3 ažThe above-mentioned disadvantages have no method of producing special carbon black by oxidation of petroleum and tar raw materials in the presence of oxygen and water vapor followed by water scrubbing and isolation, for example pelletizing with the addition of a nonpolar solvent, according to the invention. is contacted with a mixture of oxygen and steam in a ratio of 0.60 to 0.73 m ³ _N, preferably 0.65 to 0.70 m ³ _n oxygen per 1 kg of the feed raw materials and 0.35 to 0.55 kg, preferably 0.40 to 0.45 kg, water vapor per kg feedstock, at a pressure of 3.3 to 0.4 kg

3,6 MPa ve zplyňovacím prostoru a při teplotách v oxidační zóně 1200 až 1380 °C, výhodně 1300 až 1340 °C, za vzniku sazových částic, charakterizovaných měrným povrchem stanoveným adsorpcí dusíku 500 až 900 m²/g, olejovým číslem 3 až 6 ml dlbutylftalátu/g, případně celkovým objemem pórů v rozmezí 2 až 4 cm³/g, obsahem popela 0,1 až 0,6 % hmotnosti a obsahem kancerogenních látek nižším než 0,5 ppm, a plynných produktů zplyňovacího procesu, kterými jsou vzniklé sazové částice o velikosti shluků od 10 nm do 100 μτη unášeny ven ze zplyňovacího prostoru a odstraňují se z proudu plynu vypíráním upravenou měkkou vodou o tvrdosti nižší než 0,1 mval/1 za vzniku vodné suspenze, která se zbavuje sazí, například peletizací s uhlovodíkovými rozpouštědly.3.6 MPa in the gasification chamber and at temperatures in the oxidation zone of 1200 to 1380 ° C, preferably 1300 to 1340 ° C, to form soot particles characterized by a specific surface area determined by nitrogen adsorption of 500 to 900 m ² / g, oil number 3 to 6 ml of dibutyl phthalate / g, possibly with a total pore volume in the range of 2 to 4 cm ³ / g, an ash content of 0,1 to 0,6% by weight and a content of carcinogenic substances of less than 0,5 ppm, and gaseous products of the gasification process soot particles of agglomerates of 10 nm to 100 μτη are carried out of the gasification chamber and are removed from the gas stream by scrubbing with treated soft water of less than 0.1 mval / l hardness to form a soot-free aqueous suspension, for example by pelletizing with hydrocarbon solvents.

Výhodou způsobu podle vynálezu je, že se jím získají z odpadní suroviny kvalitní saze s velkým specifickým povrchem.An advantage of the process according to the invention is that it produces high-quality carbon black with a high specific surface area from the waste material.

Výtěžnost sazí vztažená na zpracovávanou surovinu se pohybuje v rozmezí 2,0 až 8,0 % hmotnosti. Vynález je blíže osvětlen v následujících příkladech.The carbon black yield, based on the feedstock being processed, is in the range of 2.0 to 8.0% by weight. The invention is illustrated by the following examples.

Příklad 1Example 1

Na provozním zplyňovacím reaktoru se zplyňuje mazut při teplotě 1320 °C a tlaku 3,43 MPa. Kyslík se do reakce dávkuje v množství 0,68 m_n ³ na 1 kg mazutu a hmotnostní poměr vodní páry k mazutu je 1 : 2.In the process gasification reactor, the oil is gasified at a temperature of 1320 ° C and a pressure of 3.43 MPa. Oxygen is fed into the reaction in an amount of 0.68 m ³ _n per 1 kg of fuel oil and the weight ratio of water vapor to the fuel oil is 1: 2nd

Na výstupu z reaktoru se z proudu plynů odstraní saze vypíráním upravenou měkkou vodou o tvrdosti 50 ^val/l. Vyrobené saze mají specifický povrch 712 m²/g, olejové číslo 4,1 ml dibutylftalátu/g, obsah popela je 0,2 °/o hmotnosti a množství kancerogenních látek stanovené chromatografickým rozborem extraktu vzorku různými rozpouštědly je 0,05 ppm. Výtěžnost sazí činí 5,2 % hmot. Příklad 2At the outlet of the reactor, soot is removed from the gas stream by scrubbing with treated soft water having a hardness of 50 .mu.l / l. The carbon black produced had a specific surface area of 712 m ² / g, an oil number of 4.1 ml dibutyl phthalate / g, an ash content of 0.2% by weight, and an amount of carcinogenic substances determined by chromatographic analysis of sample extract with various solvents is 0.05 ppm. The yield of the carbon black was 5.2 wt. Example 2

Na provozním zplyňovacím reaktoru se zplyňuje mazut při teplotě 1370 °C a tlaku 3,40 MPa. Poměr kyslíku k nastřikované surovině je 0,70 m_n ³/kg a vodní pára se dávkuje v množství 0,45 kg/kg. Vyrobí se saze s následujícími kvalitativními parametry: měrný povrch 825 m²/g, celkový objem pórů 2,95 cm³/g, obsah popela 0,48 % hmotnosti, obsah kancerogenních látek 0,10 ppm. Množství sazí vztažené na 1 kg zpracované suroviny je 25,8 g sazí. Velikost shluků částic se pohybuje od 30 ^m do 2000 μτη.In the process gasification reactor, the oil is gasified at a temperature of 1370 ° C and a pressure of 3.40 MPa. The ratio of oxygen to feedstock is 0.70 m _n ³ / kg and water vapor is dosed at 0.45 kg / kg. The carbon black is produced with the following quality parameters: specific surface area 825 m ² / g, total pore volume 2.95 cm ³ / g, ash content 0.48% by weight, carcinogenic content 0.10 ppm. The amount of carbon black per 1 kg of processed feedstock is 25.8 g of carbon black. The particle size ranges from 30 µm to 2000 µτη.

Příklad 3Example 3

Zplyňuje se vakuový destilační zbytek při teplotě 1270 °C a tlaku 3,51 MPa. Spotřeba kyslíku činí 0,64 m_n ³/kg paliva a hmotnostní poměr vodní páry k surovině na vstupu do reaktoru je 1 : 2,4.The vacuum distillation residue is degassed at a temperature of 1270 ° C and a pressure of 3.51 MPa. The consumption of oxygen is 0.64 m ³ _n / kg of fuel, and the weight ratio of steam to feedstock at the inlet of the reactor is 1: 2.4.

Získají se saze v množství 68 g na 1 kg suroviny s měrným povrchem 620 m²/g, obsahem popela 0,41 % hmotnosti, celkovým objemem pórů 2,6 cm³/g. Obsah kancerogenních látek ve vyrobených sazích je 0,28 ppm.This gives 68 g per kg of raw material with a specific surface area of 620 m ² / g, an ash content of 0.41% by weight, and a total pore volume of 2.6 cm ³ / g. The content of carcinogenic substances in the carbon black produced is 0.28 ppm.

Claims

Process for the production of special carbon blacks used, for example, as an additive to colored polyolefins intended for contact with foodstuffs or for the production of special insulating layers in cable technology by partial oxidation of petroleum and tar raw materials in the presence of oxygen and water vapor followed by water scrubbing and insulation, e.g. solvent, wherein the gasified raw material is dispersed into drops is contacted with a mixture of oxygen and steam in a ratio of 0.60 to 0.73 m ³ _n, preferably from 0.40 to 0.45 kg, of water vapor per 1 kg of spraying a liquid of feedstock and 0.35 to 0.55 kg, preferably 0.40 to 0.45 kg of water vapor per kg of feedstock at a pressure of 3.3 to 3.6 MPa in the gasification chamber and at oxidation temperatures

INVENTION zone 1200 to 1380 ° C, preferably 1300 to 1340 degrees Celsius to form soot particles characterized by a specific surface area determined by nitrogen adsorption of 500 to 900 m ² / g, an oil number of 3.0 to 6.0 ml dibutyl phthalate / g, or a total pore volume in the range of 2.0 to 4.0 cm ³ / g, an ash content of 0.1 to 6.6 percent by weight, and a content of carcinogenic substances of less than 0.5 ppm, and gaseous products of the gasification process, which are formed soot particles of aggregate size from 10 µm to 100 µτη carried away from the gasification chamber and removed from the gas stream by scrubbing with treated soft water having a hardness of less than 0.1 mval / l to form an aqueous carbon black suspension from which the carbon black is isolated.