PL103079B1 - Sposob wytwarzania sadzy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania sadzy tak zwana metoda piecowa, pozwalajac na znaczne zwiekszenie korzysci dajacych sie uzyskac z tego rodzaju procesów, przez wykorzystanie wy¬ sokoenergetycznych reakcji spalania do wytwarzania ciepla potrzebnego do rozkladu cieklego surowca stosowanego do wytwarzania sadzy oraz enerjgii kinetycznej wymaganej do wydajnego i szybkie¬ go zdyspergowania tego surowca w mieszaninie re^ akcyjnej.

Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Am. nr 2851337 znany jest sposób wytwarzania sadzy piecowej polegajacy na poczatkowym otrzymywaniu plomieniowo-wydmuchowego strumienia gazu przez spalanie plynnego paliwa w gazde zawierajacym tlen, przepuszczaniu tego strumienia gazu wydmu¬ chowego przez zwezona strefe o lagodnie zwezaja¬ cych sie stozkowo scianach, poprzeczne wstrzyknie¬ cie surowca weglowodorowego do tego strumienia gazu wydmuchowego w punkcie o maksymalnym zwezeniu a znajdujacym sie na jego obrzezu i prze¬ prowadzenie uzyskanego strumienia mieszaniny re¬ akcyjnej przez stopniowo rozszerzajaca sie obudo¬ we w której powstaja sadze. W sposobie tym polo¬ zono przede wszystkim nacisk na zastosowanie ga¬ zowego surowca weglowodorowego.

W przypadku uzycia cieklego surowca weglowo¬ dorowego podano, ze inalezy go wstrzykiwac do stru¬ mienia gazu wydmuchowego w postaci rozpylonej, na przyklad przy uzyciu podwójnego atomizera, ta¬ kiego jak przedstawiony w opisie patentowym Sta¬ nów Zjednoczonych Am. nir 2659662. W sposobie tym nie uwzgledniono jednak mozliwosci wykorzystania energii kinetycznej i termicznej zawartej w gazie wydmuchowym przeplywajacym z duza szybkoscia do przeprowadzania rozpylania cieklego surowca w strumieniu gazu wydmuchowego.

W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Am. nr 3595618 przedstawiono sposób, w którym sadze wytwarza sie w piecu olejowym podobnym do opi¬ sanego powyzej z ta istotna róznica, ze przebiega¬ jaca reakcja spalania jest bardzo intensywna i ze przewiduje sie wykorzystanie gazów zawierajacych duze stezenia tlenu jako utleniacza plynnego pali- wa. Zastosowanie gazów utleniajacych o tak duzych stezeniach tlenu powoduje, ze w reakcjach spalania cieplo wydziela sie z bardzo duza szybkoscia.

Strumien gazu uzyskany ze spalania wprowadza sie do zwezonej strefy, do której doprowadza sie surowiec weglowodorowy w celu uzyskania kom¬ pletnej mieszaniny reakcyjnej. W sposobie tym za¬ proponowano kilka alternatywnych metod dopro¬ wadzania surowca do strumienia gazu spalinowego.

Zgodnie z jedna z nich, surowiec doprowadza sie pionowo, wzgledem kierunku strumienia gazu spa¬ linowego, przez kapilarny otwór umieszczony na ob¬ rzezu strefy, przez która przeplywa strumien gazu spalinowego. W tym sposobie doprowadzania su¬ rowca nie wprowadzano dalszych istotniejszych ogra- niczen, z wyjatkiem ogólnego

Claims (1)

1. zastrzezenia, ze bez 103 079103 079 wzgledu na konkretna metoda wstrzykiwania su¬ rowca, wstrzykiwanie takie powinno wywolac efekt rozrywania surowca w wyniku duzej-*zybkosci prze- plywu-strUmienia gazu spalinowego, przy jego prze¬ plywie przez zwezona strefe. I tak, w kolumnie 4, w wierszach 60 do 65 tego opisu patentowego poda¬ no: „tz chwila przepuszczania gazów z duza szyb¬ koscia, zdolna do zdyspergowania surowca, nie ma potrzeby wpirowadzania tego surowca przy uzyciu atomizera lub dyszy irozpryskowej lecz mozna go po prostu doprowadzac przez otwór kapilarny i pod cisnieniem wystarczajacym jedynie do utrzymania pozadanej szybkosci przeplywu". Alternatywne i równowazne metody wstrzykiwa¬ nia surowca obejmuja a) osiowe wstrzykiwanie su¬ rowca do przewezenia zwezonej czesci strumienia gazu spalinowego i b) styczne wstrzykiwanie su¬ rowca do zwezonej strefy tak, aby poczatkowo uzy¬ skac rozprowadzenie cieklego surowca w postaci cienkiej blony na scianach obudowy. Znamy jest równiez z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Am. nr 3619140 sposób wytwarzania sadzy w piecu olejowym, który ma j^wne zewnetrz¬ ne podoteienstwc^ftrirazdegó ze sposobów opisanych we wspomnianych powyzej opisach patentowych. W sposobie tym wykorzystana jest duza energia re¬ akcji spalania lacznie z poprzecznym wstrzykiwa¬ niem cieklego surowca weglowodorowego do prze¬ plywajacego z duza szybkoscia strumienia gazowego produktu po spalaniu, z wielu punktów znajduja¬ cych sie na obrzezu strumienia. Surowiec ten wstrzy¬ kuje sie w postaci wielu niezaleznych, poczatkowo spójnych strumieniu pod takim cisnieniem, które wystarcza aby kazdy strumien surowca wplywajacy do strumienia gazu spalinowego mial szybkosc li¬ niowa przeplywu co najmniej okolo 30 m/sekunde. Tak wiec sposób ten rózni sie w istotnych cechach od obu uprzednio przedstawionych rozwiazan. Inne sa bowiem istotne parametry dotyczace ukladu geo¬ metrycznego doplywajacych, spójnych strumieni surowca i szybkosci wlotowej kazdego strumienia. Zapewnia to skuteczne rozpadanie sie spójnych strumieni na drobne kropelki pod wplywem stru¬ mienia gazu spalinowego przeplywajacego z duza szybkoscia oraz skuteczna penetracje spójnych stru¬ mieni cieklego surowca do wnetrza strumienia gazu spalinowego. Zabezpiecza to przed przedwczesnym zetknieciem surowca z goracymi sciankami obudo¬ wy. W praktycznej realizacji tego sposobu okazalo sie jednakze, ze nie jest om wolny od pewnych niedo¬ godnosci i ze przy wprowadzaniu cieklego surowca do strumienia gazu spalinowego jedynie z obrzeza tego strumienia powstaje tak zwany efekt rdzenia. Efekt ten polega na tym, ze przy wtryskiwaniu cie¬ klego surowca w postaci wielu spójnych strumieni z obrzeza strumienia gazu spalinowego mieszanina nie rozprzestrzenia sie na caly przekrój poprzeczny strumienia i wewnatrz strumienia pozostaje rdzen, który nie jest wykorzystany bezposrednio do dysper¬ gowania i atomizacji cieklego surowca, a zatem energia termiczna i kinetyczna tej czesci strumienia jest niewykorzystana. Sposób wedlug wynalazku pozwala na efekty¬ wniejsze prowadzenie procesu i wykorzystanie energii zasadniczo calego przekroju strumienia gazu spalinowego, zapewniajac wytwarzanie sadzy o wy¬ sokiej jakosci z cieklego surowca tworzacego wegiel, ze zwiekszona wydajnoscia urzadzen wytwórczych 5 o danej wielkosci. Sposób pozwala równiez na wy¬ twarzanie sadzy ze zwiekszona wydajnoscia dla da¬ nej reakcji spalania jak i *na wytwarzanie nowych gatunków sadzy o pozadanych wlasciwosciach przy latwej mozliwosci powiekszenia skali do wielkosci 10 przemyslowej. Wedlug wynalazku sposób wytwarzania sadzy metoda piecowa, w ograniczonym scianami urza¬ dzenia strumieniu goracych gazów spalinowych, ma¬ jacych dostateczna predkosc liniowa do rozbicia 15 i zdyspergowania cieklego surowca stosowanego do wytwarzania sadzy, przez wtryskiwanie tego surowca poprzecznie do kierunku przeplywu strumienia gazów spalinowych, szybkie chlodzenie mieszaniny reakcyj¬ nej otrzymanej po utworzeniu sie stalych czastek 20 wegla i nastepnie oddzielenie utworzonej sadzy, po¬ lega na tym, ze ciekly surowiec do wytwarzania sa¬ dzy wprowadza sie do strumienia gazów spalino¬ wych w postaci wielu spójnych, indywidualnych strumieni surowca zarówno z zewnetrznego obrze- 25 za strumienia gazów spalinowych jak i z co naj¬ mniej jednego miejsca wewnatrz tego strumienia, w taki sposób, aby kazdy ze spójnych strumieni cieklego surowca wnikal do strumienia gazów spa¬ linowych ma glebokosc dostateczna do unikniecia so znacznego kontaktu miedzy sciana urzadzenia a su¬ rowcem do wytwarzania sadzy, przed zmieszaniem go z goracym strumieniem gazu spalinowego i utwo¬ rzeniem w nim stalych czastek sadzy. Sposób wedlug wynalazku wytwarzania sadzy 35 sklada sie z kilku kolejnych faz. Odpowiednie pali¬ wo plynne spala sie w piecu w sposób ciagly w obu¬ dowanej strefie spalania, a uzyskane gazowe pro¬ dukty spalania o wysokiej temperaturze w strumie¬ niu odplywajacym sa w sposób ciagly odprowadza¬ no ne ze strefy spalania. Odprowadzonym gazowym produktem spalania jest nadana forma pierscienio¬ wego strumienia przeplywajacego z duza szyb¬ koscia obwodowa o liczbie Macha co najmniej 0,35. Do strumienia o duzej szybkosci obwodowej jest 45 pionowo i poprzecznie wstrzykiwany na jego we¬ wnetrznym i zewnetrznym obwodzie ciekly suro¬ wiec do wytwarzania sadzy w postaci wielu nieza¬ leznych, spójnych strumieni penetrujacych, z cie¬ klego surowca tworzacego wegiel, przy czym suma- 50 ryczna szybkosc wstrzykiwania surowca jest pro¬ porcjonalna do masowej szybkosci,. przeplywu i skladu tego strumienia gazu spalinowego w celu osiagniecia w uzyskanej mieszaninie reakcyjnej wa¬ runków tworzenia wegla. Uzyskana mieszanina re- M akcyjna jest utrzymana w obudowanej strefie przez odpowiedmi okres czasu w warunkach odpowied¬ nich do powstawania w tej obudowie czastek wegla. Koncowym etapem procesu jest szybkie chlodzenie zabieranej przez gazy spalinowe mieszaniny re- 60 akcyjnej zawierajacej sadze oraz jej oddzielenie. Sposób wedlug wynalazku prowadzony jest w urzadzeniu przedstawionym^ na zalaczonych ry- sunkachrna ^których fig. 1 przedstawia schematycz¬ nie w przekroju wzdluznym urzadzenie — piec ole- 65 jowy do wytwarzania sadzy. Natomiast fig. 2 —103 079 6 — urzadzenie z fig. 1 w przekroju poprzecznym przez strefe 13 wstrzykiwania cieklego surowca wzdluz przekroju 1—1'. Na fig. 3 przedstawiono schematycznie w przekroju poprzecznym inna stre¬ fe wstrzykiwania cieklego surowca. Na fig. 4 przed¬ stawiono schematycznie w przekroju poprzecznym jeszcze inna strefe wstrzykiwania cieklego surowca. Na fig. 1 i 2 oznaczono punkty charakterystyczne aparatury do prowadzenia sposobu wedlug wyna¬ lazku. Plynne paliwo doprowadzane jest przewodem 1 do komory mieszania 3, do której przewodem 5 i pierscieniem 7 doplywa gazowy utleniacz paliwa. Gazowa mieszanina spalania przeplywa przez per¬ forowany tlumik plomieni do komory spalania 11, w której nastepuje zapalenie i w zasadzie calkowite spalenie mieszaniny plynnego paliwa z utleniaczem. Gazowe produkty spalania odprowadzane sa z ko¬ mory spalania 11 w pastaici strumienia gazów. Po¬ woduje sie ich przeplyw z duza szybkoscia liniowa, o liczbie Macha co najmniej 0,35, a korzystnie 0,4 przez pierscieniowa strefe 13 wstrzykiwania surowca, przy czym zewnetnzny obwód tej strefy pierscienio¬ wej 13 stanowi wewnetrzna scianka przewodu 17, a zewnetrzny obwód tej strefy stanowi powierzchnia koncowa czesci 20 osiowo umieszczonej sondy wstrzykiwania surowca 19. Okreslenie liczba Macha oznacza liczbowy iloraz uzyskany przez podzielenie rzeczywistej szybkosci liniowej strumienia gazowego po spalaniu przez szybkosc dzwieku w tym strumieniu. Ponadto, co jest oczywiste dla fachowców, szybkosc dzwieku w danym strumieniu gazowym zalezy od tempera¬ tury tego strumienia, jak równiez od jego skladu. Do gazowego strumienia produktów spalania prze¬ plywajacych z duza szybkoscia w pierscieniowym przekroju poprzecznym, zarówno na jego wewnetrz¬ nym jak i izewnetrznym obrzezu wstrzykiwany jest poprzecznie ciekly surowiec tworzacy wegiel. Na zewnetrznym obrzezu pierscieniowego strumienia, ciekly surowiec tworzacy wegiel, ogrzewany za¬ zwyczaj do temperatury ponizej której wystepuje istotne koksowanie, wstrzykuje sie pnzez wiele w zasadzie poprzecznie rozmieszczonych otworów 21 o swobodnym wyplywie. Ciekly surowiec doprowadzany jest do kazdego otworu 21 z przewodu zasilajacego 23, w którym przeplywa surowiec i z którego dogodnie przez roz¬ dzielacz 25 jest on kierowany do kazdego otworu 21. Ciekly surowiec podobnie wstrzykiwany jest w zasadzie poprzecznie do strumienia gazu spalino¬ wego, przeplywajacego w kierunku pierscieniowym, z jego obrzeza wewnetrznego i w tym celu surowiec ten podawany jest pod cisnieniem przez osiowa sonde 19, która mozna chlodzic oiecza i która jest zakonczona kolpakiem 27, w którym znajduje sie wiele poprzecznie umieszczonych otworów 29 o swo¬ bodnym wyplywie. Po wstrzyknieciu surowca nalezy zapewnic wy¬ starczajaco dlugi czas przebywania mieszaniny re¬ akcyjnej w warunkach sprzyjajacych tworzeniu czastek wegla. Mozna to osiagnac przez odprowadze¬ nie tej mieszaniny reakcyjnej strumieniem skiero¬ wanym ze strefy wstrzykiwania 13 do odpowiedniej przestrzeni reakcyjnej 31. Jak pokazano na fig. 1, komore reakcyjna 33 mozna polaczyc z dolnym kon¬ cem strefy wstrzykiwania 13 przy uzyciu polaczen kolnierzowych 35 i 37 zaopatrzonych w odpowiednie pierscieniowe laczniki srubowe. 5 Przestrzen reakcyjna 31 komory 33 winna byc wolna od przeszkód i zazwyczaj korzystne jest, aby byla wzglednie stroma i miala powierzchnie prze¬ kroju poprzecznego troche wieksza niz czesc wylo¬ towa strefy wstrzykiwania 13. Zgodnie z takimi za- io sadami konstrukcji geometrycznej osiaga sie szybkie zdyspergowanie wstrzykiwanego surowca w prze¬ plywajacej masie goracych gazów spalinowych bez przedwczesnego zetkniecia nieprzereagowanego lub czesciowo przereagowanego surowca ze sciankami 15 obudowy urzadzenia. Dlugosc komory reakcyjnej 33 okreslona jest za¬ tem czasem przebywania niezbednym do tworzenia wegla w procesie prowadzonym na skale przemyslo¬ wa. Chociaz dokladny czas przebywania zalezy ma- 20 turalnie w kazdym przypadku od danych warunków reakcji i pozadanej jakosci wytwarzanej sadzy, to jak wspomniano uprzednio, dla najbardziej typo¬ wych gatunków sadzy czas przebywania wynosi za¬ zwyczaj od okolo 0,5 do 100 milisekund.. Zgodnie 25 z tym, w celu zapewnienia mozliwosci zakonczenda reakcji tworzenia wegla w pozadanym momencie, a zatem Jpontroli czasu przebywania, stosuje sie od¬ powiednie srodki do szybkiego chlodzenia przysto¬ sowane do szybkiego zmniejszenia temperatury mie¬ so szaniny reakcyjnej. Na fig. 1 pokazano na przyklad schematycznie dy¬ sze natryskowa 41. Operacja szybkiego chlodzenia polega na doprowadzeniu plynu oziebiajacego, za¬ zwyczaj wody, która wprowadza sie jedna lub 35 wieksza liczbe dysz 41, do których doprowadza sie ja pod odpowiednim cisnieniem z przewodu 43, W celu uelastycznienia regulacji czasu przebywa¬ nia dla danego przerobu mozna stosowac wiecej niz jedna dysze matryskowa. Dodatkowo dysze 41 mozna 40 na przyklad rozmiescic w pewnych odstepach wzdluz komory 33. Poniewaz ostateczne zakonczenie reakcji tworze¬ nia sadzy nastepuje zazwyczaj w procesie szybkiego chlodzenia, mieszanina reakcyjna opuszczajaca ko- 45 more reakcyjna 33 otworem wylotowym 45 zawiera na ogól goracy aerozol sadzy ^dyspergowanej w u- bocznych produktach gazowych. Goracy aerozol opuszczajacy wylot 45 poddaje sie zazwyczaj typo¬ wej obróbce koncowej, tj. chlodzeniu, oddzielaniu 50 stalych czastek i ich zbieraniu, zgodnie z normalna praktyka piecowego wytwarzania sadzy. Na fig. 1 i 2 przedstawiono urzadzenie do prowa¬ dzenia sposobu wedlug wynalazku przy kolowym przekroju poprzecznym strumienia gazów spalino- 55 wych. Jest sprawa oczywista, ze proces mozna pro¬ wadzic gdy geometria strumienia gazu spalinowego jest inna niz wynika to z przekroju kolowego i na przyklad moze miec przekrój poprzeczny jajowaty, podluzny, kwadratowy lub prostokatny. Takie odpo- eo wiednie rozwiazanie wskazano schematycznie na fig. 3, na której pokazano strefe wstrzykiwania surowca 113 z zewnetrzna sciana obwodowa 114 o prosto¬ katnym przekroju poprzecznym i ta sciana 114 lacz¬ nie z osiowo zorientowanym próbnikiem doplywu 65 surowca 115, takze p prostokatnym przekroju po-103 079 8 przeczinym, okresla prostokatna pierscieniowa stre¬ fe wstrzykiwania surowca 113. Na fig. 4 schematycznie pokazano strefe wstrzyki¬ wania surowca 213 skladajaca sie z zewnetrznej cy¬ lindrycznej obudowy 214 i wielu pojedynczych, osio¬ wo ulozonych próbników surowca 215, które sa po¬ wiazane przestrzennie pomiedzy soba i .ze sciana 214. W takiej konfiguracji, pomiedzy sasiadujacymi próbnikami 215 oraz pomiedzy najbardziej zewnetrz¬ nymi próbnikami 215 i scianka obudowy 214 znajduje sie wiele zasadniczo pierscieniowych przestrzeni 216. Wykonanie urzadzenia pokazane na fig. 4 jest oczy¬ wiscie bardziej zlozone niz konfiguracje pokazane na fig. 1—3. Jako plynne paliwo w procesie spalania mozna stosowac dowolny, latwo palny strumien gazu, pary lub cieczy zawierajacy takie skladniki jak wodór, tlenek wegla, metan, acetylen, alkohole, nafta itp. Ogólnie biorac, korzystne jest zazwyczaj zastosowa¬ nie paliw zawierajacych wzglednie duzo wegla, a zwlaszcza weglowodorów. Doskonalym paliwem jest na przyklad strumien zawierajacy duzo metanu, taki jak strumien naturalnego gazu, modyfikowa¬ nego lub wzbogaconego gazu naturalnego, jak rów¬ niez inne strumienie zawierajace rózne weglowodo¬ ry, takie jak gazy naftowe, ciecze i uboczne pro¬ dukty rafineryjne zawierajace frakcje o'M ato¬ mach wegla, oleje opalowe itd. Przez gaz utleniajacy nalezy rozumiec dowolny utleniacz w stanie pary lub gazu, który zmieszany w odpowiednich proporcjach z plynnym paliwem daje palna mieszanine. Odpowiednimi gazami utle¬ niajacymi sa: powietrze, tlen lub chlor albo miesza¬ niny w zasadzie nieutleniajace lub gazy obojetne ta¬ kie, jak azot, dwutlenek wegla, argon itd., zmiesza¬ ne z jednym lub wieksza liczba wymienionych po¬ wyzej gazów utleniajacych, w których calkowite ste¬ zenie gazu utleniajacego w przeliczeniu na cala mieszanine wynosi co najmniej 20% objetosciowych. Stosunek gazu utleniajacego do plynnego paliwa powinien byc na ogól ograniczony po stronie pali¬ wa wysokokalorycznego do takich mieszanin, któ¬ rych temperatura spalania adiabatycznego wynosi co najmniej okolo 1318°C. Dla paliwa niskokalorycz- nego mozna jednakze stosowac taki stosunek gazu utleniajacego do plynnego paliwa aby osiagnac tem¬ perature adiabatycznego spalania ponizej 1318°C, pod warunkiem ze wzgledu na dana szybkosc prze¬ plywu cieklego surowca lub stosowany sklad, ze wy¬ mieniony poziom temperatury bedzie ostatecznie osiagniety, gdy surowiec przereaguje z nadmiarem gazu utleniajacego znajdujaceigo sie w goracym strumieniu produktu po spaleniu. Dlatego tez wymagany poziom temperatury jest zazwyczaj osiagniety w trakcie spalania. Jesli jednak stosunek gazu utleniajacego do plynnego pa¬ liwa w procesie spalania jest zdecydowanie po stro¬ nie paliwa niskokalorycznego, to maksimum tempe¬ ratury w tym procesie wystapi po wprowadzeniu tworzacego wegiel cieklego surowca i czesciowym przereagowaniu z resztka utleniacza wystepujaca w goracym strumieniu gazu spalinowego. Choc zgodinie z powyzszym ilosc gazu utleniajacego do¬ starczanego do reakcji spalania moze zmieniac sie od okolo 50 do okolo 500% teoretycznego zapotrze¬ bowania dla calkowitego spalania plynnego paliwa to najkorzystniejsze wartosci stosunku gazu utlenia¬ jacego do plynnego paliwa wynosza zazwyczaj od okolo 70 do okolo 350% teoretycznego zapotrzebowa- 5 nia. W celu zapewnienia skutecznego rozbicia i zdy- spergowania wielu spójnych poczatkowo strumieni tworzacego wegiel cieklego surowca wstrzykiwane¬ go do plynacego obwodowo strumienia gazu spali¬ lo nowego oraz dla osiagniecia najwiekszego mozli¬ wego przerobu wazne jest, zeby szybkosc obwodowo plynacego strumienia gazu spalinowego odpowiada¬ la liczbie Macha co najmniej 0,35 w miejscu wstrzy¬ kiwania cieklego surowca. Wskazane jest aby szyb- 15 kosc strumienia gazu spalinowego odpowiadala licz¬ bie Macha co najmniej 0,4 w miejscu wstrzykiwa¬ nia surowca, a nawet wiecej, tj. 0,5 do 0,8. W prak¬ tycznej realizacji wynalazku spalanie mozna prowa¬ dzic dowolnymi sposobami, które zapewniaja, ze 20 szybkosc gazów po spalaniu dostarcza niezbednej energii kinetycznej do wlasciwego zdyspergowania surowca, wstrzykiwanego do tego strumienia. Na przyklad, sama reakcje spalania mozna czesto kontrolowac na wlocie paliwa i/lub gazu utlenia- 25 jacego tak, aby uzyskiwany strumien gazu spalino¬ wego przeplywal przez pierscieniowa strefe wstrzy¬ kiwania surowca 13 z minimalna szybkoscia o licz¬ bie Macha 0,35. Nalezy jednak miec na wzgledzie ze dany typ geometryczny urzadzenia moze miec 30 bardzo istotny wplyw na osiagana ostatecznie szyb¬ kosc strumienia gazu spalinowego przy jego prze¬ plywie w miejscu wstrzykiwania cieklego surowca. I tak na przyklad, przeprowadzajac gazy spalinowe z komory ich wytwarzania 11 przez zwezajaca sie 35 stozkowo strefe wstrzykiwania surowca 13 mozna osiagnac znaczne przyspieszenie przeplywu tego strumienia. W sposobie wedlug wynalazku mozna poddac konwersji do sadzy w zasadzie dowolny, palny cie- 40 kly surowiec tworzacy wegiel zawierajacy co naj¬ mniej 75%^ korzystnie powyzej okolo 85% wago¬ wych wegla w surowcu. Zgodnie z tym, sklad dane¬ go cieklego surowca tworzacego wegiel moze sie zmieniac w szerokich granicach. 45 Na tworzace wegiel ciekle surowce nadaja sie na przyklad ciekle lub dajace sie przeprowadzic w ciecz substancje zawierajace wegiel, takie jak benzen, toluen, ksylen, mezytylen, kuman, duren, liniowe lub alicykliczne weglowodory, takie jak 50 heksan, oktan, dodekan, cykloheksain i cyklopentan, oleje parafinowe, destylaty naftowe, woski itd. Ko¬ rzystne jest zazwyczaj zastosowanie resztkowych smól aromatycznych lub etylenowych, destylatów na¬ ftowych lub zapasów przejsciowych otrzymywanych 55 w rafineryjnych operacjach frakcjonowania i/lub destylacji. i.. W kazdym przypadku bardzo wazne jest, zeby wstrzykiwanie tego cieklego surowca weglowego do przeplywajacego z duza szybkoscia w kierunku ob- 6o wodowym strumienia po spalaniu przeprowadzac w postaci wielu indywidualnych, wzglednie malych, poczatkowo niepodzielonych i spójnych strumieni, wprowadzac je w kierunku prostopadlym w stosun¬ ku do osi przeplywu strumienia gazu spalinowego 65 i kierowac je zarówno z zewnetrznych iak i wet-103 079 9 10 wnetrzynych obrzezy plynacego pierscieniowo stru¬ mienia gazu spalinowego. Bez wzgledu na liczbe stosowanych otworów 21 i 29 najwazniejsza sprawa z punktu widzenia jakosci produktu i stabilnosci prowadzenia procesu jest takie wprowadzanie kaz¬ dego strumienia surowca do goracego strumienia produktu po spalaniu, aby przed stairannym zmie¬ rzeniem tego surowca z goracymi gazami spalinowy¬ mi i przed powstaniem czastek stalego wegla nie dochodzilo do kontaktu strumienia surowca ze scian¬ kami obudowy aparatu. Wazne jest zatem, aby kaz¬ dy wstrzykiwany strumien surowca byl poczatkowo spójny i przenikal do strumienia gazu spalinowego bez znaczniejszego rozcienczenia do glebokosci co najmniej 15% wymiaru przekroju poprzecznego ob¬ wodu strumienia gazowego liczac od punktu wpro¬ wadzenia strumienia surowca. Zrozumiale jest równiez, ze spójne, przenikajace strumienie cieklego surowca wstrzykiwane w wielu punktach odpowiednio na wewnetrznym i zewnetrz¬ nym obwodzie pierscieniowo przeplywajacego stru¬ mienia gazu po spaleniu nie zderzaly sie bezpo¬ srednio pomiedzy soba, oraz ma powierzchniach przeciwnych obwodów strefy wstrzykiwania su¬ rowca 13. Zgodnie z tym, takie przeciwne strumie¬ nie surowca niie powinny zazwyczaj przenikac dalej niz na okolo 50% wymiaru przekroju poprzecznego obwodu. Zazwyczaj pozadane jest aby rzut (wskazany li¬ niami przerywanymi na fig. 2) przez srodkowe linie wewnetrznych otworów 29 i zamykajaca po¬ wierzchnie zewnetrznego obwodu pierscieniowego strumienia gazu spalinowego napotykal zamykajaca powierzchnie zewnetrznego obrzeza w punktach srodkowych przeciwnych par przyleglych otworów 21 zewnetrznych. Zgodnie z ppisana tu zasada wstrzykiwania cieklego surowca oraz pierscienio¬ wym przeplywem strumienia gazu spalinowego z duza szybkoscia zapewnione jest bardzo skuteczne i szybkie rozdzielanie spójnych poczatkowo stru¬ mieni surowca na drobne kropelki oraz skuteczne i szybkie ich zdyspergowanie w strumieniu gazu spalinowego, co prowadzi do szybkiego uzyskania homogenicznej w .zasadzie mieszaniny reakcyjnej. W ten sposób skutecznie wykorzystuje sie energie termiczna i kinetyczna gazów spalinowych, a efek¬ tywne wykorzystanie tej energii daje korzysci zwia¬ zane z duza pirzerobowoscia i wydajnoscia uzyski¬ wana zazwyczaj w tym procesie przy zapewnieniu wysokiej jakosci sadzy wytwarzanych w tym pro¬ cesie. Realizacja etapu wstrzykiwania surowca sposo¬ bem wedlug wynalazku zalezy oczywiscie od takich parametrów jak: szybkosci pierscieniowego stru¬ mienia gazu spalinowego przeplywajacego przez punkty wstrzykiwania surowca, geometrii i wymia¬ rów obudowy urzadzenia, wymiarów i liczby otwo¬ rów 21 i 29 do wstrzykiwania surowca i szybkosci wstrzykiwania surowca, cisnienia przy wstrzykiwa¬ niu surowca itp. Zgodnie z tym mozna okreslic za¬ kres przenikania poszczególnych strumieni surowca w spójnej postaci do goracych gazów spalinowych i kontrolowac go przez wlasciwa regulacje jednej lub kilku róznych zmiennych, procesu i/lub geometrii aparatu produkcyjnego. Zrozumiale jest ponadto, ze podstawowe kryterium Wstrzykiwania surowca przenikajacego poczatkowo w spójnej postaci mozna okreslic na wstepie biorac pod uwage wszystkie po¬ wyzsze parametry albo tez mozna je mierzyc i re- 5 gulowac w trakcie procesu. Przy wytwarzaniu sadzy okreslonej jakosci z da¬ nego cieklego surowca tworzacego wegiel, szybkosc dostarczania surowca zalezy glównie od ilosci do¬ stepnego ciepla i niezwiazanego utlenianiacza (jesli io jest obecny) w goracym strumieniu gazu spalino¬ wego. Przy wytwarzaniu wiekszosci gatunków sa¬ dzy pierwszoplanowe znaczenie ma takie dobranie ilosci surowca w powiazaniu z ilosciami plynnego paliwa i gazu utleniajacego aby calkowity % spa- 15 lania w procesie (przyjmujac teoretycznie calkowite utlenienie wszystkich skladników do dwutlenku wegla, wodoru itd) wynosil pomiedzy okolo 20 a okolo 50%. Do wytwarzania uzytecznych gatunków sadzy mozna wykorzystac równiez sposób wedlug 20 wynalazku stosujac odpowiednie reagenty przy war¬ tosciach % spalania od okolo 15% az do okolo 65%'. Istotnymi parametrami w stopniu tworzenia wegla sa rozmiar i ksztalt obudowanej przestrzeni re¬ akcyjnej 31 znajdujacej sie pomiedzy etapem 25 wstrzykiwania surowca do strumienia gazu spalino¬ wego a etapem szybkiego chlodzenia mieszaniny reakcyjnej. Dla danej objetosciowej szybkosci prze¬ plywu mieszaniny reakcyjnej czas przebywania w strefie reakcji tworzenia wegla okresla suma- 30 ryczna objetosc przestrzeni pomiedzy miejscem wstrzykiwania surowca i szybkiego chlodzenia mie¬ szaniny reakcyjnej. Omawianym sposobem mozna wytwarzac wyso- kojakosciowe sadze przy wyjatkowo krótkich 35 czasach przebywania, na przyklad calkowity czas przeplywu przez aparat wynosi okolo 0,5 milise¬ kundy lub nawet mniej. Przy wytwarzaniu wiek¬ szosci gatunków sadzy optymalne sa zazwyczaj cza¬ sy przebywania w zakresie od okolo 1 do 100 mili- 40 sekund. W celu uzyskania produktów o pewnych szczególnych wlasciwosciach mozna naturalnie sto¬ sowac dluzsze czasy przebywania, az do okolo 500 milisekund lub nawet kilku sekund. Ponizsze przyklady ilustruja sposób wedlug wy- 45 nalazku. Przyklad I. Stosowano urzadzenie typu przed¬ stawionego na fig. 1 o nastepujacych wymiarach podstawowych: komora spalania 11 objetosc 0,110 m3, cylindryczny przewód 17 — dlugosc 27,9 50 cm, srednica wewnetrzna — 26,4 cm, otwory 21 — dziewiec poprzecznie skierowanych otworów o sre¬ dnicy 0,115 cm, rozmieszczonych równokatowo w jednej plaszczyznie wokolo obwodu przewodu 17, otwory te umieszczone sa okolo 13,95 cm powyzej 55 koncowego punktu 28 przewodu 17, komora reak¬ cyjna 33 — izolowany cieplnie i wylozony materia¬ lem ogniotrwalym cylindryczny tunel o dlugosci 5,49 m i srednicy wewnetrznej 45 cm, elementy do szybkiego chlodzenia skladaly sie z wielu dysz 41 60 do natryskiwania woda, rozmieszczonych w komo¬ rze 33 na wysokosci 91,5 cm, ponizej punktu 28 przewodu 17. Próba kontrolna okreslona jako szarze A przepro¬ wadzano bez osiowego próbnika 19. Jako plynne 65 paliwo w reakcji spalania stosowano gaz naturalny103 079 li 12 zawierajacy 95,44% metanu i posiadajacy wartosc opalowa 8325 kcal/Nm3. Jako gazowy utleniacz sto¬ sowano powietrze a jako ciekly surowiec do wytwa¬ rzania sadzy stosowano frakcje krakingowa Enjay A.C. Sklad tego cieklego surowca byl nastepujacy: wegiel