Opublikowano: 30.VUI.1969 57818 KI. 22 f, tfaz MKP C 09 c CZYTELNIA UKD }(Az«du Pbly,io*e^ " Wikla &¦&¦¦¦¦* sV"-oj bitm Twórca wynalazku: Lawrance Kirby Murray Wlasciciel patentu: Phillips Petroleum Company, Bartlesville, Oklaho¬ ma (Stany Zjednoczone Ameryki) Piec do wytwarzania sadzy Przedmiotem wynalazku jest piec do wytwarza¬ nia sadzy.W znanych sposobach- wytwarzania róznych ga¬ tunków sadzy, na przyklad sadzy typu „FEF" lub typu „GPF" metoda stycznego plomienia, stosuje sie zazwyczaj taki sam reaktor czyli piec do wy¬ twarzania sadzy i zmienia warunki procesu, w za¬ leznosci od rodzaju wytwarzanej sadzy. Aby umo¬ zliwic ekonomiczne i szybkie wytwarzanie sadzy, stosowane reaktory lub piece powinny miec duza objetosc wewnetrzna w celu zabezpieczenia nie¬ zbednej przestrzeni reakcji. W jednym z uzywa¬ nych rodzajów pieca strefa reakcji sklada sie z pierwszej sekcji o dlugosci wiekszej niz jej sred¬ nica, na przyklad srednica okolo 60 cm, a dlugosc od 3,0 do 3,4 m, oraz z drugiej sekcji posiadajacej takze dlugosc wieksza niz jej srednica, a zara¬ zem wieksza srednice niz srednica pierwszej sek¬ cji, na przyklad srednice okolo 100 cm i dlugosc od 2,7 do 3,0 m, przy czym obie te sekcje sa po¬ laczone ze soba wspólosiowo.Z wylotowym koncem drugiej sekcji jest pola¬ czony przewód dymowy do odprowadzania dymu do urzadzenia oddzielajacego sadze. Przewód dy¬ mowy ma zwykle mniejsza srednice niz kazda z sekcji i jest polaczony z druga sekcja wspólosio¬ wo.Taki uklad i polaczenie dwóch sekcji oraz prze¬ wodu odprowadzajacego daje dobre wyniki przy wytwarzaniu sadzy. Jednakze gdy piece o takiej 15 20 25 30 budowie pracuja w ciagu dlugiego okresu czasu, to wówczas stwierdza sie pewne osadzanie sie sa¬ dzy w dolnej czesci odplywowego konca drugiej sekcji pieca. Osadzajaca sie sadza wypelnia wy¬ lotowa czesc drugiej sekcji pieca ponizej wejscia do przewodu. Zmniejsza to objetosc reaktora, zmie¬ nia warunki jego pracy i obniza jakosc wytwarza¬ nej sadzy. Osadzajaca sie sadza ma tez sklonnosci do twardnienia i zbrylania sie do tego stopnia, ze zaczyna sie luszczyc i jest porywana na zew¬ natrz z drugiej sekcji razem z sadza zawarta w dymie. Luszczaca sie sadza ma tendencje do wy¬ pelniania urzadzenia oddzielajacego sadze i za¬ nieczyszcza produkt gotowy. Wieksza czesc zbry¬ lonej sadzy jest zwykle tak twarda, ze usuniecie jej bez uszkodzenia ogniotrwalej wykladziny pie¬ ca jest niemozliwe. Stwarza to koniecznosc okre¬ sowego zamykania doplywu weglowodoru do pie¬ ca i czasochlonnego wypalania zbrylonej sadzy.Niedogodnosci tych nie ma piec wedlug wyna¬ lazku umozliwiajacy wytwarzanie sadzy z unik¬ nieciem osadzania sie jej i zbrylania. Istota tego pieca polega na zastosowaniu trzeciej, ustawionej poziomo komory, której dlugosc jest wieksza niz jej srednica, a jej srednica jest mniejsza od sred¬ nicy pierwszej komory, przy czym trzecia komora jest polaczona z druga komora'i jej dno stanowi przedluzenie dna komory drugiej. Dzieki temu unika sie zaglebienia, w którym moglaby sie zbie¬ rac osadzajaca sie sadza. Istotne jest równiez to, 578185W18 3. ze piec wedlug wnalazku ma co najmniej jeden wlot, który umozliwia wprowadzenie cieczy ga¬ szacej do komory trzeciej.Wynalazek Jest wyjasniony blizej na przykla¬ dzie wykonania uwidocznionym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia piec w przekroju pod¬ luznym, fig. 2 — piec w przekroju wzdluz linii 2—2 na fig. 1, fig. 3 — piec w przekroju wzdluz linii 3—3 na fig. 1, fig. 4 — piec w przekroju wzdluz linii 4—4 na fig. 1, a fig. 5 — schemat ca- ^ T legp urzadzenia do wytwarzania sadzy, w którym t jtst zastosowany piec wedlug fig. 1."Piec 10 sklada sie ze stalowej oslony zewnetrznej 11, z warstwy posredniej 12, wykonanej z odpo¬ wiedniego materialu termoizolacyjnego, na przy¬ klad typu „Kaocast" i z wykladziny wewnetrznej 13, wykonanej z odpowiedniego materialu ognio¬ trwalego, na przyklad typu „Carbofrax". „Kaocast" jest nazwa ogniotrwalej glinki kaolinowej dajacej - sie odlewac i odpornej na temperature 1650°C.• „Carbofrax" jest natomiast nazwa wysoce ognio¬ trwalego weglika krzemu, o zawartosci w stosun¬ ku wagowym co najmniej 85% SiC. Mozna tez stosowac inny odpowiedni material ogniotrwaly.Piec 10 sklada sie z pierwszej, zasadniczo cylin¬ drycznej, poziomo ustawionej sekcji, stanowiacej pierwsza komore 14 o dlugosci wiekszej niz jej srednica wewnetrzna. Do odlotowego konca pierw¬ szej sekcji jest przylaczona druga, zwykle cylin¬ dryczna, poziomo ustawiona sekcja, stanowiaca druga komore 16, która takze ma dlugosc wieksza niz jej srednica wewnetrzna. Srednica wewnetrzna drugiej komory 16 jest wieksza niz srednica wew¬ netrzna komory pierwszej 14. Druga komora 16 ma otwarte przejscie z komory pierwszej 14 i jest z nia polaczona osiowo. Trzecia, zasadniczo cylin¬ dryczna, poziomo ustawiona sekcja, stanowiaca trzecia komore 17, jest przylaczona do konca odlo¬ towego komory drugiej 16 poprzez otwarte przej¬ scie. * Trzecia komora 17 ma równiez dlugosc wieksza od srednicy, lecz jej srednica jest mniejsza niz srednica komory drugiej 16. Dno trzeciej komory 17 stanowi poziome przedluzenie dna komory dru¬ giej 16. W scianie komory pierwszej 14 po stronie wlotowej znajduje sie otwór osiowy 22 do wpro¬ wadzania weglowodorów wzdluz osi komory pierw¬ szej 14. W otworze 22 jest umieszczone dowolne znane urzadzenie do wprowadzania weglowodorów w postaci strumienia cieczy, pary lub gazu, albo ich mieszaniny. Moga to byc na przyklad urzadze¬ nia opisane w opisie patentowym Stanów Zjedno¬ czonych A.P. nr 2654700. Jedno z takich urzadzen sklada sie z przewodu zewnetrznego 18, otaczaja¬ cego przewód wlotowy 19 i tworzy zespól, osadzo¬ ny w przedniej czesci pieca za pomoca zlacza tu¬ lejowo-kolnierzowego 21, a przewody 18 i 19 sie¬ gaja do otworu 22.Pierwsza para kanalów wlotowych 23 jest umieszczona w koncu wlotowym komory 14, przy czym jeden z nich przechodzi przez górna czesc sciany cylindrycznej pierwszej komory 14, a dru¬ gi przechodzi przez dolna czesc tej sciany. Kana¬ ly 23 sluza do wprowadzania gazów zawierajacych wolny tlen do pierwszej komory, zasadniczo stycz¬ nie do cylindrycznej sciany. Druga para podobnie umieszczonych kanalów wlotowych 24 sluzy rów¬ niez do wprowadzania gazów zawierajacych wolny 5 tlen do komory pierwszej 14. Kanaly 24 sa umiesz¬ czone obok kanalów Z3 nieco blizej wylotu z ko¬ mory 14, przy czym kazdy z kanalów 24 ma sred¬ nice wieksza niz kazdy z kanalów 23.Na przyklad, kazdy z pierwszych kanalów wlo¬ towych 23 moze miec srednice okolo 14 cm, pod¬ czas gdy drugie kanaly wlotowe 24 moga miec srednice okolo 17 cm. W kanalach wlotowych 23 i 24 mozna w razie potrzeby stosowac nie uwidocz¬ nione na rysunku palniki sluzace do wprowadzania plonacej mieszanki paliwa i gazu zawierajacego wolny tlen. Moga tu byc stosowane róznego typu palniki, na przyklad palniki omówione we wspom¬ nianym opisie patentowym Stanów Zjednoczonych A. P. nr 2654700. Paliwo dostarczane do tych pal¬ ników moze byc zwyklym paliwem cieklym lub zwyklym paliwem gazowym, a gazem zawieraja¬ cym wolny tlen moze byc czysty tlen lub powie¬ trze, albo inny gaz wzbogacony wolnym tlenem.Jeden lub kilka przewodów 26 przechodzi pro¬ mieniowo przez sciane drugiej komory 16 i zawiera urzadzenia do wprowadzania cieczy gaszacej do drugiej komory. Jako ciecz gaszaca stosuje sie zwykle wode, lecz mozna stosowac i inna odpo¬ wiednia ciecz. Przewody 26 z urzadzeniami gasza¬ cymi moga byc wykonane na przyklad tak, jak podano w opisie patentowym Stanów Zjednoczo¬ nych A. P. nr 3009784. Moga one byc rozmieszczo¬ ne w dowolnych, odpowiednich pozycjach wzdlu? drugiej komory 16, w zaleznosci od rodzaju i ilos¬ ci wprowadzanych do pieca weglowodorów oraz od zadanych wlasciwosci produkowanej sadzy. W razie potrzeby komora 16 moze byc zaopatrzona w dowolna liczbe urzadzen do wprowadzania cie¬ czy gaszacej, rozlokowanych w róznych miejscach wzdluz komory 16.Jeden albo kilka wlotów 27 cieczy gaszacej mo¬ ze byc takze przewidzianych w celu wprowadza¬ nia cieczy gaszacej do wnetrza trzeciej komory 17.Na fig. 5 jest uwidoczniony, jak juz wspom¬ niano, schemat kompletnego urzadzenia do wy¬ twarzania sadzy, w którym jest zastosowany piec wedlug figT 1—4. Na rysunku zaznaczono tylka jeden piec, lecz moze tu byc stosowana wieksza liczba pracujacych równolegle pie¬ ców, polaczonych ze zbiorczym przewodem do dy¬ mu 28. Urzadzenie przedstawione na fig. 5 dziala w ten sposób, ze weglowodory wprowadza sie przez przewód 19, lub przez przewód 29 w celu ogrza¬ nia ich w wymienniku ciepla 31. W razie potrzeby do rozpylania weglowodorów moze byc/ uzyte po¬ wietrze z przewodu 32. Przewodem 37 i przewo¬ dem 18 otaczajacym przewód 19 wprowadza sie strumien powietrza, którego zadaniem jest oslona przewodu 19 i tym samym zapobieganie osadzania sie materialu weglowego u wylotu przewodu 19.Przewód 19 moze konczyc sie jako otwarta ru¬ ra lub moze byc zaopatrzony w odpowiednie dy- 15 20 25 30 35 40 45 50 55 6057818 ize. Powietrze lub inny gaz zawierajacy wolny tlen przechodzi przewodem 34 i ogrzewa sie w ra¬ zie potrzeby w wymienniku ciepla 36, a nastepnie plynie przewodem 37 do rur rozgalezionych 38 i 39, z których wplywa do komory pierwszej 14 przez otwory wlotowe 23 i 24. Zawory 41 i 42 ste¬ ruja podawanie powietrza przez przewody wloto¬ we 23 i/lub 24. W przypadku stosowania palników trzeba oczywiscie przewidziec nie uwidocznione na rysunku przewody, za pomoca których wprowadza sie paliwo do mieszanki.Cieplo do przemiany weglowodorów w sadze do¬ starczane jest albo przez spalenie czesci weglowo¬ dorów, albo przez spalanie wprowadzonego paliwa ¦z domieszka powietrza. W obu przypadkach prze¬ miana nastepuje dzieki cieplu przekazanemu z go¬ racych produktów spalania, które poczatkowo ota¬ czaja weglowodory w pierwszej komorze spalania 14. Gorace produkty spalania, czesciowo rozlozone i nierozlozone weglowodory oraz inne produkty reakcji przeplywaja nastepnie do drugiej komory 16 o wiekszej srednicy, gdzie nastepuje dalszy roz¬ klad weglowodorów.Podczas produkcji sadzy typu „FEF" wode ga¬ szaca wprowadza sie z przewodu 43 do'rury roz- g^aleznej 44 i dalej przez przewód 26 do drugiej komory 16. Podczas wytwarzania sadzy typu „GPF" wode gaszaca wprowadza sie do trzeciej komory wlotem 27. Gdy nie jest wprowadzana ciecz ga¬ szaca wlotem 27, na przyklad przy wytwarzaniu sadzy typu „FEF" trzecia komora 17 sluzy- jako ka¬ nal przejsciowy. Wskazanym jest regulowanie ilos¬ ci oleju i wybór produktu gaszenia w komorach 16 lub 17 tak, aby otrzymac mozliwie najwieksza wydajnosc sadzy wolnej od zanieczyszczen smo¬ la. Zawartosc smoly w sadzy moze byc okreslona za pomoca próby fotopylometrycznej, której szcze¬ góly mozna znalezc w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych A.P. nr 3009784.Niezaleznie od tego, czy woda gaszaca jest wpro¬ wadzana wlotem 26 lub wlotem 27, sadza znaj¬ duje sie w poblizu polaczenia miedzy komora 16, a komora trzecia 17. Gazowe skladniki przeplywa¬ jac z komory 16 do komory 17 unosza w zasadzie cala sadze znajdujaca sie w komorze 16 i zapo¬ biegaja przed jej gromadzeniem sie tam.Dym z pieca jest odprowadzany przewodem 46 i przechodzi przez wymienniki ciepla 36 i 31, a nastepnie przedostaje sie przewodem 47 do oddzie¬ laczy sadzy 48. Oddzielacze sadzy 48 moga byc do¬ wolnymi aparatami tego typu znanymi w przemy¬ sle.Wynalazek jest zilustrowany na nastepujacym przykladzie.Przyklad. Piec jest zbudowany jak na fig. 1—4 i ma nastepujace wymiary: Dlugosc A (komora 14) 3,23 m „ B (komora 16) 2,76 m „ C (komora 17) 23 cm „ D (komora 17) 23,6 cm „ E (komora 17) 1,57 m dlugosc od wlotowej sciany pierwszej komory 14 do otworów26 4,26 m Dlugosc od wlotowej sciany pierwszej komory 14 do otworów27 6,78 m Srednica wewnetrzna pierwszej komory 14 61 cm Srednica wewnetrzna drugiej komory 16 102 cm Srednica wewnetrzna trzeciej komory 17 46 cm Piec wytwarza w warunkach podanych w tablicy 1 zarówno sadze typu „FEF", jak i sadze typu „GPF".Tablica 1 ID 15 20 30 35 40 45 50 55 60 Warunki dzialania Ilosc doprowadzanego oleju litr/godz.Temperatura podgrzar nia oleju °C Ilosc doprowadzanego stycznie powietrza m3/godz.Temperatura powietrza i doprowadzanego otwo¬ rami 23 i 24 °C Ilosc powietrza dopro¬ wadzanego przewodem 18 m3/godz.Ilosc powietrza rozpy¬ lajacego m3/godz.Sadza wyprodukowana Wydajnosc oleju kg/litr Wskazania fotopylo- mierza Powierzchnia wlasciwa oznaczona za pomoca azotu m2/g Absorpcja oleju cm3/g przy wy¬ twarzaniu sadzy „FEF" 1590 288 43,3 260 0,113 0,127 0,55 92 44 1,1 przy wy¬ twarzaniu sadzy „GPF" 1510 288 35,4 . 260 0,113 0,113 0,56 92 28 0,9 Przy pracy w warunkach jak wyzej i przy in¬ nych parametrach operacyjnych, obejmujacych dluzsze okresy czasu, nie stwierdzono osadzania sie sadzy w drugiej komorze 16. Omawianych wy¬ miarów uzyto tylko do celów wyjasniajacych. Re¬ prezentuja one jedna, korzystna forme wykona¬ nia pieca wedlifg wynalazku. Wymiary te moga -byc zmieniane, ale dlugosc komory pierwszej 14 powinna byc wieksza od jej srednicy wewnetrznej, to jest dlugosc musi byc od 1,5 do 10 razy wieksza od srednicy.Dlugosc komory drugiej musi byc wieksza od jej srednicy wewnetrznej, a wewnetrzna jej sred¬ nica powinna byc wieksza od srednicy wewnetrznej komory pierwszej, na przyklad dlugosc komory drugiej powinna byc wieksza od 1,2 do 10 razy od jej srednicy wewnetrznej, a jej srednica wew¬ netrzna powinna byc od 1,1 do 2,4 razy wieksza57818 7 niz srednica wewnetrznej komory pierwszej 14.Dlugosc komory trzeciej 17 powinna byc takze wieksza od jej srednicy wewnetrznej, a jej sred¬ nica wewnetrzna musi byc mniejsza niz srednica wewnetrzna komory pierwszej 14. Dlugosc komo- 5 ry trzeciej 17 musi byc na przyklad od 2 do 8 razy wieksza niz jej srednica wewnetrzna, a sred¬ nica wewnetrzna tej komory powinna byc od 0,4 do 0,9 razy mniejsza niz srednica wewnetrzna ko¬ mory pierwszej14. 10 Korzystnie jest na przyklad, jezeli dlugosc ko¬ mory pierwszej 14 wynosi od 3,0 do 3,4 m, a jej srednica wewnetrzna wynosi 61 cm. Jest równiez korzystne jezeli komora druga 16 ma dlugosc od 2,7 do 3,0 m, a srednice wewnetrzna 102 cm, na- 15 tomiast komora trzecia 17 ma dlugosc od 1,5 do 1,7 m, a wewnetrzna jej srednica wynosi 38 cm. PL