PL61215B1 - - Google Patents

Description

27.VI.1966 dla zastrz. 1^3 15 29.IX.1966 dla zastrz. 4 Stany Opublikowano: Zjednoczone Ameryki 20.11.1971 61215 KI. 22 f, 1/50 MKP C 09 c, 1/50 Wspóltwórcy wynalazku: Robert Edward Ddllinger, Robert Henry Kal- leruberger Wlasciciel patentu: Phillips Petroleum Company, Bartlesville, Oklaho¬ ma (Stany Zjednoczone Ameryki) Sposób wytwarzania sadzy Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia sadzy przez spalanie weglowodorów w piecu trzykomorowym, przy uzyciu gazu zawierajacego wolny tlen.Jedna z podstawowych wlasciwosci fizyczno- -chemicznych sadzy, charakteryzujacych jej zacho¬ wanie sie w mieszankach gumowych, jest jej struktura. Istnieje tez scisla zaleznosc miedzy struktura sadzy, a modulem produktu gumowego, w sklad którego wchodzi sadza, a mianowicie siatkowa lub lancuchowa struktura sadzy nadaje mieszankom kauczuku syntetycznego wysoki mo¬ dul, pozadany np. w przypadku opon pojazdów samochodowych.Sadza badana pod mikroskopem przedstawia sie jako polaczenie oddzielnych plytek typu grafitowe¬ go zlozonych po kilka razem. Czastki sadzy sa to kompleksy skladajace sie z duzej ilosci takich for¬ macji. Budowa tych kompleksów jest rózna w róz¬ nych typach sadzy. W sadzach termicznych plytki sa rozmieszczone równolegle do powierzchni cza¬ stki, wskutek czego sila przyciagania pomiedzy po¬ szczególnymi czastkami sadzy jest bardzo mala.Natomiast w sadzy gazowej pierwotne plytki sa rozmieszczone chaotycznie, co powoduje, ze swo¬ bodne wartosciowosci wegla na brzegach tych ply¬ tek oddzialywuja wzajemnie na siebie, wywolujac tworzenie sie struktury lancuchowej lub siatkowej.Sadza piecowa o budowie lancuchowej ma wiele zalet w kompozycjach kauczukowych, mianowicie 10 15 20 25 30 daje sie latwo mieszac z kauczukiem i daje mie¬ szanki gumowe latwe do ksztaltowania przez wy¬ tlaczanie. Do wielu celów pozadane jest jednak stosowanie sadzy majacej budowe w jeszcze wiek¬ szym stopniu lancuchowa niz to jest mozliwe do otrzymania za pomoca znanych procesów pieco¬ wych.Wiadomo, ze sadze o budowie lancuchowej mozna wytwarzac metoda piecowa, dodajac do oleju stanowiacego produkt wyjsciowy male ilosci zwiazków metali alkalicznych. Sposób ten ma jed¬ nak powazne wady, gdyz zwiazki metali alkalicz¬ nych powoduja uszkodzenia wykladziny pieca i ko¬ rozje czesci metalowych urzadzenia.Znany jest równiez sposób wytwarzania sadzy piecowej w piecu lub reaktorze o 3 przylegajacych do sietoie komorach cylindrycznych, umieszczonych wspólosiowo i polaczonych ze soba, przy czym srodkowa komora ma srednice wieksza niz po¬ zostale komory. Powietrze lub inny gaz zawierajacy wolny tlen wprowadza sie do wlotu pierwszej ko¬ mory, a wyjsciowy produkt weglowodorowy, zwy¬ kle olej, wtryskuje sie wdluz podluznej osi do pierwszej komory w miejscu lezacym za wlotem gazu. Powstala mieszanina plynie do drugiej komo¬ ry, do której wzdluz obwodu wprowadza sie z duza predkoscia gorace gazy spalinowe (paliwo), powo¬ dujac pirolize wyjsciowego produktu w celu wy¬ tworzenia sadzy. Otrzymana mieszanina przeplywa ruchem burzliwym do trzeciej komory, w której 6121561215 konczy sie piroliza i proces wytwarzania sadzy. Z trzeciej komory produkty przeplywaja do ukladu do oddzielania sady, opijanego na przyklad w opi¬ sach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2 809 098 i nr 3 103 418.Sposób wedlug wynalazku umozliwia wytwarza¬ nie; sadzy o ? budowie czastek w znacznym stopniu lancuchowej, przy uzyciu trójkomorowego reaktora typu wyzej opisanego, bez dodawania zwiazków metali alkalicznych do produktu wyjsciowego.Sposób ten polega na tym, ze gaz zawierajacy wolny tlen i ewentualnie paliwo wprowadza sie wzdluz podluznej osi do pierwszej, cylindrycznej komory trójkomorowego pieca czy reaktora, a produkt weglowodorowy wprowadza sie do tejze komory wzdluz podluznej jej osi w miejscu polo¬ zonym dalej w kierunku przeplywu. Powstala mieszanine prowadzi sie wzdluz osi komór do srod¬ kowej komory spalania, równiez cylindrycznej i majacej srednice wieksza od srednicy pierwszej komory. Gaz zawierajacy wolny tlen, ewentualnie razem z paMwem, wprowadza sie wzdluz obwodu do drugiej komory, w-celu dostarczenia, na skutek spalania, ciepla ^ niezbednego do procesu pirolizy.Powstala mieszanina przeplywa wzdluz osi komór do trzeciej komory, równiez cylindrycznej, w któ¬ rej, w wyniku dzialania ciepla powstajacego w pierwszych dwóch komorach na skutek spalania, proces powstawania sadzy dobiega konca. Wszyst¬ kie trzy komory reaktora sa umieszczone wzdluz podluznej osi, przylegaja do siebie i sa ze soba po¬ laczone.Stwierdzono, ze aby otrzymac sadze o budowie czastek w znacznym stopniu lancuchowej nalezy prowadzac proces sposobem znanym i podanym wyzej 15—70% wagowych tlenu wprowadzanego do pierwszych dwóch komór urzadzenia wprowadza sie do pierwszej komory, a paliwo gazowe lub w postaci par, zazwyczaj weglowodór, mozna wpro¬ wadzac do pierwszej komory reaktora, pomiedzy wlotem tlenu i wlotem produktu weglowodorowe¬ go. Wazna cecha sposobu wedlug wynalazku jest równiez to, ze zmieniajac miejsce doprowadzania produktu weglowodorowego wzdluz pierwszej ko¬ mory mosna wytwarzac sadze o strukturze w róz¬ nym stopniu lancuchowej. Strukture te mozna rów¬ niez zmieniac, zmieniajac miejsce wprowadzania paliwa wzdluz komory srodkowej, na jej obwodzie.Sposób wedlug wynalazku jest opisany szcze¬ gólowo w odniesieniu do rysunku, na którym uwidoczniono trójkomorowy piec, nadajacy sie do prowadzenia w nim procesu wedlug wynalazku.Na rysunku fig. 1 przedstawia przekrój pieca wzdluz jego osi podluznej, fig. 2 — przekrój wzdluz linii: 2-^2 na fig. 1, fig. 3 — widok i czesciowo przekrój poprzeczny urzadzenia do doprowadzania gazowego paliwa i wtryskiwania produktu wyj¬ sciowego do pieca przedstawionego na fig. 1, fig. 4 — odmiane urzadzenia do wprowadzania paliwa i powietrza do pierwszej komory pieca uwidocznio¬ nego na fig 1.Na fig. :1 piec 10 sklada sie z pierwszej komory spalania.12 o ksztalcie cylindrycznym i o dlugosci wiekszej niz jej srednica. Druga cylindryczna ko¬ mora spalania 14, o srednicy wiekszej niz jej dlu¬ gosc i wiekszej niz srednica pierwszej komory, jest polaczona u wlotu z czescia wylotowa pierwszej komory 12, przy czyim polaczenie to jest otwarte, a obie komory 12 i 14 sa ustawione wzgledem 5 siebie osiowo. Z druga komora 14 jest polaczony stycznie, korzystnie co najmniej jeden tunel wlo¬ towy 16. Trzecia cylindryczna komora spalania 18 o dlugosci wiekszej niz jej srednica i o srednicy mniejszej od srednicy drugiej komory 14, jest u io wlotu polaczona z czescia wylotowa drugiej ko¬ mory spalania. Wszystkie trzy komory spalania maja ogniotrwala wykladzine 20, wykonana z ogniotrwalych materialów, takich jak sylimanit, tlenek glinowy lub z innego materialu odpornego 15 na dzialanie wysokiej temperatury. Ogniotrwala wykladzina jest od zewnatrz wyposazona w izola¬ cje cieplna 24, otoczona stalowa oslona 22.Do wlotu pierwszej komory 12 jest doprowadzo¬ ny przewód do zasilania powietrzem, obejmujacy 20 dwie sekcje 26 i 26', Pomiedzy zewnetrzna sciana sekcji 26' i wewnetrzna sciana pierwszej komory 12 jest umieszczona tuleja 28, wykonana z metalu lub z tworzywa ceramicznego. Czesc wylotowa przewodu 26, 26' siega do komory spalania 12, a 25 jego wlot jest polaczony ze zródlem powietrza.Kolnierzowa zlaczka 30, majaca nasade 32, jest umieszczona miedzy sekcjami 26 i 26' przewodu powietrznego.Przewód 34 doprowadzajacy paliwo jest umiesz- 30 czony wzdluz i korzystnie osiowo wewnatrz sekcji 26', a wylot przewodu 34 siega poza wylot tej sek¬ cji i wchodzi do komory spalania 12. Czesc wlotowa przewodu 34 siega przez sciane sekcji 26 i przez dlawik 36, dzieki czemu moze byc przesuwana 35 wewnatrz komory 12. Przewód 34 jest utrzymywany w nasadzie 32 za pomoca luznego kolnierza 38, utrzymywanego w pewnej odleglosci od wewnetrz¬ nej sciany nasady 32.Przewód 40 doprowadzajacy produkt wyjsciowy 40 jest umieszczony wzdluz i korzystnie równiez osiowo wewnatrz przewodu paliwowego 34, przy czym jego wylot siega poza wylot przewodu 34.Na koncu wlotowym przewodu 34 jest umieszczony dlawik 42 i czesc wlotowa przewodu 34 przechodzi 45 przez ten dlawik tak, ze przewód 40 moze zmie¬ niac polozenie i jego wlot moze przesuwac sie w komorze 12 w stosunku do wylotu przewodu 34.Wylot przewodu 34 jest wyposazony w zamk¬ niecie 44 (fig. 3). W czesci przewodu 34 obok jego 50 wylotu znajduje sie wiele otworów 46. Na koncu wylotowym przewodu 40 jest umieszczona dysza 48, sluzaca do kierowania wsadu weglowodorowe¬ go do strumienia powietrza, plynacego wzdluz ko¬ mory 12. Przyklad wykonania takiej dyszy jest 55 uwidoczniony na rysunku w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 2 809098. Kat wprowadzania wsadu weglowodorowego do stru¬ mienia powietrza wynosi zwykle 15—75°, a korzy¬ stnie 20-^60°. Kat ten moze byc jednak zmieniany 60 i w granicach szerszych.Przewód paliwowy 34 i przewód surowca 40 moga tez byc przesuniete do wylotowej czesci ko¬ mory spalania 12 i jezeli pozadane jest, aby pa¬ liwo doprowadzone w postaci par uleglo calkowi- 65 termu spaleniu w pierwszej komorze 12, wówczas5 w czesci nasady 32 zwróconej w kierunku ruchu produktów w piecu jest umieszczona kryza 33, stanowiaca podstawe plomienia (fig. 4).Mieszanine paliwa z powietrzem wprowadza sie do co najmniej jednego ze stycznych tuneli 16, 16' komory 14. Jako paliwo stosuje sie dowolne odpo¬ wiednie paliwo ciekle, stale lub gazowe, takie jak gaz ziemny. Do doprowadzania palnej mieszanki do tunelu 16, 16' stosuje sie dowolne odpowiednie urzadzenie, na przyklad opisane w opisie patento¬ wym Stanów Zjednoczonych Ameryki na 2 780 529.Mieszanke te zapala sie i konczy proces spalenia w wlocie tuneli 16 i/lub 16'. Ewentualnie niespa- lona czesc mieszanki spala sie na obwodzie ko¬ mory 14. Otrzymane spaliny wplywaja do komory spalania 14 i plyna spiralnie ku osi tej komory, podczas gdy gazy z tej komory plyna do komory 18.Strumien powietrza wprowadza sie przewodem 26, 26' do komory 12, przez która przeplywa on w kierunku podluznym. Strumien paliwa, na przy¬ klad gazu ziemnego lub -odparowanego paliwa cieklego przeplywa przez pierscieniowy kanal 35 (fig. 3) pomiedzy przewodami 34 i 40 i zmieszany z przeplywajacym powietrzem wyplywa zasadniczo promieniowo przez otwory 46 z tego kanalu do ko¬ mory 12.Olej weglowodorowy, zwykle wstepnie ogrzany, plynie przez przewód 40 i dysze 48 i zostaje roz¬ pylony w wspomnianej wyzej mieszance w ko¬ morze 12. Otrzymana mieszanina plynie nastepnie w kierunku osiowym przez komore 14 i wplywa do komory 18 otoczona goracymi spalinami z ko¬ mory 14. Proces powstawania sadzy konczy sie w komorze 18 i produkty z tej komory plyna do nie uwidocznionego na rysunku urzadzenia do oddzie¬ lania sadzy. Mieszanine ulatujaca z komory 18, to jest dym, chlodzi sie raptownie do temperatury nizszej od temperatury powstawania sadzy. Chlo¬ dzi sie w znany sposób za pomoca wody doprowa¬ dzanej przewodami 15 lub 17.Proces wedlug wynalazku moze tez przebiegac bez stosowania dodatkowego wprowadzania par paliwa przez przewód 34. Mozna tez przewodami 26, 26' doprowadzac powietrze, pary paliwa prze¬ wodem 34, a strumien weglowodoru przewodem 40, jak opisano wyzej, ale nie wprowadzajac pali¬ wa do tuneli 16 i/luib 16', a tylko strumien powie¬ trza.Powietrze doprowadzane do urzadzenia osiowo i/lub stycznie mozna wstepnie ogrzewac.W ramach wynalazku mozna wprowadzac po¬ wietrze do komory spalania 14 w sposób inny niz stycznie, jak to uwidoczniono schematycznie na fig. 1 i 2. Na przyklad strumien zawierajacy powie¬ trze moze byc doprowadzany obwodowo przewo¬ dem 19 i/lub 19' i/lub 21 i/lub 21' tak, aby oply¬ wal wewnatrz obwodu drugiej komory spalania 14 i nastepnie przeplywal do trzeciej komory spala¬ nia 18, korzystnie otaczajac mieszanine plynaca osiowo przez druga komore 14 z pierwszej komory 12. Strumien powietrza mozna tez wprowadzac dó komory 14 w kierunku promieniowym przewoda¬ mi 25 i/lub 25'. Przewody 19 i 19', 21 i 21' oraz 25 i 25' moga byc wyposazone w odpowiednie 6 urzadzenia do wprowadzania strumienia powie¬ trza do komory 14, na przyklad podobne do opisa¬ nych wyzej tuneli 16 i 16'.Na fig. 5 uwidoczniono inny zestaw do dopro- 5 wadzania paliwa i powietrza. Sklada sie on z przewodu powietrznego obejmujacego dwie sekcje 50 i 50', którego wylot wchodzi do przewodu 16, 16', a wlot jest polaczony ze zródlem powietrza.W czesci wylotowej sekcji 50' i wewnatrz tunelu 10 16 znajduje sie ochronna tuleja 52 z metalu lub z tworzywa ceramicznego, a pomiedzy sekcjami 50, 50' przewodu zewnetrznego jest umieszczona zlaczka kolnierzowa 54 z tuleja 56 po stronie wylo¬ towej. W odplywowej czesci tulei 56 znajduje sie 15 kryza 58. Przewód 60 do doprowadzania paliwa weglowodorowego jest umieszczony wzdluz i we¬ wnatrz wspomnianego wyzej przewodu zewnetrz¬ nego i wylot przewodu 60 siega glebiej do tunelu 16 niz wylot sekcji 50'. 20 Czesc wlotowa przewodu 60 przechodzi przez sciane sekcji 50 i dlawik 62, dzieki czemu prze¬ wód 60 moze byc przesuwany i jego wylot moze zmieniac polozenie w tunelu 16 i komorze 14, jak to uwidoczniono liniami przerywanymi. U wylotu 25 przewodu 60 sa wykonane promieniowe otwory 64.Rozprowadzanie paliwa mozna dokonywac równiez w inny sposób. Przewód 60 jest utrzymywany w tulei 56 za pomoca kolnierza 66, który z kolei jest utrzymywany w pewnym odstepie od wewnetrz- 30 nych scian tulei 56. W praktyce, jezeli stosuje sie dwa tunele 16 i 16', wówczas polozenie konców wylotowych przewodów paliwowych 60 w tych tu¬ nelach moze byc jednakowe lub rózne.Proces prowadzi sie w ten sposób, ze strumien 35 powietrza wprowadza sie co najmniej do jednego z tuneli 16 i 16', a paliwo doprowadza sie przewo¬ dem 60 i miesza z.powietrzem w tunelach 16, 16* lub w komorze 14, w zaleznosci od polozenia wy¬ lotu przewodem 60. Jako paliwo do wytwarzania 40 palnej mieszanki stosuje sie dowolne paliwo, na przyklad gaz ziemny.Sposób wedlug wynalazku wyjasniono blizej w nizej podanych przykladach. Próby te przeprowa- 45 dzano na skale przemyslowa, stosujac piec czyli reaktor do wytwarzania sadzy uwidoczniony na fig. 1. Pierwsza komora spalania 12 pieca miala srednice 31 cm i dlugosc 114 cm, druga komora 14 miala srednice 94 cm i dlugosc 31 cm. Srednica CA kanalów 16, 16' wynosila 30 cm i dlugosc 61 cm 50 -wzdluz krótszego boku. Trzecia komora spalania 18 miala srednice 30 cm, a dysza 48 byla umieszczona 8,3 cm od otworów 46 w strone wylotu.W celu umozliwienia porównania wyników osia- 55 ganycli za pomoca sposobu wedlug wynalazku z wynikami otrzymywanymi przy stosowaniu zna¬ nych sposobów, próby kontrolne przeprowadzano przy uzyciu urzadzenia uwidocznionego na fig. 2 w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ame- 60 ryki nr 2 564 700. W piecu tym komora spalania 18 miala srednice 30 cm, druga komora 14 miala srednice 94 cm i dlugosc 30 cm, przy czym piec ten nie zawieral pierwszej komory 12. Surowiec we¬ glowodorowy doprowadzano w znany sposób w po- 65 blizu wlotu do komory 14.61215 8 Dwa oonówione nizej typy wsadu weglowodoro¬ wego byly uzyte do prób. Oba te rodzaje wsadów to wsady konwencjonalne, mozliwe do otrzymania w handlu, a typowe wlasciwosci kazdego z nich podano nizej w tablicy I. Wsad typu A byl kon¬ wencjonalnym handlowym koncentratem aroma¬ tycznym przygotowanym za pomoca ekstrakcji cieklym dwutlenkiem siarki olejów otrzymanych w katalitycznym krakingu olejów gazowych. Stoso¬ wano trzy rózne partie oleju typu A, wszystkie posiadajace wartosc 91 wedlug BMCI. Praktycznie biorac, w zastosowaniu do produkcji sadzy, te trzy rodzaje olejów sa wlasciwie identyczne. Wsad ty¬ pu B byl konwencjonalnym koncentratem aroma¬ tycznym, uzyskanym nav drodze rafinacji han¬ dlowej ropy naftowej. Zastosowano 8 partii tego typu oleju, wszystkie o wartosciach w granicach Tablica I Wlasciwosci oleju Ciezar wlasciwy w g/cm8 Ciezar wlasciwy metoda API (15,56°C) Wskaznik BMCI (Bureau of Mines Correlation Index) Temperatura wrzenia w °C Zawartosc wegla w % wago¬ wych Zawartosc wodoru w % wa¬ gowych Typ A 0,990 11,4 91 282-418 89,0 9,3 Typ B 1,06 1,6 115 354—557 90,1 8,5 10 15 20 25 35 114—117 wedlug BMCI. Praktycznie biorac w od¬ niesieniu do produkcji sadzy, oleje te byly równiez w zasadzie identyczne.Przyklad I. Wykonano szereg prób, stosujac jako wsad olej typu A. Ten szereg prób ilustruje efekt zmiany punktu wprowadzenia wsadu olejo¬ wego do pierwszej strefy spalania 12. Warunki procesu, uzysk sadzy i wyniki badania otrzymanej sadzy podano w tablicy II. Próby 2—6 wykonano zgodnie z wynalazkiem, przy czym odleglosc mie¬ dzy dysza wyplywowa 48 wsadu olejowego a wejs¬ ciem do drugiej strefy spalania 14 stopniowo zmniejszano. Próba 1 byla testem kontrolnym wykonanym w konwencjonalnym reaktorze, jak opisany wyzej. Z tablicy II widac, ze w miare wzrostu wspomnianej odleglosci, zdolnosc sadzy do absorbowania oleju wzrastala, a i inne wlasciwosci sadzy ulegaja polepszeniu.Próbki sadzy z testów 1 i 5 zostaly zwulkani- zowane z naturalnym kauczukiem w celu wypro¬ dukowania serii kompozycji kauczukowych. Recep¬ ta uzyta do przygotowania kompozycji kauczuko¬ wych byla nastepujaca: czesci wagowe krepa liberyjska 100 sadza 50 tlenekcynku 5 Altax (dwusiarczek benzotiazylowy) 0,6 siarka 2,5 kwas stearynowy 3,0 Przygotowane zwiazki kauczukowe poddano wul¬ kanizacji w temperaturze 145°C w ciagu 30 minut.Powstale kompozycje wulkanizowanej gumy bada- Tablica II Wsad olejowy Oznaczenie Ilosc (litry na godzine) Podgrzanie °C Polozenie dyszy, (a), cm Cisnienie wtrysku kG/cm2 Ilosc powietrza i gazu Powietrze osiowo (b) (m8/godz.) Powietrze stycznie (m3/godzine) Powietrze osiowo % od ogólnej ilosci Gaz osiowo (m8/godzine) Gaz stycznie (m8/@odzine) Stosunek ogólnej ilosci powietrza do oleju (m8/litr) Produkt gotowy — sadza Uzysk (kG/litr) Elastycznosc optyczna N2 — powierzchnia wlasciwa m*/g Absorpcja oleju cm8/g Ocena sadzy w naturalnym kauczuku Modul 300%, kG/cm* Rozciaganie. kG/cm2 Wydluzenie w % Numer próby lx A 940 288 0 — 113 7090 1,6 0 474 7,63 0,365 90 126,0 1,38 158 239 430 2 | 3 A 640 288 15 8,4 2120 2120 50 85 141 6,63 0,389 91 106,8 1,55 .A 640 288 20 8,4 2120 2120 50 85 141 6,63 0,3*2 92 110,0 1,69 4 A 640 288 25 8,4 2120 2120 50 85 141 6,63 0,342 91 110,6 1,74 5 A 640 288 31 3,7 2120 2120 50 85 141 6,63 0,348 96 117,5 1,78 182 186 320 6 A 640 288 48 8,4 2120 2120 50 85 141 6,63 0,328 93 126,1 1,85 x) — test kontrolny w konwencjonalnym reaktorze (a) — mierzona od wejscia przedpradowego do drugiej komory spalarnia 14 (b) — powietrze oslonowe. \61215 10 no zgodnie ze standartowa procedura badan gu¬ my.Wyniki tych badan podano w tablicy II. Odnos¬ nie tablicy II nalezy zauwazyc, ze wartosc modulu dla gumy zawierajacej sadze próby nr 5 byla o 24 kG/cm2 wyzsza niz wartosc cfla gumy zawie¬ rajacej sadze z testu kontrolnego nr 1, co oznacza polepszenie struktury, oznaczone przez wzrost zdolnosci absorbowania oleju.Przyklad II. Wykonano szereg prób, stosu¬ jac jako wsad olej aromatyczny skoncentrowany typu B. Ta seria prób wykazuje efekt wzrostu ilosci powietrza doprowadzanego wzdluznie lub osiowo do pierwszej strefy spalania 12, to znaczy procent osiowo wprowadzonego powietrza do ogól¬ nej ilosci powietrza doprowadzonego do reaktora.Próby 2—5 wykonano zgodnie z wynalazkiem. Za¬ notowac nalezy, ze w tych próbach pozycja dyszy wyplywowej wsadu 48 pozostawala w miejscu sta¬ lym w odleglosci 19 cm przed wlotem do drugiej strefy spalania 14. Próba 1 byla testem kontrolnym wykonanym w konwencjonalnym reaktorze, takim jak opisany wyzej. Warunki procesu, uzysk sadzy oraz wyniki badania otrzymanej sadzy podano w tablicy III. Z tablicy tej wynika, ze w miare pro¬ centowego wzrostu ilosci powietrza doprowadzane¬ go osiowo, zdolnosc absorpcji oleju ulega zwieksze¬ niu.Tablica III Wsad olejowy Oznaczenie BMCI Ilosc litr/godzine Podgrzanie °C Polozenie dyszy (a) cm Cisnienie wtrysku kg/cm2 Ilosci powietrza i gazu Powietrze osiowo m8/@odzine (b) Powietrze stycznie m8/godzine Powietrze osiowo w % ogólnej ilosci Gaz osiowo m8/godzine Gaz stycznie m8/godzine Stosunek ogólny powietrze olej m8/litr Sadza — produkt gotowy Uzysk (kG/litr) Elastycznosc optyczna N2 — powierzchnia wlasciwa m8/g Absorpcja oleju cm8/g Numer próby lx) B 115 915 207 0 9,3 113 7090 1,6 0 462 7,84 0,453 89 125,9 1,4 2 B 114 838 204 19 7 850 5670 13,0 45 377 7,76 0,450 85 112,1 1,47 3 BV 114 890 204 19 7 992 5536 15,2 54 368 7,74, 0,462 92 116,0 1,50 4 B 114 838 202 19 7 1270 5240 19,5 68 348 7,76 0,436 92 119,0 45;4 5 B 114 838 204 19 7 1415 5100 21,7 77 340 7,74 0,445 92 115,6 1,58 x) — test kontrolny w konwencjonalnym reaktorze (a) — mierzona od wejscia przedpradowego do drugiej komory spalania 14 (b) — powietrze oslonowe.Tablica IV Wsad olejowy Oznaczenie BMCI Ilosc (litry na godzine) Podgrzewanie °C Polozenie dyszy, (a), cm Cisnienie wtrysku kG/cm2 Ilosc powietrza i gazu Powietrze osiowo m8/godz. (b) Powietrze stycznie m8/godzine Powietrze osiowo % do ogólnej ilosci Gaz osiowo m8/godzine Gaz stycznie m8/godzine Stosunek ogólnej ilosci powietrza do oleju m8/litr Produkt gotowy — sadza Uzysk kG/litr Elastycznosc optyczna N2 — powierzchnia wlasciwa m2/g Absorpcja oleju m2/g x) — test kontrolny w konwencjonalnym reaktorze (a) — mierzona od wejscia przedpradowego do drugiej komory spalania 14 (b) — powietrze oslonowe. lx) B 116 1220 210 19 11,6 113 6400 1,7 0 428 5,34 0,55 98 87,3 1,44 Numer 2 B 117 1130 213 19 11,3 1270 5240 19,6 68 348 5,80 0,515 100 90,2 1,47 próby 3 B 117 1110 213 19 11,3 1550 4950 23,6 82 331 5,89 0,495 100 92,2 1,53 4 B 117 1120 213 19 11,3 1840 4670 28,3 99 312 5,83 0,485 100 91,2 1,5861215 11 Przyklad III. Inny szereg prób wykonano przy uzyciu jako wsadu weglowodorowego oleju typu B. Ten szereg prób byl identyczny z przebie¬ giem podanym w przykladzie II, z ta róznica, ze stosowano nizszy stosunek ogólnej ilosci powietrza do oleju. Wyniki ilustruja równiez efekt, jaki powo¬ duje zwiekszenie procentowej ilosci powietrza wprowadzanego osiowo, przy utrzymaniu dyszy wy¬ plywowej wsadu olejowego w stalej pozycji. Wa¬ runki przeprowadzenia prób, uzysk sadzy i wyniki badan produktu-sadzy podano w tablicy IV poni¬ zej. Próba 1 byla testem kontrolnym wykonanym w konwencjonalnym reaktorze opisanym powyzej.Z tablicy tej widac, ze w testach 2-^—4 wlacznie, wy¬ konanych zgodnie z wynalazkiem, zdolnosc absorp¬ cji oleju wzrasta w miare wzrostu procentu powiet¬ rza wprowadzanego osiowo.Przyklad IV. Wykonano szereg prób, stosujac jako wsad olej typu B. Próby te ilustruja efekt wywolany przez wzrost ilosci powietrza doprowa¬ dzanego osiowo lub wzdluznie (procent ogólnej ilosci powietrza) do pierwszej strefy spalania 12 wtedy, gdy pary paliwa weglowodorowego, na przyklad gazu, nie sa wprowadzane osiowo do tej pierwszej strefy splalania 12. Warunki przeprowa¬ dzonych prób, uzysk sadzy oraz wyniki otrzyma¬ nej sadzy sa podane w tablicy V. Próba 1 byla testem kontrolnym, przeprowadzonym w konwen¬ cjonalnym reaktorze opisanym wyzej. W próbach 2—4 wykonanych sposobem wedlug wynalazku, 12 10 15 20 w miare wzrostu procentu powietrza wprowadza¬ nego osiowo, wartosci absorpcyjne oleju lub wlas¬ ciwosci struktury sadzy równiez wzrastaja.Próbki sadzy z testów 2 i 4 zostaly zwulkani- zowane z kauczukiem SBR-1006 w celu otrzyma¬ nia szeregu kompozycji gumy. Recepta uzyta przy wytwarzaniu tych mieszanek gumy byla nastepu¬ jaca: czesci wagowe kauczuk SBR-1000 1000 sadza 40 tlenekcynku 8 CP250* 6 siarka 2,5 santocure** 0,8 *) plastyfikator do gumy — smola poweglowa do¬ starczana przez Allied Chemical and Dye Corpo¬ ration **) N-cykloheksylo-2-benzotiazylosulfonamid.Wymienione kompozycje kauczuku poddano wul¬ kanizacji w temperaturze 153°C w ciagu 45 minut Otrzymane kompozycje gumy wulkanizowanej poddano standartowym badaniom, których wyniki przedstawiono w tablicy V. Modul gumy wulkani¬ zowanej wedlug próbki z testu nr 4 byl o 8 kG/cmf wyzszy od modulu dla próbki wulkanizowanej gumy z testu nr 2, co potwierdza polepszenie struktury sadzy, oznaczonej przez wzrost zdolnosci absorpcji oleju.Tablica V Wsad olejowy Oznaczenie BMCI Ilosc (litry na godzine) Podgrzanie °C Polozenie dyszy (a) cm Cisnienie wtrysku kG/cm2 Ilosc powietrza i gazu Powietrze osiowo m8/godzine Powietrze styczne m8/godzine Powietrze osiowo, % do ogólnej sumy Gaz osiowo m8/godzine Gaz stycznie xn8/godzine Stosunek ogólnejjlosci powietrza do oleju m8/litr Produkt gazowy — sadze Uzysk, kGAitr Elastycznosc optyczna N2 — powierzchnia wlasciwa m2/g Absorpcja oleju cm8/g Ocena sadzy w kauczuku SBR-1006 Modul 300% kG/cm* Rozciaganie kG/cm* Wydluzanie w % Numer próby ~ 1*) B 115 912 288 2 11 113 7090 1,6 0 473 7,85 0,445 90 123,3 1,46 2 B 116 634 288 25 11 709 3540 16,7 0 234 6,71 0,460 90 112,0 1,52 113 229 450 3 B 116 574 288 25 11 1415 5670 20,0 0 377 7,26 0,415 84 116,7 1,60 4 B 116 970 288 41 11 2120 4960 30,0 0 332 7,30 0,375 94 134,3 1,69 120 229 450 x) — test kontrolny w konwencjonalnym reaktorze (a) — mierzona od wejscia przedpradowego do drugiej komory spalaraU U (b) — powietrze oslonowe.61215 13 Przyklad V. Inny szereg prób przeprowa¬ dzono stosujac jako wsad weglowodór typu A.Próby te ilustruja efekt wzrostu ilosci paliwa we¬ glowodorowego wprowadzonego osiowo w postaci par, na przyklad gazu, do pierwszej strefy spa¬ lania 12. Warunki prowadzenia próby, uzysk sa- 14 dzy oraz wyniki badan produktu-sadzy podano w tablicy VI. Z tablicy tej widac, ze w próbach 1—4 uzysk produktu-sadzy wzrasta w miare wzro¬ stu ilosci paliwa weglowodorowego wprowadzone¬ go osiowo do pierwszej komory spalania 12.Tablica VI Wsad olejowy Oznaczenie BMCI Ilosc (litry na godzine) Podgrzanie Polozenie dyszy cm (a) Cisnienie wtrysku kG/cm2 Ilosc powietrza i gazu Powietrze osiowe m8/godzine Powietrze styczne m8/godzine Powietrze osiowe, % do ogólnej sumy Gaz osiowo m8/godzine Gaz stycznie imtygodzine Stosunek ogólnej ilosci powietrza do oleju m8/litr Produkt gotowy — sadze Uzysk, kG/litr Elastycznosc optyczna N2 — powierzchnia wlasciwa mtyg Absorpcja olejowa cm8/g Ocena sadzy z kauczuku SBR-1006 Modul 300%, kG/cm* Rozciaganie kG/cm2 Wydluzanie w % Numer próby 1 A 91 580 288 25 3,5 1715 2830 33,3 0 189 7,35 0,225 93 137,5 1,52 2 A 91 580 288 25 3,5 1715 2830 33,3 28 189 7,35 0,272 91 127,5 1,55 3 A 91 580 288 25 3,5 1715 2830 33,3 57 189 7,35 0,314 90 121,8 1,60 116 229 460 4 A 91 542 288 25 2,8 1715 2830 33,3 85 189 7,35 0,344 91 116,1 1,56 5 A 91 584 288 25 3,5 2120 2120 50,0 85 141 , 7,27 0,289 93 143,1 1,72 122 252 480 a) — mierzona od wejscia przedpradowego do drugiej komory spalania 14 Przyklad VI. Nastepny szereg prób prze¬ prowadzono przy uzyciu jako wsadu weglowodo¬ rowego oleju typu A. Ten szereg prób ilustruje pozadany efekt mieszania wsadu weglowodorowego z plynacym wzdluznie strumieniem powietrza w pierwszej strefie spialania 12. Warunki procesu, uzyski sadzy oraz wyniki badan sadzy podano w tablicy VII. Z tablicy tej wynika, ze w próbie 2, w której nie stosowano dyszy wtryskowej 48, a wsad weglowodorowy w zasadzie w postaci par byl doprowadzany przez rure o otwartej konców- 10 19 ce, jak w tescie kontrolnym 1, wykonywanym w reaktorze konwencjonalnym wedlug opisu poda¬ nego wyzej, nie stwierdzono wzrostu zdolnosci absorbowania oleju, a wiec i polepszenia struktury wyprodukowanej sadzy. W testach 3 i 4 jednakze, przy których wsad weglowodorowy byl wtryskiwa¬ ny do plynacego wzdluznie strumienia powietrza w pierwszej strefie spalania 12, odpowiednio pod katem 30 i 45°, uzyskano wyrazny wzrost zdol¬ nosci (absorpcji oleju, czyli polepszenie wlasciwosci struktury wyprodukowanej sadzy.Talica VII Wsad olejowy Oznaczenie BMCI Ilosc (litry na godzine) Podgrzanie °C Polozenie dyszy (a), cm Kat wtrysku w stopniach Ilosc (powietrza i gazu Powietrze osiowo mtygodzine Powietrze stycznie mtygodzine Powietrze osiowo % do ogólnej sumy Nr próby lx) A 91 750 416 0 113 5670 1,9 A 91 770 404 25 2120 3540 37,5 3 A 91 727 413 25 30 2120 3540 37,5 A 91 727 421 25 45 2120 3540 37.515 61215 dalszy ciag tab VlJ 16 Gaz osiowo mtygodzine Gaz stycznie m8/godzine Stosunek ogólnej ilosci powietrza do oleju m8/litr Produkt gotowy — sadza Uzysk kGAitr Elastycznosc optyczna N2 — powierzchnia wlasciwa ni2/g Absorpcja oleju cmtyg Numer próby 1* 0 377 7.80 0,397 91 123,3 1,4 2 113 234 7,35 0,361 97 N.D. 1,38 3 113 234 7,78 0,315 94 124,0 1,50 4 113 234 7,78 0,301 88 121,0 1,54 x) — test kontrolny w konwencjonalnym reaktorze (rurka wlotowa otwarta) a — mierzona od wejscia przedpradowego do drugiej komory spalania 14 b — powietrze oslonowe.Przyklad! VII. Pewne niewielkie trudnosci, wystepujace niekiedy w przypadkach, gdy sadze piecowe o polepszonej strukturze sa wiazane z gu¬ ma, przejawiaja sie w przedwczesnej wulkaniza¬ cji. Dwie próby wykonano w celu wykazania w jaki sposób te trudnosci moga byc przezwyciezone zgodnie z wynalazkiem. Uzyto przy tym jako wsadu oleju typu B. Warunki prowadzenia prób, uzyski sadzy oraz wyniki badan produktu — sa¬ dzy zostaly przedstawione ponizej w tablicy VIII.Z tablicy tej widac, ze próby 1 i 2 zostaly wy¬ konane w zasadzie w identycznych warunkach z wyjatkiem tego, ze w próbie nr 2 produkt — sadza byl utrzymywany w trzeciej strefie spalania 18 w ciagu dluzszego okresu czasu, co pozwolilo otrzy¬ mac sadze utrwalona o wartosci elastycznosci op¬ tycznej równej 100.Próbki wyprodukowanej sadzy z testów 1 i 2 zwulkanizowiamo z naturalnym kauczukiem przy zastosowaniu tej samej receptury i czasów wulka¬ nizacji jak podano powyzej w przykladzie I. Prób¬ ki sadzy z testów 1 i 2 zwulkanizowano równiez z kauczukiem SBR-1006 przy tej samej receptu¬ rze i czasach wulkanizacji, jak podano powyzej w przykladzie IV. Wymienione kompozycje gumy wulkanizowanej poddano standartowym badaniom.Tablica VIII wykazuje, ze kauczuk zmieszany z sadza otrzymana w próbie 2 ma przedluzony czas podwulkanizacji.Przyklad VIII. Próby wykonane w tym przykladzie zostaly przeprowadzone w sposób taki, jak podano powyzej przy uzyciu pieca przedsta¬ wionego na fig. 5. Wsad weglowodorowy uzyty w tym przykladzie, mial wlasciwosci podane poni¬ zej w tablicy IX. Wsad tenf byl konwencjonalnym handlowym wsadem aromatycznym skoncentrowa¬ nym, pochodzacym z rafinacji ropy naftowej.Próby te ilustruja wplyw, jaki na strukture sa¬ dzy wywiera zmiana polozenia miejsca dopro¬ wadzenia paliwa weglowodorowego w kanalowej strefie lub strefach spalania, które polaczone sa z druga komora spalania 14. Ogólne warunki pro¬ cesu we wszystkich wymienionych testach byly nastepujace: ilosc wsadu 770 litrów/godzine, tem¬ peratura podgrzania wsadu 210°C, polozenie dy¬ szy wsadu w pierwszej komorze spalania 12 — 19 Tablica VIII 10 15 20 25 30 35 40 Wsad olejowy Oznaczenie BMCI Ilosc (litry na godzine) Podgrzanie °F °C Polozenie dyszy (a) cm Cisnienie wtrysku kG/cm2 Ilosc powietrza i gazu Powietrze osiowo m8/godzine Powietrze stycznie m8/godzine Powietrze osiowo w % ogólnej ilosci Gaz osiowo m8/godzine Gaz stycznie mtygodzine Stosunek ogólny powietrze olej m8/litr Produkt gotowy — sadza Uzysk, kG/litr Elastycznosc optyczna Powierzchnia wlasciwa N2 m2/g Absorpcja oleju cm2/g Ocena sadzy w kauczuku naturalnym Modul 300% kG/cm2 Rozciagliwosc kG/cm2 Wydluzenie w % Wiazanie poprzeczne v X 104 moli/cm8 Podwulkanizacja 138°C, 5 czesci wzrostu, min.Ocena sadzy w kauczuku SBR-1006 Modul 300% kG/cm2 Rozciagliwosc kG/cm2 Wydluzenie w % Wiazanie poprzeczne v X 104 moli/cm8 Podwulkanizacja 138°C, 5 czesci wzrostu, min.Numer próby 1 B 117 720 550/288 19 6,7 99 495 17,5 5,7 31 7,85 0,440 90 123,4 1,51 155 236 420 1,66 10,0 107 255 540 1,58 12,9 2 B 117 716 550 19 7,0 99 495 17,5 5,7 31 7,89 0,432 100 147,7 1,47 132 255 480 1,43 10,8 106 262 535 1,66 13,9 45 (a) — mierzone od wejscia przedpradowego do drugie] komory spalania 1461215 17 cm od wejscia doplywowego do drugiej komory spalania 14, cisnienie wtrysku jwsadu 8,1 kG/cm2, ilosc powietrza wprowadzonego osiowo lub wzdluz¬ nie do pierwszej strefy spalania 12 — 1275 m3/go- dzine, ilosc powietrza wprowadzonego stycznie do kanalów 16 i 16* — 5250 ms/godzine, procent obje¬ tosciowy powietrza wprowadzanego osiowo do ogólnej ilosci 19,6, ogólny stosunek powietrza do oleju 8460 Litrów/litr, ilosc gazu wprowadzanego osiowo do pierwszej strefy 12 — 68 m8/godzine, ilosc gazu wprowadzanego stycznie kanalami 60 — 349 m*/godzine. Pozycje rurek gazowych w stycz¬ nych kanalach 16 i 16* i/lub w drugiej komorze spalania 14, jak równiez wlasciwosci otrzymanej sadzy podane zostaly w tablicy X. 10 18 Tablica IX Wlasciwosci oleju Ciezar wlasciwy w g/cm8 Ciezar wlasciwy metoda API (15,56°) Wskazniki BMCI Temperatura wrzenia w °C Zawartosc wegla w % wagowych Zawartosc wodoru w % wagowych 1,06 1,7 116 356—590 90,3 8,5 15 Tablica X Nr próby 1 2 3 4 5 6 7 8 Polozenie rurki gazowej (a) Góra cm — 2,97 — 2,1 — 2,1 — 1,27 — 1,27 — 0,43 — 0,43 + 0,84 Dól cm — 2,97 -2,97 — 2,1 -2,1 - 1,27 — 1,27 — 0,43 + 0,84 Absorpcja oleju cm3/gram 1,57 1,61 1,61 1,61 1,63 1,67 1,67 1,74 Produkt Powierzchnia wlasciwa N2 m2/g 123 120 121 116 122 118 118 111 — sadza Elastycznosc optyczna 93 94 95 92 91 90 90 88 Uzysk kG/litr 0,42 0,44 0,41 0,44 0,45 0,44 0,44 0,43 (a) — mierzone od koncówki wylotowej kanalu, minus (—) oznacza przesuniecie przedstroimieniowe od wylotu kanalu, plus (+) oznacza przesuniecie zastrumieniowe od wylotu kanalu.Z tablicy X wynika, ze w miare przesuwania rurek 60 doprowadzajacych wewnatrz tuneli 16 i 16' w kierunku wylotu tych kanalów i do dru¬ giej komory spalania 14, otrzymuje sie sadze o wiekszej zdolnosci absorbowania oleju. Mozna za¬ uwazyc równiez, ze nie ma znaczenia polozenie tych rurek doprowadzajacych gaz wzgledem wy¬ lotu kanalów 16 i/lub 16'. Dla pieca uzytego do prób, pozycja wylotów rurek 60 doprowadzajacych gaz w tescie nr 1 jest pozycja normalna. PL PL

Claims (5)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania sadzy o strukturze lan¬ cuchowej, bez stosowania jako dodatków do pro¬ duktu wyjsciowego zwiazków metali alkalicznych, polegajacy na tym, ze w trójkomorowym reaktorze o komorach przylegajacych do siebie, umieszczo¬ nych wspólosiowo i polaczonych ze soba, do pierw¬ szej komory o ksztalcie cylindrycznym, wzdluz jej podluznej osi wprowadza sie gaz zawierajacy wol¬ ny tlen, i ewentualnie paliwo a blizej wylotu z tej komory wprowadza sie wyjsciowy produkt we¬ glowodorowy i otrzymana mieszanina wplywa wzdluz do jej podluznej osi do drugiej komory spalania, majacej równiez ksztalt cylindryczny, a srednice wieksza od srednicy pierwszej komory, przy czym do drugiej komory, po jej obwodzie, doprowadza sie gaz zawierajacy wolny tlen i ewen- 20 25 30 35 40 tualnie paliwo, w celu dostarczenia ciepla niezbed¬ nego do pirolizy wyjsciowego produktu weglowo¬ dorowego, po czym otrzymana mieszanine kieruje sie wzdluz podluznej osi do trzeciej komory cy¬ lindrycznej, w której proces wytwarzania sadzy w wyniku pirolizy dobiega konca, znamienny tym, ze 15—70% wagowych tlenu wprowadzanego do pierwszych dwóch komór wprowadza sie do pierw¬ szej komory.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze paliwo gazowe lub w postaci par wprowadza sie do pierwszej komory pomiedzy miejscem wprowa¬ dzania tlenu i miejscem wprowadzania wsadu weglowodorowego.

3. Sposób wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze strukture sadzy reguluje sie zmieniajac polo¬ zenie punktu wprowadzania produktu weglowo¬ dorowego wzdluz osi podluznej pierwszej komory.

4. Sposób wedlug zastrz. 1—3, znamienny tym, ze strukture sadzy reguluje sie zmieniajac poloze¬ nie punktu wprowadzania paliwa wzdluz drugiej komory na jej obwodzie.

5. Sposób wedlug zastrz. 1—4, znamienny tym, ze strukture sadzy reguluje sie zmieniajac ilosc gazu zawierajacego tlen, wprowadzanego do pierw¬ szej komory, w stosunku do calkowitej ilosci wpro¬ wadzonego gazu zawierajacego tlen.KI. 22 f, 1/50 61215 MKP C 09 c, 1/50 Fig.3KI. 22 f, 1/50 61215 MKP C 09 c, 1/50 52 66 Rg.5 PL PL