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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Технологический режим установки при получе­нии технического углерода различных марок:

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

Характеристика сырья для производства техни­ческого углерода:

Физико-химические свойства технического углерода: