способ подготовки сырья для производства технического углерода

Формула изобретения

Способ подготовки сырья для производства технического углерода, включающий смешение компонентов нефтяного и/или каменноугольного происхождения перед процессом получения технического углерода, отличающийся тем, что смешение осуществляют в гидродинамическом роторно-пульсационном активаторе с частотой пульсаций 600 - 2400 с^-1 в течение 2 - 90 с в зависимости от вязкости смешиваемых компонентов, составляющей 2 - 40 мм²/с при 100^oC.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области подготовки и применения жидкого углеводородного сырья для производства технического углерода и может быть использовано для подготовки сырья при получении любых марок технического углерода.

Традиционно на заводах, производящих технический углерод, используют несколько видов углеводородного сырья, в том числе смеси нефтяного и каменноугольного происхождения.

Каждый из компонентов имеет свои физико-химические характеристики в зависимости от способов получения исходного сырья, фракционного и углеводородного состава конечных продуктов.

В качестве нефтяных компонентов используют продукты термической или термокаталитической переработки нефтяных дистиллятов и/или остатков - термогазойль, термомасло, термосмола, коксовые дистилляты, крекинг-газойли, пиролизные смолы, экстракты селективной очистки масел и/или газойлей, различные технологические смеси.

В качестве каменноугольных и сланцевых компонентов применимы пековые дистилляты, антраценовые, нафталиновые масла или фракции, угольные смолы.

В предлагаемом изобретении могут быть использованы любые смеси из вышеназванных компонентов в различных композициях и соотношениях.

Для получения устойчивого стабильного сырья с целью обеспечения нормального технологического режима и производства технического углерода однородного качества на заводах проводят предварительную обработку сырья.

Одной из основных стадий такой обработки является смешение различных видов сырья перед подачей его в производственный процесс.

Известен способ смешения нескольких видов сырья путем их закачки в резервуар в заданных соотношениях с последующей циркуляцией сырья с помощью его откачки из нижней части резервуара в верхнюю часть. Для получения однородной смеси различных видов сырья требуется 24 часа [В.П. Зуев, В.В. Михайлов. Производство сажи. Изд. 3-е перер. и доп. Изд. "Химия", М., 1970, стр. 64].

Аналогичный способ описан для смешения в течение 18 часов термогазойля с зеленым маслом в соотношении 1:1 [Т.Г. Гюльмсарян, Л.П. Гилязетдинов. Сырье для производства углеродных печных саж. М., Изд. "Химия", 1975, ст. 133]. Однако к концу испытаний, хотя и незначительно, наблюдалось утяжеление сырьевой смеси от верха к низу резервуара. Кроме того, известный способ длителен и энергоемок, так как перемешивание сырья осуществляется около суток. Другие известные методы, такие как применение механических мешалок, диафрагмовых, инжекторных смесителей или компаундирование в трубопроводе, в т.ч. с введением химических присадок, гомогенизаторов, поверхностно-активных веществ, не нашли широкого распространения, так как не приводили к заметному повышению однородности сырьевых композиций. [Проблемы получения и эффективного использования сырья для производства технического углерода. - Материалы Всес. научно-техн. сов., г.Омск, 18-19 сент. 1990 г., стр. 121]. Применение для гомогенизации сырьевых смесей внутриемкостных лопостных смесителей, которое предложено в известном способе [там же], интенсифицирует процесс перемешивания сырьевых компонентов, однако касается в большей степени размыва и диспергирования осадков, образующихся в сырьевых резервуарах производства технического углерода. В целом предложенный способ отличается трудоемкостью, так как включает несколько стадий (подбор диспергирующего агента и его соотношения с осадком, последовательное диспергирование осадка и направление его в производство технического углерода) с применением дополнительных отстойников и фильтров, что увеличивает капитальные, эксплуатационные и энергетические затраты.

Известно использование ультразвука для повышения однородности смесей сырья [Качество и эффективное использование углеводородного сырья в производстве технического углерода. Материалы Всес. научно-техн. сов., г.Омск, 13-15 марта 1984 г., стр. 138]. Однако вряд ли способ может быть реализован в промышленности, так как связан с очень высокими энергетическими затратами (1 мин УЗ-воздействия на 100 мл композиции и интенсивность 30 Вт/см², что при переходе к промышленным условиям практически не осуществимо).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ, в котором для повышения эффективности воздействия на коллоидные системы, имеющие в своем составе различные сырьевые компоненты для производства технического углерода, используют кавитационную обработку смесевых композиций. [Проблемы получения и эффективного использования сырья для производства технического углерода. - Материалы Всес. научно-техн. сов., г.Омск, 18-19 сент., 1990 г., стр. 134].

Способ осуществляется на лабораторной кавитационной установке замкнутого типа с высокооборотным электродвигателем постоянного тока с частотой вращения 100 и 120 с^-1 (6000 и 7200 об/мин) и мешалкой с тремя лопастями. Обработку смеси, состоящей из 80% коксохимического сырья и 20% крекинг-газойля, проводили при 20^oC в течение 2 мин.

В результате кавитационной обработки изменились коллоидные и реологические свойства сырья для получения технического углерода, отмечено увеличение кинематической устойчивости системы, однако не приводятся конкретные данные по ее однородности и устойчивости до и после обработки.

Кроме того, способ обладает следующими недостатками:

- периодичность обработки вследствие замкнутого типа установки, что усложняет ее практическую реализацию в промышленном масштабе;

- для создания кавитирующего эффекта с помощью крыльчатки с лопостями необходимо применять высокие скорости вращения вала, что связано со значительными энергозатратами;

- замкнутая система не позволяет увеличить эффективность кавитирующего воздействия, так как частота пульсаций жидкости в объеме недостаточная для достижения высокоустойчивой гомогенной системы (300 и 360 с^-1).

В связи с вышеизложенными недостатками известный способ малоэффективен при смешении компонентов с различными физико-химическими характеристиками, особенно в том случае, если они имеют значительные различия в вязкостях.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности смешения и снижения энергозатрат.

Поставленная задача решается тем, что в способе подготовки сырья для технического углерода, включающем смешение компонентов нефтяного и/или каменноугольного происхождения перед процессом получения технического углерода, смешение осуществляют в гидродинамическом роторно-пульсационном активаторе с частотой пульсаций (600-2400) с^-1 в зависимости от вязкости смешиваемых компонентов, составляющей 2-40 мм²/с при 100^oC, в течение 2-90 с.

Отличительным признаком предлагаемого изобретения является осуществление процесса в роторно-пульсационном активаторе (РПА) с частотой пульсаций (600-2400) с^-1 в течение 2-90 с в зависимости от вязкости смешиваемых компонентов, составляющей 2-40 мм²/с.

Новый технический прием смешения сырьевых компонентов для производства технического углерода в РПА привел к положительному результату, который заключается в том, что,6 при одновременном увеличении частоты пульсаций в объеме жидкости снизилась скорость вращения ротора. Это достигается тем, что проходя через ряд отверстий специальной конструкции в лопастях ротора и корпусе статора создается дополнительное ударное повышение скоростей смешиваемых жидкостей в высокочастотном пульсирующем кавитационном режиме.

При частоте вращение ротора в 2-5 раз меньше по сравнению с известным способом (25; 50 с^-1 против 100; 120 с^-1) частота пульсаций увеличилась в 1,6-8 раз (600-2400 против 300; 3660 с^-1). В связи с этим эффективность перемешивания компонентов значительно повышается с одновременным снижением энергозатрат.

Установленные пределы изменения величины частоты пульсаций 600-2400 с^-1 и времени обработки 2-90 с создают интенсивное кавитационное поле с максимальным воздействием на смесевую композицию, что позволяет получать устойчивую, гомогенную и высокодисперсную систему для компонентов, резко отличающихся по вязкостям (2-40 мм²/с при 100^oC).

Предлагаемый способ иллюстрируется конкретными примерами.

Пример 1

В корпус роторно-пульсационного активатора (РПА) по входному патрубку подают смесь сырьевых компонентов, состоящую из антраценового масла с кинематической вязкостью 2,03 мм²/с при 100^oC и крекинг-остатка термического крекинга ароматизированных нефтепродуктов с вязкостью 22,51 мм²/с при 100^oC в массовом соотношении 60:40.

Смесь попадает между поверхностями лопаток ротора, скорость вращения которого равна 25 с^-1 (1500 об/мин), и статора, проходит с высоким давлением и скоростью через отверстия статора (24 шт.), что создает частоту пульсаций 600 с^-1, и через 2 с смесь выходит из корпуса по выходному патрубку в сырьевой резервуар. Кинематическая вязкость смеси на выходе составляет 13,85 мм²/с при 100^oC. Далее фиксируют изменение вязкости во времени путем отбора проб сверху и снизу резервуара через 3 часа, 3 суток и 15 суток. Изменение вязкости по высоте резервуара рассчитывают относительно вязкости смеси на выходе из РПА, которое в данном примере составляет 0,07 отн. % через 15 суток.

Примеры 2, 3 проводят аналогично примеру 1, но берут смеси антраценового масла с другими нефтяными компонентами, отличающимися способом их получения и физико-химическими свойствами, и в других соотношениях, указанных в таблице. Там же приводятся данные по режиму обработки смесевой композиции, вязкости гомогенизированной смеси - сырья для технического углерода на выходе из РПА и характеристика устойчивости полученной смеси (изменение вязкости по высоте резервуара).

Пример 4 проводят аналогично известному способу на тех же исходных компонентах - коксохимическом (антраценовое масло) 80% и нефтяном (крекинг-газойль) 20%, так как в известном способе отсутствует количественная оценка устойчивости целевого продукта - сырья для производства технического углерода. Для обработки используют аналогичный лабораторный смеситель замкнутого типа. Условия смешения в примере 4 одинаковы с известными и приведены в таблице, где также представлены полученные результаты.

Из данных таблицы видно, что в предлагаемом способе по сравнению с известным значительно повышена эффективность смешения за счет создания высокочастотного пульсирующего режима с частотой пульсаций 600-2400 с^-1, причем широкий интервал изменения частоты пульсаций позволяет регулировать режим обработки смесевой композиции в зависимости от вязкости исходных компонентов. При этом получены устойчивые высокодисперсные гомогенные смеси, не расслаивающиеся в течение 15 суток. Даже для резко отличающихся компонентов сырьевой смеси (в примере 2 смешиваются три компонента с максимальным различием вязкостей от 2 до 40 мм²/с).

Относительное изменение устойчивости системы по предлагаемому способу максимально составляет 3,4%; в известном способе 32,4%.

Другое преимущество нового технического решения по предлагаемому способу заключается в снижении энергетических затрат. Для достижения гомогенизации смеси в известном способе используют высокую скорость вращения вала (7200 об/мин; время обработки 2 мин - пример 4); при этом кавитирующий эффект выражается частотой пульсаций 360 с^-1. В предлагаемом способе аналогичная сырьевая композиция (пример 3) обрабатывается 30 с с частотой вращения ротора 3000 об/мин при частоте пульсаций 1200 с^-1, в связи с чем резко сокращаются энергозатраты (в 9,6 раза).

Таким образом, предлагаемая совокупность отличительных признаков обеспечивает достижение цели, заключающейся в повышении эффективности смешения и снижении энергозатрат.