RU2366675C2 - Method of technical carbon preparation and device for recuperative cooling of technical carbon aerosol - Google Patents
Method of technical carbon preparation and device for recuperative cooling of technical carbon aerosol Download PDFInfo
- Publication number
- RU2366675C2 RU2366675C2 RU2007123684/15A RU2007123684A RU2366675C2 RU 2366675 C2 RU2366675 C2 RU 2366675C2 RU 2007123684/15 A RU2007123684/15 A RU 2007123684/15A RU 2007123684 A RU2007123684 A RU 2007123684A RU 2366675 C2 RU2366675 C2 RU 2366675C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aerosol
- carbon black
- cooling
- collector
- steam
- Prior art date
Links
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 title claims abstract description 130
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 71
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title abstract 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 30
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 29
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims abstract description 22
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims abstract description 22
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 148
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 claims description 22
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 12
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 10
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 9
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 9
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 9
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 9
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 9
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 8
- 238000006864 oxidative decomposition reaction Methods 0.000 claims description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000008213 purified water Substances 0.000 claims description 5
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 4
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 claims 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 11
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 239000000047 product Substances 0.000 description 7
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 6
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 6
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 5
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 3
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 241000872198 Serjania polyphylla Species 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 206010022000 influenza Diseases 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N phthalic acid di-n-butyl ester Natural products CCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCC DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
Landscapes
- Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области производства технического углерода из жидкого углеводородного сырья путем термоокислительного разложения (пиролиза), в частности, к способам, а также к устройствам для рекуперативного охлаждения продуктов реакции, выходящих из реактора в виде аэрозоля технического углерода, и может быть использовано при получении активных, полуактивных и малоактивных марок технического углерода.The invention relates to the field of production of carbon black from liquid hydrocarbon materials by thermo-oxidative decomposition (pyrolysis), in particular, to methods, as well as to devices for the regenerative cooling of reaction products leaving the reactor in the form of carbon black aerosol, and can be used to produce active , semi-active and inactive grades of carbon black.
Уровень техникиState of the art
Процесс получения технического углерода сопряжен с необходимостью строгого соблюдения технологических условий, обеспечивающих получение технического углерода со стандартизированными параметрами в соответствии с международной системой ASTM D1765 или ГОСТ 7885-87. Одним из основных технологических параметров процесса получения технического углерода является температурный режим работы реактора, который зависит от соотношения подаваемого топлива (природного газа), технологического воздуха и углеводородного сырья, скорости прохождения продуктов разложения и времени нахождения технического углерода в реакционном объеме. Скорость прохождения продуктов разложения в реакционном объеме регулируется изменением объема (расходом) подаваемого технологического воздуха, а время нахождения технического углерода в реакционном объеме регулируется посредством ввода охлаждающей воды для прекращения реакционных процессов и стабилизации параметров получаемого технического углерода. Исследованиями, проведенными во ВНИИСП, показано, что газификация технического углерода и изменения его физико-химических параметров заканчиваются в реакционной зоне при охлаждении ее до температуры 1250°С (Отчет ВНИИСП, Омск, тема 19-68 "Исследование процесса сажеобразования при разложении жидких углеводородов", раздел II, гл. IV. - "Исследование процессов газификации сажи в реакционной зоне", № гос. рег. 68001002, 1971).The process of producing carbon black is associated with the need for strict adherence to technological conditions that ensure the production of carbon black with standardized parameters in accordance with the international system ASTM D1765 or GOST 7885-87. One of the main technological parameters of the process of producing carbon black is the temperature regime of the reactor, which depends on the ratio of the supplied fuel (natural gas), process air and hydrocarbon raw materials, the rate of passage of decomposition products and the time spent by the carbon black in the reaction volume. The rate of passage of decomposition products in the reaction volume is controlled by a change in the volume (flow rate) of the supplied process air, and the residence time of carbon black in the reaction volume is controlled by introducing cooling water to terminate the reaction processes and stabilize the parameters of the resulting carbon black. Studies conducted at VNIISP showed that gasification of carbon black and changes in its physicochemical parameters end in the reaction zone when it is cooled to a temperature of 1250 ° C (VNIISP report, Omsk, topic 19-68 "Investigation of the process of soot formation during decomposition of liquid hydrocarbons" , Section II, Chapter IV. - "Study of the processes of gasification of soot in the reaction zone", state registration number 68001002, 1971).
Процесс получения технического углерода является чрезвычайно энергозатратным, поэтому важнейшей задачей является их снижение. Одним из путей уменьшения энергозатрат является максимально возможное эффективное использование вторичного тепла продуктов разложения углеводородного сырья, выходящих из реактора в виде двухфазного потока аэрозоля технического углерода, имеющего температуру около 1250°С. При этом важнейшим условием является сохранение требуемых параметров технологического режима работы реактора.The process of producing carbon black is extremely energy-consuming, so the most important task is to reduce them. One of the ways to reduce energy consumption is the maximum possible effective use of secondary heat of hydrocarbon decomposition products leaving the reactor in the form of a two-phase stream of carbon black aerosol having a temperature of about 1250 ° C. In this case, the most important condition is the preservation of the required parameters of the technological regime of the reactor.
Широко известно использование вторичного тепла для рекуперативного нагрева технологического воздуха и сырья, поступающих в реактор для получения технического углерода (Жан-Батист Доннет. Техуглерод. Наука и технология. Издательство Марсель Деккер. USA. 1993 г, с.15). При этом важно, чтобы температура аэрозоля технического углерода, поступающего в рекуперативное оборудование, была предварительно снижена до величины 750…900°С, необходимой для его эффективной, надежной и безопасной работы.It is widely known the use of secondary heat for the regenerative heating of process air and raw materials entering the reactor to produce carbon black (Jean-Baptiste Donnet. Carbon black. Science and technology. Publisher Marcel Dekker. USA. 1993, p.15). At the same time, it is important that the temperature of the carbon black aerosol entering the recuperative equipment be previously reduced to the value of 750 ... 900 ° C, which is necessary for its effective, reliable and safe operation.
Известен способ получения технического углерода, в котором охлаждение аэрозоля технического углерода, выходящего из реактора, осуществляют посредством разделения общего потока на 2-5 равных по расходу потоков при линейной скорости движения каждого потока относительно стенки 30-120 м/с (а.с. №1473323, опубликовано: 1996.04.20). При этом охлаждение аэрозоля происходит в газоохладителе за счет теплопередачи через стенку от поверхности оребренных труб в окружающую среду. Охлажденный аэрозоль после газоохладителя поступает в сборный коллектор и далее направляется в систему отделения технического углерода от газообразных продуктов реакции. Основным недостатком вышеуказанного способа является недостаточная эффективность по охлаждению аэрозоля в диапазоне движения аэрозоля по трубам со скоростью 30-120 м/с. Кроме того, способ охлаждения по а.с. №1473323 не обеспечивает эффективного полезного использования вторичного тепла с целью выработки других видов энергии.A known method of producing carbon black, in which the cooling of the aerosol of carbon black leaving the reactor is carried out by dividing the total flow into 2-5 equal flow rates at a linear velocity of each stream relative to the wall 30-120 m / s (A.S. 1473323, published: 1996.04.20). In this case, the aerosol is cooled in the gas cooler due to heat transfer through the wall from the surface of the finned tubes to the environment. The cooled aerosol after the gas cooler enters the collecting manifold and then goes to the system for separating carbon black from gaseous reaction products. The main disadvantage of the above method is the lack of efficiency in cooling the aerosol in the range of movement of the aerosol through the pipes at a speed of 30-120 m / s. In addition, the cooling method according to A.S. No. 1473323 does not provide the effective beneficial use of secondary heat in order to generate other types of energy.
Известен способ получения технического углерода, по которому охлаждение аэрозоля технического углерода до 750…800°С осуществляют водой, подогретой до 100-110°С, впрыскиваемой механическими форсунками (В.Ю.Орлов, А.М.Комаров, Л.А.Ляпина. Производство и использование технического углерода для резин.- Ярославль: Изд-во А.Рутмана, 2002 г. - с.177-178). Однако при этом поток аэрозоля насыщается водяными парами, что приводит к снижению производительности реактора вследствие повышения нагрузки на рукавные фильтры и снижению теплотворной способности отходящего газа.A known method of producing carbon black, in which the cooling of an aerosol of carbon black to 750 ... 800 ° C is carried out with water, heated to 100-110 ° C, is injected by mechanical nozzles (V.Yu. Orlov, A.M. Komarov, L.A. Lyapina Production and use of carbon black for rubber. - Yaroslavl: Publishing house A. Rutman, 2002 - p. 177-178). However, the aerosol stream is saturated with water vapor, which leads to a decrease in reactor productivity due to an increase in the load on bag filters and a decrease in the calorific value of the exhaust gas.
За прототип выбран способ получения технического углерода из жидкого углеводородного сырья путем его термоокислительного разложения, включающий предварительный нагрев жидкого углеводородного сырья и технологического воздуха за счет рекуперативного теплообмена с аэрозолем технического углерода, смешивание топлива с нагретым технологическим воздухом и его полное горение для получения дымового газа с остаточным активным кислородом, интенсивное смешивание углеводородного сырья в потоке дымового газа, испарение углеводородного сырья, его термоокислительное разложение с образованием аэрозоля технического углерода, его предварительное охлаждение до температуры 1300°С путем впрыска химически очищенной воды и последующее охлаждение до температуры 1000°С с помощью бойлера-охладителя /парогенератора/, снабженного выносным паросборником для аккумулирования выработанного пара и предварительного нагрева питательной воды до температуры выше точки росы аэрозоля технического углерода, поступающей в качестве охлаждающего теплоносителя в бойлер-охладитель /парогенератор/ (интернет-ресурс http://www.shg-schack.com/index.htm. Downloads, Schack® Products for the Carbon Black Industry, ALSTOM Power Energy Recovery). В прототипе охлаждение аэрозоля технического углерода, выходящего из реактора с температурой 1300°С, до температуры 1000°С осуществляют посредством контакта горячего аэрозоля технического углерода, проходящего через трубное пространство бойлера-охладителя, с охлаждающим теплоносителем, проходящим по кольцевым промежуткам между внутренними и внешними трубами, с одновременной выработкой пара. Недостатки прототипа выражаются в следующем.For the prototype, a method was selected for producing carbon black from liquid hydrocarbon raw materials by thermooxidative decomposition, including preheating liquid hydrocarbon raw materials and process air through regenerative heat exchange with a carbon black aerosol, mixing fuel with heated process air, and completely burning it to produce flue gas with residual active oxygen, intensive mixing of hydrocarbons in the flue gas stream, evaporation of hydrocarbons I, its thermo-oxidative decomposition with the formation of an aerosol of carbon black, its preliminary cooling to a temperature of 1300 ° С by injection of chemically purified water and subsequent cooling to a temperature of 1000 ° С using a boiler-cooler / steam generator / equipped with an external steam collector for accumulating the generated steam and preliminary heating the feed water to a temperature above the dew point of the carbon black aerosol entering as a coolant into the boiler-cooler / steam generator / ( Internet resource http://www.shg-schack.com/index.htm. Downloads, Schack® Products for the Carbon Black Industry, ALSTOM Power Energy Recovery). In the prototype, the cooling of a carbon black aerosol exiting a reactor with a temperature of 1300 ° C to a temperature of 1000 ° C is carried out by contacting a hot carbon black aerosol passing through the tube space of a boiler-cooler with a cooling medium passing through the annular spaces between the inner and outer pipes , with the simultaneous production of steam. The disadvantages of the prototype are expressed in the following.
При движении аэрозоля технического углерода в ограниченном объеме трубного пространства для снижения вероятности отложения технического углерода на внутренней поверхности труб необходимо обеспечить скорость движения аэрозоля не менее 80 м/с. Это обстоятельство само по себе обусловливает высокое гидравлическое сопротивление по тракту движения аэрозоля технического углерода, что оказывает отрицательное воздействие на процесс получения технического углерода, выражающееся в ограничении производительности реактора по подаваемому углеводородному сырью. Более резко недостатки указанного прототипа выразятся по способу получения технического углерода с установкой бойлера-охладителя /парогенератора/ на реакторе для получения полуактивного технического углерода. В этом случае в связи с понижением газообразования и повышением концентрации и линейных размеров технического углерода в аэрозоле добиться успешной транспортировки по трубному пространству без увеличения линейной скорости движения аэрозоля технического углерода сверх 80 м/с практически невозможно. А это означает еще большее увеличение гидравлического сопротивления аппарата, что неминуемо скажется на необходимости снижения производительности реактора. Кроме того, принятый в прототипе процесс «сухого» охлаждения аэрозоля технического углерода, начинающийся с температуры 1300°С, не исключает изменения физико-химических параметров технического углерода, что приведет к их несоответствию требованиям спецификации ASTM D1765 или ГОСТ 7885-87 (Отчет ВНИИСП, Омск, Гос. рег. №68001002, 1971 г.).When aerosol movement of carbon black in a limited volume of the tube space, to reduce the likelihood of carbon black deposits on the inner surface of the pipes, it is necessary to ensure an aerosol speed of at least 80 m / s. This circumstance in itself leads to a high hydraulic resistance along the path of aerosol of carbon black, which has a negative effect on the process of producing carbon black, which is expressed in limiting the performance of the reactor for the supplied hydrocarbon feed. More sharply, the disadvantages of this prototype will be expressed by the method of producing carbon black with the installation of a boiler-cooler / steam generator / in the reactor to produce semi-active carbon black. In this case, due to a decrease in gas formation and an increase in the concentration and linear dimensions of carbon black in the aerosol, it is practically impossible to achieve successful transportation through the tube space without increasing the linear velocity of the carbon black aerosol in excess of 80 m / s. And this means an even greater increase in the hydraulic resistance of the apparatus, which will inevitably affect the need to reduce the performance of the reactor. In addition, the process of “dry” cooling of carbon black aerosol adopted in the prototype, starting at a temperature of 1300 ° C, does not exclude changes in the physicochemical parameters of carbon black, which will lead to their non-compliance with the requirements of the ASTM D1765 or GOST 7885-87 specifications (VNIISP Report, Omsk, State Reg. No. 68001002, 1971).
Задачей настоящего изобретения является обеспечение возможности дифференцированного подхода к организации технологического процесса для получения различных марок технического углерода в соответствии с требованиями стандартов при одновременном снижении энергоемкости и достижении оптимальной производительности реактора.The objective of the present invention is to provide a differentiated approach to the organization of the technological process to obtain various grades of carbon black in accordance with the requirements of the standards while reducing energy consumption and achieving optimal reactor performance.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Для решения поставленной задачи предложен способ получения технического углерода из жидкого углеводородного сырья путем его термоокислительного разложения, включающий предварительный нагрев жидкого углеводородного сырья и технологического воздуха за счет рекуперативного теплообмена с аэрозолем технического углерода, смешивание топлива с нагретым технологическим воздухом и его полное горение для получения дымового газа с остаточным активным кислородом, интенсивное смешивание углеводородного сырья в потоке дымового газа, испарение углеводородного сырья, его термоокислительное разложение с образованием аэрозоля технического углерода, его предварительное охлаждение до температуры 1250°С, путем впрыска химически очищенной воды и последующее охлаждение с помощью устройства для рекуперативного охлаждения аэрозоля технического углерода, предлагаемого в настоящем изобретении, до температуры, обеспечивающей безопасную эксплуатацию установленного далее по ходу аэрозоля технического углерода рекуперативного оборудования. В соответствии с предлагаемым способом поток аэрозоля технического углерода поступает из зоны предварительного охлаждения реактора с температурой 1250°С в устройство для рекуперативного охлаждения аэрозоля технического углерода, являющееся составной частью реактора, где передача тепла от аэрозоля к охлаждающей жидкости (пароводяной смеси) происходит через промежуточный теплоноситель, заключенный в герметичные термосифоны, обеспечивающий в рабочих условиях температуру поверхности теплопередачи 260-300°С. При этом группы термосифонов объединены в отдельные блоки, установленные по ходу движения аэрозоля, в которых охлаждение аэрозоля технического углерода осуществляют последовательно до температуры, обеспечивающей эффективную безопасную эксплуатацию установленного далее по ходу аэрозоля технического углерода рекуперативного оборудования.To solve this problem, a method for producing carbon black from liquid hydrocarbon raw materials by thermooxidative decomposition, including preheating liquid hydrocarbon raw materials and process air due to regenerative heat exchange with a carbon black aerosol, mixing fuel with heated process air and its complete combustion to produce flue gas, is proposed with residual active oxygen, intensive mixing of hydrocarbons in the flue gas stream, evaporated hydrocarbon raw materials, its thermo-oxidative decomposition with the formation of an aerosol of carbon black, its preliminary cooling to a temperature of 1250 ° C by injection of chemically purified water and subsequent cooling using a device for the regenerative cooling of a carbon black aerosol of the present invention to a temperature that ensures safe operation of the carbon black recuperative equipment installed downstream of the aerosol. In accordance with the proposed method, the carbon black aerosol stream flows from the pre-cooling zone of the reactor with a temperature of 1250 ° C to the device for the regenerative cooling of the carbon black aerosol, which is an integral part of the reactor, where heat is transferred from the aerosol to the cooling liquid (steam-water mixture) through an intermediate coolant enclosed in sealed thermosiphons, providing under operating conditions the temperature of the heat transfer surface 260-300 ° C. The groups of thermosiphons are combined into separate blocks installed along the aerosol, in which the cooling of the carbon black aerosol is carried out sequentially to a temperature that ensures the effective safe operation of the recuperative equipment installed further downstream of the aerosol.
Отличием заявляемого изобретения от прототипа является:The difference of the claimed invention from the prototype is:
- охлаждение аэрозоля технического углерода осуществляют в устройстве для рекуперативного охлаждения аэрозоля технического углерода по п.2 формулы изобретения, являющемся составной частью реактора;- cooling the carbon black aerosol is carried out in a device for the regenerative cooling of the carbon black aerosol according to
- поток аэрозоля технического углерода поступает в устройство для рекуперативного охлаждения аэрозоля технического углерода из зоны предварительного охлаждения реактора с температурой 1250°С, соответствующей окончанию процессов газификации технического углерода и изменения его физико-химических параметров;- the stream of carbon black aerosol enters the device for the regenerative cooling of the carbon black aerosol from the pre-cooling zone of the reactor with a temperature of 1250 ° C, corresponding to the end of the processes of gasification of carbon black and changes in its physicochemical parameters;
- охлаждение аэрозоля технического углерода происходит в устройстве, где передача тепла от аэрозоля к охлаждающей жидкости (пароводяной смеси) происходит через промежуточный теплоноситель, при этом промежуточный теплоноситель заключен в герметичные термосифоны и обеспечивает в рабочих условиях температуру поверхности теплопередачи 260-300°С в зависимости от марки получаемого технического углерода;- cooling of the carbon black aerosol takes place in a device where heat is transferred from the aerosol to the coolant (steam-water mixture) through an intermediate heat carrier, while the intermediate heat carrier is enclosed in sealed thermosyphons and provides, under operating conditions, the heat transfer surface temperature of 260-300 ° С, depending on grades of carbon black;
- охлаждение аэрозоля технического углерода осуществляют последовательно в отдельных блоках, установленных по ходу движения аэрозоля, в которые объединены группы термосифонов;- cooling of the carbon black aerosol is carried out sequentially in separate blocks installed along the aerosol, in which the thermosiphon groups are combined;
- охлаждение аэрозоля технического углерода осуществляют последовательно в отдельных блоках до температуры, обеспечивающей эффективную безопасную эксплуатацию установленного далее по ходу аэрозоля технического углерода рекуперативного оборудования.- cooling of the carbon black aerosol is carried out sequentially in separate blocks to a temperature that ensures efficient safe operation of the recuperative equipment installed further down the aerosol of the carbon black.
Наилучший вариант реализации способа по предлагаемому изобретениюThe best option for implementing the method according to the invention
Технологический процесс (фиг.1) в реакторе 1 начинается с зоны горения, где в ограниченных объемах камеры горения осуществляют полное сжигание топлива в присутствии воздуха среднего давления. С целью исключения пиролиза топлива технологический воздух предварительно нагревают последовательно в газоохладителе 2 до температуры 150-200°С и далее в теплообменнике 3 до температуры, превышающей температуру самовоспламенения топлива, например, в случае природного газа до 650-700°С. Далее дымовые газы поступают в зону смешивания, куда вводится и жидкое углеводородное сырье. В этой зоне обеспечивается его интенсивное испарение и смешивание с дымовыми газами, содержащими остаточный активный кислород. Полученная рабочая смесь поступает в зону реакции для термоокислительного разложения с образованием частиц и агрегатов технического углерода. Учитывая эндотермический характер цепных реакций термоокислительного разложения углеводородного сырья, температуру дымового газа, выходящего из зоны горения, поддерживают на 200-300°С выше температуры реакции при получении заданной марки технического углерода. Поддержание стабильного температурного режима в зоне реакции осуществляют за счет окисления части углеводородного сырья при его горении в остаточном активном кислороде. Для прекращения реакции газификации и сохранения необходимых свойств технического углерода в зоне предварительного охлаждения 4 производят охлаждение аэрозоля технического углерода химочищенной водой, впрыскиваемой механическими форсунками, до температуры 1250°С. Далее охлаждение аэрозоля технического углерода осуществляют в устройстве 5 для рекуперативного охлаждения аэрозоля технического углерода по п.2 формулы изобретения, являющемся составной частью реактора. Поток аэрозоля технического углерода поступает на охлаждение. Передача тепла от аэрозоля к охлаждающей жидкости (пароводяной смеси) происходит через промежуточный теплоноситель, заключенный в герметичные термосифоны, обеспечивающий в рабочих условиях температуру поверхности теплопередачи в зависимости от марки получаемого технического углерода (табл.1). Охлаждение аэрозоля технического углерода осуществляют последовательно в 3-х блоках 6, установленных по ходу движения аэрозоля, в которые объединены группы термосифонов, испарительные части которых образуют газодинамические решетки. Охлаждение осуществляют путем последовательного снижения температуры аэрозоля технического углерода при прохождении потока через газодинамические решетки блоков до величины, обеспечивающей эффективную безопасную эксплуатацию установленной далее по ходу аэрозоля технического углерода системы рекуперативного нагрева технологического воздуха. После охлаждения аэрозоля в теплообменнике 3 и газоохладителе 2 системы рекуперативного нагрева технологического воздуха до температуры 450-550°С, аэрозоль технического углерода в холодильнике-оросителе 7 дополнительно охлаждают вводом химически очищенной воды до температуры 260-280°С. После этого аэрозоль технического углерода подают на рукавный фильтр для его улавливания, а очищенный отходящий газ поступает на утилизацию.The technological process (Fig. 1) in the reactor 1 begins with the combustion zone, where, in limited volumes of the combustion chamber, the fuel is completely burned in the presence of medium pressure air. In order to avoid fuel pyrolysis, the process air is pre-heated sequentially in
Достигаемый технический результатAchievable technical result
Предложенный способ получения технического углерода позволяет эффективно выпускать все марки технического углерода без отклонений от требований ГОСТ 7885-86 или международной спецификации ASTM D1785 без изменения технологических условий работы реактора, которые определяются маркой получаемой продукции.The proposed method for producing carbon black allows you to effectively produce all grades of carbon black without deviating from the requirements of GOST 7885-86 or the international specification ASTM D1785 without changing the technological conditions of the reactor, which are determined by the brand of products.
"Сухое" охлаждение аэрозоля технического углерода начинают с температуры 1250°С, соответствующей окончанию процесса газификации технического углерода и прекращению изменения его физико-химических параметров, что позволяет обеспечить надежное сохранение качества получаемой продукции и в то же время способствует наиболее эффективному использованию вторичного тепла процесса.“Dry” cooling of carbon black aerosol begins at a temperature of 1250 ° C, which corresponds to the end of the process of gasification of carbon black and the cessation of changes in its physicochemical parameters, which ensures reliable preservation of the quality of the products and at the same time contributes to the most efficient use of secondary heat of the process.
Поступление потока аэрозоля технического углерода в предлагаемое по п.2 устройство рекуперативного охлаждения со скоростью, определяемой производительностью реактора и маркой получаемого технического углерода (не более 80 м/с), а также передача тепла через промежуточный теплоноситель, обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление и создает условие самоочистки теплообменной поверхности.The flow of carbon black aerosol into the regenerative cooling device according to
Последовательное охлаждение в отдельных блоках позволяет равномерно распределить теплообменную поверхность, благодаря чему осуществляется эффективный теплообмен без увеличения гидравлического сопротивления, и сохраняется оптимальная заданная производительность для каждой марки технического углерода.Sequential cooling in individual blocks allows you to evenly distribute the heat transfer surface, which ensures efficient heat transfer without increasing hydraulic resistance, and maintains the optimal desired performance for each brand of carbon black.
Совокупность всех признаков позволяет осуществлять охлаждение аэрозоля технического углерода до температуры 800…900°С, которая является необходимой и достаточной для обеспечения эффективной и безопасной работы рекуперативного оборудования, установленного далее по ходу технологического процесса.The combination of all the features allows for the cooling of a carbon black aerosol to a temperature of 800 ... 900 ° C, which is necessary and sufficient to ensure the efficient and safe operation of recuperative equipment, which is installed further along the process.
Уровень техники по устройствуThe prior art device
Известно устройство рекуперативного охлаждения аэрозоля технического углерода (бойлер-охладитель) фирмы "Alstom" (Интернет-ресурс http://www.shg-schack.com/index.htm, Downloads, Schack® Products for the Carbon Black Industry, Syngas Cooler Systems for Gasification Plants, ALSTOM Power Energy Recovery), выбранное нами за прототип.A known device for the regenerative cooling of carbon black aerosol (boiler-cooler) company "Alstom" (Internet resource http://www.shg-schack.com/index.htm, Downloads, Schack® Products for the Carbon Black Industry, Syngas Cooler Systems for Gasification Plants, ALSTOM Power Energy Recovery), selected by us for the prototype.
Устройство содержит корпус, состоящий из нижней и верхней частей. Внутренние полости корпуса на входе в бойлер-охладитель охлаждаемого аэрозоля технического углерода и выходе охлажденного аэрозоля технического углерода зафутерованы огнеупорным бетоном. Секция охлаждения устройства представляет собой сборку из вертикальных концентрических дублированных труб, расположенных рядами. Концы труб каждого ряда вварены в овальные коллекторы, расположенные в нижней и верхней частях корпуса и предназначенные соответственно для питания и сбора пароводяной смеси каждого ряда труб. Овальные коллекторы выведены соответственно в общие питательные коллекторы и коллекторы для сбора пароводяной смеси. Трубы вварены в коллекторы так, что полости внутренних труб сообщаются с внутренними полостями корпусов, образуя каналы для прохода аэрозоля технического углерода, а полости между стенками внутренних и наружных труб сообщаются с полостями нижнего и верхнего овальных коллекторов и образуют каналы для прохождения пароводяной смеси. Общие коллекторы питательной воды и сбора пароводяной смеси соединены соответственно опускными и подъемными трубами с выносным паросборником.The device comprises a housing consisting of lower and upper parts. The internal cavity of the body at the inlet to the boiler-cooler of the cooled aerosol of carbon black and the outlet of the cooled aerosol of carbon black are lined with refractory concrete. The cooling section of the device is an assembly of vertical concentric duplicated pipes arranged in rows. The ends of the pipes of each row are welded into oval collectors located in the lower and upper parts of the casing and are intended respectively for powering and collecting the steam-water mixture of each row of pipes. Oval collectors are displayed respectively in the common feed collectors and collectors for collecting steam-water mixture. Pipes are welded into the collectors so that the cavities of the inner pipes communicate with the internal cavities of the bodies, forming channels for the passage of the carbon black aerosol, and the cavities between the walls of the inner and outer pipes communicate with the cavities of the lower and upper oval collectors and form channels for the passage of the steam-water mixture. The common collectors of feed water and steam-water mixture are connected respectively by lowering and lifting pipes with a remote steam collector.
Существенными недостатками прототипа являются сложность конструкции и недостаточная надежность устройства, обусловленная наличием значительного количества параллельно работающих дублированных труб, повреждение любой из которых приводит к прорыву пароводяной смеси либо в атмосферу, либо в поток аэрозоля. В частности возможно повреждение сварных узлов в местах заделки труб в коллектор вследствие разной температурной деформации внутренней и наружной труб, которая частично компенсируется овальностью коллектора, однако термические напряжения в сварных швах весьма существенны.Significant disadvantages of the prototype are the design complexity and lack of reliability of the device due to the presence of a significant number of parallel duplicate pipes, damage to any of which leads to a breakthrough of the steam-water mixture either into the atmosphere or into the aerosol stream. In particular, damage to welded assemblies in places where pipes are embedded in the collector due to different temperature deformation of the inner and outer pipes, which is partially compensated by the ovality of the collector, is possible, but thermal stresses in the welds are very significant.
К недостаткам прототипа следует отнести также сложность монтажа устройства, обусловленная необходимостью применения отсекающих клапанов из высоколегированных сталей с огнеупорным покрытием и дополнительных крупногабаритных газоходов диаметром более 1000 мм, подводящих высокотемпературный поток аэрозоля технического углерода от реактора к устройству рекуперативного охлаждения.The disadvantages of the prototype should also include the complexity of the installation of the device, due to the need to use shut-off valves of high alloy steels with a refractory coating and additional large flues with a diameter of more than 1000 mm, supplying a high-temperature stream of carbon black aerosol from the reactor to the regenerative cooling device.
Кроме того, недостатком прототипа является значительная металлоемкость поддерживающих конструкций, обусловленная необходимостью обеспечения их прочности, жесткости и устойчивости при монтаже вертикального устройства большой высоты (более 10 м) и массы.In addition, the disadvantage of the prototype is the significant metal consumption of the supporting structures, due to the need to ensure their strength, rigidity and stability when installing a vertical device of high height (more than 10 m) and weight.
Задачей изобретения в части устройства является: повышение надежности и безопасности устройства, упрощение конструкции и монтажа устройства, снижение металлоемкости поддерживающих конструкций, упрощение ремонта и обслуживания, увеличение межремонтного пробега устройства, снижение гидравлических потерь, снижение тепловых потерь, максимальное использование тепла охлаждаемого аэрозоля технического углерода.The objective of the invention in terms of the device is: improving the reliability and safety of the device, simplifying the design and installation of the device, reducing the metal consumption of supporting structures, simplifying repair and maintenance, increasing the overhaul mileage of the device, reducing hydraulic losses, reducing heat losses, maximizing the use of heat from the cooled carbon black aerosol.
Раскрытие изобретения в части устройства.Disclosure of the invention in part of the device.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройство для рекуперативного охлаждения аэрозоля технического углерода, содержащее корпус, питательный коллектор, коллектор сбора пароводяной смеси, секцию охлаждения аэрозоля технического углерода за счет теплообмена с пароводяной смесью, проходящей через вертикальные трубы, в нижней части сообщающиеся с полостью питательного коллектора, а в верхней - с полостью коллектора сбора пароводяной смеси, выносной паросборник, введены новые отличительные признаки.The problem is solved due to the fact that the device for the regenerative cooling of an aerosol of carbon black containing a housing, a feed collector, a collector for collecting steam and water, a section for cooling the aerosol of carbon black due to heat exchange with the steam and water mixture passing through vertical pipes communicating with a cavity of the nutrient collector, and in the upper one with a cavity of the collector for collecting the steam-water mixture, an external steam collector, new distinctive features are introduced.
Такими признаками являются:These signs are:
- корпус устройства является составной частью корпуса реактора для получения технического углерода, расположен горизонтально, футерован огнеупорным материалом и имеет внутри канал прямоугольного сечения, по которому проходит аэрозоль технического углерода;- the casing of the device is an integral part of the reactor casing for producing carbon black, is horizontal, lined with refractory material and has a channel of rectangular cross section through which the carbon black aerosol passes;
- секция охлаждения аэрозоля технического углерода образована теплообменными модулями, установленными в стенках канала несколькими блоками по направлению движения аэрозоля;- the carbon black aerosol cooling section is formed by heat exchange modules installed in the channel walls by several blocks in the direction of aerosol movement;
- модули каждого блока установлены попарно на противоположных боковых стенках канала и содержат термосифоны, заполненные промежуточным теплоносителем, обеспечивающим температуру поверхности теплопередачи в рабочих условиях 260…300°С;- the modules of each block are installed in pairs on opposite side walls of the channel and contain thermosiphons filled with an intermediate heat carrier that provides the temperature of the heat transfer surface under operating conditions of 260 ... 300 ° C;
- термосифоны установлены под углом не менее 10° к горизонтали вертикальными рядами с одинаковым шагом между рядами в пределах одного блока;- thermosiphons are installed at an angle of at least 10 ° to the horizontal in vertical rows with the same pitch between the rows within the same block;
- испарительные части термосифонов, длина которых определяется шириной канала, размещены внутри канала так, что вертикальные ряды термосифонов противоположных модулей чередуются и образуют газодинамическую решетку, поперечно перекрывающую поток аэрозоля;- evaporative parts of thermosiphons, the length of which is determined by the width of the channel, are placed inside the channel so that the vertical rows of thermosiphons of opposite modules alternate and form a gas-dynamic lattice transversely overlapping the aerosol flow;
- зоны конденсации термосифонов размещены вне канала и заключены в вертикальные трубы с пароводяной смесью, которые в пределах модуля имеют общий питательный коллектор и коллектор сбора пароводяной смеси, при этом зоны конденсации, вертикальные трубы и коллекторы заключены в герметичный кожух, внутренний объем которого заполнен волокнистым огнеупорным теплоизоляционным материалом.- condensation zones of thermosyphons are located outside the channel and are enclosed in vertical pipes with a steam-water mixture, which within the module have a common feed collector and a collector for collecting steam-water mixture, while the condensation zones, vertical pipes and collectors are enclosed in a sealed casing, the internal volume of which is filled with a fibrous refractory heat insulating material.
Дополнительными отличительными признаками являются:Additional distinguishing features are:
- количество термосифонов и шаг между ними в вертикальных рядах всех модулей одинаковы и определяются высотой канала, режимом движения аэрозоля технического углерода и передаваемой тепловой мощностью термосифона;- the number of thermosiphons and the step between them in the vertical rows of all modules are the same and are determined by the height of the channel, the mode of movement of the carbon black aerosol and the transmitted thermal power of the thermosiphon;
- количество рядов термосифонов в модулях, образующих один блок одинаково или отличается на один ряд;- the number of rows of thermosyphons in the modules forming one block the same or different by one row;
- каждый блок содержит модули с общим количеством рядов термосифонов, обеспечивающим заданное снижение температуры аэрозоля технического углерода после прохождения через блок;- each block contains modules with a total number of rows of thermosiphons, providing a predetermined decrease in the temperature of the carbon black aerosol after passing through the block;
- общее количество блоков в устройстве определяется заданной технологическим регламентом степенью охлаждения аэрозоля технического углерода;- the total number of blocks in the device is determined by the degree of cooling of the carbon black aerosol specified by the technological regulations;
- конструкция устройства предусматривает возможность «выкатки» из корпуса модуля в сборе для осуществления узлового ремонта, а также возможность замены (ремонта) каждого термосифона;- the design of the device provides for the possibility of "rolling out" from the module housing assembly for the implementation of nodal repairs, as well as the possibility of replacing (repairing) each thermosyphon;
- между блоками термосифонов установлены монтажные люки, оборудованные эффективной футеровкой для осуществления осмотра или ремонта термосифонов.- mounting hatches are installed between the thermosiphon blocks, equipped with an effective lining for inspection or repair of thermosiphons.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами:The invention is illustrated by the following drawings:
фиг.2 - общий вид устройства для рекуперативного охлаждения аэрозоля технического углерода;figure 2 - General view of a device for the regenerative cooling of an aerosol of carbon black;
фиг.3 - поперечное сечение по А-А;figure 3 is a cross section along aa;
фиг.4 - сечение устройства по В-В, вид сверху.figure 4 is a cross-section of the device along BB, top view.
Наилучший вариант осуществления изобретения по устройствуThe best embodiment of the invention on the device
Устройство для рекуперативного охлаждения аэрозоля технического углерода содержит корпус 8 (фиг.2), являющийся составной частью корпуса реактора для получения технического углерода и образующий его естественное продолжение. Корпус расположен горизонтально и футерован изнутри огнеупорным материалом. Внутри корпуса расположен канал 9 (фиг.3, 4) прямоугольного сечения для прохождения потока аэрозоля технического углерода. Вдоль корпуса по ходу движения аэрозоля установлены блоки теплообменных элементов 6 (фиг.2, 4). Каждый блок включает в себя два модуля 10 (фиг.4), расположенных на противоположных боковых стенках корпуса 8. Модули идентичны по конструкции и представляют собой участки боковых стенок, выполненные в виде съемных панелей 11 (фиг.3), на которых смонтировано теплообменное оборудование. На панели каждого модуля вертикальными рядами с одинаковым шагом между рядами смонтированы под углом 11° к горизонтали трубки термосифонов 12 (фиг.3, 4). Испарительные части 13 (фиг.3, 4) термосифонов 12 размещены внутри канала 9 и имеют длину, позволяющую перекрыть канал по ширине при выбранном угле наклона трубок термосифонов. Зоны конденсации 14 (фиг.3) термосифонов 12 размещены снаружи и входят рядами в вертикальные трубы 15 (фиг.3). Количество термосифонов в каждом ряду определяется высотой канала 9, режимом движения аэрозоля технического углерода, передаваемой тепловой мощностью термосифонов и одинаково для всех рядов. Вертикальные трубы 15 в нижней части сообщаются с питательным коллектором 16 (фиг.2, 3), а в верхней части - с коллектором сбора пароводяной смеси 17 (фиг.2, 3). Зоны конденсации, вертикальные трубы и коллекторы заключены в герметичный кожух (на фигурах не показан), внутренний объем которого заполнен волокнистым огнеупорным теплоизоляционным материалом.A device for the regenerative cooling of a carbon black aerosol contains a housing 8 (FIG. 2), which is an integral part of the reactor vessel for producing carbon black and forms its natural continuation. The housing is horizontal and lined with refractory material from the inside. Inside the housing there is a channel 9 (Figs. 3, 4) of rectangular cross-section for the passage of a carbon black aerosol stream. Along the body in the direction of movement of the aerosol installed blocks of heat-exchange elements 6 (Fig.2, 4). Each block includes two modules 10 (Fig. 4) located on opposite side walls of the
Питательные коллекторы 16 и коллекторы сбора пароводяной смеси 17 модулей соединены соответственно опускными 18 (фиг.2) и подъемными 19 (фиг.2) трубами с выносным паросборником 20 (фиг.2), размещенным с превышением 4,8 м над питательными коллекторами, что обеспечивает естественную циркуляцию в пароводяном тракте. Питательные коллекторы 16 установлены вдоль панелей 11 горизонтально, а коллекторы сбора пароводяной смеси 17 установлены с подъемом в сторону подключения подъемных труб под углом 30…35°. Модули 10 установлены на противоположных стенках корпуса 8 попарно, блоками, так, что вертикальные ряды испарительных частей 13 термосифонов 12 двух противолежащих модулей чередуются и образуют газодинамическую решетку, поперечно перекрывающую канал 9 корпуса 8. Каждый блок содержит модули с общим количеством рядов термосифонов, обеспечивающим заданное снижение температуры аэрозоля технического углерода после прохождения через блок. При этом количество рядов термосифонов в модулях, образующих один блок, одинаково или отличается на один ряд. Общее количество блоков в устройстве установлено заданной технологическим регламентом степенью охлаждения аэрозоля технического углерода.The
Характеристики устройства, используемого для реализации предлагаемого способа получения технического углерода марки N330 в части охлаждения аэрозоля технического углерода, приведены в таблице 1.The characteristics of the device used to implement the proposed method for producing carbon black brand N330 in terms of cooling the carbon black aerosol are shown in table 1.
Принцип работы установки для рекуперативного охлаждения аэрозоля технического углерода заключается в осуществлении теплообмена между аэрозолем и пароводяной смесью через промежуточный теплоноситель, заключенный в термосифоны. Поток аэрозоля технического углерода поступает из зоны предварительного охлаждения реактора в канал 9 устройства с температурой 1250°С и омывает газодинамическую решетку, образованную испарительными частями 13 термосифонов 12 первого блока. Термосифоны заполнены промежуточным теплоносителем, обеспечивающим в рабочих условиях температуру поверхности теплопередачи 260…300°С (табл.1), что выше температуры точки росы аэрозоля технического углерода, которая составляет 140…160°С. Это исключает конденсацию водяных паров, а следовательно, налипание технического углерода на испарительной поверхности термосифонов, поэтому скорость прохождения аэрозоля технического углерода через трубную решетку может быть принята значительно меньшей 70-80 м/с (Р.Бусройд «Течение газа со взвешенными частицами», Москва, изд. «Мир», 1975 г., стр.373). В результате теплообмена с аэрозолем происходит испарение промежуточного теплоносителя и его пары поднимаются по наклонным трубкам термосифонов 12 в зону конденсации 14, где отдают тепло пароводяной смеси, поднимающейся по вертикальной трубе 15, конденсируются, стекают в испарительную часть термосифона и т.д. Повреждение любого термосифона приводит лишь к попаданию незначительного количества промежуточного теплоносителя, содержащегося в сифоне, в поток аэрозоля технического углерода и практически не отражается на работе устройства. Питательная вода из выносного паросборника 20 через опускные трубы 18 самотеком подается в питательные коллекторы 16 и распределяется по вертикальным трубам 15. При движении воды вверх, она последовательно омывает зоны конденсации 14 термосифонов, испаряется и поступает в коллектор сбора пароводяной смеси 17. Из коллекторов 17 пароводяная смесь по подъемным трубам 19 поступает в выносной паросборник 20, где разделяется на насыщенный водяной пар с давлением 0,6 МПа и температурой 158°С, отбираемый для производственных целей, и воду, которая вновь поступает в циркуляционный тракт. Частично охлажденный аэрозоль технического углерода проходит далее по каналу 9 последовательно через второй и третий блоки устройства, где вышеописанные процессы теплообмена повторяются, и охлаждается до заданной температуры.The principle of operation of a plant for the regenerative cooling of a carbon black aerosol consists in the heat exchange between an aerosol and a steam-water mixture through an intermediate heat carrier enclosed in thermosyphons. The carbon black aerosol stream flows from the reactor pre-cooling zone into the
Достигаемый технический результатAchievable technical result
Горизонтальное расположение корпуса, совмещение его с корпусом реактора для получения технического углерода и футеровка изнутри огнеупорным материалом позволяют упростить изготовление и монтаж устройства, уменьшить тепловые потери, обеспечить прочность, жесткость и устойчивость установки с одновременным снижением металлоемкости поддерживающих конструкций.The horizontal arrangement of the vessel, combining it with the reactor vessel to produce carbon black and lining the inside with refractory material can simplify the manufacture and installation of the device, reduce heat loss, ensure the strength, rigidity and stability of the installation while reducing the metal consumption of the supporting structures.
Блочно-модульная конструкция позволяет обеспечить удобство монтажа устройства, достаточно высокую степень его ремонтопригодности и позволяет существенно упростить доставку готовых модулей с завода-изготовителя к месту монтажа.Block-modular design allows for convenient installation of the device, a sufficiently high degree of maintainability and can significantly simplify the delivery of finished modules from the manufacturer to the installation site.
Заполнение термосифонов промежуточным теплоносителем, обеспечивающим в рабочих условиях температуру поверхности теплопередачи 260…300°С, приводит к тому, что температура стенки испарительной части термосифона превышает температуру точки росы аэрозоля технического углерода, которая составляет 140…160°С. Это исключает конденсацию водяных паров, а следовательно, налипание технического углерода на испарительной поверхности термосифонов, поэтому скорость прохождения аэрозоля технического углерода через газодинамическую решетку может быть принята значительно меньшей 70-80 м/с, что приводит к снижению гидравлических потерь при прохождении аэрозоля технического углерода через устройство и увеличению межремонтного пробега.Filling the thermosiphons with an intermediate heat carrier, providing under the working conditions the temperature of the heat transfer surface of 260 ... 300 ° C, leads to the fact that the wall temperature of the evaporation part of the thermosiphon exceeds the temperature of the dew point of the carbon black aerosol, which is 140 ... 160 ° C. This eliminates the condensation of water vapor, and therefore, the buildup of carbon black on the evaporative surface of thermosyphons, so the speed of passage of a carbon black aerosol through a gas dynamic grill can be taken much lower than 70-80 m / s, which leads to a reduction in hydraulic losses when passing a carbon black aerosol through device and increase the overhaul mileage.
Установка термосифонов в модулях под углом не менее 10° к горизонтали вертикальными рядами дает возможность разместить максимальное количество термосифонов в ряду с сохранением надежности их функционирования, а одинаковый шаг между рядами в пределах одного блока обеспечивает возможность установки модулей на противоположных боковых стенках канала, что в сочетании с размещением испарительных частей термосифонов, длина которых определяется шириной канала, внутри канала так, что вертикальные ряды термосифонов противоположных модулей чередуются и образуют газодинамическую решетку, поперечно перекрывающую поток аэрозоля, позволяет максимально эффективно использовать тепло охлаждаемого аэрозоля технического углерода и одновременно упростить обслуживание устройства.The installation of thermosiphons in the modules at an angle of at least 10 ° to the horizontal in vertical rows makes it possible to place the maximum number of thermosiphons in a row while maintaining the reliability of their operation, and the same step between the rows within the same block allows the modules to be installed on opposite side walls of the channel, which in combination with the placement of the evaporation parts of thermosiphons, the length of which is determined by the width of the channel, inside the channel so that the vertical rows of thermosiphons of opposite modules h reduyutsya and form a gas-dynamic grid, transversely overlapping stream of aerosol maximizes use of the heat of the cooled carbon black aerosol and simultaneously simplify device maintenance.
Размещение зон конденсации термосифонов вне канала, заключение их в вертикальные трубы с пароводяной смесью, которые в пределах модуля имеют общий питательный коллектор и коллектор для сбора пароводяной смеси, и заключение зон конденсации, вертикальных труб и коллекторов в герметичный кожух, внутренний объем которого заполнен волокнистым огнеупорным теплоизоляционным материалом, позволяет выполнить надежное уплотнение по газовому тракту и снизить тепловые потери от корпуса реактора в зоне установки модульных блоков.Placing the condensation zones of thermosiphons outside the channel, placing them in vertical pipes with a steam-water mixture, which within the module have a common feed collector and a collector for collecting steam-water mixture, and putting condensation zones, vertical pipes and collectors in a sealed casing, the internal volume of which is filled with a fibrous refractory heat-insulating material, allows for reliable sealing along the gas path and to reduce heat loss from the reactor vessel in the installation zone of modular units.
Кроме того, одинаковое количество термосифонов и одинаковый шаг между ними в вертикальных рядах всех модулей позволяют упростить процесс изготовления модулей за счет применения шаблонов и т.п.;In addition, the same number of thermosiphons and the same step between them in the vertical rows of all modules make it possible to simplify the manufacturing process of modules through the use of templates, etc .;
кроме того, одинаковое или отличающееся на один ряд количество рядов термосифонов в модулях, образующих один блок, позволяет создать компактную газодинамическую решетку;in addition, the same or different by one row the number of rows of thermosyphons in the modules forming one block, allows you to create a compact gas-dynamic lattice;
кроме того, содержание в каждом блоке модулей с общим количеством рядов термосифонов, обеспечивающим заданное снижение температуры аэрозоля технического углерода после прохождения через блок, например, одинаковое для всех блоков, позволяет получить заданную, например, одинаковую паропроизводительность блоков;in addition, the content in each block of modules with the total number of thermosyphon rows providing a predetermined decrease in the temperature of the carbon black aerosol after passing through the block, for example, the same for all blocks, allows you to obtain a given, for example, the same steam capacity of the blocks;
кроме того, размещение в устройстве общего количества блоков, определяемого заданной технологическим регламентом степенью охлаждения аэрозоля технического углерода, позволяет создавать охлаждающие устройства для различного диапазона температур без принципиального изменения конструкции;in addition, the placement in the device of the total number of blocks, determined by the degree of cooling of the carbon black aerosol specified by the technological regulations, allows you to create cooling devices for a different temperature range without a fundamental design change;
конструкция устройства предусматривает возможность «выкатки» из корпуса модуля в сборе для осуществления узлового ремонта, а также возможность замены (ремонта) каждого термосифона;the design of the device provides for the possibility of “rolling out” the complete assembly from the module housing for the implementation of nodal repairs, as well as the possibility of replacing (repairing) each thermosiphon;
между блоками термосифонов имеются монтажные люки, оборудованные эффективной футеровкой для осуществления осмотра или ремонта термосифонов.there are mounting hatches between thermosiphon blocks equipped with an effective lining for inspection or repair of thermosiphons.
Технологический режим работы реактора технического углерода с устройством рекуперативного охлаждения аэрозоля технического углеродаtable 2
Technological mode of operation of a carbon black reactor with a regenerative cooling device for carbon black aerosol
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007123684/15A RU2366675C2 (en) | 2007-06-25 | 2007-06-25 | Method of technical carbon preparation and device for recuperative cooling of technical carbon aerosol |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007123684/15A RU2366675C2 (en) | 2007-06-25 | 2007-06-25 | Method of technical carbon preparation and device for recuperative cooling of technical carbon aerosol |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007123684A RU2007123684A (en) | 2008-12-27 |
| RU2366675C2 true RU2366675C2 (en) | 2009-09-10 |
Family
ID=41166776
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007123684/15A RU2366675C2 (en) | 2007-06-25 | 2007-06-25 | Method of technical carbon preparation and device for recuperative cooling of technical carbon aerosol |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2366675C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2532061C1 (en) * | 2013-11-20 | 2014-10-27 | Елена Сергеевна Бородина | Thermosyphon heat exchange device |
| US8871173B2 (en) | 2010-02-19 | 2014-10-28 | Cabot Corporation | Method for carbon black production using preheated feedstock and apparatus for same |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU576344A1 (en) * | 1976-05-28 | 1977-10-15 | Shostak Valentin M | Device for evaporation cooling of holding furnaces |
| US4292291A (en) * | 1978-06-24 | 1981-09-29 | Deutsche Gold- Und Silber-Scheideanstalt Vormals Roessler | Process for the production of furnace black |
| SU1473323A1 (en) * | 1987-01-04 | 1996-04-20 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Технического Углерода | Method and apparatus for gas-carbon black products cooling |
| RU2106374C1 (en) * | 1990-09-04 | 1998-03-10 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Технического Углерода | Method for production of granulated carbon black and plant for its embodiment |
| US5866083A (en) * | 1995-12-04 | 1999-02-02 | Edmeston Ab | Heat exchanger adapted for the production of carbon black |
| US6179048B1 (en) * | 1998-08-28 | 2001-01-30 | Engineered Carbons, Inc. | Heat exchange system having slide bushing for tube expansion |
| RU2174992C2 (en) * | 1996-12-24 | 2001-10-20 | Сосногорский газоперерабатывающий завод п. Севергазпром | Thermal carbon black production process |
| RU37818U1 (en) * | 2004-01-15 | 2004-05-10 | ОАО "Завод технического углерода" | HIGH TEMPERATURE TUBULAR RECOVERY |
| RU2291887C2 (en) * | 2002-06-10 | 2007-01-20 | ОАО "Завод технического углерода" | Device for producing industrial hydrogen |
-
2007
- 2007-06-25 RU RU2007123684/15A patent/RU2366675C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU576344A1 (en) * | 1976-05-28 | 1977-10-15 | Shostak Valentin M | Device for evaporation cooling of holding furnaces |
| US4292291A (en) * | 1978-06-24 | 1981-09-29 | Deutsche Gold- Und Silber-Scheideanstalt Vormals Roessler | Process for the production of furnace black |
| SU1473323A1 (en) * | 1987-01-04 | 1996-04-20 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Технического Углерода | Method and apparatus for gas-carbon black products cooling |
| RU2106374C1 (en) * | 1990-09-04 | 1998-03-10 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Технического Углерода | Method for production of granulated carbon black and plant for its embodiment |
| US5866083A (en) * | 1995-12-04 | 1999-02-02 | Edmeston Ab | Heat exchanger adapted for the production of carbon black |
| RU2174992C2 (en) * | 1996-12-24 | 2001-10-20 | Сосногорский газоперерабатывающий завод п. Севергазпром | Thermal carbon black production process |
| US6179048B1 (en) * | 1998-08-28 | 2001-01-30 | Engineered Carbons, Inc. | Heat exchange system having slide bushing for tube expansion |
| RU2291887C2 (en) * | 2002-06-10 | 2007-01-20 | ОАО "Завод технического углерода" | Device for producing industrial hydrogen |
| RU37818U1 (en) * | 2004-01-15 | 2004-05-10 | ОАО "Завод технического углерода" | HIGH TEMPERATURE TUBULAR RECOVERY |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ОРЛОВ В.Ю. и др. Производство и использование технического углерода для резин. - Ярославль, Александр Рутман, 1002, сс.130-131, рис.4, 164, 166, 172, 176, 218-228. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8871173B2 (en) | 2010-02-19 | 2014-10-28 | Cabot Corporation | Method for carbon black production using preheated feedstock and apparatus for same |
| RU2545329C2 (en) * | 2010-02-19 | 2015-03-27 | Кабот Корпорейшн | Method and device for production of carbon black with application of heated initial material |
| US9574087B2 (en) | 2010-02-19 | 2017-02-21 | Cabot Corporation | Method for carbon black production using preheated feedstock and apparatus for same |
| RU2532061C1 (en) * | 2013-11-20 | 2014-10-27 | Елена Сергеевна Бородина | Thermosyphon heat exchange device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007123684A (en) | 2008-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2469785C2 (en) | Reactor - heat exchanger with bayonet pipes; reactor - heat exchanger design allowing its operation with pressure drops of about 100 bar between pipe and calandria | |
| CN102952555B (en) | Gaseous pyrolysis product collector and carbonaceous material pyrolysis or dry distillation device using same | |
| CN102776007A (en) | Continuous biomass pyrolytic carbon gas-oil poly-generation system | |
| CN102320579A (en) | Technical method for preparing sulfuric acid from hydrogen sulfide | |
| RU2366675C2 (en) | Method of technical carbon preparation and device for recuperative cooling of technical carbon aerosol | |
| CN113652508A (en) | Electromagnetic induction heating reforming furnace and using method thereof | |
| CN107069065B (en) | Reformer for producing hydrogen by reforming natural gas | |
| CN110079350B (en) | A biomass thermal cracking production process with a multi-chamber fluidized bed reactor as the core | |
| CN106433717A (en) | Heat accumulation type biomass pyrolysis and carbonization reaction system and method | |
| CN1817446A (en) | Movable sulfurization active carbon heating regenerator and regeneration | |
| CN2532419Y (en) | Split condensation type normal pressure water-jacket heating furnace | |
| CN109022001B (en) | A self-weight spiral progressive biomass high-efficiency energy-saving pyrolysis furnace device | |
| CN204478089U (en) | A kind of heat reclamation type incinerator | |
| CN109266370B (en) | Progressive biomass high-efficiency energy-saving pyrolysis furnace | |
| RU2317308C2 (en) | Technical carbon production process and a system for recuperative heating of process air | |
| CN1250903C (en) | Flue quenching method and apparatus thereof | |
| CN209442919U (en) | A kind of self weight spiral progressive biomass high-efficiency energy-saving pyrolysis furnace apparatus | |
| CN1857766A (en) | Heat exchanging reactor | |
| CN214270758U (en) | Grouping temperature control continuous dry distillation production system for biomass charcoal | |
| CN212719785U (en) | Energy-saving environment-friendly yellow phosphorus tail gas combustion boiler | |
| CN115960620A (en) | Vertical coke oven and coke making system and method thereof | |
| CN201697097U (en) | Calcined petroleum coke flue gas waste heat utilization boiler | |
| CN211005237U (en) | System for implementing organic solid waste pyrolysis method | |
| CN202754954U (en) | High-efficiency heating oil shale retorting gas device | |
| CN215049912U (en) | System for implementing biomass pyrolysis process |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170626 |