Производство сажи различными способами. Производство сажи термическим разложением без доступа воздуха. Получение сажи осаждением из диффузионного пламени

® Получение сажи термическим разложением.

Термическим разложением без доступа воздуха получают термические и ацетиленовые сажи.

В этом процессе выделяется почти все количество углерода, содержащегося в газе. Однако около 50% углерода выделяется не в виде сажи, а в виде так называемого блестящего углерода.

Процесс производства сажи термическим разложением имеет важные преимущества: простота и дешевизна процесса, высокий выход сажи, образование в качестве побочного продукта газа с высоким содержанием водорода.

Существенными недостатками этого метода являются: периодичность процесса, неоднородность сажи, менее ценные свойства сажи по сравнению с другими типами.

При термическом разложении метана при температуре 850-900°С начинается образование твердого слоя пироуглерода, а сажа появляется позже – при 1100°С.

 

® Получение сажи осаждением из дифузионного пламени.

Свободное ламинарное диффузионное горение использует­ся при производстве канальной сажи. В диффузионном лами­нарном факеле процесс подвода кислорода и углево­дородов к фронту горения и отвод из фронта горения продук­тов реакции основан на явлении мо­лекулярной диффузии в радиаль­ном направлении. В таком факеле сажа образуется в зоне, непосред­ственно примыкающей к фронту го­рения. Присутствие сажевых частиц делает диффузионное лами­нарное пламя светящимся. Темпера­тура его пламени 1350—1400°С.

При горении уг­леводородов сажа образуется в ре­зультате их термического разложения углеводорода. Свободный кислород весь потребляется во фронте горе­ния.

Сажа выделяется из пламени на движущуюся осадительную поверхность. Введение в пламя холодной поверхности прерывает рост образующихся сажевых частиц и соединение их в цепные структуры. Выделившаяся сажа выносится из пламени и направляется на дальнейшую обработку.

 

 

ПЕЧНЫЕ СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕЧНОЙ ГАЗОВОЙ САЖИ

Получение сажи печным способом

Печной способ получения сажи является наиболее распространенным, и для его осуществления применяется процесс турбулентного диффузионного горения с недостат­ком воздуха в специальных реакторах. Сажа образуется в зоне, примыкающей к фронту горения со стороны углеводорода. От­личие от ламинарного горения заключается в том, что фронт горения представляет собой турбулентную пульси­рующую зону, а не гладкую неподвижную поверхность, на­блюдаемую при ламинарном диффузионном горении, и в том, что сажевые частицы по выходе из факела остаются еще длительное время в атмосфере горячих продуктов горения и подвергаются воздействию, как углеводородов, так и окис­лительных компонентов. С увеличением турбулентности, т. е. с увеличением скорости пе­ремешивания горючего с воздухом выход сажи уменьшается, но ее дисперсность увеличивается.

При получении сажи печным способом в реакторе происходит одновременно несколько различных процессов:

Ø сгорание вспомогательного топлива или части сырья для получения тепла, необходимого для термического разложения углеводородов,

Ø неполное сгорание доли сырья с образованием оксида углерода и паров воды вследствие недостатка кислорода,

Ø термическое разложение углеводородов сырья с образованием углерода и формирование сажевых частиц,

Ø взаимодействие полученной сажи с газообразными продуктами реакции,

Ø резкое прекращение реакции, закалка водой и ее взаимодействие с сажей.

Каждый из этих процессов зависит от ряда условий, мно­гие из которых можно регулировать.

Печным способом производится более 90% всей сажи. Печной способ является наиболее гибким, позволяющим изменять свойства сажи в необходимых пределах, по­этому и нашел широкое применение. Основные преимущества этого способа следующие:

Ø высокий выход сажи, обеспечивающий снижение себе­стоимости по сравнению с другими способами;

Ø гибкость процесса, позволяющая получить сажи с разнообразными свойствами на идентичном оборудовании изме­нением только технологических параметров;

Ø направленное управление процессом, позволяющее по­лучить сажи с заданными свойствами;

Ø возможность автоматизации процесса сажеобразования;

Ø создание более благоприятных санитарных условий работы;

Ø возможность работы по замкнутому циклу, т. е. безот­ходное производство с утилизацией побочных продуктов.

В настоящее время печным способом получают сажи, обладающие равноценными с канальными сажами свойствами, но превосходящие их по технико-экономическим и санитарно-гигиеническим показателям производства и охраны окружающей среды.

 

Технология производства печной газовой сажи

Печные газовые сажи обычно получают сжиганием природ­ного или попутного газов нефтепромыслов в специальных пе­чах. Предварительно газ очищают от механических примесей и легких фракций углеводородов. Иногда применяют смеси га­за с жидким сырьем или его парами; в этом случае увеличи­вается выход, повышается производительность оборудования.

Получение сажи осуществляется при термоокислительном разложении углеводородов в турбулентном потоке при 1200—1300°С в сдвоенных горизонтальных реакторах, фу­терованных огнеупорным кирпичом. Сажа поступает в акти­ватор, затем скруббер-холодильник, орошаемый водой, и улав­ливается в электрофильтре (99,5% улавлива­ния). Очищенные газы направляются в котельную, а сажа на гранулирование сухим способом. Получение печной сажи проводят при температуре в зоне реакции 1200-1300^оС.

 

МЕТОДЫ УЛАВЛИВАНИЯ И ОЧИСТКИ САЖИ

Методы улавливания сажи.

Выделение сажи из сажегазового потока – одна из основных технологических операций производства.

Для улавливания сажи применяют следующие методы:

Ø Механические — отделение сажи под действием гравитационных, инерционных и центро­бежных сил (пылеосадительные камеры, инерционные аппараты, циклоны);

Ø Фильтрация—задерживание сажи на поверхности фильтрующего элемента (рукавные фильтры из ткани);

Ø Электроосаждение—улавливание сажи под действием сил электрического поля (электрофильтры);

Ø Аппараты мокрой очистки—улавливание сажи про­мывкой газа жидкостью (скрубберы, пенные уловители, скруббер Вентури).

Очистка сажи

В процессе производства сажи в нее могут попадать по­сторонние включения различного происхождения: окалина от металлического оборудования, футеровка реакторов и газоходов, частицы углерода. Размеры этих включений изменяются от долей милли­метра до нескольких миллиметров. Применение сажи с посто­ронними включениями значительно ухудшает свойства резино­технических изделий. Существуют различные способы очистки сажи, но одни из них малопроизводительны (просеивание че­рез сито), при других улавливаются только металлические включения (магнитные ловушки). В настоящее время для очистки используются:

Инерционный сепаратор, который устанавли­вается на системе пневмотранспорта. Саже-воздушная смесь под давлением со скоростью 20—30 м/с поступает в сепаратор. Вследствие инерционных сил трения скорость потока резко уменьшается на отбойных лопатках, крупные частицы осаж­даются, а затем выводятся из аппарата. Производительность аппарата до 2000 кг/час.

Отвеивательные аппараты. Принцип их действия следующий: сажа падает на колесо и отбрасывается лопатками к периферии ка­меры. Воздушный поток подхватывает взвешенные частицы са­жи и направляет их в систему отделения сажи от воздуха. Посторонние включения не захватываются воздухом и осаж­даются в бункерной части.

 

 

ПРИМЕНЕНИЕ САЖИ

Сажа находит в настоящее время широкое применение в различных отраслях промышленности.

В общем виде потребителей можно условно разделить на производителей резиновых и нерезиновых изделий.

Основным потребителем резины является шинное производство, затем производство рези­нотехнических изделий, обуви, резиновых плиток для настила полов, резиновых съёмных матов для покрытия теннисных кор­тов и т. д. Свыше 90% всего потребления сажи приходится на резиновую промышленность, причем 80% всей сажи поглощает шинная промышленность.

Области применения сажи вне резиновой промышленности очень многочисленны. Ее используют в производстве различ­ных сортов бумаги (копировальной, альбомной, фотографичес­кой, для обоев и т.д.). Сажа применяется для изготовления лент для пишущих машинок, штемпельной краски, крема для обуви, парфюмерных и гримировальных красок, туши. Сажа необходима для изготовления разных сортов лаков, в том чис­ле в довольно крупном производстве специальных автомобиль­ных лаков, обеспечивая глубину черного цвета. Сажа исполь­зуется в качестве пигмента при производстве чернил, в хими­ческой и цементной промышленности, в сельском хозяйстве — для производства удобрении и инсектофунгицидов, в дорож­ной строительстве — для устранения отблеска дорожных по­крытий и взлетно-посадочных площадок на аэродромах, в про­изводстве пластмасс для изготовления грампластинок, теле­фонных аппаратов, изделий из эбонита.

В электропромышленности сажу применяют для изготовле­ния различных электродов, сухих элементов, радиоламп, ще­ток и сопротивлений, ее используют в оптическом и электрон­ном производстве, для печатных схем электроприборов и ап­паратов, для производства линолеума, взрывчатых веществ, искусственного волокна.

Сажа является прекрасным теплоизолирующим материалом, применяется для создания дождевых обла­ков, кондиционных почв и получения синтетических алмазов.