Промышленные способы производства сажи

Техническим углеродом или сажей называется порошкообразный продукт неполного сгорания или термического разложения органических веществ, состоящий в основном из углерода.

Упрощенно механизм образования частиц сажи можно представить следующим образом. Под действием высокой температуры молекулы углеводородов распадаются на свободные углеводородные радикалы и атомы водорода. Взаимодействие радикалов друг с другом и с исходными углеводородами приводит к образованию новых радикалов и молекул термостойких соединений, которые служат основой будущих сажевых частиц. К ним присоединяются образующиеся в зоне реакции новые углеводородные радикалы. Происходит соединение атомов углерода в кристаллические образования, а сажевых кристаллитов - в частицы сажи. Диаметр сажевых частиц будет тем меньше, чем выше температура процесса.

Для получения более дисперсной сажи повышают температуру и сокращают время пребывания частиц сажи в зоне реакции. Предотвратить рост сажевых частиц можно также, понижая концентрацию разлагаемого углеводорода. Это достигается разбавлением углеводорода азотом или водородом при получении термических саж из природного газа. Скорость процесса резко возрастает, если в исходном сырье содержатся многоядерные углеводороды. Присутствие в исходном углеводороде до 1 об.% кислорода или оксида этилена также повышает скорость образования сажевых частиц. Наоборот, добавление к сырью пропилена или оксида азота замедляет процесс.

При формировании сажевых частиц происходит их соударение, при этом они связываются между собой, образуя пространственную структуру сажи. Процесс структурирования протекает более интенсивно при разложении многоядерных ароматических углеводородов. При большей концентрации водорода сажа получается менее структурной.

Промышленные способы производства сажи основаны на разложении углеводородов под действием высокой температуры. Образование сажи .в одних случаях происходит в пламени горящего сырья при ограниченном доступе .воздуха (печная сажа), в других - при термическом разложении сырья в отсутствие воздуха (термическая сажа).

18. Технологическая схема производства печной газовой сажи.

Получение печной сажи сжиганием сырья при ограниченном доступе воздуха осуществляется в основном двумя способами. По наиболее распространенному способу сырье сжигают в печах, снабженных горелками различного устройства. Образующаяся в пламени сажа в течение некоторого времени (до 6 с) находится вместе с газообразными продуктами процесса в зоне высокой температуры. После этого смесь сажи и газов охлаждают и отделяют сажу от газов.

По другому способу сырье сжигают с помощью горелок с узкой щелью, установленных в металлических аппаратах. Плоское пламя горящего сырья соприкасается с движущейся металлической поверхностью. Введение в пламя холодной поверхности приводит к тому, что рост образующихся в нем сажевых частиц и соединение их в цепные структуры прерывается. Выделившаяся на осадительной поверхности сажа выводигся из пламени, снимается с этой поверхности и направляется на обработку. Этот способ называют канальным. Сажа, получаемая канальным способом, обладает высокой дисперсностью, поэтому до сих пор этот способ используется в промышленности, несмотря на его несовершенство. Основное количество сажи в промышленности вырабатывается печным способом. На рис. 1.12 дана схема процесса получения сажи печным способом.

Рис. 1.12. Технологическая схема производства печной газовой сажи: 1 -
воздуходувка, 2 — печь, 3 — трубопровод саже-газовой смеси,'
— холодильник, 5 — электрофильтр, 6 — шнек, 1 — элеватор, 1
— сепаратор для отвеивания сажи, 9 барабан да

гранулирования; I — воздух, II -- углеводородный газ, III -саже-дымовая смесь, IV -- вода, V -- отработанные дымовы газы, VI — сажа

Очищенный от механических примесей, воды, сероводорода природный газ (II) поступает в печь (2), куда воздуходувкой (1) подают воздух (I). Сажа вместе с газами (III), образующимися при горении, по трубопроводу (3) направляется в холодильник (4), где охлаждается в результате испарения воды (IV), впрыскиваемой форсунками. Из холодильника (4) сажа, газы и пары воды поступают в электрофильтр (5) для выделения сажи. Затем с помощью шнека (6) и элеватора (1) сажа направляется в сепаратор (8) цеха обработки, где из нее удаляются посторонние включения. Затем сажа отправляется на гранулирование в барабан (9).

Количество подаваемого в печь воздуха должно составлять околс 50% от количества, необходимого для полного сжигания углеводородов содержащихся в сырье. Температура в печи (2) в различных зонах должна быть в пределах 1200 - 1500°С, а температура газовой смеси и сажи после холодильника (4) - в пределах 250 — 350°С. Температуру в печи (2) регулируют, изменяя соотношение воздуха и газа, подаваемых в нее. Время пребывания саже-газовой смеси в печи (2) должно составлять 2 - 4 с.

Преимуществом данного способа является возможность получения сажи с заранее заданными технологическими свойствами, а также возможность практически полной автоматизации процесса. К недостаткам следует отнести сравнительно низкий выход сажи, получаемой из природного газа.

Технологическая схема производства термической сажи.

По способу получения сажи подразделяются на следующие виды:

ацетиленовые (А);

канальные (К);

печные (П);

термические (Т).

Иногда канальные обозначают буквой (Д), так как канальную сажу получают извлечением из диффузионного пламени.

Назовем области применения саж.

Ацетиленовые сажи применяются для электротехнической, кабельной, аккумуляторной и резиновой промышленности, так .как они токопро-водящие.

Сажи термические, в том числе канальные, используются для изготовления лаков с высокой степенью черноты, печатных красок, копировальной бумаги, резиновых изделий.

Печные сажи находят применение также в типографских красках, в электротехнической промышленности, для

производства пластических масс с высокой прочностью цвета и так далее.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: