Производство технического углерода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Производство технического углерода

Содержание

Введение

1. Виды сажи

2. Способы производства сажи

3. Процессы образования сажи

4. Продукты процессов сажеобразования

5. Сырье для производства сажи

6. Приемка, хранение сырья на сажевых заводах

7. Очистка газообразного сырья

8. Получение форсунчатой и ламповой сажи

9. Получение антраценовой активной сажи

Заключение

Список литературы

Введение

Углерод технический (сажа) - высокодисперсный продукт неполного сгорания или частичного разложения углеводородов, содержащихся в природном и промышленном газах, а так же в нефтяных и каменноугольных маслах. Состоит главным образом из углерода (не менее 90%); содержит 0,3 - 0,8 Н; до 10% хемосорбированного О; 0,05 - 0,5% минеральных примесей. Средний диаметр частиц (преимущественно сферической формы) 10 - 40 нм; плотность: 0,8 - 1,95 г/см.

По степени кристалличности сажа занимает промежуточное положение между кристаллическим графитом и аморфным углеродом. Ее часто называют турбостратической (неупорядоченно слоевой) формой углерода. Частицы сажи связаны между собой в первичные агрегаты (состоят из параллельно-слоевых пакетов, кристаллитов, образованных обломками графитовых плоскостей, беспорядочно расположенных) вокруг общей для всех слоев нормали.

По способу производства сажи делят на три группы: канальные, печные и термические. Каждая группа включает несколько типов (марок) сажей.

* канальные (диффузионные) сажи получают при неполном сгорании природного газа или его смеси с маслом (напр. антраценовым) в так называемых горелочных камерах, снабженных щелевыми горелками. Внутри камер расположены охладительные поверхности (каналы), на которых сажа осаждается из диффузионного пламени.

* печные сажи получают при неполном сгорании масла, природного газа или их смеси в факеле, создаваемым специальным устройством в реакторах (печах). Сажа в виде аэрозоля выносится из реактора продуктами горения и охлаждается водой.

* термические сажи получают в специальных генераторах при термическом разложении природного газа или ацетилена без доступа воздуха.

Основными задачами на сажевых заводах являются: прием и хранение сырья, очистка газообразного сырья, получение сажи, улавливание сажи и обработка сажи.

1. Виды сажи

В настоящее время известно значительное число различных видов сажи. Основными видами являются:

а) газовая канальная, газовая печная, термическая - из газообразного сырья;

б) форсунчатая и ламповая - из жидкого сырья;

в) антраценовая активная - из смеси паров углеводородов каменноугольного происхождения с коксовым газом.

Кроме этих важнейших видов, вырабатывают в небольших количествах ацетиленовую сажу и специальные виды сажи для высококачественных лаков и красок.

Каждый вид сажи характеризуется определенными физическими и химическими свойствами. Важнейшими физико-химическими свойствами сажи являются степень дисперсности, характер вторичных структур (сажевых цепочек) и свойства поверхности сажевых частиц.

Степень дисперсности сажи обычно характеризуют средним арифметическим значением диаметра сажевых частиц. Сада каждого вида состоит из частиц различных размеров. Так, газовая канальная и активная антраценовая сажа содержат частицы диаметром от 100 до 900 A, печная - от 100 до 1400 A, форсунчатая - от 250 до 3000 A. Еще менее однородной является ламповая сажа с частицами диаметром 250 - 4500 A и термическая сажа, диаметр частиц которой колеблется в пределах 500 - 5500 A.

Удельная поверхность сажи непосре5дственно связана со степенью дисперсности. Чем меньше размер частиц сажи, тем больше ее удельная поверхность.

Степень дисперсности влияет на многие свойства сажи и, в первую очередь, на ее усиливающее действие на каучук, так как величина адсорбционных сил, связывающих сажу с каучуком, зависит от величины удельной поверхности сажи. Усиливающее действие послужило основанием для классификации сажи по типам. Согласно этой классификации газовая канальная и активная антраценовая сажи относятся к типу активно усиливающих саж; печная и форсунчатая - к типу полуусиливающих; ламповая и термическая - малоусиливающие сажи.

Частицы большинства известных видов сажи уже в процессе образования соединяются в цепочки или образуют более сложные (разветвленные) вторичные структуры. Природа связи между сажевыми частицами не установлена. Связь между частицами настолько прочна, что сажевые цепочки не разрушаются при уплотнении сажи на сажевых заводах и при большинстве операций в процессе производства резины и красок. Наиболее сложные структуры образуют частицы ацетиленовой, активной антраценовой и форсунчатой саж. Ламповая, печная и газовая канальная сажи имеют менее сложную вторичную структуру. Термическая сажа цепочек не образует и только незначительное количество частиц этой сажи связано между собой попарно. Чем сложнее вторичная структура, тем меньше объемный вес сажи и тем труднее она поддается уплотнению. Сажа с более развитой вторичной структурой имеет более высокую электропроводность, чем сажа, не образующая вторичных структур (увеличение содержания летучих веществ вызывает снижение электропроводности). Способность сажи адсорбировать масла повышается с увеличением сложности вторичных структур.

2. Способы производства сажи

Промышленные способы производства сажи основаны на разложении углеводородов под действием высокой температуры. Образование сажи в одних случаях происходит в пламени горящего при недостатке воздуха сырья, в других - при термическом разложении сырья в отсутствии воздуха. Некоторые сорта сажи получают, извлекая ее из продуктов синтеза (а в некоторых случаях и разложения) различных углеводородов (например, при синтезе ацетилена из метана). Каждый из этих способов получения сажи имеет по несколько разновидностей.

Получение сажи сжиганием сырья при ограниченном доступе воздуха осуществляется в основном двумя способами. По наиболее распространенному способу сырье сжигают в печах, снабженных горелками различного устройства. Образовавшаяся в пламени сажа в течение некоторого времени (до 6 сек.) находится вместе с газообразными продуктами процесса в зоне высокой температуры. После этого смесь сажи и газов охлаждают и отделяют сажу от газов в специальных аппаратах. По второму способу сырье сжигают при помощи горелок с узкой щелью, установленных в металлических аппаратах. Плоское пламя горящего сырья соприкасается с движущейся металлической поверхностью. Время соприкосновения пламени с этой поверхностью незначительно. Осажденная на металлической поверхности сажа быстро удаляется из зоны сажеобразования.

Термическое разложения сырья в отсутствии воздуха также производится различными способами. Некоторые виды сажи получают разложением газообразных или парообразных углеводородов в генераторе, нагретом предварительно до высокой температуры.

Если в качестве сырья применяются углеводороды, разлагающиеся с выделением тепла (например, ацетилен), то расщепление сырья на углерод (сажу) и водород производят в реакторе путем местного нагрева сырья до требуемой температуры.

До сих пор не существует рациональной терминологии для отдельных видов сажи. Название сажи часто указывает на способ, которым она получена. Так, название «канальная» сажа показывает, что сажа получена путем осаждения на металлической поверхности, оформленной в виде каналов (швеллерные балки). Названия «печная», «термическая», «форсунчатая» указывают на способ получения сажи. «Ламповая» сажа прежде получалась путем сжигания масел в лампах. В настоящее время такую сажу получают в печах, но название ее сохранилось до сих пор. Названия некоторых видов сажи отображают и способ получения, и сырье, из которого получают сажу (например: газовая канальная, газовая печная, взрывная ацетиленовая).

Ламповую, форсунчатую и газовую печную сажи получают при неполном сгорании сырья в печах различной конструкции, газовую канальную и антраценовую активную - путем сжигания газообразного сырья в щелевых горелках с последующим осаждением сажи на металлической поверхности. Термическим разложением сырья в отсутствие воздуха получают термическую сажу из естественного газа и некоторые сорта ацетиленовой сажи.

Следует отметить, что неоднократно делались попытки получить сажу путем размола активированного угля (древесного и торфяного), кокса и других веществ, содержащих много углерода. Но даже при самом мелком помоле таких веществ получить сажу не удавалось. Неудача объясняется тем, что применявшиеся материалы имели аморфную или кристаллическую структуру, тогда как сажа занимает промежуточное место между аморфным углем и кристаллическим графитом.

3. Процессы образования сажи

Процессы образования сажи сводятся к разложению углеводородов под воздействием высокой температуры и выделению из полученных продуктов углерода в виде сажи. Углеводороды пригодны для получения сажи, так как они очень богаты углеродом. Так в простейшем углеводороде - метане - содержится 75% углерода и 25% водорода; в многоядерных ароматических углеводородах - антрацене, фенантрене

- содержание углерода составляет 94,4%.

Сажу можно поучать из газообразных, жидких и твердых веществ. Естественный газ служит сырьем для производства газовой канальной, газовой печной и термической саж; из ацетилена получают различные виды ацетиленовой сажи; форсунчатая и ламповая сажи образуются при сгорании смеси различных жидких углеводородов; активную антраценовую сажу получают путем сжигания смеси паров твердых или жидких углеводородов с коксовым газом.

Для разложения углеводородов на элементарные углерод и водород требуется высокая температура. Так, например, разложение метана протекает при 1100?С; более сложные углеводороды разлагаются при еще более высокой температуре. Циклические и особенно ароматические углеводороды более стойки к воздействию тепла, чем углеводороды с открытой цепью.

Большинство углеводородов разлагается с поглощением тепла; ацетилен и некоторые ароматические углеводороды при разложении выделяют тепло.

Атомы углерода, получившиеся в результате разложения углеводородов под действием высокой температуры, группируются в кристаллические образования. В результате этого процесса должен был бы образоваться графит. Однако для образования кристаллической решетки графита требуется значительное время (несколько часов) и температура, превышающая 3000?С. Так как при получении сажи температура в зоне реакции обычно не превышает 1500?С (при получении ацетиленовой сажи температура в печи достигает 2400?С), а время пребывания сажи в реакционной зоне измеряется секундами и даже долями секунды, процесс кристаллизации не успевает закончится. Образующиеся при разложении углеводородов частицы сажи состоят из неупорядоченного набора отдельных кристаллитов и не имеют кристаллического строения.

Возникающие в результате расщепления углеводородов атомы углерода и радикалы С·являются активными центрами конденсации. Соударение этих активных центров с атомами углерода приводит к образованию графитовых сеток сажевых кристаллитов, которые при высокой температуре стремятся сгруппироваться в кристаллическую решетку. Росту сажевых частиц препятствует наличие водорода в зоне их формирования.

На формирование сажевых частиц влияет так же температура охладительной поверхности. Введение в пламя металлической поверхности, имеющей температуру значительно более низкую, чем температура пламени, приводит к прекращению дальнейшего роста сажевых частиц.

Дисперсность сажи зависит в основном от метода ее получения. Выбрав соответствующий метод производства сажи, можно из одного и того же сырья получать сажу с различной дисперсностью.

В процессах сажеобразования происходит не только термическое разложение молекул углеводородов, но и соединение их с образованием высокомолекулярных циклических многоядерных углеводородов и смол. В процессах получения сажи это приводит к образованию кокса и нагара.

4. Продукты процессов сажеобразования

Если сажу получать сжиганием сырья при недостаточном доступе воздуха, то в продуктах сгорания, кроме сажи, будут содержаться окись и двуокись углерода, метан, высшие углеводороды, водород, кислород, азот и водяные пары. Наличие кислорода в продуктах сажеобразования объясняется тем, что, несмотря на недостаточный доступ воздуха, часть его проходит через аппаратуру, не участвуя в процессе сажеобразования. При сжигании сырья в щелевых горелках, дающих плоское пламя, в отходящих газах содержится особенно много кислорода. При сжигании сырья в топках относительно большого объема содержание кислорода в отходящих газах не превышает 2% от всего объема сажегазовой смеси. При получении сажи методами термического разложения сырья без доступа воздуха в газообразных продуктах процесса сажеобразования преобладает водород.

Кроме сажи и газов в процессе сажеобразования образуется некоторое количество твердых продуктов. При получении газовой канальной, активной антраценовой и ацетиленовой саж частично наблюдается графитирование углерода. Продукты графитирования углерода представляют собой твердые крупинки кристаллического строения, называемые графитом. Графит засоряет сажу и резко ухудшает качество резины, изготовленной с применением такой сажи.

При получении сажи из углеводородов с большим молекулярным весом происходит частичная полимеризация этих углеводородов, в результате чего образуется нагар (или, как часто его называют, «шлак»). При длительном воздействии высокой температуры нагар превращается в кокс, засоряющий горелочные устройства и топки. Образование нагара и кокса осложняет обслуживание аппаратуры и приводит к преждевременному ее износу.

5. Сырье для производства сажи

Для получения сажи применяются следующие виды сырья:

технический антрацен;

каменноугольное (антраценовое) масло;

зеленое масло;

коксовый отгон;

естественный отгон;

нефтяной пиролизный газ;

ацетилен;

Зеленое масло представляет собой одну из фракций смолы, получающейся при пиролизе нефтепродуктов. В особенно значительном количестве (около 42%) такая смола образуется при пиролизе керосиновой, газойлевой и соляровой фракций нефти. Смола, полученная пиролизом этих нефтепродуктов при температуре около 750?С, подвергается в дальнейшем перегонке, причем фракция, выкипающая в пределах от 175 до 360?С, и является зеленым маслом.

Зеленое масло - жидкость зеленовато-бурого цвета. Содержащая значительное количество ароматических углеводородов.

Рассмотрим принцип действия установки для пиролиза жидких нефтепродуктов. Предназначенное для пиролиза жидкое сырье предварительно поступает для испарения в трубчатую печь. После отделения сепараторе неиспарившегося сырья образовавшиеся в печи пары поступают в газогенератор, где происходит пирогенетическое расщепление углеводородов. Из газогенератора продукты расщепления направляются для охлаждения и удаления смолистых примесей в промывную колонну, орошаемую смесью нафталинового и зеленого масел. Смолистые вещества удаляются из нижней части промывной колонны, а продукты пиролиза и пары масел направляются в ректификационную колонну, где в числе других продуктов выделяется зеленое масло.

Коксовый отгон выделяется из продуктов, получаемых наряду с нефтяным коксом при переработке тяжелого нефтяного сырья (гудронов, крекинг-остатков, пека пиролиза).

Коксование нефтяного сырья проводят в обогреваемых аппаратах, в которых поступающее сырье частично испаряется, а остаток под действием высокой температуры коксуется. Пары сырья из аппаратов направляются в ректификационную колонну для выделения жидких фракций, в том числе коксового отгона.

Коксовый отгон представляет собой жидкость зеленовато-бурого цвета. При использовании в производстве сажи коксового отгона выходы сажи несколько ниже, чем в случае зеленого масла, что следует объяснить меньшим содержанием в коксовом отгоне ароматических соединений. При использовании смеси зеленого масла с косовым отгоном в соотношении 1:1 заметных изменений выхода сажи и отклонений в технологическом процессе, по сравнению с работой на зеленом масле, не наблюдалось.

Каменноугольное (антраценовое) масло. В результате высокотемпературного (900?С) коксования каменного угля наряду с коксом и газом образуется каменноугольная смола; одним из продуктов ее переработки является антраценовое масло.

Каменноугольная смола имеет следующий средний состав (в %):

Нафталин…………..7,0 Пирен………………………..1,5

Фенантрен…………5,0 Флюорантен………………....1,5

Флюорен…………...2,0 Фенолы………………………1,5

Карбазол…………...2,0 Аценафтен…………………..1,0

Хризен……………..2,0 Пиридиновые основания…..1,0

Дифенилоксид…….1,8 Антрацен…………………….0,8

В состав смолы входят также различные высокомолекулярные вещества, образующие при перегонке пек.

Полный состав каменноугольной смолы очень сложен - к настоящему времени в смоле обнаружено до 300 различных веществ, большинство которых содержится в незначительных количествах.

Каменноугольная смола представляет собой темно-коричневую или черную, маслянистую, вязкую жидкость со своеобразным запахом; удельный вес каменноугольной смолы колеблется между 1,05 - 1,25 г/см. чем выше температура коксования, тем выше удельный вес и вязкость смолы.

Каменноугольную смолу при дальнейшей переработке разделяют на несколько фракций:

Фракция	Выход, %	Температура отгонки, ?С	Удельный вес, г/см
Легкая	0,5 - 5,0	до 170	0,88 - 0,98
Средняя	3,5 - 12	170 - 230	0,98 - 1,04
Тяжелая	10 - 27	230 - 270	1,04 - 1,07
Антраценовая	14 - 25	270 - 360	1,07 - 1,11
Каменноугольный пек	50 - 72	в остатке	-

Разделение каменноугольной смолы на фракции осуществляется в промышленности путем дестилляции. Наиболее четкое деление смолы на фракции достигается при непрерывной дестилляции. Выход масел при непрерывной дестилляции составляет 43 - 50% вместо 37 - 40% при периодической дестилляции.

Рассмотрим процесс непрерывной дестилляции каменноугольной смолы. Каменноугольная смола, нагретая в трубчатой печи до 150 - 170?С, поступает в испаритель, где из нее удаляются пары и легкие фракции, которые направляются в конденсатор.

Освобожденная о влаги каменноугольная смола из нижней части испарителя насосом вновь направляется в трубчатую печь, где смола нагревается до 360 - 380?С. Полученная смесь паров и газа из трубчатой печи поступает в дестилляционную колонну, нижняя часть которой представляет собой испаритель.

Из нижней части колонны пары фракций поднимаются в верхнюю (разделительную) ее часть. Антраценовая фракция выводится из средней части колонны и направляется на кристаллизацию для выделения сырого антрацена. Маточная жидкость после выделения сырого антрацена и последующего фильтрования представляет собой антраценовое масло. Пары других фракций из колонны поступают на дальнейшую переработку.

В результате переработки каменноугольной смолы кроме антраценового масла получаются следующие продукты: легкое, среднее и тяжелое масла, нафталин, антрацен, фенантрен, фенолы, азотистые основания и т. д.

Антраценовое масло представляет собой жидкость зеленовато-бурого цвета. Оно состоит из фенантрена, антрацена, карбазола, пирена, хризена, акридина, фенолов, смоляных кислот и ряда других веществ, состав которых мало изучен.

Каменноугольное антраценовое масло нашло большое применение для производства сажи. Оно поступает на сажевые заводы под названием «каменноугольное масло для производства сажи».

Технический антрацен, называемый также сырым антраценом, представляет собой смесь многоядерных соединений антраценового ряда, имеющую следующий примерный состав (в %):

Масла…………..………40,5 Флюорен…………..7,0

Фенантрен (сырой)……23,0 Нафталин………….3,5

Карбазол………………13,0 Аценафтен…………1,5

Антрацен………………10,0 Хризен…………….1,5

Выход технического антрацена из антраценовой фракции каменноугольной смолы составляет от 10 до 30%.

Технический антрацен должен иметь зеленовато-бурый цвет и мелкокристаллическую структуру. Темный цвет технического антрацена свидетельствует об окислении антрацена и о наличии примесей. Продолжительное хранение технического антрацена приводит к слеживанию его в нижних слоях. Поэтому не рекомендуется хранить на заводе большие запасы антрацена.

Кроме каменноугольного масла и технического антрацена, для производства сажи могут быть применены и другие продукты переработки каменноугольной смолы (технический нафталин, антраценовая фракция, смесь тяжелого масла с антраценовым и др.). При переработке этих видов сырья несколько иначе производится подготовка сырья и изменяется режим процесса сажеобразования.

Естественный газ. Сырьем для производства газовой канальной, газовой печной и термической саж является естественный (природный) газ.

Естественный газ добывается из недр земли при разработке нефтяных месторождений. При добыче естественного газа из скважин совместно с нефтью, несмотря на производимое а специальных аппаратах отделение газа от нефти, все же в газе остается во взвешенном состоянии часть жидких углеводородов. В зависимости от состава нефти, вместе с которой выделяется газ, меняется и состав газа.

Основной составляющей естественного газа является метан. Кроме метана в естественном газе содержится этан, пропан, бутан, пентан, гексан, олефины и диолефины.

Естественный газ, содержащий сероводород, не может быть использован для производства сажи без предварительной очистки.

На некоторых сажевых заводах с целью увеличения выхода сажи и производительности оборудования к естественному газу добавляют пары жидких углеводородов.

Так как природный газ широко применяется в народном хозяйстве (для производства газовых бензинов и других нефтепродуктов, как топливо для котельных и в быту), расширение производства сажи из естественного газа нельзя считать целесообразным. Более перспективным является использование для получения сажи жидкого сырья, а так же смеси паров жидкого сырья с газами, содержащими водород, например с коксовым газом.

Коксовый газ. Коксовый газ применяется в смеси с парами углеводородов для производства антраценовой сажи. Благодаря введению коксового газа в сжигаемую смесь получается сажа, обладающая высокой дисперсностью, а, следовательно, высоким усиливающим действием по отношению к резиновым смесям. Коксовый газ получается при коксовании каменных углей, причем на каждую тонну кокса выделяется 400 - 150 м коксового газа (15 - 18% от веса израсходованного каменного угля).

Состав коксового газа колеблется в следующих пределах (в % объемн.):

Водород……57,8 - 59,4 Окись углерода…………..3,8 - 4,4

Метан………26,2 - 26,8 Высшие углеводороды….1,7 - 2,2

Азот……….…5,8 - 7,0 Двуокись углерода………1,2 - 2,8

Кислород…………………0,2 - 0,8

Содержание сероводорода в коксовом газе может достигать 20,0 г/м, или 1,3%.

Коксовый газ обладает большой теплотворной способностью, благодаря чему при его сжигании создается высокая температура, требуемая для сажеобразования; являясь одновременно разбавителем среды, он предотвращает образование крупных частиц сажи.

Следует иметь в виду, что коксовый газ и другие газы, применяемые в производстве сажи, способны образовывать с воздухом взрывчатые смеси.

Газ пиролиза. В настоящее время для производства сажи используется в некоторых случаях так называемый газ пиролиза, имеющий следующий средний состав (в % объемн.):

Метан…………..………....45 - 53 Бутилен…………1,8 - 2,5

Водород..………………....10 - 15 Пропилен……….1,0 - 10

Этан………………………..6 - 12 Пропан………….0,6 - 3

Этилен……………………..5 - 10 Бутан……………0,1 - 2

Высшие углеводороды…...2 - 3

Удельный вес газа пиролиза 0,75 - 0,82 кг/м.

Ацетилен. Для получения различных видов ацетиленовой сажи применяется ацетилен.

Ацетилен получается при разложении карбида кальция водой по следующему уравнению:

СаС+ 2НО = Са(ОН)+ СН

В 1 м ацетилена при нормальных условиях содержится 1,08 кг углерода.

При получении ацетиленовой сажи термическим разложением ацетилена реакция протекает по уравнению:

СН = 2С + Н

Из 1 кг карбида кальция получается 300 л ацетилена, из 300 л ацетилена, в свою очередь, можно получить 300 г сажи.

Технический ацетилен, применяемый для получения сажи, имеет следующий состав (в % объемн.):

Ацетилен………99,5 Фосфористый водород…….0,05

Воздух………….0,4 Сероводород……………….0,005

Аммиак…………0,009

Ацетиленовая сажа получается с большим выходом и отличается высокой дисперсностью.

При производстве ацетиленовой сажи из 1 м ацетилена должен получиться 1 м водорода. Практически выход водорода составляет 80%, что объясняется неплотностью аппаратуры и необходимостью ее продувать; остальные 20% составляют примеси: окись углерода, метан и азот.

При производстве газовой термической сажи отходящий газ содержит до 85% водорода.

Газы, образующиеся при получении термической и ацетиленовой саж, могут быть использованы вместо коксового газа в производстве антраценовой активной сажи.

Эти отходящие газы, ресурсы которых значительны, пока используются недостаточно.

6. Приемка, хранение сырья на сажевых заводах

Приемка газообразного сырья.

Для производства сажи применяют естественный газ или коксовый газ, источник которого обычно находится вне территории сажевого завода. Газ транспортируют к месту переработки по стальным газопроводам, наземным или подземным

Для газопроводов диаметром до 400 мм применяют нефтегазоводопроводные трубы, а для газопроводов диаметром более 400 мм - сварные трубы.

Наземные газопроводы укладывают на металлических колоннах, а подземные прокладывают в траншеях, вырытых в грунте. Сооружения подземного газопровода, как правило, обходятся дешевле, чем наземного, но наземные газопроводы значительно проще ремонтировать.

Для компенсации возможных удлинений при изменении температуры на газопроводе устанавливают компенсаторы. Для отвода воды, образующейся вследствие конденсации водяного пара, содержащегося в газе, газопроводы прокладывают с уклоном и в наиболее низких точках устанавливают водоотводчики.

Управление подачей газа в различные цехи сажевого завода осуществляется с газораспределительного пункта. На всех линиях, ведущих к потребителям, установлены приборы для контролирования давления и замера количества газа. Газораспределительный пункт снабжен водоотводчиком и трубой, при помощи которой газ, в случае необходимости, выпускают в атмосферу (так называемая «свеча»).

При подаче газа на расстояние в несколько километров сопротивление газа делается настолько значительным, что приходится подавать газ под некоторым давлением, создаваемым на так называемых газоповысительных, или бустерных, станциях с помощью турбогазодувок или турбокомпрессоров. На сажевых заводах применяют центробежные или ротационные газодувки (давление до 3 amu), а также центробежные компрессоры (давление до 8 amu).

Поршневые и ротационные компрессоры из-за малой производительности на сажевых заводах не применяются.

Производительность турбогазодувок может достигать 50 000 м/час.

Поступающий на сажевый завод газ сразу же расходуют в производстве. Поэтому на сажевых заводах нет надобности в устройстве хранилищ газа.

Приемка жидкого и твердого сырья.

На большинстве сажевых заводов сырье доставляют по железной дороге. Жидкое сырье перевозят в цистернах, а твердое - в крытых вагонах или на платформах.

Приемка жидкого сырья из железнодорожных цистерн. До подачи цистерны с сырьем под слив ее взвешивают на вагонных весах. Количество сырья в цистерне может быть определено также путем замера высоты уровня жидкости при помощи рейки с делениями. Одновременно с замером производят отбор пробы для лабораторного анализа.

Сырье из цистерн сливают в стальные или железобетонные баки прямоугольной формы, установленные у железнодорожной линии, подведенной к складу сырья. Наиболее простым и распространенным способом слива сырья является слив через патрубок, имеющийся в нижней части цистерны. Сырье сливают в трубу с воронкой или в желоб, устанавливаемые под сливным патрубком и соединенные со сливным баком.

Для слива сырья через верхний колпак цистерны применяется сифоновое устройство. Заполнение сифона производят при помощи ручного насоса или же из специального бачка, устанавливаемого на сливной эстакаде. Опускаемый в цистерну шланг гибкий шланг должен быть изготовлен из маслостойкой резины.

Слив цистерн с зеленым маслом и коксовым отгоном в теплое время года не затруднен. Для более быстрого освобождения цистерны каменноугольное масло, имеющее при обычной температуре высокую вязкость, а также зеленое масло и коксовый отгон в зимнее время приходится предварительно подогревать.

Зеленое масло и коксовый отгон следует подогревать в цистернах до 20 - 30?С, а каменноугольное масло - до 45 - 55?С. время, затрачиваемое на подогрев цистерн, не должно превышать 10 час.

Оставшиеся в цистернах остатки лучше всего удалять, смывая их предварительно нагретым до 70 - 90?С маслом, в котором эти осадки и растворяются. Растворение осадка ускоряется при перемешивании сжатым воздухом, подаваемым в цистерну при помощи резинового шланга. Для этого к сливной эстакаде подводят специальный воздухопровод. Давление воздуха в воздухопроводе не должно превышать 2 amu.

Сливной бак для приемки сырья из цистерн устанавливают около сливной площадки. Для предохранения от атмосферных осадков бак должен быть закрытым.

Приемка жидкого сырья из барж. Если сажевый завод находится на берегу судоходной реки, то сырье в летний период может поступать на завод водным путем в нефтеналивных баржах.

Вследствие трудности очистки барж в них перевозят только такие виды сырья, из которых не выделяется твердых остатков. Так как каменноугольное масло выделяет осадок, его по воде не перевозят.

Выкачку сырья из барж производят при помощи специальных насосов (торговых машинок), подаваемых к заводу одновременно с баржей. Такой насос присоединяют при помощи гибких шлангов к барже и к трубопроводу, проложенному от берега реки к заводским хранилищам.

Приемка твердого сырья. Твердое сырье, например технический антрацен, поступает на завод в крытых железнодорожных вагонах или на платформах. Разгрузку вагонов производят в ручную, сбрасывая сырье лопатами в кирпичный или бетонный приямок, расположенный вдоль железнодорожной линии. Из приямка сырье грейферным краном подается в склад. Разгрузку платформ также можно производить грейферным краном; в этом случае антрацен перегружается непосредственно в склад.

7. Очистка газообразного сырья

Способы очистки газообразного сырья.

Применяемое в производстве сажи газообразное сырье содержит пыль, влагу, сероводород, нафталин и другие примеси, подлежащие удалению.

Операции очистки газа от пыли, смолы и влаги осуществляются чаще всего на установках, где этот газ получается. Для очистки газа от пыли применяются пылеосадительные камеры, принцип работы которых основан на осаждении частиц пыли при изменении скорости или направления газа. Более полная очистка газа от пыли достигается в батарейных циклонах, в которых взвешенные в газе частицы под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам циклона и выпадают в его нижней части.

Для очистки увеличенных капель смолы газ пропускают через каплеуловитель, заполненный насадкой. Освобождение газа от паров воды производится путем охлаждения.

Очистка газа от нафталина и сероводорода может осуществляться сухими способами (для очистки применяются твердые вещества) и мокрыми способами (для очистки применяются растворы).

При очистке коксового газа от паров нафталина используют каменноугольное или соляровое масло. Очистка коксового и естественного газа от сероводорода может осуществляться твердыми поглотителями - гидратом окиси железа (являющимся составной частью болотной руды) в присутствии гашеной извести.

Наиболее распространенными методами очистки газа, используемого для производства сажи, являются этаноламиновый и мышьяково-содовый. При очистке газа от сероводорода этаноламиновым способом одновременно с сероводородом улавливается и двуокиси углерода, наличие которой в газе отрицательно сказывается на процессе сажеобразования.

8. Получение форсунчатой и ламповой сажи

Технологическая схема производства.

Форсунчатую и ламповую сажи получают при сжигании жидкого сырья, подаваемого в топки печи при помощи механических форсунок. При производстве форсунчатой сажи воздух в топку подают через щель, расположенную концентрически вокруг распылительного отверстия форсунки, благодаря чему сжигаемое сырье хорошо перемешивается с воздухом. При получении ламповой сажи воздух поступает через поддувальные каналы топки и только омывает горящий факел сырья. В качестве сырья для производства обоих видов сажи применяют зеленое масло, коксовый отгон или каменноугольное масло.

Сырье, после отстаивания в отстойниках, поступает в расходные баки печного цеха и далее в топки сажекоптильной печи. Распыленное форсунками сырье сжигается в топках при недостаточном доступе воздуха. Образовавшаяся в пламени сажа вместе с газообразными продуктами направляется по борову в холодильник, где сажегазовая смесь охлаждается за счет испарения вспрыскиваемой в нее воды. Из холодильника сажегазовая смесь дымососом подается в электрофильтры, в которых происходит отделение сажи от газов о водяных паров. Газы о водяные пары удаляются из электрофильтра в атмосферу, а сажу при помощи шнека направляют в трубопровод пневматического транспорта, по которому затем подают в цех обработки.

Обработка сажи заключается в очистке ее от посторонних включений путем отсеивания и в уплотнении, например на вальцах. Уплотненную сажу упаковывают в мешки, и после выдержки в течение 24 часов в специальном помещении передают на склад готовой продукции.

При производстве форсунчатой и ламповой саж описанным способом достигаются высокая производительность оборудования, хорошая очистка отходящих газов и высокий выход сажи. Поточность процесса и почти полное отсутствие ручных операций позволяют обеспечить герметичность аппаратуры, а, следовательно, хорошие санитарные условия в основных цехах завода.

На сажевых заводах имеются также вспомогательные цехи: ремонтно-механическая мастерская, котельная, цех водоснабжения и канализации, электроремонтная мастерская, цех контрольно-измерительных приборов и лаборатория.

9. Получение антраценовой активной сажи

Технологическая схема производства.

Антраценовую активную сажу получают сжиганием смеси паров каменноугольного (антраценового) масла или технического антрацена с коксовым газом в щелевых горелках, дающих плоское пламя. Образовавшаяся в пламени сажа осаждается на движущейся осадительной поверхности, охлаждаемой водой, и быстро удаляется из пламени.

Вместо каменноугольного масла и технического антрацена модно применять зеленое масло, нафталин и другие твердые или жидкие продукты, содержащие в значительном количестве многоядерные ароматические углеводороды. Коксовый газ также может быть заменен другими газами, богатыми водородам.

Процесс производства активной антраценовой сажи включает следующие стадии:

подготовку сырья (удаление из сырья влаги и механических примесей; при работе на твердых видах сырья - плавление);

очистку коксового газа от нафталина и сероводорода;

подогрев коксового газа;

получение смеси паров масла или антрацена с коксовым газом.

Рассмотрим процесс производства активной антраценовой сажи из смеси паров жидкого или твердого сырья с коксовым газом. Каменноугольное масло из отстойников поступает в плавильники. Технический антрацен или нафталин загружают в плавильники шнеком. В плавильниках из расплавленного сырья удаляются влага и легкокипящие углеводороды и осаждаются механические примеси. Легкокипящие углеводороды улавливают в циклонах-сублиматорах. Это - отходы производства.

Из плавильников каменноугольное масло, технический антрацен или нафталин направляют в карбюраторное отделение, где приготовляют смесь из паров углеводородов с коксовым газом, которая и является сырьем для получения активной сажи.

Каменноугольное масло или расплавленное твердое сырье поступает в карбюратор через дозатор. Коксовый газ предварительно подогревают в трубчатом теплообменнике. Дно карбюратора обогревают пламенем горящего коксового газа; каменноугольное масло или антрацен и их пары смешиваются с коксовым газом. Неиспарившиеся остатки сырья периодически сливают из карбюратора в сливной бачок. Этот остаток производства также является отходом производства.

Полученная в карбюраторе смесь паров сырья с коксовым газом по трубопроводу, обогреваемому пламенем горящего коксового газа, поступает в щелевые горелки сажекоптильного аппарата. Над горелками медленно вращается барабан, охлаждаемый изнутри водой. На барабане осаждается большая часть образовавшейся сажи, которая снимается ножами и шнеком удаляется из аппарата. Остальная сажа (30 - 20%) и газообразные продукты процесса поступают по газоходам в рукавные фильтры, в которых происходит окончательное улавливание сажи. Газообразные продукты процесса сажеобразования удаляют в атмосферу дымососом через выхлопную трубу. Сажа из сажекоптильных аппаратов и фильтров пневматически подается в циклон цеха обработки, где основная масса сажи оседает, а воздух, содержащий около 1% сажи, пройдя через рукавные фильтры, удаляется в атмосферу. Из циклонов сажа через шлюзовые затворы поступает в бункер и в сепараторы для отвеивания от грита и посторонних включений. Отходы сажи направляют на повторное отвеивание.

Отвеянную сажу шнеками и элеваторами через бункер подают в бегуны для уплотнения. Уплотненная сажа поступает в бункер, после чего ее развешивают на автоматических весах и упаковывают в бумажные мешки.

Мешки с сажей выдерживают на складе в течение 24 часов для предупреждения возможных случаев загорания сажи.

Заключение

После обработки сажу упаковывают в четырехслойные бумажные мешки. Мешки заполняют сажей непосредственно из бункера через шлюзовый затвор при помощи шнека или специальными шнековыми упаковочными машинами.

При упаковке сажи с помощью шнека через шлюзовый затвор мешок подвешивают к патрубку, имеющемуся в нижней части шлюзового затвора.

Сажу выдерживают в течение не менее 24 часов, после чего транспортером или вручную доставляют в склад готовой продукции. В складе мешки с сажей укладывают в штабели отдельными партиями. Каждая партия снабжается паспортом отдела технического контроля завода.

Для хранения гранулированной сажи применяются металлические бункеры, расположенные над железнодорожным полотном. Нижняя часть бункера должна быть скошена под углом не менее 30?, чтобы бункер полностью освобождался от сажи при разгрузке.

сажа производство углеводороды

Список литературы

1. «Краткая химическая энциклопедия», издат. «Советская энциклопедия», М. - 1965 г.

2. «Химический энциклопедический словарь», издат. «Советская энциклопедия», М. - 1983 г.

3. «Энциклопедия полимеров», издат. «Советская энциклопедия», М. - 1974 г.

4. Зуев В.П., Михайлов В.В., «Производство сажи», М. - 1970 г.

5. Сюняев З.И., «Нефтяной углерод», М. - 1980 г.

Размещено на Allbest.ru