Виробництво сажі (технічного вуглецю)

n1.doc (1 стор.)
Оригінал





МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУК УКРАЇНИ

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра хімічної технології палива

і вуглецевих матеріалів

РЕФЕРАТ



з основ енергетичного використання низькосортного палива
на тему:

«Виробництво технічного вуглецю».


Виконала: ст. гр. ХТ-06


Голуб Оксана

Перевірив: доцент

Кіпр А. В.

Донецьк 2008

Зміст:
Введення ..................................................................... 3

  1. Види сажі ............................................................ 4

  2. Способи виробництва сажі ...................................... 5

  3. Процеси утворення сажі ...................................... 7

  4. Продукти процесів сажоутворення ......................... 8

  5. Сировина для виробництва сажі .................................... 9

  6. Приймання, зберігання сировини на сажових заводах ............... 16

  7. Очищення газоподібного сировини .................................... 18

  8. Отримання форсунчатой ​​і лампової сажі .................... 19

  9. Отримання антраценового активної сажі ...................... 20

Висновок .................................................................. 22

Список літератури ........................................................ 23


Введення
Вуглець технічний (сажа) - високодисперсний продукт неповного згоряння або часткового розкладання вуглеводнів, що містяться в природному та промисловому газах, а так само в нафтових і кам'яновугільних маслах. Складається головним чином з вуглецю (не менше 90%); містить 0,3 - 0,8 Н ; до 10% хемосорбірованного Про ; 0,05 - 0,5% мінеральних домішок. Середній діаметр частинок (переважно сферичної форми) 10 - 40 нм; щільність: 0,8 - 1,95 г / см .

За ступенем кристалічності сажа займає проміжне положення між кристалічним графітом і аморфним вуглецем. Її часто називають турбостратіческой (неупорядоченно шарової) формою вуглецю. Частинки сажі пов'язані між собою в первинні агрегати (складаються з паралельно-шарових пакетів, кристаллитов, утворених уламками графітових площин, безладно розташованих) навколо спільної для всіх верств нормалі.

За способом виробництва сажі ділять на три групи: канальні, пічні та термічні. Кожна група включає кілька типів (марок) сажею.

• канальні (дифузійні) сажі отримують при неповному згорянні природного газу або його суміші з маслом (напр. антраценовим) в так званих горілчаних камерах, наділених щілинними пальниками. Усередині камер розташовані охолоджувальні поверхні (канали), на яких сажа осідає з дифузійного полум'я.

• пічні сажі отримують при неповному згорянні масла, природного газу або їх суміші в факелі, створюваним спеціальним пристроєм в реакторах (печах). Сажа у вигляді аерозолю виноситься з реактора продуктами горіння і охолоджується водою.

• термічні сажі отримують в спеціальних генераторах при термічному розкладанні природного газу або ацетилену без доступу повітря.

Основними завданнями на сажових заводах є: прийом і зберігання сировини, очищення газоподібного сировини, отримання сажі, уловлювання сажі та обробка сажі.


  1. Види сажі.


В даний час відомо значне число різних видів сажі. Основними видами є:

а). газова канальна, газова пічна, термічна - з газоподібного сировини;

б). форсунчатая і лампова - з рідкого сировини;

в). антраценового активна - з суміші парів вуглеводнів кам'яновугільного походження з коксівним газом.

Крім цих найважливіших видів, виробляють в невеликих кількостях ацетиленову сажу і спеціальні види сажі для високоякісних лаків і фарб.

Кожен вид сажі характеризується певними фізичними і хімічними властивостями. Найважливішими фізико-хімічними властивостями сажі є ступінь дисперсності, характер вторинних структур (сажових ланцюжків) і властивості поверхні часток саж.

Ступінь дисперсності сажі зазвичай характеризують середнім арифметичним значенням діаметра часток саж. Сада кожного виду складається з частинок різних розмірів. Так, газова канальна та активна антраценового сажа містять частинки діаметром від 100 до 900 Е, пічна - від 100 до 1400 Е, форсунчатая - від 250 до 3000 Е. Ще менш однорідної є лампова сажа з частинками діаметром 250 - 4500 Е і термічна сажа, діаметр частинок якої коливається в межах 500 - 5500 Е.

Питома поверхня сажі непосре5дственно пов'язана зі ступенем дисперсності. Чим менше розмір часток сажі, тим більше її питома поверхня.

Ступінь дисперсності впливає на багато властивостей сажі та, в першу чергу, на її підсилює дію на каучук, так як величина адсорбційних сил, що зв'язують сажу з каучуком, залежить від величини питомої поверхні сажі. Підсилює дію послужило підставою для класифікації сажі за типами. Відповідно до цієї класифікації газова канальна та активна антраценового сажі відносяться до типу активно підсилюють саж; пічна і форсунчатая - до типу полуусілівающіх; лампова і термічна - малоусілівающіе сажі.

Частинки більшості відомих видів сажі вже в процесі утворення з'єднуються в ланцюжки або утворюють складніші (розгалужені) вторинні структури. Природа зв'язку між сажовими частинками не встановлена. Зв'язок між частинками настільки міцна, що сажові ланцюжка не руйнуються при ущільненні сажі на сажових заводах і при більшості операцій у процесі виробництва гуми і фарб. Найбільш складні структури утворюють частинки ацетиленового, активної антраценового і форсунчатой ​​саж. Лампова, пічна і газова канальна сажі мають менш складну вторинну структуру. Термічна сажа ланцюжків не утворює і лише незначна кількість частинок цієї сажі пов'язано між собою попарно. Чим складніше вторинна структура, тим менше об'ємна вага сажі і тим важче вона піддається ущільненню. Сажа з більш розвиненою вторинної структурою має більш високу електропровідність, ніж сажа, не утворює вторинних структур (збільшення вмісту летких речовин викликає зниження електропровідності). Здатність сажі адсорбувати масла підвищується з збільшенням складності вторинних структур.


  1. Способи виробництва сажі.


Промислові способи виробництва сажі засновані на розкладанні вуглеводнів під дією високої температури. Освіта сажі в одних випадках відбувається в полум'ї палаючого при нестачі повітря сировини, в інших - при термічному розкладанні сировини у відсутності повітря. Деякі сорти сажі отримують, витягуючи її з продуктів синтезу (а в деяких випадках і розкладання) різних вуглеводнів (наприклад, при синтезі ацетилену з метану). Кожен з цих способів отримання сажі має по кілька різновидів.

Отримання сажі спалюванням сировини при обмеженому доступі повітря здійснюється в основному двома способами. За найбільш поширеній способу сировину спалюють у печах, забезпечених пальниками різного пристрою. Новоутворена в полум'ї сажа протягом деякого часу (до 6 сек.) Перебуває разом з газоподібними продуктами процесу в зоні високої температури. Після цього суміш сажі та газів охолоджують і відокремлюють сажу від газів в спеціальних апаратах. За другим способом сировину спалюють за допомогою пальників з вузькою щілиною, встановлених в металевих апаратах. Плоске полум'я палаючого сировини стикається з рухомої металевою поверхнею. Час зіткнення полум'я з цією поверхнею незначно. Обложена на металевій поверхні сажа швидко віддаляється із зони сажоутворення.

Термічне розкладання сировини у відсутності повітря також проводиться різними способами. Деякі види сажі отримують розкладанням газоподібних або пароподібні вуглеводнів в генераторі, нагрітому попередньо до високої температури.

Якщо в якості сировини застосовуються вуглеводні, які розкладаються з виділенням тепла (наприклад, ацетилен), то розщеплення сировини на вуглець (сажу) і водень проводять в реакторі шляхом місцевого нагрівання сировини до необхідної температури.

До цих пір не існує раціональної термінології для окремих видів сажі. Назва сажі часто вказує на спосіб, яким вона отримана. Так, назва «канальна» сажа показує, що сажа отримана шляхом осадження на металевій поверхні, оформленої у вигляді каналів (швелерних балки). Назви «пічна», «термічна», «форсунчатая» вказують на спосіб отримання сажі. «Лампова» сажа перш виходила шляхом спалювання масел в лампах. В даний час таку сажу отримують в печах, але назва її збереглося до цих пір. Назви деяких видів сажі відображають і спосіб отримання, і сировину, з якої отримують сажу (наприклад: газова канальна, газова пічна, вибухова ацетиленовий).

Лампову, форсунчатую і газову пічну сажі отримують при неповному згорянні сировини в печах різної конструкції, газову канальну і антраценового активну - шляхом спалювання газоподібного сировини в щілинних пальниках з подальшим осадженням сажі на металевій поверхні. Термічним розкладанням сировини в відсутність повітря отримують термічну сажу з природного газу і деякі сорти ацетиленового сажі.

Слід зазначити, що неодноразово робилися спроби отримати сажу шляхом розмелювання активованого вугілля (деревного і торф'яного), коксу та інших речовин, що містять багато вуглецю. Але навіть при самому дрібному помелі таких речовин отримати сажу не вдавалося. Невдача пояснюється тим, що застосовувалися матеріали мали аморфну ​​або кристалічну структуру, тоді як сажа займає проміжне місце між аморфним вугіллям і кристалічним графітом.


3. Процеси утворення сажі.
Процеси утворення сажі зводяться до розкладання вуглеводнів під впливом високої температури і виділенню з отриманих продуктів вуглецю у вигляді сажі. Вуглеводні придатні для отримання сажі, так як вони дуже багаті вуглецем. Так у найпростішому вуглеводні - метані - міститься 75% вуглецю і 25% водню; в багатоядерних ароматичних вуглеводнях - антраценом, фенантренов

- Вміст вуглецю становить 94,4%.

Сажу можна повчати з газоподібних, рідких і твердих речовин. Природний газ служить сировиною для виробництва газової канальної, газової пічної і термічної саж; з ацетилену отримують різні види ацетиленового сажі; форсунчатая і лампова сажі утворюються при згорянні суміші різних рідких вуглеводнів; активну антраценового сажу одержують шляхом спалювання суміші парів твердих або рідких вуглеводнів з коксівним газом.

Для розкладання вуглеводнів на елементарні вуглець і водень потрібна висока температура. Так, наприклад, розкладання метану протікає при 1100єС; складніші вуглеводні розкладаються при ще більш високій температурі. Циклічні і особливо ароматичні вуглеводні більш стійкі до впливу тепла, ніж вуглеводні з відкритим ланцюгом.

Більшість вуглеводнів розкладається з поглинанням тепла; ацетилен і деякі ароматичні вуглеводні при розкладанні виділяють тепло.

Атоми вуглецю, що вийшли в результаті розкладання вуглеводнів під дією високої температури, групуються в кристалічні утворення. В результаті цього процесу мав би утворитися графіт. Однак для утворення кристалічної решітки графіту потрібен значний час (кілька годин) і температура, що перевищує 3000єС. Так як при отриманні сажі температура в зоні реакції зазвичай не перевищує 1500єС (при отриманні ацетиленового сажі температура в печі досягає 2400єС), а час перебування сажі в реакційній зоні вимірюється секундами і навіть частками секунди, процес кристалізації не встигає закінчиться. Утворені при розкладанні вуглеводнів частинки сажі складаються з невпорядкованого набору окремих кристалітів і не мають кристалічної будови.

Виникаючі в результаті розщеплення вуглеводнів атоми вуглецю і радикали З · Є активними центрами конденсації. Зіткнення цих активних центрів з атомами вуглецю призводить до утворення графітових сіток сажових кристалітів, які при високій температурі прагнуть згрупуватися в кристалічну решітку. Зростанню часток саж перешкоджає наявність водню в зоні їх формування.

На формування часток саж впливає так само температура охолоджувальної поверхні. Введення в полум'я металевої поверхні, що має температуру значно нижчу, ніж температура полум'я, призводить до припинення подальшого зростання часток саж.

Дисперсність сажі залежить в основному від методу її отримання. Вибравши відповідний метод виробництва сажі, можна з одного і того ж сировини отримувати сажу з різною дисперсністю.

У процесах сажоутворення відбувається не тільки термічне розкладання молекул вуглеводнів, а й з'єднання їх з утворенням високомолекулярних циклічних багатоядерних вуглеводнів і смол. У процесах отримання сажі це призводить до утворення коксу і нагару.
4. Продукти процесів сажоутворення.
Якщо сажу отримувати спалюванням сировини при недостатньому доступі повітря, то в продуктах згоряння, крім сажі, міститимуться окис і двоокис вуглецю, метан, вищі вуглеводні, водень, кисень, азот і водяні пари. Наявність кисню в продуктах сажоутворення пояснюється тим, що, незважаючи на недостатній доступ повітря, частина його проходить через апаратуру, не беручи участь в процесі сажоутворення. При спалюванні сировини в щілинних пальниках, що дають плоске полум'я, в відведених газах міститься особливо багато кисню. При спалюванні сировини в топках щодо великого обсягу вміст кисню у відхідних газах не перевищує 2% від усього обсягу сажегазовой суміші. При отриманні сажі методами термічного розкладання сировини без доступу повітря в газоподібних продуктах процесу сажоутворення переважає водень.

Крім сажі та газів в процесі сажоутворення утвориться деяка кількість твердих продуктів. При отриманні газової канальної, активної антраценового і ацетиленового саж частково спостерігається графитирование вуглецю. Продукти графитирования вуглецю являють собою тверді крупинки кристалічної будови, звані графітом. Графіт засмічує сажу і різко погіршує якість гуми, виготовленої із застосуванням такої сажі.

При отриманні сажі з вуглеводнів з великою молекулярною вагою відбувається часткова полімеризація цих вуглеводнів, в результаті чого утворюється нагар (або, як часто його називають, «шлак»). При тривалому впливі високої температури нагар перетворюється на кокс, засмічувати пальники і топки. Освіта нагару і коксу ускладнює обслуговування апаратури і призводить до передчасного її зносу.
5. Сировина для виробництва сажі.
Для отримання сажі застосовуються такі види сировини:



Зелене масло являє собою одну з фракцій смоли, що виходить при піролізі нафтопродуктів. У особливо значній кількості (близько 42%) така смола утворюється при піролізі гасової, газойлевой і солярового фракцій нафти. Смола, отримана пиролизом цих нафтопродуктів при температурі близько 750єС, піддається надалі перегонці, причому фракція, що википає в межах від 175 до 360єС, і є зеленим маслом.

Зелене масло - рідина зеленувато-бурого кольору. Містить значну кількість ароматичних вуглеводнів.

Розглянемо принцип дії установки для піролізу рідких нафтопродуктів. Призначене для піролізу рідке сировину попередньо надходить для випаровування в трубчасту піч. Після відділення сепараторі не випарувався сировини утворилися в печі пари надходять у газогенератор, де відбувається пірогенетичної розщеплення вуглеводнів. З газогенератора продукти розщеплення направляються для охолодження й видалення смолистих домішок в промивну колону, зрошувану сумішшю нафталінового і зеленого масел. Смолисті речовини видаляються з нижньої частини промивної колони, а продукти піролізу і пари масел направляються в колону ректифікації, де в числі інших продуктів виділяється зелене масло.

Коксовий відгін виділяється з продуктів, одержуваних поряд з нафтовим коксом при переробці важкого нафтової сировини (гудронів, крекінг-залишків, пеку піролізу).

Коксування нафтової сировини проводять у нагрітих апаратах, в яких сировина, що надходить частково випаровується, а залишок під дією високої температури коксується. Пари сировини з апаратів направляються в колону ректифікації для виділення рідких фракцій, в тому числі коксового відгону.

Коксовий відгін являє собою рідину зеленувато-бурого кольору. При використанні у виробництві сажі коксового відгону виходи сажі трохи нижче, ніж у випадку зеленого масла, що слід пояснити меншим вмістом в коксовому відгоні ароматичних сполук. При використанні суміші зеленого масла з Косовим відгоном у співвідношенні 1:1 помітних змін виходу сажі і відхилень у технологічному процесі, в порівнянні з роботою на зеленому маслі, не спостерігалося.

Каменноугольное (антраценовое) масло. В результате высокотемпературного (900єС) 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:

Фракція


Выход, %

Температура отгонки, єС

Удельный вес, г/см

Легка


0,5 – 5,0

до 170

0,88 – 0,98

Середня


3,5 – 12

170 – 230

0,98 – 1,04

Важка

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 – 170єС, 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 – 380єС. 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 + 2Н О = Са(ОН) + С Н

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

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

З Н = 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 водню. 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 – 30єС, а каменноугольное масло – до 45 – 55єС. время, затрачиваемое на подогрев цистерн, не должно превышать 10 час.

Оставшиеся в цистернах остатки лучше всего удалять, смывая их предварительно нагретым до 70 – 90єС 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:

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

  2. очистку коксового газа от нафталина и сероводорода;

  3. подогрев коксового газа;

  4. 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.

Висновок.

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 30є, чтобы бункер полностью освобождался от сажи при разгрузке.

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.


Навчальний матеріал
© ukrdoc.com.ua
При копіюванні вкажіть посилання.
звернутися до адміністрації