научная статья по теме ПОЛУЧЕНИЕ ЦЕЛЕВОГО ПРОДУКТА ИЗ АЭРОЗОЛЬНЫХ ПОТОКОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА (ОБЗОР) Химическая технология. Химическая промышленность

Текст научной статьи на тему «ПОЛУЧЕНИЕ ЦЕЛЕВОГО ПРОДУКТА ИЗ АЭРОЗОЛЬНЫХ ПОТОКОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА (ОБЗОР)»

ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2014, № 3, с. 36-54

УДК 66.074

ПОЛУЧЕНИЕ ЦЕЛЕВОГО ПРОДУКТА ИЗ АЭРОЗОЛЬНЫХ ПОТОКОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА

(обзор) © 2014 г. В. М. Шопин

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем переработки углеводородов

СО РАН, Омск E-mail: shopin@ihcp.ru Поступила в редакцию 01.08.2013 г.

Представлен обзор современных тенденций развития исследований и создания технологий выделения целевого продукта из аэрозольных потоков в производстве технического углерода. Дан анализ исследований по снижению материалоемкости и энергоемкости производственных процессов получения технического углерода. Приведен анализ механизмов коагуляции аэрозоля, зависимости константы скорости коагуляции от физико-химических свойств дисперсного углерода. Рассмотрены особенности осаждения целевого продукта в циклоне-концентраторе. Дан анализ исследований, направленных на повышение качества и эффективности термостойких фильтрующих материалов и рукавных фильтров с их использованием. Приведены некоторые результаты экспериментальных исследований процесса фильтрации аэрозоля дисперсного углерода в слое пористых углеродных гранул.

Б01: 10.7868/80023117714030098 Введение

В данной статье рассматривается состояние проблемы выделения целевого продукта из аэрозольных потоков в печном производстве технического углерода как одной из сложных областей науки и техники. С освоением к началу 60-х годов прошедшего столетия печного метода получения нанодисперсного углерода термоокислительным пиролизом углеводородного сырья с каждым годом расширяется диапазон дисперсности и структурности технического углерода, используемого для усиления эластомеров и других целей. В связи с отсутствием теоретических основ и практического опыта проектирования основного нестандартного оборудования для получения печных марок активного и полуактивного технического углерода первые технологические установки создавались с использованием для улавливания целевого продукта электрофильтров и систем мокрого осаждения аэрозолей, включающих пенные газоочистители и отстойники суспензии со сложными, энергоемкими схемами водооборота [1].

Такое состояние отечественной промышленности по производству сажи — технического углерода — требовало решения научных проблем, заключающихся в совершенствовании технологических основ осаждения высокодисперсных аэрозолей, создании новых теоретических подходов в решении задач предварительной подготовки

аэрозолей к осаждению и повышению эффективности осаждения целевого продукта в поле центробежных сил. С каждым годом все более актуальной проблемой становились создание и совершенствование технологических процессов и аппаратов фильтрации аэрозолей, разработки технических требований к фильтрующим материалам для высокотемпературной фильтрации аэрозолей и создания промышленного производства стеклотканей, синтетических материалов и фильтровальных рукавов из них для фильтров различного назначения. Не менее актуальна проблема конструирования и создания промышленного производства высокопроизводительного оборудования улавливания технического углерода для технологических установок повышенной мощности.

Аналогичным к середине прошедшего столетия было состояние производства печных марок технического углерода из жидкого углеводородного сырья и за рубежом, анализ которого был проведен Гилязетдиновым [2]. В технологических установках для улавливания дисперсного углерода из аэрозольного потока применялись как электрофильтры, циклоны с электрокоагуляторами и рукавными фильтрами, так и система четырех последовательно установленных циклонов с рукавным фильтром после них, а позднее — рукавный фильтр с предварительной коагуляцией без циклонов. При этом в рукавных фильтрах применяли

как синтетические ткани типа орлон при температуре до 150°C, так и стеклоткани при температуре до 250°C.

К 1965 г. в СССР была освоена технологическая схема базовой установки первого поколения, включающей восемь реакторов под давлением 24 кПа (с расходом сырья 500 кг/ч и воздухоподогревателем после каждого реактора [3]), четыре циклона, рукавный фильтр из стеклоткани. Эти установки стали основой производства активных и полуактивных марок технического углерода из нефтяного и каменноугольного сырья на Омском, Ново-Ярославском, Сызранском, Волгоградском, Кременчугском, Стахановском заводах. Внедрение установок первого поколения в промышленное производство явилось главным этапом в организации отечественной промышленности, выпускающей активные и полуактивные марки технического углерода с полностью удовлетворяющей на этом этапе потребности промышленности шин и резинотехнических изделий. С широким освоением этих установок резко поднялся уровень промышленности технического углерода, возросла выработка на одного работающего, снизились удельные капитальные затраты.

Основной путь, по которому велись исследования, — это резкое повышение единичной мощности оборудования и создание блочной схемы технологической линии "сырье — бункер готовой продукции" [4—20]. По этому пути развивали свою технологию и крупнейшие производители технического углерода в капиталистических странах — фирмы "Кэбот корпорейшн" (Cabot Corporation), "Филлипс петролеум" (Phillips Petroleum), "Юнайтед карбон" (United Carbon) и др.

Цель данного обзора — анализ технологий и новых знаний о выделении целевого продукта из аэрозольных потоков в печном процессе производства технического углерода, появившихся в последние десятилетия, а также тенденций развития данной области науки и техники. Рассмотрим основные независимые направления исследований, результаты которых позволили получить новые знания о природе аэрозоля дисперсного углерода, повысить эффективность его осаждения из аэрозольных потоков.

1. Исследования в области снижения удельного газообразования процесса. В результате научно-исследовательских и конструкторско-технологи-ческих работ, проведенных под руководством В.Ф. Суровикина в 1968—1971 годах, были созданы установки второго поколения мощностью 24 тыс. т/г активного и 26 тыс. т/г полуактивного технического углерода, основанные на применении новых высокоинтенсивных процессов: получения аэрозоля дисперсного углерода с радиальной подачей сырья в зону околозвуковой скорости движения газа-носителя, процесса

фильтрации аэрозоля с предварительной коагуляцией и процесса мокрого гранулирования и сушки в барабанах с наружным обогревом [18— 21]. Технологическая схема установок второго поколения включала в себя шесть реакторов под давлением 60 кПа с расходом сырья на один реактор 1500 кг/ч и усовершенствованными воздухоподогревателями, фильтры с рукавами из стеклоткани с поверхностью фильтрации 5000 м2 с предварительным осаждением аэрозоля в циклоне-концентраторе (вместо четырех циклонов) и рукавный фильтр с поверхностью фильтрации 10000 м2 с коагуляторами, а также рукавными фильтрами ФР0-650 для очистки дымовых газов. За счет применения высокопроизводительного оборудования и высокоинтенсивных процессов достигнуто резкое повышение производительности труда (в 3 раза по сравнению с уровнем 1970 г. на установках первого поколения).

Развивая идею "блочности", продолжали работу по повышению единичной мощности основного технологического оборудования — реакторов, фильтров, оборудования грануляции. Успешному развитию этих работ способствовали расширение и углубление исследований по коагуляции аэрозолей, созданию новых фильтрующих материалов.

Исследования по снижению материалоемкости и энергоемкости производства технического углерода, а также по снижению выбросов вредных веществ в атмосферу в мировой практике проводились разными путями.

Миллз и Ченг (фирма "Филлипс петролеум") [4] для снижения энергоемкости производства техуг-лерода предлагали использовать низкокалорийный отходящий газ в качестве топлива в реакторе. В составе установки предусмотрен теплообменник для генерации пара непосредственно после реактора, предназначенный для утилизации тепла аэрозоля. Предусмотрена также подача части отходящих газов на закалку продуктов реакции в реакторе. Применение водяных теплообменников для охлаждения аэрозоля — это очень эффективный прием. Однако вследствие низкой температуры стенки охлаждаемых водой труб на них отлагается дисперсный углерод, что приводит к нестабильности процесса. Для очистки труб теплообменника от отложений углерода без прекращения процесса Джонсон и Хавелл [5] (фирма "Филлипс петролеум") предлагали установку эжектора для периодической подачи дополнительного потока аэрозоля на вход теплообменника при срабатывании температурного контрольного устройства при повышении температуры аэрозоля на выходе из теплообменника, свидетельствующем об относительно низком коэффициенте теплопередачи. Ламонд и Эйботс [6] (фирма "Хьюбер корпорейшн") для повышения эффективности процесса предлагали высушивать

отходящий газ для применения его в качестве топлива для сушки гранул технического углерода. В составе установки предусмотрено также устройство для термообработки высушенного продукта в псевдоожиженном слое. Один из способов повышения эффективности процесса получения технического углерода — повышение температуры подогрева воздуха на горение. Имеется целый ряд патентов [7—11], в которых предусмотрен подогрев воздуха до 600—1250°С.

Роджерс (фирма "Филлипс петролеум") предлагал систему регенерации тепла аэрозоля для подогрева воздуха, подаваемого в реактор [12]. При этом минимальное количество технического углерода отлагается на поверхности теплообмена за счет автоматического регулирования температуры аэрозоля, выходящего из теплообменника. Установка для производства технического углерода, предлагаемая Джонсоном [13] (фирма "Филлипс петролеум"), включает реактор, теплообменник для генерации пара, два теплообменника для подогрева воздуха и сырья, циклонный сепаратор и не менее двух фильтров с насыпным слоем. Отличительная особенность установки — регенерация фильтров очищенным отходящим газом и рециркуляция регенерирующего газа в реактор для закалки продуктов реакции. Технические решения по улучшению эколо

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Химическая технология. Химическая промышленность»