Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине "проектирование автоматизированных систем управления непрерывными технологическими процессами" Часть 2 (стр. 9 из 14)

10.1. Технология получения технического углерода

В качестве сырья для производства технического углерода применяется смесь термогазойля, антраценовой фракции и зеленого масла в соотношении 40:30:30 соответственно. Сырье прибывает на завод в цистернах и сливается из них как нижним, так и верхним способом. Далее сырье, пройдя фильтр грубой очистки, поступает в резервуар, откуда насосами подается в смеситель, где смешивается в заданном соотношении. Затем смесь поступает во влагоиспаритель и пеноотделитель.

Освобожденное от влаги сырье из влагоиспарителя подается в трубчатый подогреватель сырья. Подогретое до 250...300 °С сырье очищается в фильтре очистки сырья и поступает в реактор циклонного типа. Распыл сырья осуществляется воздухом высокого давления, предварительно подогретым в воздухонагревателе до 350...400 °С. В две тангенциально расположенные горелки реактора подается топливный газ. При температуре в зоне реакции 1540 °С происходит разложение углеродного сырья с образованием технического углерода. Для прекращения реакции газификации газоуглерода смесь охлаждается водой, вспрыскиваемой механическими форсунками. Охлаждение газоуглеродной смеси осуществляется в две стадии: вначале газоуглеродная смесь охлаждается водой до 900...1000°С, затем она от всех реакторов поступает в общий коллектор при температуре 650...700 °С, по которому подается в холодильник-испаритель, где охлаждается водой до 250 °С. Улавливание технического углерода из смеси осуществляется в двух последовательно установленных циклонах СК-ЦН-34 и рукавном фильтре.

Уловленный в циклонах технический углерод, пройдя ловушку и микроизмельчитель, транспортируется в отделение переработки техничеокого углерода. Не уловленный в циклонах технический углерод подается на улавливание в фильтр и из-под фильтра транс- портируется газами на вход во второй циклон.

Очищенный отходящий газ после фильтра улавливания, пройдя секторный гидрозатвор, вентилятором подается в котельную на дожиг. Не уловленный в отделении технический углерод возвращается на вход во второй циклон. Уловленный в отделении улавливания технический углерод подается в циклон СК-ЦН-34, установленный на бункере-уплотнителе, и шлюзовым затвором дозируется в смеситель-гранулятор СГС-40, где гранулирование происходит в присутствии 0,5...1,5% водного раствора мeлассы, приготовленного в смесителе. Меласса поступает на завод в цистернах, из которых сливается в емкость, где предварительно подогревается. Далее меласса винтовым электронасосом подается в резервуары хранения, откуда поступает в реактор с мешалкой, из которого далее дозируется в смеситель. Сюда же подается предварительно подогретая в теплообменнике вода.

Влажный гранулированный технический углерод из смесителя-гранулятора подается в сушильный барабан с наружным обогревом БСК-40, топливом в котором служит природный газ.

Часть дымовых газов просасывается во внутреннюю полость барабана с целью уноса выделяющихся из технического углерода паров, влаги.

Газы из полости сушильного барабана с содержанием влаги и технического углерода подаются на улавливание в отдельно стоящий рукавный фильтр ФР-518. Уловленный в фильтре технический углерод подается в циклон, установленный на бункере-уплотнителе, а затем - в бункер-уплотнитель. Высушенный в сушильном барабане до влажности не более 0,6% технический углерод подается в магнитный сепаратор для очистки от ферромагнитных примесей. Для снижения потерь технического углерода и предотвращения возможности прососа горячих газов из барабана БСК-40, на течке после магнитного сепаратора установлен шлюзный затвор ПШ-400.

Течка после ПШ-400 выполнена из наклонных пластин с отверстиями под ними в виде жалюзей для прососа воздуха и охлаждения технического углерода.

Просос воздуха осуществляется вентилятором У6-30 со сбросом его в рукавный фильтр ФР-250 систем аспирации. Температура технического углерода на входе в бункер готовой продукция составляет не более 90°С.

Далее технический углерод подается в секционный бункер надрельсового склада, из которого выпускается в вагоны-копперы. Кроме того, предусмотрена тарная упаковка технического углерода в мешки, для чего используется упаковочный автомат. Для предотвращения пыления предусмотрена аспирация технологического и транспортного оборудования (осуществляется в рукавном фильтре ФР-250/43).

Предусмотрена пневмоуборка, для чего установлены два циклона, фильтр рукавный ФВС. Уловленный технический углерод поступает в бункер пневмоуборки и далее упаковывается в мешки.

10.2. Способы получения технического углерода и процессы, происходящие в реакторе

Промышленные способы производства технического углерода основаны на разложении углеводородов под действием высокой температуры. Образование технического углерода в одних случаях происходит в пламени горящего сырья при ограничением доступе воздуха, в других - при термическом разложении сырья в отсутствие воздуха. Некоторые виды технического углерода получают, извлекая его из продуктов синтеза различных углеводородов, например при синтезе ацетилена из метана.

Получение технического углерода сжиганием сырья при ограниченном доступе воздуха осуществляется, в основном, двумя способами.

1) Сырье ожигают в печах, снабженных горелками различного устройства. Образовавшаяся в пламени сажа в течение некоторого времени находится вместе с газообразующими продуктами процесса в зоне высокой температуры. После этого смесь технического углерода и газов охлаждают и отделяют сажу от газов в специальных аппаратах.

2) Сырье сжигают с помощью горелок с узкой щелью, установленных в металлических аппаратах. Плоское пламя горящего сырья соприкасается с движущейся металлической поверхностью. Время соприкосновения пламени с этой поверхностью незначительно. Образовавшийся на металлической поверхности технический углерод быстро удаляется из зоны сажеобразования. По обеим сторонам образование его происходит в пламени горящего сырья, т.е. процесс сводится к тому, что часть сырья сгорает, создавая нужную температуру в зоне реакции для образования технического углерода.

Широкое распространение получил способ, при котором создание необходимой температуры для разложения сырья происходит посредством сжигания другого топлива. Наиболее пригодным топливом является природный газ и получаемый при переработке нефти нефтяной пиролизный газ. Реакторы или печи для получения технического углерода имеют в таком случае две зоны. В одной из них сжигается или жидкое топливо, или газ. В потоки горящего топлива вводят нагретое или даже испаренное жидкое сырье. Во второй зоне происходит разложение сырья и образование технического углерода. При этом способе получения сажи выход продукта больше, чем при сжигании сырья, с целью получения как теплоты, так и технического углерода. Кроме того, этот способ легко управляем и позволяет получать технический углерод с самыми разными свойствами.

Термическое разложение сырья без доступа воздуха также производится различными способами. Некоторые виды технического углерода легко получают разложением газообразных или парообразных углеродов в генераторе, нагретом предварительно до высокой температуры. При этом в качестве исходного сырья используется рабочая сырьевая смесь, состоящая из нефтяного и коксохимического сырья. Для получения такой сырьевой смеси используют такие компоненты: коксохимическое сырье - продукты переработки каменноугольной смолы, высокотемпературного коксования каменных углей (антраценного масла), пековый дистиллят и нефтяное сырье - термоуголь, крекинг-газойль, зеленое масло. В качестве технологического топлива применяется природный газ. Реакция термического разложения углеводородов выражается уравнением

(10.1)

Углерод при этом выделяется в виде твердой фазы. Механизм образования частиц технического углерода следующий: под действием высокой температуры молекулы углеводородов распадаются на свободные углеводородные радикалы и атомы водорода. Взаимодействие радикалов друг с другом приводит к образованию новых радикалов и молекул термостойких соединений, которые служат основой будущих техуглеродных частиц. К ним присоединяются образующиеся в зоне реакции новые углеводородные радикалы, происходит формирование атомов углерода в кристаллические образования, а техуглеродных кристаллитов - в частицы технического углерода. При формировании техуглеродных частиц происходит их соударение, при котором они связываются между собой, образуя пространственные структуры технического углерода. На структурирование частиц оказывает влияние температура процесса, время пребывания частиц технического углерода в зоне реакции и аэродинамические условия.