RU2459161C2 - Method of drying carbon black - Google Patents
Method of drying carbon black Download PDFInfo
- Publication number
- RU2459161C2 RU2459161C2 RU2006135678/06A RU2006135678A RU2459161C2 RU 2459161 C2 RU2459161 C2 RU 2459161C2 RU 2006135678/06 A RU2006135678/06 A RU 2006135678/06A RU 2006135678 A RU2006135678 A RU 2006135678A RU 2459161 C2 RU2459161 C2 RU 2459161C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- soot
- drum
- drying
- gas
- flue gas
- Prior art date
Links
- 238000001035 drying Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 title abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 35
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 31
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 24
- 239000004071 soot Substances 0.000 claims description 74
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 50
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 49
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 18
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 8
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 8
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 7
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims description 2
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 claims description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 26
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 abstract description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000003517 fume Substances 0.000 abstract 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 14
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 11
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 10
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 3
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 241001233887 Ania Species 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000010410 dusting Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 1
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 1
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 229940063821 oxygen 21 % Drugs 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005550 wet granulation Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Solid Fuels And Fuel-Associated Substances (AREA)
- Drying Of Solid Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химико-технологическим процессам и может быть использовано при сушке влажной гранулированной сажи.The invention relates to chemical-technological processes and can be used for drying wet granular soot.
Технологическая схема производства сажи включает процесс неполного сжигания в основном жидких углеводородов с последующим разделением газообразных продуктов реакции и сажи. Образования гранул сажи происходит при интенсивном смешении пылящей сажи с водой в соотношении ~1:1 с последующей сушкой влажной гранулированной сажи в сушильном барабане [1]. Сушка влажной гранулированной сажи осуществляется высокотемпературным дымовым газом, образующимся при сжигании углеводородного топлива и чаще всего - природного газа с теплотой сгорания около 8000 ккал/м3, расход которого составляет 120÷130 м3 на 1 т сухой гранулированной сажи. С целью снижения затрат для сушки влажной гранулированной сажи в качестве топлива применяют газообразные продукты процесса сажеобразования с теплотой сгорания 500÷700 ккал/м3. Обычно осуществляют комбинированную подачу топлива, при которой природный газ используют в качестве подсветки для повышения полноты горения сравнительно низкокалорийного отходящего газа.The technological scheme for the production of soot includes the process of incomplete combustion of mainly liquid hydrocarbons, followed by separation of the gaseous reaction products and soot. The formation of soot granules occurs with intensive mixing of dusty soot with water in a ratio of ~ 1: 1, followed by drying of wet granular soot in a drying drum [1]. Wet granular soot is dried by high-temperature flue gas generated during the combustion of hydrocarbon fuels and most often natural gas with a heat of combustion of about 8000 kcal / m 3 , the flow rate of which is 120 ÷ 130 m 3 per 1 ton of dry granular soot. In order to reduce costs for drying wet granular soot, gaseous products of the soot formation process with a calorific value of 500 ÷ 700 kcal / m 3 are used as fuel. Usually, a combined fuel supply is carried out, in which natural gas is used as a backlight to increase the combustion efficiency of a relatively low-calorific off-gas.
Известен способ сушки влажных гранул сажи, в котором сушка осуществляется высокотемпературным дымовым газом, образующимся при сжигании предварительно осушенных газообразных продуктов сажеобразования [2]. Удаление влаги из отходящих газообразных продуктов осуществляется в скруббере орошением циркулирующей водой.There is a method of drying wet granules of soot, in which drying is carried out by high-temperature flue gas generated by burning pre-dried gaseous products of soot formation [2]. Moisture removal from the exhaust gaseous products is carried out in a scrubber by irrigation with circulating water.
Для получения 4÷6 т/ч сухой гранулированной сажи необходимо произвести осушку 6000÷8000 м3/ч газообразных продуктов сажеобразования с температурой около 200÷220°C, содержащих CO2, SO2, H2S, CS2 и остатки неуловленной сажи. Для этой цели требуется 25÷30 т/ч охлаждающей воды, которая при циркуляции через скруббер превращается в горячую пульпу с pH 4÷5. Затраты на циркуляцию, охлаждение, нейтрализацию и утилизацию пульпы вместе с затратами на кислотостойкое оборудование системы осушки многократно превосходят экономический эффект от использования в качестве топлива осушенного газа, что является недостатком данного способа сушки.To obtain 4 ÷ 6 t / h of dry granular soot, it is necessary to dry 6000 ÷ 8000 m 3 / h of gaseous soot products with a temperature of about 200 ÷ 220 ° C, containing CO 2 , SO 2 , H 2 S, CS 2 and the remains of uncoated soot . For this purpose, 25–30 t / h of cooling water is required, which, when circulated through the scrubber, turns into a hot pulp with a pH of 4–5. The costs of circulating, cooling, neutralizing and disposing of the pulp, together with the costs of acid-resistant equipment of the drying system, are many times greater than the economic effect of using dried gas as fuel, which is a drawback of this drying method.
Известен способ сушки влажной гранулированной сажи, в котором производится сжигание с воздухом топлива, включающего газообразные продукты процесса сажеобразования, с последующим разделением образовавшихся высокотемпературных газов на 2 потока, причем первый поток подается на наружный обогрев барабана, а второй - после разбавления охлажденным влажным газом, рециркулируемым из сушильного барабана, подается внутрь барабана для контакта с влажными гранулами сажи [3].There is a method of drying wet granular soot, in which fuel is burned with air, including gaseous products of the soot formation process, with the subsequent separation of the formed high-temperature gases into 2 streams, the first stream being supplied to the external drum heater, and the second after dilution with cooled moist gas recirculated from the drying drum, it is fed into the drum for contact with the wet granules of soot [3].
Недостатком данного способа является низкая эффективность сушки, обусловленная высокой влажностью дымового газа, просасываемого через сушильный барабан, так как влагосодержание рециркулируемого охлажденного газа, подаваемого на вход сушильного барабана, достигает 60÷65% и это приводит к уменьшению скорости испарения влаги и к снижению производительности сушильного барабана и всей технологической линии.The disadvantage of this method is the low drying efficiency due to the high humidity of the flue gas sucked through the dryer drum, since the moisture content of the recirculated cooled gas supplied to the inlet of the dryer drum reaches 60 ÷ 65% and this leads to a decrease in the rate of evaporation of moisture and to a decrease in the productivity of the dryer drum and the entire processing line.
Известен способ сушки гранулированной сажи, выбранный в качестве прототипа, в котором наружная поверхность сушильного барабана обогревается высокотемпературным газом, образующимся при сжигании топлива, включающего газообразные продукты процесса сажеобразования, с последующей его подачей внутрь сушильного барабана для контакта с влажной гранулированной сажей, причем воздух на сжигание топлива подается с избытком 5÷10% [4].A known method of drying granular soot, selected as a prototype, in which the outer surface of the drying drum is heated by high-temperature gas generated during the combustion of fuel, including gaseous products of the soot formation process, followed by its supply into the drying drum for contact with wet granulated soot, and the air for combustion fuel is supplied in excess of 5–10% [4].
Недостатком данного способа является низкая эффективность сушки, обусловленная высокой влажностью дымового газа, просасываемого через сушильный барабан, что снижает скорость массообмена между влажной гранулированной сажей и дымовым газом и приводит снижению производительности сушильного барабана.The disadvantage of this method is the low drying efficiency due to the high humidity of the flue gas sucked through the dryer drum, which reduces the mass transfer rate between the wet granular soot and flue gas and reduces the performance of the dryer drum.
Целью предлагаемого способа сушки влажной гранулированной сажи является повышение производительности сушильного барабана за счет повышения скорости удаления паров воды из слоя влажных гранул сажи при сушке дымовым газом, образующимся от сжигания топлива, включающего газообразные продукты процесса сажеобразования.The aim of the proposed method for drying wet granular soot is to increase the productivity of the drying drum by increasing the rate of removal of water vapor from the layer of wet granules of soot when dried by flue gas generated from the combustion of fuel, including gaseous products of the soot formation process.
Поставленная цель достигается тем, что сушка гранулированной сажи, включающая подачу влажной гранулированной сажи в сушильный барабан, оборудованный наружной камерой, в которой внешнюю поверхность барабана обогревают дымовым газом, образующимся при сжигании топлива, включающего отходящий газ процесса сажеобразования, с последующей подачей дымового газа внутрь барабана, отличается тем, что в дымовой газ до контакта с гранулированной сажей подается дополнительный поток воздуха. Кроме того, дополнительный поток воздуха подают в количестве, при котором отношение концентрации кислорода в продуктах горения топлива к концентрации кислорода в дымовом газе на выходе из сушильного барабана находится в пределах 0.07÷0.77, а концентрация кислорода в продуктах горения топлива определяется из следующего соотношения:This goal is achieved in that the drying of granular soot, including the supply of wet granular soot to a drying drum equipped with an external chamber, in which the outer surface of the drum is heated by flue gas generated during the combustion of fuel, including the exhaust gas of the soot formation process, followed by the supply of flue gas into the drum , characterized in that the flue gas before contact with granular soot is supplied with an additional stream of air. In addition, an additional air stream is supplied in an amount at which the ratio of the oxygen concentration in the fuel combustion products to the oxygen concentration in the flue gas at the outlet of the dryer drum is within 0.07 ÷ 0.77, and the oxygen concentration in the fuel combustion products is determined from the following ratio:
где [O2]T - концентрация кислорода в продуктах горения топлива, %;where [O 2 ] T is the oxygen concentration in the fuel combustion products,%;
QB, QT, QОГ - объемные расходы воздуха, углеводородного топлива и отходящего газа сажеобразования соответственно;Q B , Q T , Q ОГ - volumetric flow rates of air, hydrocarbon fuel and soot-forming exhaust gas, respectively;
KT, KОГ - удельные расходы воздуха для полного сжигания 1 м3 углеводородного топлива и отходящего газа сажеобразования соответственно, м3/м3;K T , K ОГ - specific air consumption for the complete combustion of 1 m 3 of hydrocarbon fuel and soot formation waste gas, respectively, m 3 / m 3 ;
[H2], [CO], [H2O] - концентрация водорода, оксида углерода в сухом отходящем газе сажеобразования и влагосодержание отходящего газа соответственно, %.[H 2 ], [CO], [H 2 O] is the concentration of hydrogen, carbon monoxide in the dry exhaust gas of soot formation and the moisture content of the exhaust gas, respectively,%.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в следующем. В общем случае производительность сушильного барабана зависит от скорости испарения воды с поверхности влажного материала и переноса в поток газов и определяется следующим соотношением [5]:The essence of the proposed technical solution is as follows. In the General case, the performance of the drying drum depends on the rate of evaporation of water from the surface of the wet material and transfer into the gas stream and is determined by the following relationship [5]:
где U - количество влаги, испаряемой в ед. времени с 1 м2 поверхности;where U is the amount of moisture evaporated in units. time from 1 m 2 surface;
W - скорость газа над материалом;W is the gas velocity above the material;
ΔР=(PНАС-РГ) - разность давлений насыщенного водяного пара над поверхностью материала и в проходящем газе.ΔP = (P NAS- P G ) - the pressure difference of saturated water vapor above the surface of the material and in the passing gas.
Как видно из уравнения (1), при постоянной скорости газа W и давлении насыщенного пара над поверхностью влажного материала РНАС скорость сушки U возрастает прямо пропорционально снижению парциального давления водяного пара в газе.As can be seen from equation (1), at a constant gas velocity W and saturated vapor pressure above the surface of the wet material P NAS, the drying rate U increases in direct proportion to the decrease in the partial pressure of water vapor in the gas.
При продвижении горячего газа вдоль барабана происходит снижение температуры вследствие расходования тепла на испарение влаги с одновременным увеличением его влагосодержания. При этом в соответствии с уравнением (1) снижается скорость сушки вследствие уменьшения параметра переноса - разности парциальных давлений ΔР. Влагосодержание газа может достигать критического значения, при котором скорость сушки стремится к нулевому значению, ограничивая производительность сушильного барабана даже при значительных избытках тепловой энергии. Другими словами, необходимым условием высокой эффективности процесса сушки является поддержание максимальной величины параметра ΔР. И хотя использование газообразных продуктов процесса сажеобразования может существенно сэкономить углеводородное топливо, но их низкая теплота сгорания и высокое влагосодержание (35÷50%) создает, по крайней мере, 2 основные проблемы: обеспечение высокой полноты сжигания для получения максимального теплового эффекта и поддержание высокой скорости переноса пара из влажных гранул в дымовой газ с повышенным влагосодержанием.When moving hot gas along the drum, the temperature decreases due to the expenditure of heat on the evaporation of moisture with a simultaneous increase in its moisture content. Moreover, in accordance with equation (1), the drying speed decreases due to a decrease in the transfer parameter — the partial pressure difference ΔP. The moisture content of the gas can reach a critical value at which the drying speed tends to zero, limiting the performance of the drying drum, even with significant excesses of thermal energy. In other words, a necessary condition for the high efficiency of the drying process is to maintain the maximum value of ΔP. Although the use of gaseous products of the soot formation process can significantly save hydrocarbon fuel, their low calorific value and high moisture content (35 ÷ 50%) creates at least 2 main problems: ensuring high completeness of combustion for maximum thermal effect and maintaining high speed steam transfer from wet granules to flue gas with high moisture content.
Поскольку количество тепла, передаваемого от дымового газа к внешней поверхности барабана, пропорционально разности температуры дымового газа и стенки барабана, сжигание низкокалорийного и влажного отходящего газа процесса сажеобразования производят, используя обогащение топливной смеси природным газом и при минимально достаточном для полного сжигания избытке воздуха 5÷10%, как показано в прототипе [4]. При избытке воздуха 10% влажность дымового газа при сжигании природного газа составит 17% на входе в барабан, а при сжигании отходящего газа процесса сажеобразования ~35%. При увеличении избытка воздуха, подаваемого на горение топлива, влагосодержание дымового газа может быть снижено за счет увеличения общего объема дымового газа, но при этом снизится его температура, а следовательно, и подвод тепла через стенку барабана к слою влажных гранул сажи в барабане. Это в конечном итоге приведет к снижению производительности сушильного барабана, так как в тепловом балансе процесса сушки влажных гранул затраты тепла на нагревание и испарение воды и нагревание ее паров до температуры дымового газа превышают 94%. Подача дополнительного потока воздуха в сушильный барабан позволяет сохранить высокую температуру дымового газа в камере обогрева и скорость передачи тепла к влажным гранулам сажи и при этом обеспечить снижение влагосодержания дымового газа в сушильном барабане, а следовательно, повысить скорость отвода пара из слоя влажных гранул сажи и в конечном итоге повысить производительность процесса сушки.Since the amount of heat transferred from the flue gas to the outer surface of the drum is proportional to the difference between the temperature of the flue gas and the wall of the drum, the combustion of low-calorie and wet exhaust gas from the soot formation process is carried out using the enrichment of the fuel mixture with natural gas and with an excess of air that is minimally sufficient for
Таким образом, дополнительная подача воздуха в сушильный барабан является существенным отличительным признаком, обеспечивающим исключение противоречия при оптимизации 2-х процессов - теплопередачи при подводе тепла, обеспечивающего испарение воды, и отвода тепла из слоя влажной гранулированной сажи в дымовой газ. При равной с прототипом температуре дымового газа и количестве передаваемого тепла через стенку барабана к слою влажной гранулированной сажи дополнительная подача воздуха внутрь сушильного барабана обеспечивает за счет большего суммарного объема газа меньшей влажности более высокую движущую силу процесса переноса влаги ΔР в течение всего процесса сушки, что в соответствии с уравнением (1) повышает скорость испарения влаги U, а следовательно, и производительность сушильного барабана. Очевидно также и то, что предлагаемый способ сушки обладает преимуществом и перед патентом [3], в котором высокотемпературный дымовой газ перед подачей внутрь барабана разбавляется рециркулируемым охлажденным влажным (60÷65%) дымовым газом, прошедшим сушильный барабан.Thus, the additional air supply to the dryer drum is an essential distinguishing feature, which ensures the elimination of contradictions in the optimization of 2 processes - heat transfer during heat supply, which evaporates the water, and heat removal from the wet granular soot layer to the flue gas. If the temperature of the flue gas and the amount of heat transferred through the drum wall to the layer of wet granular soot are equal to the prototype, the additional air supply inside the dryer drum provides, due to a larger total volume of gas of lower humidity, a higher driving force of the moisture transfer process ΔР during the entire drying process, which in accordance with equation (1) increases the rate of evaporation of moisture U, and therefore the performance of the drying drum. It is also obvious that the proposed drying method has an advantage over the patent [3], in which the high-temperature flue gas is diluted before being fed into the drum with recirculated cooled moist (60 ÷ 65%) flue gas that has passed the dryer drum.
В способе сушки по прототипу дымовой газ, проходя через сушильный барабан, насыщается парами воды, но при этом состав сухой части этого газа, определяемый, например, с помощью газовой хроматографии, не изменяется. В предлагаемом способе сушки состав сухой части дымового газа после смешения с дополнительным потоком воздуха изменится, что наиболее значимо проявится в увеличении содержания кислорода, так как в воздухе содержится кислорода 21%, а в сухой части продуктов горения топлива не превышает 1÷6% в зависимости от соотношения расхода воздуха, природного газа и отходящего газа процесса сажеобразования, что позволяет обеспечить надежный контроль и управление влагосодержанием дымового газа, оказывающим существенное влияние на интенсивность переноса паров воды из слоя влажной гранулированной сажи в газовый поток.In the prototype drying method, the flue gas passing through the dryer drum is saturated with water vapor, but the dry composition of this gas, as determined, for example, by gas chromatography, does not change. In the proposed drying method, the composition of the dry part of the flue gas after mixing with an additional air stream will change, which will most significantly manifest itself in an increase in oxygen content, since the air contains oxygen 21%, and in the dry part of the fuel combustion products does not exceed 1 ÷ 6%, depending on the ratio of the flow rate of air, natural gas and exhaust gas from the soot formation process, which allows reliable control and management of the flue gas moisture content, which has a significant impact on the intensity of ca water vapor from the moist granular layer of soot in the gas flow.
Средняя влажность отходящего газа процесса сажеобразования составляет ~45%, а в таблице 1 приведен усредненный состав основных компонентов сухой части отходящего газ.The average humidity of the exhaust gas from the soot formation process is ~ 45%, and Table 1 shows the average composition of the main components of the dry part of the exhaust gas.
Усредненный состав отходящего газа процесса сажеобразования (% об.)The average composition of the exhaust gas of the soot formation process (% vol.)
Минимально необходимое количество кислорода воздуха определяется из стехиометрических уравнений горения для природного газа (метана) и горючих компонентов отходящего газа сажеобразования:The minimum required amount of air oxygen is determined from the stoichiometric combustion equations for natural gas (methane) and the combustible components of the soot formation exhaust gas:
Согласно вышеприведенным уравнениям для сжигания 1 м3 природного газа необходимо KT=2/0.21≈9.52 м3 воздуха, а для сжигания 1 м3 отходящего газа КОГ=(0.5*15+0.5*15)/100*(1-45/100)/0.21≈0.393 м3 воздуха.According to the above equations, for burning 1 m 3 of natural gas it is necessary K T = 2 / 0.21≈9.52 m 3 of air, and for burning 1 m 3 of exhaust gas K OG = (0.5 * 15 + 0.5 * 15) / 100 * (1-45 /100)/0.21≈0.393 m 3 of air.
Для известных значений QB, QT, QОГ по стехиометрическим уравнениям (2) определяется избыток воздуха и кислорода в нем, объем дымового газа и с учетом паров воды, поступающих с отходящим газом сажеобразования и образующихся в процессе горения, и вычисляется концентрация кислорода в сухом дымовом газе:For known values of Q B , Q T , Q OG , stoichiometric equations (2) determine the excess of air and oxygen in it, the volume of flue gas and taking into account the water vapor coming from the soot-forming exhaust gas and generated during combustion, and the oxygen concentration in dry flue gas:
Сравнив концентрацию кислорода [O2]T с концентрацией кислорода в дымовом газе на выходе сушильного барабана [O2]д, можно получить оценку соотношения расходов дымового газа и дополнительного воздуха, подаваемого в сушильный барабан, и таким образом контролировать влагосодержание смешанного потока газов. Например, для дымового газа, образующегося при горении отходящих газов сажеобразования с коэффициентом избытка воздуха КИЗБ=1.1, содержание свободного кислорода в сухих газах составляет 1%, а влагосодержание - 40%. При разбавлении дымового газа воздухом в соотношении 1:1 содержание кислорода в сухой части смешанного потока составит 13.5%, а влагосодержание снизится до 20%.By comparing the oxygen concentration [O 2 ] T with the oxygen concentration in the flue gas at the outlet of the dryer drum [O 2 ] d , we can obtain an estimate of the ratio of the flow rates of flue gas and additional air supplied to the dryer drum, and thus control the moisture content of the mixed gas stream. For example, for flue gas generated during the combustion of exhaust gases of soot formation with an excess air coefficient of KI = 1.1, the content of free oxygen in dry gases is 1%, and the moisture content is 40%. When diluting flue gas with air in a ratio of 1: 1, the oxygen content in the dry part of the mixed stream will be 13.5%, and the moisture content will decrease to 20%.
Возможность определения влагосодержания дымового газа на входе в барабан по отношению величин [O2]T/[O2]Д является особенно существенной в условиях, когда избыточное количество продуктов горения топлива выбрасывается из камеры обогрева через дымовую трубу, а его часть, поступающая в барабан, неизвестна.The ability to determine the moisture content of flue gas at the inlet of the drum by the ratio of [O 2 ] T / [O 2 ] D is especially significant in conditions where an excess amount of fuel combustion products is ejected from the heating chamber through the chimney, and its part entering the drum unknown.
На фиг.1 показана принципиальная технологическая схема мокрого гранулирования и сушки сажи, которая включает следующие последовательно соединенные аппараты:Figure 1 shows a schematic flow diagram of wet granulation and drying of soot, which includes the following series-connected devices:
- накопительный бункер 1 со шлюзовым питателем 2;- storage hopper 1 with
- гранулятор 3;-
- воздушный патрубок 4 с регулируемой заслонкой;- air pipe 4 with adjustable damper;
- сушильный барабан 5 с заборным патрубком 6;- a drying
- наружная камера обогрева 7 с дымовой трубой 8, оборудованной регулируемой заслонкой 9;- an
- вентилятор 10 с регулируемой заслонкой 11;-
- рукавный фильтр 12;-
- вентилятор 13;-
- циклон 14 со шлюзовым питателем 15.-
Пылящая сажа в количестве 3-5 т/ч после разделения с газообразными продуктами процесса сажеобразования (отходящим газом) поступает в накопительный бункер 1, из которого шлюзовым питателем 2 подается в гранулятор 3, где при интенсивном перемешивании с водой в соотношении ~1:1 происходит образование влажных гранул сажи. Из гранулятора 3 влажная гранулированная сажа самотеком поступает в сушильный барабан 5. В наружной камере 7 сушильный барабан 5 обогревают высокотемпературным дымовым газом, образующимся при сжигании с воздухом топлива, включающего отходящий газ процесса сажеобразования. В качестве углеводородного топлива используют природный газ. Из наружной камеры обогрева 7 дымовой газ через заборный патрубок 6 поступает внутрь сушильного барабана 5 за счет разрежения, создаваемого вентилятором 10 в сушильном барабане 5 и камере обогрева 7. Кроме дымового газа в сушильный барабан подсасывается из атмосферы дополнительный поток воздуха через кольцевой зазор между корпусом камеры обогрева 7 и сушильным барабаном 5. При необходимости расход дополнительного потока воздуха может быть увеличен с помощью патрубка 4, оборудованного регулируемой заслонкой. Величина разрежения внутри барабана 4 и в камере обогрева 6, а следовательно, и расход дополнительно подсасываемого воздуха регулируется заслонкой 10 перед вентилятором 9, после которого производят отбор дымового газа для определения его состава.Dusting soot in an amount of 3-5 t / h after separation with gaseous products of the soot formation process (exhaust gas) enters the
Вентилятором 9 влажный дымовой газ при температуре 180÷250°С и влагосодержании 45÷65% направляется из барабана 4 в рукавный фильтр 11 для отделения пылящей сажи и мелких осколков, разрушившихся в процессе сушки гранул, которые вентилятором 12 по газовому транспорту подаются в циклон 13 и через шлюзовой питатель 14 выгружаются в накопительный бункер 1. Сухая гранулированная сажа с температурой 120÷140°С и влагосодержанием не более 0.5% направляется на охлаждение и складирование.
В таблице 2 приведены экспериментальные данные сравнительных испытаний прототипа и предлагаемого способа сушки влажной гранулированной сажи. В ходе опытных работ коэффициент избытка воздуха, определяемый согласно нижеприведенному уравнению, поддерживался равным 1.1:Table 2 shows the experimental data of comparative tests of the prototype and the proposed method for drying wet granular soot. During the experimental work, the coefficient of excess air, determined according to the equation below, was maintained equal to 1.1:
Для оценки эффективности процесса сушки использовался показатель удельного приведенного по теплотворной способности к природному газу расхода топлива на 1 т воды.To evaluate the efficiency of the drying process, we used the indicator of the specific fuel consumption per calorific value for natural gas per 1 ton of water.
В опытах 1÷3, выполненных в соответствии с прототипом, последовательно увеличивался расход воды на гранулирование при постоянном весовом соотношении 1:1 с расходом сажи. При постоянных значениях содержания влаги на входе и выходе барабана последовательное увеличение производительности приводит к снижению температуры сажи на выходе барабана и увеличению температуры дымового газа. В опыте 3 температура сажи упала ниже критической, а температура дымового газа превысила предельно допустимое значение для рукавного фильтра - 250°С. При этом содержание влаги гранулированной сажи на выходе из барабана составило 3.5% при допустимой норме не более 0.5%. Увеличение разности температур сажи и дымового газа на выходе барабана с 80°С в опыте №1 до 167°С в опыте №3 свидетельствует о снижении скорости тепло- и массопереноса между влажной гранулированной сажей и дымовыми газами. Следует отметить, что при увеличении расхода воды увеличивался и удельный приведенный расход топлива с 105.6 до 109.6 м3/т воды, что свидетельствует о снижении скорости переноса влаги до критического значения, при котором даже избыточный повод тепловой энергии не позволяет получить требуемую влажность гранулированной сажи.In
Экспериментальные данные сравнительных испытаний прототипа и предлагаемого способа сушки влажной гранулированной сажи.The experimental data of comparative tests of the prototype and the proposed method for drying wet granular soot.
В опытах 4÷8 приведены результаты испытаний предлагаемого способа сушки при постоянном расходе воды, как и в опыте №3-4 т/ч. Последовательное увеличение расхода дополнительного потока воздуха, подаваемого на смешение с продуктами горения топлива до подачи в сушильный барабан, с 50 м3/ч до 6000 м3/ч приводит к увеличению концентрации кислорода в дымовом газе [O2]Д с 1.39 до 11.81%, снижению влагосодержания на входе барабана с 33.6 до 19.4% и выходе барабана с 58.3% до 40.4%. Отношение [O2]T/[O2]Д снижается с 0.87 до 0.1, причем эффективной является величина 0.77, которая соответствует расходу дополнительного воздуха 100 м3/ч, так как при нем температура сажи на выходе барабана составила 110°C, что обеспечило получение сухой гранулированной сажи.In experiments 4 ÷ 8 shows the test results of the proposed method of drying at a constant flow of water, as in experiment No. 3-4 t / h A consistent increase in the flow rate of the additional air flow supplied to the mixture with the fuel combustion products before being fed into the dryer drum from 50 m 3 / h to 6,000 m 3 / h leads to an increase in the oxygen concentration in the flue gas [O 2 ] D from 1.39 to 11.81% , reducing moisture content at the inlet of the drum from 33.6 to 19.4% and the output of the drum from 58.3% to 40.4%. The ratio [O 2 ] T / [O 2 ] D decreases from 0.87 to 0.1, and the value 0.77 is effective, which corresponds to an additional air consumption of 100 m 3 / h, since with it the soot temperature at the drum outlet was 110 ° C, which provided dry granular soot.
В опытах 9÷12 производительность сушильного барабана последовательно увеличивают до 4.3 и 4.5 т/ч. Начиная с опыта №9 часть газов после обогрева наружной поверхности барабана сбрасывается через дымовую трубу, что позволяет дополнительно снизить влажность газа за счет большего разбавления воздухом. При этом эффективным можно считать величину отношения [O2]T/[O2]Д=0.07 в опыте №11, так как дальнейшее снижение этого отношения в опыте №12 до 0.06 приводит только к увеличению удельного приведенного расхода топлива.In
Таким образом, эффективное действие дополнительного потока воздуха, подаваемого на смешение с дымовым газом, достигается при отношении концентрации в продуктах горения топлива к концентрации кислорода в дымовом газе на выходе их сушильного барабана [O2]T/[O2]Д в пределах 0.07÷0.77.Thus, the effective action of the additional air flow supplied for mixing with the flue gas is achieved when the concentration in the combustion products of the fuel to the concentration of oxygen in the flue gas at the outlet of their drying drum [O 2 ] T / [O 2 ] D in the range 0.07 ÷ 0.77.
В опытах 13-14 приведены режимы сушки влажной гранулированной сажи с использованием в качестве топлива только отходящего газа сажеобразования. Эти условия сушки являются наиболее сложными, так как влагосодержание продуктов горения максимально и только разбавление воздухом и сброс избыточной части дымового газа позволяет провести процесс сушки при высокой производительности.Experiments 13-14 show the modes of drying wet granular soot using only soot-forming exhaust gas as fuel. These drying conditions are the most difficult, since the moisture content of the combustion products is maximum and only dilution with air and discharge of the excess part of the flue gas allows the drying process to be carried out at high productivity.
Использование предлагаемого способа сушки влажной гранулированной сажи позволяет решить комплексную технико-экономическую задачу - обеспечить высокую производительность сушильного барабана при одновременном снижении потребления природного газа за счет использования побочного источника тепловой энергии: производительность одного технологического потока возрастает с 20 до 25 тыс. т гранулированной сажи в год при одновременной экономии 3 млн м3 природного газа за счет применения в качестве топлива отходящего газа процесса сажеобразования.Using the proposed method for drying wet granular soot allows you to solve the complex technical and economic problem - to ensure high performance of the drying drum while reducing natural gas consumption by using a secondary source of thermal energy: the productivity of one process stream increases from 20 to 25 thousand tons of granular soot per year while saving 3 million m 3 of natural gas due to the use of soot process as an exhaust gas fuel Ania.
ЛитератураLiterature
1. В.Ю. Орлов, A.M. Комаров, Л.А. Ляпина. Производство и использование технического углерода для резин. Ярославль, Изд. АР, 2002, с.314.1. V.Yu. Orlov, A.M. Komarov, L.A. Lyapina. Production and use of carbon black for rubber. Yaroslavl, Ed. AR, 2002, p. 314.
2. Пат. US 4282199, 1981.2. Pat. US 4282199, 1981.
3. Пат. US 2952921, 1960.3. Pat. US 2952921, 1960.
4. Пат. US 3102005, 1963.4. Pat. US 3102005, 1963.
5. А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии. Изд. химической литературы, 1948, с.420.5. A.G. Kasatkin. Basic processes and apparatuses of chemical technology. Ed. chemical literature, 1948, p. 420.
Claims (2)
где [O2]T - концентрация кислорода в продуктах горения топлива, %;
QB, QT, QОГ - объемные расходы воздуха, углеводородного топлива и отходящего газа сажеобразования соответственно;
KT, KОГ - удельные расходы воздуха для полного сжигания 1 м3 углеводородного топлива и отходящего газа сажеобразования соответственно, м3/м3;
[H2], [CO], [H2O] - концентрация водорода, оксида углерода в сухом отходящем газе сажеобразования и влагосодержание отходящего газа соответственно, %. 2. The method according to claim 1, characterized in that the additional air flow is supplied in an amount in which the ratio of the oxygen concentration in the fuel combustion products to the oxygen concentration in the flue gas at the outlet of the drying drum is within 0.07 ÷ 0.77, and the oxygen concentration in the fuel combustion products is determined from the following ratio
where [O 2 ] T is the oxygen concentration in the fuel combustion products,%;
Q B , Q T , Q ОГ - volumetric flow rates of air, hydrocarbon fuel and soot-forming exhaust gas, respectively;
K T , K ОГ - specific air consumption for the complete combustion of 1 m 3 of hydrocarbon fuel and soot formation waste gas, respectively, m 3 / m 3 ;
[H 2 ], [CO], [H 2 O] is the concentration of hydrogen, carbon monoxide in the dry exhaust gas of soot formation and the moisture content of the exhaust gas, respectively,%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006135678/06A RU2459161C2 (en) | 2006-10-09 | 2006-10-09 | Method of drying carbon black |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006135678/06A RU2459161C2 (en) | 2006-10-09 | 2006-10-09 | Method of drying carbon black |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006135678A RU2006135678A (en) | 2008-04-20 |
| RU2459161C2 true RU2459161C2 (en) | 2012-08-20 |
Family
ID=39453579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006135678/06A RU2459161C2 (en) | 2006-10-09 | 2006-10-09 | Method of drying carbon black |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2459161C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU171494U1 (en) * | 2016-10-10 | 2017-06-02 | Общество с ограниченной ответственностью "Омский завод технического углерода" (ООО "Омсктехуглерод") | DRYING UNIT FOR GRANULATED TECHNICAL CARBON |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU901775A1 (en) * | 1980-04-30 | 1982-01-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Технического Углерода | Unit for drying granulated black carbon |
| SU926464A1 (en) * | 1980-10-23 | 1982-05-07 | Омский завод технического углерода | Pelletized carbon black drying method |
| SU932155A1 (en) * | 1980-08-21 | 1982-05-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Технического Углерода | Method of drying black carbon pellets |
| SU1250798A1 (en) * | 1985-02-11 | 1986-08-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Технического Углерода | Method of drying carbon black granules in revolving drum |
| SU1175233A1 (en) * | 1984-04-29 | 1996-12-27 | Омский завод технического углерода | Granular soot drying plant |
-
2006
- 2006-10-09 RU RU2006135678/06A patent/RU2459161C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU901775A1 (en) * | 1980-04-30 | 1982-01-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Технического Углерода | Unit for drying granulated black carbon |
| SU932155A1 (en) * | 1980-08-21 | 1982-05-30 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Технического Углерода | Method of drying black carbon pellets |
| SU926464A1 (en) * | 1980-10-23 | 1982-05-07 | Омский завод технического углерода | Pelletized carbon black drying method |
| SU1175233A1 (en) * | 1984-04-29 | 1996-12-27 | Омский завод технического углерода | Granular soot drying plant |
| SU1250798A1 (en) * | 1985-02-11 | 1986-08-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Технического Углерода | Method of drying carbon black granules in revolving drum |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU171494U1 (en) * | 2016-10-10 | 2017-06-02 | Общество с ограниченной ответственностью "Омский завод технического углерода" (ООО "Омсктехуглерод") | DRYING UNIT FOR GRANULATED TECHNICAL CARBON |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006135678A (en) | 2008-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10690409B2 (en) | Method for continuously drying bulk goods, in particular wood fibers and/or wood chips | |
| NL8102667A (en) | Apparatus and method for flue gas recirculation in a solid fuel boiler. | |
| US11543124B2 (en) | Apparatus and method for continuously drying bulk goods, in particular wood chips and/or wood fibers comprising a hot gas cyclone | |
| US11499778B2 (en) | Apparatus and method for continuously drying bulk goods, in particular wood chips and/or wood fibers comprising a solid fired hot gas generator | |
| CN1589382A (en) | Closed cycle waste combustion | |
| CA3053978C (en) | Apparatus and method for continuously drying bulk goods, in particular wood chips and/or wood fibers comprising a heat exchanger | |
| CN110117011A (en) | A kind of method that physical method prepares active carbon | |
| CA2798537A1 (en) | Reduced fossil fuel in an oxidizer downstream of a biomass furnace | |
| CA3053986C (en) | Apparatus and method for continuously drying bulk goods, in particular wood chips and/or wood fibers comprising multi-fuel burner with a muffle cooling system | |
| KR101003707B1 (en) | Anhydrous Carbon Black Pellets | |
| RU2459161C2 (en) | Method of drying carbon black | |
| Skopec et al. | Desulfurization in co-firing of sewage sludge and wooden biomass in a bubbling fluidized bed combustor under air and oxy-fuel conditions | |
| CN102748922B (en) | Semi-closed self-inert-type vibrating fluidized drying system | |
| CN104140837A (en) | A heat conduction briquette humidity control method and device using coke oven tail gas as carrier gas | |
| CN101285587B (en) | Low metamorphic grade coal drying and dewatering process | |
| CN101709881A (en) | Oxygen-enriched combustion-supporting method of pulverized coal fired boilers | |
| EP0019443B1 (en) | Method and apparatus for handling and utilizing system off-gas in a pyro-processing system | |
| US4304550A (en) | Apparatus for handling and utilizing system gas in a pyro-processing system | |
| JPS62121786A (en) | Method for drying coke coking coal | |
| RU2568360C1 (en) | Method and device for gas recovery in drying unit | |
| CN110357389A (en) | A kind of hot air type sludge drying and incinerating system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FA94 | Acknowledgement of application withdrawn (non-payment of fees) |
Effective date: 20081022 |
|
| FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20081112 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081010 |