ГЕНЕРАТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для получения технического углерода, которое может быть использовано в электротехнической, химической, лакокрасочной и полиграфической промышленностях.
2
Известно устройство для получения технического углерода, содержащее реакционный канал кольцеобразной замкнутой формы, патрубки впуска ацетилена, инертного газа, патрубок ввода кислорода с электрозапальником и патрубок вывода продуктов реакции (Патент США №3849073 МПК С 09 С 1/50, кл. США 422-127, прототип). Недостатком этого устройства является использование при получении технического углерода ламинарного диффузионного горения в реакционном канале, что увеличивает время реакции и не позволяет получать частицы технического углерода менее 50 нм и удельной поверхностью более 150 м/г.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для получения технического углерода, содержащее реакционный замкнутый канал круглого сечения с патрубками ввода ацетилена, инертного газа, патрубок ввода кислорода с устройством для инициирования взрыва и патрубка выпуска продуктов реакции, в котором реакционный канал выполнен в виде двух противоположных прямолинейных участков сопряженных двумя противоположными криволинейными участками, а патрубки ввода ацетилена, инертного газа и кислорода установлены последовательно на одном из прямолинейных участков контура канала, оси которых перпендикулярны оси прямолинейного канала.(Патент РФ на полезную модель №50532, МПК С 09 С 1/50, прототип).
Недостатком этого устройства является низкая эффективность гашения динамических нагрузок от обратной волны детонации при технологическом процессе и невозможность получения технического углерода с прогнозируемыми физико-химическими параметрами.
Предлагаемая полезная модель решает задачу получения технического углерода с заданными структурными и физико-химическими параметрами и позволяет значительно снизить динамические нагрузки на стенки канала при технологическом процессе.
Поставленная задача решается тем, что генератор для получения технического углерода, содержащий реакционный замкнутый канал круглого сечения с патрубками ввода ацетилена и инертного газа, патрубок ввода кислорода с устройством для инициирования взрыва и патрубок выпуска продуктов реакции, в котором патрубок ввода инертного газа расположен на прямолинейном участке реакционного канала, противоположном прямолинейному участку канала, на котором установлены патрубки ввода
ацетилена и кислорода, на расстоянии не менее 25 диаметров сечения канала от места установки патрубка ввода ацетилена, кроме этого, между патрубками ввода ацетилена и кислорода на расстоянии не более 4-5 диаметров сечения канала от патрубка ввода ацетилена установлен патрубок ввода водорода, ось которого перпендикулярна оси прямолинейного участка реакционного канала, а диаметр равен 1/3 диаметра его сечения.
Такое выполнение генератора для получения технического углерода позволяет решить поставленную техническую задачу за счет того, что расположение патрубка ввода инертного газа на прямолинейном участке реакционного канала на расстоянии не менее 25 диаметров сечения канала от места установки патрубка ввода ацетилена, формирует газовую подушку более высокой плотности и значительного объема, позволяющую эффективно гасить обратную детонационную взрывную волну при горении технологической смеси, а установка патрубка ввода водорода между патрубками ацетилена и кислорода позволяет дозировано изменять концентрацию технологической смеси, увеличить температуру сгорания, тем самым оказывать регулирующее действие на технологический процесс, при том, что, кроме этого, водород и сам является катализатором получения более узко структурированного технического углерода.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется схемой, показанной на фиг.1. Генератор состоит из замкнутого кольцеобразного реакционного канала 1 круглого сечения с двумя противоположными прямолинейными участками 2, патрубка 3 ввода кислорода и инициирования взрыва, патрубка 4 ввода водорода, патрубка 5 для впуска ацетилена и патрубка 6 вывода продуктов реакции и патрубка 7 ввода инертного газа. Патрубки 3, 4, 5, 6, 7 снабжены запорными устройствами известного типа (на чертеже не показаны). Внутри патрубка 3 установлено устройство электроподжига известной конструкции, например элемент сопротивления (на чертеже не показан).
Прямые участки 2 имеют длину не менее 15 диаметров реакционного канала, патрубок 3 ввода кислорода расположен перпендикулярно оси прямолинейного участка 2, а его диаметр равен половине диаметра реакционного канала, патрубок 4 ввода водорода, расположен перпендикулярно оси прямого участка 2 на расстоянии 4-5 диаметров канала от патрубка 3 и его диаметр равен одной трети диаметра реакционного канала. Патрубок 5 ввода ацетилена установлен перпендикулярно оси прямолинейного участка 2 на расстоянии 4-5 диаметров канала от патрубка 4 и его диаметр равен половине диаметра реакционного канала. Патрубок 6 вывода продуктов реакции расположен соосно прямолинейному участку канала в его начале с диаметром, равным диаметру реакционного канала. Патрубок 7 ввода инертного газа, например аргона, расположен на прямолинейном участке контура реакционного канала, перпендикулярно его оси, со стороны противоположной патрубку ввода ацетилена, с диаметром равным диаметру сечения канала и на расстоянии не менее 25 диаметров сечения канала от места установки патрубка ввода ацетилена.
Устройство работает следующим образом, после продувки реакционного канала сжатым воздухом в него по патрубку 7 вводят инертный газ, для образования демпфирующей подушки, предотвращающей возникновение двух встречных волн детонации, потом по патрубку 5 вводят ацетилен до достижения заданного давления, а затем по патрубку 3 инициирования взрыва вводят кислород и последним по патрубку 4 - водород. После этого, подают напряжение к электрозапальнику, расположенному внутри патрубка 3, тем самым инициируют детонационный взрыв. Выдержав продукты реакции до температуры 1400-1500 К, позволяющей улавливать технический углерод, их выпускают через патрубок 6 и начинают новый цикл.
Достоинством предлагаемой полезной модели, генератора для получения технического углерода, является возможность производства в промышленных масштабах технического углерода, обладающего высокой удельной поверхностью, повышенной дисперсностью, увеличенной электропроводностью, высокой степенью чистоты и с прогнозируемыми физико-химическими параметрами.
Таким образом, предложенная полезная модель генератора для получения технического углерода позволяет получить ультрадисперсную, электропроводную, чистую сажу с высокой удельной поверхностью, которая имеет повышенный спрос в электротехнической промышленности для производства электрохимических элементов и батарей, в химической промышленности, в качестве эффективных катализаторов и нанотехнологиях, в лакокрасочной и полиграфической промышленности, в производстве высококачественных красителей, в нефтехимической промышленности для создания новых высокоэффективных катализаторов, адсорбентов и наполнителей.