СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОЙ УГЛЕРОДНОЙ САЖИ
METHOD OF PRODUCING GRANULAR CARBON BLACK

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу гранулирования углеродной сажи.
ПРЕДПОСЫЛКА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как правило, в промышленности рыхлая углеродная сажа преобразуется в гранулированную форму посредством технологического процесса гранулирования, поскольку углеродная сажа в гранулированной форме обладает повышенной плотностью и облегчает обращение с ней и транспортирование. К тому же гранулированная форма углеродной сажи упрощает ее использование в различном технологическом оборудовании. Поэтому большинство случаев промышленного использования углеродной сажи требует ее гранулирования. Обычно способ гранулирования включает в себя добавление водного раствора связующего вещества в порошок углеродной сажи с получением смеси, которая затем гранулируется в барабанном грануляторе или многолопастном грануляторе. Затем обеспечивается тепловая обработка для высушивания гранул, полученных из гранулятора, с целью удаления влаги.
Одним из основных недостатков обычного метода гранулирования является недостаточное распределение водного раствора связующего вещества в смеси с углеродной сажей. Для преодоления данного недостатка и обеспечения соответствия требованиям к качеству гранул добавляется большое количество воды. Затем в процессе термической обработки эта вода удаляется с помощью тепла; как правило, это осуществляется в роторной барабанной сушилке. Избыточное количество воды приводит к увеличению нагрузки на сушилку, в результате чего снижается производительность процесса. В дополнение к этому вследствие избыточного содержания воды увеличивается энергоемкость и длительность процесса сушки. Из этого следует, что равномерность распределения воды со связывающим веществом является критическим фактором процесса гранулирования. К тому же вследствие ненадлежащего распределения компонентов гранулирования качество полученных гранул углеродной сажи является неодинаковым.
Ранее была изучена возможность применения диспергирующих веществ для обеспечения более равномерного распределения углеродной сажи в конечном материале, например в резине и пластмассе. Однако все еще ощущается потребность в усовершенствованном способе гранулирования, обеспечивающем равномерное распределение водного раствора связывающего вещества в смеси с углеродной сажей для получения гранул углерода одинакового качества.
Было предпринято несколько попыток создания способа гранулирования углеродной сажи, который преодолевает указанные выше недостатки. Некоторые описания приведены ниже в разделе известных работ.
В патенте США №3776750 раскрывается двухэтапный способ гранулирования углеродной сажи. Первый этап включает образование первичной смеси углеродной сажи и водонефтяной эмульсии, а второй этап предусматривает добавление воды в первичную смесь для получения вторичной смеси. После этого вторичная смесь перемешивается для образования гранул углеродной сажи. Способ, раскрываемый в патенте США №3776750, имеет целью получение мягких гранул, которые могут легко распадаться и диспергироваться в резине.
В патенте США №3956445 раскрывается метод улучшенного гранулирования углеродной сажи, при котором получают слоистые гранулы относительно высокой плотности. Этот метод включает этапы сочетания водной гранулирующей жидкости с рыхлой углеродной сажей в весовом соотношении 2/3 к 2 и перемешивания полученной смеси в грануляторе для формирования гранул. Дополнительно добавляется углеродная сажа посредством серии увеличивающихся доз и в конце добавляется дополнительные объем воды. Путем регулирования относительного количества углеродной сажи, гранулирующей жидкости и времени добавления увеличивающихся доз углеродной сажи формируются слоистые гранулы.
В патенте США №4102967 раскрывается метод гранулирования углеродной сажи, при котором получают слоистые гранулы с твердой внешней оболочкой. Метод включает этапы: подачи водной гранулирующей жидкости и рыхлой углеродной сажи в массовом соотношении примерно 2:3 и примерно 2:1, перемешивания смеси в грануляторе для формирования гранул, дополнительной подачи в гранулятор углеродной сажи и, наконец, подачи в гранулятор дополнительной жидкости, содержащей натрий сульфонат лигнина или углеводородное масло, для получения слоистых гранул. Полученные таким образом слоистые гранулы уменьшают проблемы, связанные с их диспергированием и пылеобразованием при работе с ними.
Целью настоящего изобретения является создание усовершенствованного способа гранулирования углеродной сажи, основной целью которой является обеспечение равномерного распределения воды и связывающего вещества по поверхности гранул углеродной сажи, тем самым обеспечивая равномерное диспергирование углеродной сажи в конечном материале. Целью настоящего изобретения также является снижение расхода воды и экономия энергии при одновременном увеличении производительности и улучшении качества гранул.
ЦЕЛИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является создание способа гранулирования углеродной сажи.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа гранулирования углеродной сажи, обеспечивающего равномерное распределение воды по поверхности гранул.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа гранулирования углеродной сажи, который обеспечивает экономию энергии.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа гранулирования углеродной сажи, который обеспечивает одинаковое качество гранул.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа гранулирования углеродной сажи, обеспечивающего снижение количества воды, необходимой для гранулирования порошка углеродной сажи.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа гранулирования углеродной сажи, которая сокращает время сушки мокрых гранул.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа гранулирования углеродной сажи, которая обеспечивает увеличение производительности.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно настоящему изобретению раскрывается способ гранулирования углеродной сажи, причем указанный способ включает следующие этапы:
- получение однородной смеси порошка углеродной сажи, воды, связывающего вещества и диспергирующего вещества, в которой соотношение углеродной сажи и воды находится в пределах от 0,1:2,0 до 2:1, а указанное диспергирующее вещество является поверхностно-активным веществом на основе амина, включающим в себя амин и полиэфир, причем содержание указанного диспергирующего вещества находится в пределах 0,005-0,1% указанной жидкости;
- гранулирование указанной однородной смеси в грануляторе для получения гранул углеродной сажи и
- сушка указанных сырых гранул углеродной сажи в течение 20-60 минут при температуре 150-250ºC для получения гранул углеродной сажи.
Как правило, в соответствии с настоящим изобретением, способ гранулирования углеродной сажи включает в себя этап выбора указанного амина из ряда аминов, включающего первичные, вторичные, третичные, диамины, триамины, ароматические, алициклические и циклоалифатические амины.
Предпочтительно, в соответствии с настоящим изобретением, чтобы способ гранулирования углеродной сажи включал в себя этап выбора указанного полиэфира, заключающегося в выборе не менее одного соединения из группы соединений, состоящей из этиленоксида и пропиленоксида.
В дополнение к этому, в соответствии с настоящим изобретением, способ гранулирования углеродной сажи включает в себя этап выбора указанного полиэфира, заключающегося в выборе не менее одной группы из ряда групп, состоящих алифатических, олефиновых, циклических и ароматических соединений, причем указанная группа должна быть как минимум одного типа из типов, состоящих из линейных и разветвленных соединений.
Как правило, в соответствии с настоящим изобретением, способ гранулирования углеродной сажи включает в себя этап выбора указанного диспергирующего вещества с соотношением амина и полиэфира, равным от 0,1:10 до 10:0,1.
Предпочтительно, в соответствии с настоящим изобретением, чтобы способ гранулирования углеродной сажи включал в себя этап выбора указанного полиэфира с соотношением этиленоксида и пропиленоксида, равным не менее 1.
В соответствии с настоящим изобретением, способ гранулирования углеродной сажи включает в себя этап добавления указанного связующего вещества в диапазоне 5-15% указанной смеси.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение предусматривает технологию гранулирования углеродной сажи, обеспечивающую одинаковое качество гранул углеродной сажи, при которой диспергирующее вещество, как правило - поверхностно-активное вещество на основе амина, включающее в себя амин и полиэфир, добавляется одновременно с водой и связывающим веществом в пропорции в диапазоне 0,005-0,1% от всей смеси. В результате добавления диспергирующего вещества в процессе гранулирования происходит равномерное распределение воды по поверхности гранул углеродной сажи, что, в свою очередь, способствует получению гранул одинакового качества, снижению расхода воды, экономии энергии и увеличению производительности.
Способ гранулирования углеродной сажи в соответствии с настоящим изобретением включает, в первую очередь, этап получения однородной смеси порошка углеродной сажи, воды, связывающего вещества и диспергирующего вещества, причем соотношение углеродной сажи и воды в этой однородной смеси находится в пределах от 0,1:2,0 до 2:1; диспергирующее вещество, которое, как правило, является поверхностно-активным веществом на основе амина, включающим в себя амин и полимерную цепочку, как правило, полиэфир, в диапазоне 0,005-0,1% от однородной смеси; содержание связующего вещества находится в диапазоне 5-15% от однородной структуры. После этого однородная смесь гранулируется в грануляторе для получения сырых или мокрых гранул углеродной сажи. Добавление диспергирующего вещества в процессе гранулирования способствует снижению количества воды, которое необходимо добавить для образования однородной смеси. Поэтому содержание влаги в полученных таким образом сырых гранулах углеродной сажи меньше по сравнению со случаем, когда диспергирующее вещество не добавляется. Сырые гранулы углеродной сажи сушатся в течение 20-60 минут при температуре 150-250ºC для получения гранул углеродной сажи. Вследствие сниженного содержания влаги в сырых гранулах сокращается время, необходимое для сушки гранул, что ведет к экономии 2-10% энергии. Содержание влаги в гранулах может регулярно контролироваться путем отбора образцов гранул из зон отбора в сушилке и измерения содержания влаги.
Поверхностно-активное вещество на основе амина, используемое в качестве диспергирующего вещества, состоит, в основном, из амина и полиэфирной цепочки, причем амин, являющийся скрепляющей группой, выбирается из группы аминов, включающей первичные, вторичные, третичные, диамины, триамины, ароматические, алициклические и циклоалифатические амины; а полиэфирная цепочка включает не менее одного соединения, выбранного из этиленоксида и пропиленоксида. Поверхностно-активное вещество настоящего изобретения может включать в себя один или более органических оксидов, которые, в основном, являются полиэфирами, в полимерной цепочке. В дополнение к этому полиэфирная цепочка включает в себя по крайней мере одну группу, выбранную из алифатических, олефиновых, циклических и ароматических групп, причем группа является линейной и/или разветвленной и присоединяется к эфирной связи вместе с этиленоксидом и/или пропиленоксидом. Соотношение амина и полиэфира в диспергирующем веществе находится в пределах от 0,1:10 до 10:0,1, причем соотношение амина и полиэфира 0,5:2,0 является предпочтительным. Для получения оптимальных технологических условий диспергирующее вещество добавляется в пределах 0,005-0,1% от общего количества гранулирующей смеси. Также предпочтительно, чтобы полиэфир в соответствии с настоящим изобретением содержал этиленоксид и пропиленоксид в соотношении, равном или не менее 1.
При предпочтительном варианте воплощения настоящего изобретения порошок углеродной сажи и вода смешиваются в соотношении 1:1, а сырые мокрые гранулы углеродной сажи сушатся при температуре в пределах 180-220ºC в течение 30-45 минут. Поскольку время сушки мокрых гранул сокращается на 3-10% по сравнению с обычными методами гранулирования, производство гранул существенно возрастает, а потребление энергии существенно снижается. К тому же равномерное распределение воды и связывающего вещества в смеси с углеродной сажей вследствие ввода диспергирующего вещества ведет к равномерной сушке и, таким образом, к получению одинакового качества и одинаковых свойств. Процесс гранулирования согласно настоящему изобретению может вестись непрерывно или партиями, и в обоих случаях производительность возрастает относительно единичного времени, которое сокращается для каждого цикла гранулирования, увеличивая таким образом количество циклов. В дополнение к этому уменьшение количества воды, добавляемой в порошок углеродной сажи, способствует формированию равномерного фракционного состава мокрых гранул углеродной сажи. Способ настоящего изобретения применим ко всем разновидностям углеродной сажи и может легко использоваться в обычных аппаратах гранулирования.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ
Дается описание изобретения на следующих примерах, которые никоим образом не ограничивают объем и сферу применения изобретения и служат только для иллюстрации изобретения.
ПРИМЕР 1
Первая смесь (А) порошка углеродной сажи и воды в соотношении 1:1 была гранулирована без какого-либо диспергирующего вещества, а вторая смесь (Б) порошка углеродной сажи и воды, содержащая 0,01% диспергирующего вещества в смеси, была гранулирована подобным же образом. Количество воды, использованной во второй смеси (Б), было на 5% меньше, чем в первой смеси (А). Мокрые гранулы, полученные таким образом в грануляторе, были подвергнуты сушке в течение 30-45 минут при температуре в пределах 150-250ºC, причем все гранулы сушились в практически одинаковых условиях. Полученные таким образом гранулы углеродной сажи были подвергнуты анализу относительно свойств конечных гранул и различных технологических параметров и результаты приведены в ТАБЛИЦЕ 1.
ТАБЛИЦА 1: Сравнительный анализ свойств конечных гранул и технологических параметров гранул, полученных из первой смеси (А) и второй смеси (Б).
СВОЙСТВА
ЕД. ИЗМ
ГРАНУЛЫ УГЛЕРОДНОЙ САЖИ ИЗ (А)
ГРАНУЛЫ УГЛЕРОДНОЙ САЖИ ИЗ (Б)
Технологические параметры гранулирования
Нагрузка мокрого смесителя
кВт
60
50
Расход воды
л/мин
98
95
Потребление энергии (во время цикла сушки)
Нм<sup>3</sup>/ч
9700
9330
Свойства гранул углеродной сажи
Мелкая фракция
%
4,02
3,6
Твердость гранул
г-сила
19,6
19,5
Из ТАБЛИЦЫ 1 видно, что гранулы углеродной сажи, полученные по способу настоящего изобретения, имеют повышенное качество гранул. К тому же видно, что расход воды снижен. И к тому же сберегается энергия во время цикла смешивания и сушки.
ПРИМЕР 2
Гранулы углеродной сажи были получены в грануляторе путем применения обычной способа смешивания и способа настоящего изобретения, в которой порошок углеродной сажи был смешан с раствором воды, поверхностно-активным веществом на основе полиэфир амина и связывающим веществом в пропорции соответственно 1:0,0001:0,1. Полученные гранулы углеродной сажи необходимо было сушить только в течение 35 минут для получения гранул углеродной сажи требуемого качества.
Технические преимущества
Способ гранулирования углеродной сажи, включающий этапы: смешивания порошка углеродной сажи и воды в пропорции 0,1:2 до 2:1 вместе со связывающим веществом в пропорции в пределах 5-15% от смеси и диспергирующим веществом в пропорции в пределах 0,005-0,1% от смеси, гранулирования смеси и сушки сырых гранул в течение 20-60 минут при температуре 150-250ºC для получения гранул углеродной сажи; способ, описанный в настоящем изобретении, имеет ряд технических преимуществ, включая, среди прочего, реализацию:
- способа гранулирования углеродной сажи, предполагающей добавление диспергирующего вещества, являющегося поверхностно-активным веществом на основе амина, включающего в себя амин и полиэфир, с водой и связывающим веществом для получения равномерного распределения воды на поверхности гранул, обеспечивая таким образом одинаковое качество гранул;
- способа гранулирования углеродной сажи путем обеспечения равномерного распределения воды по поверхности гранул, что, к тому же, способствует снижению количества воды, которую необходимо добавлять во время процесса гранулирования, благодаря чему не только сокращается потребление воды, но и обеспечивается экономия энергии от 2 до 10% во время циклов сушки, а также
- способа гранулирования углеродной сажи, который обеспечивает экономию времени во время циклов сушки и таким образом обеспечивает увеличение производительности.
Числовые значения, указанные для различных физических параметров, размеров и количеств, являются лишь приблизительными, и предусматривается, что значения выше или ниже числовых значений, присвоенных параметрам, размерам или количествам, находятся в пределах данного изобретения, если только иное не указано в конкретном описании. Там, где указывается диапазон значений, значение в пределах 10% ниже или выше соответственно самого низкого и самого высокого числового значения указанного диапазона входит в объем данного изобретения.
Ввиду того что принципы настоящего изобретения могут иметь множество различных вариантов практического осуществления, следует понимать, что проиллюстрированные варианты осуществления являются лишь примерами. Хотя в данном документе значительным образом подчеркиваются конкретные особенности данного изобретения, следует понимать возможность различных модификаций и внесения множества изменений в предпочтительный вариант практического осуществления, не выходя за рамки принципов данного изобретения. Исходя из приведенного выше описания специалистам в данной области очевидны эти и иные модификации в рамках данного изобретения или предпочтительные варианты осуществления, поэтому следует четко понимать, что предшествующее описание должно толковаться только как иллюстративная часть изобретения, а не как ограничительный признак.