專(zhuān)利名稱(chēng)：4萬(wàn)噸硬質(zhì)炭黑反應(yīng)爐及其炭黑生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及炭黑生產(chǎn)工藝，尤其涉及硬質(zhì)炭黑反應(yīng)爐及其炭黑生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
炭黑的生產(chǎn)方法有爐法、槽法、熱裂法三種。對(duì)于爐法炭黑生產(chǎn)線，反應(yīng)爐是其核心設(shè)備，其一般工藝是空氣和燃料在反應(yīng)爐中燃燒，原料經(jīng)霧化后噴入燃燒的火焰中，經(jīng)高溫?zé)峤馍商亢?；炭黑懸浮于燃余氣中形成煙氣；煙氣?jīng)急冷后送空氣預(yù)熱器、油預(yù)熱器進(jìn)一步降溫，最后送入袋濾器，分離出的炭黑送到造粒機(jī)中后在干燥機(jī)中干燥。生產(chǎn)不同品種的炭黑需要采用不同結(jié)構(gòu)尺寸的反應(yīng)爐，反應(yīng)爐決定著炭黑產(chǎn)品的質(zhì)量和收率。現(xiàn)有技術(shù)中大多是年產(chǎn)2萬(wàn)噸炭黑的反應(yīng)爐，其爐體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是燃燒室的直管段長(zhǎng)度過(guò)短，喇叭段長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，燃燒室總體長(zhǎng)度又稍短；喉管喇叭段錐角小，喉管直管段內(nèi)徑與反應(yīng)段內(nèi)徑比不合適，喉管段整體長(zhǎng)度偏長(zhǎng)；反應(yīng)室呈直管式，只是內(nèi)徑較喉管直管段內(nèi)徑突然增大； 急冷段為直筒式。受爐體結(jié)構(gòu)所限，現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)工藝存在的缺點(diǎn)是1、生產(chǎn)成本高燃料使用焦油、蒽油或乙烯油，原料油要求質(zhì)量高。2、噸炭黑消耗較高。3、炭黑產(chǎn)能低。4、產(chǎn)品著色強(qiáng)度低、壓縮吸油值低，品質(zhì)達(dá)不到全鋼子午線輪胎的質(zhì)量要求或勉強(qiáng)達(dá)到。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種單耗低、產(chǎn)能高、產(chǎn)品品質(zhì)好的硬質(zhì)炭黑反應(yīng)爐及其生產(chǎn)工藝。本發(fā)明的4萬(wàn)噸硬質(zhì)炭黑反應(yīng)爐，其爐體包括依次相接的的燃燒室、喉管、反應(yīng)室、急冷段燃燒室包括直管段和喇叭段，直管段占到燃燒室長(zhǎng)度的2/3至3/4，直管段設(shè)有燃料入口 ；喉管包括喇叭段和直管段，所述喇叭段與燃燒室的喇叭段相接，所述喇叭段錐角為9-15度，所述喇叭段開(kāi)放端口徑是收縮端口徑的1. 7-2. 0倍；所述直管段內(nèi)徑與所述喇叭段收縮端口徑一致，直管段具有兩排原料油噴入口 ；反應(yīng)室呈喇叭狀，其收縮端與喉管直管段相接，開(kāi)放端與急冷段相接，收縮端與開(kāi)放端的口徑比為1 1.8-1 2.3，喇叭狀的反應(yīng)段上設(shè)有一孔徑為40讓-60!11111的孔；急冷段為兩節(jié)式，該兩節(jié)均為直管式，第一節(jié)內(nèi)徑與反應(yīng)室出口端內(nèi)徑一致，第二節(jié)內(nèi)徑與第一節(jié)內(nèi)徑相比是1 2-1 2.5。喉管的直管段，具有兩排原料油噴入口，一排原料油噴入口直徑較大，設(shè)夾套油槍和添加煤氣槍?zhuān)硪慌旁嫌蛧娙肟谥睆捷^小，設(shè)原料油槍。燃燒室和喉管的內(nèi)壁采用鉻鋯系耐火材料。反應(yīng)室和急冷段的內(nèi)壁采用氧化鉻系耐火材料。4萬(wàn)噸硬質(zhì)炭黑反應(yīng)爐炭黑生產(chǎn)工藝，燃料氣從燃料入口進(jìn)入燃燒室，在燃燒室燃燒形成高溫燃燒氣流，所述氣流將喉管處噴入的原料油帶入反應(yīng)室反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成炭黑，所述的原料油包括芳族烴、石油系烴或脂族飽和烴；所述的燃料包括煤氣、焦?fàn)t煤氣、天然氣。所述芳族烴包括蒽油、二蒽油、防腐油、煤焦油；所述的石油系烴包括芳族烴、雜酚油或羧酸油；所述的脂族飽和烴包括乙烯渣油、催化裂化油，乙炔系不飽和烴，乙烯系烴、戊烷或已烷。本發(fā)明 ，燃燒室的設(shè)計(jì)針對(duì)的燃料是煤氣或天然氣，燃燒室與現(xiàn)有技術(shù)2萬(wàn)噸炭黑反應(yīng)爐燃燒室相比，長(zhǎng)度增加了 10-15 %，內(nèi)徑增加了約20-25 %，但燃燒室直管段長(zhǎng)度是現(xiàn)有技術(shù)的3-5倍，喇叭段長(zhǎng)度為現(xiàn)有技術(shù)的三分之一到四分之一，該設(shè)計(jì)使燃燒火焰長(zhǎng)度占到燃燒室長(zhǎng)度的三分之二，燃燒室出口處溫度達(dá)到最高，火焰不會(huì)燒到燃燒室壁，溫度場(chǎng)的分布合理。喉管較現(xiàn)有技術(shù)相比，長(zhǎng)度減少了 20-30%，喇叭段錐角擴(kuò)大了約一倍，所起的作用是減少燃燒溫度場(chǎng)的下降梯度，使喉管直管段的溫度保持在較高水平，對(duì)生產(chǎn)工藝的影響是提高了炭黑的著色強(qiáng)度和壓縮吸油值，喉管直管段的設(shè)計(jì)使該段高溫氣體流速適當(dāng)，原料油在喉管處得到充分汽化及剪切，炭黑的裂解速度提高，有利于形成晶核，炭黑粒徑適當(dāng)，炭黑生產(chǎn)效率高。反應(yīng)室呈喇叭狀，使炭黑反應(yīng)在平緩的狀態(tài)下進(jìn)行，保證了生成的炭黑聚集體分布很窄，炭黑晶核在單位體積中密度增加，碰撞機(jī)率增高，形成的炭黑聚集體數(shù)量更多，結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，炭黑著色強(qiáng)度高。急冷段第一節(jié)的內(nèi)徑設(shè)計(jì)與反應(yīng)段一致，考慮了炭黑在反應(yīng)室還沒(méi)有反應(yīng)完全，在急冷段第一節(jié)繼續(xù)反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)在平緩的條件下發(fā)生， 形成的炭黑粒子粒徑大小均勻；第二節(jié)內(nèi)徑突然放大，可以使炭黑生產(chǎn)過(guò)程中湍流程度增力口，增加炭黑的鏈枝結(jié)構(gòu)，提高炭黑的壓縮吸油值，同時(shí)抑制副反應(yīng)的發(fā)生。綜合以上設(shè)計(jì)要點(diǎn)，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)是1、采用煤氣或天然氣作為炭黑生產(chǎn)的燃料，成本低，并降低了炭黑產(chǎn)品中的雜質(zhì)含量，提升了炭黑的質(zhì)量，同時(shí)排污少，尤其使用焦?fàn)t煤氣時(shí)，減少了煤氣放散對(duì)大氣的污染。2、生產(chǎn)的炭黑著色強(qiáng)度高，NSA、300%定伸應(yīng)力達(dá)到ASTM標(biāo)準(zhǔn)中心值。3、炭黑生產(chǎn)的單耗低。4、產(chǎn)能擴(kuò)大到現(xiàn)有技術(shù)的2倍。5、爐體設(shè)計(jì)使得生產(chǎn)工藝適用的原料油范圍更廣泛。


附圖為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。如附圖所示，4萬(wàn)噸炭黑反應(yīng)爐包括燃燒室、喉管、反應(yīng)室、急冷段，以上各段依次相接。燃燒室包括直管段1、喇叭段2 ；喉管包括喇叭段3、直管段4 ；反應(yīng)室呈喇叭狀5 ；急冷段包括第一節(jié)6、第二節(jié)7。各段的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下燃燒室燃燒室直管段1的長(zhǎng)度占到燃燒室總長(zhǎng)的約三分之二。這是針對(duì)以煤氣或天然氣為燃料的情況設(shè)計(jì)的。生產(chǎn)中，火焰為燃燒室總長(zhǎng)度的三分之二左右，燃燒室出口處溫度最高，火焰不會(huì)燒到燃燒室壁，溫度場(chǎng)分布合理。喉管喉管的喇叭段3與燃燒室的喇叭段2相接，喉管喇叭段3的錐角是9-15度， 喇叭段3開(kāi)放端口徑是收縮端口徑的1. 7-2. 0倍；直管段4內(nèi)徑與喇叭段3收縮端口徑一致，直管段具有原料油噴入口 ；
喉管的直管段4，具有兩排原料油噴入口，一排原料油噴入口直徑較大，主要用于插入夾套油槍和添加煤氣槍?zhuān)硪慌旁嫌蛧娙肟谥睆捷^小，主要是插入原料油槍。由于4 萬(wàn)噸反應(yīng)爐在喉管內(nèi)徑設(shè)計(jì)上尺寸較大，原料油噴入時(shí)其穿透率不夠，在喉管原料油噴入口的中心位置形成原料油的空隙，因此在喉管前段插入的夾套原料油槍內(nèi)伸，填補(bǔ)此空隙。反應(yīng)室反 應(yīng)室5呈喇叭狀，其收縮端與喉管直管段4相接，開(kāi)放端與急冷段相接； 其收縮端與開(kāi)放端的口徑比為1 1.8-1 2.3，反應(yīng)室壁上設(shè)有一孔徑為40讓-60!11111的孔；急冷段為兩節(jié)式，均為直管式，第一節(jié)6內(nèi)徑與反應(yīng)室5出口端內(nèi)徑一致，第二節(jié) 7內(nèi)徑與第一節(jié)6內(nèi)徑相比是1 2-1 2.5。焦?fàn)t煤氣和經(jīng)過(guò)高溫空氣預(yù)熱器的預(yù)熱空氣從燃燒室前端混合后進(jìn)入燃燒室，在燃燒室中燃燒形成高溫燃燒氣流，將喉管處噴入的原料油帶入反應(yīng)室反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成炭黑。炭黑生產(chǎn)以焦?fàn)t煤氣作燃料，炭黑原料油以霧化狀態(tài)下噴入喉管段高溫裂解生產(chǎn)炭黑和煙氣，炭黑煙氣經(jīng)急冷成后收集而成炭黑的炭黑生產(chǎn)技術(shù)，其技術(shù)原理是焦?fàn)t煤氣與預(yù)熱空氣在燃燒室內(nèi)燃燒提供熱量供徑向噴入的原料油裂解，在反應(yīng)器喉管段采用多支徑向噴入的原料油槍?zhuān)脵C(jī)械霧化的方式將原料油霧化成微米級(jí)的油霧，噴入高溫高速的熱氣流中進(jìn)行裂解。通過(guò)在急冷段噴入一次急冷水，將高溫反應(yīng)氣體進(jìn)行急劇冷卻，終止炭黑的裂解反應(yīng)，再通過(guò)高溫空氣預(yù)熱器、在線鍋爐等熱量回收裝置回收熱量，炭黑和煙氣通過(guò)主袋濾器、旋風(fēng)分離器進(jìn)行分離后送入濕法造粒機(jī)，在水和粘合劑的配合下，通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的造粒機(jī)絞齒進(jìn)行造粒、拋光后進(jìn)入干燥機(jī)進(jìn)行干燥，最后通過(guò)提升機(jī)輸送，磁性分離機(jī)分離鐵磁性雜質(zhì)后進(jìn)入成品儲(chǔ)罐，通過(guò)自動(dòng)包裝機(jī)包裝，檢測(cè)合格后出貨。實(shí)施例用本發(fā)明的反應(yīng)爐生產(chǎn)炭黑品種N326，用焦?fàn)t煤氣作燃料，30%的蒽油+50%的焦油+20%低溫焦油組成的原料油以霧化狀態(tài)下噴入喉管段高溫裂解生產(chǎn)炭黑，同時(shí)在喉管前段補(bǔ)充焦?fàn)t煤氣200Nm7hr，炭黑煙氣經(jīng)急冷成后收集而成炭黑。由下表可以看出，使用4萬(wàn)噸反應(yīng)爐生產(chǎn)N326炭黑品種時(shí)，生產(chǎn)出來(lái)的炭黑品質(zhì)，明顯要好于2萬(wàn)噸炭黑反應(yīng)爐生產(chǎn)的炭黑，這點(diǎn)集中表現(xiàn)在產(chǎn)品著色強(qiáng)度(Tint)、壓縮吸油值上，4萬(wàn)噸反應(yīng)爐生產(chǎn)的產(chǎn)品Tint值比2萬(wàn)噸反應(yīng)爐生產(chǎn)的產(chǎn)品著色強(qiáng)度高3%左右，壓縮吸油值也提高了 2-3個(gè)點(diǎn)，將煤氣折算成燃料油后，4萬(wàn)噸反應(yīng)爐生產(chǎn)N326炭黑比2萬(wàn)噸反應(yīng)爐生產(chǎn)N326炭黑油耗下降約5%左右，在油品要求上，4萬(wàn)噸反應(yīng)爐生產(chǎn)N326時(shí)油品的要求更低。4萬(wàn)噸反應(yīng)爐生產(chǎn)N326工藝參數(shù)與2萬(wàn)噸反應(yīng)爐生產(chǎn)N326工藝參數(shù)比較
權(quán)利要求
，
1.1.4萬(wàn)噸硬質(zhì)炭黑反應(yīng)爐，其爐體包括依次相接的的燃燒室、喉管、反應(yīng)室、急冷段；其特征在于燃燒室包括直管段和喇叭段，直管段占到燃燒室長(zhǎng)度的2/3至3/4，直管段設(shè)有燃料入口 ；喉管包括喇叭段和直管段，所述喇叭段與燃燒室的喇叭段相接，所述喇叭段錐角為 9-15度，所述喇叭段開(kāi)放端口徑是收縮端口徑的1. 7-2. O倍；所述直管段內(nèi)徑與所述喇叭段收縮端口徑一致，直管段具有兩排原料油噴入口 ；反應(yīng)室呈喇叭狀，其收縮端與喉管直管段相接，開(kāi)放端與急冷段相接，收縮端與開(kāi)放端的口徑比為1 1.8-1 2.3，喇叭狀的反應(yīng)段上設(shè)有一孔徑為40讓-60!11111的孔；急冷段為兩節(jié)式，該兩節(jié)均為直管式，第一節(jié)內(nèi)徑與反應(yīng)室出口端內(nèi)徑一致，第二節(jié)內(nèi)徑與第一節(jié)內(nèi)徑相比是1 2-1 2.5。
2.如權(quán)利要求1所述的4萬(wàn)噸硬質(zhì)炭黑反應(yīng)爐，其特征在于所述喉管的直管段，具有兩排原料油噴入口，一排原料油噴入口直徑較大，設(shè)夾套油槍和添加煤氣槍?zhuān)硪慌旁嫌蛧娙肟谥睆捷^小，設(shè)原料油槍。
3.如權(quán)利要求1或2所述的4萬(wàn)噸硬質(zhì)炭黑反應(yīng)爐，其特征在于所述的燃燒室和喉管的內(nèi)壁采用鉻鋯系耐火材料。
4.如權(quán)利要求1或2所述的4萬(wàn)噸硬質(zhì)炭黑反應(yīng)爐，其特征在于所述的反應(yīng)室和急冷段的內(nèi)壁采用氧化鉻系耐火材料。
5.4萬(wàn)噸硬質(zhì)炭黑反應(yīng)爐炭黑生產(chǎn)工藝，燃料氣從燃料入口進(jìn)入燃燒室，在燃燒室燃燒形成高溫燃燒氣流，所述氣流將喉管處噴入的原料油帶入反應(yīng)室反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成炭黑，其特征在于所述的原料油包括芳族烴、石油系烴或脂族飽和烴；所述的燃料包括煤氣、焦?fàn)t煤氣、天然氣。
6.如權(quán)利要求5所述的4萬(wàn)噸硬質(zhì)炭黑反應(yīng)爐炭黑生產(chǎn)工藝，其特征在于所述的芳族烴包括蒽油、二蒽油、防腐油、煤焦油；所述的石油系烴包括芳族烴、雜酚油或羧酸油；所述的脂族飽和烴包括乙烯渣油、催化裂化油，乙炔系不飽和烴，乙烯系烴、戊烷或己烷。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種4萬(wàn)噸硬質(zhì)炭黑反應(yīng)爐及其炭黑生產(chǎn)工藝，炭黑反應(yīng)爐包括燃燒室、喉管、反應(yīng)室、急冷段。獨(dú)特設(shè)計(jì)的反應(yīng)爐燃燒室使炭黑生產(chǎn)的溫度場(chǎng)分布更為合理，合適的喉管角度、長(zhǎng)度及內(nèi)徑，保證原料油在喉管處得到充分汽化及剪切，設(shè)計(jì)合理的反應(yīng)段及配套的急冷段，使炭黑裂解反應(yīng)快速進(jìn)行，同時(shí)抑止副反應(yīng)的發(fā)生。本發(fā)明采用煤氣或天然氣作為燃料，原料油范圍更廣泛，炭黑生產(chǎn)產(chǎn)能高，單耗低，排污少，炭黑品質(zhì)高。
文檔編號(hào)C09C1/50GK102181178SQ20111005851
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者付志德, 付祖福, 李核疆, 楊春生, 江華光, 沈華景, 陳忠斌, 陳文星, 陳新中 申請(qǐng)人:烏海黑貓?zhí)亢谟邢挢?zé)任公司