專利名稱：炭黑反應(yīng)爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與制造炭黑的反應(yīng)爐有關(guān)。具體來說，本發(fā)明涉及一種可在制造炭黑時更好地混合碳基原料和燃燒空氣的反應(yīng)爐。
背景技術(shù)：
制造炭黑的工藝通常包括部分熱解碳基原料，其中，原料可以是氣體或液體形態(tài)。雖然有多種用于獲取炭黑的工藝，但最常用的是爐黑工藝，該工藝利用不完全燃燒的FCC焦油、煤焦油和乙烯裂解焦油等重質(zhì)石油產(chǎn)物組成的液體原料來產(chǎn)生炭黑。在爐黑工藝中，通常采用以空氣流形式供應(yīng)的過量氧氣或具有耐火材料襯里的空·間內(nèi)的含氧氣體燃燒碳氫燃料(如天然氣或燃油)以產(chǎn)生高溫燃燒氣體。將要熱解和脫氫的液體原料噴灑至高溫燃燒氣體中以獲得懸浮在氣體內(nèi)的炭黑顆粒。從氣體中分離并收集蓬松粉末形態(tài)的炭黑顆粒。然后通過傳統(tǒng)制粒方法對收集的顆粒進行制粒。炭黑用于制造汽車和飛機的氣胎，用作人造橡膠的加固填充劑，用作塑料、油漆和印刷油墨的色素或著色劑。用于爐黑工藝的反應(yīng)爐通常包括一個燃燒室、一個混合室和一個反應(yīng)室，它們沿反應(yīng)爐軸線布置以形成從燃燒室經(jīng)由混合室到反應(yīng)室的反應(yīng)介質(zhì)流動路線。液體原料通常噴灑在混合室中以實現(xiàn)液體原料與高溫燃燒氣體的高密度混合。然后混合物進入反應(yīng)室，發(fā)生實際炭黑形成過程。最后，下游噴水停止反應(yīng)。影響炭黑形成的因素包括高溫燃燒氣體中的空氣/氧氣過量，燃料的燃燒效率，以及從原料在高溫燃燒氣體中混合到完成反應(yīng)的反應(yīng)或駐留時間。燃料的燃燒效率很大程度上取決于燃料與燃燒空氣/氧氣的混合程度。通常，燃燒空氣在燃燒室內(nèi)預(yù)熱至800°C左右的溫度，然后與燃料混合，以獲得高溫燃燒氣體。改進燃燒空氣與燃料之間的混合可以提高燃燒效率，從而提高高溫燃燒氣體的溫度。通常，高溫燃燒氣體的溫度越高，形成的炭黑顆粒越小。過去曾多次提供改進爐黑工藝的炭黑反應(yīng)爐，以提高效率，改進工藝控制，并生產(chǎn)不同精度的炭黑等級。一些公開的先前技術(shù)如下所示美國專利號7625527公開一種炭黑反應(yīng)爐，通過增加高溫燃燒氣體和原料之間的接觸效率來提高原料到炭黑的轉(zhuǎn)化率。炭黑反應(yīng)爐的組成包括用于產(chǎn)生高溫燃燒氣體的燃燒區(qū)域；具有兩個或更多引入原料點的反應(yīng)區(qū)域，通過使燃燒氣體與多條采用分割流動引入的原料接觸來生產(chǎn)炭黑；通過注入冷卻劑以停止反應(yīng)的急冷區(qū)域，三個區(qū)域按順序橫向排列。炭黑反應(yīng)爐獲得的炭黑具有均勻的特性，尤其是聚合物大小分布方面。中國專利號2341708公開一種炭黑反應(yīng)爐-表面氧化和流化床。反應(yīng)爐的組成包括反應(yīng)爐主體，爐黑入口，爐黑出口，化合物分配板，空氣室，空氣入口以及空氣出口，反應(yīng)爐中布置3至7塊隔板形成4至8個流化室以獲得多階段混合流。該反應(yīng)爐的制造簡單，成本低，生產(chǎn)用于各行業(yè)著色的炭黑。美國專利號4590040公開一種炭黑反應(yīng)爐，經(jīng)過改良可減少因預(yù)燃燒區(qū)域過多湍流造成的壓力降。炭黑反應(yīng)爐的組成包括帶圓柱形側(cè)壁、上游端和下游端的預(yù)燃燒區(qū)域；多條用于輸送燃燒氣體的通道，通道開口沿預(yù)燃燒區(qū)域切線方向通過側(cè)壁；預(yù)燃燒區(qū)域內(nèi)的多個半圓坡面，它們決定上游端以引導(dǎo)沿切線方向引入的燃燒氣體蒸汽流動。裝置避免其他沿切線方向引入的氣體蒸汽之間的湍流影響以減小造成的壓力降。美國專利號4347218公開的一種裝置可用于生產(chǎn)不同精度的炭黑等級，同時，尤其避免反應(yīng)爐在碳氫化合物和空氣進入?yún)^(qū)域的熱超載。裝置組成包括反應(yīng)爐，包含用于形成炭黑的反應(yīng)室；多個無罩進給裝置，用于向反應(yīng)室提供空氣和向排出端附近的空氣噴灑碳氫化合物；熱交換器，用于控制反應(yīng)爐輸出空氣和產(chǎn)生的炭黑的溫度。美國專利號2004213728公開一種在具有流動軸的爐黑反應(yīng)爐中生產(chǎn)爐黑的工藝。工藝組成包括將燃料和燃燒空氣引入氣體爐頭，通過氣體爐頭沿軸向注入蒸汽，從而在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生高溫燃燒氣體流；將高溫燃燒氣體沿流動軸從燃燒室通過窄點送入反應(yīng)區(qū)域，將炭黑原材料混入高溫燃燒氣體的窄點上游、中游或下游；噴水以停止反應(yīng)區(qū)域的反應(yīng)下游。工藝在反應(yīng)爐中產(chǎn)生深色爐黑。 對以上列出的現(xiàn)有技術(shù)公開的炭黑反應(yīng)爐進行改裝以提高工藝效率、增強工藝控制或提供不同精度的炭黑等級。本發(fā)明即介紹此類炭黑反應(yīng)爐，主要改進用于增強燃燒空氣/氧氣和燃料之間的混合，提高燃燒效率并提供更高溫度的高溫燃燒氣體。此外，本發(fā)明還提供炭黑反應(yīng)爐組成裝置，可提高通過反應(yīng)爐的原料流速，同時保持炭黑的質(zhì)量參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供用于制造炭黑的反應(yīng)爐。本發(fā)明的另一個目的是提供改善炭黑制造過程中燃燒室內(nèi)燃燒空氣和燃料混合的反應(yīng)爐。本發(fā)明還有一個目的是提供可提高通過反應(yīng)爐的原料流速而不損失任何質(zhì)量的反應(yīng)爐組成裝置。本發(fā)明的最后一個目的是提供可改進工藝生產(chǎn)效率并提高產(chǎn)品質(zhì)量的用于制造炭黑的反應(yīng)爐。本發(fā)明公開一種使用爐黑工藝制造炭黑的反應(yīng)爐，所述的反應(yīng)爐包括
■用于產(chǎn)生高溫燃燒氣體的燃燒室，所述燃燒室由以下設(shè)備組成
位于所述反應(yīng)爐有效運轉(zhuǎn)縱軸上的燃料爐頭；
與所述燃料爐頭垂直的進氣口，用于接納燃燒空氣；
位于所述反應(yīng)爐有效運轉(zhuǎn)縱軸上的流動導(dǎo)向裝置，靠近所述燃料爐頭并位于燃料爐和進氣口中間，因此處于燃燒空氣流動路線中以改變流動路線；
■位于所述反應(yīng)爐有效運轉(zhuǎn)縱軸上、燃燒室之后的反應(yīng)室，反應(yīng)室經(jīng)過改裝可接納來自燃燒室的高溫燃燒氣體和碳基原料以形成炭黑。根據(jù)本發(fā)明，流動弓I導(dǎo)裝置通常是一組環(huán)形缸。根據(jù)本發(fā)明，流動弓I導(dǎo)裝置也可以是一組漸縮環(huán)形缸。根據(jù)本發(fā)明，流動引導(dǎo)裝置最好從一致環(huán)形缸、漸縮環(huán)形缸、隔板、葉片、翼片和類似裝置組合中選擇至少一種?；蛘撸鶕?jù)本發(fā)明，流動引導(dǎo)裝置也可以是一組環(huán)形缸，并從隔板、葉片、翼片中選擇至少一種裝置，沿缸有效運轉(zhuǎn)長度布置。本發(fā)明公開一種用于制造炭黑的流程，包括以下步驟
■在位于反應(yīng)爐有效運轉(zhuǎn)縱軸上的燃料爐頭中燃燒燃料以制造炭黑；
■通過與所述燃料爐頭垂直的進氣口接納燃燒空氣；
■通過所述反應(yīng)爐有效運轉(zhuǎn)縱軸上、燃料爐和進氣口之間、燃料爐頭附近的流動導(dǎo)向裝置，改變?nèi)紵諝獾牧鲃勇肪€；
■在燃燒室內(nèi)形成燃燒空氣和燃料之間的高效混合，從而產(chǎn)生溫度介于1000-220(TC之間的高溫燃燒氣體；
■在所述反應(yīng)爐有效運轉(zhuǎn)縱軸上、燃燒室之后的反應(yīng)室內(nèi)接納高溫燃燒氣體，并送入碳基原料以制造炭黑。 根據(jù)本發(fā)明，工藝通常包括制造從硬黑到軟黑等級組選擇的炭黑等級。


現(xiàn)在將借助隨附圖紙介紹發(fā)明，其中圖I介紹炭黑反應(yīng)爐示意圖，顯示本發(fā)明的流動引導(dǎo)裝置；圖2介紹本發(fā)明炭黑反應(yīng)爐替代流動引導(dǎo)裝置示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將借助不限制發(fā)明范圍的隨附圖紙介紹發(fā)明。所提供的說明完全通過示例和示意圖方式進行。本發(fā)明設(shè)計了一種用于制造炭黑的反應(yīng)爐以及其蘊含的爐黑工藝。本發(fā)明的反應(yīng)爐經(jīng)過改裝以增強燃燒室中的燃燒空氣和燃料混合，從而提高燃料燃燒效率并產(chǎn)生溫度范圍為1000-2200°C的高溫燃燒氣體。接下來，這些高溫燃燒氣體在反應(yīng)室內(nèi)與碳氫原料反應(yīng)以獲得炭黑。本發(fā)明可提高炭黑產(chǎn)量高達20%。參考圖1，這里圖示本發(fā)明的炭黑反應(yīng)爐，反應(yīng)爐在圖I中通常用數(shù)字100表示。反應(yīng)爐100組成包括燃燒室102，具有燃料爐頭106，進氣口 108和流動引導(dǎo)裝置110 ;反應(yīng)室104，沿反應(yīng)爐100縱向流動軸方向，在燃燒室102之后。在燃燒室102中，燃油或天然氣等碳氫燃料在存在過量氧氣的情況下燃燒以產(chǎn)生高溫燃燒氣體，氧氣通常以空氣流提供，此處稱燃燒氣體。在燃燒室102中，燃料爐頭106位于反應(yīng)爐100的有效運轉(zhuǎn)縱軸上，進氣口 108通常與燃料爐頭106垂直。燃燒空氣進入進氣口 108并流向燃料爐頭106。流動引導(dǎo)裝置110位于燃燒空氣流動路線上，燃料爐頭106和進氣口 108之間。流動引導(dǎo)裝置110位于反應(yīng)爐100有效運轉(zhuǎn)縱軸上，靠近燃料爐頭106而不是進氣口 108。進入進氣口 108的燃燒空氣沿圖I中112標記的流動路線流動。在接觸燃料爐頭106的燃料前，流動引導(dǎo)裝置110改變?nèi)紵諝獾牧鲃勇肪€112。由于燃燒氣體流動路線112的改動，燃料和燃燒空氣之間的混合得以增強，從而提高燃料燃燒效率，并獲得更高溫度的燃燒氣體，通常溫度范圍為1000-2200°C。流動引導(dǎo)裝置110進一步協(xié)助穩(wěn)定燃料爐頭106的火焰，并維持反應(yīng)爐100有效運轉(zhuǎn)縱軸上的火焰。這樣有助于提高反應(yīng)爐100的耐火襯里114的壽命。流動引導(dǎo)裝置110是從一致環(huán)形缸、漸縮環(huán)形缸、隔板、葉片、翼片和類似裝置組合中選擇至少一種。流動引導(dǎo)裝置110可以是一組環(huán)形缸(如圖I所示)或一組漸縮環(huán)形缸(圖中未顯示)。此外，這些環(huán)形缸可以在側(cè)壁上沿缸長度方向提供多個隔板、葉片或翼片，示意圖如圖2所示。對于多個環(huán)形缸(無論是漸縮還是一致)，也可以在最里面的環(huán)形缸內(nèi)提供多個葉片或翼片。參考圖2，流動引導(dǎo)裝置110的各種不同形式以在圖2a、2b、2c和2f中表示，其中葉片或翼片204位于環(huán)形缸202內(nèi)。葉片/翼片204在圖2d和2e中圖示由于采用流動引導(dǎo)裝置110，獲得的高溫燃燒氣體溫度提高。高溫燃燒氣體經(jīng)過反應(yīng)爐100，從燃燒室102到達反應(yīng)室104。在反應(yīng)室104中，這些氣體與碳基原料反應(yīng)以生產(chǎn)炭黑。使用流動引導(dǎo)裝置110后，炭黑產(chǎn)量可提高5-20%。本發(fā)明的反應(yīng)爐以及其中的工藝適合制造硬黑或軟黑等級炭黑。測試結(jié)果現(xiàn)在將用以下示例描述發(fā)明，這些示例不以任何方式限制發(fā)明范圍，僅為發(fā)明舉例。示例 1 :表1 :對具備流動導(dǎo)向裝置110和不具備流動導(dǎo)向裝置的爐黑工藝的進行比較分析。
權(quán)利要求
1.使用爐黑工藝制造炭黑的反應(yīng)爐，所述反應(yīng)爐包括 ■用于產(chǎn)生高溫燃燒氣體的燃燒室，所述燃燒室由以下設(shè)備組成 位于所述反應(yīng)爐有效運轉(zhuǎn)縱軸上的燃料爐頭； 與所述燃料爐頭垂直的進氣口，用于接納燃燒空氣； 位于所述反應(yīng)爐有效運轉(zhuǎn)縱軸上的流動導(dǎo)向裝置，靠近所述燃料爐頭并位于燃料爐頭和進氣口中間，因此處于燃燒空氣流動路線中以改變流動路線； ■位于所述反應(yīng)爐有效運轉(zhuǎn)縱軸上、燃燒室之后的反應(yīng)室，反應(yīng)室適合于接納來自燃燒室的高溫燃燒氣體和碳基原料以形成炭黑。
2.權(quán)利要求I中要求的反應(yīng)爐，其中流動引導(dǎo)裝置是一組環(huán)形缸。
3.權(quán)利要求I中要求的反應(yīng)爐，其中流動引導(dǎo)裝置是一組漸縮環(huán)形缸。
4.權(quán)利要求I中要求的反應(yīng)爐，其中流動引導(dǎo)裝置是從一致環(huán)形缸、漸縮環(huán)形缸、隔板、葉片、翼片和類似裝置組合中選擇至少一種。
5.權(quán)利要求I中要求的反應(yīng)爐，其中流動引導(dǎo)裝置是一組環(huán)形缸，并從隔板、葉片、翼片中選擇至少一種裝置，沿缸有效運轉(zhuǎn)長度布置。
6.制造炭黑的工藝包括以下步驟 ■在位于反應(yīng)爐有效運轉(zhuǎn)縱軸上的燃料爐頭中燃燒燃料以制造炭黑； ■通過與所述燃料爐頭垂直的進氣口接納燃燒空氣； ■通過所述反應(yīng)爐有效運轉(zhuǎn)縱軸上、燃料爐頭和進氣口之間、燃料爐頭附近的流動導(dǎo)向裝置，改變?nèi)紵諝獾牧鲃勇肪€； ■在燃燒室內(nèi)形成燃燒空氣和燃料之間的高效混合，從而產(chǎn)生溫度介于1000-220(TC之間的高溫燃燒氣體； ■在所述反應(yīng)爐有效運轉(zhuǎn)縱軸上、燃燒室之后的反應(yīng)室內(nèi)接納高溫燃燒氣體，并送入碳基原料以制造炭黑。
7.權(quán)利要求6中要求的工藝，包括制造從硬黑到軟黑等級組選擇的炭黑等級的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開一種用于制造炭黑的反應(yīng)爐(100)，所述反應(yīng)爐(100)包含流動引導(dǎo)裝置(110)，該裝置位于燃料爐頭(106)和進氣口(108)之間，用于改變進入進氣口(108)的燃燒空氣流動路線以實現(xiàn)燃料和燃燒空氣之間的更好混合，從而提高反應(yīng)室(104)后續(xù)接納的用于與碳基原料反應(yīng)以產(chǎn)生炭黑的高溫燃燒氣體溫度。本發(fā)明的反應(yīng)爐(100)可提高炭黑產(chǎn)量5-20％。此外，流動引導(dǎo)裝置(110)的加入可穩(wěn)定燃料爐頭(106)的火焰以保持在反應(yīng)爐軸線上，從而延長耐火襯里(114)的壽命。
文檔編號C09C1/50GK102892839SQ201180021230
公開日2013年1月23日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者胡安·羅德里格斯, 比普爾·辛哈, 維韋克·維坦卡 申請人:埃迪亞貝拉努沃有限公司, 埃迪亞貝拉科技有限公司