專利名稱：富氫氣氣體助產(chǎn)的熱裂法炭黑生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及涉及國際專利分類C09C1/50爐法炭黑的處理方法，尤其是富氫氣氣體助產(chǎn)的熱裂法炭黑生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
公知技術(shù)中，半補強炭黑是以天然氣為原料在缺氧不完全燃燒，部分天然氣在1400°C至1100°C裂解生成，常規(guī)半補強反應爐都采用雙爐頭結(jié)構(gòu)，如附圖I和2所示，由兩個反應爐頭和一個總煙道反應室組成，空氣由空氣進口 I切向旋轉(zhuǎn)進入爐膛3，天然氣經(jīng)天然氣進口 5接入噴燃器2火嘴噴入爐膛3，邊燃燒邊裂解，高溫混合氣經(jīng)三岔口總煙道進入反應段4反應室，繼續(xù)裂解反應后噴急冷水由急冷水入口 6進入終止反應。該爐型產(chǎn)量只 210kg/h。助燃空氣和燃燒、裂解天然氣也從爐頭進入爐膛3邊燃燒邊裂解，其單爐產(chǎn)量有限，只有210kg/h，而且調(diào)整產(chǎn)品質(zhì)量手段不多，余熱綜合利用程度不高等缺陷，能耗高，例如，新疆雅克拉炭黑有限責任公司多年從事半補強炭黑生產(chǎn)，又新建2000t/a熱裂法炭黑生產(chǎn)線，產(chǎn)生大量的富氫氣氣體，熱值在14000KJ/M3至15000KJ/M3，為此為了有效利用這些富氫氣氣體，需要不斷研發(fā)改進技術(shù)。在現(xiàn)有技術(shù)中，關于炭黑生產(chǎn)中富氫氣氣體助產(chǎn)利用的相關方法公開未見，，但是關于炭黑生產(chǎn)的技術(shù)方案有較少篇公開，如中國專利申請93104525. 8應用基于由天然氣或甲烷而產(chǎn)生的純炭黑作為橡膠工業(yè)特別適用的混合物，顏料和印刷油墨，冶金工業(yè)的還原材料，鋁生產(chǎn)中的陽極材料和鋼鐵工業(yè)的脫碳材料。中國專利申請93105483. 4生產(chǎn)炭黑的系統(tǒng)由烴分解生產(chǎn)炭黑和氫的系統(tǒng)，裝有與熱分解反應器(I)連接的具有可調(diào)溫度區(qū)域的反應器(2)，以影響和控制炭黑的性質(zhì)和改進該炭黑的表面和結(jié)構(gòu)。該反應器具有在各種溫度區(qū)域內(nèi)供氣和供原料的裝置。反應器
(2)下游有反應產(chǎn)物的冷卻器(3)，能預熱原料氣和等離子體氣，其后是旋風分離器(4，5)，以分離炭成分中的粗顆粒，它與過濾裝置(7)連接，將粒度和結(jié)構(gòu)符合要求的炭黑過濾到筒(8)中再進一步處理。該系統(tǒng)裝有管道返回反應器(2)和向化學工業(yè)輸送部分氫。中國專利申請201010160179. 9甲烷高溫裂解聯(lián)產(chǎn)炭黑及高純氫氣的方法，以熱值為1300-1500kcal/Nm3的低熱值燃氣為燃料，以含甲烷氣體為原料，采取控量供氧助燃低熱值燃氣充分燃燒，反應爐蓄熱并排除余氣-甲烷裂解交替工作模式，營造甲烷無氧高溫裂解反應環(huán)境，具體包括助燃氣體調(diào)節(jié)，反應爐蓄熱、排除余氣，甲烷裂解，收集炭黑，純化制氫工序。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種富氫氣氣體助產(chǎn)的熱裂法炭黑生產(chǎn)工藝，有效利用富氫氣氣體助產(chǎn)，同時產(chǎn)量明顯提高。本發(fā)明的發(fā)明目的是通過如下技術(shù)措施實現(xiàn)的在半補強炭黑生產(chǎn)過程中，熱裂法炭黑產(chǎn)生富氫氣氣體取代部分天然氣作為燃料和助燃空氣一起進入燃燒室進行燃燒，在爐膛內(nèi)充分燃燒后，產(chǎn)生1450°C至1800°C高溫氣體并以lOOm/s至200m/s速度與高速射入原料天然氣混合，在高溫高速氣流作用下，使原料天然氣與高溫氣體快速混合和裂解，然后，原料天然氣混合高溫氣流混合體進入煙道反應室繼續(xù)進行裂解，最后冷卻水急冷終止裂解反應，制得炭黑。本發(fā)明原理在于，因熱裂法炭黑產(chǎn)生富氫氣氣體中的氫氣燃燒速度快，相同體積爐膛3可明顯增加產(chǎn)量。本發(fā)明的有益效果是用熱裂法炭黑裂解產(chǎn)生的富氫氣氣體作為助產(chǎn)或燃燃料生產(chǎn)半補強炭黑，充分利用富氫氣氣體作為低熱值燃氣資源，反應效率高，工藝簡便，而且溫室氣體排放少，燃燒速度快，可明顯增加產(chǎn)量。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)中通用生產(chǎn)半補強炭黑反應爐結(jié)構(gòu)示意2是圖I俯視部分結(jié)構(gòu)示意3是本發(fā)明中的結(jié)構(gòu)示意4是圖3中反應爐體結(jié)構(gòu)側(cè)向示意圖附圖標記空氣進口 I，噴燃器2，爐膛3，反應段4，天然氣進口 5，急冷水入口 6，富氫氣氣體入口 7，燃燒室8，來自熱裂解法炭黑富氫氣氣體9，氣柜10，喉管11，煙道反應室12。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和實施例進一步說明。在半補強炭黑生產(chǎn)過程中，熱裂法炭黑產(chǎn)生富氫氣氣體取代部分天然氣作為燃料和助燃空氣一起進入燃燒室8進行燃燒，在爐膛3內(nèi)充分燃燒后，產(chǎn)生1450°C至1800°C高溫氣體并以IOOm/s至200m/s速度與高速射入原料天然氣混合,在高溫高速氣流作用下，使原料天然氣與高溫氣體快速混合和裂解，然后，原料天然氣混合高溫氣流混合體進入煙道反應室12繼續(xù)進行裂解，最后冷卻水急冷終止裂解反應，制得炭黑。作為實施例，本發(fā)明中的反應設備具有獨特結(jié)構(gòu)，如附圖3所示，反應塔頂部兩側(cè)分別水平對稱安裝軸線與塔體軸線垂直的燃燒室8，而且，這兩個燃燒室8軸線分別沿相對兩側(cè)切向接入爐膛3，安裝兩側(cè)燃燒室8的外端安裝空氣進口 I、富氫氣氣體入口 7和噴燃器2，氣柜10連接兩側(cè)的富氫氣氣體入口 7。來自熱裂解法炭黑富氫氣氣體9進入氣柜10。在本實施例中，由燃燒室8、爐膛3、喉管11和煙道反應室12四部分構(gòu)成反應段4。
在本實施例中，如附圖4所示，爐膛3下部連接喉管11，天然氣進口 5安裝于喉管11上，喉管11下部連接煙道反應室12，煙道反應室12中部安裝急冷水入口 6。前述中，反應塔頂部兩側(cè)這兩個燃燒室8內(nèi)徑為爐膛3內(nèi)徑的一半。本發(fā)明中，用熱裂法炭黑裂解產(chǎn)生的富氫氣氣體作為助產(chǎn)或燃燃料生產(chǎn)半補強炭
M
O本發(fā)明利用熱裂法炭黑產(chǎn)生富氫氣氣體，并引入反應段4內(nèi)助產(chǎn)使達到綜合利用。
本發(fā)明中，以熱值12500KJ/NM3至15000KJ/NM富氫氣氣體取代部分天然氣引入反應爐生產(chǎn)半補強炭黑，燃料的熱值低，同時，燃料從特殊氣槍經(jīng)噴燃器2進入燃燒室8燃燒，燃氣流在喉管11與在此進入的原料天然氣混合反應進入反應段4。作為實施例，本發(fā)明中，熱裂法炭黑裂解后富氫氣氣體經(jīng)氣固分離洗滌后進入氣柜10貯存，然后經(jīng)風機送到專用氣槍，富氫氣氣體流量為900NM3/h至1200NM3/h，富氫氣氣體分兩路進入兩側(cè)的燃燒室8，空氣流量3600NM3/h至4800NM3/h，經(jīng)空氣預熱器將空氣預熱到150°C分兩路進入噴燃器2，富氫氣氣體與空氣混合燃燒，原料天然氣流量1850匪3/h以150m/h速度在喉管11處噴入爐內(nèi)，由急冷水入口 6噴入5000kg/h急冷水，經(jīng)收集系統(tǒng)收集造粒，產(chǎn)量345kg/h。產(chǎn)品質(zhì)量符合GB3778_2011半補強炭黑標準。前述中，富氫氣氣體經(jīng)兩個特殊設計的氣槍噴入燃燒室8并與進入燃燒室8的助燃空氣一起燃燒，結(jié)爐膛3充分燃燒后產(chǎn)生1450°C至1800°C高溫氣流，在喉管11處與高速射入天然氣快速混合和裂解、在煙道反應室12繼續(xù)進行裂解反應，最用急冷水終止反應。 本發(fā)明實施例中，在半補強炭黑生產(chǎn)過程中，熱裂法炭黑產(chǎn)生富氫氣氣體取代部分天然氣作為燃料和助燃空氣分別由空氣進口 I和天然氣進口 5 —起進入第一段燃燒室8進行燃燒，燃燒氣流切向進入第二段爐膛3，在爐膛3內(nèi)充分燃燒后，產(chǎn)生1450°C至1800°C高溫氣體并以100m/s至200m/s速度通過第三段喉管11與由天然氣進口 5進入喉管11的高速射入原料天然氣混合，在高溫高速氣流作用下，使原料天然氣與高溫氣體快速混合和裂解，然后，原料天然氣混合高溫氣流混合體進入第四段煙道反應室12繼續(xù)進行裂解，最后在急冷水入口 6引入冷卻水急冷終止裂解反應。本發(fā)明中，因熱裂法炭黑產(chǎn)生富氫氣氣體中的氫氣燃燒速度快，相同體積爐膛3可明顯增加產(chǎn)量。
權(quán)利要求
1.富氫氣氣體助產(chǎn)的熱裂法炭黑生產(chǎn)工藝，其特征是在半補強炭黑生產(chǎn)過程中，熱裂法炭黑產(chǎn)生富氫氣氣體取代部分天然氣作為燃料和助燃空氣一起進入燃燒室(8)進行燃燒，在爐膛(3)內(nèi)充分燃燒后，產(chǎn)生1450°C至1800°C高溫氣體并以100m/s至200m/s速度與高速射入原料天然氣混合，在高溫高速氣流作用下，使原料天然氣與高溫氣體快速混合和裂解，然后，原料天然氣混合高溫氣流混合體進入煙道反應室(12)繼續(xù)進行裂解，最后冷卻水急冷終止裂解反應，制得炭黑。
2.一種富氫氣氣體助產(chǎn)的熱裂法炭黑生產(chǎn)工藝的設備，其特征在于，反應塔頂部兩側(cè)分別水平對稱安裝軸線與塔體軸線垂直的燃燒室(8)，而且，這兩個燃燒室(8)軸線分別沿相對兩側(cè)切向接入爐膛(3)，安裝兩側(cè)燃燒室(8)的外端安裝空氣進口(I)、富氫氣氣體入口(7)和噴燃器(2)，氣柜(10)連接兩側(cè)的富氫氣氣體入口(7)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種富氫氣氣體助產(chǎn)的熱裂法炭黑生產(chǎn)工藝的設備，其特征在于，由燃燒室(8)、爐膛(3)、喉管(11)和煙道反應室(12)四部分構(gòu)成反應段(4)。
4.如權(quán)利要求2所述的一種富氫氣氣體助產(chǎn)的熱裂法炭黑生產(chǎn)工藝的設備，其特征在于，爐膛(3)下部連接喉管(11)，天然氣進口(5)安裝于喉管(11)上，喉管(11)下部連接煙道反應室(12)，煙道反應室(12)中部安裝急冷水入口(6)。
5.如權(quán)利要求2所述的一種富氫氣氣體助產(chǎn)的熱裂法炭黑生產(chǎn)工藝的設備，其特征在于，反應塔頂部兩側(cè)這兩個燃燒室(8)內(nèi)徑為爐膛(3)內(nèi)徑的一半。
6.如權(quán)利要求I所述的富氫氣氣體助產(chǎn)的熱裂法炭黑生產(chǎn)工藝，其特征在于，以熱值12500KJ/NM3至15000KJ/NM富氫氣氣體取代部分天然氣引入反應爐生產(chǎn)半補強炭黑。
7.如權(quán)利要求I所述的富氫氣氣體助產(chǎn)的熱裂法炭黑生產(chǎn)工藝，其特征在于，熱裂法炭黑裂解后富氫氣氣體經(jīng)氣固分離洗滌后進入氣柜(10)貯存，然后經(jīng)風機送到專用氣槍，富氫氣氣體流量為900匪3/h至1200NM3/h，富氫氣氣體分兩路進入兩側(cè)的燃燒室(8)，空氣流量3600NM3/h至4800NM3/h，經(jīng)空氣預熱器將空氣預熱到150°C分兩路進入噴燃器(2)，富氫氣氣體與空氣混合燃燒，原料天然氣流量1850NM3/h以150m/h速度在喉管(11)處噴入爐內(nèi)，由急冷水入口(6)噴入5000kg/h急冷水，經(jīng)收集系統(tǒng)收集造粒，產(chǎn)量345kg/h。
全文摘要
富氫氣氣體助產(chǎn)的熱裂法炭黑生產(chǎn)工藝，在半補強炭黑生產(chǎn)過程中，熱裂法炭黑產(chǎn)生富氫氣氣體取代部分天然氣作為燃料和助燃空氣一起進入燃燒室(8)進行燃燒，在爐膛(3)內(nèi)充分燃燒后，產(chǎn)生1450℃至1800℃高溫氣體并以100m/s至200m/s速度與高速射入原料天然氣混合，在高溫高速氣流作用下，使原料天然氣與高溫氣體快速混合和裂解，然后，原料天然氣混合高溫氣流混合體進入煙道反應室(12)繼續(xù)進行裂解，最后冷卻水急冷終止裂解反應，制得炭黑。充分利用富氫氣氣體作為低熱值燃氣資源，反應效率高，工藝簡便，而且溫室氣體排放少，燃燒速度快，可明顯增加產(chǎn)量。
文檔編號F27B17/00GK102964883SQ20121053613
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者趙寬明, 王國元, 王星明, 昌廣金, 孔慶光 申請人:新疆雅克拉炭黑有限責任公司