生产软质炭黑的方法和设备技术

生产软质炭黑的方法和设备．不仅可以用气体燃料，也可以用液体燃料作燃料，主要用重质油作燃料，燃料油经喷嘴雾化后与旋转空气一起轴向进入燃烧炉．沿喉管轴线成４５度至９０度方向喷入，补充空气和补充可燃气沿反应炉切向或径向引入，炭黑烟气被水雾顺流急冷到９８０°Ｃ以下．一般采用本方法及设备可以生产多种新工艺软质炭黑和常规软质炭黑．本方法生产的软质炭黑比常规方法生产软质炭黑节约能源１０％至３０％．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
炭黑是烃类经部分氧化、裂解而生成的，主要用作橡胶补强剂、填充剂。本专利技术涉及软质炭黑的改进生产方法及相应的设备。现有炉法生产软质炭黑，通常是把空气、原料油直接加到反应炉中，在高于1000℃的温度下不完全燃烧，裂解生成炭黑。用此方式生产软质炭黑不仅能耗高，而且炭黑中常夹带硬碳而影响使用性能。或者，用天然气作燃料，在反应炉中加入天然气和空气用以调节所生产炭黑的结构。用此方式生产的炭黑虽具有能耗低和硬碳少的优点，但此方法存在以下一些不易解决的问题燃烧炉用气体燃料和用作补充反应炉中烃的气体燃料(或轻质油)不仅来源困难，而且价格昂贵。燃烧炉、反应炉的热负荷强度一般都比较高，耐火层需用特殊的耐火材料制作，但是这样的耐火材料来源困难，价格高，并且使用寿命短。切向引入反应炉用作补充烃的气体燃料(天然气等)燃烧温度较高，使反应炉内衬耐火材料易于损坏，不仅喉管热负荷强度较高，而且燃烧气对喉管的冲刷特别严重，即使采用特殊耐火材料，也损坏较快。本专利技术解决了这些问题，其要点是，采用轴向进气式旋流器和低压载体雾化双流体喷咀组成的喷燃器。此喷燃器不仅可以喷烧各种重质燃料油，如重油、煤焦油等，也可喷烧轻质油和气体燃料，有利于本专利技术的工业化应用。本专利技术反应炉引入的补充燃烧气体不仅可以是天然气，也可以是炭黑生产中分离了炭黑的尾气或其它可燃气体。这不仅使本专利技术能在所有炭黑厂广泛应用，而且反应炉耐火材料不易损坏。本专利技术采用的喉管为改进的水夹套式钢结构，它有结构简单，制造方便，使用寿命长，原料油嘴不易结焦堵塞等优点。本专利技术燃烧炉和反应炉内衬采用优质耐火材料如刚玉类制造。原料油嘴为公知的实心柱状喷射流股喷嘴。采用公知的反应炉内顺流冷却炭黑烟气的方法，冷却介质是水，组成急冷器的水喷嘴是常用的机械雾化喷嘴。参 考 文 献USP4105750本专利技术的一个目的是提供一种生产炭黑的方法，即以重质液体燃料(也可以用轻质液体燃料和气体燃料)和原料油的新工艺路线生产软质新工艺炭黑的方法，向反应炉引入炭黑生产过程尾气(也可以是其它气体燃料和氧化剂)，控制、改善、调节炭黑性能。用这个方法生产出的新工艺炭黑质量优异，并且节约大量能源。本专利技术又一个目的是提供一种常规软质炭黑改进的生产方法，提高炭黑产品质量和经济效益。本专利技术再一个目的是提供一组为使用本专利技术方法所需要的关键设备。该设备包括燃烧炉和相应的轴向喷燃器，改进的反应炉和补充燃烧气引入段，改进的喉管和公知的原料油喷射器和急冷器。本专利技术的另外一个目的是根据专利技术的观点和采用本专利技术的关键设备，生产多种炭黑产品。本专利技术的其它目的和特征可从以下叙述中了解到。用本方法可以生产N600、N500、N700系列中的任何一种新工艺炭黑或任何一种相应的常规炭黑。用本方法也可以生产其它系列炭黑产品。方法综述根据本专利技术，燃料油(或气)在燃烧炉内燃烧生成高温燃烧气流，此高温气体流经缩口加速，在缩口处和高速喷射入的原料油流股混合、雾化，进入反应炉，再和引入反应炉的补充燃烧气混合，裂解成炭黑。燃料可以是液体燃料，也可以是气体燃料。液体燃料可以是轻质油，也可以是重质油，如乙烯焦油、重油等类似的油品。燃料的低位热值应大于2.93×107J/Kg，最好大于3.56×107J/Kg。用重质油作燃料时，应把燃料油预热到85℃至250℃，最好为90℃至160℃。用轻质燃料油可以不预热。进油压力为19.6×10-2至58.8×10-2MPa，雾化气进气压为24.5×10-2至78.4×10-2MPa，最好为34.3×10-2至68.6×10-2MPa。雾化气可以是压缩空气、蒸汽或其它气体，雾化气和燃料油的重量比为0.2至0.6。燃料油首先被双流体喷嘴雾化，再被来自旋流器的旋转空气雾化，沿燃烧炉轴向进入燃烧炉。进入燃烧炉的空气是经过预热的，其预热温度为250℃至600℃，最好是350℃至450℃。空气经喷燃器的旋流器，形成高速旋转气流，同双流体雾化喷嘴雾化的一次雾化油雾相遇，对燃料进行二次雾化，在燃料用双流体雾化喷嘴下游端与风套间的环隙内的气流速度大于70米/秒，风套下游端的气流速度大于50米/秒。燃料油的一次燃烧率为130%到200%，最好是140%至180%。燃烧炉内壁最高温度不应高于1680℃，最好为1450℃至1620℃。燃烧气流在喉管中的换算速度为0.15至0.50，最好是0.20至0.35，燃烧炉和反应炉之间的压差为2.94×103至1.176×104Pa。根据本专利技术，原料油可以采用乙烯焦油、重油、蒽油、煤焦油、防腐油等单一油品或混配油，原料油的相关指数为85至175，含碳量应大于80%，沥青质和残碳含量应尽量少，原料油的预热温度为80℃至250℃，最好为90℃至180℃，进油压为49×10-2至156.8×10-2MPa，最好为68.6×10-2至117.6×10-2MPa，原料油喷射流股为实心柱状，沿喉管轴线成45度至90度喷入喉管的高温气流中。原料油柱在喉管中的穿透率为25%至70%。原料油从油喷嘴喷射出时的动能与流经喉管的高温气流在喉管喷油点断面的动能之比(即液气动能比)为30至150，最好是50至110。根据本专利技术，从喉管流出的高温燃烧气和原料油的混合气流进入改进的反应炉，在反应炉的一个适当位置引入补充空气和补充可燃气体。补充空气量为生产炭黑所需空气总量的0～30%，最好为8%至20%，补充空气和补充可燃气的化学当量比70%至130%。补充可燃气为热值大于2.93×106J/NM3的任何可燃气体。补充空气和可燃气可从反应炉的切向、周边、或纵向引入。实际空气量与燃料、原料油和补充可燃气完全燃烧所需的空气量之比，称为总燃烧率。本专利技术的炭黑生产过程总燃烧率为20%至45%。根据本专利技术，炭黑烟气在反应炉尾部被喷入的水急速冷却到980℃以下，以终止炭黑反应。急冷水是由水泵加压到78.4×10-2MPa至156.8×10-2MPa，经急冷器喷射到反应炉中，急冷水的雾流方向同反应炉中炭黑烟气流向一致。反应炉中的炭黑烟气在高温区停留时间为0.15秒至1秒，最好是0.35秒至0.7秒。粉状炭黑采用公知的方法收集和造粒。设备综述及附图说明本附图是总专利技术构思中的关键设备简图。为了便于理解本专利技术，就附图综述如下图1是关键设备简图。图2是图1中所示A-A截面简图。图3是图1中的B-B截面简图。图4是燃料喷燃器简图。在图1中，(1)是燃料喷射器(见图4)，(2)是燃烧炉，其上游为扩张形或圆筒形，扩张形的扩锥角为85度至120度。燃烧炉中段为圆筒形，下游段为收缩形，缩锥角为20度至30度，以利和喉管收缩段(5)相适应。燃烧炉长度和圆筒段内径之比为3至5.5，(3)是燃烧炉耐火层和保温层，最内层用刚玉质或优于刚玉质耐火材料制造，(4)是燃烧炉钢制外壳，(5)是喉管收缩段，其上游端和燃烧炉(2)下游端缩锥角相适应，并用法兰相互连接。5a是喉管收缩段接管，用来采样或测压，它和喉管轴线成90度方向设置。(6)是喉管直段，其上游端和喉管收缩段下游端用法兰连接。(7)是喉管扩张段，内筒为渐扩形，扩锥角为3度至10度，6a和7a分别是喉管直段和扩张段接管，它们和喉管轴线成45度至90度方向设置，沿圆周方向各均匀设置1至6个，用作喷入原料油。喉管总长度本文档来自技高网...

【技术保护点】
生产软质炭黑的方法和设备，以气体燃料为主要燃料，液体油品为原料的气／油路线生产炭黑；燃料气和空气沿燃烧炉轴向或切向输入燃烧炉，产生高温高速燃气；原料油沿缩口轴向或径向喷射到流经缩口的燃气中，经反应形成的炭黑烟气和反应炉引入的补充可燃气和空气相混合而形成的炭黑烟气，被水雾冷却后，输送到收集和造粒系统。夹套型或圆筒形（卧式）燃烧炉和反应炉的热负荷强度高，其耐火层用特殊耐火材料制成。本专利技术的特征在于，不仅气体燃料、轻质油且主要用重质油燃料生产软质炭黑；燃料及其燃料燃烧、雾化用气 都从燃烧炉（２）轴向送入；原料油以实心圆柱状流股沿喉管（６，７）轴线成４５度至９０度方向喷射到高温高速燃气流中，补充可燃气和空气从反应炉切向或径向引入，补充可燃气不仅可用天然气或其它可燃气体，更主要是采用流程中废弃的尾气；使用纸压双流体雾化咀与轴向进气式旋流器组成的燃料喷燃器（１）；燃烧炉（２）的内层耐火层（３）和反应炉（９）的内层耐火层（１３），用公知的刚玉质或优于刚玉质的耐火材料制成。

【技术特征摘要】
1.生产软质炭黑的方法和设备，以气体燃料为主要燃料，液体油品为原料的气/油路线生产炭黑；燃料气和空气沿燃烧炉轴向或切向输入燃烧炉，产生高温高速燃气；原料油沿缩口轴向或径向喷射到流经缩口的燃气中，经反应形成的炭黑烟气和反应炉引入的补充可燃气和空气相混合而形成的炭黑烟气，被水雾冷却后，输送到收集和造粒系统。夹套型或圆筒形(卧式)燃烧炉和反应炉的热负荷强度高，其耐火层用特殊耐火材料制成。本发明的特征在于，不仅气体燃料、轻质油且主要用重质油燃料生产软质炭黑；燃料及其燃料燃烧、雾化用气都从燃烧炉(2)轴向送入；原料油以实心圆柱状流股沿喉管(6，7)轴线成45度至90度方向喷射到高温高速燃气流中，被充可燃气和空气从反应炉切向或径向引入，补充可燃气不仅可用天然气或其它可燃气体，更主要是采用流程中废弃的尾气；使用纸压双流体雾化咀与轴向进气式旋流器组成的燃料喷燃器(1)；燃烧炉(2)的内层耐火层(3)和反应炉(9)的内层耐火层(13)，用公知的刚玉质或优于刚玉质的耐火材料制成。2.按照权利要求1所述生产炭黑的方法，其特征在于，不仅是生产N500、N600、N700系列的任何一种新工艺炭黑的方法，而且是生产N500、N600、N700系列任何一种常规炭黑的方法。3.按照权利要求1和2所述生产炭黑的方法，其特征在于燃料燃烧用空气的预热温度为250℃至600℃，最好是350℃至450℃，在燃料用双流体雾化喷咀(18)下游端与风套(17)间的环隙内的气流速度大于70米/秒，风套下游端的气流速度大于50米/秒。4.按照权利要求1和2所述生产炭黑的方法，其特征在于使用的燃料不仅可以是气体燃料或轻质油类燃料，而且主要是重油或重质油，燃料的低位热值大于2.93×107J/Kg，当用油作燃料时，进油压为19.6×10-2MPa至78.4×10-2MPa，最好是29.4×10-2MPa至58.8×10-2MPa;燃料油被双流体雾化喷咀和燃烧空气二次雾化后，沿燃烧炉轴向进入燃烧炉中，完全燃烧形成高温旋转气流，其一次燃烧率为130%到200%，最好是140%至180%;重质燃料油的预热温度为85℃至250℃，最好为90℃至160℃，轻质燃料油可以不预热;双流体雾化喷咀用雾化气体可以是压缩空气、蒸汽或其它气体;雾化气和燃料油重量比为0.2至0.6。5.按照权利要求4所述的高温旋转气流，其特征在于该气流在燃烧炉(2)内壁的最高温度不大于1680℃，最好是1450℃至1620℃，该气流在喉管中的换算速度为0.15至0.50，最好是0.2至0.35。6.按照权利要求1和2所述生产炭黑的方法，其特征在于使用的原料油是相关指数为85至175的重油、乙烯焦油、蒽油、煤焦油等，或者它们的混配油;原料油的预热温度为80℃至250℃，最好为90℃至180℃，进油压为49×10-2MPa至156.8×10-2MPa，最好为68.6×10-2MPa至117.6×10-2MPa;原料油、燃烧炉用燃料和反应炉补充燃料的总燃烧率为20%至45%;原料油柱在喉...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡文海，朱昶中，陈建国，
申请(专利权)人：化学工业部炭黑工业研究设计所，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]