一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法技术

本发明专利技术提供一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法，属于炭黑制备技术领域。包括：1)富甲烷气和氢气进入等离子反应器发生等离子体裂解反应，裂解气通过旋风分离器和布袋除尘器分离收集大部分固体炭黑；2)含有少量炭黑的气体由底部进入洗涤塔，经水洗后气体从塔顶排出，同时洗涤塔上部引出气体进入静电除尘器进行电除尘处理，进一步清除微细炭黑颗粒后，再返回洗涤塔下部；3)塔顶气体经PSA分离出副产品氢气，烃类和少量氢气返回等离子反应器，塔底液体和静电除尘器出来的炭黑水经过滤后，过滤水返回洗涤塔，过滤出的炭黑经干燥后作为产品收集。本发明专利技术原料利用率高，炭黑收率高，产物纯净，有利于减少炭黑废水的排放，实现清洁生产。

A method of producing carbon black from methane-rich gas by plasma pyrolysis

The invention provides a method for producing carbon black by plasma pyrolysis of methane-rich gas, which belongs to the technical field of carbon black preparation. Including: 1) methane-rich gas and hydrogen enter the plasma reactor for plasma pyrolysis reaction, and pyrolysis gas collects most of solid carbon black through cyclone separator and bag filter; 2) gas containing a small amount of carbon black enters the scrubbing tower from the bottom and discharges gas from the top of the tower after washing, while gas from the upper part of the scrubbing tower enters the electrostatic precipitator for electrostatic precipitation treatment, and enters one. After removing the fine carbon black particles step by step, it returns to the lower part of the scrubbing tower. 3) The gas at the top of the tower is separated by PSA and hydrogen is returned to the plasma reactor. The liquid at the bottom of the tower and the carbon black water from the electrostatic precipitator are filtered, and the filtered water is returned to the scrubbing tower. The filtered carbon black is dried and collected as a product. The invention has high utilization rate of raw materials, high yield of carbon black and pure product, which is beneficial to reducing the discharge of carbon black wastewater and realizing clean production.

【技术实现步骤摘要】
一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法
本专利技术属于炭黑制备
，具体为一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法。
技术介绍
炭黑生产方法主要有不完全燃烧和热裂解等方法。不完全燃烧法主要包括炉法和槽法。其中，油炉法和槽法的工艺成熟，是较为常用的生产炭黑的方法。尽管目前生产的炭黑品种已有上百个，但制备出具有高附加值(高导电性、高比表面积)的炭黑的制备工艺也并不成熟。热裂解法主要包括热裂法、乙炔法和等离子体法。热裂法是一个不连续的制备炭黑方法，由于反应炉温度较高，炭黑初级粒子在成核的过程中充分生长，所得的炭黑颗粒粒径较大、团聚严重，无法得到较多的高结构炭黑。乙炔法的原理与热裂法相似，但主要原料是乙炔气体。乙炔法制备所得的炭黑结构高且导电性好(电阻率较低)，可广泛用在抗静电产品领域或者导电橡胶和塑料的制品中。乙炔法制备得到的炭黑主要用在干电池的生产中。等离子体法是通过等离子体发生器产生的热量加热反应炉，使其达到极高的温度，使得原料烃(气态烃、液态烃或固态烃)裂解来连续生产炭黑的方法。该方法具有温度高，能量集中等优点，很适合创造炭黑的生成环境。目前我国炭黑生产市场主要集中在低档产品，普通橡胶用炭黑产能过剩，而在高档炭黑产品中，比如绿色轮胎需要的低滚动阻力炭黑、高性能色素炭黑、导电炭黑、高端汽车橡胶制品配件炭黑等，仍被国外公司占领了全球市场。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法，本专利技术在保证获得炭黑高收率的同时，开发出一套高效、环保的炭黑生产、分离净化工艺。本专利技术目的通过以下技术方案来实现：一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法，所述方法以富甲烷气和氢气为原料，采用等离子体裂解的方法制备炭黑。具体地，一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法，包括以下步骤：1)富甲烷气和氢气进入等离子反应器发生等离子体裂解反应，裂解气通过旋风分离器和布袋除尘器分离收集大部分固体炭黑；2)含有少量炭黑的气体由底部进入洗涤塔，经水洗后气体从塔顶排出，同时洗涤塔上部引出气体进入静电除尘器进行电除尘处理，进一步清除微细炭黑颗粒后，再返回洗涤塔下部。静电除尘器的作用是进一步将水洗后的气体中微细炭黑颗粒除干净，净化后的气体返回洗涤塔下部，静电除尘器出来的炭黑水通过后续的过滤对炭黑进一步回收，提高产品炭黑的收率。3)塔顶气体通过PSA分离出副产品氢气，烃类和少量氢气返回等离子反应器，塔底液体和静电除尘器出来的炭黑水经过滤后，过滤水返回洗涤塔水洗用，过滤出的炭黑经干燥后作为产品收集。烃类和少量氢气作为原料返回等离子体反应器，可以节约原料，提高原料利用率，塔底液和静电除尘器出来的炭黑水过滤是为了对含少量炭黑的气体中的炭黑进行再次回收，从而提高产品炭黑的收率。进一步，所述富甲烷气包括天然气、炼厂气、页岩气、煤层气、焦炉气、热解煤气以及可气化含碳原料。进一步，所述可气化含碳原料为煤焦油、乙烯焦油、重油、生物质、生活生产废油中的一种或多种。进一步，所述甲烷与氢气的摩尔比在1:5-3:1，优选为1:2-2:1。进一步，所述等离子体裂解温度为1000-2000℃，优选为1200-1800℃。进一步，所述洗涤塔为填料塔或板式塔。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术工艺方法具有原料烃利用率高，炭黑收率高，产物纯净，无有害气体产生，反应可达到很高温度且范围较宽，有利于产品的多样化，减少炭黑废水的排放，实现清洁生产，为富甲烷气增值利用、炭黑技术升级提供技术支撑。附图说明图1为实施例1至3等离子体裂解甲烷制炭黑的工艺流程图。图2为实施例4等离子体裂解焦炉气制炭黑的工艺流程图。图3为对比例1等离子体裂解甲烷制炭黑的工艺流程图。图4为对比例2等离子体裂解甲烷制炭黑的工艺流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1本实施例工艺流程见附图1，具体工艺如下：1)甲烷和氢气以摩尔比1:1进入等离子反应器在1200℃温度下发生等离子体裂解反应，裂解气通过旋风分离器和布袋除尘器分离收集大部分固体炭黑；此时炭黑的选择性79.4％，收率75％；2)含有少量炭黑的气体由底部进入洗涤塔，经水洗后气体从塔顶排出，同时洗涤塔上部引出气体进入静电除尘器进行电除尘处理后，再返回洗涤塔下部；3)塔顶气体通过PSA分离出氢气，烃类和少量氢气返回等离子反应器，塔底液体和静电除尘器出来的炭黑水经过滤后，过滤水返回洗涤塔水洗用，过滤出的炭黑经干燥后作为产品收集。本实施例炭黑选择性90％，收率85％，见表2。实施例2本实施例工艺流程见附图1，具体工艺如下：1)甲烷和氢气以摩尔比2:1进入等离子反应器在1500℃温度下发生等离子体裂解反应，裂解气通过旋风分离器和布袋除尘器分离收集大部分固体炭黑；此时炭黑的选择性75.2％，收率69％；2)含有少量炭黑的气体由底部进入洗涤塔，经水洗后气体从塔顶排出，同时洗涤塔上部引出气体进入静电除尘器进行电除尘处理后，再返回洗涤塔下部；3)塔顶气体通过PSA分离出氢气，烃类和少量氢气返回等离子反应器，塔底液体和静电除尘器出来的炭黑水经过滤后，过滤水返回洗涤塔水洗用，过滤出的炭黑经干燥后作为产品收集。本实施例炭黑选择性85％，收率78％，见表2。实施例3本实施例工艺流程见附图1，具体工艺如下：1)甲烷和氢气以摩尔比1:1进入等离子反应器在1500℃温度下发生等离子体裂解反应，裂解气通过旋风分离器和布袋除尘器分离收集大部分固体炭黑；此时，炭黑的选择性76.8％，收率73％；2)含有少量炭黑的气体由底部进入洗涤塔，经水洗后气体从塔顶排出，同时洗涤塔上部引出气体进入静电除尘器进行电除尘处理后，再返回洗涤塔下部；3)塔顶气体通过PSA分离出氢气，烃类和少量氢气返回等离子反应器，塔底液体和静电除尘器出来的炭黑水经过滤后，过滤水返回洗涤塔水洗用，过滤出的炭黑经干燥后作为产品收集。本实施例炭黑选择性88％，收率83.6％，见表2。实施例4本实施例工艺流程见附图2，具体工艺如下：1)原料焦炉气(组成见表1)2000Nm3/h进入等离子反应器在1200℃温度下发生等离子体裂解反应，裂解气通过旋风分离器和布袋除尘器分离收集大部分固体炭黑；此时，炭黑的选择性77.7％，收率75％；2)含有少量炭黑的气体由底部进入洗涤塔，经水洗后气体从塔顶排出，同时洗涤塔上部引出气体进入静电除尘器进行电除尘处理后，再返回洗涤塔下部；3)塔顶气体通过PSA分离出氢气，烃类、含碳化合物和少量氢气返回等离子反应器，塔底液体和静电除尘器出来的炭黑水经过滤后，过滤水返回洗涤塔水洗用，过滤出的炭黑经干燥后作为产品收集。本实施例炭黑选择性88％，收率85％。表1焦炉气组成组分H2CH4COCO2N2O2CmHn流量(Nm3/h)V％58.625.87.02.04.00.42.22000对比例1本对比例工艺流程见附图3，具体工艺如下：1)甲烷和氢气以摩尔比1:1进入等离子反应器在1200℃温度下发生等离子体裂解反应，裂解气通过旋风分离器和布袋除尘器分离收集大部分固体炭黑，选择性79.4％，收率75％；2)含有少量炭黑的气体由底部进入洗涤塔，经水洗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法，其特征在于，所述方法以富甲烷气和氢气为原料，采用等离子体裂解的方法制备炭黑。

【技术特征摘要】
1.一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法，其特征在于，所述方法以富甲烷气和氢气为原料，采用等离子体裂解的方法制备炭黑。2.如权利要求1所述一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)富甲烷气和氢气进入等离子反应器发生等离子体裂解反应，裂解气通过旋风分离器和布袋除尘器分离收集大部分固体炭黑；2)含有少量炭黑的气体由底部进入洗涤塔，经水洗后气体从塔顶排出，同时洗涤塔上部引出气体进入静电除尘器进行电除尘处理，进一步清除微细炭黑颗粒后，再返回洗涤塔下部；3)塔顶气体通过PSA分离出副产品氢气，烃类和少量氢气返回等离子反应器，塔底液体和静电除尘器出来的炭黑水经过滤后，过滤水返回洗涤塔水洗用，过滤出的炭黑经干燥后作为产品收集。3.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵国强，毛震波，李军，熊国焱，贾绘如，谌晓玲，
申请(专利权)人：西南化工研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51