CN101775242A - 一种软质炭黑反应炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种软质炭黑反应炉，该反应炉包括燃烧室、喉管、反应室、连接段、汽化段，所述的燃烧室一端设有燃料油喷入口，另一端连接喉管，燃烧室与喉管一体式设置呈漏斗状，所述的喉管上径向设有原料油喷入口，所述的反应室一端连接喉管，另一端通过连接段连接反应段，反应室上设有二次空气喷入口和急冷水喷入口。燃料油从燃料室喷入口喷入，在燃烧室燃烧形成高温燃烧气流，将喉管处喷入的原料油带入反应室反应，转化成炭黑。与现有技术相比，本发明具有降低炭黑原料油的消耗，能够生产出高着色强度的软质炭黑，提高炭黑产品收率等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种反应炉，尤其是涉及一种软质炭黑反应炉。
背景技术
随着能源危机的加深，越多越多的企业对能源的使用关注程度更高，而轮胎生产企业又是能源的消耗大户，如何提高胶料的硫化速度，降低硫化时间是轮胎企业从事配方设计的工程技术人员关注的重点。
目前使用于全钢子午线及半钢子午线轮胎的胎体胶、气密层胶所使用的炭黑均为软质炭黑，国内研发的软质反应器，如图1所示，燃烧室1为双切向燃烧室，喉管2与反应室1呈阶梯型设计，原料油由反应室1一侧的原料油喷入口7喷入，这种反应炉生产的软质炭黑均存在着着色强度低，定伸应力低，硫化速度慢，硫化时间长，原料油消耗较高，单位空气/原料油较高，炭黑产量产率低等缺陷。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种使用寿命长、生产的炭黑品质好的软质炭黑反应炉。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种软质炭黑反应炉，其特征在于，该反应炉包括燃烧室、喉管、反应室、连接段、汽化段，所述的燃烧室一端设有燃料油喷入口，另一端连接喉管，燃烧室与喉管一体式设置呈漏斗状，所述的喉管上径向设有原料油喷入口，所述的反应室一端连接喉管，另一端通过连接段连接反应段，反应室上设有二次空气喷入口和急冷水喷入口；燃料油从燃料室喷入口喷入，在燃烧室燃烧形成高温燃烧气流，将喉管处喷入的原料油带入反应室反应，转化成炭黑。
所述的燃烧室的内壁采用铬锆系耐火材料，而反应室内壁采用铬铝系耐火材料；或者所述燃烧室内壁采用高含量氧化铬系耐火材料，而反应室内壁采用氧化铬及氧化铝耐火材料，氧化锆系耐火材料与氧化铬系耐火材料炉壁之间采用同系粉状耐火材料。
所述的锆铬系耐火材料为锆铬质耐火砖，其中氧化锆和氧化铬的重量比为10∶90～3∶97；所述的铬铝系耐火材料为铬铝质耐火砖，其中氧化铬和氧化铝的重量比为20∶80～10∶90；所述的高含量氧化铬系耐火材料中氧化铬的重量百分含量为80～90％。
所述的喉管上原料油喷入口处的高温燃烧气流温度为1800℃～2500℃。
所述的喉管由锥形管段和直管段组成，锥形管段的角度为5～17度。
所述的连接段呈喇叭口状，其一端的内径与反应室内径相同，另一端的内径与汽化段的内径相同。
所述的原料油包括芳族烃、石油系烃或脂族饱和烃。
所述的芳族烃包括蒽油、二蒽油、防腐油、煤焦油；所述的石油系烃包括芳族烃，杂酚油或羧酸油；所述的脂族饱和烃包括乙烯渣油、催化裂化油，乙炔系不饱和烃，乙烯系烃，戊烷或己烷。
本发明反应炉把原由双切向径向进风的软质反应炉生产软质炭黑改为由轴向进风的硬质反应炉生产软质炭黑，同时在反应段增加二次空气，提高反应温度。通过改变软质炭黑原生粒子的分布及聚集体大小来提高炭黑的质量，降低炭黑原料油的消耗，能够生产出高着色强度的软质炭黑，提高炭黑产品收率等优点。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.反应器使用寿命大幅提高。
2.生产的炭黑品质：着色强度强度高，300％定伸应力达到ASTM标准中心值。
3.所使用的原料要求更为广泛。
4.炭黑的单耗低，产量高，单位成本下降。
5.投资低。
附图说明
图1为现有反应器的结构示意图；
图2为本发明反应器的结构示意图。
其中：1-燃烧室、2-喉管、3-反应室、4-连接段、5-汽化段、6-燃料油喷入口、7-原料油喷入口、8-急冷水喷入口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1所示，一种软质炭黑反应炉，该反应炉包括燃烧室1、喉管2、反应室3、连接段4、汽化段5，所述的燃烧室1一端设有燃料油喷入口6，另一端连接喉管2，燃烧室1与喉管2一体式设置呈漏斗状，所述的喉管2上径向设有原料油喷入口7，所述的反应室3一端连接喉管2，另一端通过连接段4连接汽化段5，反应室3上设有急冷水喷入口8和二次空气喷入口，燃料油从燃料油喷入口6喷入，在燃烧室1燃烧形成高温燃烧气流，将喉管2处喷入的原料油带入反应室反应，转化成炭黑。
炭黑生产以低温油、焦油或焦炉煤气作燃料，在炭黑原料油以雾化状态下喷入喉管段高温裂解生产炭黑和烟气，炭黑烟气经急冷成后收集而成炭黑的炭黑生产技术，其技术原理是改变以前双切向燃烧室切向进风燃烧提供热量共轴向喷入的原料油裂解的方式，而采用轴向进风及燃料油，燃烧充分提供径向喷入的原料油裂解的方式，而采用轴向进风及燃料油，燃烧充分提供径向喷入的原料油液滴进行裂解。在反应器喉管段采用多支径向喷入的原料油枪，利用机械雾化的方式将原料油雾化成微米级的油雾，喷入高温高速的热气流中进行裂解。通过在急冷段喷入一次急冷水，将高温反应气体进行急剧冷却，终止炭黑的裂解反应，再通过高温空气预热器、在线锅炉等热量回收装置回收热量，炭黑和烟气通过主袋滤器、旋风分离器进行分离后送入湿法造粒机，在水和粘合剂的配合下，通过高速旋转的造粒机绞齿进行造粒、抛光后进入干燥机进行干燥，最后通过提升机输送，磁性分离机分离铁磁性杂质后进入成品储罐，通过自动包装机包装，检测合格后出货。
实施例1
一种新型反应炉，用该反应炉生产软质炭黑品种N550，80％的蒽油和20％的焦油组成的原料油由以雾化状态下喷入喉管段高温裂解生产炭黑，炭黑烟气经急冷成后收集而成炭黑。由表1～2可以看出，使用新旧反应炉生产同种炭黑品种N550，生产出来的炭黑品质，新炉型明显要好于旧炭黑，这点集中表现在产品着色强度(Tint)上，新炉型产品Tint值比旧炉型高8％左右。
表1：新旧反应炉模型用于生产N550工艺参数对比
| 项目 | 旧反应炉模型 | 新反应炉模型 |
| 原料油配比 | 80％蒽油+20％焦油 | 20％蒽油+80％焦油 |
| Fic-101(Kg/h) | 3850 | 4400 |
| Fic-103(Nm3/h) | 10500 | 10200 |
| 原料油风油比(Nm3/Kg) | 2.727 | 2.318 |
| Fic-102(Kg/h) | 477 | 425 |
| 燃料油风油比(Nm3/Kg) | 22 | 24 |
| 总油风油比(Nm3/Kg) | 2.427 | 2.114 |
| 添加剂浓度(kg/785L) | 0.5 | 4 |
| Fic-109(Kg/h) | 1.0 | 6.5 |
| Fic-208(Kg/h) | 3900 | 3080 |
| Fic-203(Nm3/h) | 9200 | 6100 |
| FI-101总量T/天 | 92.40 | 105.600 |
| FI-102总量T/天 | 11.448 | 10.200 |
| 产量T/天 | 59.342 | 71.481 |
| 收率％ | 57.15 | 61.72 |
| 油耗T/T | 1.75 | 1.62 |
表2：新旧反应炉模型生产N550炭黑品质对比
实施例2
一种新型反应炉，用该反应炉生产软质炭黑品种N660，不同比例混合组成的原料油由以雾化状态下喷入喉管段高温裂解生产炭黑，炭黑烟气经急冷成后收集而成炭黑。由表3～4可以看出，使用新旧反应炉生产同种炭黑品种N660，生产出来的炭黑品质，新炉型明显要好于旧炭黑，这点集中表现在产品着色强度(Tint)上，新炉型产品Tint值比旧炉型高8％左右。
表3：新旧反应炉模型用于生产N660工艺参数对比
| 项目 | 旧反应炉模型 | 新反应炉模型 |
| 原料油配比 | 40％蒽油+30％焦油 +30％乙烯 | 20％蒽油+60％焦油 +20％低温油 |
| Fic-101(Kg/h) | 4700 | 4965 |
| Fic-103(Nm3/h) | 12000 | 11100 |
| 原料油风油比(Nm3/Kg) | 2.553 | 2.236 |
| Fic-102(Kg/h) | 480 | 426 |
| 燃料油风油比(Nm3/Kg) | 25 | 26 |
| 总油风油比(Nm3/Kg) | 2.317 | 2.059 |
| 添加剂浓度(kg/785L) | 8 | 16 |
| Fic-109(Kg/h) | 11.9 | 8.1 |
| Fic-208(Kg/h) | 3520 | 2920 |
| 原料油风油比(Nm3/Kg) | 2.553 | 2.236 |
| Fic-203(Nm3/h) | 6810 | 5360 |
| FI-101总量T/天 | 112.800 | 119.160 |
| FI-102总量T/天 | 11.520 | 10.224 |
| 产量T/天 | 74.000 | 80.865 |
| 收率％ | 59.53 | 62.5 |
| 油耗T/T | 1.68 | 1.60 |
表4：新旧反应炉模型生产N660炭黑品质对比
实施例3
一种软质炭黑反应炉，该反应炉包括燃烧室、喉管、反应室、连接段、汽化段，所述的燃烧室一端设有燃料油喷入口，另一端连接喉管，燃烧室与喉管一体式设置呈漏斗状，所述的喉管上径向设有原料油喷入口，所述的反应室一端连接喉管，另一端通过连接段连接汽化段，反应室上设有急冷水喷入口和二次空气喷入口。所述的燃烧室的内壁采用尖晶石系耐火材料；尖晶石系耐火材料为铬锆质耐火砖，其中氧化锆和氧化铬的重量比为5∶95，所述的喉管由锥形管段和直管段组成，锥形管段的角度为12度，所述的连接段呈喇叭状，其一端的内径与反应室内径相同，另一端的内径与汽化段的内径相同。
燃料油从燃料油喷入口喷入，在燃烧室燃烧形成高温燃烧气流，将喉管处喷入的原料油带入反应室反应，转化成炭黑，喉管上原料油(煤焦油20wt％、杂酚油20wt％和乙烯渣油60wt％)喷入口处的高温燃烧气流温度为1900℃以上。
该反应炉使用耐用温度比氧化铝系耐火材料高的铬锆系耐火材料来筑成炭黑生成段内壁的主要部分或全部，可以提高炭黑生成段内壁的耐热温度。
实施例4
一种软质炭黑反应炉，该反应炉包括燃烧室、喉管、反应室、连接段、汽化段，所述的燃烧室一端设有燃料油喷入口，另一端连接喉管，燃烧室与喉管一体式设置呈漏斗状，所述的喉管上径向设有原料油喷入口，所述的反应室一端连接喉管，另一端通过连接段连接汽化段，反应室上设有急冷水喷入口和二次空气喷入口。燃烧室内壁采用氧化铬系耐火材料，而反应室内壁采用氧化锆与氧化铬共混系耐火材料，其中氧化锆和氧化铬的重量比为4∶96，所述的喉管由锥形管段和直管段组成，锥形管段的角度为11.2度，所述的连接段呈喇叭状，其一端的内径与反应室内径相同，另一端的内径与汽化段的内径相同。
燃料油从燃料油喷入口喷入，在燃烧室燃烧形成高温燃烧气流，将喉管处喷入的原料油带入反应室反应，转化成炭黑，喉管上原料油(FCC油50wt％、二蒽油50wt％)喷入口处的高温燃烧气流温度为1920℃以上。
实施例5
一种软质炭黑反应炉，该反应炉包括燃烧室、喉管、反应室、连接段、汽化段，所述的燃烧室一端设有燃料油喷入口，另一端连接喉管，燃烧室与喉管一体式设置呈漏斗状，所述的喉管上径向设有原料油喷入口，所述的反应室一端连接喉管，另一端通过连接段连接汽化段，反应室上设有急冷水喷入口和二次空气喷入口。所述的燃烧室内壁采用采用氧化铬系耐火材料，而反应室内壁采用氧化锆与氧化铬共混系耐火材料，其中氧化锆和氧化铬的重量比为3∶97，所述的喉管由锥形管段和直管段组成，锥形管段的角度为10.3度，所述的连接段呈喇叭状，其一端的内径与反应室内径相同，另一端的内径与汽化段的内径相同。
燃料油从燃料油喷入口喷入，在燃烧室燃烧形成高温燃烧气流，将喉管处喷入的原料油FCC带入反应室反应，转化成炭黑，喉管上原料油喷入口处的高温燃烧气流温度为1980℃。
实施例6
一种软质炭黑反应炉，其结构同实施例5，只在高温燃烧气流发生段的1800℃以上的高温区域使用氧化铬质耐火砖。在氧化铬质砖和氧化铝质砖之间也可只配置一层氧化铬浇注料。
实施例7
一种软质炭黑反应炉，其结构同实施例5，高温燃烧气流发生段最上游部分用氧化锆质耐火砖内衬(氧化锆含量99.4％)，下游部分用氧化铬耐火砖内衬。
实施例8
一种软质炭黑反应炉，其结构同实施例5，高温燃烧气流发生段最上游部分用氧化铬质耐火砖内衬(氧化铬含量99.4％)，其下游段、炭黑生成段和反应终止段完全用高质氧化铝(氧化铝含量99.7％)内衬，在1800℃和1900℃的高温燃烧气流温度下生产炭黑。
实施例9
一种软质炭黑反应炉，其结构同实施例5，燃烧室的内壁采用铬锆系耐火材料，而反应室内壁采用铬铝系耐火材料；所述的锆铬系耐火材料为锆铬质耐火砖，其中氧化锆和氧化铬的重量比为10∶90～3∶97；所述的铬铝系耐火材料为铬铝质耐火砖，其中氧化铬和氧化铝的重量比为20∶80～10∶90。喉管上原料油喷入口处的高温燃烧气流温度为1800℃。
实施例10
一种软质炭黑反应炉，其结构同实施例5，燃烧室内壁采用高含量氧化锆铬系耐火材料，而反应室内壁采用氧化铬及氧化铝耐火材料，氧化锆铬系耐火材料与氧化锆铬系耐火材料炉壁之间采用同系粉状耐火材料。所述的高含量氧化铬系耐火材料中氧化铬的重量百分含量为80～90％。喉管上原料油喷入口处的高温燃烧气流温度为2500℃。
Claims (8)
1.一种软质炭黑反应炉，其特征在于，该反应炉包括燃烧室、喉管、反应室、连接段、汽化段，所述的燃烧室一端设有燃料油喷入口，另一端连接喉管，燃烧室与喉管一体式设置呈漏斗状，所述的喉管上径向设有原料油喷入口，所述的反应室一端连接喉管，另一端通过连接段连接反应段，反应室上设有二次空气喷入口和急冷水喷入口；燃料油从燃料室喷入口喷入，在燃烧室燃烧形成高温燃烧气流，将喉管处喷入的原料油带入反应室反应，转化成炭黑。
2.根据权利要求1所述的一种软质炭黑反应炉，其特征在于，所述的燃烧室的内壁采用铬锆系耐火材料，而反应室内壁采用铬铝系耐火材料；或者所述燃烧室内壁采用高含量氧化铬系耐火材料，而反应室内壁采用氧化铬及氧化铝耐火材料，氧化锆系耐火材料与氧化铬系耐火材料炉壁之间采用同系粉状耐火材料。
3.根据权利要求2所述的一种软质炭黑反应炉，其特征在于，所述的锆铬系耐火材料为锆铬质耐火砖，其中氧化锆和氧化铬的重量比为10∶90～3∶97；所述的铬铝系耐火材料为铬铝质耐火砖，其中氧化铬和氧化铝的重量比为20∶80～10∶90；所述的高含量氧化铬系耐火材料中氧化铬的重量百分含量为80～90％。
4.根据权利要求1所述的一种软质炭黑反应炉，其特征在于，所述的喉管上原料油喷入口处的高温燃烧气流温度为1800℃～2500℃。
5.根据权利要求1所述的一种软质炭黑反应炉，其特征在于，所述的喉管由锥形管段和直管段组成，锥形管段的角度为5～17度。
6.根据权利要求1所述的一种软质炭黑反应炉，其特征在于，所述的连接段呈喇叭口状，其一端的内径与反应室内径相同，另一端的内径与汽化段的内径相同。
7.根据权利要求1所述的一种软质炭黑反应炉，其特征在于，所述的原料油包括芳族烃、石油系烃或脂族饱和烃。
8.根据权利要求7所述的一种软质炭黑反应炉，其特征在于，所述的芳族烃包括蒽油、二蒽油、防腐油、煤焦油；所述的石油系烃包括芳族烃，杂酚油或羧酸油；所述的脂族饱和烃包括乙烯渣油、催化裂化油，乙炔系不饱和烃，乙烯系烃，戊烷或己烷。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20100714 |