CN101891976A - 新型软质炭黑反应炉 - Google Patents

Abstract

一种生产软质炭黑的装置，反应炉的缩口段设计成圆弧形平滑曲线结构并与反应段相切。从原料油喷枪咀喷射出的原料油与从反应炉两旁上下切向燃烧室进入反应炉的旋转高温燃余气体相遇，原料油一少部分被烧掉以提供足够的热量，大部分裂解生成炭黑。由于缩口段采用平滑弧线结构，并且通过控制两个燃烧室入口风量，使反应气流能以旋转柱塞流形式平稳通过缩口段，减少了“反混”现象的发生，避免了软质炭黑因处理量大、反应温度低而经常出现的结焦现象，从而改善炭黑质量，提高炭黑产量。

Description

新型软质炭黑反应炉

本发明涉及一种软质炭黑反应炉。

技术领域

炭黑的生成是以液态或气态烃为燃料，在反应炉燃烧室内完全燃烧生成高温燃余气流传送到反应区域，与经由原料油大枪(2)喷入的原料油(含碳量高的烃类或其它有机类物质混合物)相碰撞，一小部分原料油不完全燃烧以补充所需要的热量，大部分原料油裂解生成炭黑。在急冷段，通过喷入急冷水使反应中止，含水蒸汽的炭黑烟气经过一系列换热措施，进入收集系统，被收集的粉状炭黑经过造粒，干燥而成为成品炭黑颗粒。

炭黑反应炉是炭黑生产的核心设备，生产炭黑的品种、质量、原料油的处理量、炭黑的产量与收率等在很大程度上都取决于炭黑反应炉，它是炭黑生产的基础。炭黑反应炉大体上分硬质炭黑炉和软质炭黑炉两种。通常，反应炉的横截面呈圆型，炉内容积的大小与原料油的处理量有关，常以比负荷表示。反应炉的有效容积可按下式计算：

V_炉＝πD²L_有效/4

式中V_炉 炉子的有效容积，m³；

D       反应炉的直径，m；

L_有效   反应炉的有效长度，m。

背景技术

软质炭黑因吸碘低，较硬质炭黑有其独特的物理特性，从生产条件上来说，生产软质炭黑具有风油比低、反应温度低、反应时间长和炭黑粒径大的特点，同时也就增加了因原料油裂解不完全而在炉壁上结焦的可能性。软质炭黑反应炉经过几代改进，目前为多数炭黑厂广泛采用的是如图3的结构，这种造型的反应炉的优点是反应炉的缩口可以起到“限流”的作用，能够使热量得到充分利用，原料油在此充分裂解，可以有较高的原料油收率。缺点是在收缩段(4)的突变处，反应气流由于受到剧烈的湍动而易产生“反混”现象，往往容易将未反应完全的原料油甩在炉壁上，产生硬碳，影响产品质量，使得配合胶的性能降低。工艺上为了避免这种现象，往往采取降低生产负荷的方式，即同时降低入炉燃烧空气、燃料和原料油的流量，但是炭黑的产量也随之下降。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种圆筒式反应炉，通过调整包括原料油大枪的入炉尺寸在内的各项参数，更加容易地实现对产品品质的控制。

本发明的目的之二在于提供一种不易结焦的，产品硬炭杂质含量低的炭黑生产设备。

本发明的目的之三就是提供一种设备，能够充分利用各反应物，优质高效地生产炭黑。

本发明一方面涉及一种炭黑反应器(图1)，此反应器的特征在于其中有一对圆形的、分别处于反应炉上下切向方向的燃烧室(1)，燃烧室空气入口有流量计和调节阀，还包括圆筒型的反应段(3)，弧面锥体型的收缩段(4)，缩口段(5)，急冷段(6)和活化烟道，其中所说的收缩段把反应段和缩口段连接起来。

本发明的另一方面是关于炭黑的生产，燃料与经预热过的空气在反应炉炉头上下切方向的燃烧室(1)中充分燃烧并进入反应炉，生成如图2所示高速旋转的高温燃余气流，并沿着反应炉轴线方向向缩口段(4)推进，通过调整两个燃烧室的入炉空气流量，可以有效把气流涡旋的中心控制在反应炉的轴心。原料油从原料油枪喷咀以大于90°的喷射角喷入高温高速气流中，被气流强大的剪切力破碎成细小的油滴，然后油滴经过气化，一小部分原料油燃烧，大部分在适宜的条件下裂解生成炭黑，混合气流在反应炉中以较平稳的旋转柱塞流形式通过缩口段，减少了“反混”现象的发生，避免了软质炭黑因风油比低，处理量大而发生的结焦现象。从而可以改善产品质量，提高产品产量。

本发明和现有技术相比，具有以下优点：

1.减少产品结焦现象，改善产品质量、提高产品产量。因为取消了传统反应炉的突变型结构，反应气流的速度变化也由传统反应炉的骤变型变化为渐变型，并且由于加强了上下切向空气流量的控制，大大降低了由于气体速度骤变引发的湍流度的骤变而使未反应完全的原料油在反应炉壁上结焦的可能性。另外，由于反应炉的有效容积增加了，从而增加了原料油的处理量，增加了炭黑产量。

2.因为整个收缩段是连续的，可以很方便的通过调整原料油大枪入炉尺寸来调整产品的某些性质，例如胶料的300％定伸应力，产品的吸油值和压缩试样吸油值等。而对于传统反应炉来说，调整产品的这些性质就比较困难。

3.降低反应气流在缩口段的压头损失，降低缩口段气流的湍流程度，是炭黑粒径更细更均匀。

4.降低了反应气流对反应炉缩口处的冲刷破坏力，延长反应炉的使用寿命，减少停车检修时间，从另一方面增加炭黑产量。

参考附图

图1是贯穿新型反应炉的纵切面，以及

图2是反应炉沿A-A线的横截面示意图，以及

图3是传统反应炉的纵切面。

在附图中的序号描述为：1.燃烧室，2.原料油大枪，3.反应段，4.收缩段，5.缩口段，6.急冷段，7.原料油入口，8.冷却水夹套。

具体实施方式

实施例1

由主供风机提供并经空气预热器预热过的空气，分别经过调节阀和流量计进入反应炉的一对上下切向的燃烧室中，与天然气混合并燃烧，产生的高温燃余气体进入反应段形成高速旋转气流，与经由原料油预热器预热并在蒸气或压缩空气雾化作用下从原料油枪咀喷出的原料油作用。原料油被剪切成几百纳米左右的油滴，一小部分原料油燃烧以补充另一部分原料油裂解所需要的热量，大部分原料油在高温作用下瞬间挥发、裂解。在收缩段，由于气流受到反应炉的限制，旋转速率迅速增大，裂解成碎片的含碳离子在此处剧烈碰撞、生长成为炭黑聚集体。经过缩口段之后，由于反应炉直径变大，压力下降，炭黑粒子之间的碰撞减少，但炭黑表面的反应并未停止，会因氧化而变得粗糙，影响炭黑产品质量，为此，要迅速喷入急冷水终止反应。急冷段之后是活化烟道，又称停留段，在停留段，炭黑的表面反应并未完全停止，停留温度的高低和停留时间的长短对炭黑配合胶的门尼粘度和最大力矩仍然有着较大的影响。

实施例2

实施例3

Claims (10)

1.一种软质炭黑反应炉，其特征在于：一对燃烧室(1)分布在反应炉的上下切向方向，每个燃烧室的空气入口均安装有气体流量计和调节阀，收缩段(4)没有突变结构，采用平滑的弧线结构并与反应炉反应段(3)相切，以减少气流阻力，提高热量利用率，缩口段(5)之后有急冷段(6)和活化烟道，以终止反应并改善炭黑的物理性能。

2.按照权利要求1所描述的一种软质炭黑生产装置，其特征在于：原料油枪咀(7)雾化角≥90°，收缩段(4)长度为1.0～1.5米，弧度为30～60°。

3.按照专利要求1和2所描述的一种软质炭黑生产装置，其特征在于原料油枪咀可以是一个或多个。

4.按照权利要求1和3所述的一种软质炭黑生产装置，其特征在于燃烧温度在1400℃～1927℃之间。

5.按照权利要求1至4所描述的一种软质炭黑生产装置，其特征在于原料油大枪外部有冷却水护套，原料油喷射器和添加剂喷射器分别镶嵌在护套之内，原料油大枪可根据需要调整入炉尺寸。

6.按照权利要求1至5所描述的一种软质炭黑生产装置，其特征在于，炭黑反应炉外壳用碳钢板卷制焊成，内衬耐火材料、绝热材料和保温材料。

7.按照权利要求1至6所描述的一种软质炭黑生产装置，其特征在于，反应正面和侧面均有观火视镜，可以随时观察燃烧模式和原料油雾化模式。

8.按照权利要求1至7所描述的一种软质炭黑生产装置，其特征在于燃烧所用燃料为天然气或燃料油。

9.按照权利要求1～7所描述的一种软质炭黑生产装置，其特征在于燃料燃烧后生成的高温气流以一定方向旋转并沿轴向向反应炉缩口处推进并高速剪切由原料油枪咀喷出的原料油。

10.按照权利要求1～7所描述的一种软质炭黑生产装置，其特征在于原料油不易结焦，且炭黑产品粒径分布均匀。

Images