CN102898873A - 原料天然气喉管射入四段式补强炭黑反应炉 - Google Patents

Abstract

原料天然气喉管射入四段式半补强炭黑反应炉，立式炉体包括四段式反应结构，即第一段为燃烧室(14)，燃烧室(14)切向连接第二段炉膛(5)，炉膛(5)下方同轴连接第三段喉管(13)，喉管(13)下方同轴连接第四段反应段(8)，燃烧室(14)上连接燃料天然气进口(10)，喉管(13)上连接原料天然气进口(11)。反应炉体由燃烧室、炉膛、喉管和反应段四段构成，原料天然气和燃料天然气在不同位置分别进入反应炉，单炉产量360kg/h，产量大，收率高，而且调整产品质量手段丰富，能耗低，余热综合利用程度高，制得炭黑具有独特的品质，在橡胶、机械、冶金、塑料等领域广泛的用途。

Description

原料天然气喉管射入四段式补强炭黑反应炉

技术领域

本发明涉及涉及国际专利分类C09C1/50炉法炭黑技术或装置，尤其是原料天然气喉管射入四段式半补强炭黑反应炉。 

背景技术

公知技术中，半补强炭黑semi-reinforcing purpose furnace black；j ianxie简称SRF，是软质炭黑中的一个主要品种，分气炉法和油炉法两种，制得半补强炭黑粒径为61～100nm，可赋予胶料高伸长率、低生热、高弹性和良好的耐老化性能等，适用于天然橡胶NR和硫化橡胶SR，对丁腈橡胶NBR和氯丁橡胶CR兼有补强与填充作用，多用于胎体缓冲胶、帘布胶用各种橡胶制品。 

在已公开的相关专利文献中内容较少，中国专利申请201120501037一种适用煤焦油原料的硬质炭黑反应炉，目的是提高专用炭黑的产量和质量；本发明包括燃烧段、收缩段、喉管段和反应段；燃烧段后端与收缩段连接，燃烧段前端设有添加剂进口、空气进口、燃料油进口、焦炉煤气进口和天然气进口；喉管段前端与收缩段连接，后端与反应段连接；喉管段上设有原料油进口，反应段上设有急冷水进口。 

中国专利申请200810058955.7一种用焦炉煤气生产半补强炭黑、甲醇、液氨的生产方法。包括焦炉煤气脱硫、变压吸附脱甲烷、甲醇的合成和精馏、炭黑尾气与甲醇驰放气的CO变换、脱炭和液氨的合成，其特征在于：焦炉煤气通过变压吸附脱除甲烷，甲烷气进入炭黑反应炉，通入空气或氧气作为氧化剂，在反应炉中生成炭黑，炭黑经袋滤器、造粒后得到半补强炭黑产品；炭黑尾气可进入甲醇合成系统，或进入液氨生产系统。脱甲烷后的气体进行甲醇合成，甲醇合成后的甲醇驰放气经变压附吸装置提取H2，提氢后的剩余气体进入合成氨系统制备液氨。 

中国专利申请200710140015.8炭黑、制备炭黑的方法、及实施该方法的装置，一种聚集体尺寸分布具有小于或等于1.1的(D₉₀-D₁₀)/D₅₀比的炭黑。通过如下方法制备所述炭黑：如果需要向包含载气和炭黑原料的气体混合物中混合热空气，使所述气体混合物通入燃烧器管，在燃烧器管开口处燃烧气体混合物，并且火焰与从外面在吸力下自由吸入的环境空 气一起在吸力下吸入通过冷却的、变窄的间隙并且进行冷却，所述冷却的、变窄的间隙具有1-100的高度(H)与宽度(B)比，所述宽度(B)为0.5-10MM，并且间隙最窄点处的流速为10-200M/S。 

中国专利申请87108199.7新型炭黑的生产工艺及其设备，是关于CSF半补强炭黑的生产工艺及其设备。以往以重油为原料生产合成氨并加工成尿素的氮肥厂，回收炭黑，均采用重油萃取炭黑返炉燃烧的工艺流程，该流程中的重油螺杆泵易磨损，检修频繁，操作困难，设备投资大。 

目前，天然气半补强炭黑是以天然气为原料在缺氧不完全燃烧时，部分天然气在1400℃至1100℃裂解生成。通用半补强反应炉都采用双炉头结构，助燃空气和燃烧、裂解天然气也从炉头进入炉膛边燃烧边裂解，其单炉产量只有210kg/h，而且调整产品质量手段不多，能耗高，余热综合利用程度不高等缺陷。 

发明内容

本发明的目的是提供一种原料天然气喉管射入四段式半补强炭黑反应炉，单炉产量显著提高。 

本发明的发明目的是通过如下技术措施实现的：立式炉体包括四段式反应结构，即第一段为燃烧室，燃烧室切向连接第二段炉膛，炉膛下方同轴连接第三段喉管，喉管下方同轴连接第四段反应段，燃烧室上连接燃料天然气进口，喉管上连接原料天然气进口。 

本发明原理在于，燃料天然气混合燃烧状态优化，分四段构成炉体，便于单独开口接入原料天然气，以显著提高单炉产量。 

本发明的有益效果是：反应炉体由燃烧室、炉膛、喉管和反应段四段构成，原料天然气和燃料天然气在不同位置分别进入反应炉，单炉产量360kg/h，产量大，收率高，而且调整产品质量手段丰富，能耗低，余热综合利用程度高，制得炭黑具有独特的品质，在橡胶、机械、冶金、塑料等领域广泛的用途。 

附图说明

图1是现有技术中的双炉头炭黑反应炉结构部分结构主视示意图。 

图2是图1中的左视结构以及下部连接结构示意图。 

图3是本发明中的原料天然气喉管射入四段式半补强炭黑反应炉侧视结构示意图。 

图4是实施例中的原料天然气由对称的两侧燃烧室喷入的反应炉俯视结构示意图。 

附图标记包括：天然气进口1，喷燃器2，空气进口3，炉头4，炉膛5，锥形斗6，汇集段7，反应段8，急冷水进口9，燃料天然气进口10，原料天然气进口11，预热器12，喉管13，燃烧室14，油枪15。 

具体实施方式

如附图1和2所示，公知技术通用生产半补强炭黑反应炉由两个反应炉头4和一个汇集段7作为总烟道反应室组成，空气切向旋转进入炉膛5，包括原料天然气和燃料天然气的全部天然气经天然气进口1火嘴喷入炉膛5，边燃烧边裂解，高温混合气经锥形斗6通过三岔口总烟道汇集段7进入反应段8反应室，继续裂解反应后由急冷水进口9喷急冷水终止反应，这时原料天然气缺氧不完全燃烧生成半补强炭黑，该炉型产量只有210kg/h。 

如附图3所示，本发明中，立式炉体包括四段式反应结构，即第一段为燃烧室14，燃烧室14切向连接第二段炉膛5，炉膛5下方同轴连接第三段喉管13，喉管13下方同轴连接第四段反应段8，燃烧室14上连接燃料天然气进口10，喉管13上连接原料天然气进口11。 

如附图4所示，实施例1：原料天然气由对称的两侧燃烧室14切向喷入的反应炉第二段炉膛5，即： 

燃烧室14有2个，水平固定的两个燃烧室14对称安装在立式炉体两侧，两侧燃烧室14切向连接入竖立的第二段炉膛5。燃烧室14有2个，水平对称的两侧燃烧室14与竖立的第二段炉膛5构成T型炉头4。 

前述中，燃烧室14有2个，水平固定的两个燃烧室14上安装燃料天然气进口10，在两个燃烧室14外端分别安装喷燃器2和空气进口3，其中，空气进口3安装在喷燃器2外侧。尤其是，空气进口3外侧安装预热器12。 

前述中，反应段8炉体外壁安装油枪15。 

前述中，反应段8下方连接锥形斗6和汇集段7。 

由两侧燃料天然气进口10进入燃烧室14的燃料天然气与空气进口3进入燃烧室14 的预热空气，经喷燃器2混合燃烧进入两侧燃烧室14，然后从两侧向心切向进入第二段炉膛5，在燃烧室14内充分燃烧后高温气流向下高速进入第三段喉管13，在此与由原料天然气进口11高速射入的原料天然气混合裂解，混合气体向下进入烟道反应室第四段反应段8继续进行裂解反应，并且，再用原料油由储油罐经油泵加压，经过在线油预热器预热，达到工艺要求温度，用特制油枪15喷入反应炉反应段8内，与另一部分未燃烧的原料天然气在供氧不足的情况下产生裂解反映，之后，在急冷水进口9进入急冷水终止反应。 

本发明中，炉体内反应由四段组成，燃料天然气和原料天然气分别从不同反应段部位进入炉体，即燃料天然气由安装在燃烧室14顶端的燃料天然气进口10进入第一反应段燃烧室14，原料天然气由安装在喉管13上的原料天然气进口11进入第三反应段。 

空气流量5670NM³/h经空气预热器12将空气预热到150℃分两路进入喷燃器2，与分两路进入炉头4的流量315NM³/h燃料天然气混合燃烧，流量1850NM³/h原料天然气以150m/h速度在喉管13处喷入炉体内，在急冷水进口9位置喷入5000kg/h急冷水，经收集系统汇集段7收集造粒，产品质量符合GB3778-2011半补强炭黑标准，产量360kg/h。 

本发明实施例中，燃料天然气通过调节阀由配气站按工艺要求计量后，径向进入燃烧室14，同时，空气经过风机加压，经过在线的空气预热器12预热后，按工艺需求的压力及流量调节，由切向进入炉膛5；在炉膛5内，燃料天然气同预热空气旋转混合向下，使一部分天然气充分进行燃烧放出热量，此时炉内温度达到1000℃以上，高温燃烧裂解生成炭黑。 

本发明实施例中，制得天然气半补强炉黑与油基半补强炉黑，其性能接近，都有较低的生热和良好的动态性能；制得天然气半补强炉黑粒径粗，结构低，故应用后生产的胶料的伸长率稍高，因此制得天然气半补强炉黑可代替热裂炭黑使用；油基半补强炉黑性能类似低结构半补强炉黑N754，压出性能较好，适用胶管胶带，可代替热裂炭黑。 

本发明实施例中，制得半补强炭黑生产具有助燃空气温度低，天然气燃烧扩散速度慢的特点，为了使天然气充分燃烧，必须有足够空间和扩散时间；因此，第一段两个燃烧室㈠，切向进入第二段反应段炉膛5，燃料天然气在炉膛5中充分燃烧后，产生1450℃至1500℃高温气体以100m/s至200m/s速度通过第三段喉管13，同时，进入喉管13与高速射入 原料天然气混合，在高温高速气流作用下，使原料天然气与高温气体快速混合和裂解，然后，原料天然气混合高温气流混合体进入第四段反应段8烟道反应室继续进行裂解，最后用冷却水急冷终止裂解反应。 

本发明中结构方式优点包括：燃料天然气和预热空气混合好、温度高，单炉产量显著提高；对主要提供热量燃料天然气品质要求不高；为余热综合利用，降低消耗提供有利的空间；调整预热空气与燃料天然气比例以及原料天然气比例可以调整产品质量和品种。 

本发明中，燃料天然气可用其它可燃性气体如高炉煤气等取代，原料天然气可用碳氢化合物取代。 

Claims (7)

1.原料天然气喉管射入四段式半补强炭黑反应炉，其特征是：立式炉体包括四段式反应结构，即第一段为燃烧室(14)，燃烧室(14)切向连接第二段炉膛(5)，炉膛(5)下方同轴连接第三段喉管(13)，喉管(13)下方同轴连接第四段反应段(8)，燃烧室(14)上连接燃料天然气进口(10)，喉管(13)上连接原料天然气进口(11)。

2.如权利要求1所述的原料天然气喉管射入四段式半补强炭黑反应炉，其特征在于，燃烧室(14)有2个，水平固定的两个燃烧室(14)对称安装在立式炉体两侧，两侧燃烧室(14)切向连接入竖立的第二段炉膛(5)。

3.如权利要求1所述的原料天然气喉管射入四段式半补强炭黑反应炉，其特征在于，燃烧室(14)有2个，水平对称的两侧燃烧室(14)与竖立的第二段炉膛(5)构成T型炉头(4)。

4.如权利要求1所述的原料天然气喉管射入四段式半补强炭黑反应炉，其特征在于，燃烧室(14)有2个，水平固定的两个燃烧室(14)上安装燃料天然气进口(10)，在两个燃烧室(14)外端分别安装喷燃器2和空气进口(3)，其中，空气进口(3)安装在喷燃器(2)外侧。

5.如权利要求4所述的原料天然气喉管射入四段式半补强炭黑反应炉，其特征在于，空气进口(3)外侧安装预热器(12)。

6.如权利要求1所述的原料天然气喉管射入四段式半补强炭黑反应炉，其特征在于，反应段(8)炉体外壁安装油枪(15)。

7.如权利要求1所述的原料天然气喉管射入四段式半补强炭黑反应炉，其特征在于，反应段(8)下方连接锥形斗(6)和汇集段(7)。

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