一种热裂法生产炭黑的装置
技术领域
发明涉及一种炭黑生产装置,特别是一种热裂解法生产炭黑的装置。
背景技术
热裂解法(亦称热裂法)是炭黑生产的一种常见方法,它是采用天然气为原料,在无氧、无焰的情况下,经1000至1300℃的高温热裂解生成炭黑。这种方法生产的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。
目前,全世界的热裂解炭黑生产厂家主要有加拿大肯卡伯有限公司(CANCARB LIMITED),美国赢创集团(EVONIC)和俄罗斯的GAZPROM公司的子公司。这种方法生产炭黑所采用的典型装置及流程如图1所示,主供风机1分别与裂解炉A2和裂解炉B3相连为裂解炉A2和裂解炉B3的蓄热炉提供燃料,裂解炉A2和裂解炉B3同时与天然气管道相连,裂解炉A2和裂解炉B3交替使用,天然气在裂解炉A2或裂解炉B3热裂解生成炭黑并产生富氢气体,生产的炭黑和富氢气体的混合气流进入袋滤器4进行气固分离,分离后得到的炭黑经进一步加工后成为成品炭黑,分离后的富氢气体通过富氢气体引风机5进入洗塔6,在洗塔6进行洗涤后,进入富氢气体气柜7,富氢气体气柜7内的富氢气体通过富氢气体加压风机8与裂解炉A2和裂解炉B3相连,即裂解产生的氢气作为燃料部分回用加热裂解炉A2或裂解炉B3,当裂解炉A2或裂解炉B3温度降到规定值,用富氢气体气柜7中的富氢气体对裂解炉A2或裂解炉B3进行加热,加热后的废气经冷却后排空。
这种方式虽然回收利用了产生的氢气,但是存在以下问题:一是随着环境保护意识越来越强,国内城市交通采用氢气作为动力源越来越多,同时,氢气还可以作为其他化工产品原料,因而氢气价格较高;二是因氢气燃烧热值高同样温度、传递给裂解炉的蓄热炉能量相同情况下,燃烧气流较小,这样,裂解炉上下温差大,生产的炭黑产品质量不稳定。
另外,新疆雅克拉炭黑有限公司目前具有20000t/a半补强炭黑生产能力,同时产生大量2000KJ/M3至3000KJ/M3低品质尾气未完全利用。
此外,目前,全世界的热裂解炭黑生产厂家主要有加拿大肯卡伯有限公司(CANCARB LIMITED),美国赢创集团(EVONIC)和俄罗斯的GAZPROM公司的子公司。热裂解法炭黑生产中的关键设备是裂解炉,对于该设备,除上世纪四十年代对其有所介绍外,以后都未见相关文献介绍。国外对其结构、原理进行技术封锁,进口设备价格昂贵且维护麻烦,给国内的炭黑生产厂家提出了技术难题。
发明内容
本发明的发明目的在于:针对上述存在的问题,提供一种节能环保且生产的炭黑产品质量更稳定的新型生产炭黑的装置。
本发明采用的技术方案是这样的:一种采用炭黑尾气进行热裂法生产炭黑的装置,包括主供风机,所述主供风机分别与裂解炉A、裂解炉B相连,所述裂解炉A、裂解炉B均与袋滤器相连,袋滤器再依次与富氢气体引风机、洗塔、富氢气体气柜相连,所述裂解炉A、裂解炉B分别与尾气气柜相连;
所述裂解炉A或裂解炉B的结构为:包括腔体,所述腔体下端连接炉体,所述炉体从上至下依次分为预热段和裂解段,所述裂解段下端连接支持汇集段,所述腔体上端设置有喷燃气接口,腔体左端设置防爆口、右端设置天然气进口,所述支撑汇集段的左右两端设置分别设置有炭黑烟气出口和蓄热烟气出口;所述预热段由蓄热格子砖按层交叉布置;所述裂解段由蓄热砖和异形蓄热砖分别按层布置,其中异形蓄热砖布置在蓄热砖四周,所述蓄热砖中设置有流通孔,且每层蓄热砖设置有凹凸槽;所述支持汇集段主要由方形耐热砖和环形耐热砖组成,所述方形耐热砖按层交叉排列,环形耐热砖与炉体成环形分布,最下层蓄热砖边沿置于环形耐热砖上。所述尾气气柜的入口通入半补强炭黑生产时产生的尾气,产生的富氢气体不再用于对裂解炉的蓄热炉进行加热,而是采用半补强炭黑生产时产生的尾气代替富氢气体对裂解炉的蓄热炉进行加热。
作为优选:所述裂解炉A与尾气气柜之间、裂解炉B与尾气气柜之间设置有尾气加压风机。
进一步的:所述蓄热格子砖四周固定设置有耐热砖,所述耐热砖另一侧与炉体内壁固定。
进一步的:所述方形耐热砖之间的间隙大于蓄热砖的流通孔。
本申请所述的“蓄热砖”和“耐热砖”是根据用途来定义的,实际上材质和形状都一样,而“异形蓄热砖”、“方形耐热砖”都是指非国家标准形状的蓄热砖或耐热砖,是根据位置不同而设计的,具体形状如本申请的实施例和附图部分所描述的。
天然气裂解有如下特性:400℃以下几乎没有裂解反应,400℃至1000℃有裂解反应,但速度很慢,1000℃以上随着温度升高,裂解反应速度加快。发明人利用天然气裂解这种特性,开发了本发明所描述的三段式裂解炉:第一段为预热段,该段采用蓄热格子砖砌筑,具有接触面积大、空隙大特性,能使天然气在短时间内温度提高到800℃至1000℃,同时避免大量裂解炭黑生成附集在蓄热格子砖上,从而使炭黑的收率得到提高;第二段为裂解段,该段采用异形蓄热砖,该段使高温天然气充分裂解附集,在反吹气流通过时有足够的速度使附集在此处炭黑带走;第三段为支撑汇集段,该段主要作用是支撑预热段和裂解段的砖的重量,同时汇集蓄热烟气气流去烟囱、汇集裂解后的炭黑烟气和反吹气流到主袋;
另外,本发明将加热燃烧室(即前面所述的“腔体”)设置在整个裂解炉的顶部,一方面操作维护方便,另一方面可以使裂解炉上部的蓄热格子砖成为整个裂解炉的高温区,并将待裂解的天然气的进口设置在整个裂解炉的顶部,顶部进入的裂解天然气是低温,从而可以使进入的天然气在预热段快速预热,这种方式布置可使天然气裂解时温度变化很窄,使产品质量稳定,品质提升;同时这种布置可适当提高蓄热温度,从而使“蓄热-裂解”转换周期更长,处理天然气量更大,整个生产装置生产能力得到提高。
综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:增设尾气气柜和尾气加压风机,从而可以采用半补强炭黑生产时产生的尾气代替富氢气体对裂解炉的蓄热炉进行加热,调整主燃料气与半补强炭黑生产时产生的尾气的配比,可使燃烧气流达到1450℃至1600℃,完全可以满足热裂法炭黑生产过程需要,而富氢气体经风机加压经洗涤进入富氢气体气柜贮存,可作为商品出售给城市交通用汽车燃料,或作为其化工生产产品的原料,提高了能源的利用效能;因半补强炭黑生产时产生的尾气热值低,和氢气燃烧相比,同样温度、传递给蓄热炉能量相同情况下,燃烧气流比氢气燃烧气流大,这样,裂解炉上下温差更小,生产的热裂法炭黑产品质量更稳定;另外,采用半补强炭黑生产时产生的尾气作为原料,使得半补强炭黑生产时产生的尾气得到充分的回收利用,节约了能源同时减少了尾气产生的大气污染,既节能又环保;同时,本发明的裂解炉结构可以使产品质量稳定,品质提升,处理天然气量更大,整个生产装置生产能力得到大大提高。
附图说明
图1是现有技术中热裂法炭黑生产装置;
图2是本发明实施例的热裂法炭黑生产装置结构示意图;
图3是图2中裂解炉A的结构示意图;
图4是图3中A-A剖视图;
图5是图3中B-B剖视图;
图6是图3中C-C剖视图;
图7是图3中D-D剖视图;
图中标记:1为主供风机、2为裂解炉A、3为裂解炉B、4为袋滤器、5为富氢气体引风机、6为洗塔、7为富氢气体气柜、8为富氢气体加压风机、9为尾气气柜、10为尾气加压风机;
2-1.方形耐热砖、2-11.间隙、2-2.环形耐热砖、2-3.蓄热砖、2-31.流通孔、2-32. 凹凸槽、2-4.异形蓄热砖、2-5.耐热砖、2-6. 蓄热格子砖、2-7.腔体;
图3中,a.炭黑烟气出口、b蓄热烟气出口、c.防爆口、d.天然气进口、e.喷燃器接口。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明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发明,并不用于限定本发明。
如图2所示,一种采用炭黑尾气进行热裂法生产炭黑的装置,包括主供风机1,所述主供风机1分别与裂解炉A2、裂解炉B3相连,所述裂解炉A2、裂解炉B3均与袋滤器4相连,袋滤器4再依次与富氢气体引风机5、洗塔6、富氢气体气柜7相连,富氢气体气柜7再与富氢气体加压风机8相连,所述裂解炉A2、裂解炉B3分别依次与尾气加压风机10、尾气气柜9相连。图1和图2中箭头方向均为气流方向。
主供风机1分别与裂解炉A2和裂解炉B3相连为裂解炉A2和裂解炉B3的蓄热炉提供助燃空气,裂解炉A2和裂解炉B3同时与天然气管道相连,天然气进入裂解炉A2和裂解炉B3后发生热裂解反应,尾气气柜9的入口通入半补强炭黑生产时产生的尾气,产生的富氢气体不再用于对裂解炉的蓄热炉进行加热,而是采用半补强炭黑生产时产生的尾气代替富氢气体对裂解炉A2和裂解炉B3的蓄热炉进行加热。
其中,裂解炉A2与裂解炉B3的结构一样,其结构如图3-7所示,包括腔体2-7,所述腔体2-7下端连接炉体,所述炉体从上至下依次分为预热段和裂解段,所述裂解段下端连接支持汇集段,所述腔体2-7上端设置有喷燃气接口e,腔体左端设置防爆口c、右端设置天然气进口d,天然气进口d同时作为冲刷口,冲刷口可以对炉体进行清理;所述支撑汇集段的左右两端设置分别设置有炭黑烟气出口a和蓄热烟气出口b;所述预热段由蓄热格子砖2-6按层交叉布置,即蓄热格子砖2-6之间设置有相同的间隔,所述蓄热格子砖2-6四周固定设置有耐热砖2-5,所述蓄热格子砖是指用直形蓄热砖砌成中间有空隙格子形状集合体,如图7所示,所述耐热砖2-5另一侧与炉体内壁固定;所述裂解段由蓄热砖2-3和异形蓄热砖2-4分别按层布置,其中异形蓄热砖2-4布置在蓄热砖2-3四周,周向固定蓄热部分,所述蓄热砖2-3中设置有流通孔2-31,且每层蓄热砖2-3流通孔2-31上下设置有凹凸槽;所述支持汇集段主要由方形耐热砖2-1和环形耐热砖2-2组成,所述方形耐热砖2-1按层交叉排列并安放在耐火砖上,即每层的方形耐热砖2-1之间有间隙,且该间隙大于蓄热砖2-3的流通孔,裂解后的炭黑烟气通过间隙进入炭黑烟气出口a;环形耐热砖2-2与炉体成环形分布,最下层蓄热砖2-3边沿置于环形耐热砖2-2上,方形耐热砖2-1和环形耐热砖2-2共同支撑蓄热砖2-3、异形蓄热砖2-4、耐热砖2-5和蓄热格子砖2-6的重量;
蓄热砖2-3中有流通孔2-31,每层蓄热砖2-3有凹凸槽2-32及蓄热砖2-3每层采用错层方式交叉布置,保证天然气从上至下进行裂解,并保证蓄热砖轴向固定,不至于坍塌,蓄热格子砖2-6和方形耐热砖2-1也是按层方式交叉排列,保证不遮挡蓄热砖2-3中间的流通孔。
异形蓄热砖2-4按照间断数层的方式设置,即两层异形蓄热砖2-4蓄热砖2-3间隔开,靠近下面的异形蓄热砖2-4层对蓄热砖2-3进行周向固定,最上面一层异形蓄热砖2-4还用于安放耐热砖2-5并密闭腔体2-7,保证天然气必须通过蓄热砖2-3的流通孔,图3中“X”表示气流不能从边缘通过。
在加热阶段,关闭天然气进口d和炭黑烟气出口a及蓄热烟气出口b,持续对炉膛进行加热,保证蓄热砖2-3和蓄热格子砖2-6能够吸收足够多的热量,保证天然气能达到裂解成炭黑的温度;
在生产阶段,关闭蓄热烟气出口b,天然气从天然气进口d进入腔体2-7,这时,天然气温度还没有达到所需要裂解的温度,通过换热部分,蓄热格子砖2-6能增加与天然气的接触面积,保证天然气迅速换热,达到裂解成炭黑所需温度,再经过裂解段,通过蓄热砖2-3中的流通孔进行裂解,最后,以一定的速度带走蓄热砖上的炭黑烟气,通过方形耐热砖2-1中的间隙从炭黑烟气出口a出去,完成整个反应过程。加热阶段和裂解阶段A2、B3裂解炉交替进行,间隔时间5至10分钟。
用1250NM3/h天然气作为生产热裂法炭黑原料,采用尾气对裂解炉进行加热,消耗的尾气8200NM3/h至9000NM3/h,空气流量4920NM3至5400NM3/h,燃烧火焰温度1550℃至1620℃,两台裂解炉切换周期6分钟/次,热裂炭黑产量为256kg/h。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。