CN103834198B - 一种湿法造粒制备炭黑的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种湿法造粒制备炭黑的方法，包括原料油裂解，炭黑烟气的分离，造粒，干燥，其中，干燥过程的热源由原料油裂解产生的尾气在尾气炉中燃烧来提供，干燥过程的温度由供给干燥机尾气燃烧炉的尾气量来控制，所述供给干燥机尾气燃烧炉的尾气量通过尾气控制程序来控制，该方法能够避免炭黑干燥时温度偏高引起的产品燃烧，或在包装时造成的糊包，能够防止温度过低造成的炭黑水分不合格，从而确保能够稳定的获得质量合格的粒状炭黑。
Description
技术领域
本发明属于化工技术领域，涉及一种湿法造粒制备炭黑的方法。
背景技术
目前，国内多数炭黑企业采用湿法造粒工艺生产炭黑，炭黑的湿法造粒是将粉状炭黑和含有一定量粘结剂的水溶液(简称造粒水)在造粒机内，经搅齿的旋转作用形成粒状炭黑的一种方法。粒状炭黑离开造粒机后，湿粒子必须进行干燥，干燥过程由一个外加热和热烟气通过来补充加热的旋转窑式干燥机完成。目前，湿法造粒仍采用造粒机电机功率串级控制造粒水量的控制体系，湿粒子含水量在35％～55％之间，具体取决于炭黑品种。
干燥机出口炭黑温度的控制一直困扰着炭黑生产企业的技术人员。该温度的理想控制值是130～190℃，温度过低不能保证炭黑的干燥程度(要求炭黑的加热减量<1.0％)，温度过高则产品容易着火，或在包装时造成糊包。炭黑在制备过程中会产生低热值尾气，尾气的燃烧可以为湿粒子的干燥提供热量。但由于炭黑下料量的波动必然导致造粒用水量和湿粒子干燥后排出的废气的温度等参数的波动，操作人员需要不断地调整尾气用量，以满足系统对热量的需求，从而能保持干燥机出口炭黑温度的稳定。传统上采用尾气与空气定比值的方法(针对特定炭黑品种)来控制干燥机出口处的炭黑温度，然而因为干燥炉蓄热变化滞后的原因，单单以定比值的方法不能满足需要，所以又采用以干燥机出口炭黑温度作为参考量，通过人工调整这一比值的滞后型模式，来控制炭黑在干燥机出口的温度。当造粒水量偏高时，由操作人员适当增加尾气比值；当造粒水量偏低时，则由操作人员适当降低尾气比值。这种依赖人工调整的模式一定不能做到调整及时且准确，必然引起干燥机出口炭黑温度出现较大的波动。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种湿法造粒制备炭黑的方法，该方法通过控制供给干燥机尾气燃烧炉的尾气量来控制炭黑干燥温度，能够实现干燥机出口处炭黑温度的稳定控制，从而确保能够得到水分含量合格的炭黑。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种湿法造粒制备炭黑的方法，包括
a.原料油裂解，生成炭黑烟气，所述炭黑烟气包含粉状炭黑和尾气；
b.炭黑烟气的分离，分别得到粉末炭黑和尾气；
c.造粒，粉末炭黑与粘合剂以及造粒水混合，得到湿的粒状炭黑；
d.干燥，湿的粒状炭黑在干燥机中加热干燥，得到干燥的粒状炭黑，其中，干燥过程的热源由原料油裂解产生的尾气在尾气炉中燃烧来提供，干燥过程的温度由供给干燥机尾气燃烧炉的尾气量来控制，所述供给干燥机尾气燃烧炉的尾气量通过尾气控制程序来控制，所述尾气控制程序应用的公式为V尾＝k·m水+[(Q汽化+△T1*C水+C炭黑△T0+C水蒸气*△T2)*dm水+m水(C炭黑*d△T0+C水蒸气*d△T2)-a*C燃*V燃*d△T燃]/(aC燃△T燃)/1.68，式中各参数的含义为
V尾，供给干燥机尾气燃烧炉的尾气量，
k，根据实际情况确定的系数，在1.5～2.0之间，
m水，造粒水流量，
C炭黑，炭黑的比热，
△T0，干燥后炭黑与造粒前炭黑的温度差，
Q汽化，水的汽化热，
C水，水的比热，
△T1，水由工况温度升高至沸点时的温度变化，
C水蒸气，水蒸气的比热值，
△T2，水蒸气从100℃升高至排出干燥机时的温度变化，
V燃，尾气燃烧后气体的流量，
C燃，尾气燃烧后气体的比热，
△T燃，尾气燃烧后气体在和粒状炭黑交换热量前后的温度差，
a，热量交换效率。
上述湿法造粒制备炭黑的方法，所述尾气控制程序还包括自动调节系统，所述自动调节系统包括尾气调节阀、流量计和显示器。
上述湿法造粒制备炭黑的方法，所述尾气调节阀安装于尾气燃烧炉的进气管上。
上述湿法造粒制备炭黑的方法，所述流量计安装于尾气燃烧炉的进气管上，位于尾气调节阀前。
V尾的单位为m3/h，m水的单位为kg/h，C炭黑的文献值为0.55776kJ/kg·℃，公式中假设造粒水的流量在数值上与炭黑的质量相同。
湿法造粒制备炭黑，是将原料油经预热后，从反应炉的燃烧室后部喷入，经雾化、剪切，在反应炉的反应段进行裂解反应，产生包含粉状炭黑和尾气的炭黑烟气；所述炭黑烟气在反应炉急冷段进行一次急冷，再依次经过空气预热器和原料油预热器，最后进行二次急冷，使烟气温度降至260～290℃；降温后的炭黑烟气进入主袋滤器进行粉状炭黑和尾气的分离，收集的炭黑经微米粉碎机粉碎后经风送风机送至收集旋风分离器,尾气经尾气风机加压后，部分送至电厂发电，部分被输送至尾气炉作为燃料。
造粒过程是将从旋风分离器分离出的储存在粉状炭黑储罐的粉状炭黑和含有一定数量粘合剂的水溶液在造粒机内，经搅齿的旋转作用形成粒状炭黑的过程，在造粒机内形成粒子大体上经历以下三个步骤：粉状炭黑密实均匀浸湿、成粒、磨光。
粉状炭黑经过储罐的气密阀，进入造粒机内，和溶有粘合剂的造粒水相混合，在转动的造粒机转子的作用下，形成粒状炭黑。造粒水的流量由造粒机电机功率串级调节。造粒后的湿粒子进入干燥机内。
用湿法造出的炭黑粒子，水分含量一般在35％～55％之间，必须干燥到含水量在1％以下才能作为成品出厂。炭黑的干燥是用回转干燥机干燥。干燥机通过直接和间接地把热传递湿的产品，基本上把水全部蒸发，干燥热源由生产过程产生的尾气通过在尾气炉中燃烧来提供。
湿粒子进入干燥机，凭借滚筒的转动和圆筒朝向出口的倾斜，粒子不断地向前滚动。干燥的热源是由尾气炉提供的热气流。在干燥机内第一段带主要是预热。从造粒机排出温度90℃～110℃，炭黑粒子基本上不发生干燥作用。到第二段带内，是物料的等速干燥阶段，使水分汽化除掉95％以上的水分，也称蒸发段。到第三段带内物料进入降速干燥阶段，物料结合水分继续除去，同时物料温度逐步上升为终干带，基本上完成了干燥炭黑粒子继续被加热到200℃完成最终干燥，然后经提升机输送至后部处理设备。
本发明提供了一种湿法造粒制备炭黑的方法，该方法通过控制供给干燥机尾气燃烧炉的尾气量来尾气控制炭黑干燥温度，该方法中的尾控制程序通过紧跟造粒水量、干燥废气温度、干燥炭黑温度等参数的变化情况，自动计算干燥炭黑所用尾气量并将计算结果输出至尾气炉尾气调节阀，从而实现尾气量的及时、准确地调节，实现干燥机出口炭黑温度的稳定控制。
当造粒水流量走高时，干燥所需的热量势必增加。系统将自动根据本发明的公式计算所需的尾气量的值，并将这一结果传送给自动调节系统，系统将根据偏差的大小自动调节阀位，增加尾气流量。流量计显示尾气流量并将结果传送给显示器。当显示流量达到需要的值时，偏差消失，调整过程完成。
当造粒水流量走低时，干燥所需的热量势必减小。系统将自动根据本发明的公式计算所需的尾气量的值，并将这一结果传送给自动调节系统，系统将根据偏差的大小自动调节阀位，减小尾气流量。流量计显示尾气流量并将结果传送给显示器。当显示流量达到需要的值时，偏差消失，调整过程完成。
本发明所提供的湿法造粒制备炭黑的方法，在炭黑制备过程中通过控制供给干燥机尾气燃烧炉的尾气量来控制炭黑干燥温度，能够避免炭黑干燥时温度偏高引起的产品燃烧，或在包装时造成的糊包，也能够防止温度过低造成的炭黑水分不合格，从而确保能够稳定的获得质量合格的粒状炭黑。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明所述内容做进一步详细的说明。
实施例1
由主供风机提供经空气预热器预热到550～650℃的热空气，经热风管线送至反应炉的燃烧室，与经预热并充分雾化的燃料，混合并燃烧，温度范围为1500～1800℃。原料油经原料油预热器预热至130～170℃后，从反应炉的燃烧室后部喷入，经雾化、剪切(高温气流对油滴的作用力使油滴破裂，从而进一步雾化)，在反应炉的反应段进行裂解反应，产生包含粉状炭黑和尾气的炭黑烟气。
所述炭黑烟气在反应炉急冷段进行一次急冷，再依次经过空气预热器和原料油预热器，最后进行二次急冷，使烟气温度降至260～290℃。
降温后的炭黑烟气进入主袋滤器进行粉状炭黑和尾气的分离，收集的炭黑经微米粉碎机粉碎后经风送风机送至收集旋风分离器,尾气经尾气风机加压后，部分送至电厂发电，部分被输送至尾气炉作为燃料。
将从旋风分离器分离出的储存在粉状炭黑储罐的粉状炭黑经气密阀，导入输送绞龙，然后输送至造粒机。粘合剂溶液在粘合剂储罐中，按一定比例和造粒水混合，以雾状形式喷入造粒机内，和粉状炭黑相作用，在转动的造粒机转子的作用下，形成粒状炭黑。造粒水的流量由造粒机电机功率串级调节。造粒后的湿粒子进入干燥机内。
湿粒子进入干燥机，凭借滚筒的转动和圆筒朝向出口的倾斜，粒子不断地向前滚动。干燥的热源是由尾气燃烧炉提供的热气流。在干燥机内第一段带主要是预热。从造粒机排出温度，炭黑粒子基本上不发生干燥作用。到第二段带内，是物料的等速干燥阶段，使水分汽化除掉95％以上的水分。也称蒸发段。到第三段带内物料进入降速干燥阶段，物料结合水分继续除去，同时物料温度逐步上升为终干带，基本上完成了干燥炭黑粒子继续被加热到200℃完成最终干燥，然后经提升机输送至后部处理设备。尾气燃烧炉提供的热气流经换热后变成温度约200℃的废气，和从湿粒子中挥发的蒸汽一起从废气袋滤器排出。
当造粒水流量走高时，干燥所需的热量势必增加。系统将自动根据本发明的公式计算所需的尾气量的值，并将这一结果传送给自动调节系统，系统将根据偏差的大小自动调节阀位，增加尾气流量。流量计显示尾气流量并将结果传送给显示器。当显示流量达到需要的值时，偏差消失，调整过程完成。
当造粒水流量走低时，干燥所需的热量势必减小。系统将自动根据本发明的公式计算所需的尾气量的值，并将这一结果传送给自动调节系统，系统将根据偏差的大小自动调节阀位，减小尾气流量。流量计显示尾气流量并将结果传送给显示器。当显示流量达到需要的值时，偏差消失，调整过程完成。
为了证实本发明所述尾气控温方法的有效性，发明人检测了使用本发明所述控制程序前后炭黑的水分含量，结果见表1。粒状炭黑含水量的要求为≤1.0％。
表1
由表1中的结果可以看出，使用本发明所述控制程序后，湿法制粒得到的炭黑的水分含量均合格，且水平稳定。
发明人还统计了一段时间内月生产批次相同的情况下，使用本发明所述控制程序前后的干燥机出口炭黑温度不合格的个数，结果见表2。
表2
由表2中的数据可以看出，使用本发明所述控制程序后干燥机出口炭黑温度的不合格次数有了明显的降低，炭黑平均水分含量也明显降低。
综上所述，本发明所提供一种湿法造粒制备炭黑的方法，在炭黑制备过程中通过控制供给干燥机尾气燃烧炉的尾气量来控制炭黑干燥温度，能够实现干燥机出口处炭黑温度的稳定控制，从而有效的确保所得炭黑水分含量合格、稳定，获得质量合格的炭黑。
Claims (4)
1.一种湿法造粒制备炭黑的方法，包括
a.原料油裂解，生成炭黑烟气，所述炭黑烟气包含粉状炭黑和尾气；
b.炭黑烟气的分离，分别得到粉末炭黑和尾气；
c.造粒，粉末炭黑与溶有粘合剂的造粒水混合，得到湿的粒状炭黑；
d.干燥，湿的粒状炭黑在干燥机中加热干燥，得到干燥的粒状炭黑，其特征在于，干燥过程的热源由原料油裂解产生的尾气在尾气炉中燃烧来提供，干燥过程的温度由供给干燥机尾气燃烧炉的尾气量来控制，所述供给干燥机尾气燃烧炉的尾气量通过尾气控制程序来控制，所述尾气控制程序应用的公式为V尾＝k·m水+[(Q汽化+△T1*C水+C炭黑△T0+C水蒸气*△T2)*dm水+m水(C炭黑*d△T0+C水蒸气*d△T2)-a*C燃*V燃*d△T燃]/(aC燃△T燃)/1.68，式中各参数的含义为
V尾，供给干燥机尾气燃烧炉的尾气量，
k，根据实际情况确定的系数，在1.5～2.0之间，
m水，造粒水流量，
C炭黑，炭黑的比热，
△T0，干燥后炭黑与造粒前炭黑的温度差，
Q汽化，水的汽化热，
C水，水的比热，
△T1，水由工况温度升高至沸点时的温度变化，
C水蒸气，水蒸气的比热值，
△T2，水蒸气从100℃升高至排出干燥机时的温度变化，
V燃，尾气燃烧后气体的流量，
C燃，尾气燃烧后气体的比热，
△T燃，尾气燃烧后气体在和粒状炭黑交换热量前后的温度差，
a，热量交换效率。
2.根据权利要求1所述的一种湿法造粒制备炭黑的方法，其特征在于，所述尾气控制程序还包括自动调节系统，所述自动调节系统包括尾气调节阀、流量计和显示器。
3.根据权利要求2所述的一种湿法造粒制备炭黑的方法，其特征在于，所述尾气调节阀安装于尾气燃烧炉的进气管上。
4.根据权利要求2所述的一种湿法造粒制备炭黑的方法，其特征在于，所述流量计安装于尾气燃烧炉的进气管上，位于尾气调节阀前。
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