CN103980741B - 一种以煤焦油生产橡胶用炭黑的方法及反应炉 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种以煤焦油生产橡胶用炭黑的方法，是以煤气为燃料，煤气通过环形煤气分配器径向喷入燃烧室；以煤焦油不添加蒽油为原料油，原料油通过喉管段的油枪喷入反应炉，进行裂解反应，原料油喷入时，原料油温度控制为70-80°C，入炉油压为2.5-2.75Mpa，油枪个数为12-16个，在反应炉中发生裂解生产炭黑烟气，炭黑烟气经冷却、收集、造粒和干燥得到橡胶用炭黑。通过工艺的改进以煤焦油不加蒽油生产出了合格的橡胶用炭黑，降低了生产成本。本发明还提供了上述方法适用的生产橡胶用炭黑的反应炉。
Description
技术领域
本发明涉及炭黑生产领域，具体涉及一种只以煤焦油为原料生产橡胶用炭黑的方法；本发明还涉及以煤焦油为原料生产橡胶用炭黑的反应炉。
背景技术
炭黑可作为补强填充剂用在橡胶生产中，对橡胶的物理机械性能和加工工艺都有重要的影响。对于炉法炭黑生产线，反应炉是其核心设备，其一般工艺是：空气和燃料在反应炉中燃烧，原料经雾化后喷入燃烧的火焰中，经高温热解生成炭黑；炭黑悬浮于燃余气中形成烟气；烟气经冷却后被收集和干燥。炭黑行业对原料油的质量要求是：芳烃含量要高，相关指数(BMCI)≥120，杂质、沥青类和胶质要少。一般来说，蒽油、防腐油和乙烯焦油是较理想的炭黑生产原材料。目前，生产橡胶用炭黑的原料一般使用煤焦油和蒽油的混合油，增加煤焦油中蒽油的比例目的是提高炭黑的着色强度。蒽油是煤焦油组成的一部分，可通过蒸馏获得，蒽油的价格高于煤焦油，炭黑原料中蒽油比例的增大无疑增加了生产成本。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种以煤焦油为单一原料生产橡胶用炭黑的方法。
本发明的另一目的是提供以煤焦油生产橡胶用炭黑的反应炉。
本发明的技术方案是：一种以煤焦油生产橡胶用炭黑的方法，其特征在于:以煤气为燃料，以全煤焦油为原料油，既煤焦油中不添加蒽油，在反应炉中发生裂解生产炭黑烟气，炭黑烟气经冷却、收集、造粒和干燥得到橡胶用炭黑，在反应炉中生产所述炭黑烟气的工艺步骤包括：
（1）燃料与预热空气的混合燃烧：煤气通过环形煤气分配器径向喷入燃烧室，与预热空气混合后燃烧；传统方法中多使用煤气枪将煤气从燃烧室前端轴向喷入燃烧室，相对于轴向喷入，本发明预热后的高温空气和径向喷入燃烧室的煤气混合更充分，提高了煤气燃烧效率和反应炉内火焰温度，有利于热能的充分利用和产品着色强度的提高。
（2）原料油的喷入：原料油通过喉管段的原料油油枪喷入反应炉，进行裂解反应，原料油喷入时，原料油温度控制为70-80°C，入炉油压为2.5-2.75Mpa，油枪个数为12-16个。同时，对于生产一定型号的橡胶用炭黑产品，入炉原料油的总流速维持在一定范围内，本步骤中可按经验控制和调整流速，且入炉原料油的流速优选控制在6300-6700kg/h。
原料油温度越高其粘度越低，喷入炉内的雾化效果就越好；增大入炉油压也可提高原料油的雾化水平；增加油枪的数目可以直接提高原料油雾化效果；提高原料油的雾化效果可以增加炭黑产品的着色强度。
进一步地，所述步骤（2）中油枪枪咀角度小于或等于15°。油枪枪咀喷射角度越小，喷出油的轨迹越长，与燃烧的火焰接触更好，有利于产品着色强度的提高。
进一步地，所述步骤（2）中原料油喷入时，原料油温度控制为72-78°C，入炉油压为2.5-2.75Mpa，油枪个数为12个。
一种适用于上述方法的生产橡胶用炭黑的反应炉，包括燃烧室、喉管段、反应室和急冷段，其特征在于：燃料气体通过环形煤气分配器喷入所述燃烧室，环形煤气分配器包括环形煤气分配器主体和出气管，环形煤气分配器主体套接在所述燃烧室外部，所述环形煤气分配器的出气管嵌入燃烧室壁内，所述出气管端部的出气口径向喷射煤气；煤气分配器安装在燃烧室的壁上和外部，反应炉内设备减少，减小了炉膛内的压力，降低了提供煤气的煤压机和提供空气的主供风机的负荷，从而可以节约部分电能。所述喉管段设有前排油枪和后排油枪，所述前排油枪和所述后排油枪之间设置中排油枪，所述中排油枪和所述后排油枪交错设置，所述中排油枪和所述后排油枪各4-8个。
进一步地，中排油枪至所述后排油枪的距离为40-60mm，优选50mm。所述前排油枪至所述中排油枪的距离为所述中排油枪至所述后排油枪距离的9-12倍。炭黑反应炉普遍设置前排油枪和后排油枪，后排油枪用于喷射原料油，前排油枪起辅助作用，前排油枪设置在喉管段前端，此处喷出油的反应时间长、产品吸油值高但是产量低。喉管段的长度约1000mm。至后排油枪距离较近的中排油枪，在正常情况下同后排油枪一起喷射原料油，有利于提高原料油的雾化效果。
进一步地，所述前排油枪和所述后排油枪在喉管段壁内径向镶嵌安装，且枪咀角度小于或等于15°。
进一步地，所述环形煤气分配器的出气管个数在6个以上，均匀设置。
上述反应炉也适用于以煤焦油和蒽油为原料油生产橡胶用炭黑的工艺。
本发明的原理：传统的橡胶用炭黑生产方法，原料是煤焦油和蒽油的混合油，蒽油的作用是提高炭黑的着色强度，但是蒽油价格高于煤焦油。本发明不使用蒽油，利用提高煤焦油的雾化效果，使用煤气分配器提高火焰温度，以及新喉管段的使用增强原料油和火焰的充分接触，以煤焦油为原料可以制备合格的橡胶用炭黑。
附图说明
图1示出了本发明的实施例中燃烧室的纵向剖面图；
图2示出了图1燃烧室的A-A处横向剖视图；
图3示出了本发明的实施例中喉管段的纵向剖面图；
图4示出了图3喉管段的A-A或C-C处横向剖视图；
图5示出了图3喉管段的B-B处横向剖视图；
图中：1燃烧室；2煤气分配器；3出气管；4喉管段；5后排油枪；6前排油枪；7中排油枪。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
本实施例提供一种生产橡胶用炭黑的反应炉，包括燃烧室、喉管段、反应室和急冷段，燃烧室1由铬钢玉机压砖和刚玉质隔热烧铸料制成，结合图1和图2，燃烧室1外套环形煤气分配器2的主体，环形煤气分配器2的出气管3嵌入燃烧室1的壁内，出气管3围绕燃烧室1均匀设置6个，且出气口的喷射方向为径向。传统的反应炉多使用煤气枪从反应炉前端将煤气轴向喷入反应炉内，煤气枪插入到反应炉内，减小了炉膛的体积从而增大了炉膛内的压力，会变相提高煤压机和主供风机的负荷，造成电能的浪费。
如图3、图4、图5反应炉的喉管段4前后分别设置前排油枪6中排油枪7和后排油枪5，前排油枪6和中排油枪7均为4支，位置相互对应设置。后排油枪5为8支，与中排油枪7交错设置，所述喉管段长度为920mm，前排油枪6距离喉管段前端130mm，前排油枪6至中排油枪7的距离为580mm，中排油枪7至后排油枪5的距离为50mm，油枪在喉管壁上径向安装，枪咀角度选用15°，前排油枪6为辅助油枪，在需要增加产品吸油值时使用。
本实施例提供一种以全煤焦油为原料制备橡胶用炭黑N375的方法，该方法利用上述反应炉，包括：
（1）煤气通过环形煤气分配器2径向喷入反应炉，与预热后的高温空气混合燃烧。
（2）原料油选用煤焦油，不添加蒽油，原料油油罐预热至75℃，原料油罐温度的提升可以直接提高喷入炉内的原料油油温，相同条件下就会降低燃料的消耗。原料油泵的出口压力调节至3.0Mpa，入炉油压控制在2.5-2.75Mpa之间，将煤焦油通过中排油枪7和后排油枪5喷入反应炉内。
（3）收集冷却后的烟气，进一步进行造粒和干燥。得到的全煤焦油生产N375型号橡胶用炭黑，各项指标见表1。
成本计算：年产3万吨优级品N375炭黑的生产线使用的原料为煤焦油：蒽油为8:2的混合油；年产4万吨优级品N375炭黑的生产线使用的原料多为煤焦油：蒽油为7:3的混合油，市场上蒽油价格比煤焦油价格贵500元/吨，由此，只使用煤焦油生产橡胶用炭黑，年产3万吨生产线每年可节约成本约300万元，年产4万吨生产线每年可节约成本约600万元。
Claims (8)
1.一种以煤焦油生产橡胶用炭黑的方法，其特征在于：以煤气为燃料，以全煤焦油为原料油，在反应炉中发生裂解生产炭黑烟气，炭黑烟气经冷却、收集、造粒和干燥得到橡胶用炭黑，在所述反应炉中生产所述炭黑烟气的工艺步骤包括：
（1）燃料与预热空气的混合燃烧：煤气通过环形煤气分配器径向喷入燃烧室，与预热空气混合后燃烧；
（2）原料油的喷入：原料油通过喉管段的油枪喷入反应炉，进行裂解反应，原料油喷入时，原料油温度控制为70-80°C；入炉油压为2.5-2.75Mpa；油枪个数为12-16个。
2.根据权利要求1所述的一种以煤焦油生产橡胶用炭黑的方法，其特征在于：所述步骤（2）中入炉原料油的总流速为6300-6700kg/h。
3.根据权利要求1所述的一种以煤焦油生产橡胶用炭黑的方法，其特征在于：所述步骤（2）中油枪枪咀角度小于或等于15°。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种以煤焦油生产橡胶用炭黑的方法，其特征在于：所述步骤（2）中原料油喷入时，原料油温度控制为72-78°C，入炉油压为2.5-2.75Mpa，油枪个数为12个。
5.一种以煤焦油生产橡胶用炭黑的反应炉，包括燃烧室、喉管段、反应室和急冷段，其特征在于：燃料气体通过环形煤气分配器喷入所述燃烧室，环形煤气分配器包括环形煤气分配器主体和出气管，环形煤气分配器主体套接在所述燃烧室外部，所述出气管嵌入燃烧室壁内，所述出气管端部的出气口径向喷射煤气；所述喉管段设有前排油枪和后排油枪，所述前排油枪和所述后排油枪之间设置中排油枪，所述中排油枪和所述后排油枪交错设置，所述中排油枪和所述后排油枪各4-8个。
6.根据权利要求4所述的一种以煤焦油生产橡胶用炭黑的反应炉，其特征在于：所述中排油枪至所述后排油枪的距离为40-60mm。
7.根据权利要求4或5任意一项所述的一种以煤焦油生产橡胶用炭黑的反应炉，其特征在于：所述前排油枪、所述中排油枪和所述后排油枪在喉管段壁内径向镶嵌安装，且枪咀角度小于或等于15°。
8.根据权利要求4或5任意一项所述的一种以煤焦油生产橡胶用炭黑的反应炉，其特征在于：所述环形煤气分配器的出气管个数在6个以上，均匀设置。
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