CN104672954B - 低多环芳烃含量炉法炭黑生产方法及色素炭黑产品 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低多环芳烃含量炉法炭黑生产方法及色素炭黑产品，炉法炭黑的一般生产步骤为：原料油在反应炉中与高温燃气流混合，迅速裂解生产炭黑烟气；炭黑烟气经主袋滤器收集其中的炭黑；炭黑经微米粉碎机粉碎后被风送至收集旋风分离器分离，排除废气后炭黑粉末被送入炭黑储槽。本发明是，在步骤三过程中，将一部分经过预热的热空气引入风送风机至收集旋风分离器的输送管道，在高温下让吸附在炭黑表面的多环芳烃油类物质与空气中的氧气发生氧化反应，生成无害的水和二氧化碳并分离出体系，从而降低炭黑的多环芳烃含量。
Description
技术领域
本发明涉及一种低多环芳烃含量炉法炭黑生产方法,属于炉法炭黑的生产领域。
背景技术
炭黑是由烃类物质（固态、液态或气态）经不完全燃烧或裂解生成的。在炉法炭黑的生产过程中，由于炉温、急冷方式的差异，会造成少量液态芳烃物质未能完全裂解，而残留、吸附在炭黑的表面，采用新工艺炭黑生产技术生产较大粒径的炭黑，炭黑表面往往会产生较多的残留、吸附物质。
吸附在炭黑表面的芳烃油类物质由相应地形成自多环芳族体系的碳骨架构成，碳骨架基本由多环芳族体系构成的化合物通常被称为“多环芳烃”（PAHS），常见多环芳烃18种，它们是萘(NAP)、苊烯(ANY)、苊萘嵌戊烷(ANA)、芴(FLU)、菲(PHE)、蒽(ANT)、荧蒽(FLT)、芘(PYR)、苯并（a）蒽(BaA)、屈(CHR)、苯并（b）荧蒽(BbF)、苯并 (k）荧蒽(BkF)、苯并（a）芘(BaP)、茚并（1,2,3-cd）芘(IPY)、二苯并（a,h）蒽(DBA)、苯并（ghi）苝（二萘嵌苯）(BPE)、苯并（e）芘(BeP)、苯并(j)荧蒽（BjF）等。
残留油类芳烃物质的量可用丙酮。苯、甲苯等有机溶剂抽提进行测定。当残留、吸附在炭黑的表面油类芳烃物质很少时，不会影响炭黑产品的使用，但是较多时往往会影响炭黑的使用性能，特别是对于色素炭黑，过量的油类芳烃物质的存在严重影响了炭黑与高分子树脂材料的相容性，使得体系的分散粘度提高，增加了絮凝的风险。
多环芳香族化合物(PAHs)通常存在于石化产品、橡胶、塑料、润滑油、防锈油、不完全燃烧的有机化合物中，亦有部分是因应用于制造过程而残留在产品中，如塑料、染料和杀虫剂制造等，而电子电气产品中的塑料和橡胶材质、黑色或深色的硬性聚合物材料、表面涂料与油漆，以及用于刷毛、皮革、纤维和木材的防腐剂均可能含有PAHs。PAHs在环境中的含量甚微但分布广泛，一些PAHs中除含有致癌和致突变的成分外，还含有多种促进致癌的物质，对人体健康产生很大的威胁。国际癌研究中心（IARC）（1976年）列出的94种对实验动物致癌的化合物。其中15种属于多环芳烃，随着环保意识的加强，越来越多的国家在制定环保法规时，对炭黑表面吸附的多环芳烃含量提出越来越苛刻的要求。
发明内容
为全面解决色素炭黑使用到涂料、油墨、塑胶里会会带来可能的多环芳烃含量超标的问题，本发明提供了一种低多环芳烃含量炉法炭黑生产方法。本方法是针对从炭黑反应炉生成炭黑进入收集阶段后表面仍残留有多环芬烃油类物质的炭黑而进行的后处理技术方法。在该生产阶段，炭黑处于微粉状态，空气中的氧气与油类芳烃物质有最大的接触机会，有最佳的氧化反应效果，有利于多环芳烃含量的降低。一种低多环芳烃含量炉法炭黑生产方法，步骤如下：
步骤一、原料在反应炉中与高温燃气流混合，迅速裂解生产炭黑烟气；
步骤二、炭黑烟气经空气预热器、油预热器，被主袋滤器收集其中的炭黑；
步骤三、以上炭黑经微米粉碎机粉碎后被风送至收集旋风分离器及排气袋滤器，
将废气被排出，炭黑粉末被送入粉状炭黑储槽；
本发明的特征在于，步骤三中，风送风机将一部分步骤二中经过空气预热器预热的热空气引入风送风机至收集旋风分离器的输送管道，控制输送管道内的温度及炭黑在输送管道内的停留时间，让吸附在炭黑表面的多环芳烃油类物质与空气中的氧气发生氧化反应，生成无害的水蒸汽和二氧化碳脱离炭黑产品。
进一步，本发明可选用较大效能的空气预热器，与普通的炉法炭黑生产线相比较，所需的空气预热器的产能应增加5～20%。在空气预热器到喷燃器的管道上安装有耐高温的不锈钢三通控制阀，当需要降低某种炭黑产品的多环芳烃含量时，打开三通控制阀，将一部分经过预热的热空气引入从风送风机到收集旋风分离器的输送管道。进一步，从风送风机到收集旋风分离器的输送管道由不锈钢制成，管外有保温措施，输送炭黑时，管内的风速约为15～30m/s，每输送1kg炭黑，需要的风量约为2 ～3m3；炭黑在管道内输送时间为1-10s。
进一步，收集旋风分离器进口处的温度应控制在270°C以下，风送风机出口的温度应控制在300～400°C，控制的方法是先按照热平衡方程预估算每输送1Kg炭黑所需要的高温空气体积，再预估所需热空气总量，也可以在从风送风机到收集旋风分离器的输送管道的起始端安装热传感器，通过DCS微机控制系统，自动监察、控制和调节。。
进一步，所述的步骤三中，引入总空气量3～8%的纯氧到风送风机至收集旋风分离器的输送管道有利于提高效率。
一种色素炭黑，由上述生产方法生产而得。
本发明有以下的优点：
1、只需对现有的生产线略做改进，固定投资成本低；
2、充分利用炭黑反应过程中的热能，费用成本低；
3、工艺安全可靠；
4、能明显改善炭黑的使用性能，在涂料、油墨、塑胶体系里有更好的分散性能。
5、能够明显降低炭黑表面多环芳烃的含量，满足涂料、油墨、塑胶产品的环保要求。
附图说明
图1为本发明生产方法中各装置的连接示意图。
在图中，1、主袋滤器，2、微米粉碎机， 3、风送风机，4、从风送风机到收集旋风分离器的输送管道，5、收集旋风分离器，6、排气袋滤器， 7、炭黑储槽，8、气密阀。
具体实施方式
按照图1，将本发明各装置依次连接，其中，主袋滤器1和微米粉碎机2之间通过气密阀连接，保证微米粉碎机2内的粉尘不会回流至主袋滤器1。
传统的炭黑生产步骤如下;
步骤一、原料油在反应炉中与高温燃气流混合，迅速裂解生产炭黑烟气；
步骤二、炭黑烟气经空气预热器、油预热器，被主袋滤器1收集其中的炭黑；
步骤三、炭黑经微米粉碎机2粉碎后被风送风机3风送至收集旋风分离器5及排气袋滤器6，排出废气，炭黑粉末被收集到炭黑储槽7。
当需要降低某种炭黑产品的多环芳烃含量时，将一部分步骤二中经过预热的热空气引入从风送风机到收集旋风分离器的输送管道4。
从风送风机到收集旋风分离器的输送管道4全部用不锈钢制成，管外有保温措施，输送炭黑时，管内的风速保持在15～30m/s，每输送1kg炭黑，保持风量约为2 ～3m3。
理论和实践都证明，从风送风机到收集旋风分离器的输送管道4里的温度越高，炭黑在其中的停留时间越长，越有利于炭黑表面多环芳烃含量的降低，而为了保证收集旋风分离器的正常使用，又必须保证收集旋风分离器6进口处的温度控制在270°C以下，通过DCS微机控制系统，自动监察、控制和调节，当输送管道4的入口处温度为350°C时，进入收集旋风分离器6进口处的温度能控制在270°C以下。
为了提高氧化的效率，在送风机3至收集旋风分离器的输送管道4中还输入了总空气体积5%的纯氧。
申请人对三种不同炭黑产品进行了对比试验，其性能指标如下表所示：
表1 三种不同炭黑样品的性能指
采用本发明方法，在不同的停留时间点做对比试验并检测多环芳烃的总量，得到的结果如表2所示：
表2 三种不同色素炭黑样品的对比试验结果
以上试验证明，采用本发明方法能够明显降低炭黑中多环芳烃的含量。
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种低多环芳烃含量炉法炭黑生产方法，步骤如下：
步骤一、原料油在反应炉中与高温燃气流混合，迅速裂解生成炭黑烟气；
步骤二、炭黑烟气经空气预热器、油预热器，被主袋滤器收集其中的炭黑；
步骤三、以上炭黑经微米粉碎机粉碎后被风送至收集旋风分离器及排气袋滤器，排出废气，炭黑粉末被收集到炭黑储槽；
其特征在于，步骤三过程中，风送风机将一部分步骤二中经过空气预热器预热的热空气引入风送风机至收集旋风分离器的输送管道，控制输送管道内的温度及炭黑在输送管道内的停留时间，让吸附在炭黑表面的多环芳烃油类物质与空气中的氧气发生氧化反应，生成无害的水蒸汽和二氧化碳脱离炭黑产品。
2.根据权利要求1所述的一种低多环芳烃含量炉法炭黑生产方法，其特征在于，从风送风机到收集旋风分离器的输送管道由不锈钢制成，管外有保温措施，输送炭黑时，管内的风速为15～30m/s，每输送1kg炭黑，需要的风量为2 ～3m3；炭黑在管道内输送时间为1-10s。
3.根据权利要求1或2所述的一种低多环芳烃含量炉法炭黑生产方法，其特征在于，收集旋风分离器进口处的温度应控制在270°C以下，风送风机出口的温度应控制在300～400°C，控制的方法是先按照热平衡方程预估算每输送1Kg炭黑所需要的高温空气体积，再预估所需热空气总量；或在从风送风机到收集旋风分离器的输送管道的起始端安装热传感器，通过DCS微机控制系统，自动监察、控制和调节。
4.根据权利要求1所述的一种低多环芳烃含量炉法炭黑生产方法，其特征在于所述的步骤三中，引入总空气量3～8%的纯氧到风送风机至收集旋风分离器的输送管道，有利于提高效率。
5.一种色素炭黑产品，由权利要求1、2或4所述的低多环芳烃含量炉法炭黑生产方法生产而得。
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Denomination of invention: Low polycyclic aromatic hydrocarbon content furnace method for producing carbon black and pigment carbon black products Granted publication date: 20170606 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Hefei Xinzhan high tech Zone sub branch Pledgor: Anhui black cat New Material Co.,Ltd. Registration number: Y2024980020409 |