CN106433229A - 油炉法炭黑反应装置及其反应方法 - Google Patents

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汤国军
张晓明
徐全良
吕春芳
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Abstract

本发明提供了一种油炉法炭黑反应装置及其反应方法，裂解原料油的高温烟气不与原料烃直接接触，而采用间接接触法裂解原料油生产低芳烃含量和高收率的炭黑产品，同时终止炭黑反应的方式是取消急冷水直接与炭黑烟气直接接触，采用间接接触法终止炭黑反应的方法，达到提高炭黑收率和降低炭黑多环芳烃含量的目的。并且，本发明产生的氢气和水蒸气均能都循环利用，节约能源。

Description

油炉法炭黑反应装置及其反应方法
技术领域
本发明涉及炭黑反应装置领域，具体是一种油炉法炭黑反应装置及其反应方法。
背景技术
公知的油炉法炭黑生产方法是，燃料油或气与氧化剂混合后进行燃烧，产生高温烟气，在高温烟气尾部喷入原料烃，原料烃接触到高温烟气后迅速裂解成炭黑和氢气，由于高温烟气中含有一定量的氧气，该氧气一部分与炭黑反应生产一氧化碳和二氧化碳，造成炭黑收率下降，同时部分氧气还与氢气发生反应生成化合水。
其化学反应方程式为：
2C+O2＝2CO
C+O2＝CO2
2H2+O2＝2H2O
专利ZL201510675935.4提供了一种高比重原料油生产炭黑的方法，其特征是，使用的燃气比例为50-90％，比重为为不小1.2的原料油占比例为10-50％，控制原料油预热温度在150-300℃范围内燃气燃烧后产生的烟气中氧气含量要控制在10％-5％范围内，烟气的温度达到1800-1900℃，在原料油进入反应炉内同1800-1900℃高温烟气反应裂解，生成炭黑。
专利ZL201110105714.5提供了一种炭黑生产改进工艺，其特征在于，在炭黑生产过程中的产品炭黑冷却之前，加入含二氧化碳的混合气体，由此提高含炭原料转化成单质炭的转化率。
发明内容
本发明提供了一种油炉法炭黑反应装置及其反应方法，解决了高温燃烧烟气与炭黑直接接触时发生反应产生二氧化碳和一氧化碳而导致炭黑收率下降的难题，同时解决了急冷水直接冷却炭黑终止反应导致炭黑的多环芳烃含量高的问题。
本发明提供的油炉法炭黑反应装置包括开有原料入口和反应出口的炭黑反应器，燃烧炉炭黑反应器外壁靠近原料入口处设有高温外腔，炭黑反应器外壁靠近出口处设有冷却外腔；炭黑反应器的反应出口与固气分离器连接，固气分离器开有三个出口，包括两个氢气出口和一个炭黑出口，其中第一氢气出口依次通过第一风机、燃烧炉连接到高温外腔，第二氢气出口通过第二风机连接到原料入口。
进一步改进，所述的炭黑反应器内直径为200-320㎜，冷却外腔距离原料入口的距离为8-15米。
进一步改进，所述的冷却外腔连接有冷却循环管道。
本发明还提供了一种油炉法炭黑反应装置的反应方法，包括以下步骤：
1)将燃料油或燃料气混合氧化剂在燃烧炉内进行燃烧，控制燃烧烟气的温度为1900-2200℃，然后使该高温烟气通入炭黑反应器的高温外腔中，高温烟气将高温外腔加热到1500-1900℃；
2)从炭黑反应器的原料入口中喷入雾状原料油，雾状原料油压力为3.0-4.0MPa,温度控制为300-360℃,原料油受到高温外腔1500-1900℃高温热辐射和热传导后裂解成炭黑和氢气混合物，炭黑反应方程式为2CnHm＝2Cn+mH2；
3)炭黑和氢气混合物通过冷却外腔进行间接冷却，温降速率为300-400℃/秒，终止炭黑裂解反应过程，冷却后的炭黑和氢气混合物通过反应出口进入固气分离器进行分离，分离出的固体即本发明的炭黑，分离出的气体为氢气；
4)分离出的氢气的50％通过第一风机加压到0.02-0.03Mpa，输送到燃烧炉，用作燃烧炉的补充燃料；
5)分离出的氢气的50％通过第二风机加压到0.03-0.05Mpa，输送到炭黑反应炉的原料入口，对炭黑反应炉内的炭黑进行气流输送，气流输送速度控制在50-70米/秒。
进一步改进，步骤3)所述的间接冷却过程中，冷却外腔产生的水蒸气通过冷却循环管道后连接回冷却外腔中，循环使用。
本发明有益效果在于：
1、裂解原料油的高温烟气不与原料烃直接接触，而采用间接接触法裂解原料油生产低芳烃含量和高收率的炭黑产品，同时终止炭黑反应的方式是取消急冷水直接与炭黑烟气直接接触，采用间接接触法终止炭黑反应的方法，达到提高炭黑收率和降低炭黑多环芳烃含量的目的。
2、产生的氢气能够用作燃烧炉的补充燃料以及对炭黑反应炉内的炭黑进行气流输送，节约燃料油或燃料气，达到能源综合利用的目的。
3、冷却外腔产生的水蒸气能够循环利用，节约能源。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明提供的油炉法炭黑反应装置结构如图1所示，包括开有原料入口和反应出口的炭黑反应器2，燃烧炉炭黑反应器2外壁靠近原料入口处设有高温外腔1，炭黑反应器2外壁靠近出口处设有冷却外腔3；炭黑反应器2的反应出口与固气分离器连接，固气分离器开有三个出口，包括两个氢气出口和一个炭黑出口，其中第一氢气出口依次通过第一风机、燃烧炉连接到高温外腔1，第二氢气出口通过第二风机连接到原料入口。
进一步改进，所述的炭黑反应器2内直径为200-320㎜，冷却外腔3距离原料入口的距离为8-15米，冷却外腔3连接有冷却循环管道。
本发明还提供了一种油炉法炭黑反应装置的反应方法，包括以下步骤：
1)将燃料油或燃料气混合氧化剂在燃烧炉内进行燃烧，控制燃烧烟气的温度为1900-2200℃，然后使该高温烟气通入炭黑反应器的高温外腔中，高温烟气将高温外腔加热到1500-1900℃；
2)从炭黑反应器的原料入口中喷入雾状原料油，雾状原料油压力为3.0-4.0MPa,温度控制为300-360℃,原料油受到高温外腔1500-1900℃高温热辐射和热传导后裂解成炭黑和氢气混合物，炭黑反应方程式为2CnHm＝2Cn+mH2；
3)炭黑和氢气混合物通过冷却外腔进行间接冷却，温降速率为300-400℃/秒，终止炭黑裂解反应过程，冷却后的炭黑和氢气混合物通过反应出口进入固气分离器进行分离，分离出的固体即本发明的炭黑，分离出的气体为氢气；
4)分离出的氢气的50％通过第一风机加压到0.02-0.03Mpa，输送到燃烧炉，用作燃烧炉的补充燃料；
5)分离出的氢气的50％通过第二风机加压到0.03-0.05Mpa，输送到炭黑反应炉的原料入口，对炭黑反应炉内的炭黑进行气流输送，气流输送速度控制在50-70米/秒。
进一步改进，步骤3)所述的间接冷却过程中，水冷却外腔外壁四周吸热，迅速降低反应器温度，水吸热后产生的蒸汽通过冷却循环管道后连接回冷却外腔中，循环使用。
实施例一
表1中为本发明实施例一与现有技术参数对比，采用本发明装置生产的炭黑收率提高了12.31％，18PAHS含量下降了99.61％，45μm筛余物下降了76.32％。
表1：制造炭黑规格：N234
实施例二
表2中为本发明实施例二与现有技术参数对比，采用本发明装置生产的炭黑收率提高了18.63％，18PAHS含量下降了97.40％，45μm筛余物下降了78.69％。
表2：制造炭黑规N550
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种油炉法炭黑反应装置，其特征在于：包括设有原料入口和反应出口的炭黑反应器（2），燃烧炉炭黑反应器（2）外壁靠近原料入口处设有高温外腔（1），炭黑反应器（2）外壁靠近出口处设有冷却外腔（3）；炭黑反应器（2）的反应出口与固气分离器连接，固气分离器开有三个出口，包括两个氢气出口和一个炭黑出口，其中第一氢气出口依次通过第一风机、燃烧炉连接到高温外腔（1），第二氢气出口通过第二风机连接到原料入口。
2.根据权利要求1所述的油炉法炭黑反应装置，其特征在于：所述的炭黑反应器（2）内直径为200-320㎜，冷却外腔（3）距离原料入口的距离为8-15米。
3.根据权利要求1所述的油炉法炭黑反应装置，其特征在于：所述的冷却外腔（3）连接有冷却循环管道。
4.一种油炉法炭黑反应装置的反应方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将燃料油或燃料气混合氧化剂在燃烧炉内进行燃烧，控制燃烧烟气的温度为1900-2200℃，然后使该高温烟气通入炭黑反应器的高温外腔中，高温烟气将高温外腔加热到1500-1900℃；
2）从炭黑反应器的原料入口中喷入雾状原料油，雾状原料油压力为3.0-4.0MPa,温度控制为300-360℃,原料油受到高温外腔高温热辐射和热传导后裂解成炭黑和氢气混合物，炭黑反应方程式为 2CnHm =2Cn + mH2；
3）炭黑和氢气混合物通过冷却外腔进行间接冷却，温降速率为300-400℃/秒，终止炭黑裂解反应过程。
5.根据权利要求4所述的油炉法炭黑反应装置的反应方法，其特征在于：步骤3）所述的间接冷却过程中，冷却外腔产生的水蒸气通过冷却循环管道后连接回冷却外腔中，循环使用。
6.根据权利要求4所述的油炉法炭黑反应装置的反应方法，其特征在于：步骤3）中炭黑裂解反应终止后，产生的氢气的50%通过第一风机加压到0.02-0.03Mpa，输送到燃烧炉，用作燃烧炉的补充燃料；其余50%氢气通过第二风机加压到0.03-0.05Mpa，输送到炭黑反应炉的原料入口，对炭黑反应炉内的炭黑进行气流输送，气流输送速度控制在50-70米/秒。
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