CN106566293B - 一种炭黑生产工艺 - Google Patents
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Abstract
一种炭黑生产工艺，其技术特征在于将富含碳源的物质与含氧气体、熔融液态物质分别引入燃烧反应炉，先高温燃烧，再缺氧燃烧后形成气液固三相流，其中气相物质为燃料气体、燃烧反应后气态生成物形成的高温烟气，液相物质为熔盐，固相物质为燃烧反应后固态生成物炭黑、补充炭黑，上述富含碳源的物质为煤、天然气、燃料油、原料油、炭黑，上述熔融液态物质为无机盐、碱、低熔点金属;通过旋流离心将气相与液固相分离，固相炭黑混入熔融液态物质形成由熔融液态物质和悬浮的炭黑组成的炭黑悬浊熔液；气相物质高温烟气直接送回燃烧反应炉作为燃料、原料和补充炭黑；进一步收集上述炭黑悬浊熔液后逐步冷却，直至结晶为固态粉体；冷却同时回收热量一部分用于预热空气，大部分供给余热锅炉;将所述固态粉体中的熔融液态物质通过水洗或酸洗脱除，得到炭黑粉；经过造粒、干燥等常规工序最终得到炭黑。本发明具有能耗低、效率高、投资省、污染少的特点。
Description
技术领域
本发明涉及新材料制备领域，具体说是一种使用高温熔融液态物质收集炭黑，高温尾气直接送回燃烧反应炉，是一种能耗低、效率高、投资省、污染少的一种炭黑生产工艺。
背景技术
炭黑（carbon black），又名碳黑，是一种无定形碳。轻、松而极细的黑色粉末，表面积非常大，范围从10~3000m2/g，是含碳物质（煤、天然气、重油、燃料油等）在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物。比重1.8-2.1。由天然气制成的称“气黑”，由油类制成的称“灯黑”，由乙炔制成的称“乙炔黑”，此外还有“槽黑”，“炉黑”。按炭黑性能区分有“补强炭黑”、“导电炭黑”、“耐磨炭黑”等，也可作黑色染料，用于制造中国墨、油墨、油漆等，目前主要用于机械补强剂和导电添加剂，其中橡胶轮胎的应用超过70%。在橡胶轮胎的应用中，一方面可以减轻橡胶重量（以及降低橡胶使用成本），另一方面可以增加耐磨性，同时可以增加导电性。
当前工业生产中90%以上均采用油炉法。典型的生产工艺是，将燃料油与预热到800℃以上的预热空气混合、燃烧，产生约1900℃的高温燃烧气流。原料油预热到180℃后径向喷入反应炉喉管段，与高温燃烧气流混合，迅速裂解，生产炭黑烟气。在反应炉急冷段，直接把水喷入高温的炭黑烟气中，使其温度迅速降低，终止反应。反应炉生成的炭黑烟气经空预器预热空气和油预热器预热原料油，进入旋风分离器和袋滤器，把炭黑收集下来。尾气一部分经燃烧作为干燥机热源，大部份作为锅炉燃料。粉状炭黑经湿法造粒机造粒成型，进入回转干燥，再通过筛选为成品经包装入库。
上述方法的主要问题是：
1、按上述工艺，大部分炭黑生产中只有不到50%的显热能和20%的化学能被利用。显热能主要是1300℃的高温烟气降到240℃的袋滤器温度时的热能；而尾气化学能是含有可燃成分CO、H2、CH4、C2H2的化学能，尽管尾气一部分经燃烧作为干燥机热源，大部份作为锅炉燃料，但利用率仍然不高。
2、按上述工艺，炭黑收集主要依靠多级旋风分离和袋滤器，工艺过程长，能量损失多，设备投资大，同时袋滤器滤袋长期工作在高温状态，损耗较大。
3、上述工艺涉及大量气相输运环节，密封要求高，日常和事故泄露可能性较大，环保问题较严重。另外，风力输送的动力消耗和热量损失都比较大。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术问题，提出一种能耗低、效率高、投资省、污染少的一种炭黑生产工艺。
本发明的目的是这样实现的，本发明的技术方案是：本发明的一种炭黑生产工艺，其技术特征在于将富含碳源的物质与含氧气体、熔融液态物质分别引入燃烧反应炉燃烧，先高温燃烧，再缺氧燃烧后形成气液固三相流，其中气相物质为燃料气体、燃烧反应后气态生成物形成的高温烟气，液相物质为熔盐，固相物质为燃烧反应后固态生成物炭黑、补充炭黑，上述富含碳源的物质为煤、天然气、燃料油、原料油、炭黑，上述熔融液态物质为无机盐、碱、低熔点金属; 通过旋流离心将气相与液固相分离，固相炭黑混入熔融液态物质形成由熔融液态物质和悬浮的炭黑组成的炭黑悬浊熔液；气相物质高温烟气直接送回燃烧反应炉作为燃料、原料和补充炭黑；进一步收集上述炭黑悬浊熔液后逐步冷却，直至结晶为固态粉体；冷却同时回收热量一部分用于预热空气，大部分供给余热锅炉; 将所述固态粉体中的熔融液态物质通过水洗或酸洗脱除，得到炭黑粉；经过造粒、干燥常规工序最终得到炭黑。
上述收集上述炭黑悬浊熔液是先利用炭黑较轻的特点进行浮力分选，将大部分熔融液态物质送回燃烧反应炉循环，将剩余浮在表面的炭黑悬浊熔液收集后送至冷却室逐步冷却，直至结晶为固态粉体。
上述的将所述固态粉体中的熔融液态物质通过水洗或酸洗脱除是指：将固态粉体中的无机盐、碱通过水洗脱除，将固态粉体中的低熔点金属通过酸洗脱除，得到炭黑粉。
本发明使用高温熔融液态物质收集炭黑，高温尾气直接送回燃烧反应炉的炭黑改进工艺方法有如下优点：
1，大大提高了显热能和化学能的利用率。没有反复的降温升温，显热能主要在高温熔融液态物质降温相变结晶为固态时释放出来，可以进行充分的热交换，即回收热量一部分用于预热空气，大部分供给余热锅炉，使得热能能够有效利用；同时，工艺流程短，生产效率高。而含有可燃成分CO、H2、CH4、C2H2的高温尾气不降温直接送回燃烧反应炉作为燃料、原料和补充炭黑，能源和碳原料利用充分，工况好。
2，节省了炭黑收集用的多级旋风分离和袋滤器的设备投资，无袋滤器布袋损耗，浮选加水洗收集效率高于袋滤器。
3，液相输运代替气相输运成本低，动力损耗少，环境污染小。
因此，本发明的一种炭黑生产工艺，使用高温熔融液态物质收集炭黑，高温尾气直接送回燃烧反应炉的炭黑改进工艺制备方法，实现了能耗低、效率高、投资省、污染少的目的。
附图说明
图1为本发明的一种炭黑生产工艺的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图通过实施例对本发明作进一步说明：
本发明结合传统的炭黑制造工艺，利用熔融的无机盐、碱、低熔点金属中的一种作为介质，使得炭黑在其中悬浮；将炭黑盐浊熔液逐步冷却，直至结晶为固态粉体；冷却同时回收热量一部分用于预热空气，大部分供给余热锅炉; 将所述固态粉体中的无机盐、碱通过水洗脱除，低熔点金属则通过酸洗脱除，得到炭黑粉；整个过程主要使用液相输运，密封要求和输运成本低，动力损耗低，跑冒滴漏少，环境污染小。高温烟气则不降温直接送回燃烧反应炉作为燃料、原料和补充炭黑，能源和碳原料利用充分，工况好；且燃烧反应炉始终工作在高温状态，各种燃料、物料都高温添加，能量损失比较少。造粒、干燥等皆为常规工序，无新可陈。
实施例一：
将含有添加剂1的燃料油2与富氧空气10经空气预热器8预热到950℃以上的预热后径向喷入燃烧反应炉燃烧段3混合、高温燃烧，产生约2000℃的高温燃烧气流。原料油11经泵送至原料油预热器9，预热到350℃的预热原料油径向喷入反应炉喉管前段4，与高温燃烧气流混合，原料油迅速裂解，雾化的NaCl熔盐6同时径向喷入反应炉喉管后段5，形成气液固三相流，其中气相物质为燃料气体、燃烧反应后气态生成物形成的高温烟气，液相物质为NaCl熔盐，固相物质为燃烧反应后固态生成物炭黑。轴向流动的高温燃烧气流与径向喷入的原料油、熔盐形成旋（风）流，降温至950℃，反应炉喉管后段5进一步收缩，旋（风）流的离心分离作用进一步增强，气相与液固相实现一次分离，固相炭黑混入熔盐形成由熔融无机盐、悬浮的炭黑组成的炭黑熔盐悬浊液12。
上述高温烟气13经空气预热器8预热空气和原料油预热器9预热原料油后直接送回燃烧反应炉，径向喷入反应炉燃烧段3和喉管前段4作为燃料、原料和补充炭黑。
进一步将从燃烧反应炉喉管后段5收集的炭黑熔盐悬浊液12泵送至炭盐分离室14作二次分离，利用炭黑较轻的特点进行浮力分选，将大部分NaCl熔盐7送回燃烧反应炉循环，另外补充消耗的无机盐6径向喷入燃烧反应炉喉管中段4；将剩余炭黑比例较高的熔盐悬浊液15送至冷却热交换室16顶部淋入，冷却热交换室16侧壁安装有热交换管，下部用于预热，中上部则生产过热蒸汽用于余热发电，所述剩余炭黑比例较高的熔盐悬浊液15在冷却热交换室16逐步冷却，直至结晶为固态粉体。将所述固态粉体送入水洗分离室17进行三次分离，其中的无机盐NaCl通过水洗脱除，过滤得到半干状态的炭黑粉19，水和添加剂18回收利用。上述粉状炭黑19经湿法造粒机造粒成型，进入回转干燥，再通过筛选等常规工序最终得到炭黑。
Claims (3)
1.一种炭黑生产工艺，其技术特征在于将富含碳源的物质与含氧气体、熔融液态物质分别引入燃烧反应炉燃烧，先高温燃烧，再缺氧燃烧后形成气液固三相流，其中气相物质为燃料气体、燃烧反应后气态生成物形成的高温烟气，液相物质为熔盐，固相物质为燃烧反应后固态生成物炭黑、补充炭黑，上述富含碳源的物质为煤、天然气、燃料油、原料油、炭黑，上述熔融液态物质为无机盐、碱、低熔点金属； 通过旋流离心将气相与液固相分离，固相炭黑混入熔融液态物质形成由熔融液态物质和悬浮的炭黑组成的炭黑悬浊熔液；气相物质高温烟气直接送回燃烧反应炉作为燃料、原料和补充炭黑；进一步收集上述炭黑悬浊熔液后逐步冷却，直至结晶为固态粉体；冷却同时回收热量一部分用于预热空气，大部分供给余热锅炉； 将所述固态粉体中的熔融液态物质通过水洗或酸洗脱除，得到炭黑粉；经过造粒、干燥常规工序最终得到炭黑。
2.根据权利要求1所述的一种炭黑生产工艺，其特征在于所述收集上述炭黑悬浊熔液是先利用炭黑较轻的特点进行浮力分选，将大部分熔融液态物质送回燃烧反应炉循环，将剩余浮在表面的炭黑悬浊熔液收集后送至冷却室逐步冷却，直至结晶为固态粉体。
3.根据权利要求1所述的一种炭黑生产工艺，其特征在于所述的将所述固态粉体中的熔融液态物质通过水洗或酸洗脱除是指：将固态粉体中的无机盐、碱通过水洗脱除，将固态粉体中的低熔点金属通过酸洗脱除，得到炭黑粉。
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Non-Patent Citations (1)
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| 炭黑尾气的利用及应用技术;苏州宝化炭黑有限公司;《橡胶工业自主创新论坛论文集》;20121016;第73-79页 * |
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