CN109294284B - 一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法 - Google Patents

一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109294284B
CN109294284B CN201811337057.5A CN201811337057A CN109294284B CN 109294284 B CN109294284 B CN 109294284B CN 201811337057 A CN201811337057 A CN 201811337057A CN 109294284 B CN109294284 B CN 109294284B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon black
gas
tower
plasma
cracking
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811337057.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109294284A (zh
Inventor
赵国强
毛震波
李军
熊国焱
贾绘如
谌晓玲
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southwest Research and Desigin Institute of Chemical Industry
Original Assignee
Southwest Research and Desigin Institute of Chemical Industry
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southwest Research and Desigin Institute of Chemical Industry filed Critical Southwest Research and Desigin Institute of Chemical Industry
Priority to CN201811337057.5A priority Critical patent/CN109294284B/zh
Publication of CN109294284A publication Critical patent/CN109294284A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109294284B publication Critical patent/CN109294284B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44—Carbon
    • C09C1/48—Carbon black
    • C09C1/485—Preparation involving the use of a plasma or of an electric arc
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44—Carbon
    • C09C1/48—Carbon black
    • C09C1/56—Treatment of carbon black ; Purification

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明提供一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法，属于炭黑制备技术领域。包括：1)富甲烷气和氢气进入等离子反应器发生等离子体裂解反应，裂解气通过旋风分离器和布袋除尘器分离收集大部分固体炭黑；2)含有少量炭黑的气体由底部进入洗涤塔，经水洗后气体从塔顶排出，同时洗涤塔上部引出气体进入静电除尘器进行电除尘处理，进一步清除微细炭黑颗粒后，再返回洗涤塔下部；3)塔顶气体经PSA分离出副产品氢气，烃类和少量氢气返回等离子反应器，塔底液体和静电除尘器出来的炭黑水经过滤后，过滤水返回洗涤塔，过滤出的炭黑经干燥后作为产品收集。本发明原料利用率高，炭黑收率高，产物纯净，有利于减少炭黑废水的排放，实现清洁生产。

Description

一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法
技术领域
本发明属于炭黑制备技术领域，具体为一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法。
背景技术
炭黑生产方法主要有不完全燃烧和热裂解等方法。不完全燃烧法主要包括炉法和槽法。其中，油炉法和槽法的工艺成熟，是较为常用的生产炭黑的方法。尽管目前生产的炭黑品种已有上百个，但制备出具有高附加值(高导电性、高比表面积)的炭黑的制备工艺也并不成熟。热裂解法主要包括热裂法、乙炔法和等离子体法。热裂法是一个不连续的制备炭黑方法，由于反应炉温度较高，炭黑初级粒子在成核的过程中充分生长，所得的炭黑颗粒粒径较大、团聚严重，无法得到较多的高结构炭黑。乙炔法的原理与热裂法相似，但主要原料是乙炔气体。乙炔法制备所得的炭黑结构高且导电性好(电阻率较低)，可广泛用在抗静电产品领域或者导电橡胶和塑料的制品中。乙炔法制备得到的炭黑主要用在干电池的生产中。等离子体法是通过等离子体发生器产生的热量加热反应炉，使其达到极高的温度，使得原料烃(气态烃、液态烃或固态烃)裂解来连续生产炭黑的方法。该方法具有温度高，能量集中等优点，很适合创造炭黑的生成环境。
目前我国炭黑生产市场主要集中在低档产品，普通橡胶用炭黑产能过剩，而在高档炭黑产品中，比如绿色轮胎需要的低滚动阻力炭黑、高性能色素炭黑、导电炭黑、高端汽车橡胶制品配件炭黑等，仍被国外公司占领了全球市场。
发明内容
本发明的目的在于提供一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法，本发明在保证获得炭黑高收率的同时，开发出一套高效、环保的炭黑生产、分离净化工艺。本发明目的通过以下技术方案来实现：
一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法，所述方法以富甲烷气和氢气为原料，采用等离子体裂解的方法制备炭黑。
具体地，一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法，包括以下步骤：
1)富甲烷气和氢气进入等离子反应器发生等离子体裂解反应，裂解气通过旋风分离器和布袋除尘器分离收集大部分固体炭黑；
2)含有少量炭黑的气体由底部进入洗涤塔，经水洗后气体从塔顶排出，同时洗涤塔上部引出气体进入静电除尘器进行电除尘处理，进一步清除微细炭黑颗粒后，再返回洗涤塔下部。静电除尘器的作用是进一步将水洗后的气体中微细炭黑颗粒除干净，净化后的气体返回洗涤塔下部，静电除尘器出来的炭黑水通过后续的过滤对炭黑进一步回收，提高产品炭黑的收率。
3)塔顶气体通过PSA分离出副产品氢气，烃类和少量氢气返回等离子反应器，塔底液体和静电除尘器出来的炭黑水经过滤后，过滤水返回洗涤塔水洗用，过滤出的炭黑经干燥后作为产品收集。烃类和少量氢气作为原料返回等离子体反应器，可以节约原料，提高原料利用率，塔底液和静电除尘器出来的炭黑水过滤是为了对含少量炭黑的气体中的炭黑进行再次回收，从而提高产品炭黑的收率。
进一步，所述富甲烷气包括天然气、炼厂气、页岩气、煤层气、焦炉气、热解煤气以及可气化含碳原料。
进一步，所述可气化含碳原料为煤焦油、乙烯焦油、重油、生物质、生活生产废油中的一种或多种。
进一步，所述甲烷与氢气的摩尔比在1:5-3:1，优选为1:2-2:1。
进一步，所述等离子体裂解温度为1000-2000℃，优选为1200-1800℃。
进一步，所述洗涤塔为填料塔或板式塔。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明工艺方法具有原料烃利用率高，炭黑收率高，产物纯净，无有害气体产生，反应可达到很高温度且范围较宽，有利于产品的多样化，减少炭黑废水的排放，实现清洁生产，为富甲烷气增值利用、炭黑技术升级提供技术支撑。
附图说明
图1为实施例1至3等离子体裂解甲烷制炭黑的工艺流程图。
图2为实施例4等离子体裂解焦炉气制炭黑的工艺流程图。
图3为对比例1等离子体裂解甲烷制炭黑的工艺流程图。
图4为对比例2等离子体裂解甲烷制炭黑的工艺流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例工艺流程见附图1，具体工艺如下：
1)甲烷和氢气以摩尔比1:1进入等离子反应器在1200℃温度下发生等离子体裂解反应，裂解气通过旋风分离器和布袋除尘器分离收集大部分固体炭黑；此时炭黑的选择性79.4％，收率75％；
2)含有少量炭黑的气体由底部进入洗涤塔，经水洗后气体从塔顶排出，同时洗涤塔上部引出气体进入静电除尘器进行电除尘处理后，再返回洗涤塔下部；
3)塔顶气体通过PSA分离出氢气，烃类和少量氢气返回等离子反应器，塔底液体和静电除尘器出来的炭黑水经过滤后，过滤水返回洗涤塔水洗用，过滤出的炭黑经干燥后作为产品收集。
本实施例炭黑选择性90％，收率85％，见表2。
实施例2
本实施例工艺流程见附图1，具体工艺如下：
1)甲烷和氢气以摩尔比2:1进入等离子反应器在1500℃温度下发生等离子体裂解反应，裂解气通过旋风分离器和布袋除尘器分离收集大部分固体炭黑；此时炭黑的选择性75.2％，收率69％；
2)含有少量炭黑的气体由底部进入洗涤塔，经水洗后气体从塔顶排出，同时洗涤塔上部引出气体进入静电除尘器进行电除尘处理后，再返回洗涤塔下部；
3)塔顶气体通过PSA分离出氢气，烃类和少量氢气返回等离子反应器，塔底液体和静电除尘器出来的炭黑水经过滤后，过滤水返回洗涤塔水洗用，过滤出的炭黑经干燥后作为产品收集。
本实施例炭黑选择性85％，收率78％，见表2。
实施例3
本实施例工艺流程见附图1，具体工艺如下：
1)甲烷和氢气以摩尔比1:1进入等离子反应器在1500℃温度下发生等离子体裂解反应，裂解气通过旋风分离器和布袋除尘器分离收集大部分固体炭黑；此时，炭黑的选择性76.8％，收率73％；
2)含有少量炭黑的气体由底部进入洗涤塔，经水洗后气体从塔顶排出，同时洗涤塔上部引出气体进入静电除尘器进行电除尘处理后，再返回洗涤塔下部；
3)塔顶气体通过PSA分离出氢气，烃类和少量氢气返回等离子反应器，塔底液体和静电除尘器出来的炭黑水经过滤后，过滤水返回洗涤塔水洗用，过滤出的炭黑经干燥后作为产品收集。
本实施例炭黑选择性88％，收率83.6％，见表2。
实施例4
本实施例工艺流程见附图2，具体工艺如下：
1)原料焦炉气(组成见表1)2000Nm3/h进入等离子反应器在1200℃温度下发生等离子体裂解反应，裂解气通过旋风分离器和布袋除尘器分离收集大部分固体炭黑；此时，炭黑的选择性77.7％，收率75％；
2)含有少量炭黑的气体由底部进入洗涤塔，经水洗后气体从塔顶排出，同时洗涤塔上部引出气体进入静电除尘器进行电除尘处理后，再返回洗涤塔下部；
3)塔顶气体通过PSA分离出氢气，烃类、含碳化合物和少量氢气返回等离子反应器，塔底液体和静电除尘器出来的炭黑水经过滤后，过滤水返回洗涤塔水洗用，过滤出的炭黑经干燥后作为产品收集。
本实施例炭黑选择性88％，收率85％。
表1焦炉气组成
组分 H<sub>2</sub> CH<sub>4</sub> CO CO<sub>2</sub> N<sub>2</sub> O<sub>2</sub> CmHn 流量(Nm<sup>3</sup>/h)
V％ 58.6 25.8 7.0 2.0 4.0 0.4 2.2 2000
对比例1
本对比例工艺流程见附图3，具体工艺如下：
1)甲烷和氢气以摩尔比1:1进入等离子反应器在1200℃温度下发生等离子体裂解反应，裂解气通过旋风分离器和布袋除尘器分离收集大部分固体炭黑，选择性79.4％，收率75％；
2)含有少量炭黑的气体由底部进入洗涤塔，经水洗后气体从塔顶排出，并通过PSA分离出氢气，烃类和少量氢气返回等离子反应器；
3)塔底液体经过滤后，过滤水返回洗涤塔水洗用，过滤出的炭黑经干燥后作为产品收集。
本对比例炭黑选择性86.8％，收率82％，见表2。
对比例2
本对比例工艺流程见附图4，具体工艺如下：
1)甲烷和氢气以摩尔比1:1进入等离子反应器在1200℃温度下发生等离子体裂解反应，裂解气通过旋风分离器和布袋除尘器分离收集大部分固体炭黑，选择性79.4％，收率75％；
2)含有少量炭黑的气体由底部进入洗涤塔，经水洗后气体从塔顶排出，并通过PSA分离出氢气，烃类和少量氢气返回等离子反应器；
3)洗涤塔上部引出气体进入静电除尘器进行电除尘处理后，再返回洗涤塔下部，静电除尘器出来的炭黑水经过滤后，过滤水返回洗涤塔水洗用，过滤出的炭黑经干燥后作为产品收集。
本对比例炭黑选择性82.6％，收率78％，见表2。
表2操作条件对比
实施例 CH<sub>4</sub>/H<sub>2</sub>摩尔比 裂解温度/℃ 炭黑选择性/％ 炭黑收率/％
实施例1 1:1 1200 90 85
实施例2 2:1 1500 85 78
实施例3 1:1 1500 88 83.6
对比例1 1:1 1200 86.8 82
对比例2 1:1 1200 82.6 78
从表2可以看出，裂解温度太高或CH4/H2摩尔比高可能会使甲烷裂解生成乙炔等烃类的副反应提高，降低炭黑收率，其中，CH4/H2摩尔比对炭黑收率的影响更大些。从对比例1、对比例2和实施例1的对比可以看出，通过静电除尘器对洗涤塔水洗后的气体中炭黑进行再生回收可以使炭黑收率提高约3％，通过回收洗涤塔塔底液体中的炭黑可以使炭黑收率提高约7％，即本发明通过步骤2)及步骤3)对炭黑的回收可以使炭黑收率提高约10％左右。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法，其特征在于，所述方法以富甲烷气和氢气为原料，采用等离子体裂解的方法制备炭黑；
包括以下步骤：
1)甲烷和氢气以摩尔比1:1进入等离子反应器在1200℃温度下发生等离子体裂解反应，裂解气通过旋风分离器和布袋除尘器分离收集大部分固体炭黑，此时炭黑的选择性79.4％，收率75％；
2)含有少量炭黑的气体由底部进入洗涤塔，经水洗后气体从塔顶排出，同时洗涤塔上部引出气体进入静电除尘器进行电除尘处理后，再返回洗涤塔下部；
3)塔顶气体通过PSA分离出氢气，烃类和少量氢气返回等离子反应器，塔底液体和静电除尘器出来的炭黑水经过滤后，过滤水返回洗涤塔水洗用，过滤出的炭黑经干燥后作为产品收集；
炭黑选择性90％，收率85％。
CN201811337057.5A 2018-11-12 2018-11-12 一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法 Active CN109294284B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811337057.5A CN109294284B (zh) 2018-11-12 2018-11-12 一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811337057.5A CN109294284B (zh) 2018-11-12 2018-11-12 一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109294284A CN109294284A (zh) 2019-02-01
CN109294284B true CN109294284B (zh) 2020-05-15

Family

ID=65146838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811337057.5A Active CN109294284B (zh) 2018-11-12 2018-11-12 一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109294284B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113214683B (zh) * 2021-04-19 2022-04-22 淄博职业学院 等离子体裂解页岩气制备高品质炭黑的工艺及装置
CN113893636A (zh) * 2021-11-18 2022-01-07 宁夏锦华化工有限公司 一种炭黑清洁生产尾气处理方法
CN114408899B (zh) * 2022-01-26 2023-06-09 株洲科能新材料股份有限公司 一种纳米高纯碳的制备方法
CN115029021B (zh) * 2022-06-24 2023-03-28 合肥碳艺科技有限公司 一种大粒径、低结构软质炭黑的制备方法
CN116253307A (zh) * 2023-02-07 2023-06-13 中国航天空气动力技术研究院 一种高纯纳米炭黑制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1076206A (zh) * 1991-12-12 1993-09-15 克瓦纳尔工程有限公司 用于烃类分解的方法
CN101921163A (zh) * 2010-08-11 2010-12-22 西南化工研究设计院 脱除等离子体裂解天然气制乙炔中炭黑及高聚物的方法
CN102108216A (zh) * 2010-12-03 2011-06-29 苏州纳康纳米材料有限公司 一种等离子体技术制备导电炭黑和氢气的方法
CN106365937A (zh) * 2016-08-26 2017-02-01 西南化工研究设计院有限公司 一种乙炔的生产方法
WO2017190045A1 (en) * 2016-04-29 2017-11-02 Monolith Materials, Inc. Secondary heat addition to particle production process and apparatus
CN207391325U (zh) * 2017-11-01 2018-05-22 东营贝斯特化工科技有限公司 一种高分散性炭黑的制备系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1076206A (zh) * 1991-12-12 1993-09-15 克瓦纳尔工程有限公司 用于烃类分解的方法
CN101921163A (zh) * 2010-08-11 2010-12-22 西南化工研究设计院 脱除等离子体裂解天然气制乙炔中炭黑及高聚物的方法
CN102108216A (zh) * 2010-12-03 2011-06-29 苏州纳康纳米材料有限公司 一种等离子体技术制备导电炭黑和氢气的方法
WO2017190045A1 (en) * 2016-04-29 2017-11-02 Monolith Materials, Inc. Secondary heat addition to particle production process and apparatus
CN106365937A (zh) * 2016-08-26 2017-02-01 西南化工研究设计院有限公司 一种乙炔的生产方法
CN207391325U (zh) * 2017-11-01 2018-05-22 东营贝斯特化工科技有限公司 一种高分散性炭黑的制备系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN109294284A (zh) 2019-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109294284B (zh) 一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法
CN102061182B (zh) 煤加氢热解与气化耦合的方法
US10787620B2 (en) Method of biomass grading pyrolysis gasification in a circulating fluidized bed
CN102965131B (zh) 一种高挥发性年轻煤种的高效、清洁利用工艺
CN105802646B (zh) 基于二次催化调质的高硫煤热解装置及其热解方法
CN104861992B (zh) 一种生产轻质焦油和清洁煤气的热解装置及方法
CN106395816B (zh) 一种由褐煤抽提腐植酸后残渣制备吸附剂的方法
CN104031693B (zh) 煤热解气体脱硫、除尘、改质一体化装置及工艺
CN103409168A (zh) 一种煤气化快速联产活性炭的方法
CN102108301B (zh) 一种煤热解多产焦油的方法
CN110550618B (zh) 一种cvi/cvd工艺尾气的回收装置
CN111378512A (zh) 一种生物质热解气化制合成气的方法及系统
CN105255523B (zh) 一种粉煤热解高温煤气的除尘方法
CN110819384B (zh) 一种流化床重油裂解与气化的分级转化装置及方法
CN208562263U (zh) 一种粉煤热解后粉尘与煤焦油、煤气的分离装置
CN109609197B (zh) 生物质循环流化床气化与高温除焦油除尘一体化工艺
CN103484181A (zh) 一种煤制代用天然气的系统及工艺
CN111320996A (zh) 一种含油污泥基活性焦制备联产油气装置及工艺
CN102527178A (zh) 一种制磷电炉炉气的除尘方法
CN113501519B (zh) 一种利用废轮胎橡胶热解炭制备活性炭并回收锌的方法
CN105505478A (zh) 一种电旋风流光电晕生物质气化粗燃气净化装置与方法
CN107353936B (zh) 一种加氢气化合成气的净化分离系统及其工艺
CN208279577U (zh) 低阶煤热解气化系统
CN106929086B (zh) 一种粉煤气化制备还原气和活性炭的系统和方法
CN114181730B (zh) 流化床甲醇转化装置急冷塔水浆净化及催化剂细粉回收的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant