CN109321005B

CN109321005B - 高纯净炭黑的生产方法

Info

Publication number: CN109321005B
Application number: CN201811052126.8A
Authority: CN
Inventors: 张友伟; 秦国明; 陈有根; 宫乐涛
Original assignee: Shandong Link Advanced Materials Co ltd
Current assignee: Shandong Link Advanced Materials Co ltd
Priority date: 2018-09-10
Filing date: 2018-09-10
Publication date: 2020-09-25
Anticipated expiration: 2038-09-10
Also published as: CN109321005A

Abstract

本发明公开了一种高纯净炭黑的生产方法，包括步骤一：将水分含量≤0.2％的蒽油与乙烯焦油以8：2的比例充分混配，并将混配后的原料依次通入液体粉碎机和油渣分离机中进行精制,获得精制原料油；步骤二：将天然气和空气分别进行过滤后通入反应炉的燃烧室，其中，空气进行过滤后加温到900℃，使反应炉的温度达到1800℃～2200℃，其中，精制原料油加温至250℃～300℃，将精制原料油和添加剂通入反应炉的炭黑反应器中快速反应高温裂解生成粉状炭黑。本发明制造的炭黑产品纯净度高、灰分、重金属、多环芳烃、硫含量低在应用中高度分散与配料完全结合，提高产成品的应用性能、耐磨性能、挤出、抗裂性能、绝缘、导电性能，大幅度提高了产品寿命。

Description

高纯净炭黑的生产方法

技术领域

本发明及炭黑生产领域，尤其涉及高纯净炭黑的生产方法。

背景技术

橡胶制品用炭黑在汽车密封条、门窗密封条、减震模压件等橡胶制品中有着广泛的应用。随着技术的发展，特别是汽车工业的发展，一些高端客户对橡胶制品用炭黑提出了更高的要求，要求产品稳定性好，炭黑跟橡胶混合后流动性好，挤出表面光滑无疵点，挤出密封条口型膨胀小。目前一些高端产品还是以国外炭黑为主，与国外相比，国内产品在性能上特别是稳定性上还存在一定差距。

国内炭黑现主要应用于轮胎、橡胶制品、塑料、油墨、涂料、导电材料等，它在上述产品配方中占比大的助剂之一，添加炭黑后可使产品耐磨性、抗张强度、撕裂强度、抗老化、导电、绝缘等性能大大提高。而炭黑纯净度不高，都会对上述产品的质量性能有不同程度的影响。直接涉及到应用性能，使用寿命缩短等，客户使用成本将会大幅增加。针对以上问题，本发明提供高纯净炭黑的生产方法，旨在解决上述问题，满足高端客户的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有炭黑生产存在的纯净度低的难题，提供一种生产制造高纯净度炭黑的生产方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：高纯净炭黑的生产方法，包括

步骤一：将水分含量≤0.2%的蒽油与乙烯焦油以8：2的比例充分混配，并将混配后的原料依次通入液体粉碎机和油渣分离机中进行精制,获得精制原料油；

步骤二：将天然气和空气分别进行过滤后通入反应炉的燃烧室，其中，空气进行过滤后加温到900℃，使反应炉的温度达到1800℃~2200℃，其中，精制原料油加温至250℃~300℃，将精制原料油和添加剂通入反应炉的炭黑反应器中快速反应高温裂解生成粉状炭黑；

步骤三：粉状炭黑通入急冷锅炉内进行初段换热降温、喷加急冷水后终止反应的混合炭黑烟气，进入空气预热器进行中段换热，经空气预热器换热后的炭黑烟气继续经不锈钢换热设备进行后段换热，所述不锈钢换热设备依次为蒸汽过热器、余热锅炉、水加热器、精制原料油预热器，后段换热后的炭黑烟气成为炭黑粉烟，然后进入主袋滤器；

步骤四：炭黑粉烟进入主袋滤器后附着在滤袋上，经定期的喷吹分离，粉炭沉降在主袋椎体经气密阀输送进入风送管线，经过粉碳除渣器除渣后由气体分离机风选，粉炭由风机输送进入收集系统，收集后的粉炭经过粉碳除铁器除铁后进入造粒系统，造粒干燥后的粒状炭黑进入提升系统；

步骤五：进入提升系统的粒状炭黑经转筛分选、自动除铁机多级磁选，风选除尘后由风机输送进入成品存贮罐，进入成品存贮罐的炭黑经过二级筛选、磁选后进入包装系统。

作为优选的技术方案，步骤一中，蒽油在送入反应炉之前进行去杂质处理工艺，去杂质处理工艺包括将蒽油配入储罐中静置存放48h，使油渣及杂质沉降分离，同时通过储罐底部的加热装置将蒽油温度控制在65℃~75℃；沉降分离后的蒽油经过过滤器过滤去除杂质，精制原料油内的原料油残渣在精制原料油中占的质量比例≤1.5%。

作为优选的技术方案，步骤二中，蒸汽在喷入反应炉之前预热，预热温度达到500℃；精制原料油包括蒽油，蒽油的流量为4000 kg/h -5000kg/h；精制原料油中蒽油的质量指标为甲苯不溶物≤0.1％，20℃时的密度ρ20为1.13g/cm³，粘度E80为1.3，水分体积比≤0.1％，灰分0.02%，初馏点为220℃，360℃前的馏分为72％；添加剂为添加剂水溶液，添加剂水溶液的浓度为6 kg/ m³-7 kg/ m³，通过喷枪以流量为20kg/h向反应炉内添加，精制原料油在反应炉的炭黑反应器中快速反应的时间为0.01秒~1秒。

作为优选的技术方案，步骤二中，精制原料油通过精制原料油预热器进行预热，预热后的蒸汽和精制原料油通入套管式原料油枪中，蒸汽走外层，预热后的精制原料油走内管，套管式原料油枪的出口处有混合腔，蒸汽和精制原料油在混合腔内混合，最后经过枪头的喷孔喷入反应炉内，蒸汽和精制原料油和添加剂水溶液的混合物沿反应器的轴向喷入。

作为优选的技术方案，步骤三中所述蒸汽过热器、余热锅炉、水加热器和精制原料油预热器的热量来源均为混合炭黑烟气换热所余下的剩余热量，后段换热后的炭黑烟气的质量指标为：45um筛余物≤50ppm；灰分≤0.1%；甲苯透光率≥98%；RoHS重金属≤100ppm；PAHs多环芳烃≤20ppm；硫含量≤0.5%。

作为优选的技术方案，步骤四中进入收集装置后的产品质量指标为：45um筛余物≤20ppm；灰分≤0.1%；甲苯透光率≥98%；RoHS重金属≤100ppm；PAHs多环芳烃≤20ppm；硫含量≤0.5%。

作为优选的技术方案，步骤四中反应炉中生成的炭黑粉收集后首先经过粉碳除渣机进行除渣然后进入收集装置，再由收集装置中进入粉碳除铁机进行除铁，然后送入造粒机内进行造粒，造粒过程中向造粒机中添加分散剂，所述分散剂为煤油，分散剂与造粒过程用水由静态混合器均匀混合后进入造粒机，其中，造粒机处理量为5t/h，造粒过程用水的PH为7.2。

作为优选的技术方案，步骤四中粉碳除铁机的磁感应强度为10000GS。

作为优选的技术方案，步骤五中成品存贮罐的炭黑经过二级筛选、磁选后，炭黑的质量指标为：45um筛余物≤10ppm；灰分≤0.1%；甲苯透光率≥98%；RoHS重金属≤100ppm；PAHs多环芳烃≤20ppm；硫含量≤0.5%。

本发明制造的炭黑产品纯净度高，灰分、重金属、多环芳烃、硫含量低。应用在橡胶中高度分散与配料完全结合，提高产成品的耐磨性能、挤出、抗裂性能；应用在导电制品中使抗静电性能和抗击穿性能提升；应用在涂料油墨中抗聚沉性能更好更加色浆更加稳定，大幅度提高了制品寿命，在制造过程中加入多台换热设备，充分利用余热，达到绿色低碳环保、节约资源的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

高纯净度炭黑的概念及技术指标：高纯净炭黑是指碳类、非碳类杂质含量极低，炭黑表面残留物低，主要用筛余物跟洁净度（金属元素、硫含量、多环芳烃含量等）来表示。具体质量指标如下：

45um筛余物≤10ppm；

灰分≤0.1%；

甲苯透光率≥98%；

RoHS重金属≤100ppm；

PAHs多环芳烃≤20ppm；

硫含量≤0.5%。

高纯净炭黑的生产方法，包括

步骤一：将水分含量≤0.2%的蒽油与乙烯焦油以8：2的比例充分混配，并将混配后的原料依次通入液体粉碎机和油渣分离机中进行精制,获得精制原料油，本步骤中，蒽油在送入反应炉之前进行去杂质处理工艺，去杂质处理工艺包括将蒽油配入储罐中静置存放48h，使油渣及杂质沉降分离，同时通过储罐底部的加热装置将蒽油温度控制在65℃~75℃；沉降分离后的蒽油经过过滤器过滤去除杂质，精制原料油内的原料油残渣在精制原料油中占的质量比例≤1.5%。

步骤二：将天然气和空气分别进行过滤后通入反应炉的燃烧室，其中，空气进行过滤后加温到900℃，使反应炉的温度达到1800℃~2200℃，其中，精制原料油加温至250℃~300℃，将精制原料油和添加剂通入反应炉的炭黑反应器中快速反应高温裂解生成粉状炭黑，本步骤中，精制原料油包括蒽油，蒽油的流量为4000 kg/h -5000kg/h；精制原料油中蒽油的质量指标为甲苯不溶物≤0.1％，20℃时的密度ρ20为1.13g/cm³，粘度E80为1.3，水分体积比≤0.1％，灰分0.02%，初馏点为220℃，360℃前的馏分为72％；添加剂为添加剂水溶液，添加剂水溶液的浓度为6 kg/ m³ -7 kg/ m³，通过喷枪以流量为20kg/h向反应炉内添加，精制原料油在反应炉的炭黑反应器中快速反应的时间为0.01秒~1秒。本步骤中，精制原料油通过精制原料油预热器进行预热，预热后的蒸汽和精制原料油通入套管式原料油枪中，蒸汽走外层，预热后的精制原料油走内管，套管式原料油枪的出口处有混合腔，蒸汽和精制原料油在混合腔内混合，最后经过枪头的喷孔喷入反应炉内，蒸汽和精制原料油和添加剂水溶液的混合物沿反应器的轴向喷入。

步骤三：粉状炭黑通入急冷锅炉内进行初段换热降温、喷加急冷水后终止反应的混合炭黑烟气，进入空气预热器进行中段换热，经空气预热器换热后的炭黑烟气继续经不锈钢换热设备进行后段换热，不锈钢换热设备依次为蒸汽过热器、余热锅炉、水加热器、精制原料油预热器，后段换热后的炭黑烟气成为炭黑粉烟，然后进入主袋滤器，本步骤中，蒸汽过热器、余热锅炉、水加热器和精制原料油预热器的热量来源均为混合炭黑烟气换热所余下的剩余热量，后段换热后的炭黑烟气的质量指标为：45um筛余物≤50ppm；灰分≤0.1%；甲苯透光率≥98%；RoHS重金属≤100ppm；PAHs多环芳烃≤20ppm；硫含量≤0.5%。

步骤四：炭黑粉烟进入主袋滤器后附着在滤袋上，经定期的喷吹分离，粉炭沉降在主袋椎体经气密阀输送进入风送管线，经过粉碳除渣器除渣后由气体分离机风选，粉炭由风机输送进入收集系统，收集后的粉炭经过粉碳除铁器除铁后进入造粒系统，造粒干燥后的粒状炭黑进入提升系统，本步骤中，进入收集装置后的产品质量指标为：45um筛余物≤20ppm；灰分≤0.1%；甲苯透光率≥98%；RoHS重金属≤100ppm；PAHs多环芳烃≤20ppm；硫含量≤0.5%，本步骤中，粉碳除铁机的磁感应强度为10000GS，本步骤中，反应炉中生成的炭黑粉收集后首先经过粉碳除渣机进行除渣然后进入收集装置，再由收集装置中进入粉碳除铁机进行除铁，然后送入造粒机内进行造粒，造粒过程中向造粒机中添加分散剂，分散剂为煤油，分散剂与造粒过程用水由静态混合器均匀混合后进入造粒机，其中，造粒机处理量为5t/h造粒过程用水的PH为7.2。

步骤五：进入提升系统的粒状炭黑经转筛分选、自动除铁机多级磁选，风选除尘后由风机输送进入成品存贮罐，进入成品存贮罐的炭黑经过二级筛选、磁选后进入包装系统，本步骤中，成品存贮罐的炭黑经过二级筛选、磁选后，炭黑的质量指标为：45um筛余物≤10ppm；灰分≤0.1%；甲苯透光率≥98%；RoHS重金属≤100ppm；PAHs多环芳烃≤20ppm；硫含量≤0.5%。

实施例一：

调整反应炉温度达到1900℃，空气进行过滤后加温到900℃，然后将预热后的空气通入反应炉内与天然气混合进行燃烧，精制原料油加温到280℃后经过枪头的喷孔喷如炉内，此时原料油和添加剂的混合物呈雾状，在高温下精制原料油裂解。其中精制原料油流量为4500kg/h。反应炉中添加剂添加剂，其浓度为6kg/m³，流量为20kg/h，以调整炭黑的结构，使炭黑的一次结构在86*10^-5m³/kg。

由反应炉所得的携带炭黑分的高温烟气经过空气预热器进行第一次换热，向燃烧室喷入的空气在该空气预热器内被预热；然后再在换热设备内降温，达到要求温度后的烟气与炭黑粉在袋式过滤器内经定期的喷吹分离，粉炭沉降在主袋椎体经气密阀输送进入风送管线，经过粉碳除渣器除渣后由气体分离机风选，粉炭由风机输送进入收集系统，收集后的炭黑粉经过微米粉碎机将大块进行粉碎，粉碎至45um，送入粉炭储罐内暂存，收集后的粉炭经过粉碳除铁器除铁后进入造粒系统

炭黑粉在造粒机中进行造粒，造粒过程中向造粒机中添加分散剂，分散剂为煤油，分散剂与造粒过程用水由静态混合器均匀混合后进入造粒机，其中，造粒机处理量为5t/h，造粒过程用水的PH为7.2且为软化水。

进入提升系统的粒状炭黑经转筛分选、自动除铁机多级磁选，自动除铁机的磁感应强度为10000GS，风选除尘后由风机输送进入成品存贮罐，进入成品存贮罐的炭黑经过二级筛选、磁选后进入包装系统，成品存贮罐的炭黑经过二级筛选、磁选后，炭黑的质量指标为：45um筛余物为8ppm；灰分为0.07%；甲苯透光率为99%；RoHS重金属为90ppm；PAHs多环芳烃为15ppm；硫含量为0.4%.

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种高纯净炭黑的生产方法，其特征在于包括

步骤一：将水分含量≤0.2％的蒽油与乙烯焦油以8：2的比例充分混配，并将混配后的原料依次通入液体粉碎机和油渣分离机中进行精制,获得精制原料油；

步骤二：将天然气和空气分别进行过滤后通入反应炉的燃烧室，其中，空气进行过滤后加温到900℃，使反应炉的温度达到1800℃～2200℃，其中，精制原料油加温至250℃～300℃，将蒸汽、精制原料油和添加剂通入反应炉的炭黑反应器中快速反应高温裂解生成粉状炭黑；

步骤四：炭黑粉烟进入主袋滤器后附着在滤袋上，经定期的喷吹分离，粉炭沉降在主袋椎体处经气密阀输送进入风送管线，经过粉碳除渣器除渣后由气体分离机风选，粉炭由风机输送进入收集系统，收集后的粉炭经过粉碳除铁器除铁后进入造粒系统，造粒干燥后的粒状炭黑进入提升系统；

2.如权利要求1所述的高纯净炭黑的生产方法，其特征在于：步骤一中，蒽油在送入反应炉之前进行去杂质处理工艺，去杂质处理工艺包括将蒽油配入储罐中静置存放48h，使油渣及杂质沉降分离，同时通过储罐底部的加热装置将蒽油温度控制在65℃～75℃；沉降分离后的蒽油经过过滤器过滤去除杂质，精制原料油内的原料油残渣在精制原料油中占的质量比例≤1.5％。

3.如权利要求1所述的高纯净炭黑的生产方法，其特征在于步骤二中，精制原料油包括蒽油，蒽油的流量为4000kg/h-5000kg/h；精制原料油中蒽油的质量指标为甲苯不溶物≤0.1％，20℃时的密度ρ20为1.13g/cm³，粘度E80为1.3，水分体积比≤0.1％，灰分0.02％，初馏点为220℃，360℃前的馏分为72％；添加剂为添加剂水溶液，添加剂水溶液的浓度为6kg/m³～7kg/m³，通过喷枪以流量为20kg/h向反应炉内添加，精制原料油在反应炉的炭黑反应器中快速反应的时间为0.01秒～1秒。

4.如权利要求1所述的高纯净炭黑的生产方法，其特征在于步骤二中蒸汽通过蒸汽过热器进行预热，精制原料油通过精制原料油预热器进行预热，预热后的蒸汽和精制原料油通入套管式原料油枪中，蒸汽走外层，预热后的精制原料油走内管，套管式原料油枪的出口处有混合腔，蒸汽和精制原料油在混合腔内混合，最后经过枪头的喷孔喷入反应炉内，蒸汽和精制原料油和添加剂水溶液的混合物沿反应器的轴向喷入。

5.如权利要求1所述的高纯净炭黑的生产方法，其特征在于步骤三中所述蒸汽过热器、余热锅炉、水加热器和精制原料油预热器的热量来源均为混合炭黑烟气换热所余下的剩余热量，后段换热后的炭黑烟气的质量指标为：45um筛余物≤50ppm；灰分≤0.1％；甲苯透光率≥98％；RoHS重金属≤100ppm；PAHs多环芳烃≤20ppm；硫含量≤0.5％。

6.如权利要求1所述的高纯净炭黑的生产方法，其特征在于步骤四中进入收集装置后的产品质量指标为：45um筛余物≤20ppm；灰分≤0.1％；甲苯透光率≥98％；RoHS重金属≤100ppm；PAHs多环芳烃≤20ppm；硫含量≤0.5％。

7.如权利要求1所述的高纯净炭黑的生产方法，其特征在于步骤四中反应炉中生成的炭黑粉收集后首先经过粉碳除渣机进行除渣然后进入收集装置，再由收集装置中进入粉碳除铁机进行除铁，然后送入造粒机内进行造粒，造粒过程中向造粒机中添加分散剂，所述分散剂为煤油，分散剂与造粒过程用水由静态混合器均匀混合后进入造粒机，其中，造粒机处理量为5t/h，造粒过程用水的pH为7.2。

8.如权利要求7所述的高纯净炭黑的生产方法，其特征在于步骤四中粉碳除铁机的磁感应强度为10000GS。

9.如权利要求7所述的高纯净炭黑的生产方法，其特征在于步骤五中成品存贮罐的炭黑经过二级筛选、磁选后，炭黑的质量指标为：45um筛余物≤10ppm；灰分≤0.1％；甲苯透光率≥98％；RoHS重金属≤100ppm；PAHs多环芳烃≤20ppm；硫含量≤0.5％。