CN111117300B - 一种用于喷膜的色素炭黑生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于喷膜的色素炭黑生产工艺，包括以下步骤：进行空气过滤、预热；空气和煤气混合燃烧；原料与添加剂反应；急冷水淬灭；炭黑烟气分离。原料选择比较容易、且价格低，结合风油比和产量，可以满足连续生产，炭黑质量稳定；采用煤气作为燃料，进行处理后仍比天然气、洗油更具价格优势；采用去离子水淬灭反应，不仅可以产生活化炭黑的蒸汽，还降低炭黑中的杂质；利用多级原料预热装置，把原料更好的预热，降低粘度、缩短原料汽化时间，从本质上降低水洗；利用微米粉碎机进行超细粉碎，再次降低水洗杂质；本发明生产色素炭黑，重金属含量低，黑度高、易分散、杂质低纯度高。
Description
技术领域
本发明属于色素炭黑的工艺领域，更具体涉及一种用于喷膜的色素炭黑生产工艺。
背景技术
炭黑主要分为橡胶用炭黑和非橡胶用炭黑，根据世界炭黑消费量统计，橡胶用炭黑占总量的89.5％，非橡胶用炭黑占10.5％，非橡胶用炭黑主要包括色素炭黑、导电炭黑、塑料炭黑等，色素炭黑主要作为黑色染料用于色母、涂料、油漆、树脂等。而实际在不同的行业和领域又对色素炭黑提出其他的指标应用要求，高品质的色素炭黑在国内炭黑企业产量较低，质量波动大，影响色素炭黑质量因素有很多，原料的选取、工艺设定、反应温度的选择、反应时间、风油比的设计等均对炭黑的品质有很大的影响。现在的技术是公开一些色素炭黑的生产工艺，该工艺主要用于生产塑料喷膜用色素炭黑。
炉法炭黑生产是将气态、液体烃或混合物作为原料，供应适量的空气，在反应炉中不完全燃烧、裂解生成炭黑。反应被淬灭后，形成的炭黑烟气，经过收集分离出炭黑和尾气，炭黑再经过收集、造粒、干燥、包装获得成品炭黑。例如公开号为CN101358042B公开的一种色素炭黑产品及其生产工艺，将煤焦油作为燃料油，在煤焦油中配以适当的蒽油作为原料油，以碳酸钾作为添加剂，在反应炉中裂解成炭黑，炭黑经微米粉碎机，造粒机后得到产品。实践发现，上述油炉法生产出来的色素炭黑水洗筛余物高、多环芳烃高、纯净度低、重金属高；且根据该文件的工艺描述，该生产装置产能低，生产成本高等缺点。在塑料喷膜生产中，喷吹出的薄膜0.1-0.12mm，要求黑度高、分散高且无杂质。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于，提供一种一种用于喷膜的色素炭黑生产工艺，解决现有技术中，色素炭黑质量不稳定，技术指标黑度、分散、水洗杂质不能达到超级薄膜用户要求；
现有的技术均向生产提升着色力的方向，忽视了炭黑在塑料薄膜应用中的分散要求，如果杂质在0.1毫米厚度的薄膜上出现，喷出的薄膜就难以维持形状，造成薄膜报废。
为了达到上述目的，进而采取的技术方案如下：
一种用于喷膜的色素炭黑生产工艺，包括以下步骤：
S1：进行空气过滤、预热
将空气在网式过滤器中过滤后，经过多级离心鼓风机提供压力，空气经过高温预热器预热到750℃-780℃，并经过风管送入反应炉的燃烧室，提供燃烧的氧气和反应的剪切动力；
S2:空气和煤气混合燃烧
将9000NM3/h流量的空气和煤气混合在燃烧室内燃烧，产生热烟气，燃烧室温度控制串级模型选择1900℃-1950℃；
S3：原料与添加剂反应
炭黑油、蒽油作为原料，碳酸钾作为添加剂，同时，原料与添加剂重量比为20:2000，步骤S2中产生的热烟气通过反应炉的喉管段后流速达到400-550m/s，在反应炉具有的反应段为炭黑油、蒽油和碳酸钾的反应提供剪切力和裂解能，并在反应段剧烈反应，得到混合气体；
S4：急冷水淬灭
将步骤S3中反应后得到的混合气体经过高温空气预热器、余热锅炉、原料预热器、低温空气预热器为反应提供换热，根据设定的急冷淬灭温度，串级计算加入一定量的急冷水，经过各个余热利用设备后，降温后的炭黑烟气再次通过二次急冷，把炭黑烟气降低到270℃-280℃之间；
S5：炭黑烟气分离
将降温之后的炭黑烟气送进主袋滤器，进行炭黑和尾气的分离，收集的炭黑，而分离的尾气经过加压风机送到炭黑尾气预热发电站进行发电；
S6：炭黑粉碎、收集、造粒、干燥、筛选、除铁、储存、包装
将收集的炭黑进行粉碎，再经送风机输送到炭黑脉冲收集袋滤，脉冲收集袋滤收集分离炭黑和炭黑中的水蒸汽，收集袋滤通入压缩空气，使收集的炭黑进行氧化，然后在粉炭罐搅拌混合均匀，在经分配后进入造粒机造粒，然后再干燥机中进行干燥，干燥完成后的炭黑，进行过程检测，符合指标要求的炭黑再进入磁选机，去除金属铁锈，然后再分配进入成品罐中，在成品罐的进出口再经高磁除杂，最后获得包装成品。
作为本发明进一步的改进，所述原料与风量比值控制在1.698-1.800之间。
作为本发明进一步的改进，所述急冷水使用去离子水，使用去离子水进行淬灭反应。
作为本发明进一步的改进，所述急冷水加入压力≥1.2Mpa。
作为本发明进一步的改进，所述炭黑油、蒽油作为原料在使用前进行充分混合。
作为本发明进一步的改进，步骤5中收集到的炭黑经325目微米粉碎，再经送风机输送到炭黑脉冲收集袋滤中。
作为本发明进一步的改进，步骤6中所述脉冲收集袋滤通入0.60Mpa的压缩空气。
作为本发明进一步的改进，步骤6中符合指标要求的经过35目筛网筛选，方可将均匀粒子的炭黑再进入磁选机。
作为本发明进一步的改进，步骤6中，在造粒和干燥之间可通入臭氧，臭氧的作用是对炭黑再干燥过程中再次氧化，形成氧化的官能团。
本发明的有益效果是：
1、原料选择比较容易、且价格低，结合风油比和产量，可以满足连续生产，炭黑质量稳定；
2、采用煤气作为燃料，进行处理后仍比天然气、洗油更具价格优势；
3、利用炭黑的流速，采用多点喷入原料，原料喷咀角度更小，雾化后的烃蒸汽快速进入最剧烈的湍流区，色素炭黑的黑度和均匀度更好，采用去离子水淬灭反应，不仅可以产生活化炭黑的蒸汽，还降低炭黑中的杂质；
4、利用多级原料预热装置，把原料更好的预热，降低粘度、缩短原料汽化时间，从本质上降低水洗；
5、利用微米粉碎机进行超细粉碎，再次降低水洗杂质；
6、利用高压压缩气和脉冲收集，不仅收集炭黑，还是促进炭黑的均匀氧化；
7、可以根据客户要求，选择性使用臭氧；
8、本发明生产色素炭黑，重金属含量低，黑度高、易分散、杂质低纯度高。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明工艺流程图；
图2为本发明详细的工艺流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
请参考图1、2所示，一种用于喷膜的色素炭黑生产工艺，包括以下步骤：
S1：进行空气过滤、预热
将空气在网式过滤器中过滤后，经过多级离心鼓风机提供压力，空气经过高温预热器预热到750℃-780℃，并经过风管送入反应炉的燃烧室，提供燃烧的氧气和反应的剪切动力；
S2:空气和煤气混合燃烧
将9000NM3/h流量的空气和煤气混合在燃烧室内燃烧，产生热烟气，燃烧室温度控制串级模型选择1900℃-1950℃；
S3：原料与添加剂反应
炭黑油、蒽油作为原料，碳酸钾作为添加剂，炭黑油、蒽油作为原料在使用前进行充分混合，同时，原料与风量比值控制在1.698-1.800之间，原料与添加剂分量比为20:2000，步骤S2中产生的热烟气通过反应炉的喉管段后流速达到400-550m/s，在反应炉具有的反应段为炭黑油、蒽油和碳酸钾的反应提供剪切力和裂解能，并在反应段剧烈反应，得到混合气体；
S4：急冷水淬灭
将步骤S3中反应后得到的混合气体经过高温空气预热器、余热锅炉、原料预热器、低温空气预热器为反应提供换热，根据设定的急冷淬灭温度，串级计算加入一定量的急冷水，急冷水加入压力≥1.2Mpa，急冷水使用去离子水，使用去离子水进行淬灭反应，经过各个余热利用设备后，降温后的炭黑烟气再次通过二次急冷，把炭黑烟气降低到270℃-280℃之间；
S5：炭黑烟气分离
将降温之后的炭黑烟气送进主袋滤器，进行炭黑和尾气的分离，收集炭黑，而分离的尾气经过加压风机送到炭黑尾气预热发电站进行发电；
S6：炭黑粉碎、收集、造粒、干燥、筛选、除铁、储存、包装
将收集到的炭黑经325目微米粉碎后，经风送风机输送到炭黑脉冲收集袋滤，脉冲收集分离炭黑和炭黑中的水蒸汽，脉冲通入0.6MPa的压缩空气，使收集的炭黑进行氧化，然后在粉炭罐搅拌混合均匀，在经分配后进入造粒机造粒，造粒控制粒子强度在20-30gf，且造粒和干燥之间可选择性通入臭氧，臭氧的作用是对炭黑再干燥过程中再次氧化，形成氧化的官能团，根据过程检测结果进行调整；
干燥完成后的炭黑(干燥炭黑水分≤1.5％)，进行过程检测，检测符合指标要求的经过35目筛网筛选，把均匀粒子的炭黑再进入磁选机，去除金属铁锈，然后再分配进入成品罐。在成品罐的进出口再经高磁除杂，最后获得包装成品。
上述工艺流程及反应对燃烧、原料、急冷水有些要求，燃烧煤气要进行除杂、除水，保证煤气的纯度和燃烧热值：
原料使用前进行充分的混合，保证原料中没有分层，且原料的蒸馏流程范围窄，温度原料油的预热温度，保证原料入炉的雾化效果，同时对油咀和油枪个数也有要求，根据压力和流量，油咀以小角度、多点喷入，缩短原料入炉后的汽化烃时间，使得反应更集中，其次原料选择上，低钠离子、低重金属离子，使得碳酸钾可以与原料形成稳定的结构控制比例，控制炭黑度。急冷水使用去离子水，可以稳定色素炭黑的结构同时还避免杂质的引入，而汽化的水蒸气可以使得色素炭黑更加蓬松、活性更好。
原料的选择，如下表：
生产工艺的控制要求，如下表：
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于喷膜的色素炭黑生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1：进行空气过滤、预热
将空气在网式过滤器中过滤后，经过多级离心鼓风机提供压力，空气经过高温预热器预热到750℃-780℃，并经过风管送入反应炉的燃烧室，提供燃烧的氧气和反应的剪切动力；
S2：空气和煤气混合燃烧
将9000NM3/h流量的空气和煤气混合在燃烧室内燃烧，产生热烟气，燃烧室温度控制串级模型选择1900℃-1950℃；
S3：原料与添加剂反应
炭黑油、蒽油作为原料，炭黑油和蒽油重量份数比为8∶2，炭黑油和蒽油比重(ρ20)为1.185-1.195之间，使用前进行充分的混合，保证原料中没有分层，并保持原料入炉流量为5000-5300kg/h，风量与原料流量比值控制在1.698-1.80之间，保证入炉原料温度245-255℃，入炉原料压力2.6±0.1Mpa，油咀的规格采用φ1.8-2.2/30°，油枪数量为8个，同时，碳酸钾作为添加剂，原料与添加剂分量比为2000∶20，步骤S2中产生的热烟气通过反应炉的喉管段后流速达400-550m/s，在反应炉具有的反应段为炭黑油、蒽油和碳酸钾的反应提供剪切力和裂解能，并在反应段剧烈反应，得到混合气体；
S4：急冷水淬灭
将步骤S3中反应后得到的混合气体经过高温空气预热器、余热锅炉、原料预热器、低温空气预热器为反应提供换热，根据设定的急冷淬灭温度，串级计算加入一定量的急冷水，急冷水使用去离子水，水咀φ3.5-4.5，急冷温度控制在900-940℃，经过各个余热利用设备后，降温后的炭黑烟气再次通过二次急冷，二次急冷温度控制在255-295℃，把炭黑烟气降低到270℃-280℃之间；
S5：炭黑烟气分离
将降温之后的炭黑烟气送进主袋滤器，进行炭黑和尾气的分离，收集到炭黑，将收集到的炭黑经325目微米粉碎，再经送风机输送到炭黑脉冲收集袋滤中，而分离的尾气经过加压风机送到炭黑尾气预热发电站进行发电；
S6：炭黑粉碎、收集、造粒、干燥、筛选、除铁、储存、包装
将收集的炭黑进行粉碎，再经送风机输送到炭黑脉冲收集袋滤，脉冲收集袋滤收集分离炭黑和炭黑中的水蒸汽，收集袋滤通入压缩空气，使收集的炭黑进行氧化，然后在粉炭罐搅拌混合均匀，在经分配后进入造粒机造粒，然后再干燥机中进行干燥，且在造粒和干燥之间通入臭氧，干燥完成后的炭黑，进行过程检测，符合指标要求的炭黑经过35目筛网筛选，均匀粒子的炭黑再进入磁选机，去除金属铁锈，然后再分配进入成品罐中，在成品罐的进出口再经高磁除杂，最后获得包装成品。
2.根据权利要求1所述的一种用于喷膜的色素炭黑生产工艺，其特征在于，所述急冷水加入压力≥1.2Mpa。
3.根据权利要求1所述的一种用于喷膜的色素炭黑生产工艺，其特征在于，步骤6中所述脉冲收集袋滤通入0.60Mpa的压缩空气。
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