CN111484023A - 一种基于氢气燃烧法产高温水蒸气的卧式脱酸炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化工设备领域，公开了一种基于氢气燃烧法产高温水蒸气的卧式脱酸炉，包括炉体，炉体的头端设有进料口，尾端设有出料口；炉体底部设有若干燃烧室，燃烧室顶部为流化室，燃烧室与流化室之间通过气体分布器隔离；每个燃烧室设有燃烧器；流化室内设有折流挡板，位于最末端的折流挡板的后端设有阻隔板；若干相邻折流挡板之间、位于最末端的折流挡板与阻隔板之间设有料位控制挡板；炉体的尾端侧壁上设有锥塞，锥塞贯穿炉体固定于阻隔板上；炉体顶部设有自动呼吸阀、热空气吹扫口和尾气排放口。本发明可有效解决传统脱酸炉气相白炭黑脱酸效率低，品质不高，团聚严重的问题。并且本发明脱酸炉炉内气流稳定均匀，温控效果好，能耗低。
Description
技术领域
本发明涉及化工设备领域，尤其涉及一种基于氢气燃烧法产高温水蒸气的卧式脱酸炉。
背景技术
气相白炭黑，粒径极小，比表面积大，具有优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性，广泛应用于橡胶、胶黏剂、涂料、油漆、化妆品等工业领域。在气相白炭黑生产工艺中，用氯硅烷或一甲基三氯硅烷高温水解，水解过程中产生氯化氢，因气相白炭黑比表面积较大（150-400m2/g），纳米级颗粒表面容易吸附氯化氢分子，需要对粗气相白炭黑产品进行脱酸处理。
目前白炭黑脱酸技术从工艺上分为化学法脱酸、干法脱酸、湿法脱酸。化学法脱酸通过加入氨，中和白炭黑颗粒中的氯化氢，该法所得白炭黑pH值达标；干法脱酸通过向白炭黑中能通入高温空气，氮气的吸附热大于氯化氢，利用空气中的氮气作为脱附介质；湿法脱酸是利用水蒸气在白炭黑中的吸附能力优于氮气和氯化氢，利用水蒸气脱附并替换白炭黑颗粒中的氯化氢分子。
现脱酸技术中的化学法脱酸、干法脱酸和湿法脱酸各自具有缺点：化学法脱酸虽能使产品pH值达标，但是在过程中带入其他杂质，影响产品品质。干法脱酸通过向白炭黑中能通入高温空气，利用空气中的氮气脱附替代白炭黑颗粒中的氯化氢分子。该法脱酸效果差，且脱附温度高，耗能大。国内大多采用湿法脱酸技术，普遍湿法脱酸工艺一般如下：蒸汽和空气混合后从炉体下部进入，蒸汽和白炭黑在炉内沸腾混合，经过炉内的电加热系统加热到脱附温度，脱附出来的氯化氢气体、蒸汽、空气在炉体扩大段进行气固分离，气体从炉体顶部出去进入尾气回收系统，分离开的白炭黑从炉体侧面进入料仓。该湿法脱酸炉有立式脱酸炉和卧式脱酸炉。该脱酸法的缺点是：（1）蒸汽温度需要达到400-500℃，为维持温度必须在炉内加装电加热系统，而电加热系统存在温度分布不均的问题，导致白炭黑脱酸系统不稳定。此外系统内产生的含氯化氢对电加热系统的加热管有腐蚀性，且材质较脆，更换频率高。（2）蒸汽以及白炭黑在炉体内的停留时间较短导致脱附不充分。
发明内容
本发明提供了一种基于氢气燃烧法产高温水蒸气的卧式脱酸炉，本发明可有效解决传统脱酸炉气相白炭黑脱酸效率低，品质不高，团聚严重的问题。并且本发明脱酸炉炉内气流稳定均匀，温控效果好，能耗低。
本发明的具体技术方案为：一种基于氢气燃烧法产高温水蒸气的卧式脱酸炉，包括炉体，所述炉体的头端设有进料口，尾端设有出料口；炉体底部设有若干燃烧室，所述燃烧室顶部为流化室，燃烧室与流化室之间通过气体分布器隔离；每个燃烧室设有燃烧器；每个燃烧器上设有氢气进口和空气进口；流化室内设有若干交错排布的折流挡板，位于最末端的折流挡板的后端设有用于阻断流化室内物料通入出料口的阻隔板；若干相邻折流挡板之间、位于最末端的折流挡板与阻隔板之间设有料位控制挡板，料位控制挡板的高度低于折流挡板；所述炉体的尾端侧壁上设有若干不同高度的锥塞，所述锥塞贯穿炉体固定于阻隔板上；炉体顶部设有自动呼吸阀、热空气吹扫口和尾气排放口。
本发明的卧式脱酸炉具有以下特点：
（1）本发明卧式脱酸炉设有燃烧室，以氢气与空气燃烧制得水蒸气，采用热蒸汽脱附。该蒸汽脱酸法较常规直接通入水蒸气的脱酸法，脱酸效果更好（传统方法需在炉内加装电加热系统，而电加热系统存在温度分布不均的问题。此外系统内产生的含氯化氢对电加热系统的加热管有腐蚀性，且材质较脆，更换频率高），且耗能低（氢气燃烧法能耗更低）。本发明卧式脱酸炉无需设置电加热系统，采用多个燃烧器进行替代，可保证整个脱酸炉温度分布更均匀，且不会受氯化氢腐蚀。
（2）本发明在流化室内的折流档板布置构成S型气体流道，能够有效提升物料的脱酸效率，并且料位控制挡板的高度需设计成低于折流挡板，如此能够调节物料流速以及料位高度（若撤去料位控制挡板物料每个流化室内的物料则会快速流失）。
（3）本发明在脱酸炉末端设有用于调节料位的锥塞，可根据脱酸效果，调节料位高度。其具体原理为，当抽出某一锥塞时，物料就从阻隔板上的孔内流出，进入出料口内。
（4）本发明脱酸炉顶部设置自动呼吸阀，避免脱酸炉压力太低，压力太低时自动吸入热空气。
作为优选，所述进料口通过旋风分离器设于炉体头端的顶部；旋风分离器上设有尾气口。
本发明脱酸炉的工作流程为：待脱酸的气相白炭黑和空气从进料口先进入旋风分离器，通过旋风分离器将气固分离，气体从尾气口排出，分离后的白炭黑颗粒进入脱酸炉内的第一个流化室。同时向燃烧室内通入氢气和热空气，燃烧器由头端至尾端依次点火，氢气和空气中的氧气燃烧，放热并生成高温水蒸气，空气过量（部分作为流化气），气体穿过燃烧室顶部的气体分布器进入流化室。高温水蒸气和空气的混合气流化膨胀白炭黑，流化室温度控制在400-500℃。脱酸炉的出料口可配设有风机对脱酸炉进行抽吸，因流化室内设有折流档板及料位控制挡板，流化室内白炭黑呈S型流动（白炭黑在水蒸气烘托下悬浮于流化室内，因此白炭黑下沉速率较慢，当物料料位高于料位控制挡板时进入下一流化室），在此期间，水蒸气与白炭黑颗粒充分接触，脱酸时间缩短，流化脱酸后从出料口排出。其中阻隔板上设有调节料位的锥塞，可根据产品脱酸效果，调节料位高度。脱酸炉顶部的尾气排放口可配设有尾气风机，将脱酸炉内脱附下来的氯化氢气体及时排出。
本发明脱酸炉顶设置旋风分离器，先将待脱酸的白炭黑进行气固分离，避免输送白炭黑的空气和炉内流化气冲突，影响流化效果。
作为优选，所述出料口设于炉体尾端的底部。
作为优选，不同燃烧室顶部的气体分布器的高度不同，且呈高低交错设置；不同折流挡板的高度不同；且呈高低交错设置。
如此设计，能够进一步促进物料的流化效果。
作为优选，所述气体分布器采用透气砖；所述燃烧室、流化室采用耐火材料浇注。
本发明卧式脱酸炉气体分布器采用透气砖，且空隙大小设置合理，使气体可以均匀分布。且该卧式脱酸炉材料：燃烧室用耐火砖浇注料，流化室用耐火材料材料作为浇注料，整体造价相对现有的炉体成本低，且寿命长。
作为优选，所述炉体的顶部设有若干视镜和/或温度计口。
在温度计口可设置温度压力检测装置，对每个燃烧室和流化室都设有温度监控。
作为优选，所述炉体的侧壁上设有若干检修口。
作为优选，所述自动呼吸阀包括：
筒体，所述筒体顶部设有呼吸口；
向下朝向所述呼吸口的热空气导管；
固定于所述筒体外顶面的杠杆机构，所述杠杆机构包括：
设于筒体外顶面的固定座支点；所述固定座支点上设有限位块；
中间段与固定座支点销轴连接的连杆；所述连杆位于限位块上方；
与连杆内端销轴连接的耳座；
与耳座连接的阀盖，所述阀盖位于呼吸口下方且可覆盖呼吸口；
与连杆外端连接的配重物。
本发明自动呼吸阀的工作原理为：连杆外端配重物产生的力矩与脱酸炉炉内的压力作用与阀盖的力产生的力矩相等时，阀盖保持关闭，即当脱酸炉炉内压力高于设定的操作压力-50 Pa（假定）时，阀盖保持关闭，保持脱酸炉的密闭性；当脱酸炉炉内压力<-50 Pa时，阀盖打开，热空气通过热空气导管进入脱酸炉内，使脱酸炉内的压力维持在-50 Pa。而之所以通入热空气而非冷空气，是防止影响脱酸炉内反应。
作为优选，所述阀盖的顶面边缘设有至少一圈与筒体内顶面抵接后实现密封的凸缘。
作为优选，所述凸缘呈圆弧形。圆弧形的设计，可使凸缘与密封面接触的形式为线与面的密封方式。相对于普通的面与面密封方式，线与面方式的优点在于：一、在实际生产中，有精度问题，面与面的贴合很难保证完全密封，而线与面的结合则可实现密封效果。二、相对于面与面贴合，线与面密封的相应速度更快，一旦阀盖与呼吸口分离，即可快速将气体通入，灵敏度更高。为进一步保障密封性，可设置多圈凸缘。
作为优选，所述配重物可沿连杆滑移。
作为优选，所述配重物中设有供连杆外端贯穿的通孔，连杆外端设有用于固定配重物的调节螺母。
在上述结构下，可通过调节滑动配重物在连杆的位置而调节阀盖的作用压力大小，配重物上的调节螺母使其位置固定住。
作为优选，所述筒体外顶面上设有至少覆盖呼吸口的防尘锥盖。
防尘锥盖可防止顶部灰尘落入脱酸炉内。
作为优选，所述热空气导管固定于防尘锥盖上，且其下端呈喇叭状。
作为优选，所述筒体外顶面上设有高度低于防尘锥盖的透明观察隔离筒；所述透明观察隔离筒的侧壁上设有供杠杆机构穿过的开口；所述透明观察隔离筒的顶部设有分布板；热空气导管高于分布板。
透明观察隔离筒的设置，不仅可起到隔离防尘作用，同时可方便观察阀盖开闭情况。热空气导管向下吹出的空气通过分布板后进入呼吸阀内，进气更加均匀。
作为优选，所述防尘锥盖通过支撑架固定于筒体外顶面。
作为优选，所述筒体底部设有用于连接脱酸炉废气排放管口的连接法兰。
综上，本发明自动呼吸阀的优点在于：1）调节压力反应快，无延迟，可靠性好；2）本发明的阀盖设置于呼吸口的下方，适用炉内负压环境；3）本发明可通过调节配重物在连杆上的位置而调节压力大小。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：
（1）本发明卧式脱酸炉以氢气与空气燃烧制得水蒸气，采用热蒸汽脱附。该蒸汽脱酸法较常规直接通入水蒸气的脱酸法，脱酸效果更好，且耗能低。本发明卧式脱酸炉无需设置电加热系统，采用多个燃烧器进行替代，可保证整个脱酸炉温度分布更均匀，且不会受氯化氢腐蚀。
（2）本发明在流化室内的折流档板布置构成S型气体流道，流化效果好，避免二次团聚，能够有效提升物料的脱酸效率，并且料位控制挡板的高度需设计成低于折流挡，如此能够调节物料流速以及料位高度。
（3）本发明在脱酸炉末端设有用于调节料位的锥塞，可根据脱酸效果，调节料位高度。其具体原理为，当抽出某一锥塞时，物料就从阻隔板上的孔内流出，进入出料口内。
（4）本发明脱酸炉顶部设置自动呼吸阀，避免脱酸炉压力太低，压力太低时自动吸入热空气。
（5）本发明卧式脱酸炉的气体分布器采用透气砖，且空隙大小设置合理，使气体可以均匀分布。
（6）本发明脱酸炉顶设置旋风分离器，先将待脱酸的白炭黑进行气固分离，避免输送白炭黑的空气和炉内流化气冲突，影响流化效果。
（7）该卧式脱酸炉的燃烧室用耐火砖浇注料，流化室用耐火材料材料作为浇注料，整体造价相对现有的炉体成本低，且寿命长。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图；
图2是本发明的一种内部俯视结构示意图；
图3是本发明阀盖关闭状态的一种结构示意图；
图4是本发明阀盖开启状态的一种结构示意图；
图5是图4中密封面的局部放大示意图；
图6是自动呼吸阀中分布板的俯视图。
附图标记为：筒体1，呼吸口2，热空气导管3，固定座支点4，限位块5，连杆6，耳座7，阀盖8，配重物9，凸缘10，调节螺母13，防尘锥盖14，透明观察隔离筒15，支撑架16，废气排放管口17，连接法兰18，炉体19，进料口20，出料口21，燃烧室22，流化室23，气体分布器24，燃烧器25，氢气进口26，空气进口27，折流挡板28，阻隔板29，料位控制挡板30，锥塞31，自动呼吸阀32、热空气吹扫口33，尾气排放口34，旋风分离器35，尾气口36，视镜37，温度计口38，检修口39，分布板40。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
如图1所示，一种基于氢气燃烧法产高温水蒸气的卧式脱酸炉，包括炉体19，所述炉体的头端顶部设有旋风分离器35；旋风分离器上设有尾气口36和进料口20，尾端底部设有出料口21；炉体底部设有六个燃烧室22，所述燃烧室顶部为流化室23，燃烧室与流化室之间通过气体分布器24隔离；每个燃烧室设有燃烧器25；每个燃烧器上设有氢气进口26和两个空气进口27；流化室内设有五块交错排布的折流挡板28以构成S型流道（如图2所示），位于最末端的折流挡板的后端设有用于阻断流化室内物料通入出料口的阻隔板29；其中两组相邻折流挡板之间、位于最末端的折流挡板与阻隔板之间设有料位控制挡板30，料位控制挡板的高度低于折流挡板；不同燃烧室顶部的气体分布器的高度不同，且呈高低交错设置；不同折流挡板的高度不同；且呈高低交错设置。所述炉体的尾端侧壁上设有两个不同高度的锥塞31，所述锥塞贯穿炉体固定于阻隔板上；炉体顶部设有自动呼吸阀32、热空气吹扫口33和尾气排放口34。所述炉体的顶部对应每一个流化室设有视镜37和温度计口38。炉体的侧壁上对应每一个流化室设有检修口39。所述气体分布器采用透气砖；所述燃烧室、流化室采用耐火材料浇注。
本发明脱酸炉的工作流程为：待脱酸的气相白炭黑和空气从进料口先进入旋风分离器，通过旋风分离器将气固分离，气体从尾气口排出，分离后的白炭黑颗粒进入脱酸炉内的第一个流化室。同时向燃烧室内通入氢气和热空气，燃烧器由头端至尾端依次点火，氢气和空气中的氧气燃烧，放热并生成高温水蒸气，空气过量（部分作为流化气），气体穿过燃烧室顶部的气体分布器进入流化室。高温水蒸气和空气的混合气流化膨胀白炭黑，流化室温度控制在400-500℃。脱酸炉的出料口可配设有风机对脱酸炉进行抽吸，因流化室内设有折流档板及料位控制挡板，流化室内白炭黑呈S型流动（白炭黑在水蒸气烘托下悬浮于流化室内，因此白炭黑下沉速率较慢，当物料料位高于料位控制挡板时进入下一流化室），在此期间，水蒸气与白炭黑颗粒充分接触，脱酸时间缩短，流化脱酸后从出料口排出。其中阻隔板上设有调节料位的锥塞，可根据产品脱酸效果，调节料位高度。脱酸炉顶部的尾气排放口可配设有尾气风机，将脱酸炉内脱附下来的氯化氢气体及时排出。
其中。如图3所示，自动呼吸阀包括：筒体1、热空气导管3和杠杆机构。所述筒体顶部设有呼吸口2；所述热空气导管向下朝向所述呼吸口3；所述杠杆机构固定于所述筒体外顶面。
具体地，所述杠杆机构包括：设于筒体外顶面的固定座支点4、中间段与固定座支点销轴连接的连杆6、与连杆内端销轴连接的耳座7、与耳座连接的阀盖8以及与连杆外端连接的配重物9。所述固定座支点上设有限位块5，连杆位于限位块上方；所述阀盖位于呼吸口下方且覆盖呼吸口。如图5所示，阀盖的顶面边缘设有一圈与筒体内顶面抵接后实现密封的圆弧形的凸缘10。
所述配重物中设有供连杆外端贯穿的通孔，所述连杆外端设有用于固定配重物的调节螺母13。配重物可沿连杆滑移。
此外，所述筒体外顶面上设有通过支撑架16固定的覆盖呼吸口的防尘锥盖14。所述热空气导管固定于防尘锥盖上，且其下端呈喇叭状。筒体外顶面上设有高度低于防尘锥盖的透明观察隔离筒15；所述透明观察隔离筒的侧壁上设有供杠杆机构穿过的开口，如图6所示，所述透明观察隔离筒的顶部设有分布板40，热空气导管高于分布板。所述筒体底部设有用于连接脱酸炉废气排放管口17的连接法兰18。
由于脱酸炉内部充满氯化氢腐蚀性气体及高温水蒸气，因此与之接触的材料必须耐腐蚀及耐高温，本装置的筒体及阀盖都选用Hastelloy B-3材质。
本实施例自动呼吸阀的工作原理为：连杆外端配重物产生的力矩与脱酸炉炉内的压力作用与阀盖的力产生的力矩相等时，阀盖保持关闭，即当脱酸炉炉内压力高于设定的操作压力-50 Pa（假定）时，阀盖保持关闭（如图3所示），保持脱酸炉的密闭性；当脱酸炉炉内压力<-50 Pa时，阀盖打开（如图4所示），热空气通过热空气导管进入脱酸炉内，使脱酸炉内的压力维持在-50 Pa。而之所以通入热空气而非冷空气，是防止影响脱酸炉内反应。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于氢气燃烧法产高温水蒸气的卧式脱酸炉，包括炉体（19），其特征在于：所述炉体的头端设有进料口（20），尾端设有出料口（21）；炉体底部设有若干燃烧室（22），所述燃烧室顶部为流化室（23），燃烧室与流化室之间通过气体分布器（24）隔离；每个燃烧室设有燃烧器（25）；每个燃烧器上设有氢气进口（26）和空气进口（27）；流化室内设有若干交错排布的折流挡板（28），位于最末端的折流挡板的后端设有用于阻断流化室内物料通入出料口的阻隔板（29）；若干相邻折流挡板之间、位于最末端的折流挡板与阻隔板之间设有料位控制挡板（30），料位控制挡板的高度低于折流挡板；所述炉体的尾端侧壁上设有若干不同高度的锥塞（31），所述锥塞贯穿炉体固定于阻隔板上；炉体顶部设有自动呼吸阀（32）、热空气吹扫口（33）和尾气排放口（34）。
2.如权利要求1所述的卧式脱酸炉，其特征在于，所述进料口通过旋风分离器（35）设于炉体头端的顶部；旋风分离器上设有尾气口（36）。
3.如权利要求1所述的卧式脱酸炉，其特征在于：所述出料口设于炉体尾端的底部。
4.如权利要求1所述的卧式脱酸炉，其特征在于：所述气体分布器采用透气砖；所述燃烧室、流化室采用耐火材料浇注。
5.如权利要求1所述的卧式脱酸炉，其特征在于，不同燃烧室顶部的气体分布器的高度不同，且呈高低交错设置；不同折流挡板的高度不同；且呈高低交错设置。
6.如权利要求1所述的卧式脱酸炉，其特征在于，所述炉体的顶部设有若干视镜（37）和/或温度计口（38）;所述炉体的侧壁上设有若干检修口（39）。
7.如权利要求1所述的卧式脱酸炉，其特征在于，所述自动呼吸阀包括：
筒体（1），所述筒体顶部设有呼吸口（2）；
向下朝向所述呼吸口的热空气导管（3）；
固定于所述筒体外顶面的杠杆机构，所述杠杆机构包括：
设于筒体外顶面的固定座支点（4）；所述固定座支点上设有限位块（5）；
中间段与固定座支点销轴连接的连杆（6）；所述连杆位于限位块上方；
与连杆内端销轴连接的耳座（7）；
与耳座连接的阀盖（8），所述阀盖位于呼吸口下方且覆盖呼吸口；
与连杆外端连接的配重物（9）。
8.如权利要求7所述的卧式脱酸炉，其特征在于，所述阀盖的顶面边缘设有至少一圈与筒体内顶面抵接后实现密封的凸缘（10）；所述凸缘呈圆弧形。
9.如权利要求7所述的卧式脱酸炉，其特征在于，所述配重物可沿连杆滑移；所述配重物中设有供连杆外端贯穿的通孔，所述连杆外端设有用于固定配重物的调节螺母（13）。
10.如权利要求7所述的卧式脱酸炉，其特征在于，所述筒体外顶面上设有至少覆盖呼吸口的防尘锥盖（14）；所述热空气导管固定于防尘锥盖上，且其下端呈喇叭状；所述筒体外顶面上设有高度低于防尘锥盖的透明观察隔离筒（15）；所述透明观察隔离筒的侧壁上设有供杠杆机构穿过的开口，透明观察隔离筒的顶部设有分布板（40），热空气导管高于分布板；所述防尘锥盖通过支撑架（16）固定于筒体外顶面。
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