CN112391068B - 一种无氧状态下对炭黑进行高温处理的装置 - Google Patents

Abstract

本发明专利涉及一种无氧状态下对炭黑进行高温处理的装置，包括进料螺旋、蒸馏炉、冷凝收集装置，炭黑经由进料装置进入蒸馏炉中进行高温蒸馏，并通过排料装置排出，通过冷却装置降温后进行包装。蒸馏产生的废气经由冷凝过滤装置处理为洁净气体后由再循环装置进行再次循环，并由惰性性气体充装装置保持蒸馏炉内始终处于不含氧状态。实现了炭黑表面多环芳烃的彻底脱附,降低了炭黑的毒性和对人体的危害。

Description

一种无氧状态下对炭黑进行高温处理的装置

技术领域

本发明属于炭黑生产技术领域，涉及一种无氧状态下对炭黑进行高温处理装置，通过对炭黑进行蒸馏处理，以脱去炭黑表面的多环芳烃，实现了炭黑表面多环芳烃的彻底脱附,彻底降低了炭黑的毒性和对人体的危害。

背景技术

炭黑是重要的化工原材料，不仅具有较强的补强和耐磨性能，被用于橡胶中，也广泛应用于油墨、涂料、油漆等日常用品中。有时炭黑也在食品餐具、厨房用具等领域进行应用，在此类情况下，要求炭黑具有较低的毒性、最少的多环芳烃含量，防止对人体造成伤害。

炭黑原料油中较高的多环芳烃含量有利于炭黑生产，炭黑生成的前驱物是多环芳烃物质，由于炭黑中的芳烃化合物很难脱附，只能在甲苯、丙酮之类的溶剂作用下才能提取出多环芳烃，但是，如果用这种方法对炭黑进行加工以降低多环芳烃含量，此类溶剂也属于有毒有害物质，就会对炭黑产品造成二次污染,

对炭黑进行蒸馏处理脱除多环芳烃，是一种较为有效的方式，但炭黑的燃点较低（在300~350摄氏度），处理时容易因含有氧气导致炭黑燃烧，生成一氧化碳或二氧化碳，较低的温度则多环芳烃的脱附不彻底，以致于常规的高温处理方式无法实施。

所以，炭黑中残留一定量的多环芳烃是不可避免的问题。而多环芳烃类物质有致癌性质，属于欧盟等国际组织限量控制的有害物质，因此，如何降低炭黑的多环芳烃含量、生产出多环芳烃更低的炭黑产品，成为炭黑行业需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无氧状态下对炭黑进行高温处理的装置，降低炭黑的多环芳烃含量，提高环保指标，生产出多环芳烃更低的炭黑产品。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种无氧状态下对炭黑进行高温处理的装置，其特征在于：包括进料螺旋、蒸馏炉、冷凝收集装置，所述蒸馏炉包括炉腔、带有夹套的炉壁和与炉壁连通的燃烧炉，蒸馏炉上炉壁安装有排出管道，所述炉腔包括倒料槽和搅拌装置，倒料槽位于正对进料螺旋出料口的炉腔底部，所述冷却反应装置包括依次贯通排出管道的水冷装置、水洗装置、冰冻装置、活性炭吸附装置、活塞式往复压缩机、活塞式往复压缩机，液体二氧化碳加入装置位于活性炭吸附装置与活塞式往复压缩机之间的管道上，多环芳烃收集装置水平安装于水冷装置、水洗装置和冰冻装置底部。惰性气体导入管一端与活塞式往复压缩机连接，另一端与蒸馏炉连接。

所述高温处理指的是300-1100度。

炭黑经由进料装置进入蒸馏炉中进行高温蒸馏，再通过出料管道排出，通过冷却装置降温后进行包装。蒸馏产生的废气经由冷凝过滤装置处理为洁净气体后由再循环装置进行再次循环，并由惰性性气体充装装置保持蒸馏炉内始终处在不含氧状态。

优选的，燃烧炉分为第一燃烧炉和第二燃烧炉，串联安装在蒸馏炉炉壁。

蒸馏炉炉壁带有夹套，燃烧炉通过燃烧天然气对炉体外壁进行加热，蒸馏炉内壁为耐火材料，燃烧炉燃烧给夹套之间输送温度，使炉壁保持一定温度。

优选的，蒸馏炉内部隔绝氧气，输送的为高纯度惰性气体。

利用惰性气体不引起燃烧的特点，隔绝氧气，添加液体二氧化碳给煅烧炉输送高纯度惰性气体，可以对炭黑进行无氧状态下高温脱附处理，达到既能消除炭黑表面的多环芳烃、又可安全生产的目的，如果不进行脱氧处理，炭黑的高温处理过程中，由于含有过剩空气，部分发生不完全燃烧反应并增加了烟气流的热流量，高温处理时容易因含有氧气导致炭黑燃烧，生成一氧化碳或二氧化碳，造成二次污染。

优选的，进料螺旋与蒸馏炉之间采用密封装置。

密封装置采用快装卡口，里边装有石墨盘根，密闭的进料装置可以连续均匀供应物料，并保证蒸馏炉内惰性气体不外泄、物料量可控、进入蒸馏炉内前不被高温氧化。

优选的，惰性气体导入管深入到蒸馏炉内部且惰性气体导入管上设有导入惰性气体的气孔。

加入的二氧化碳和循环的惰性气体由输送管道送入蒸馏炉内部，惰性气体导入管上的气孔是方便把使惰性气体更均匀地分布在炉体内。

进一步优选的，搅拌装置出口端的延长管道上设有搅拌电机。

搅拌装置与炉体连接处有密封装置，搅拌装置有电机转动带动搅拌，给搅拌装置提供动力，以带动搅拌装置对物料进行更充分的搅拌。

进一步优选的，蒸馏炉的内壁采用三氧化二铝和氧化锆材质的耐火材料。

蒸馏炉的内壁采用三氧化二铝和氧化锆材质的耐火材料，可耐受长时间1100℃以上的高温，炉体的所有出口部位均有密封装置确保蒸馏炉的密封状态，使物料的处理过程始终处于无氧状态。

进一步优选的，料螺旋、蒸馏炉、冷凝收集装置均与DCS自动控制系统连接。

系统DCS自动控制系统置于整套装置末端，集散控制系统是一种操作显示集中，控制功能分散，可以实现整个操作的自动控制。

炭黑经由进料装置进入蒸馏炉中进行高温蒸馏，并通过排料装置排出，通过冷却装置降温后进行包装。蒸馏产生的废气经由冷凝过滤装置处理为洁净气体后由再循环装置进行再次循环，并由惰性性气体充装装置保持蒸馏炉内始终处在不含氧状态。

本发明具有以下有益效果：

本发明研发出了一种无氧状态下对炭黑进行高温处理的装置， 通过本项目技术的实施，实现了炭黑表面多环芳烃的彻底脱附，可以按客户的要求及指标随时调整炭黑的环保指标，满足不同客户标准的需求，不仅实现了炭黑在日用品、食品餐具、厨房用具等领域的应用，而且使该炭黑可以微量应用于食品着色剂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种无无氧状态下对炭黑进行高温处理的装置的流程示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-进料仓,2-进料螺旋,3密封装置,4-倒料槽,5-第一燃烧炉,6-第二燃烧炉,7-出料管道，8搅拌电机，9搅拌装置，10惰性气体导入管，11成品料仓，12循环冷凝水，13水冷装置，14水洗装置，15冰冻装置，16活性炭吸附装置，17液体二氧化碳加入装置，18多环芳烃收集装置，19活塞式往复压缩机，20系统DCS自动控制系统。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

实施例1

如图1所示，提供一种无氧状态下对炭黑进行高温处理的装置，包括进料螺旋2、蒸馏炉、冷凝收集装置，进料仓1的出料端通过调节阀与进料螺旋2的进料口连接，进料螺旋2的出料口连接有蒸馏炉的进口端，进料螺旋2与炉体密封连接，蒸馏炉包括炉腔、带有夹套的炉壁和与炉壁连通的第一燃烧炉5和第二燃烧炉6，第一燃烧炉5和第二燃烧炉6通过燃烧天然气给炉壁提供一定温度，蒸馏炉内设计弹性支撑保证设备壳体在长期保持在300℃-1100℃连续高温运行不软化、不氧化、不变形，炉腔包括搅拌装置9、悬挂固定螺旋、倒料槽4和密闭卸料阀，可以连续均匀排出物料，并保证蒸馏炉内惰性气体不外泄、炭黑进入料仓前不被高温氧化、不自燃，倒料槽4位于正对进料螺旋2出料口的炉腔底部，物料通过搅拌装置9的搅拌流经出料管道7进入成品料仓11，成品料仓11出口有控制阀，成品料仓11外部为循环冷凝水，给予物料进行降温，上炉壁安装有排出管道，冷却反应装置设计为逆流双向换热，独特的双管循环，使物料流动于换热管之间多维度接触，换热管表面设计散热锚固钉进行强制换热提高了冷却换热效率，包括依次贯通排出管道的水冷装置13、水洗装置14、冰冻装置15、活性炭吸附装置16、活塞式往复压缩机19、液体二氧化碳加入装置17位于活性炭吸附装置16与活塞式往复压缩机19之间的管道上，多环芳烃收集装置18水平安装于水冷装置13、水洗装置14和冰冻装置15底部。惰性气体导入管一端与活塞式往复压缩机19连接，另一端与蒸馏炉连接，并深入到蒸馏炉内部，炉体内部高温处理需要的惰性气体由活塞式往复压缩机19泵入蒸馏炉内，净化处理后的蒸馏气重新变成洁净的惰性气体，实现连续循环利用。

通过研发设计高温煅烧炉、隔绝氧气，利用惰性气体不引起燃烧的特点，增添二氧化碳给煅烧炉输送高纯度惰性气体，对炭黑进行无氧环境下的高温脱附处理，达到既能消除炭黑表面的多环芳烃、又可安全生产的目的；如果不进行脱氧处理，炭黑的高温处理过程中，由于含有过剩空气，部分发生不完全燃烧反应并增加了烟气流的热流量，高温处理时容易因含有氧气导致炭黑燃烧，生成一氧化碳或二氧化碳，造成二次污染。

实施例2

如图1所示，提供一种无氧状态下对炭黑进行高温处理的装置，包括进料螺旋2、蒸馏炉、冷凝收集装置，进料仓1的出料端通过调节阀与进料螺旋2的进料口连接，进料螺旋2的出料口连接有蒸馏炉的进口端，进料螺旋2与炉体密封连接，蒸馏炉包括炉腔、带有夹套的炉壁和与炉壁连通的第一燃烧炉5和第二燃烧炉6，第一燃烧炉5和第二燃烧炉6通过燃烧天然气给炉壁提供一定温度，蒸馏炉内设计弹性支撑保证设备壳，体在长期保持在300℃-1100℃连续高温运行不软化、不氧化、不变形，炉腔包括搅拌装置9、悬挂固定螺旋、倒料槽4和密闭卸料阀，可以连续均匀排出物料，并保证蒸馏炉内惰性气体不外泄、炭黑进入料仓前不被高温氧化、不自燃，倒料槽4位于正对进料螺旋2出料口的炉腔底部，物料通过搅拌装置9的搅拌流经出料管道7进入成品料仓11，成品料仓11出口有控制阀，成品料仓11外部为循环冷凝水，给予物料进行降温，上炉壁安装有排出管道，冷却反应装置设计为逆流双向换热，独特的双管循环，使物料流动于换热管之间多维度接触，换热管表面设计散热锚固钉进行强制换热提高了冷却换热效率，包括依次贯通排出管道的水冷装置13、水洗装置14、冰冻装置15、活性炭吸附装置16、活塞式往复压缩机19、液体二氧化碳加入装置17位于活性炭吸附装置16与活塞式往复压缩机19之间的管道上，多环芳烃收集装置18水平安装于水冷装置13、水洗装置14和冰冻装置15底部。惰性气体导入管一端与活塞式往复压缩机连接19，另一端与蒸馏炉连接，并深入到蒸馏炉内部，炉体内部高温处理需要的惰性气体由活塞式往复压缩机19泵入蒸馏炉内，净化处理后的蒸馏气重新变成洁净的惰性气体，实现连续循环利用。

物料进入炉体后，由倒料槽4将物料倒入后搅拌，由倒料槽将物料倒起送入炉体内部，炉体内部高温处理需要的惰性气体由活塞式往复压缩机19泵入炉内，物料在炉体内被搅拌电机8带动的搅拌装置9持续搅动，均匀受热，第一燃烧炉和第二燃烧炉通过燃烧天然气对炉体外壁进行加热，处理合格的物料由出料管道7进入成品料仓11降温，蒸馏炉蒸馏出的多环芳烃由炉体上部排出通道，首先进入第一道水冷装置13进行回收，然后进入水洗装置14再次回收，后进入冰冻装置15回收，蒸馏气中含有炭黑中挥发、蒸馏出来的多环芳烃等多种有害物质，水冷装置13将高沸点有害物质进行冷凝收集，然后经过水洗装置14再次回收，后通过冰冻装置15使低沸点物质冷凝收集，使脱附出来的多环芳烃气体彻底冷凝变为液体后由多环芳烃收集装置18收集，再经过活性炭吸附装置16回收，剩余气体循环经过活塞式往复压缩机19进入炉体，此阶段配有液体二氧化碳加入装置17，以确保蒸馏炉内始终处于无氧状态，加入的二氧化碳和循环的惰性气体由输送管道10送入蒸馏炉内部，整套装置有DCS自动控制系统20实现自动化控制。

Claims (1)

1.一种无氧状态下对炭黑进行高温处理的装置，其特征在于：

包括进料螺旋、蒸馏炉、冷凝收集装置，

所述蒸馏炉包括炉腔、带有夹套的炉壁和与炉壁连通的燃烧炉，蒸馏炉上炉壁安装有排出管道，

所述炉腔包括倒料槽和搅拌装置，倒料槽位于正对进料螺旋出料口的炉腔底部，

冷却反应装置包括依次贯通排出管道的水冷装置、水洗装置、冰冻装置、活性炭吸附装置、活塞式往复压缩机，液体二氧化碳加入装置位于活性炭吸附装置与活塞式往复压缩机之间的管道上，多环芳烃收集装置水平安装于水冷装置、水洗装置和冰冻装置底部，惰性气体导入管一端与活塞式往复压缩机连接，另一端与蒸馏炉连接；

燃烧炉分为第一燃烧炉和第二燃烧炉，串联安装在蒸馏炉炉壁；蒸馏炉内部隔绝氧气，输送的为高纯度惰性气体；

进料螺旋与蒸馏炉之间采用密封装置；

惰性气体导入管深入到蒸馏炉内部且惰性气体导入管上设有若干导入惰性气体的孔；

搅拌装置出口端的延长管道上设有搅拌电机；

蒸馏炉的内壁采用三氧化二铝和氧化锆材质的耐火材料；

进料螺旋、蒸馏炉、冷凝收集装置均与DCS自动控制系统连接。