CN113527915A - 一种应用于皮革色浆的色素炭黑的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及色素炭黑的工艺领域，公开了一种应用于皮革色浆的色素炭黑的生产方法。本发明以天然气作为燃料，蒽油作为原料，氢氧化钾作为添加剂，天然气与通过高温空气预热器加热后的热空气在燃烧室内完全燃烧生成高温燃余气，添加剂与原料油在混合器中充分混合后通过原料油枪喷入高温燃余气中，在高温燃余气提供的热动能的作用下，原料油裂解生成炭黑，再在水平急冷段用除盐水喷入高温烟气中（汽化）直接降温终止炭黑生成反应（主反应），在垂直急冷段喷入中压蒸汽对炭黑粒子进行活化反应（副反应），通过本发明方法得到的炭黑具有纯净度高、黑度好、遮盖力强、与同系列产品相比易于分散等特点。

Description

一种应用于皮革色浆的色素炭黑的生产方法

技术领域

本发明属于色素炭黑的工艺领域，更具体涉及一种应用于皮革色浆的色素炭黑的生产方法。

背景技术

目前，在油炉法色素炭黑方面，通过改性处理，为油墨、涂料行业研发了一系列易分散炭黑新品种，已经推广应用。但是在高档色素炭黑品种方面，不论在生产技术、装备水平、节能和环保等方面，仍和国外有较大差距。高品质的色素炭黑在我国产量少，质量不稳定。虽然国内有些炭黑企业已经开始向特殊用炭黑行业倾斜，但在此背景下，炭黑企业必须要研发新产品，顺应市场和客户要求，提高产品的附加价值和向特种炭黑发展，应用于可以与人体接触的工业产品合成革。在研发过程中，影响色素炭黑的因素多，比如原料油、风速、炉内温度、反应段长度、冷却温度和时间等等，现有情况下，研发色素炭黑难度大，成本高；目前，色素炭黑产品质量参差不齐，制备工艺技术和质量要求还不完善。例如公开号为CN101358042 A 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，以碳酸钾作为添加剂，经粉碎机，造粒机后得到产品。在实际生产时，生产出来的色素炭黑不纯物含量高，生产过程中容易产生杂质，325目筛余物含量高，重金属含量高，由于皮革色浆用炭黑要求纯净度高，黑度指标要求高，比表面积和活性高的炭黑，例如公开号为CN106947299A公开的一种不纯物含量低的色素炭黑生产系统及其生产工艺，在生产工艺中，原料油预先经过4道油过滤装置，添加剂配混前用水预溶解，急冷水需经净化处理后使用，降低了非炭质不纯物的含量，炭黑经过超细粉碎机，降低了325目筛余物的含量，增加了色素炭黑的纯度，实践发现，在实际生产时，生产出来的色素炭黑分散性不稳定，影响产品黑度和遮盖力，产品质量也不稳定。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种应用于皮革色浆的色素炭黑的生产方法，以天然气作为燃料，蒽油作为原料，氢氧化钾作为添加剂,天然气与热空气在燃烧室内完全燃烧生成高温燃余气，添加剂与原料油在混合器中充分混合，原料油经雾化后通过原料油枪喷入燃烧的火焰中，在高温燃余气提供的热动能的作用下，原料油裂解生成炭黑；在水平急冷段用除盐水喷入高温烟气中（汽化）直接降温终止炭黑生成反应（主反应），在垂直急冷段喷入中压蒸汽对炭黑粒子进行活化反应（副反应）；到此时，本发明的色素炭黑反应过程完成。含色素炭黑的烟气依次经过高温空气预热器，低温空气预热器，再由旋风分离器和收集袋滤器进行炭黑和尾气的分离，分离后的尾气利用尾气加压风机送至尾气电站用于发电；收集的炭黑经过磁选、分级式风选机，超微粉碎，粉料收集袋滤器，制成色素炭黑产品，该炭黑产品属于色素炭黑，具有纯净度高、黑度好、遮盖力强、与同系列产品相比易于分散等特点，而且原料合理，对现有企业中的炭黑反应炉不需要进行大调整，避免了生产装置改造增加企业成本。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种应用于皮革色浆的色素炭黑的生产方法，包括以下步骤：

1）将燃料和预热后的热空气A在燃烧室内充分燃烧，燃烧后的热烟气高速流过反应炉喉口段；

2）将原料油和氢氧化钾溶液在混合器中充分混合后喷入反应炉喉口段，在反应段内裂解反应生成炭黑烟气；

3）使炭黑烟气依次经过650℃高温空气预热器、350℃低温空气预热器；

4）经降温后的炭黑烟气中大约80%的炭黑经过旋风分离器被收集，约20%的炭黑烟气经过主袋收集前的温度调控段进入收集袋滤器进行炭黑和尾气的分离，将进入收集袋滤器的炭黑烟气温度控制在260℃±10℃；

5)将收集的炭黑经过热空气B输送至分级式风选机分离出较大颗粒的杂质和炭黑中的粗粒子，将杂质筛选分离处理后，再利用多级气流粉碎机对炭黑中的粗粒子进行超细的粉碎研磨，研磨后经过接力风机输送至气动袋滤器；

6)将气动袋滤器收集的粉状炭黑经由风机进入粉料收集袋滤器中，粉料袋滤器将收集的粉状炭黑进行过滤沉淀得到该色素炭黑。

需要说明的是，分级式风选机下方设有杂质收集盒，分离出较大颗粒的杂质落入杂质收集盒，将较大颗粒的杂质筛选出来，提高炭黑纯净度，再通过多级气流粉碎机对炭黑中的细粒子进行超细的研磨，降低产品的325目水洗筛余物含量，提高产品的分散性。

在本申请的一些实施例中，还包括：将所述步骤2）裂解反应后产生的炭黑烟气在水平急冷段用流量为2100-2300kg/h压力为2-2.2Mpa的除盐水急速冷却终止反应，再在垂直急冷段喷入流量为700-1000kg/h压力为1.6Mpa的中压蒸汽进行活化后进入所述步骤3）。

在本申请的一些实施例中，所述热空气B是由风送风机将空气过滤后送至350℃低温空气预热器预热后所得到的，所述热空气B的温度控制在200℃±20,流量控制在5000-6000m³/h，对所述旋风分离器和所述收集袋滤器收集到的炭黑进行干燥，干燥后的炭黑加热减量（水分）小于0.5%。

在本申请的一些实施例中，所述原料油为蒽油，所述蒽油的用量和所述氢氧化钾的用量的重量比为1200-1300：0.02-0.04，所述蒽油与所述氢氧化钾在混合器中充分混合后通过原料油枪喷入反应炉喉口段与高温烟气混合。

需要说明的是,原料油和添加剂的用量，可以达到控制炭黑质量的目的，一定的添加剂用量可以控制炭黑的结构，当添加剂用量过大时，导致炭黑的pH过高，pH过高时不利于炭黑的分散；为了达到技术指标的色素炭黑，对其天然气、预热空气、原料油和添加剂的用量、压力和温度都必须严格控制，天然气的流量或大或小，易导致天然气燃烧不充分或温度不稳定，导致色素炭黑成品率低，同时天然气必须与预热空气配合达到所需温度，其天然气和预热空气的压力控制，使得形成的高压“火烧油”的剪切力合理地使原理油裂解形成炭黑；添加剂和原料油在喷入喉口前进行充分的混合有利于提高产品的质量稳定性。

在本申请的一些实施例中，将蒽油按照＜210℃、210~280℃、280~300℃、300~360℃、≥360℃等不同的温度段进行分段蒸馏提取，选取在210~280℃温度段分馏出来的蒽油；所述蒸馏提取得到的蒽油的密度为1.1200g/cm³-1.1300g/cm³、 水分≤1.0%、粘度≤1.5。

需要说明的是，通过在＜210℃、210~280℃、280~300℃、300~360℃、≥360℃等不同的温度段进行分段提取，210~280℃温度段分馏出来的蒽油，馏程窄、沥青质含量低、油品质量好且稳定，能提高产品的黑度、遮盖力和降低重金属的含量。

在本申请的一些实施例中，所述燃料的流量为500-565Nm³/h压力为65kpa，所述步骤1）的热空气A流量为5500-6200Nm³/h，所述燃烧室的温度控制在1700-1750℃。

在本申请的一些实施例中，所述燃料为天然气，所述热空气A为采用小于2微米的两层或三层滤网过滤后经罗茨风机压缩至压力为0.16-0.19Mpa，再通过650℃高温空气预热器加热到550-600℃预热后的空气，所述热空气A通过金属管道输送至燃烧室，避免耐火材料进入反应炉，提高产品纯度和降低焦粒和砂粒的产生。

需要说明的是，用天然气作为燃料，天然气和预热后的热空气A在燃烧室内充分燃烧生成二氧化碳和水，它的特点更纯洁，可获得高纯度的炭黑和降低325目水洗筛余物，减少粒子表面油膜，提高炭黑产品甲苯透光率，保证产品质量的稳定性；另外，天然气的硫含量很低，在降低产品中硫含量（色素炭黑要求硫含量低）的同时提高了设备和管道的使用寿命。

本发明的显著优点是：

1、天然气作为燃料，天然气和预热后的热空气A在燃烧室内充分燃烧生成二氧化碳和水，它的特点更纯洁，可获得高纯度的炭黑和降低325目水洗筛余物，减少粒子表面油膜，提高甲苯透光率，保证产品质量的稳定性；

2、蒽油作为原料，选取在210~280℃温度段分馏出来的蒽油，馏程窄、沥青质含量低、油品质量好且稳定，能提高产品的黑度、遮盖力和降低重金属的含量；

3、氢氧化钾作为添加剂，氢氧化钾的作用是氢氧化钾中的钾离子与原料油中的碳离子结合成螯合物来控制炭黑的结构，氢氧化钾在高温、高压的条件下形成钾离子和氢氧根离子，钾离子与碳离子结合成螯合物，可抑制炭黑结构的增长，氢氧根离子与原料油裂解的氢结合成水；

4、在垂直急冷段喷入中压蒸汽与炭黑粒子发生活化反应，提高炭黑的含氧官能团，提高产品的黑度和着色力。

5、利用风选式分级机分离较大颗粒的杂质和多级气流粉碎机对炭黑中的细粒子进行超细的研磨，降低产品的325目水洗筛余物含量，提高产品的分散性；

6、该生产制备工艺成熟，易于实现规模化工业生产。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明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实施例，而不是全部的实施例，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制；基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1

所述的原料油的用量和添加剂氢氧化钾的用量的重量比为1200：0.02，原料油的水分≤1.0%，密度为1.125g/cm³，粘度为1.3，初馏点温度为218℃，原料油馏出率96%。

本发明的色素炭黑产品采用炉法新工艺色素炭黑生产工艺具体如下：

1）将流量为500Nm³/h压力为65kpa天然气轴向送入燃烧室后与将空气过滤后经罗茨风机压缩至压力为0.16Mpa，通过650℃高温空气预热器加热到580℃后流量为5500Nm³/h的热空气A混合后充分燃烧，燃烧室温度控制在1700℃，燃烧后的热烟气高速流过反应炉喉口段；

2）将流量为1200kg/h的原料油和流量为13kg/h的氢氧化钾充分混合后由喉口段径向喷入高温烟气中，在喉口段后部的反应段内裂解反应生成炭黑；

3）反应后产生的炭黑烟气在水平急冷段用流量为2200kg/h压力为2Mpa的除盐水，水枪位置3排*4支、4排*2支急速降温终止反应，在垂直急冷段喷入流量为700kg/h压力为1.6Mpa的中压蒸汽进行活化；

4）终止反应后的炭黑烟气依次经过650℃高温空气预热器、350℃低温空气预热器；

5）降温后的炭黑烟气经过旋风分离器收集烟气中80%的炭黑，含有20%的炭黑烟气经过主袋收集前的温度调控段（温度控制在260±10℃）进入收集袋滤器进行炭黑和尾气的分离，尾气经尾气加压风机送至尾气电站用于发电；收集到的炭黑经过热空气B输送通过分级式风选机分离出较大颗粒的杂质和多级气流粉碎机对炭黑中的细粒子进行超细的研磨后，经接力风机输送至气动袋滤器；

6）气动袋滤器收集的粉状炭黑进入输送管线经由风机进入粉料收集袋滤器中，通过粉料袋滤器收集炭黑进行过滤沉淀，稳定有效的将粉状炭黑输送至粉料罐进行包装，经包装后得到该色素炭黑；

其中，热空气B是由风送风机将空气过滤后(滤网小于1微米)送至350℃低温空气预热器预热后所得到的，热空气B的温度控制在200℃,流量控制在5500m³/h，对旋风分离器和收集袋滤器收集到的炭黑进行干燥，干燥后的炭黑加热减量（水分）小于0.5%，以便于输送和产品加热减量（水分）的控制；

其中，收集到的炭黑经过热空气B输送先通过分级式风选机分离出较大颗粒的杂质，下方设有杂质收集盒，将较大颗粒的杂质筛选出来，提高产品纯净度，再通过多级气流粉碎机对炭黑中的细粒子进行超细的研磨，降低产品的325目水洗筛余物含量，提高产品的分散性。

实施例2

所述的原料油的用量和添加剂的用量的重量比为1300：0.04，原料油的水分≤1%，密度为1.128g/cm³，粘度为1.3，初馏点温度为220℃原料油馏出率98%。

本发明的色素炭黑产品采用炉法新工艺色素炭黑生产工艺具体如下：

1）将流量为545Nm³/h压力为65kpa天然气轴向送入燃烧室后与将空气过滤后(滤网孔径小于2微米)经罗茨风机压缩至压力为0.17Mpa，通过650℃高温空气预热器加热到590℃后流量为6000Nm³/h的热空气A混合后充分燃烧，燃烧室温度控制在1730℃，燃烧后的热烟气高速流过反应炉喉口段；

2）将流量为1250kg/h的原料油和流量为17kg/h的氢氧化钾充分混合后由喉口段径向喷入高温烟气中，在喉口段后部的反应段内裂解反应生成炭黑；

3）反应后产生的炭黑烟气在水平急冷段用流量为2300kg/h压力为2.1Mpa的除盐水，水枪位置2排*2支，3排*4支急速降温终止反应，在垂直急冷段喷入流量为800kg/h压力为1.7Mpa的中压蒸汽进行活化；

4)终止反应后的炭黑烟气依次经过650℃高温空气预热器、350℃低温空气预热器；

5）降温后的炭黑烟气经过旋风分离器收集烟气中80%的炭黑，含有20%的炭黑烟气经过主袋收集前的温度调控段（温度控制在260±10℃）进入收集袋滤器进行炭黑和尾气的分离，尾气经尾气加压风机送至尾气电站用于发电；收集到的炭黑经过热空气B输送通过分级式风选机分离出较大颗粒的杂质和多级气流粉碎机对炭黑中的细粒子进行超细的研磨后，经接力风机输送至气动袋滤器；

6）气动袋滤器收集的粉状炭黑进入输送管线经由风机进入粉料收集袋滤器中，通过粉料袋滤器收集炭黑进行过滤沉淀，稳定有效的将粉状炭黑输送至粉料罐进行包装，经包装后得到该色素炭黑；

其中，热空气B是由风送风机将空气过滤后(滤网小于2微米)送至350℃低温空气预热器预热后所得到的，热空气的温度控制在200℃±10,流量控制在5800m³/h，对旋风分离器和收集袋滤器收集到的炭黑进行干燥，干燥后的炭黑加热减量（水分）小于0.5%，以便于输送和产品加热减量（水分）的控制；

其中，收集到的炭黑经过热空气B输送先通过分级式风选机分离出较大颗粒的杂质，下方设有杂质收集盒，将较大颗粒的杂质筛选出来，提高产品纯净度，再通过多级气流粉碎机对炭黑中的粗粒子进行超细的研磨，降低产品的325目水洗筛余物含量，提高产品的分散性。

实施例3

所述的原料油的用量和添加剂的用量的重量比为1300：0.03，原料油的水分≤1%，密度为1.130g/cm³，粘度为1.3，初馏点温度为222℃原料油馏出率98%。

本发明的色素炭黑产品采用炉法新工艺色素炭黑生产工艺具体如下：

1）将流量为564Nm³/h压力为65kpa天然气轴向送入燃烧室后与将空气过滤后(滤网孔径小于1微米)经罗茨风机压缩至压力为0.17Mpa，通过650℃高温空气预热器加热到600℃后流量为6200Nm³/h的源热空气混合后充分燃烧，燃烧室温度控制在1750℃，燃烧后的热烟气高速流过反应炉喉口段；

2）将流量为1280kg/h的原料油和流量为19kg/h的氢氧化钾充分混合后由喉口段径向喷入高温烟气中，在喉口段后部的反应段内裂解反应生成炭黑；

3）反应后产生的炭黑烟气在水平急冷段用流量为2300kg/h压力为2.2Mpa的除盐水，水枪位置2排*4支、3排*2支急速降温终止反应，在垂直急冷段喷入流量为900kg/h压力为1.6Mpa的中压蒸汽进行活化；

4)炭黑烟气依次经过650℃高温空气预热器、350℃低温空气预热器；

5）降温后的炭黑烟气经过旋风分离器收集烟气中80%的炭黑，含有20%的炭黑烟气经过主袋收集前的温度调控段（温度控制在260±10℃）进入收集袋滤器进行炭黑和尾气的分离，尾气经尾气加压风机送至尾气电站用于发电；收集到的炭黑经过热空气输送通过分级式风选机分离出较大颗粒的杂质和多级气流粉碎机对炭黑中的粗粒子进行超细的研磨后，经接力风机输送至气动袋滤器；

6）气动袋滤器收集的粉状炭黑进入输送管线经由风机进入粉料收集袋滤器中，通过粉料袋滤器收集炭黑进行过滤沉淀，稳定有效的将粉状炭黑输送至粉料罐进行包装，经包装后得到该色素炭黑；

其中，热空气B是由风送风机将空气过滤后(滤网小于2微米)送至350℃低温空气预热器预热后所得到的，热空气的温度控制在200℃±10,流量控制在5800m³/h，对旋风分离器和收集袋滤器收集到的炭黑进行干燥，干燥后的炭黑加热减量（水分）小于0.5%，以便于输送和产品加热减量（水分）的控制；

其中，收集到的炭黑经过热空气B输送先通过分级式风选机分离出较大颗粒的杂质，下方设有杂质收集盒，将较大颗粒的杂质筛选出来，提高产品纯净度，再通过多级气流粉碎机对炭黑中的细粒子进行超细的研磨，降低产品的325目水洗筛余物含量，提高产品的分散性。

实施例1至例3的色素炭黑产品的指标如下：

本发明中对色素炭黑在皮革色浆的黑度进行测试，皮革色浆用色素炭黑主要是黑度和分散，而黑度与分散、原始粒径有很大关系，炭黑原生粒子的尺寸决定炭黑的黑度。当炭黑都得到了充分分散时，越细的炭黑，黑度越好，比表面积越大，吸收光的能力越大。黑度越高，也就是颜色越深。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种应用于皮革色浆的色素炭黑的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将燃料和预热后的热空气A在燃烧室内充分燃烧，燃烧后的热烟气高速流过反应炉喉口段；

2）将原料油和氢氧化钾溶液在混合器中充分混合后喷入反应炉喉口段，在反应段内裂解反应生成炭黑烟气；

3）使终止反应后的炭黑烟气依次经过650℃高温空气预热器、350℃低温空气预热器；

4）经降温后的炭黑烟气中大部分经过旋风分离器被收集，剩余的的炭黑烟气冷却后经过主袋收集前的温度调控段进入收集袋滤器进行炭黑和尾气的分离，将进入收集袋滤器的炭黑烟气温度控制在260℃±10℃；

5)将收集的炭黑经过热空气B输送至分级式风选机分离出较大颗粒的杂质和炭黑中的粗粒子，将杂质筛选分离处理后，再利用多级气流粉碎机对炭黑中的细粒子进行超细的粉碎研磨，研磨后经过接力风机输送至气动袋滤器；

6)将气动袋滤器收集的粉状炭黑经由风机进入粉料收集袋滤器中，粉料袋滤器将收集的粉状炭黑进行过滤沉淀得到该色素炭黑。

2.根据权利要求1所述的应用于皮革色浆的色素炭黑的生产方法，其特征在于，还包括：将所述步骤2）裂解反应后产生的炭黑烟气在水平急冷段用流量为2100-2300kg/h压力为2-2.2Mpa的除盐水急速冷却终止反应，再在垂直急冷段喷入流量为700-1000kg/h压力为1.6Mpa的中压蒸汽进行活化后进入所述步骤3）。

3.根据权利要求2所述的应用于皮革色浆的色素炭黑的生产方法，其特征在于，所述热空气B是由风送风机将空气过滤后送至350℃低温空气预热器预热后所得到的，所述热空气的温度控制在200℃±20,流量控制在5000-6000m³/h，对所述旋风分离器和所述收集袋滤器收集到的炭黑进行干燥，干燥后的炭黑加热减量（水分）小于0.5%。

4.根据权利要求1所述的应用于皮革色浆的色素炭黑的生产方法，其特征在于，所述原料油为蒽油，所述蒽油的用量和所述氢氧化钾的用量的重量比为1200-1300：0.02-0.04，所述蒽油与所述氢氧化钾在混合器中充分混合通过原料油枪喷入反应炉喉口段与高温烟气混合。

5. 根据权利要求4所述的应用于皮革色浆的色素炭黑的生产方法，其特征在于，将蒽油按照＜210℃、210~280℃、280~300℃、300~360℃、≥360℃等不同的温度段进行分段蒸馏提取，选取在210~280℃温度段分馏出来的蒽油；所述蒸馏提取得到的蒽油的密度为1.1200g/cm³-1.1300g/cm³、 水分≤1.0%、粘度≤1.5。

6.根据权利要求1所述的应用于皮革色浆的色素炭黑的生产方法，其特征在于，所述燃料为天然气，所述天然气的流量为500-565Nm³/h压力为65kpa，所述热空气A流量为5500-6200Nm³/h，所述燃烧室的温度控制在1700-1750℃。

7.根据权利要求6所述的应用于皮革色浆的色素炭黑的生产方法，其特征在于，所述热空气A为采用小于1微米的两层或三层滤网过滤后经罗茨风机压缩至压力为0.16-0.19Mpa，再通过650℃高温空气预热器加热到550-600℃预热后的空气，所述热空气A通过金属管道输送至燃烧室。