CN114539823A - 一种高结构低生热高安全性能的炭黑生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高结构低生热高安全性能的炭黑生产方法，主要涉及炭黑生产领域。包括原材料的控制、原料油的预处理、燃料油的预处理、炭黑的裂解制备、生产工艺的改进、炭黑的收集、炭黑的造粒、炭黑的干燥、炭黑的输送储存以及炭黑在橡胶轮胎中的应用测试。本发明的有益效果在于：该炭黑产品具有较宽的聚集体分布，中等的粒径和较高的结构，可以降低生热，同时以高结构弥补粒径变大而损失的磨耗，因此该产品滚动阻力低，抗湿滑性能好。

Description

一种高结构低生热高安全性能的炭黑生产方法

技术领域

本发明涉及一种高结构低生热高安全性能的炭黑生产方法。

背景技术

近些年，国内轮胎行业面临着各种问题如轮胎标签法等技术壁垒和贸易摩擦等等。许多国家对轮胎的性能也提出了越来越多的要求，越来越多的国家也在不断的酝酿或已经实施轮胎标签法规。

本产品是橡胶工业中的一种重要的补强填充剂。随着汽车工业的发展，产量及销量均出现了大幅增加，2018年汽车产销量分别达到了2780.92万辆和2808.06万辆，同比均比2017年有所下降，降幅分别为4.16％和2.76％，2019年汽车行业也面临较大压力，但轮胎行业仍出现了增长，2018年综合外胎产量6.48亿条，同比微降0.76％，其中子午胎6.09亿条，同比微降0.65％，全钢胎产量1.33亿条，微增1.53％，半钢胎4.76亿条，微降1.24％。欧盟对轮胎的标签法及CCC认证，中橡协的《轮胎标签分级标准的实施》及将国内轮胎的滚阻和湿滑性能纳入CCC认证等要求，将推动轮胎工业的供给侧结构改革和产品转型升级。未来数年中，绿色轮胎就是我国轮胎行业发展方向。随着我国符合国情的绿色轮胎产业化法规的制定推出，这就意味着我国绿色产业化战略正式启动，将为轮胎行业产业调整、技术升级指出明确的方向，轮胎产品结构正向着无内胎、宽断面、大轮辋、耐磨、抗湿滑、低噪音、轻量化和高端化转型。绿色轮胎的这些要求对原材料提出了更高挑战，其实质就是需要导找低滚动阻力、低生热、低滞后炭黑品种。

发明内容

本发明提供一种高结构低生热高安全性能的炭黑生产方法，解决技术问题是开发一种高结构低生热炭黑，与常规炭黑相比，具有较高的结构、较低滚动阻力和有较低的生热、较高的耐磨性。广泛应用于高性能子午胎高速、高载的斜交胎胎面，也用于生热要求低的橡胶/塑料制品。低生热炭黑品种的特征是粒径中等，聚集体分布较宽、着色强度较低、结构较高。新型炭黑能提高胎面橡胶质量，包括更高的胎面耐磨性、更小的滚动阻力和更低的生热性和更优良的抗撕裂性。这种性质及指标的炭黑目前在市场上还未曾发现，将它用在橡胶中时，既有N234炭黑那样的高耐磨性，又具备比N234炭黑更低的生热性的优点，这种研发的新品种炭黑对提高载重及载客汽车和高性能轿车车胎的质量特别有用。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种高结构低生热高安全性能的炭黑生产方法，包括以下步骤：

1)原材料的控制：原材料使用的原料油为比重1.14以上、初馏点为260以上且芳烃含量为60％以上的蒽油；燃料油使用乙烯焦油；

2)原料油的预处理：将原料油在储存罐内加热至70～90℃，经过沉降、过滤器过滤除去残渣，由原料油泵、原料油输油管线输送至原料油预热器进行预热至210～230℃，随后通过油喷嘴喷入反应炉中；

3)燃料油的预处理：将燃料油在储存罐内加热至70～90℃，经过沉降、过滤器过滤除去残渣，由燃料油泵、燃料油输油管线输送至燃料油预热器进行预热至100～130℃；

4)炭黑的裂解制备：将空气与燃料油按照17～20:1的体积比通入至反应炉燃烧室中进行燃烧，将预处理后的原料油从喉管段的原料油枪处喷入，原料油在400～440m/s的流速和2000～2100℃的燃烧温度、反应时间为5～7ms的条件下进行炭黑的制备；

5)炭黑的收集：多段式反应炉内反应裂解后生产的炭黑烟气送入高温空气预热器，经过空气预热器时与内部换热管外由风机提供的进入燃烧室前的空气进行热交换，将换热管外部的空气加热至850℃，之后进入余热锅炉，再进入文丘里管，在文丘里管处进行二次软水急冷，降温至260℃进入袋虑收集装置进行炭黑和尾气分离，收集粉状炭黑，尾气穿过滤袋经尾气风机一部分送至尾气燃烧炉燃烧，一部分送至热电锅炉发电；

6)炭黑的造粒：将粉状炭黑经输送绞龙进行物料的均匀化处理后，加入造粒机中，通过造粒机入口处均匀分布的5支造粒水枪，喷入粘结剂与造粒水的混合溶液；所述粘结剂与造粒水的混合溶液中粘结剂与造粒水的质量比为1:25-30；粘结剂与造粒水在进入造粒机前，均先通过静态混合器装置，在静态混合器内部将其混配均匀，造粒水入造粒机的喷入压力为1.5～2.3MPA；

7)炭黑的干燥：造粒后的炭黑通过干燥机进行干燥，干燥后的水汽通过排气风机抽走，经过干燥后的炭黑温度达到160～230℃，脱水干燥后的炭黑由干燥机出口进入输送储存装置，干燥后的炭黑水分含量≤0.5％；

8)炭黑的输送储存：干燥后的炭黑由一、二级提升机进行提升、筛选机将杂质、炭黑块等去除、风选器将炭黑细粉抽离并进一步降低炭黑物料温度、磁选机将铁锈进行去除后，即得高结构低生热高安全性能的炭黑。

所述原料油中蒽油的特征为：甲苯不溶物≤0.5％，密度d20为1.14～1.16g/cm3，粘度E80≤2.0，水分≤1％，210℃前的馏分≤5％，360℃前的馏分≥55％；所述原料油中乙烯焦油的特征为：甲苯不溶物≤1.0％，密度ρ20为1.04～1.1g/cm3，粘度E80≤9，水分≤0.5％，210℃前的馏分≤20％，360℃前的馏分≥70％。

步骤2)中所述原料油的预处理还包括加入以Al₂O₃为载体的铂-锡双金属催化剂，催化剂的用量为每月5-10kg，加装位置在原料油预热器的出口处，安装一个密闭的催化装置。

还包括燃料油入炉之前将燃料油进行磁化处理；所述磁化处理是在生产所用燃料油枪的外表面围绕一圈磁力在15000～20000高斯的磁铁。

反应炉喉管段的原料油枪喷口的内径为255mm；原料油入炉的油枪共为14支，分为3排，其中第一排4支，第二排2支，第三排8支。

所述第一排相邻两支油枪间隔90°角径呈辐射状排列，所述第二排相邻两支油枪间隔180°角径向对角面排列，第三排相邻两支油枪间隔45°角径呈辐射状排列。

发明具有以下有益技术效果：

1.本申请通过对蒽油和乙烯焦油进行前期筛选把控，使其蒽油满足以下指标：甲苯不溶物≤0.5％，密度d20为1.14～1.16g/cm3，粘度E80≤2.0，水分≤1％，210℃前的馏分≤5％，360℃前的馏分≥55％；乙烯焦油满足以下指标：甲苯不溶物≤1.0％，密度ρ20为1.04～1.1g/cm3，粘度E80≤9，水分≤0.5％，210℃前的馏分≤20％，360℃前的馏分≥70％，通过对上述指标的管控，使其在原料方面对产品的结构造成的影响降至最低，益处放至最大。

2.本申请通过对原料油的催化裂解，采用铂锡双金属催化剂，以Al2O3作为载体为蒽油催化重整催化剂，将催化剂装在原料油预热器内部，设定反应过程，在一定的温度下，当原料油在原料油预热器内预热时，催化剂与原料油充分接触，并发生催化重整反应，将原料油中非环状芳烃转化为环状芳烃，提高入炉原料油的芳烃含量，从而提高生产时炭黑的结构度(DBP值)，相当于提高了后期炭黑在应用中炭黑与橡胶的交联速度，降低了混炼胶的门尼粘度，从而降低了混炼的能耗与功率。

3.本申请通过对燃料油的预处理，本项目需要对燃料油进行活化，我们选择在燃料油喷枪外面包覆一层磁场强度最高达20000高斯的永久磁铁，燃料油在预热到(100～130℃)时通过油泵输送至燃料油枪，在磁场作用下，燃料油表面发生磁化，降低燃料油表面张力，因此燃料油在喷出油枪喷嘴时在雾化空气作用下形成的液滴更细，更容易着火燃料，同时由于表面张力的降低，燃料油燃烧更容易，燃烧效果更强，燃烧更充分，燃烧效率更高，因此提供给原料油裂解的热量更多，反应炉温度也更高。在对燃料油磁化活化前后，在相同的燃烧温度下，燃料油使用量减少40-60kg/h，相当于节省了5％的燃料油。

4.本申请通过对部分生产工艺的改进，反应炉喉管属于反应炉中的重要组成部分，是原料油进入反应系统的通道。喉管的气体属性参数，原料油流与气流的混合动力特性参数对炭黑的性质有很大影响，生产线反应炉喉管段的缩口处内径为≤255mm，确保此处的流速达到≥340m/s，用来缩短原料油的裂解反应时间；为了调节炭黑的品种和质量，设计三排喷油嘴，第一排间隔90°角径向辐射状排列，第二排间隔180°角径向对角面排列，第三排间隔45°角径向辐射状排列。油嘴是实心型油柱的油喷嘴，加工制造时要求内孔精加工，以保证垂直度和光洁度。在喉管处，向高速流动的高温气体中喷入原料油，油流受到剧烈的剪切作用，被气流雾化并高速混合，形成均匀的反应混合物进入反应室，不同位置油枪加入喷枪数量及原料油流量对吸碘值及吸油值均有较大影响，第一、第二排油枪喷入的原料油流量越多，在同等条件下吸碘值越低，吸油值越高，如果在保证吸碘在控制范围内，第一、第二排油枪喷入的原料油流量越大，所用的总油量越小，所以，可根据产品结构的高低，来调节使用的原料油枪数量；生产线反应炉反应段后部加装2排水枪，水枪数量为8支(负一排位置4支、负二排位置4支)，两排水枪的中心距≥200mm，用于多选择的调节产品的表面积，生产粒径合适的炭黑产品，通过粒径来调整产品在应用中的生热温度。

5.经本发明生产的低生热高耐磨炭黑产品，氮吸附比表面积95～100*103m2/Kg，着色强度88～92，吸碘值90～100g/kg，DBP吸收值131～141ml/100g(邻苯二甲酸二丁脂法)，加热减量＜0.5％，平均颗粒强度25～35cN，325目水洗筛余物≤100ppm，灰分≤0.5％，硫含量≤0.5％，甲苯透光率≥85％；由于其粒径较传统炭黑型号略大，表明其生热较低，分散性能好；其较高的产品结构，表明该产品100％定伸应力、300％定伸应力均较高，可使其在应用中的DIN磨耗数据越高，应用在轮胎的胎面的耐磨性就越好。炭黑具有高结构，以结构的提升弥补了粒径增大的劣势。

附图说明

图1是实施例1的炭黑结构图；

图2是实施例2的炭黑结构图；

图3是实施例3的炭黑结构图；

图4是实施例4的炭黑结构图；

图5是实施例5的炭黑结构图；

图6是实施例6的炭黑结构图；

图7是实施例7的炭黑结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

实施例1：一种高结构低生热高安全性能的炭黑生产方法，包括以下步骤：

1)原材料的控制：原材料使用的原料油为比重1.14以上、初馏点为260以上且芳烃含量较高的高品质蒽油；燃料油使用乙烯焦油；所述原料油中蒽油的特征为：甲苯不溶物≤0.5％，密度d20为1.14～1.16g/cm3，粘度E80≤2.0，水分≤1％，210℃前的馏分≤5％，360℃前的馏分≥55％；所述原料油中乙烯焦油的特征为：甲苯不溶物≤1.0％，密度ρ20为1.04～1.1g/cm3，粘度E80≤9，水分≤0.5％，210℃前的馏分≤20％，360℃前的馏分≥70％；所述蒽油从煤焦油中进行提取，所述乙烯焦油是乙烯裂解原料在蒸汽裂解过程中原料及产品高温缩合的产物。

2)原料油的预处理：将原料油在储存罐内加热至70～90℃，经过沉降、过滤器过滤除去残渣，由原料油泵、原料油输油管线输送至原料油预热器进行预热至210～230℃，后经过在原料油预热器出口位置的密闭催化装置，装置内加入可使原料油催化重组的以Al2O3为载体的，铂-锡双金属催化剂，将原料油进行催化重组，催化重组后，经过原料油喷油嘴喷入反应炉中，喷入压力控制在2.8～3.4MPA。

3)燃料油的预处理：将燃料油在储存罐内加热至70～90℃，经过预热、沉降、过滤器过滤除去残渣，由燃料油泵、燃料油输油管线输送至燃料油预热器进行预热至100～130℃，之后通过燃料油枪喷入反应炉燃烧室内燃烧，给原料油提供反应裂解的热量；在燃料油入炉燃烧之前需将燃料油进行磁化处理，具体做法是在燃料油枪的外表面围绕一圈15000-20000高斯的高强度磁铁，使燃料油经过燃料油枪的过程中被磁化处理，降低燃料油表面张力，燃料油在喷出油枪喷嘴时在雾化空气作用下形成的液滴更细，更容易着火燃烧，同时由于表面张力的降低，燃料油燃烧更容易，燃烧效果更强，燃烧更充分，燃烧效率更高，因此提供给原料油裂解的热量更多，反应炉温度也更高。

4)炭黑的裂解制备：在多段式反应炉中，将入炉的预热空气温度提升至850℃，入炉空气量设定为16000Nm³/h，原料油的入炉流量设定为5200kg/h，燃料油流量的使用根据燃烧温度2000-2100℃设定，烟气在喉管段原料油枪喷入位置的流速在400-440m/s，反应时间为5-7ms，使原料油在400-440m/s流速和2000-2100℃的条件下进行炭黑的制备。反应炉喉管段原料油喷枪位置缩口处内径为255mm；原料油入炉的油枪位置分为3排，油枪数量分别为第一排2支(原料油流量设置400kg/h)，第二排4支(原料油流量设置2200kg/h)，第三排6支(原料油流量设置为2600kg/h)，原油入炉前将其预热至210-230℃，急冷水枪位置更改为5排4支，6排2支，水枪均采用4.5mm的枪头。

5)炭黑的收集：反应炉内反应裂解后生产的炭黑烟气送入高温空气预热器，经过空气预热器时与内部换热管外由风机提供的进入燃烧室前的空气进行热交换，将换热管外部的空气加热至850℃，之后进入余热锅炉，再进入文丘里管，在文丘里管处进行二次软水急冷，降温至260℃进入袋虑收集装置进行炭黑和尾气分离，收集炭黑，尾气穿过滤袋经尾气风机一部分送至尾气燃烧炉燃烧，一部分送至热电锅炉发电；滤袋的过滤作用将炭黑过滤收集，落入箱体锥斗的炭黑经气密阀绞齿送至风送管线，又至微米粉碎机进行粉碎，后经风送风机输送至炭黑粉状储罐内。

6)炭黑的造粒：粉状炭黑储罐中的炭黑经过风送风机输送压力以及粉状炭黑储罐气密阀送料泵，送至粉状炭黑输送绞龙进行物料的均匀化处理后加入造粒机中，通过造粒机入口处均匀分布的5支造粒水枪，喷入粘结剂与造粒水的混合溶液，在喷入造粒机中的混合溶液中，粘结剂与造粒水的质量比为1:25-30，粘结剂与造粒水在进入造粒机前，均先通过静态混合器装置，在静态混合器内部将其混配均匀，造粒水入造粒机的喷入压力为1.5～2.3MPA；

7)炭黑的干燥：造粒后的炭黑通过干燥机进行干燥，干燥后的水汽通过排气风机抽走，经过干燥后的炭黑温度达到160～230℃，脱水干燥后的炭黑由干燥机出口进入输送储存装置，干燥后的炭黑水分含量≤0.5％。

8)炭黑的输送储存：干燥后的炭黑由一、二级提升机进行提升、筛选机将杂质、炭黑块等去除、风选器将炭黑细粉抽离并将炭黑物料温度降低至60-85℃、磁选机将铁锈进行去除后，留下纯净无杂质、颗粒均匀的炭黑成品，之后进入产品储罐。

实施例2：与实施例1相比，主要区别在于所述炭黑的裂解制备：在多段式反应炉中，将入炉的预热空气温度提升至850℃，入炉空气量设定为16000Nm³/h，原料油的入炉流量设定更改为5300kg/h，燃料油流量的使用根据燃烧温度2000-2100℃设定，烟气在喉管段原料油枪喷入位置的流速在400-440m/s，反应时间为5-7ms，使原料油在400-440m/s流速和2000-2100℃的条件下进行炭黑的制备。反应炉喉管段原料油喷枪位置缩口处内径为255mm；原料油入炉的油枪位置分为3排，油枪数量分别更改为第一排2支(原料油流量设置800kg/h)，第二排2支(原料油流量设置800kg/h)，第三排6支(原料油流量设置为3700kg/h)，原油入炉前将其预热至210-230℃，急冷水枪位置更改为4排2支，5排4支，水枪均采用4.5mm的枪头。

实例3：与实例1相比，主要区别在于所述炭黑的裂解制备：在多段式反应炉中，将入炉的预热空气温度提升至850℃，入炉空气量设定为16000Nm³/h，原料油的入炉流量设定更改为5500kg/h，燃料油流量的使用根据燃烧温度2000-2100℃设定，烟气在喉管段原料油枪喷入位置的流速在400-440m/s，反应时间为5-7ms，使原料油在400-440m/s流速和2000-2100℃的条件下进行炭黑的制备。反应炉喉管段原料油喷枪位置缩口处内径为255mm；原料油入炉的油枪位置分为3排，油枪数量分别更改为为第一排0支，第二排4支(原料油流量设置1100kg/h)，第三排8支(原料油流量设置为4400kg/h)，原油入炉前将其预热至210-230℃，急冷水枪位置为5排2支，6排4支，水枪均采用4.5mm的枪头。

实例4：与实例1相比，主要区别在于所述原料油的预处理：将原料油在储存罐内加热至70～90℃，经过沉降、过滤器过滤除去残渣，由原料油泵、原料油输油管线输送至原料油预热器进行预热至210-230℃，，后经过在原料油预热器出口位置的密闭催化装置，此处在密闭的催化装置内加入可使原料油催化重组的以Al2O3为载体的，铂-锡双金属催化剂更改为Cr2O3/Al2O3，对原料油进行催化重组，催化重组后，经过原料油喷油嘴喷入反应炉中，此处的喷入压力控制在2.8～3.4MPA。

炭黑的裂解制备：在多段式反应炉中，将入炉的预热空气温度提升至850℃，入炉空气量设定为16000Nm³/h，原料油的入炉流量设定更改为5100kg/h，燃料油流量的使用根据燃烧温度2000-2100℃设定，烟气在喉管段原料油枪喷入位置的流速在400-440m/s，反应时间为5-7ms，使原料油在400-440m/s流速和2000-2100℃的条件下进行炭黑的制备。反应炉喉管段原料油喷枪位置缩口处内径为255mm；原料油入炉的油枪位置分为3排，油枪数量分别更改为第一排0支，第二排4支(原料油流量设置更改为800kg/h)，第三排8支(原料油流量设置更改为4300kg/h)，原油入炉前将其预热至230℃，急冷水枪位置为5排2支，6排4支，水枪均采用4.5mm的枪头。

实例5：与实例1相比，主要区别在于所述原料油的预处理：将原料油在储存罐内加热至70～90℃，经过沉降、过滤器过滤除去残渣，由原料油泵、原料油输油管线输送至原料油预热器进行预热至210-230℃，，后经过在原料油预热器出口位置的密闭催化装置，此处在密闭的催化装置内加入可使原料油催化重组的以Al2O3为载体的，铂-锡双金属催化剂更改为Cr2O3/Al2O3，对原料油进行催化重组，催化重组后，经过原料油喷油嘴喷入反应炉中，此处的喷入压力控制在2.8～3.4MPA。

炭黑的裂解制备：在多段式反应炉中，将入炉的预热空气温度提升至850℃，入炉空气量设定为16000Nm³/h，原料油的入炉流量设定更改为4900kg/h，燃料油流量的使用根据M4模型设定，烟气在喉管段原料油枪喷入位置的流速在400-440m/s，反应时间为5-7ms，使原料油在400-440m/s流速和2000-2100℃的条件下进行炭黑的制备。反应炉喉管段原料油喷枪位置缩口处内径为255mm；原料油入炉的油枪位置分为3排，油枪数量分别更改为第一排2支(原料油流量设置更改为600kg/h)，第二排2支(原料油流量设置更改为800kg/h)，第三排6支(原料油流量设置更改为3500kg/h)，原油入炉前将其预热至230℃，急冷水枪位置更改为4排2支，5排4支，水枪均采用4.5mm的枪头。

实例6：与实例1相比，主要区别在于所述原料油的预处理：将原料油在储存罐内加热至70～90℃，经过沉降、过滤器过滤除去残渣，由原料油泵、原料油输油管线输送至原料油预热器进行预热至210-230℃，，后经过在原料油预热器出口位置的密闭催化装置，此处在密闭的催化装置内加入可使原料油催化重组的以Al2O3为载体的，铂-锡双金属催化剂更改为Cr2O3/Al2O3，对原料油进行催化重组，催化重组后，经过原料油喷油嘴喷入反应炉中，此处的喷入压力控制在2.8～3.4MPA。

炭黑的裂解制备：在多段式反应炉中，将入炉的预热空气温度提升至850℃，入炉空气量设定为16000Nm³/h，原料油的入炉流量设定更改为4800kg/h，燃料油流量的使用根据M4模型设定，烟气在喉管段原料油枪喷入位置的流速在400-440m/s，反应时间为5-7ms，使原料油在400-440m/s流速和2000-2100℃的条件下进行炭黑的制备。反应炉喉管段原料油喷枪位置缩口处内径为255mm；原料油入炉的油枪位置分为3排，油枪数量分别更改为第一排2支(原料油流量设置更改为600kg/h)，第二排4支(原料油流量设置更改为2100kg/h)，第三排4支(原料油流量设置更改为2100kg/h)，原油入炉前将其预热至230℃，急冷水枪位置更改为4排2支，5排4支，水枪均采用4.5mm的枪头。

实例7：与实例1相比，主要区别在于所述原料油的预处理：将原料油在储存罐内加热至70～90℃，经过沉降、过滤器过滤除去残渣，由原料油泵、原料油输油管线输送至原料油预热器进行预热至210-230℃，，更改为不添加任何的催化剂，直接经过原料油喷油嘴喷入反应炉中，此处的喷入压力控制在2.8～3.4MPA。

表1.实例1～3采用铂～锡双金属催化剂，用Al₂O₃作为载体工艺参数表

表2实例4～6采用Cr₂O₃/Al₂O₃为蒽油催化重整催化剂工艺参数表

表3实例7不采用任何蒽油催化重整催化剂工艺参数表

通过以上7项实例得出的数据可看出，原料油枪喷入位置及原料油喷入量影响吸碘值及吸油值，同时原料油的芳烃含量也影响吸碘值和吸油值，在保证吸碘值和吸油值稳定的情况下，原料油芳烃含量高，原料油喷入量高，不同位置油枪加入喷枪数量及原料油流量对吸碘值及吸油值均有较大影响，第一、第二排油枪喷入的原料油流量越多，在同等条件下吸碘值越低，吸油值越高，如果在保证吸碘在控制范围内，第一、第二排油枪喷入的原料油流量越大，所用的总油量越小，对于蒽油中的芳烃含量大小，蒽油的芳烃含量越高，吸碘值越高，吸油值越高。

表4实例1～7干燥机出口粒子分析数据表

由上表可看出：

1.随着不同位置油枪数量不同，喷入原料油流量不同，炭黑的吸碘、吸油值差异明显。

2.采用不同的催化重整用催化剂，对蒽油重整，对蒽油中芳烃含量提升的效率不一样。

3.对燃料油进行磁化活化处理，可以明显提高燃料油的燃烧效率，节省燃料用量约5％。

4.原料油中的芳烃含量对生产炭黑的吸油值影响明显，原料油中芳烃含量越高，生产的炭黑结构越高，反之越低。

实例1～7实验结果生产的炭黑粒子在微观下的结构：

在电子显微镜下分析炭黑的结构，发展不同条件下形成的炭黑微观结构存在差异，其中实例(1～～3)为采用铂～锡双金属催化剂，Al2O3作为载体对原料油蒽油进行提升芳烃含量生产的炭黑结构，实例(4～6)为采用Cr2O3/Al2O3作催化剂对蒽油进行提升芳烃含量生产的炭黑结构，实例7为不采用任何催化剂对蒽油进行提升芳烃含量生产的炭黑结构。具体见附图。

下面结合实验数据进一步说明本发明的有益效果：

供试材料

1材料与方法：

1.1试验地点：山东耐斯特炭黑有限公司国家级实验室。

1.2实验检测：本发明材料与传统炭黑产品的指标对比；

1.3供试材料：本发明实施例1和炭黑行业传统炭黑；

1.4实验实施：本次采样检验均按照国家炭黑检测标准进行，其中吸碘值采用GB/T3780.1～2006标准检测，吸油值采用GB/T 3780.2～2007标准检测，压缩吸油值采用GB/T3780.4～2008标准检测，氮吸附比表面采用GB/T 3780.5～2008标准检测，着色强度采用GB/T 3780.6～2007标准检测，加热减量采用GB/T 3780.8～2008标准检测，粒子强度采用GB/T 14853.6～2002标准检测，灰分采用GB/T 3780.10～2009标准检测的测定，杂质采用GB/T 3780.12～2007标准检测.甲苯透光率采用GB/T 3780.15～2006标准检测。

2结果与分析

实验结果见下表

表5

实验二

供试材料

1材料与方法：

1.1试验地点：青岛森麒麟轮胎有限公司实验室；

1.2实验检测：本发明炭黑与传统N234炭黑在橡胶胶料老化前后的性能数据对比；

1.3供试材料：表中传统N234炭黑、本发明实施例1；

1.4实验实施：炭黑应用标准采用GB/T 3778～2019进行检验。

胶料性能对比：

1.5设定的配方实验：为了研究本发明炭黑和对比炭黑的性能差异，我们采用了全钢子午线轮胎胎面胶的配方，对两种炭黑分别进行研究。实验配方如下表。

全钢子午线轮胎胎面胶工业化配方胶料老化前后硫化胶的性能对比

表6

由上表的数据可以看出：本发明实例1和N234两种炭黑在全钢子午线轮胎胎面胶中老化前性能没有明显差异，但底部温升比明降低，生热下降，耐磨性(DIN磨耗指数)有所提高，焦烧时间延长，加工安全性提升，0℃条件下tanδ测量值本发明实例1炭黑比N234炭黑高，60℃条件下tanδ测量值本发明实例1炭黑比N234炭黑低，表明本发明实例1炭黑的滞后性能优于N234炭黑，具有较低的滚动阻力和较高的抗润滑性能；老化后对比两种炭黑硫化胶性能，本发明实例1炭黑填充的硫化胶具有比N234炭黑填充的硫化胶更高的定伸应力和耐磨性能。

Claims (6)

1.一种高结构低生热高安全性能的炭黑生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)原材料的控制：原材料使用的原料油为比重1.14以上、初馏点为260以上且芳烃含量为60％以上的蒽油；燃料油使用乙烯焦油；

2)原料油的预处理：将原料油在储存罐内加热至70～90℃，经过沉降、过滤器过滤除去残渣，由原料油泵、原料油输油管线输送至原料油预热器进行预热至210～230℃，随后通过油喷嘴喷入反应炉中；

3)燃料油的预处理：将燃料油在储存罐内加热至70～90℃，经过沉降、过滤器过滤除去残渣，由燃料油泵、燃料油输油管线输送至燃料油预热器进行预热至100～130℃；

4)炭黑的裂解制备：将空气与燃料油按照17～20:1的体积比通入至反应炉燃烧室中进行燃烧，将预处理后的原料油从喉管段的原料油枪处喷入，原料油在400～440m/s的流速和2000～2100℃的燃烧温度、反应时间为5～7ms的条件下进行炭黑的制备；

5)炭黑的收集：多段式反应炉内反应裂解后生产的炭黑烟气送入高温空气预热器，经过空气预热器时与内部换热管外由风机提供的进入燃烧室前的空气进行热交换，将换热管外部的空气加热至850℃，之后进入余热锅炉，再进入文丘里管，在文丘里管处进行二次软水急冷，降温至260℃进入袋虑收集装置进行炭黑和尾气分离，收集粉状炭黑，尾气穿过滤袋经尾气风机一部分送至尾气燃烧炉燃烧，一部分送至热电锅炉发电；

6)炭黑的造粒：将粉状炭黑经输送绞龙进行物料的均匀化处理后，加入造粒机中，通过造粒机入口处均匀分布的5支造粒水枪，喷入粘结剂与造粒水的混合溶液；所述粘结剂与造粒水的混合溶液中粘结剂与造粒水的质量比为1:25-30；粘结剂与造粒水在进入造粒机前，均先通过静态混合器装置，在静态混合器内部将其混配均匀，造粒水入造粒机的喷入压力为1.5～2.3MPA；

7)炭黑的干燥：造粒后的炭黑通过干燥机进行干燥，干燥后的水汽通过排气风机抽走，经过干燥后的炭黑温度达到160～230℃，脱水干燥后的炭黑由干燥机出口进入输送储存装置，干燥后的炭黑水分含量≤0.5％；

8)炭黑的输送储存：干燥后的炭黑由一、二级提升机进行提升、筛选机将杂质、炭黑块等去除、风选器将炭黑细粉抽离并进一步降低炭黑物料温度、磁选机将铁锈进行去除后，即得高结构低生热高安全性能的炭黑。

2.根据权利要求1所述一种高结构低生热高安全性能的炭黑生产方法，其特征在于：所述原料油中蒽油的特征为：甲苯不溶物≤0.5％，密度d20为1.14～1.16g/cm3，粘度E80≤2.0，水分≤1％，210℃前的馏分≤5％，360℃前的馏分≥55％；所述原料油中乙烯焦油的特征为：甲苯不溶物≤1.0％，密度ρ20为1.04～1.1g/cm3，粘度E80≤9，水分≤0.5％，210℃前的馏分≤20％，360℃前的馏分≥70％。

3.根据权利要求1所述一种高结构低生热高安全性能的炭黑生产方法，其特征在于：步骤2)中所述原料油的预处理还包括加入以Al₂O₃为载体的铂-锡双金属催化剂，催化剂的用量为每月5-10kg，加装位置在原料油预热器的出口处，安装一个密闭的催化装置。

4.根据权利要求1至3任意一项所述一种高结构低生热高安全性能的炭黑生产方法，其特征在于：还包括燃料油入炉之前将燃料油进行磁化处理；所述磁化处理是在生产所用燃料油枪的外表面围绕一圈磁力在15000～20000高斯的磁铁。

5.根据权利要求4所述一种高结构低生热高安全性能的炭黑生产方法，其特征在于：反应炉喉管段的原料油枪喷口的内径为255mm；原料油入炉的油枪共为14支，分为3排，其中第一排4支，第二排2支，第三排8支。

6.根据权利要求5所述一种高结构低生热高安全性能的炭黑生产方法，其特征在于：所述第一排相邻两支油枪间隔90°角径呈辐射状排列，所述第二排相邻两支油枪间隔180°角径向对角面排列，第三排相邻两支油枪间隔45°角径呈辐射状排列。

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