CN201694984U - 联产炭黑及高纯氢气的高效裂解装置 - Google Patents

联产炭黑及高纯氢气的高效裂解装置 Download PDF

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兰明祥
罗国林
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Abstract

本实用新型公开了一种联产炭黑及高纯氢气的高效裂解装置，包括裂解反应炉、压力调节装置、冷却装置、炭黑收集装置、制氢变压吸附塔；裂解反应炉为双炉并联，其燃烧段入口一路通过压力调节装置连通助燃气体输送管路，另一路连通燃气输送管路；反应段上部连通原料输送管路，顶部分别烟气排出管和含炭黑富氢气体排出管，富氢气体排出管依次连通冷却装置、炭黑收集装置，炭黑收集装置连通制氢变压吸附塔底部。本实用新型采取双炉或双炉多组交替蓄热一裂解的工作模式，控量供氧助燃低热值燃气，营造高温低氧乃至无氧裂解反应环境，使联产高品质炭黑和高纯氢气成为可能。结构简单，工艺流程简便，不仅产率高，产品品质好，而且节能减排，综合效益好。

Description

联产炭黑及高纯氢气的高效裂解装置
技术领域
本实用新型属于煤化工深加工装置技术领域，具体涉及一种能够使用低热值燃料，营造无氧高温裂解反应环境的联产炭黑及高纯氢气的高效裂解装置。
背景技术
炭黑是一种重要的化工原料，作为橡胶工业补强填充剂、胶料的着色剂或调色剂，广泛应用于油墨、涂料、制革、化纤、冶金、电子、感光材料、黑色农膜和包装材料等诸多领域。现有技术生产炭黑工艺包括炉黑、槽黑、热解黑和灯烟黑等生产工艺。氢气不仅作为工业原料，更是一种洁净高效能源，广泛应用于航天、航空、电子行业、冶金、化工等领域。现有技术制氢的方法主要有电解水法、光解水法、碳及碳氢化合物重整制合成气法和催化裂解法等。随着天然气的大量开发利用，为生产炭黑和氢气提供了一种清洁生产原料。现有技术生产炭黑大都是分工艺、分设备独立生产的，而且方法存在耗能高、反应不彻底，而且排放大量的温室气体CO2等问题。因此寻求一种以天然气为原料，低成本、高效率联产炭黑和高纯氢气的方法是生产实践中急需解决的问题。本设计人经过潜心研究，针对甲烷高温裂解联产炭黑及高纯氢气的方法开发了一种联产炭黑及高纯氢气的高效裂解装置。试验证明，应用效果良好。
实用新型内容
本实用新型提供一种结构简单，工艺流程简便，可以使用低热值燃料，营造无氧高温裂解反应环境的联产炭黑及高纯氢气的高效裂解装置。
本实用新型的目的是这样实现的，包括裂解反应炉、压力调节装置、冷却装置、炭黑收集装置、制氢变压吸附塔，所述的裂解反应炉为双炉并联，裂解反应炉上部为反应段，下部为燃烧段，所述的燃烧段入口一路通过压力调节装置连通助燃气体输送管路，另一路连通燃气输送管路；所述的反应段上部连通原料输送管路，反应段顶部分别设有烟气排出管和含炭黑富氢气体排出管，富氢气体排出管经过冷却装置连通炭黑收集装置，炭黑收集装置设置炭黑收集管和氢气引出管，氢气引出管连通制氢变压吸附塔底部，氢变压吸附塔顶部分别设置高纯氢气排出管和废气排出管。
本实用新型采取双炉或双炉多组交替蓄热-裂解的工作模式，控量供氧助燃低热值燃气，在裂解反应炉中营造高温低氧乃至无氧裂解反应环境，使联产高品质炭黑和高纯氢气成为可能。本实用新型结构简单，工艺流程简便，不仅产率高，产品品质好，而且节能减排，综合效益好。
附图说明
附图为本实用新型所述装置的示意图。
图中：1-裂解反应炉，2-压力调节装置，3-冷却装置，4-炭黑收集装置，5-制氢变压吸附塔。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变更或改进，均落入本实用新型的保护范围。
如图所示，本实用新型包括裂解反应炉1、压力调节装置2、冷却装置3、炭黑收集装置4、制氢变压吸附塔5，所述的裂解反应炉1为双炉并联，裂解反应炉1上部为反应段，下部为燃烧段，所述的燃烧段入口一路通过压力调节装置2连通助燃气体输送管路，另一路连通燃气输送管路；所述的反应段上部连通原料输送管路，反应段顶部分别设有烟气排出管和含炭黑富氢气体排出管，富氢气体排出管经过冷却装置3连通炭黑收集装置4，炭黑收集装置4设置炭黑收集管和氢气引出管，氢气引出管连通制氢变压吸附塔5底部，氢变压吸附塔5顶部分别设置高纯氢气排出管和废气排出管。
所述的裂解反应炉1为蓄热式反应炉。
所述的冷却装置3为气冷却、水冷却、油冷却装置。
所述的制氢变压吸附塔5为单塔并联而成的组塔。
所述的炭黑收集装置4为旋风分离器或布袋除尘器中的一种或两者组合。
所述的裂解反应炉1通过双炉多级组联构成组炉。
所述的燃气输入管路、助燃气体输送管路和原料输入管路分别设置流量控制装置。
本实用新型的工作原理：
本实用新型以使用低热值燃气为燃气，采取双裂解反应炉交替蓄热-裂解的工作模式，通过压力调节控制助燃气体，配合流量控制实现控量供氧助燃，营造符合原料高温裂解无氧反应环境，达到联产高品质炭黑和高纯氢气的的目的。可采用双炉或双炉多级组联工作方式，实现生产能力扩增和高效连续生产。
下面以甲烷为原料联产高品质炭黑和高纯氢气为例说明本实用新型的工作过程：
以含氧量25％-35％富氧气体作为的助燃气体，经过压力调节装置2后，与热值900-1300kcal/Nm3的燃气按1∶4的体积比通入裂解反应炉1燃烧段，燃烧约10分钟，使裂解反应炉1温度达到1500C°，停止通入燃气和助燃气体，并排除燃烧余气；含甲烷气体通入经过预热的裂解反应炉1反应区发生裂解反应，生成含炭黑富氢气体，约10分钟后停止通入甲烷气体；两台裂解反应炉1交替工作，连续生产；含炭黑富氢气体进入油冷却方式的冷却装置3，通过热交换降温后，送入炭黑收集装置4分离出炭黑，炭黑经造粒后即为成品包装待售；分离出的富氢气体从底部进入正处于吸附工况的制氢变压吸附塔5中，经多种吸附剂依次选择吸附后，除去氢以外几乎所有的杂质，获得纯度为99.9％以上的高纯氢气。
本实用新型的特点：
1、结构简单，操作简便，生产效率高，工作环境友好；
2、可使用低热值燃气，降低生产成本，提高生产效率；
3、可双炉多级组联工作方式，简单实现生产能力扩增和高效连续生产。

Claims (7)

1.一种联产炭黑及高纯氢气的高效裂解装置，包括裂解反应炉(1)、压力调节装置(2)、冷却装置(3)、炭黑收集装置(4)、制氢变压吸附塔(5)，其特征是：所述的裂解反应炉(1)为双炉并联，裂解反应炉(1)上部为反应段，下部为燃烧段，所述的燃烧段入口一路通过压力调节装置(2)连通助燃气体输送管路，另一路连通燃气输送管路；所述的反应段上部连通原料输送管路，反应段顶部分别设有烟气排出管和含炭黑富氢气体排出管，富氢气体排出管经过冷却装置(3)连通炭黑收集装置(4)，炭黑收集装置(4)设置炭黑收集管和氢气引出管，氢气引出管连通制氢变压吸附塔(5)底部，氢变压吸附塔(5)顶部分别设置高纯氢气排出管和废气排出管。
2.如权利要求1所述的联产炭黑及高纯氢气的高效裂解装置，其特征是：所述的裂解反应炉(1)为蓄热式反应炉。
3.如权利要求1所述的联产炭黑及高纯氢气的高效裂解装置，其特征是：所述的冷却装置(3)为气冷却、水冷却、油冷却装置。
4.如权利要求1所述的联产炭黑及高纯氢气的高效裂解装置，其特征是：所述的制氢变压吸附塔(5)为单塔并联而成的组塔。
5.如权利要求1所述的联产炭黑及高纯氢气的高效裂解装置，其特征是：所述的炭黑收集装置(4)为旋风分离器或布袋除尘器中的一种或两者组合。
6.如权利要求1或2所述的联产炭黑及高纯氢气的高效裂解装置，其特征是：所述的裂解反应炉(1)通过双炉多级组联构成组炉。
7.如权利要求1所述的联产炭黑及高纯氢气的高效裂解装置，其特征是：所述的燃气输入管路、助燃气体输送管路和原料输入管路分别设置流量控制装置。
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