CN202124591U - 4万吨硬质炭黑反应炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种4万吨硬质炭黑反应炉，其炉体包括依次相接的的燃烧室、喉管、反应室、急冷段；燃烧室包括直管段和喇叭段，直管段占到燃烧室长度的2/3至3/4，直管段设有燃料入口；喉管包括喇叭段和直管段，喇叭段锥角为9-15度，喇叭段开放端口径是收缩端口径的1.7-2.0倍，直管段内径与喇叭段收缩端口径一致，直管段具有两排原料油喷入口；反应室呈喇叭状，其收缩端与喉管直管段相接，开放端与急冷段相接，收缩端与开放端的口径比为1∶1.8-1∶2.3；急冷段为两节式，两节内径相比是1∶2-1∶2.5。本实用新型采用煤气或天然气作为燃料，原料油范围更广泛，炭黑生产产能高，单耗低，排污少，炭黑品质高。
Description
技术领域：
本实用新型涉及硬质炭黑反应炉。
背景技术：
炭黑的生产方法有炉法、槽法、热裂法三种。对于炉法炭黑生产线，反应炉是其核心设备，其一般工艺是：空气和燃料在反应炉中燃烧，原料经雾化后喷入燃烧的火焰中，经高温热解生成炭黑；炭黑悬浮于燃余气中形成烟气；烟气经急冷后送空气预热器、油预热器进一步降温，最后送入袋滤器，分离出的炭黑送到造粒机中后在干燥机中干燥。生产不同品种的炭黑需要采用不同结构尺寸的反应炉，反应炉决定着炭黑产品的质量和收率。现有技术中大多是年产2万吨炭黑的反应炉，其炉体结构特点是：燃烧室的直管段长度过短，喇叭段长度过长，燃烧室总体长度又稍短；喉管喇叭段锥角小，喉管直管段内径偏小，喉管段整体长度偏长；反应室为直管式，只是内径较喉管直管段内径突然增大。急冷段为直筒式。受炉体结构所限，现有技术生产工艺存在的缺点是：1、生产成本高：燃料使用焦油、蒽油或乙烯油，原料油要求质量高。2、吨炭黑消耗较高。3、炭黑产能低。4、产品着色强度低、压缩吸油值低，品质达不到全钢子午线轮胎的质量要求或勉强达到。
实用新型内容：
本实用新型的目的在于提供一种单耗低、产能高、产品品质好的硬质炭黑反应炉及其生产工艺。
本实用新型的4万吨硬质炭黑反应炉，其炉体包括依次相接的的燃烧室、喉管、反应室、急冷段：
燃烧室：包括直管段和喇叭段，直管段占到燃烧室长度的2/3至3/4，直管段设有燃料入口；
喉管：包括喇叭段和直管段，所述喇叭段与燃烧室的喇叭段相接，所述喇叭段锥角为9-15度，所述喇叭段开放端口径是收缩端口径的1.7-2.0倍；所述直管段内径与所述喇叭段收缩端口径一致，直管段具有两排原料油喷入口；
反应室：呈喇叭状，其收缩端与喉管直管段相接，开放端与急冷段相接，收缩端与开放端的口径比为1∶1.8-1∶2.3，反应室壁上设有一孔径为40mm-60mm的孔；
急冷段：为两节式，该两节均为直管式，第一节内径与反应室出口端内径一致，第二节内径与第一节内径相比是1∶2-1∶2.5。
喉管的直管段，具有两排原料油喷入口，一排原料油喷入口直径较大，设夹套油枪和添加煤气枪，另一排原料油喷入口直径较小，设原料油枪。
燃烧室和喉管的内壁采用铬锆系耐火材料。
反应室和急冷段的内壁采用氧化铬系耐火材料。
本实用新型，燃烧室的设计针对的燃料是煤气或天然气，燃烧室与现有技术2万吨炭黑反应炉燃烧室相比，长度增加了10-15％，内径增加了约20-25％，但燃烧室直管段长度是现有技术的3-5倍，喇叭段长度为现有技术的三分之一到四分之一，该设计使燃烧火焰长度占到燃烧室长度的三分之二，燃烧室出口处温度达到最高，火焰不会烧到燃烧室壁，温度场的分布合理。喉管较现有技术相比，长度减少了20-30％，喇叭段锥角扩大了约一倍，所起的作用是减少燃烧温度场的下降梯度，使喉管直管段的温度保持在较高水平，对生产工艺的影响是提高了炭黑的着色强度和压缩吸油值，喉管直管段的设计使该段高温气体流速适当，原料油在喉管处得到充分汽化及剪切，炭黑的裂解速度提高，有利于形成晶核，炭黑粒径适当，炭黑生产效率高。反应室呈喇叭状，使炭黑反应在平缓的状态下进行，保证了生成的炭黑聚集体分布很窄，炭黑晶核在单位体积中密度增加，碰撞机率增高，形成的炭黑聚集体数量更多，结构发达，炭黑着色强度高。急冷段第一节的内径设计与反应段一致，考虑了炭黑在反应室还没有反应完全，在急冷段第一节继续反应，反应时在平缓的条件下发生，形成的炭黑粒子粒径大小均匀；第二节内径突然放大，可以使炭黑生产过程中湍流程度增加，增加炭黑的链枝结构，提高炭黑的压缩吸油值，同时抑制副反应的发生。
综合以上设计要点，本实用新型与现有技术相比所具有的优点是：1、采用煤气或天然气作为炭黑生产的燃料，成本低，并降低了炭黑产品中的杂质含量，提升了炭黑的质量，同时排污少，尤其使用焦炉煤气时，减少了煤气放散对大气的污染。2、生产的炭黑着色强度高，NSA、300％定伸应力达到ASTM标准中心值。3、炭黑生产的单耗低。4、产能扩大到现有技术的2倍。5、炉体设计使得生产工艺适用的原料油范围更广泛。
附图说明：
附图为本实用新型结构示意图。
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。
如附图所示，4万吨炭黑反应炉包括燃烧室、喉管、反应室、急冷段，以上各段依次相接。燃烧室包括直管段1、喇叭段2；喉管包括喇叭段3、直管段4；反应室呈喇叭状5；急冷段包括第一节6、第二节7。
各段的设计要点如下：
燃烧室：燃烧室直管段1的长度占到燃烧室总长的约三分之二。这是针对以煤气或天然气为燃料的情况设计的。生产中，火焰为燃烧室总长度的三分之二左右，燃烧室出口处温度最高，火焰不会烧到燃烧室壁，温度场分布合理。
喉管：喉管的喇叭段3与燃烧室的喇叭段2相接，喉管喇叭段3的锥角是9-15度，喇叭段3开放端口径是收缩端口径的1.7-2.0倍；所直管段4内径与喇叭段3收缩端口径一致，直管段具有原料油喷入口；
喉管的直管段4，具有两排原料油喷入口，一排原料油喷入口直径较大，主要用于插入夹套油枪和添加煤气枪，另一排原料油喷入口直径较小，主要是插入原料油枪。由于4万吨反应炉在喉管内径设计上尺寸较大，原料油喷入时其穿透率不够，在喉管原料油喷入口的中心位置形成原料油的空隙，因此在喉管前段插入的夹套原料油枪内伸，填补此空隙。
反应室5呈喇叭状，其收缩端与喉管直管段4相接，开放端与急冷段相接；收缩端与开放端的口径比为1∶1.8-1∶2.3，反应室壁上设有一孔径为40mm-60mm的孔；
急冷段：为两节式，均为直管式，第一节6内径与反应室5出口端内径一致，第二节7内径与第一节内径相比是1∶2-1∶2.5。
焦炉煤气和经过高温空气预热器的预热空气从燃烧室前端混合后进入燃烧室，在燃烧室中燃烧形成高温燃烧气流，将喉管处喷入的原料油带入反应室反应，转化成炭黑。
Claims (4)
1.4万吨硬质炭黑反应炉，其炉体包括依次相接的的燃烧室、喉管、反应室、急冷段；其特征在于：
燃烧室：包括直管段和喇叭段，直管段占到燃烧室长度的2/3至3/4，直管段设有燃料入口；
喉管：包括喇叭段和直管段，所述喇叭段与燃烧室的喇叭段相接，所述喇叭段锥角为9-15度，所述喇叭段开放端口径是收缩端口径的1.7-2.0倍；所述直管段内径与所述喇叭段收缩端口径一致，直管段具有两排原料油喷入口；
反应室：呈喇叭状，其收缩端与喉管直管段相接，开放端与急冷段相接，收缩端与开放端的口径比为1∶1.8-1∶2.3，反应室壁上设有一孔径为40mm-60mm的孔；
急冷段：为两节式，该两节均为直管式，第一节内径与反应室出口端内径一致，第二节内径与第一节内径相比是1∶2-1∶2.5。
2.如权利要求1所述的4万吨硬质炭黑反应炉，其特征在于：所述的两排原料油喷入口，一排原料油喷入口直径较大，设夹套油枪和添加煤气枪，另一排原料油喷入口直径较小，设原料油枪。
3.如权利要求1或2所述的4万吨硬质炭黑反应炉，其特征在于：所述的燃烧室和喉管的内壁采用铬锆系耐火材料。
4.如权利要求1或2所述的4万吨硬质炭黑反应炉，其特征在于：所述的反应室和急冷段的内壁采用氧化铬系耐火材料。
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2011
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