CN206457448U - 一种炭黑反应工段及炭黑工艺系统 - Google Patents

Abstract

一种炭黑反应工段及炭黑工艺系统，涉及炭黑生产领域。其中炭黑反应工段包括反应器、第一原料油传送系统、第二原料油传送系统、空气传送系统以及二级尾气传送系统，反应器包括燃烧室、喉管、反应室、空气预热器和尾气预热器，燃烧室、喉管和反应室依次连通，反应室的出口分别与空气预热器和尾气预热器连通，第一原料油传送系统与燃烧室连通，第二原料油传送系统与喉管连通，空气传送系统与空气预热器与连通。一种炭黑工艺系统，其包括上述的炭黑反应工段。上述炭黑反应工段和炭黑工艺系统，可以通过反应器的空气预热器和尾气预热器与反应器并联利用尾气对空气和二级尾气进行加热，提高了尾气热量的回收效率。

Description

一种炭黑反应工段及炭黑工艺系统

技术领域

本实用新型涉及炭黑生产领域，具体而言，涉及一种炭黑反应工段及炭黑工艺系统。

背景技术

炭黑的主要生产原料为煤焦油、乙烯焦油、蒽油、天然气、高炉煤气等等。炭黑的的生产工艺有炉法、喷雾法、灯烟法、槽法、滚筒法、混气法、裂解法、乙炔法和等离子体法，其中炉法、喷雾法、灯烟法、槽法、滚筒法、混气法为不完全燃烧法，热解法、乙炔法和等离子法为热裂解法。目前灯烟法炭黑主要用作涂料着色剂，滚筒法和混气法炭黑主要用于油漆和油墨用色素炭黑，乙炔法炭黑主要用于干电池生产，其他生产工艺方法均在生产橡胶用炭黑中应用。

炉法是在反应室内，原料烃(液态烃、气态烃或者其混合物)与适量空气形成密闭湍流系统，通过部分原来烃与空气燃烧产生高温使另一部分原料烃裂解生成炭黑，然后将悬浮在烟气中的炭黑冷却、过滤、收集、造粒成成品炭黑的方法。其中，以气态烃(天然气或煤层气)为主要原料的制造方法称为气炉法，以液态烃(芳烃重油，包括催化裂化澄清油、乙烯焦油、煤焦油馏出物等)为主要原料的制造方法称为油炉法。

油炉法由于就有工艺调节方法多、热能利用率高、能耗小及成本低等特点，已经成为主要的炭黑制造方法。在现有的技术中，裂解反应之后得到的高温的尾气直接进行下一工段的炭收集处理，使得尾气携带的高温能量无法利用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种炭黑反应工段，其能够通过反应器的空气预热器和尾气预热器与反应器并联利用高温的尾气对空气和二级尾气进行加热，提高了尾气热量的回收效率。

本实用新型的另一目的在于提供一种炭黑工艺系统，其能够利用高温的尾气对空气和二级尾气进行加热。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种炭黑反应工段，其包括反应器、第一原料油传送系统、第二原料油传送系统、空气传送系统以及二级尾气传送系统，反应器包括燃烧室、喉管、反应室、空气预热器和尾气预热器，燃烧室、喉管和反应室依次连通，反应室的出口分别与空气预热器和尾气预热器连通以将反应室中的尾气直接输送至空气预热器和尾气预热器，第一原料油传送系统与燃烧室连通，第二原料油传送系统与喉管连通，空气传送系统与空气预热器与连通，二级尾气传送系统分别连通至尾气预热器与反应器的入口以将二级尾气传送系统中加热后的二级尾气输送至燃烧室。

在本实用新型较佳的实施例中，上述空气预热器通过管道与尾气预热器连通。

在本实用新型较佳的实施例中，上述尾气预热器为多个，反应室的出口通过管道与多个尾气预热器连通。

在本实用新型较佳的实施例中，上述空气预热器的管程入口与反应室连通，空气预热器的管程出口与收集工段连通；来自空气传送系统的空气经过空气预热器壳程与空气预热器的管程中的尾气发生热交换。

在本实用新型较佳的实施例中，上述尾气预热器的的管程入口通过管道与反应室连通，尾气预热器的管程出口与收集工段连通；来自二级尾气传送系统的二级尾气经过尾气预热器壳程与尾气预热器管程中的尾气发生热交换。

在本实用新型较佳的实施例中，上述炭黑反应工段还包括第一换热器，来自第二原料油传送系统的第二原料油经过第一换热器加热后进入喉管。

在本实用新型较佳的实施例中，上述炭黑反应工段还包括循环水系统，循环水系统与反应室的外壁连通，通过循环水系统中的水控制反应室的温度。

在本实用新型较佳的实施例中，上述空气预热器和尾气预热器与第二换热器连通，经过空气预热器和尾气预热器的尾气混合后在第二换热器与循环水系统中的循环水进行热交换。

在本实用新型较佳的实施例中，上述炭黑反应工段还包括空气储罐和空压机，空压机与空气储罐连通，空气储罐与燃烧室连通。

一种炭黑工艺系统，其包括炭黑反应工段、收集工段、造粒干燥工段、储存包装工段、尾气净化工段，炭黑反应工段与收集工段连通，以将炭黑反应工段产生的尾气传送至收集工段，收集工段、造粒干燥工段和储存包装工段依次连通，以将炭黑造粒包装，收集工段还与尾气净化工段连通，尾气净化工段与二级尾气传送系统连通，以将净化后的二级尾气通入燃烧室作为燃料。

本实用新型实施例的有益效果是：本实用新型的炭黑反应工段，将空气预热器和尾气预热器并联，且连通至反应室的出口，使得反应室中排出的高温的尾气可以在空气预热器和尾气预热器进行热交换，提高了尾气热量的回收效率，有利于节约成本。包含上述炭黑反应工段的炭黑反应系统也能够提高尾气热量的回收效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例炭黑反应工段的流程示意图；

图2为本实用新型实施例反应器的示意图；

图3为本实用新型实施例反应器的另一示意图；

图4为本实用新型实施例炭黑工艺系统的流程示意图。

图标：100-炭黑反应工段；110-反应器；150-第一原料油传送系统；160-第二原料油传送系统；170-空气传送系统；180-二级尾气传送系统；111-燃烧室；112-喉管；120-反应室；130-空气预热器；140-尾气预热器；121-喷淋头；210-收集工段；131-管程入口；141-管程入口；132-管程出口；142-管程出口；133-壳程入口；143-壳程入口；134-壳程出口；144-壳程出口；151-第一换热器；191-第二换热器；171-空气储罐；172-空压机；200-炭黑工艺系统；220-造粒干燥工段；230-储存包装工段；240-尾气净化工段；250-罐区系统；260-循环水系统。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连通，也可以是可拆卸连通，或一体地连通；可以是机械连通，也可以是电连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

请参照图1，本实施例提供一种炭黑反应工段100，其包括反应器110、第一原料油传送系统150、第二原料油传送系统160、空气传送系统170以及二级尾气传送系统180。反应器110、第一原料油传送系统150、第二原料油传送系统160、空气传送系统170以及二级尾气传送系统180分别与反应器110的不同区段连通。

请参照图2和图3，反应器110包括燃烧室111、喉管112、反应室120、空气预热器130和尾气预热器140，燃烧室111的出口与喉管112连通，喉管112的出口与反应室120的入口连通，空气预热器130与反应器110的出口连通，尾气预热器140与通过管道与反应器110连通。空气预热器130与反应器110的并联设置，可提供高温的尾气并联流通的通道，高温的尾气经过空气预热器130和尾气预热器140后输送至收集工段210。高温的尾气在空气预热器130与空气进行热交换，在尾气预热器140与净化后的低温二级尾气进行热交换。应理解，空气预热器130和尾气预热器140可以分别与反应室120的出口连通，而不需要通过管道连通，这样也能达到空气预热器130和尾气预热器140的并联的效果，也能实现高温的尾气携带热量高效回收的技术效果，也是本实施例保护的范围。

燃烧室111设置在反应器110的前端，在燃烧室111中进行燃烧反应，反应释放的热量为反应室120中的热解反应提供热量，将第二原料油预热。二级尾气传送系统180、第一原料油传送系统150和空气传送系统170都分别与燃烧室111的入口连通，分别向燃烧室111中的燃烧反应提供助燃剂和燃料。

喉管112是细长的管道，其直径小于燃烧室111和反应室120的直径，喉管112的设置可以使得流体在经过直径较小的喉管112时，流速增大，以达到反应室120中裂解反应的工艺要求。

反应室120为管式炉，其内壁为保温材料。反应室120包括反应段、急冷段和停留段，从反应室120入口到出口依次为反应段、急冷段和停留段。反应段内进行裂解反应，急冷段的管壁上设置有多个喷淋头121、用于降温的喷淋头121与循环水系统260连通。停留段内尾气缓冲流通，碳粉在停留段内漂浮。

请参照图3，空气预热器130是管板式换热器，空气预热器130的管程入口131与反应室120的出口连通，管程出口132与反应室120收集工段210连通，反应室120中经过裂解反应的得到的高温的尾气经过空气预热器130的管程输送到收集工段210。空气预热器130壳程与空气传送系统170连通，空气传送系统170中的空气从空气预热器130壳程入口133流入，在空气预热器130与高温的尾气进行热交换后从壳程出口134流出。应当理解，空气预热器130可以是管板式的，也可以是管壳式的，无论何种换热器都能达到换热的技术效果，都在本实施例的保护范围内。

请继续参照图3，尾气预热器140是管壳式换热器，尾气预热器140管程入口141与反应室120的出口通过管道连通，管程出口142与收集工段210连通；尾气预热器140壳程与二级尾气传送系统180连通。二级尾气传送系统180中的二级尾气从空气预热器130的壳程入口143流入，在尾气预热器140与高温的尾气进行热交换后从壳程出口144流出。应当理解，尾气预热器140的类型可以是管板式的，也可以是管壳式的，无论何种预热器都能达到换热的技术效果，都在本实施例的保护范围内。

请参照图2和图4，第一原料油传送系统150将罐区系统250的第一原料油传送至燃烧室111，空气传送系统170通过泵将在空气预热器130与高温的尾气经过热交换升温的空气传送至燃烧室111入口。

第二原料油传送系统160上设置有第一换热器151，来自罐区系统250的第二原料油在第一换热器151换热升温后被传送至喉管112的入口。

二级尾气传送系统180与燃烧室111连通，来自尾气净化工段240的二级尾气在尾气预热器140中经过热交换升温后，被传送至燃烧室111进行燃烧。

空压机172与空气储罐171连通，空气储罐171通过管道和泵与燃烧室111连通。

从空气预热器130和尾气预热器140排出的高温的尾气经过第二换热器191降温后输送到第二换热器191。

炭黑反应工段100的工作原理是第一原料油传送系统150将罐区系统250的第一原料油传送至燃烧室111入口；空压机172将空气存储在空气储罐171，空气储罐171中的空气也传送至燃烧室111的入口；空气传送系统170中的空气在空气预热器130进行热交换后的传送至燃烧室111入口；第二原料油传送系统160将罐区的第二原料油传送至喉管112入口，在第二原料油的传送过程中，第一原料油在第一换热器151进行换热升温，经预热后的第二原料油更容易进行裂解反应，且节约了能量。在燃烧室111，第一原料油与空气进行燃烧反应释放热量，释放的热量将第二原料油预热。第二原料油和燃烧室111燃烧反应产生的气体经喉管112后流动速度加快，至反应室120中后发生热解反应。蒽油在反应室120上千度的高温下裂解反应生产氢气、水蒸气、一氧化碳、二氧化碳和碳粉。应理解，在本实施例中，反应的原料是蒽油，但也可以是其他芳烃重油。炭黑颗粒较小，被氢气、水蒸气、一氧化碳、二氧化碳四种气体吹扫排出，形成高温的尾气。反应室120的急冷段的管壁上设置有用于冷却降温的喷淋头121，喷淋头121与循环水系统260连通。

从反应室120出口排出的高温的尾气一部分流入空气预热器130，另一部分流入尾气预热器140。高温的尾气在空气预热器130和尾气预热器140进行热交换，温度降低后排出，然后流经第二换热器191进一步热交换降温后输送至收集工段210除去炭黑，在输送至尾气净化工段240除去水蒸气后得到二级尾气。除去水蒸气的过程中由于有降温过程，得到的二级尾气温度小于100℃。此时二级尾气中的主要成分为氢气、一氧化碳和二氧化碳，二级尾气在尾气预热器140经过热交换升温后经过二级尾气传送系统180，送至燃烧室111入口。由于二级尾气中含有可燃性气体氢气和一氧化碳，将二级尾气升温后送回燃烧室111，首先氢气和一氧化碳可以作为燃料进行燃烧反应，减少了第一原料油的用量降低了成本。同时，经过换热之后的二级尾气温度升高，在燃烧的过程中也减少了能量的投入。本实施例的工艺路线设置，及相应的设备设置实现了能量回收，节约了成本。

同时在反应器110的空气预热器130，高温的尾气与空气传送系统170中的空气进行热交换，将高温的尾气携带的热量传给低温的空气，经过升温的空气进入燃烧室111进行燃烧反应，由于空气预先在空气预热器130进行了热交换，温度得到了升高，因而在燃烧反应中更容易被燃烧，释放热量。

请参照图4，本实施例还提供一种包括上述炭黑反应工段100的炭黑工艺系统200，上述炭黑工艺系统200还包括循环水系统260、收集工段210、造粒干燥工段220、储存包装工段230、尾气净化工段240、罐区系统250和循环水系统260。炭黑反应工段100的第二换热器191与收集工段210连通，将炭黑反应工段100的尾气传送至收集工段210。收集工段210依次与造粒干燥工段220和储存包装工段230连通。收集工段210还与尾气净化工段240连通，尾气净化工段240与二级尾气传送系统180连通。

在空气预热器130、尾气预热器140经过热交换的尾气，在收集工段210进行炭黑的收集，将炭黑和气体分开。经过尾气预热器140热交换的尾气经过尾气净化工段240除去水蒸气后得到二级尾气，二级尾气经二级尾气传送系统180传送至燃烧室111入口。罐区系统250为第一原料油传送系统150和第二原料油传送系统160提供第一原料油和第二原料油，在本实施例中，第一原料油和第二原料油均为蒽油，在其他实施例中，也可以是其他原料。收集的炭黑经过造粒干燥工段220后变成球体产品，球体产品经储存包装工段230得到包装产品。

综上所述，本实用新型涉及一种炭黑反应工段100，上述炭黑反应工段100的反应器110出口并联设置有空气预热器130和尾气预热器140。经过高温裂解的反应得到的高温的尾气在空气预热器130与空气进行热交换，同时高温的尾气在尾气预热器140与二级尾气进行热交换。高温的尾气将携带的热量传给了二级尾气和空气，实现了对能量的回收利用，节约了成本。本实用新型还提供一种包括上述炭黑反应工段100的炭黑工艺系统200，上述炭黑工艺系统200将高温的尾气将携带的热量传给了二级尾气和空气，实现了对能量的回收利用，节约了成本。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种炭黑反应工段，其特征在于，其包括反应器、第一原料油传送系统、第二原料油传送系统、空气传送系统以及二级尾气传送系统，所述反应器包括燃烧室、喉管、反应室、空气预热器和尾气预热器，所述燃烧室、所述喉管和所述反应室依次连通，所述反应室的出口分别与所述空气预热器和尾气预热器连通以将所述反应室中的尾气直接输送至所述空气预热器和所述尾气预热器，所述第一原料油传送系统与所述燃烧室连通，所述第二原料油传送系统与所述喉管连通，所述空气传送系统与所述空气预热器与连通，所述二级尾气传送系统分别连通至所述尾气预热器与所述反应器的入口以将所述二级尾气传送系统中加热后的二级尾气输送至燃烧室。

2.根据权利要求1所述的炭黑反应工段，其特征在于，所述空气预热器通过管道与所述尾气预热器连通。

3.根据权利要求2所述的炭黑反应工段，其特征在于，所述尾气预热器为多个，所述反应室的出口通过管道与多个所述尾气预热器连通。

4.根据权利要求3所述的炭黑反应工段，其特征在于，所述空气预热器的管程入口与所述反应室连通，所述空气预热器的管程出口与收集工段连通；来自所述空气传送系统的空气经过所述空气预热器壳程与所述空气预热器的管程中的尾气发生热交换。

5.根据权利要求3所述的炭黑反应工段，其特征在于，所述尾气预热器的管程入口通过管道与所述反应室连通，所述尾气预热器的管程出口与收集工段连通；来自所述二级尾气传送系统的二级尾气经过所述尾气预热器壳程与所述尾气预热器管程中的尾气发生热交换。

6.根据权利要求1所述的炭黑反应工段，其特征在于，所述炭黑反应工段还包括第一换热器，来自所述第二原料油传送系统的第二原料油经过第一换热器加热后进入所述喉管。

7.根据权利要求1所述的炭黑反应工段，其特征在于，所述炭黑反应工段还包括循环水系统，所述循环水系统与所述反应室的外壁连通，通过所述循环水系统中的水控制反应室的温度。

8.根据权利要求7所述的炭黑反应工段，其特征在于，所述空气预热器和所述尾气预热器与第二换热器连通，经过所述空气预热器和所述尾气预热器的所述尾气混合后在所述第二换热器与所述循环水系统中的循环水进行热交换。

9.根据权利要求1所述的炭黑反应工段，其特征在于，所述炭黑反应工段还包括空气储罐和空压机，所述空压机与所述空气储罐连通，所述空气储罐与所述燃烧室连通。

10.一种炭黑工艺系统，其特征在于，其包括如权利要求1～9任一项所述的炭黑反应工段、收集工段、造粒干燥工段、储存包装工段、尾气净化工段，所述炭黑反应工段与所述收集工段连通，以将所述炭黑反应工段产生的尾气传送至所述收集工段，所述收集工段、所述造粒干燥工段和所述储存包装工段依次连通，以将炭黑造粒包装，所述收集工段还与所述尾气净化工段连通，所述尾气净化工段与所述二级尾气传送系统连通，以将净化后的二级尾气通入所述燃烧室作为燃料。