CN206457453U - 一种新型反应炉喉管及硬质炭黑反应炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及炭黑生产技术领域，提供了一种新型反应炉喉管及硬质炭黑反应炉，该新型反应炉喉管，包括原料油通道和烟气通道，原料油通道包括沿保温层径向设置的两个第一通道、环设于耐火层和保温层之间的第二通道以及设置于耐火层的多个第三通道，第二通道是环形通道，第二通道分别与第一通道和第三通道连接，每个第三通道与烟气通道连通。该喉管具有设计科学，生产成本低，促进原料油在烟气通道中被充分且迅速地雾化汽化，蒸汽凝成大量微细液滴等优点。该硬质炭黑反应炉包括依次连接的燃烧段、新型反应炉喉管、反应段、急冷段和停留段。该反应炉具有产品生产率高，操作简便等优点。

Description

一种新型反应炉喉管及硬质炭黑反应炉

技术领域

本实用新型涉及炭黑生产技术领域，具体而言，涉及一种新型反应炉喉管及硬质炭黑反应炉。

背景技术

碳黑(carbon black)又名炭黑，是一种无定形碳。轻、松而极细的黑色粉末，表面积非常大，范围从10～3000m²/g。含碳物质、煤、天然气、重油、燃料油等在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物。比重1.8～2.1。由天然气制成的称“气黑”，由油类制成的称“灯黑”，由乙炔制成的称“乙炔黑”。此外还有“槽黑”、“炉黑”等。按炭黑性能区分有“补强炭黑”、“导电炭黑”、“耐磨炭黑”等。可作黑色染料，用于制造中国墨、油墨、油漆等；也用于做橡胶的补强剂。炭黑的耗用量一般占橡胶耗用量的40％～50％，也就是说，在橡胶配方中，通常每使用2份橡胶就会搭配使用1份炭黑。按用途和使用特点把炭黑可分为三类：橡胶用炭黑、色素炭黑和导电炭黑。

炭黑反应炉是炭黑生产中的一个核心设备。不同炉型可以生产出性能不同的炭黑品种。炭黑反应炉由单室、双室发展到带喉管的三室炉(亦称新工艺炭黑反应炉)。产品的品种、质量、原料油的处理量和炭黑的回收率等均与反应炉的炉型、结构、尺寸及气流的状况和流速等密切相关。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新型反应炉喉管，该喉管具有设计科学，生产成本低，促进原料油在烟气通道中被充分且迅速地雾化汽化，蒸汽凝成大量微细液滴等优点。

本实用新型的另一目的在于提供一种硬质炭黑反应炉，该反应炉具有产品生产率高，操作简便等优点。

本实用新型是这样实现的：

一种新型反应炉喉管，包括耐火层和保温层，耐火层为圆柱型，耐火层沿自身轴向方向开设有烟气通道，保温层套设于耐火层远离烟气通道的一面，耐火层与保温层之间设置有原料油通道，原料油通道贯穿于耐火层与保温层并与烟气通道连通；原料油通道包括沿保温层径向设置的两个第一通道、环设于耐火层和保温层之间的第二通道以及设置于耐火层的多个第三通道，第二通道是环形通道，第二通道分别与第一通道和第三通道连接，每个第三通道与烟气通道连通。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，第三通道相对于第一通道倾斜。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，第三通道具有第一轴线，烟气通道具有第二轴线，第一轴线和第二轴线分别是直线，第一轴线与第二轴线之间的夹角小于90度。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，烟气通道具有烟气出口，第三通道从第一通道向烟气出口延伸。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，第三通道沿第二通道的环向等距间隔设置。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，第三通道具有原料油入口和原料油出口，原料油入口口径大于原料油出口口径以增加原料油的流速。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，第一通道的出口口径大于原料油入口口径。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，两个第一通道相对于烟气通道对称设置。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，烟气通道包括相互连接的渐缩段和直管段，直管段与第三通道连通，渐缩段的入口口径大于渐缩段的出口口径，渐缩段平行于耐火层的径向方向的截面具有相对于第二轴线呈抛物线形的相互对称的两边。

一种硬质炭黑反应炉，包括上述新型反应炉喉管、燃烧段、反应段、急冷段和停留段，新型反应炉喉管分别与燃烧段和反应段连接，急冷段的一端与反应段远离新型反应炉喉管连接，急冷段的相对的另一端与停留段连接。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的新型反应炉喉管，包括耐火层和保温层，耐火层为圆柱型，耐火层沿自身轴向方向开设有烟气通道，保温层套设于耐火层远离烟气通道的一面，其中耐火层作为反应炉喉管的内层因直接接触火焰，因此炉衬应采用具有耐热性和气密性的耐火材料，保温层作为外层则需要用绝热材料以减少热损失，烟气通道用于经燃烧室燃烧的生成的高温气体通过，并与原料油混合，原料油在这里被裂解成炭黑随气体排出；耐火层与保温层之间设置有原料油通道，原料油通道贯穿于耐火层与保温层并与烟气通道连通，原料油通道用于插入有枪以喷入原料油，并送入烟气通道与高温气体接触反应；原料油通道包括沿保温层径向设置的两个第一通道、环设于耐火层和保温层之间的第二通道以及设置于耐火层的多个第三通道，第二通道是环形通道，第二通道分别与第一通道和第三通道连接，每个第三通道与烟气通道连通，在本实用新型中将原料油通道分为三段，第一通道的设置能够减少油枪的使用，降低生产成本，第二通道的设置，有利于原料油快速地送到第三通道，第三通道的设置，有利于原料油均匀地从各个方向送入烟气通道。该喉管具有设计科学，生产成本低，促进原料油在烟气通道中被充分且迅速地雾化汽化，蒸汽凝成大量微细液滴等优点。

本实用新型提供的硬质炭黑反应炉，包括本实用新型提供的新型反应炉喉管、燃烧段、反应段、急冷段和停留段，新型反应炉喉管分别与燃烧段和反应段连接，急冷段的一端与反应段远离新型反应炉喉管连接，急冷段的相对的另一端与停留段连接；在燃烧段燃料完全燃烧以产生原料油裂解所需要的能量，在混合段小部分原料油与过剩空气中的氧发生反应进行燃烧，但主要原料油在这里被裂解成炭黑随气体排出，在急冷段喷入急冷水使反应混合物被急冷水冷却以中止反应，然后进入停留段，再从反应炉中排出；该反应炉具有产品生产率高，操作简便等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式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是本实用新型实施例提供的新型反应炉喉管的第一剖面示意图；

图2是本实用新型实施例提供的新型反应炉喉管的第二剖面示意图；

图3是本实用新型实施例提供的硬质炭黑反应炉的局部示意图；

图4是本实用新型实施例提供的硬质炭黑反应炉的局部示意图。

图标：100-新型反应炉喉管；110-耐火层；120-保温层；111-烟气通道；130-原料油通道；131-第一通道；132-第二通道；133-第三通道；134-第一轴线；114-第二轴线；115-烟气出口；A-夹角；135-原料油入口；136-原料油出口；137-出口；112-渐缩段；113-直管段；200-燃烧段；210-燃料入口；300-反应段；400-急冷段；500-停留段。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式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方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据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1，参阅图1至图4所示，

请参阅图1，本实施例提供了一种新型反应炉喉管100，包括耐火层110和保温层120。

需要说明的是，在本实施例中，耐火层110的制作材料不作具体限制，在本实施例中，考虑到新型反应炉喉管100容易损坏，且其工作条件十分苛刻，优选为含锆铬刚玉砖。锆铬刚玉砖具有抗腐蚀性强、耐压强度高、热震稳定性好、耐磨性小、以及抗剥落等优点。保温层120的制作材料不作具体限制，在本实施例中，优选为氧化铝空心球浇注料。氧化铝空心球浇注料的最大特点是荷重软化温度高、强度大、隔热性能好，使用温度一般维持在1600-1700℃，是炭黑反应炉及高温特种内衬永久层的理想隔热材料。

请参阅图1，耐火层110的形状不作具体限制，在本实施例中，优选为圆柱形，耐火层110沿自身轴向方向开设有烟气通道111，保温层120套设于耐火层110远离烟气通道111的一面。

需要说明的是，烟气通道111用于高温气体通过和原料油的喷入，以及利用高温气体的热能和动能对原料油进行有效地分散，使原料油雾化和汽化。

请参阅图1，耐火层110与保温层120之间设置有原料油通道130。原料油通道130贯穿于耐火层110与保温层120并与烟气通道111连通，原料油通道130用于原料油喷入烟气通道111。

请参阅图2，原料油通道130包括沿保温层120径向设置的第一通道131、环设于耐火层110和保温层120之间的第二通道132以及设置于耐火层110的第三通道133，第二通道132分别与第一通道131和第三通道133连接，第三通道133与烟气通道111连通。

需要说明的是，第一通道131用于油枪插入，第一通道131的数量不做具体限制，一方面为了尽量减少油枪的使用以简化操作，节约成本，另一方面，为了使原料油能够快速地进入烟气通道111，优选地，第一通道131的个数为两个。两个第一通道131的设置位置不做具体限制，优选地，为了增大原料油进入烟气通道111的均匀性，两个第一通道131相对于烟气通道111对称设置。

需要说明的是，第二通道132的形状不做具体限制，优选地，第二通道132为环形通道。环形通道的设置有利于从第一通道131流入的原料油从相对的两边朝中间快速地流动和传递。

需要说明的是，第三通道133的数量不做具体限制，优选地，在本实施例中，优选为6-8个。为了确保原料油能够从各个方向均匀地流入烟气通道111，多个第三通道133沿第二通道132的环向等距间隔设置。

请参阅图1，第三通道133的设置方向不做具体限制，在本实施例中，作为优选，考虑到增加原料油的流速，第三通道133相对于第一通道131倾斜设置。

具体地，请参阅图1和图2，第三通道133具有第一轴线134，烟气通道111具有第二轴线114。在本实施例中，考虑到节省制作成本，优选地，第一轴线134和第二轴线114分别是直线。在本实施例中，第一轴线134的方向不做具体限制，优选地，烟气通道111具有烟气出口115，第三通道133从第一通道131向烟气出口115延伸，且第一轴线134与第二轴线114之间的夹角A小于90度。第三通道133相对于烟气通道111的该种设置方式有利于原料油进入烟气通道111的方向与高温气体的流动方向一致，能够使原料油与高温气体的接触面积更打，反应更加充分，避免出现原料油朝与高温气体反方向喷入引起的接触不全面。

请参阅图1，在本实施例中，第三通道133具有原料油入口135和原料油出口136，为了增加原料油的流速，在本实施例中，原料油入口135口径大于原料油出口136口径。

请参阅图2，需要说明的是，为了使原料油能够在较快的时间内达到每个原料油入口135，以使原料油同时从各个方向喷入烟气通道111，在本实施例中，优选地，第一通道131的出口137口径大于原料油入口135口径。

请参阅图1，在本实施例中，烟气通道111包括相互连接的渐缩段112和直管段113。在本实施例中，为了增加高温气体的流速，从而加快反应速率，提高生产效率，根据流体力学，随着通道的口径缩小，流速会相应增加，优选地，在渐缩段112的入口(图中未标注)口径大于渐缩段112的出口(图中未标注)口径，为了进一步增加高温气体的流速，在本实施例中，优选地，渐缩段112平行于耐火层110的径向方向的截面具有相对于第二轴线114呈抛物线形的相互对称的两边。在本实施例中，直管段113与第三通道133的原料油出口136连通，高温气体通过渐缩段112进入直管段113后对喷入的原料油进行分散，使原料油完全雾化和气化。

请参阅图3和图4，本实施例还提供了一种硬质炭黑反应炉(图中未标注)，该硬质炭黑反应炉包括本实施例提供的新型反应炉喉管100、燃烧段200、反应段300、急冷段400和停留段500。

请参阅图3，新型反应炉喉管100中渐缩段112的入口端与燃烧段200连接，燃烧段200远离新型反应炉喉管100的一端具有供空气、尾气、及燃油等燃料进入的燃料入口210。燃料从燃料入口210进入，在燃烧段200中进行燃烧反应生成高温气体后由渐缩段112的入口进入烟气通道111与通过原料油通道130喷入的原料油进行碰撞，原料油在高速高温气体的冲击下，被迅速雾化汽化。

请参阅图4，反应段300与新型反应炉喉管100中烟气通道111的烟气出口115端连接，反应段300远离新型反应炉喉管100的一端与急冷段400连接，急冷段400远离反应段300的一端与停留段500连接。

原料油在新型反应炉喉管100中被雾化汽化后，进入反应段300，在反应段300中，小部分原料油与过剩空气中的氧发生反应进行燃烧，但主要原料油在这里被裂解成炭黑随高温气体排出，进入急冷段400，在急冷段400，通过向急冷段400中喷入急冷水使反应终止，以避免生成炭黑之外的副产物，然后产物进入停留段500，最后得到的产物从硬质炭黑反应炉排出。

综上所述，本实施例提供的新型反应炉喉管100通过对原料油通道130的结构进行改进，减少了油枪的使用，节省了生产成本，而且提高了原料油在原料油通道130中的流速，增大了与高温气体的接触面积，提高了生产速率，增加了生产效率；通过对烟气通道111的渐缩段112进行改进，进一步加快了高温气体的流动速度，提高了生产效率。本实施例提高的硬质炭黑反应炉，由于采用了本实施例提供的新型反应炉喉管100，不仅操作便利，而且生产更加快速和高效。

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

Claims (10)

1.一种新型反应炉喉管，其特征在于，包括耐火层和保温层，所述耐火层为圆柱型，所述耐火层沿自身轴向方向开设有烟气通道，所述保温层套设于所述耐火层远离所述烟气通道的一面，所述耐火层与所述保温层之间设置有原料油通道，所述原料油通道贯穿于所述耐火层与所述保温层并与所述烟气通道连通；所述原料油通道包括沿所述保温层径向设置的两个第一通道、环设于所述耐火层和所述保温层之间的第二通道以及设置于所述耐火层的多个第三通道，所述第二通道是环形通道，所述第二通道分别与所述第一通道和所述第三通道连接，每个所述第三通道与所述烟气通道连通。

2.根据权利要求1所述的新型反应炉喉管，其特征在于，所述第三通道相对于所述第一通道倾斜。

3.根据权利要求2所述的新型反应炉喉管，其特征在于，所述第三通道具有第一轴线，所述烟气通道具有第二轴线，所述第一轴线和所述第二轴线分别是直线，所述第一轴线与所述第二轴线之间的夹角小于90度。

4.根据权利要求3所述的新型反应炉喉管，其特征在于，所述烟气通道具有烟气出口，所述第三通道从所述第一通道向所述烟气出口延伸。

5.根据权利要求1所述的新型反应炉喉管，其特征在于，所述第三通道沿所述第二通道的环向等距间隔设置。

6.根据权利要求1所述的新型反应炉喉管，其特征在于，所述第三通道具有原料油入口和原料油出口，所述原料油入口口径大于所述原料油出口口径以增加原料油的流速。

7.根据权利要求6所述的新型反应炉喉管，其特征在于，所述第一通道的出口口径大于所述原料油入口口径。

8.根据权利要求1所述的新型反应炉喉管，其特征在于，两个所述第一通道相对于所述烟气通道对称设置。

9.根据权利要求3所述的新型反应炉喉管，其特征在于，所述烟气通道包括相互连接的渐缩段和直管段，所述直管段与所述第三通道连通，所述渐缩段的入口口径大于所述渐缩段的出口口径，所述渐缩段平行于所述耐火层的径向方向的截面具有相对于所述第二轴线呈抛物线形的相互对称的两边。

10.一种硬质炭黑反应炉，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的新型反应炉喉管、燃烧段、反应段、急冷段和停留段，所述新型反应炉喉管分别与所述燃烧段和所述反应段连接，所述急冷段的一端与所述反应段远离所述新型反应炉喉管连接，所述急冷段的相对的另一端与所述停留段连接。