CN212481751U - 一种新型炭黑急冷装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型炭黑急冷装置，涉及炭黑烟气的急冷装置技术领域。包括第一管、第二管、第三管、直角喷头、连接件、卡件、压件及密封装置，第一管与第二管之间设有冷却水，第二管与第三管之间通有冷却气体，直角喷头连接在第三管上，连接件将第二管与卡件连接，卡件内设有密封装置，卡件与压件卡接使密封装置将第二管与第三管之间的缝隙密封。本实用新型结构简单，可为反应炉急冷段截面中心区域提供雾化状的急冷水，增加反应炉急冷段截面的急冷水雾化面积，使炭黑反应终止得更加均匀和彻底，可提高炭黑产品质量和收率，本实用新型还能调整燃烧室和反应室的压差，改善炭黑的吸油值和着色强度。

Description

一种新型炭黑急冷装置

技术领域

本实用新型涉及炭黑烟气的急冷装置技术领域。

背景技术

油炉法炭黑是由烃类化合物经不完全燃烧和裂解生成的。炭黑生产的反应装置为反应炉，主要分为燃烧段、喉口段、反应段、急冷段、气化停留段。燃料在燃烧段燃烧生成高温烟气，为炭黑裂解反应提供能量，喉口段为原料注入段，反应段是炭黑不完全燃烧和裂解的区域、在反应段后部的急冷段，通过喷水汽化降温终止炭黑生产反应(炭黑在此阶段进行表面氧化反3应)，汽化停留段为炭黑烟气形成区。现有技术中，如图4和图5所示，急冷水枪插入口设置分为五排并均匀分布在急冷段上，每排设4支或以上急冷水枪插入口，目的是尽可能在工艺选定的某一截面喷入工艺要求的急冷水量，将高温炭黑烟气迅速冷却，充分并有效地终止反应，使后续无炭黑的副反应发生，减少炭黑的表面粗糙度，提高炭黑的表面活性、质量和收率，降低原料油的消耗，但通过研究观察发现，反应炉急冷段截面中心区域较大面积没有雾化水，这样会导致炭黑终止反应不均匀不彻底，有部分炭黑仍然在发生副反应。此外，炭黑吸油值和着色强度是衡量炭黑质量非常关键的两个重要指标，燃烧室与反应室的压差对炭黑的吸油值和着色强度有重要影响，传统技术是通过改变喉管直径来调整压差来改善炭黑的吸油值和着色强度，但是改变喉管直径非常麻烦，费时，费力，改造成本大，因此如何方便调整燃烧室与反应室的压差，使其适应多品种炭黑产品的生产，且有利于炭黑吸油值和着色强度的调整和控制是现实生产亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种新型炭黑急冷装置，可将新型炭黑装置伸入反应炉急冷段的中心区域，轴向喷入急冷水，大大增加反应炉急冷段截面的急冷雾化水与炭黑烟气接触面积，使炭黑终止反应更加均匀彻底，并可以调整燃烧室和反应室压差，提高炭黑质量，提高炭黑收率。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种新型炭黑急冷装置，包括第一管，在第一管前后两末端分别设有一个第一堵头，两个第一堵头分别为圆环状，圆环的外缘与第一管连接，圆环的内缘与第二管的外壁连接，第二管穿过第一管中心并与两端封堵的第一堵头形成两端封闭的套管结构，所述第二管的后端伸出第一管的后端堵头一定长度。在第一管与第二管之间沿第一管长度方向设有两个隔板，所述隔板一端与第一管后端连接的第一堵头相连，另一端与第一管前端另一个第一堵头隔有一段距离，两个隔板将第一管内壁与第二管外壁之间的空间分隔为一端相连的两个空腔，所述第一管靠近后端连接有进水管和出水管，所述进水管与出水管分别对应连接第一管与第二管之间的两个空腔，所述进水管与外部水源连接；

在所述第二管内部中心设有第三管，在所述第二管的内壁上设有支撑，所述第三管前端穿过支撑与第二管前端平齐，所述第二管后端内部设有第二堵头，所述第二堵头为圆环状，圆环的外缘与第二管连接，圆环的内缘尺寸大于第三管外径，第三管穿过第二管中心并形成套管结构。所述第二管的后端与连接件的前端相连接，连接/

件的后端连接卡件的前端，卡件的后端卡接压件；所述卡件内部为空腔结构，里面设有密封装置；所述第三管后端从所述卡件与压件中心穿过并伸出与外部水源连接；在所述第二管上靠近后端设有进气管，进气管与外部气源连接；

在所述第三管的前端内壁上连接有直角喷头，直角喷头设有若干喷水孔。

优选地，所述第一管为圆管，在所述第一管一端的外壁设有外螺纹，所述第一堵头为钢板，第一堵头焊接连接第一管和第二管。

优选地，所述第二管为圆管，第二管与连接件通过螺纹连接，第二堵头与第二管内壁焊接连接，第二堵头的中心圆孔尺寸大于第三管外径尺寸。

优选地，所述直角喷头包括喷嘴，所述喷嘴通过固定件与第三管螺纹连接，所述固定件与第三管焊接连接，，在所述喷嘴上均匀设有若干喷水孔，所述喷水孔的中心轴线与喷嘴的中心轴线锐夹角为40°-70°。

优选地，所述密封装置从前向后依次包括密封圈、垫圈、弹簧，所述第三管从所述密封圈、垫圈、弹簧中心穿过，所述密封圈一面压在所述卡件内壁的凸台面上，另一面卡在所述垫圈的凹槽内，弹簧一端顶在垫圈上，另一端顶在压件上，所述密封圈为石墨盘根或是石棉盘根。

优选地，所述卡件前端外壁与连接件螺纹连接，所述卡件后端设有至少一个卡口，压件外壁末端设有与卡口相同数量的凸起，所述凸起卡在卡口内。

优选地，所述卡口形状为“7”字形卡槽，数量为2个，所述凸起为柱形，数量为2个，所述凸起的外形尺寸小于卡槽的槽宽。

优选地，所述支撑为均匀布置在第二管内壁上的三段钢板，所述钢板平行第二管轴线焊接在第二管内壁上，所述钢板悬空边支撑第三管的外壁。

优选地，在所述压件上螺纹连接有两个手柄，所述两手柄螺纹端的末端顶在第三管外壁上。

为进一步解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种新型炭黑急冷系统，包括在急冷段径向插入4支以上常规急冷水枪，径向喷入急冷水，并设置1支新型急冷水枪伸入反应炉急冷段的中心区域，轴向喷入急冷水，从而大大增强对炭黑烟气的急冷效果。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

1、本实用新型的急冷水枪伸入反应炉急冷段的中心区域，使反应炉急冷段截面中心区域布满冷却雾化水，增加了炭黑烟气与雾化水的接触面积，缩短了终止炭黑反应的时间，提升了炭黑的品质。

2、本实用新型的第一管与第二管之间的空间分成两个相联通的空腔，水充满空腔，两空腔对应设有进水管和出水管，水在空腔内流动，对急冷水枪进行冷却保护，延长急冷水枪的使用寿命。

3、在第二管与第三管之间通有冷却空气，喷出的冷却气体对连接在第三管上的直角喷头进行冷却，同时对第三管和第二管进行冷却，延长水枪的使用寿命。

4、松开手柄后，第三管可以转动，调整直角喷头的喷嘴是与反应炉内炭黑烟气同向或逆向喷出急冷水，当直角喷头的喷嘴喷出急冷水与炭黑烟气流向相同时，反应室的炉压相对低些，反之逆向时，反应室的炉压就相对大些，从而间接调整燃烧室与反应室的压差，有利于调整炭黑的吸油值和着色强度，如表1所示，提高了炭黑产品质量。

表1燃烧室与反应室两室间压差与炭黑DBP吸油值、着色强度关系表

表1中：△P：压差 DBP：吸油值 Tint：着色强度。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构剖面视图；

图2是A向剖面视图；

图3是凸起在卡口内的运动轨迹示意图；

图4是现有技术中反应炉急冷段工作时急冷水枪插入口的轴向分布示意图；

图5是现有技术中反应炉急冷段工作时急冷水雾化状态的径向分布示意图；

图6是本实用新型的反应炉急冷段工作时急冷雾化水枪插入口的轴向分布示意图；

图7是本实用新型的反应炉急冷段工作时急冷水雾化状态的径向分布示意图；

图中：1、直角喷头 101、喷嘴 102、固定件 2、隔板 3、第一管 4、第二管 5、第三管6、进水管 7、第一堵头 8、进气管 9、连接件 10、卡件 11、垫圈 12、弹簧 13、压件 14、手柄15、凸起 16、卡口 17、密封圈 18、第二堵头 19、出水管 20、支撑 21、普通急冷水枪 22、新型急冷水枪。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，一种星型急冷水枪装置，包括第一管3，第一管3为圆管，在第一管3前后两端头分别焊接一个第一堵头7(靠近急冷水枪直角喷头方为前，远离急冷水枪直角喷头方为后，以下同)，在第一管3后端的外壁设有外螺纹，第一管3通过外壁的外螺纹与反应炉炉壁上预先埋好的钢管连接，将第一管3固定在反应炉炉壁上，第一管3的前端伸入反应炉中心。

如图1和图2所示，第一堵头7为一圆环形钢板，第二管4穿过两第一堵头7的圆环形内孔并与第一堵头7焊接连接，由此第一管3的内壁与第二管4外壁之间形成一个密闭的空腔。在第一管3与第二管4之间的密闭空腔内沿第一管3长度方向焊接连接两个隔板2，隔板2后端与后边的第一堵头7相连，前端与前边的第一堵头7相隔5cm左右，两个隔板2将第一管3内壁与第二管4外壁之间的密闭空腔分隔为一端相连的两个空腔。第一管3靠近后端连接有进水管6和出水管19，进水管6与出水管19分别对应第一管3与第二管4之间的两个空腔，进水管6与外部水源连接。冷却水从进水管6内进入空腔并使空腔内充满冷却水，冷却水沿进水口一侧空腔从后端流到前端，从隔板2前端未封堵的两管间通道流向另一侧空腔，最后从出水管19流出，完成对急冷水枪的冷却。进水管6与出水管19均从反应炉炉壁上预埋好的钢管中伸出反应炉，预埋钢管一端直径与第一管3螺纹连接，另一端直径大于第一管3的外径，并能使进水管6与出水管19伸出。

如图2所示，在第二管4内部中心设有第三管5，在第二管4的前端内壁上设有支撑20，支撑20为均匀布置在第二管4内壁上的三段钢板，钢板平行第二管4轴线并焊接在第二管4内壁上，第三管5前端穿过支撑20与第二管4前端平齐，钢板悬空边支撑第三管5的前端外壁将第三管5径向定位。第三管5可在支撑20内旋转。第二管4后端末端内部设有第二堵头18，第二堵头18为圆环状，圆环的外缘与第二管连接，圆环的内缘(中心圆孔)尺寸略大于第三管5外径，方便第三管5在孔内旋转。在第二管4后端设有进气管8，进气管8与外部气源连接。冷却气体从进气管8中进入第二管4与第三管5之间的缝隙，从支撑20的三段钢板的空隙中喷出，对连接在第三管5前端的直角喷头进行冷却。

第二管4为圆管，其后端伸出第一管3并通过外螺纹与连接件9的前端连接；连接件9的后端螺纹连接卡件10的前端，卡件10的后端卡接压件13；连接件9可采用球阀，当第三管5抽出时可将球阀关闭，防止炭黑烟气喷出。卡件10内部为空腔结构，里面设有密封装置；密封装置从前向后依次包括密封圈17、垫圈11、弹簧12，密封圈17可采用石墨盘根或是石棉盘根。第三管5从密封圈17、垫圈11、弹簧12中心穿过，密封圈17一面压在卡件10内壁的凸台面上，另一面卡在垫圈11的凹槽内，弹簧12一端顶在垫圈11上，另一端顶在压件13上，当卡件10与压件13卡接时，顶住弹簧12使其压缩，弹簧12顶住垫圈11，垫圈11将密封圈17压紧，密封圈17将第三管5与卡件10之间的缝隙密封住，防止炭黑烟气及冷却气体喷出。卡件10后端设有两个卡口16，压件13外壁末端相应的设有两个凸起15，凸起15卡在卡口16内将卡件10与压件13连接在一起。具体地，卡口16形状为“7”字形卡槽，凸起15为柱形，凸起15的外形尺寸小于卡槽的槽宽，方便凸起15卡口16内移动。如图3所示，凸起15从“7”字的竖向卡槽内进入，最后在弹簧12的弹力作用下顶在“7”字卡槽的另一竖向槽内。在压件13上还螺纹连接有两个手柄14，两手柄14螺纹端的末端顶在第三管5外壁上，对第三管5进行径向定位。

第三管5后端从卡件10与压件13中心穿过并伸出与外部水源连接，第三管5能在卡件10与压件13中转动；

如图1所示，在第三管5的前端末端内壁上设置有直角喷头1，直角喷头1设有若干喷水孔。具体地，所述直角喷头1包括喷嘴101，所述喷嘴101通过固定件102与第三管5螺纹连接，所述固定件102与第三管5焊接连接，在所述喷嘴101上均匀设有若干喷水孔，所述喷水孔的中心轴线与喷嘴101的中心轴线锐夹角为40°-70°。需要注意的是，直角喷头1的外形尺寸要等于或小于第三管5的外径尺寸，方便维修时将第三管5拔出。

初始安装时，将喷嘴101方向与手柄14方向调至平行，并在第三管5与压件13上做标记，当旋转第三管5时，可通过标记判断喷嘴101喷出急冷水是同向或逆向。当使用中要旋转第三管5时，需将手柄14松开。旋转到位后再将手柄14的螺纹端顶住第三管5。为控制第三管5在轴向方向的位移，可在压件13处在第三管5的外壁上固定一个挡块，防止第三管5在旋转过程中发生轴向位移改变了喷嘴101的位置影响反应炉炭黑烟气的急冷效果。本实用新型中所有的部件材质均采用耐高温材料，如不锈钢304，以延长各部件的使用寿命。

本实用新型的使用效果如图4-7所示，只设有普通急冷水枪21时，反应炉中心没有冷却雾化水。当在反应炉中设有新型急冷水枪22时，反应炉中心区域也布满了急冷雾化水，大大增加了炭黑烟气与急冷雾化水的接触面积。

以上，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种新型炭黑急冷装置，其特征在于，包括第一管(3)，在第一管(3)前后两端分别设有一个第一堵头(7)，两个第一堵头(7)分别为圆环状，圆环的外缘与第一管(3)连接，圆环的内缘与第二管(4)的外壁连接，第二管(4)穿过第一管(3)中心并与两端封堵的第一堵头(7)形成两端封闭的套管结构，所述第二管(4)的后端伸出第一管(3)的第一堵头(7)一定长度；在第一管(3)与第二管(4)之间沿第一管(3)长度方向对称设有两个隔板(2)，所述隔板(2)一端与第一管(3)后端连接的第一堵头(7)相连，另一端与第一管(3)前端另一个第一堵头(7)隔有一段距离，两个隔板(2)将第一管(3)内壁与第二管(4)外壁之间的空间分隔为一端相连的两个空腔，所述第一管(3)靠近后端连接有进水管(6)和出水管(19)，所述进水管(6)与出水管(19)分别对应连接第一管(3)与第二管(4)之间的两个空腔，所述进水管(6)与外部水源连接；

在所述第二管(4)内部中心设有第三管(5)，在所述第二管(4)的内壁上设有支撑(20)，所述第三管(5)前端穿过支撑(20)与第二管(4)平齐，所述第二管(4)后端内部设有第二堵头(18)，所述第二堵头(18)为圆环状，圆环的外缘与第二管(4)连接，圆环的内缘尺寸大于第三管(5)的外径，第三管(5)穿过第二管(4)中心并形成套管结构；所述第二管(4)的后端与连接件(9)的前端相连接，连接件(9)的后端连接卡件(10)的前端，卡件(10)的后端卡接压件(13)；所述卡件(10)内部为空腔结构，里面设有密封装置；所述第三管(5)后端从所述卡件(10)与压件(13)中心穿过并伸出与外部水源连接；在所述第二管(4)上靠近后端设有进气管(8)，进气管(8)与外部气源连接；

在所述第三管(5)的前端内壁上连接有直角喷头(1)，直角喷头(1)上设有若干喷水孔。

2.根据权利要求1所述的一种新型炭黑急冷装置，其特征在于，所述第一管(3)为圆管，在所述第一管(3)一端的外壁设有外螺纹，所述第一堵头(7)为钢板，第一堵头(7)焊接连接第一管(3)和第二管(4)。

3.根据权利要求1所述的一种新型炭黑急冷装置，其特征在于，所述第二管(4)为圆管，第二管(4)与连接件(9)通过螺纹连接，第二堵头(18)与第二管(4)内壁焊接连接，第二堵头(18)的中心圆孔尺寸大于第三管(5)外径尺寸。

4.根据权利要求1所述的一种新型炭黑急冷装置，其特征在于，所述直角喷头(1)包括喷嘴(101)，所述喷嘴(101)通过固定件(102)与第三管(5)螺纹连接，所述固定件(102)与第三管(5)焊接连接，在所述喷嘴(101)上均匀设有若干喷水孔，所述喷水孔的中心轴线与喷嘴(101)的中心轴线锐夹角为40°-70°。

5.根据权利要求1所述的一种新型炭黑急冷装置，其特征在于，所述密封装置从前向后依次包括密封圈(17)、垫圈(11)、弹簧(12)，所述第三管(5)从所述密封圈(17)、垫圈(11)、弹簧(12)中心穿过，所述密封圈(17)一面压在所述卡件(10)内壁的凸台面上，另一面卡在所述垫圈(11)的凹槽内，弹簧(12)一端顶在垫圈(11)上，另一端顶在压件(13)上，所述密封圈(17)为石墨盘根或是石棉盘根。

6.根据权利要求1所述的一种新型炭黑急冷装置，其特征在于，所述卡件(10)前端外壁与连接件(9)螺纹连接，所述卡件(10)后端设有至少一个卡口(16)，压件(13)外壁末端设有与卡口(16)相同数量的凸起(15)，所述凸起(15)卡在卡口(16)内。

7.根据权利要求6所述的一种新型炭黑急冷装置，其特征在于，所述卡口(16)形状为“7”字形卡槽，数量为2个，所述凸起(15)为柱形，数量为2个，所述凸起(15)的外形尺寸小于卡槽的槽宽。

8.根据权利要求1所述的一种新型炭黑急冷装置，其特征在于，所述支撑(20)为均匀布置在第二管(4)内壁上的三段钢板，所述钢板平行第二管(4)轴线焊接在第二管(4)内壁上，所述钢板悬空边支撑第三管(5)的外壁。

9.根据权利要求1所述的一种新型炭黑急冷装置，其特征在于，在所述压件(13)上螺纹连接有两个手柄(14)，所述两手柄(14)螺纹端的末端顶在第三管(5)外壁上。

Images