WO2013013535A1 - 一种软沥青生产橡胶用炭黑的生产工艺及设备 - Google Patents

一种软沥青生产橡胶用炭黑的生产工艺及设备 Download PDF

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Zhang Caisen
Shi Gongshe
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    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44—Carbon
    • C09C1/48—Carbon black
    • C09C1/50—Furnace black ; Preparation thereof

Definitions

  • the pre-heat treatment step is to preheat the soft asphalt to 200 to 230 °C.
  • the step of intensive mixing and pump pressurization is further included; the pre-heated soft asphalt is sequentially passed through a pressure regulating valve, a temperature regulating valve, a flow regulating valve and a flow display, and then passed through a raw material oil spray gun. And sprayed into the throat of the reaction furnace, that is, the soft asphalt is mixed into the gas stream of the coke gas and the air mixed combustion to obtain the carbon black flue gas, and the carbon black flue gas is sent to the collection system for collection and separation, and the collected carbon black is again After the granulation, drying, lifting and transportation, the finished carbon black is obtained.
  • cross-sectional area of the reaction section is 5.78 times the cross-sectional area of the throat section.
  • the production apparatus further includes a coal tar deep processing system 31, an intensive mixer 32, a feedstock process tank 33, a soft asphalt pump 34, a pressure regulating valve 35, and temperature adjustment.
  • Valve 36, flow regulating valve 37 and flow indicator 38, high temperature air preheater 39, collection system 41, granulation system 42, drying system 43, lifting system 44, delivery system 45, and storage packaging system 46, the raw materials of the present invention are soft
  • the asphalt is obtained by processing the coal tar deep processing system 31, and in order to allow the heat in the black smoke discharged from the reaction furnace 1 to be effectively utilized, the high temperature air preheater 39 and the feed oil preheater 2 are preferably disposed at The pipeline between the reaction furnace 1 and the collection system 41; in this embodiment, the intensive mixer 32 is a vessel equipped with a heavy oil dispersion emulsifier and a power plant having a high shear line speed and The function of cutting, squeezing and oscillating high-frequency mechanical energy, which enables
  • the soft asphalt is mixed into the gas stream of the coke gas and the air mixed combustion to obtain the carbon black flue gas, and the carbon black flue gas is sent to the collecting system 41.
  • the carbon black collected and separated is granulated, dried, lifted and transported to obtain a finished carbon black.

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Abstract

一种软沥青生产橡胶用炭黑的生产工艺及设备，其工艺选用的原料为软沥青，并该软沥青在进入反应炉之前还包括预热处理的步骤；该设备则包括反应炉和强力混合器及原料油预热器，该反应炉的喉管段具有原料油入口，该原料油入口与原料油预热器出口管道相连通。本生产工艺及设备能提高软沥青的均匀性和降低软沥青的粘度，从而提高本工艺及设备生产出来炭黑的质量，并达到橡胶用炭黑所需要的技术指标。

Description

一种软沥青生产橡胶用炭黑的生产工艺及设备 技术领域
本发明涉及炭黑的生产工艺，更具体的说涉及一种利用软沥青为原料油来生产橡胶用炭黑的生产工艺。
背景技术
传统的炭黑生产工艺，一般都是以煤焦油、蒽油和乙烯焦油为原料，并将上述原料雾化后喷入反应炉中进行汽化不完全燃烧裂解反应，再经急冷降温、热能回收、收集粉碎和湿法造粒等工艺制得。
随着煤焦油系列和石油系列的原料油价格日益上涨，炭黑生产成本一直居高不下。为了能降低炭黑的生产成本，有人提出采用软沥青作原料来生产橡胶炭黑，但是由于软沥青粘度大、流动性能差以及产品筛余物高，并且其性能与煤焦油系列和石油系列的原料油又诸多不同，具体数据详见表1。表1为炭黑原料油各项指标的对比表；由此，使得目前采用软沥青来生产橡胶用炭黑广泛存在生产工艺不稳定和产品质量差，并无法达到橡胶用炭黑的技术要求。
表1
项目 软沥青 煤焦油 蒽油 乙烯焦油
比重d4 20 1.23 1.18 1.14 1.08
粘度E20 80 13.0 4.2 2.3 1.8
水分% 0.1 3.2 0.7 0.5
初馏点℃ 278 196 256 216
干点馏出物% 49 56 95 92
有鉴于此，本发明人针对现有用软沥青生产橡胶用炭黑时的上述缺陷深入研究，遂有本发明产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种软沥青生产橡胶用炭黑的生产工艺，以解决现有技术生产出来的橡胶用炭黑质量差并且无法达到橡胶用炭黑技术要求的问题。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种软沥青生产橡胶用炭黑的生产工艺，其中，其原料采用软沥青，并该软沥青在进入反应炉之前还包括预热处理的步骤。
进一步，该预热处理步骤为将软沥青预热到200～230℃。
进一步，该预热处理步骤之前还包括强力混合以及泵加压的步骤；该经预热后的软沥青依次经由压力调节阀、温度调节阀、流量调节阀和流量显示器后，再经原料油喷枪而喷入反应炉的喉管处，即将软沥青混合入焦煤气和空气混合燃烧的气流中而获得炭黑烟气，该炭黑烟气送往收集系统进行收集分离，收集下来的炭黑又经造粒、干燥、提升、输送后获得炭黑成品。
进一步，该反应炉具有依次排列设置的燃烧段、喉管段、反应段和急冷段，该燃烧段处设置有燃料入口，该喉管段处设置有原料油入口，该喉管段的横截面积是以煤焦油为原料的炭黑反应炉喉管段横截面积的80～90%，该原料油入口的位置与反应段之间距离是以煤焦油为原料的炭黑反应炉的45～65%。
进一步，该喉管段与反应段之间的连接处采用90度突变设计，并反应段的横截面积为喉管段横截面积的5～6倍。
进一步，该反应段的横截面积为喉管段横截面积的5.78倍。
本发明的另一目的在于提供一种软沥青生产橡胶用炭黑的生产设备，其中，包括反应炉和强力混合器及原料油预热器，该反应炉的喉管段具有原料油入口，该原料油入口与原料油预热器出口管道相连通，该原料油预热器的入口管道则与强力混合器相连。
进一步，该反应炉具有依次排列设置的燃烧段、喉管段、反应段和急冷段，该燃烧段处设置有燃料入口，该喉管段处设置有原料油入口，该喉管段的横截面积是以煤焦油为原料的炭黑反应炉喉管段横截面积的80～90%，该原料油入口的位置与反应段之间距离是以煤焦油为原料的炭黑反应炉的45～65%。
进一步，该喉管段与反应段之间的连接处采用90度突变设计，并反应段的横截面积为喉管段横截面积的5～6倍。
进一步，该反应段的横截面积为喉管段横截面积的5.78倍。
采用上述结构后，本发明涉及的一种软沥青生产橡胶用炭黑的生产工艺和设备，其通过设置预热处理步骤、强力混合器和原料油预热器，其能大大提高软沥青的均匀性和大大降低软沥青的粘度，从而提高通过本工艺及设备生产出来炭黑的质量，并达到橡胶用炭黑所需要的技术指标。
附图说明
图1为本发明涉及一种软沥青生产橡胶用炭黑的较佳工艺流程图；
图2为本发明涉及一种软沥青生产橡胶用炭黑的生产设备中反应炉较佳实施例的剖视图。
图中：
反应炉1;燃烧段11
燃料入口111;喉管段12
原料油入口121;反应段13
急冷段14;原料油预热器2
煤焦油深加工系统31;强力混合器32
原料油工艺罐33;软沥青泵34
压力调节阀35;温度调节阀36
流量调节阀37;流量显示器38
高温空气预热器39;收集系统41
造粒系统42;干燥系统43
提升系统44;输送系统45
储存包装系统46
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
本发明涉及的一种软沥青生产橡胶用炭黑的生产工艺，其原料采用的为软沥青，并且相对于现有技术中采用煤焦油、蒽油和乙烯焦油为原料的工艺来讲，该软沥青在进入反应炉1之前还包括强力混合和预热处理的步骤；并优选地，该预热处理步骤为将软沥青预热到200～230℃，由于软沥青的粘度较大，当预热在200℃以下时，将会导致软沥青的流动性能下降，在软沥青喷入反应炉时雾化效果随之降低，在反应炉内的二次雾化、汽化也降，最终导致生成炭黑的时间不一致，炭黑微观粒子分布不集中，直接影响炭黑的品质同时也降低了热能的回收利用；而如果把软沥青预热到230℃以上，部分沥青则会焦化，形成焦粒，焦粒会堵塞管道及油枪喷嘴，从而大大影响生产的稳定性和产品质量；故通过反复实践以及总结后而得出200～230℃的一个理想温度。
如图1所示，其为本发明涉及一种软沥青生产橡胶用炭黑的生产设备的较佳实施例，该生产设备包括反应炉1和原料油预热器2，该反应炉1的喉管段12具有原料油入口121，该原料油入口121与原料油预热器2的出口管道相连通。这样，本发明通过设置有预热处理步骤或者原料油预热器2，其能大大降低软沥青的粘度，从而提高通过本工艺或设备生产出来炭黑的质量，并达到橡胶用炭黑所需要的技术指标。
更具体地，在图1所示的较佳实施例中，该生产设备还包括煤焦油深加工系统31、强力混合器32、原料油工艺罐33、软沥青泵34、压力调节阀35、温度调节阀36、流量调节阀37和流量显示器38、高温空气预热器39、收集系统41、造粒系统42、干燥系统43、提升系统44、输送系统45以及储存包装系统46，本发明中原料软沥青是通过煤焦油深加工系统31加工而获得的，同时为了让反应炉1排出的黑烟气中的热量能被有效利用，该高温空气预热器39以及原料油预热器2均优选设置在反应炉1与收集系统41之间的管路上；该强力混合器32在本实施例中是一台配备了重油分散乳化机和动力设备的容器，该重油分散乳化机具有高剪切线速度和高频机械能的切割、挤压、震荡的功能，其能使软沥青中的悬浮物、颗粒物、胶质和水分一次通过机器能同时得到重复、多次的分散、乳化和粉碎，使之成为细化均匀稳定的炭黑原料油并输送到容器内，软沥青在容器中的动力设备作用下形成无定向流动，从而达到充分混合、浮化的作用。
与图1所示生产设备相对应地，本发明的生产工艺则在预热处理步骤之前还包括强力混合以及泵加压的步骤，即对应于图1所示中的强力混合器32和软沥青泵34，从而能提高软沥青的均匀性，并最终提高生产出炭黑的质量；该经预热后的软沥青依次经由压力调节阀35、温度调节阀36、流量调节阀37和流量显示器38后，再经原料油喷枪而喷入反应炉1的喉管处，即将软沥青混合入焦煤气和空气混合燃烧的气流中而获得炭黑烟气，该炭黑烟气送往收集系统41进行收集分离，收集下来的炭黑又经造粒、干燥、提升、输送后获得炭黑成品。
另外，如图2所示，由于软沥青粘度大、汽化温度高、化学组分复杂，所以本发明还针对原料本身的特殊性而专门对反应炉1进行了改进，首先该反应炉1具有依次排列设置的燃烧段11、喉管段12、反应段13和急冷段14，该燃烧段11处设置有燃料入口111，该喉管段12处设置有原料油入口121，并且让该喉管段12的横截面积是以煤焦油为原料的炭黑反应炉喉管段横截面积的80～90%，由此，由于该喉管段12的横截面积变小，故可以获得高流速的气流，原料油在此处喷入高速气流中，则可获得相当大的剪切力，并能在极短的时间里完成二次雾化和汽化，为反映提供了必要条件；由于喉管横截面积将直接影响到高温气体在喉管处的流速，当喉管横截面积低于80%时，则流速过高，停留时间过短，不利炭黑的结构生成，也就炭黑的吸油值(该指标对橡胶的补强作用相当大)；而当喉管横截面积高于90%则流速过低，对软沥青的剪切力不够，软沥青的二次雾化、汽化效果降低，不利于炭黑反应。
同时，该原料油入口121的位置与反应段13之间距离D1是以煤焦油为原料的炭黑反应炉的45～65%，如此能使软沥青汽化后会快速进入到反应段13而生成炭黑。
优选地，该燃料入口111位于燃烧段11、喉管段12、反应段13和急冷段14的共同轴线上，该喉管段12处则相对设置有六个原料油入口，由此，使得该软沥青能在喉管段12处得到更好的剪切、汽化效果。
如图2所示，该喉管段12与反应段13之间的连接处采用90度突变设计，并反应段13的横截面积为喉管段12横截面积的5～6倍，最优选该反应段13的横截面积为喉管段12横截面积的5.78倍。由于采用的为突变式设计，其反应时间集中，从而让生成的炭黑粒径分布窄；另外将反应段13的横截面积与喉管段12横截面积之间的比例设置为5～6倍，主要是取决于流速和停留时间．反应段13截面积越大，反应就越集中，着色强度随之上升；但如果被设置得为过大，停留时间太长，炭黑粒子也就增大，则着色强度随之下降；而若截面积过小，反应就不集中，着色强度随之下降，停留时间太短，反应不完全，从而导致装置能力下降。
综合上述较佳实施例的特征后，本发明最终能获得性能良好和较低单耗的炭黑，具体请详见表2示出的原料油消耗对照表以及表3示出的炭黑质量参数对照表。
表2
品种 软沥青收率(t/t) 煤焦油收率(t/t) 降低油耗(%)
N220 1.50 1.68 10.71
N330 1.35 1.50 10.00
表3
项目 N220 N330 N375
国标 软沥青 国标 软沥青 国标 软沥青
吸碘值(g/kg) 121±7 122 82±7 80 90±7 90
DBP吸收值(10-5m3/kg) 114±7 111 102±7 101 114±7 113
CTAB吸附比表面积(103m2/kg) 111±9 113 82±9 78 96±9 92
着色强度% 116±8 113 104±8 100 114±8 112
灰分% ≤0.7 0.3 ≤0.7 0.2 ≤0.7 0.3
加热减量% ≤2.5 0.2 ≤2.5 0.5 ≤2.5 0.6
45μm筛余物 ≤0.01 0.006 ≤0.01 0.012 ≤0.01 0.009
300%定伸应力Mpa -2.3±1.6 -2.3 -0.9±1.6 -1.0 0.1±1.6 -0.3
需要说明的是，喉管横截面积、原料油入口与反应段之间的距离以及反应段横截面积与喉管横截面积的比值，三个参数是相互作用的，其在最佳情形下能共同影响反应炉的效果和能力，发明人正是经过大量的理论推断和反复试验才得出了上述参数。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (10)

1、一种软沥青生产橡胶用炭黑的生产工艺，其特征在于，其原料采用软沥青，并该软沥青在进入反应炉之前还包括预热处理的步骤。
2、如权利要求1所述的一种软沥青生产橡胶用炭黑的生产工艺，其特征在于，该预热处理步骤为将软沥青预热到200～230℃。
3、如权利要求1或2所述的一种软沥青生产橡胶用炭黑的生产工艺，其特征在于，该预热处理步骤之前还包括强力混合以及泵加压的步骤；该经预热后的软沥青依次经由压力调节阀、温度调节阀、流量调节阀和流量显示器后，再经原料油喷枪而喷入反应炉的喉管处，即将软沥青喷入焦煤气和空气混合燃烧的气流中而获得炭黑烟气，该炭黑烟气送往收集系统进行收集分离，收集下来的炭黑又经造粒、干燥、提升、输送后获得炭黑成品。
4、如权利要求1或2所述的一种软沥青生产橡胶用炭黑的生产工艺，其特征在于，该反应炉具有依次排列设置的燃烧段、喉管段、反应段和急冷段，该燃烧段处设置有燃料入口，该喉管段处设置有原料油入口，该喉管段的横截面积是以煤焦油为原料的炭黑反应炉喉管段横截面积的80～90%，该原料油入口的位置与反应段之间距离是以煤焦油为原料的炭黑反应炉的45～65%。
5、如权利要求4所述的一种软沥青生产橡胶用炭黑的生产工艺，其特征在于，该喉管段与反应段之间的连接处采用90度突变设计，该反应段的横截面积为喉管段横截面积的5～6倍。
6、如权利要求5所述的一种软沥青生产橡胶用炭黑的生产工艺，其特征在于，该反应段的横截面积为喉管段横截面积的5.78倍。
7、一种软沥青生产橡胶用炭黑的生产设备，其特征在于，包括反应炉、原料油预热器以及强力混合器，该反应炉的喉管段具有原料油入口，该原料油入口与原料油预热器出口管道相连通，该原料油预热器的入口管道则与强力混合器相连。
8、如权利要求7所述的一种软沥青生产橡胶用炭黑的生产设备，其特征在于，该反应炉具有依次排列设置的燃烧段、喉管段、反应段和急冷段，该燃烧段处设置有燃料入口，该喉管段处设置有原料油入口，该喉管段的横截面积是以煤焦油为原料的炭黑反应炉喉管段横截面积的80～90%，该原料油入口的位置与反应段之间距离是以煤焦油为原料的炭黑反应炉的45～65%。
9、如权利要求8所述的一种软沥青生产橡胶用炭黑的生产设备，其特征在于，该喉管段与反应段之间的连接处采用90度突变设计，该反应段的横截面积为喉管段横截面积的5～6倍。
10、如权利要求9所述的一种软沥青生产橡胶用炭黑的生产设备，其特征在于，该反应段的横截面积为喉管段横截面积的5.78倍。
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