CN101831205B - 炭黑原料油相对无氧状态生产炭黑的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种炭黑原料油相对无氧状态生产炭黑的方法，以热值为900-1500kcal/Nm3的低热值燃气为燃料，控量供氧助燃，获得裂解所需的温度和相对无氧的裂解环境，包括助燃气体调节、反应炉加热、高温裂解、收集炭黑工序。本发明以液态芳烃类炭黑原料油为生产原料，采用900-1500kcal/Nm3低热值燃气为燃料，获得高达1500℃的温度满足裂解反应的需要，降低了生产成本；严格控制供氧量并经充分混合后高效燃烧，达到彻底耗氧的目的，产生的高温燃气流含氧量小于1％，满足超低氧反应环境要求，即营造相对无氧反应环境，大大提高了炭黑的产率和品质。本发明工艺过程中产生低热值尾气可直接作为预热装置燃料，提高燃料的利用率，达到了节能、减排，提高综合效益的目的。
Description
技术领域
本发明属于炭黑生产技术领域，具体涉及燃料成本低、热效率高、满足超低氧反应环境要求，能够有效提高炭黑产率和品质的炭黑原料油相对无氧状态生产炭黑的方法。
背景技术
炭黑是由多种有机物质(固态、液态或气态)不完全燃烧生成的一种重要的化工原料，作为橡胶工业补强填充剂、胶料的着色剂或调色剂，广泛应用于油墨、涂料、制革、化纤、冶金、电子、感光材料、黑色农膜和包装材料等诸多领域。炭黑生产的关键问题是如何提高反应炉的温度，降低反应环境中的氧含量，提高炭黑的收率及控制成本。现有技术生产炭黑工艺包括炉黑、槽黑、热解黑和灯烟黑等生产工艺。油炉法以其收率最高、能耗少的优点，其炭黑生产量占工业总产量的95％以上。但由于油价不断上涨，油炉法已经失去了技术和经济优势。传统的气炉法工艺以高热值燃气或液烃为燃料，通入过量的空气进行燃烧，使反应炉达到炭黑原料油裂解的温度。但是该工艺燃料成本高，反应环境的氧含量过高，使炭黑产出率下降。因此，炭黑生产领域的技术人员一直在寻找降低炭黑生产成本，生产效率的办法，如采用富氧气体做助燃剂，改变燃气种类等新型工艺。中国专利(ZL89104111)提供了一种以天然气为燃料，富氧气体做助燃剂的炭黑生产方法；中国专利(CN101050314A)公开了一种采用焦炉煤气替代燃料油，空气为助燃剂的炭黑生产方法。这些方法只是改善了炉温的稳定性，保证供热，均没有很好解决炭黑生产领域急需解决的炭黑产率和品质的问题。为此，本发明人经潜心研究，开发出一种炭黑原料油相对无氧状态生产炭黑的方法，试验证明，应用效果良好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料成本低，热效率高，满足超低氧反应环境要求，能够有效提高炭黑产率和品质的炭黑原料油相对无氧状态生产炭黑的方法。
本发明的目的是这样实现的：以热值为900-1500kcal/Nm3的低热值燃气为燃料，控量供氧助燃，获得裂解所需的温度和相对无氧的裂解环境，包括以下工序：
A、助燃气体调节：以含氧量25％-35％的富氧气体为助燃气体，经压力调节系统稳定压力后，输送给反应炉；
B、反应炉加热：根据低热值燃气燃烧的理论需氧量供给助燃气体，助燃气体与低热值燃气分别通入反应炉加热段，在预混区域内充分混合后，进行充分燃烧，反应炉加热段温度达到1500℃以上，使进入反应炉反应段的高温燃气流含氧量小于1％；
C、高温裂解：炭黑原料油进入预热装置预热到160℃-300℃后，经雾化喷射装置高速喷入反应炉反应段，雾化的原料油在低氧高温燃气流的剪切作用下充分混合发生高效裂解反应，反应时间为5ms-50ms，产生悬浮炭黑烟气；
D、收集炭黑：反应炉反应段产生的悬浮炭黑烟气经冷却装置降温后进入炭黑收集装置，分离获得炭黑和低热值尾气，炭黑产品进行造粒后包装。
本发明以液态芳烃类炭黑原料油为生产原料，采用900-1500kcal/Nm3的低热值燃气燃料，获得高达1500℃的温度满足裂解反应的需要，降低了生产成本；严格控制供氧量并经充分混合后高效燃烧，达到彻底消耗氧的目的，产生的高温燃气流含氧量小于1％，满足超低氧反应环境要求，即营造相对无氧反应环境，大大提高了炭黑的产率和品质。本发明工艺过程中产生低热值尾气可以直接循环用于预热装置作为燃料，提高燃料的利用率，达到了节能、减排，提高综合效益的目的。
附图说明
附图为本发明的工艺流程示意图。
图中：1-雾化喷射装置，2-压力调节系统，3-反应炉加热段，4-反应炉反应段，5-预热装置，6-冷却装置，7-炭黑收集装置。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变更或改进，均落入本发明的保护范围。
如图所示，本发明以热值为900-1500kcal/Nm3的低热值燃气为燃料，控量供氧助燃，获得裂解所需的温度和相对无氧的裂解环境，包括以下工序：
A、助燃气体调节：以含氧量25％-35％的富氧气体为助燃气体，经压力调节系统2稳定压力后，输送给反应炉；
B、反应炉加热：根据低热值燃气燃烧的理论需氧量供给助燃气体，助燃气体与低热值燃气分别通入反应炉加热段3，在预混区域内充分混合后，进行充分燃烧，反应炉加热段3温度达到1500℃以上，使进入反应炉反应段4的高温燃气流含氧量小于1％；
C、高温裂解：炭黑原料油进入预热装置5预热到160℃-300℃后，经雾化喷射装置1高速喷入反应炉反应段4，雾化的原料油在低氧高温燃气流的剪切作用下充分混合发生高效裂解反应，反应时间为5ms-50ms，产生悬浮炭黑烟气；
D、收集炭黑：反应炉反应段4产生的悬浮炭黑烟气经冷却装置6降温后进入炭黑收集装置7，分离获得炭黑和低热值尾气，炭黑产品进行造粒后包装。
所述的D工序的冷却装置6采用水冷却、气冷却或油冷却方式中的任意一种。
所述的D工序的炭黑收集装置7为旋风分离器或布袋除尘器中的一种或两者组合。
所述的D工序获得的低热值尾气用于预热装置5的燃料。
本发明的工作原理及工作过程：
依据低热值燃气燃烧的理论需氧量控量供氧助燃，获得液态芳烃类炭黑原料油裂解所需的温度条件，因严格控制供氧量，燃烧后氧基本耗尽，所产生的高温燃气流含氧量小于1％，使反应炉反应段4处于相对无氧的状态；原料经预热雾化后高速喷入反应炉反应段4，在低氧高温燃气流的剪切作用下充分混合发生高效裂解反应，产生悬浮炭黑烟气，再经冷却，分离收集炭黑即实现高效生产品质炭黑的目的。
实施例1
采用900kcal/Nm3的低热值燃气为燃料，含氧量25％的助燃气体经压力调节系统2调整压力后，以2500m3/h的流量与流量为9000m3/h的低热值燃气一起进入反应炉加热段3，经过预混区域实现充分混合，完全燃烧，反应炉加热段3温度达到1500℃，产生的高温燃气流的氧含量降低至0.3％，并进入反应炉反应段4；炭黑原料油进入预热装置5与低热值尾气换热，达到160℃后，经雾化喷射装置1高速喷入反应炉反应段4，流量为1300kg/h，发生裂解反应，反应5ms，生成悬浮炭黑烟气；烟气进入水冷方式的冷却装置6降温后进入炭黑收集装置7，分离出炭黑和低热值尾气。
本实施例条件下：炭黑的产出率为890kg/h，低热值尾气的产出率为12100m3/h。
实施例2
采用1400kcal/Nm3的低热值燃气为燃料，含氧量35％的助燃气体经压力调节系统2调整压力后，以2500m3/h的流量与流量为7500m3/h的低热值煤气一起进入反应炉加热段3，经过预混区域实现充分混合，完全燃烧，反应炉加热段3温度达到1750℃，产生的高温燃气流的氧含量降低至0.5％，并进入反应炉反应段4；炭黑原料油进入预热装置5与低热值尾气换热，预热到240℃后，经雾化喷射装置1高速喷入反应炉反应段4，流量为1500kg/h，发生裂解反应，反应20ms，生成悬浮炭黑烟气；烟气进入油冷方式的冷却装置6降温后进入炭黑收集装置7，分离出炭黑和低热值尾气。
本实施例的条件下：炭黑的产出率为1110kg/h，低热值尾气的产出率为10500m3/h。
实施例3
采用1500kcal/Nm3的低热值燃气为燃料，含氧量30％的助燃气体经压力调节系统2调整压力后，以2500m3/h的流量与流量为5200m3/h的低热值煤气一起进入反应炉加热段3，经过预混区域实现充分混合，完全燃烧，反应炉加热段3温度达到1800℃，产生的高温燃气流的氧含量降低至0.7％，并进入反应炉反应段4；炭黑原料油进入预热装置5与低热值尾气换热，预热到300℃后，经雾化喷射装置1高速喷入反应炉反应段4，流量为1700kg/h，发生裂解反应，反应50ms，生成悬浮炭黑烟气；烟气进入气冷方式的冷却装置6降温后进入炭黑收集装置7，分离出炭黑和低热值尾气。
本实施例的条件下：炭黑的产出率为1210kg/h，低热值尾气的产出率为8320m3/h。
本发明的特点：
1、按理论需氧量控制供氧，燃气充分燃烧后形成了相对无氧状态的反应环境，提高了炭黑的产出率和产品质量；
2、采用低热值燃气作燃料，原料更容易获得，生产成本更低；
3、生产过程的低热值尾气可以在本发明工艺内部循环使用，或用于生产合成氨等其他化工产品的生产，循环利用，节能减排。
Claims (4)
1.一种炭黑原料油相对无氧状态生产炭黑的方法，其特征是：以热值为900-1500kcal/Nm3的低热值燃气为燃料，控量供氧助燃，获得裂解所需的温度和相对无氧的裂解环境，包括以下工序：
A、助燃气体调节：以含氧量25％-35％的富氧气体为助燃气体，经压力调节系统(2)稳定压力后，输送给反应炉；
B、反应炉加热：根据低热值燃气燃烧的理论需氧量供给助燃气体，助燃气体与低热值燃气分别通入反应炉加热段(3)，在预混区域内充分混合后，进行充分燃烧，反应炉加热段(3)温度达到1500℃以上，使进入反应炉反应段(4)的高温燃气流含氧量小于1％；
C、高温裂解：炭黑原料油进入预热装置(5)预热到160℃-300℃后，经雾化喷射装置(1)高速喷入反应炉反应段(4)，雾化的原料油在低氧高温燃气流的剪切作用下充分混合发生高效裂解反应，反应时间为5ms-50ms，产生悬浮炭黑烟气；
D、收集炭黑：反应炉反应段(4)产生的悬浮炭黑烟气经冷却装置(6)降温后进入炭黑收集装置(7)，分离获得炭黑和低热值尾气，炭黑产品进行造粒后包装。
2.如权利要求1所述的炭黑原料油相对无氧状态生产炭黑的方法，其特征是：所述的D工序的冷却装置(6)采用水冷却、气冷却或油冷却方式中的任意一种。
3.如权利要求1所述的炭黑原料油相对无氧状态生产炭黑的方法，其特征是：所述的D工序的炭黑收集装置(7)为旋风分离器或布袋除尘器中的一种或两者组合。
4.如权利要求1所述的炭黑原料油相对无氧状态生产炭黑的方法，其特征是：所述的D工序获得的低热值尾气用于预热装置(5)的燃料。
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