CN103408973A - 一种低生热超耐磨炭黑及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
一种低生热超耐磨炭黑及其生产工艺，采用的技术方案是：所述工艺是以蒽油或蒽油与煤焦油的混合物为原料油、以天然气为燃料且不添加助剂，在反应炉中发生不完全裂解反应生成炭黑烟气，并将生成的炭黑烟气经后处理得到炭黑粒子。本发明最显著的优点是：本发明以天然气为燃料，煤焦油、蒽油以适当比例混合为原料油，采用的原料油结构合理，炭黑产品质量较好，所产炭黑产品粒径极小且分布较窄，结构比较高，使其硫化胶具有超强的耐磨性能；硫化胶生热较低。粉状炭黑经微米粉碎机、造粒机、干燥机后制得，且制备工艺成熟，适合工业化大生产，具有显著的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种高结构低生热的超耐磨炭黑及其生产工艺。
背景技术
炭黑是许多以固态、液态或气态存在的烃类物质在高温下，经不完全燃烧裂解产生的无定型炭。炭黑比表面积非常广，因其生产方法不同，炭黑的物理化学性质亦差别很大。例如，目前纳入ASTM标准的N121炭黑其补强、分散性能与N220炭黑相当，耐磨性能优于N220，但其硫化胶的生热比N110、N220等超耐磨炉黑都要高。N121产品补强、分散及耐磨性能都属超耐磨炭黑中较突出的，最大缺点就是硫化胶生热高。
公开号为【CN102977644A】的专利公开了一种超耐磨炭黑及其制作工艺，在炭黑的制备工艺中，其采用了碳酸钾作为添加剂，炭黑大聚集体中间的空隙可以有效容纳小的聚集体，形成嵌入状态，减弱了聚集体内部的相互作用，同时也妨碍了网络的生产，而网络是滞后的主要原因，因此当聚集体尺寸较大、分布较宽时，硫化胶生热低。碳酸钾作为炭黑生产用添加剂，在工艺条件确定的前提下，一定程度上可以影响炭黑聚集体的形态，使其聚集体偏小、分布窄，但却不利于提高硫化胶的生热性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种类似N121产品具有较高结构、最佳补强、分散及耐磨性能，同时生热较低的超耐磨炭黑及其生产工艺。
本发明为实现发明目的采用的技术方案是：一种低生热超耐磨炭黑的生产工艺，所述工艺是以蒽油或蒽油与煤焦油的混合物为原料油、以天然气为燃料且不添加助剂，在反应炉中发生不完全裂解反应生成炭黑烟气，并将生成的炭黑烟气经后处理得到炭黑粒子，关键是：所述在反应炉中发生不完全裂解反应生成炭黑烟气的具体工艺步骤包括：
A、压缩空气并预热：将压缩至165~190Kpa的空气经空气预热器预热到700～800℃后，借助热风管线送至反应炉的配风室；
B、燃料与压缩热空气混合燃烧：将天然气送入反应炉的燃烧室，并与上述配风室送出的热空气混合燃烧，燃烧温度控制在1900~1927℃；
C、裂解反应：将预热后温度为180~260℃的原料油由反应炉的喉管段喷入，经雾化、剪切，在反应炉的反应段进行6~20毫秒的裂解反应，产生炭黑烟气。
一种低生热超耐磨炭黑，关键是：所述炭黑是以蒽油或蒽油与煤焦油的混合物为原料油、以天然气为燃料、不添加助剂，且基于超耐磨炉黑炉法制备而成，其中蒽油与煤焦油按重量分数比为：（8.5：1.5）~（10:0.001）。
本发明最显著的优点是：本发明以天然气为燃料，煤焦油、蒽油以适当比例混合为原料油，采用的原料油结构合理，炭黑产品质量较好，所产炭黑产品粒径极小且分布较窄，结构比较高，使其硫化胶具有超强的耐磨性能；另外本发明根据对原料油结构、工艺条件的调整、优化，生产过程不使用碳酸钾等添加剂，利于炭黑大尺寸聚集体的形成，分布较宽，进而硫化胶生热较低。粉状炭黑经微米粉碎机、造粒机、干燥机后制得，且制备工艺成熟，适合工业化大生产，具有显著的经济效益。
本发明炭黑产品命名为LX-IS130，属于超耐磨炉黑，具备N121超耐磨炭黑补强性好、耐磨性能好等系列优点，同时还改善了N121产品硫化胶生热高的缺点。LX-IS130炭黑硫化胶生热为N121炭黑硫化胶生热的60%-70%。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明的生产工艺流程示意图。
具体实施方式
一种低生热超耐磨炭黑的生产工艺，所述工艺是以蒽油或蒽油与煤焦油的混合物为原料油、以天然气为燃料且不添加助剂，在反应炉中发生不完全裂解反应生成炭黑烟气，并将生成的炭黑烟气经后处理得到炭黑粒子，关键是：所述在反应炉中发生不完全裂解反应生成炭黑烟气的具体工艺步骤包括：
A、压缩空气并预热：将压缩至165~190Kpa的空气经空气预热器预热到700～800℃后，借助热风管线送至反应炉的配风室；
B、燃料与压缩热空气混合燃烧：将天然气送入反应炉的燃烧室，并与上述配风室送出的热空气混合燃烧，燃烧温度控制在1900~1927℃；
C、裂解反应：将预热后温度为180~260℃的原料油由反应炉的喉管段喷入，经雾化、剪切，在反应炉的反应段进行6~20毫秒的裂解反应，产生炭黑烟气。
所述步骤C中，原料油的成分是蒽油或是按重量份数比为（8.5：1.5）~（10:0.001）的蒽油与煤焦油的混合物。
所述步骤C中，原料油由反应炉的喉管段喷入的流速为3800~4300kg/h。
所述后处理的步骤包括：
D、烟气冷却：将步骤C中得到的炭黑烟气在反应炉急冷段进行一次急冷降温，再将急冷降温后的炭黑烟气加热后，进行二次急冷降温并将烟气温度降至260~290℃；
E、将降温处理后的炭黑烟气送入主袋滤器进行收集，收集的炭黑经微米粉碎机粉碎后经风送风机送至收集旋风分离器；
F、所述旋风分离器收集的炭黑经造粒机造粒，控制55%~65%的炭黑粒子粒径在0.5~1.4mm范围；
G、将造粒后得到的炭黑粒子经干燥机进行干燥得到低生热超耐磨炭。
所述原料油中各油品的水分按重量百分比计算，均小于1.2%。
一种低生热超耐磨炭黑，关键是：所述炭黑是以蒽油或蒽油与煤焦油的混合物为原料油、以天然气为燃料、不添加助剂，且基于超耐磨炉黑炉法制备而成，其中蒽油与煤焦油按重量分数比为：（8.5：1.5）~（10:0.001）。
所述原料油中各油品的水分按重量百分比计算，均小于1.2%。
下面给出本发明的制备工艺的4个具体实施例：
实施例1：一种高结构低生热的超耐磨炭黑，其是以重量比为8.5：1.5的蒽油和煤焦油的混合物为原料油，天然气为燃料，不使用添加剂，采用超耐磨炉黑炉法生产工艺制备而成；其中原料油处理量范围4000~4300kg/h。所述原料油中的各种油品水分需小于2%，密度在1.09～1.21g/ml之间，出油率不小于50%。
实施例2：用超耐磨炉黑炉法生产实施例1所述的高结构低生热的超耐磨炭黑，生产工艺具体步骤如下：
（1）将压缩至170Kpa的空气经空气预热器预热到750℃，经热风管线送至反应炉的配风室；
（2）将所述燃料送入反应炉的燃烧室，与上述配风室送出的热空气混合燃烧，温度控制在1918℃。所述原料油经原料油预热器预热至200℃后，由反应炉的喉管段喷入，经雾化、剪切，在反应炉的反应段进行10毫秒的裂解反应（反应段温度1650℃），产生炭黑烟气；
（3）所述炭黑烟气在反应炉急冷段进行一次急冷（烟气温度降至900℃），再依次经过空气预热器（烟气温度降至650℃）和原料油预热器（烟气温度降至450℃），再进行二次急冷，最终使烟气温度降至270℃；
（4）降温后的炭黑烟气进入主袋滤器进行收集，收集的炭黑经微米粉碎机粉碎后经风送风机送至收集旋风分离器，尾气送入尾气炉或者用于发电；
（5）所述旋风分离器收集的炭黑经造粒机造粒，控制55%~65%的炭黑粒子粒径在0.5~1.4mm范围，再经干燥机干燥即可，干燥时可用尾气炉中的尾气作为热源。
实施例3：一种高结构低生热的超耐磨炭黑，其是以重量比为9：1的蒽油和煤焦油的混合物为原料油，天然气为燃料，不使用添加剂，采用超耐磨炉黑炉法生产工艺制备而成；其中原料油处理量范围3900~4200kg/h。所述原料油中的各种油品水分需小于2%，密度在1.09～1.21g/ml之间，出油率不小于50%。
实施例4：用超耐磨炉黑炉法生产实施例3所述的高结构低生热的超耐磨炭黑，生产工艺具体步骤如下：
（1）将压缩至165Kpa的空气经空气预热器预热到700℃，经热风管线送至反应炉的配风室；
（2）将所述燃料送入反应炉的燃烧室，与上述配风室送出的热空气混合燃烧，温度控制在1900℃。所述原料油经原料油预热器预热至180℃后，由反应炉的喉管段喷入，经雾化、剪切，在反应炉的反应段进行6毫秒的裂解反应（反应段温度1600℃），产生炭黑烟气；
（3）所述炭黑烟气在反应炉急冷段进行一次急冷（烟气温度降至850℃），再依次经过空气预热器（烟气温度降至600℃）和原料油预热器（烟气温度降至370℃），再进行二次急冷，最终使烟气温度降至260℃；
（4）降温后的炭黑烟气进入主袋滤器进行收集，收集的炭黑经微米粉碎机粉碎后经风送风机送至收集旋风分离器，尾气送入尾气炉或者用于发电；
（5）所述旋风分离器收集的炭黑经造粒机造粒，控制55%~65%的炭黑粒子粒径在0.5~1.4mm范围，再经干燥机干燥即可，干燥时可用尾气炉中的尾气作为热源。
实施例5：一种高结构低生热的超耐磨炭黑，其是以重量比为10：0的蒽油和煤焦油的混合物为原料油，天然气为燃料，不使用添加剂，采用超耐磨炉黑炉法生产工艺制备而成；其中原料油处理量范围3800-4100kg/h。所述原料油中的各种油品水分需小于2%，密度在1.09～1.21g/ml之间，出油率不小于50%。
实施例6：用超耐磨炉黑炉法生产实施例5所述的高结构低生热的超耐磨炭黑，生产工艺具体步骤如下：
（1）将压缩至190Kpa的空气经空气预热器预热到800℃，经热风管线送至反应炉的配风室；
（2）将所述燃料送入反应炉的燃烧室，与上述配风室送出的热空气混合燃烧，温度控制在1927℃。所述原料油经原料油预热器预热至260℃后，由反应炉的喉管段喷入，经雾化、剪切，在反应炉的反应段进行20毫秒的裂解反应（反应段温度1700℃），产生炭黑烟气；
（3）所述炭黑烟气在反应炉急冷段进行一次急冷（烟气温度降至950℃），再依次经过空气预热器（烟气温度降至680℃）和原料油预热器（烟气温度降至500℃），再进行二次急冷，最终使烟气温度降至290℃；
（4）降温后的炭黑烟气进入主袋滤器进行收集，收集的炭黑经微米粉碎机粉碎后经风送风机送至收集旋风分离器，尾气送入尾气炉或者用于发电；
（5）所述旋风分离器收集的炭黑经造粒机造粒，控制55%~65%的炭黑粒子粒径在0.5~1.4mm范围，再经干燥机干燥即可，干燥时可用尾气炉中的尾气作为热源。
本发明LX-IS130炭黑产品指标如下：
| 项目 | 指标 |
| 吸碘值 g/kg | 115±7 |
| 吸油值 10-5m3/kg | 135±7 |
| 加热减量 %≤ | 3.0 |
| 45um水洗筛余物 mg/kg≤ | 500 |
| 氮吸附比表面积 103m2/kg | 122-127 |
| 着色强度 % | 115-125 |
| 灰分 %≤ | 1 |
| 挥发分 %≤ | 3.0 |
| PH值 | 6-9 |
| 杂质 | 无 |
| 倾注密度 Kg/m3 | 250-350 |
吸碘值、氮吸附这两项是表述炭黑比表面积的，吸油值和着色强度是反映炭黑结构、粒径的，比表面积和炭黑结构高时，其耐磨性强；这些指标是炭黑产品的一些常规要求检测项目，本发明中的LX-IS130型号炭黑检测值不同于国标里的任何一种超耐磨炭黑，该型号炭黑由于原料结构、工艺条件优化，使其聚集体尺寸大，分布宽，在耐磨性强的前提下兼具硫化胶生热低的优点。
Claims (7)
1.一种低生热超耐磨炭黑的生产工艺，所述工艺是以蒽油或蒽油与煤焦油的混合物为原料油、以天然气为燃料且不添加助剂，在反应炉中发生不完全裂解反应生成炭黑烟气，并将生成的炭黑烟气经后处理得到炭黑粒子，其特征在于：所述在反应炉中发生不完全裂解反应生成炭黑烟气的具体工艺步骤包括：
A、压缩空气并预热：将压缩至165~190Kpa的空气经空气预热器预热到700～800℃后，借助热风管线送至反应炉的配风室；
B、燃料与压缩热空气混合燃烧：将天然气送入反应炉的燃烧室，并与上述配风室送出的热空气混合燃烧，燃烧温度控制在1900~1927℃；
C、裂解反应：将预热后温度为180~260℃的原料油由反应炉的喉管段喷入，经雾化、剪切，在反应炉的反应段进行6~20毫秒的裂解反应，产生炭黑烟气。
2.根据权利要求1所述的一种低生热超耐磨炭黑的生产工艺，其特征在于：所述步骤C中，原料油的成分是蒽油或是按重量份数比为（8.5：1.5）~（10:0.001）的蒽油与煤焦油的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种低生热超耐磨炭黑的生产工艺，其特征在于：所述步骤C中，原料油由反应炉的喉管段喷入的流速为3800~4300kg/h。
4.根据权利要求1所述的一种低生热超耐磨炭黑的生产工艺，其特征在于：所述后处理的步骤包括：
D、烟气冷却：将步骤C中得到的炭黑烟气在反应炉急冷段进行一次急冷降温，再将急冷降温后的炭黑烟气加热后，进行二次急冷降温并将烟气温度降至260~290℃；
E、将降温处理后的炭黑烟气送入主袋滤器进行收集，收集的炭黑经微米粉碎机粉碎后经风送风机送至收集旋风分离器；
F、所述旋风分离器收集的炭黑经造粒机造粒，控制55%~65%的炭黑粒子粒径在0.5~1.4mm范围；
G、将造粒后得到的炭黑粒子经干燥机进行干燥得到低生热超耐磨炭。
5.根据权利要求1所述的一种低生热超耐磨炭黑的生产工艺，其特征在于：所述原料油中各油品的水分按重量百分比计算，均小于1.2%。
6.一种低生热超耐磨炭黑，其特征在于：所述炭黑是以蒽油或蒽油与煤焦油的混合物为原料油、以天然气为燃料、不添加助剂，且基于超耐磨炉黑炉法制备而成，其中蒽油与煤焦油按重量分数比为：（8.5：1.5）~（10:0.001）。
7.根据权利要求6所述的一种低生热超耐磨炭黑，其特征在于：所述原料油中各油品的水分按重量百分比计算，均小于1.2%。
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