CN112048196B - 一种炭黑及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种炭黑及其生产工艺，涉及炭黑生产技术领域。所述炭黑由乙烯油作为原料油，碳酸钾作为添加剂，天然气作为燃料制备所得；所述碳酸钾配制成碳酸钾质量浓度为1.5‑2.0％的水溶液使用；所述原料油与添加剂溶液进入反应炉的质量流量比为(1000‑1500):1。由本发明所述炭黑制备的产品的生热量少，磨耗低，强度高，适合应用于多个领域中。
Description
技术领域
本发明涉及炭黑生产技术领域，尤其涉及一种低生热高耐磨炭黑及其生产工艺。
背景技术
近些年，汽车工业和交通运输业的高速发展促使越来越多的研究者将目光聚焦于轮胎的改性上，随着可持续发展、节能减排的概念深入人心，人们对汽车的节能性与安全性的要求也日益加深。就节能而言，轮胎滚动阻力越小，汽车的油耗越低。轮胎的滚动阻力越大，轮胎的疲劳生热越高，导致轮胎的使用寿命和安全性大大降低。“绿色轮胎”的要求是节能、安全、耐用，如何有效降低轮胎滚动阻力，减少生热量，提高轮胎的使用寿命是目前的研究重点。目前纳入ASTM标准的N234炭黑其耐磨性能优于N220，加工分散性能好，但是含有N234的胶料生热较高，滚动阻力、滞后损失较大。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种低生热高耐磨，同时具有类似N234的高结构、优良的补强和分散性的炭黑及其生产工艺。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种炭黑，所述炭黑由乙烯油作为原料油、碳酸钾溶液作为添加剂溶液、天然气作为燃料在制备设备中制备所得；所述添加剂溶液中，碳酸钾的质量浓度为1.5-2.0％，溶剂为水；所述原料油与添加剂溶液进入制备设备中的反应炉的质量流量比为(1000-1500):1。经本发明申请人多次实验验证，以所述比例制备出来的炭黑的结构(性)最高。
优选地，所述原料油中水的质量分数低于0.5％。
此外，本发明公开了一种所述炭黑的生产工艺，所述生产工艺包括如下步骤：
(1)将压缩空气过滤、除杂，再预热至600-660℃；
(2)将预热的压缩空气、天然气和添加剂溶液送入反应炉内，在1900-1950℃下进行燃烧反应；
(3)将原料油预热至200-250℃，然后加入反应炉内进行裂解反应，产生炭黑烟气；
(4)将步骤(3)所述炭黑烟气进行两次急冷；
(5)收集急冷后的炭黑烟气，然后粉碎、造粒、干燥、除杂、磁选等精制得到所述炭黑。
优选地，所述步骤(1)中，压缩空气预热前的温度为80-120℃，预热至600-660℃用时3-5s。
优选地，所述步骤(2)中，压缩空气进入反应炉的流量为9.6-10.0km3/h。控制流量的目的是为了控制反应的温度，进而控制产品的粒径。
优选地，所述步骤(3)中，原料油预热前的温度为60-90℃，预热至200-250℃用时3-5分钟。
优选地，所述步骤(3)中，原料油的入炉压力为2.5-2.8MPa。设定此压力范围的目的是为了确保原料油的雾化效果良好。
优选地，所述步骤(3)中，原料油的入炉流量为2500-2800kg/h，裂解时间为15-25μs。
本发明申请人通过实验研究发现，原料油的入炉流量设置为上述范围时，可以有效地控制产品的粒径在所需范围内。
优选地，所述步骤(4)中，第一次急冷在反应炉中进行，急冷水压力为0.7-1.3MPa，将炭黑烟气降温至750-770℃，然后使炭黑烟气依次经过空气预热器和原料油预热器，最后进行第二次急冷，第二次急冷的水压力为0.7-1.3MPa，使炭黑烟气进一步降温至250-270℃。
之所以限定急冷水压和降温温度为所述范围是为了有效地终止反应，为下一步的收集炭黑烟气降温，另外，也可以减少炭黑的表面粗糙度。
优选地，所述步骤(5)中，采用湿法造粒，造粒水压力为0.2-0.4MPa，造粒得到的炭黑颗粒的粒径为0.5-1.4mm。
优选地，所述步骤(5)中，干燥温度为200-250℃。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：本发明通过对原料油进行选择，控制炭黑生产工艺中的原料油及添加剂的流量比以及原料油的流量、急冷条件等，制备出了具有高耐磨性的炭黑，并且所述炭黑具有低生热、高结构、高分散性和高定伸应力等优点，适合应用于多个领域中。
附图说明
图1为本发明所述炭黑的生产工艺流程图。
具体实施方式
为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明所述炭黑的一种实施例，本实施例所述炭黑的生产工艺包括如下步骤：
(1)将压缩空气过滤、除杂，先加热至100℃，再预热至650℃；
(2)将预热的压缩空气以10km3/h的流量通入反应炉内，将天然气和碳酸钾质量分数为1.75％的碳酸钾水溶液以2.5kg/h的流量送入反应炉内，在1900℃下进行燃烧反应；
(3)将80℃原料油预热4min至250℃，然后以2500kg/h的流量加入反应炉内进行裂解反应，反应20μs，产生炭黑烟气；
(4)将步骤(3)所述炭黑烟气进行两次急冷，第一次急冷，急冷水压力为1.0MPa，将炭黑烟气温度降至760℃，第二次急冷，急冷水压为1.0MPa，将炭黑烟气降温至260℃；
(5)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，再送至旋风分离器；采用湿法造粒，造粒水压力为0.3MPa，造粒后得到炭黑颗粒，粒径为0.5-1.4mm；最后在230℃下干燥，得到所述炭黑。
本实施例的生产工艺流程如图1所示，对本发明实施例所述炭黑，按表1中的配方进行炼胶，对胶片进行性能测试，测试标准如表2所示，测试结果如表3所示，其中N234的炼胶配方与实施例1相同。
实施例2
本发明所述炭黑的一种实施例，本实施例所述炭黑的生产工艺包括如下步骤：
(1)将压缩空气过滤、除杂，先加热至100℃，再预热至650℃；
(2)将预热的压缩空气以9.6km3/h的流量通入反应炉内，将天然气和碳酸钾质量分数为1.5％的碳酸钾水溶液以2.08kg/h的流量送入反应炉内，在1900℃下进行燃烧反应；
(3)将80℃原料油预热4min至250℃，然后以2600kg/h的流量加入反应炉内进行裂解反应，反应25μs，产生炭黑烟气；
(4)将步骤(3)所述炭黑烟气进行两次急冷，第一次急冷，急冷水压力为1.3MPa，将炭黑烟气温度降至760℃，第二次急冷，急冷水压为0.7MPa，将炭黑烟气降温至260℃；
(5)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，再送至旋风分离器；采用湿法造粒，造粒水压力为0.3MPa，造粒后得到炭黑颗粒，粒径为0.5-1.4mm；最后在230℃下干燥，得到所述炭黑。
对本实施例所述炭黑制备的产品进行性能测试，测试结果如表3所示。
实施例3
本发明所述炭黑的一种实施例，本实施例所述炭黑的生产工艺包括如下步骤：
(1)将压缩空气过滤、除杂，先加热至100℃，再预热至650℃；
(2)将预热的压缩空气以9.8km3/h的流量通入反应炉内，将天然气和碳酸钾质量分数为2.0％的碳酸钾水溶液以1.87kg/h的流量送入反应炉内，在1900℃下进行燃烧反应；
(3)将80℃原料油预热4min至250℃，然后以2800kg/h的流量加入反应炉内进行裂解反应，反应15μs，产生炭黑烟气；
(4)将步骤(3)所述炭黑烟气进行两次急冷，第一次急冷，急冷水压力为0.7MPa，将炭黑烟气温度降至760℃，第二次急冷，急冷水压为1.3MPa，将炭黑烟气降温至260℃；
(5)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，再送至旋风分离器；采用湿法造粒，造粒水压力为0.3MPa，造粒后得到炭黑颗粒，粒径为0.5-1.4mm；最后在230℃下干燥，得到所述炭黑。
对本实施例所述炭黑制备的产品进行性能测试，测试结果如表3所示。
对比例1
对比例1为生产原料有别于本发明的炭黑，其生产所用原料油为蒽油，其余反应原料及生产工艺与实施例1相同。由对比例1制备的产品的性能测试结果如表3所示。
对比例2
对比例2为生产工艺有别于本发明的炭黑，在生产对比例2的过程中，压缩空气的入炉流量为8km3/h，其余生产工艺与实施例1相同。由对比例2制备的产品的性能测试结果如表3所示。
对比例3
对比例3为生产工艺有别于本发明的炭黑，其生产的炭黑烟气两次急冷水压均为0.5MPa，除此之外，其余生产工艺与实施例1相同。由对比例3制备的产品的性能测试结果如表3所示。
对比例4
对比例4为生产工艺有别于本发明的炭黑，在生产过程中，原料油的入炉流量为3500kg/h，碳酸钾水溶液的入炉流量为4.5kg/h，其余生产工艺与实施例1相同。由对比例4制备的产品的性能测试结果如表3所示。
表1炼胶配方
表2炭黑的性能测试标准
吸碘值和氮吸附表面积用于评估炭黑的比表面积，吸油值和着色强度用于表征炭黑结构、粒径。
表3炭黑产品的性能测试结果
从表1中可知，实施例1～3制品的压缩生热明显低于对比例1～4及N234，表明本发明公开的技术方案可有效缓解炭黑产品的生热情况；另外，实施例1～3制备的产品的DIN磨耗和300％定伸应力也明显优于对比例1～4，表明以本发明公开的生产工艺制备炭黑，其生产的产品更耐磨，并且具有较高的强度，有利于延长产品的使用寿命。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但并不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (6)
1.一种炭黑的生产工艺，其特征在于，所述生产工艺包括如下步骤：
（1）先将压缩空气过滤、除杂，再预热至600-660℃；
（2）将预热后的压缩空气、天然气和添加剂溶液送入反应炉内，在1900-1950℃下进行燃烧反应；其中，压缩空气进入反应炉的流量为9.6-10.0km3/h；
（3）将原料油预热至200-250℃，然后加入反应炉内进行裂解反应，产生炭黑烟气；其中，原料油的入炉压力为2.5-2.8MPa、入炉流量为2500-2800kg/h；
（4）将步骤（3）所述炭黑烟气进行两次急冷，第一次急冷在反应炉中进行，急冷水压力为0.7-1.3MPa，将炭黑烟气降温至750-770℃，然后使炭黑烟气依次经过空气预热器和原料油预热器，最后进行第二次急冷，第二次急冷的水压力为0.7-1.3MPa，使炭黑烟气进一步降温至250-270℃；
（5）收集急冷后的炭黑烟气，然后粉碎、造粒、干燥，得到所述炭黑；
所述原料油为乙烯油；所述添加剂溶液为碳酸钾的质量浓度为1.5~2.0%的碳酸钾溶液；所述原料油和添加剂溶液进入反应炉的流量比为（1000~1500）：1；所述原料油中，水的质量分数低于0.5%。
2.如权利要求1所述的炭黑的生产工艺，其特征在于，所述步骤（1）中，压缩空气预热前的温度为80-120℃，预热至600-660℃用时3-5s。
3.如权利要求1所述的炭黑的生产工艺，其特征在于，所述步骤（3）中，原料油预热前的温度为60-90℃，预热至200-250℃用时3-5分钟。
4.如权利要求1所述的炭黑的生产工艺，其特征在于，所述步骤（3）中，裂解时间为15-25μs。
5.如权利要求1所述的炭黑的生产工艺，其特征在于，所述步骤（5）中，采用湿法造粒，造粒水压力为0.2-0.4MPa，造粒得到的炭黑颗粒的粒径为0.5-1.4mm。
6.如权利要求1所述的炭黑的生产工艺，其特征在于，所述步骤（5）中，干燥温度为200-250℃。
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- 2020-08-26 CN CN202010874975.2A patent/CN112048196B/zh active Active
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Denomination of invention: A carbon black and its production process Effective date of registration: 20231116 Granted publication date: 20220222 Pledgee: Maoming Maonan sub branch of industrial and Commercial Bank of China Ltd. Pledgor: MAOMING HUANXING NEW MATERIAL Co.,Ltd. Registration number: Y2023980065831 |
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