油爐法炭黑反應裝置及其反應方法與流程
2023-06-18 16:25:51 2
本發明涉及炭黑反應裝置領域，具體是一種油爐法炭黑反應裝置及其反應方法。
背景技術：
公知的油爐法炭黑生產方法是，燃料油或氣與氧化劑混合後進行燃燒，產生高溫煙氣，在高溫煙氣尾部噴入原料烴，原料烴接觸到高溫煙氣後迅速裂解成炭黑和氫氣，由於高溫煙氣中含有一定量的氧氣，該氧氣一部分與炭黑反應生產一氧化碳和二氧化碳，造成炭黑收率下降，同時部分氧氣還與氫氣發生反應生成化合水。
其化學反應方程式為：
2C+O2＝2CO
C+O2＝CO2
2H2+O2＝2H2O
專利ZL201510675935.4提供了一種高比重原料油生產炭黑的方法，其特徵是，使用的燃氣比例為50-90％，比重為為不小1.2的原料油佔比例為10-50％，控制原料油預熱溫度在150-300℃範圍內燃氣燃燒後產生的煙氣中氧氣含量要控制在10％-5％範圍內，煙氣的溫度達到1800-1900℃，在原料油進入反應爐內同1800-1900℃高溫煙氣反應裂解，生成炭黑。
專利ZL201110105714.5提供了一種炭黑生產改進工藝，其特徵在於，在炭黑生產過程中的產品炭黑冷卻之前，加入含二氧化碳的混合氣體，由此提高含炭原料轉化成單質炭的轉化率。
技術實現要素：
本發明提供了一種油爐法炭黑反應裝置及其反應方法，解決了高溫燃燒煙氣與炭黑直接接觸時發生反應產生二氧化碳和一氧化碳而導致炭黑收率下降的難題，同時解決了急冷水直接冷卻炭黑終止反應導致炭黑的多環芳烴含量高的問題。
本發明提供的油爐法炭黑反應裝置包括開有原料入口和反應出口的炭黑反應器，燃燒爐炭黑反應器外壁靠近原料入口處設有高溫外腔，炭黑反應器外壁靠近出口處設有冷卻外腔；炭黑反應器的反應出口與固氣分離器連接，固氣分離器開有三個出口，包括兩個氫氣出口和一個炭黑出口，其中第一氫氣出口依次通過第一風機、燃燒爐連接到高溫外腔，第二氫氣出口通過第二風機連接到原料入口。
進一步改進，所述的炭黑反應器內直徑為200-320㎜，冷卻外腔距離原料入口的距離為8-15米。
進一步改進，所述的冷卻外腔連接有冷卻循環管道。
本發明還提供了一種油爐法炭黑反應裝置的反應方法，包括以下步驟：
1)將燃料油或燃料氣混合氧化劑在燃燒爐內進行燃燒，控制燃燒煙氣的溫度為1900-2200℃，然後使該高溫煙氣通入炭黑反應器的高溫外腔中，高溫煙氣將高溫外腔加熱到1500-1900℃；
2)從炭黑反應器的原料入口中噴入霧狀原料油，霧狀原料油壓力為3.0-4.0MPa,溫度控制為300-360℃,原料油受到高溫外腔1500-1900℃高溫熱輻射和熱傳導後裂解成炭黑和氫氣混合物，炭黑反應方程式為2CnHm＝2Cn+mH2；
3)炭黑和氫氣混合物通過冷卻外腔進行間接冷卻，溫降速率為300-400℃/秒，終止炭黑裂解反應過程，冷卻後的炭黑和氫氣混合物通過反應出口進入固氣分離器進行分離，分離出的固體即本發明的炭黑，分離出的氣體為氫氣；
4)分離出的氫氣的50％通過第一風機加壓到0.02-0.03Mpa，輸送到燃燒爐，用作燃燒爐的補充燃料；
5)分離出的氫氣的50％通過第二風機加壓到0.03-0.05Mpa，輸送到炭黑反應爐的原料入口，對炭黑反應爐內的炭黑進行氣流輸送，氣流輸送速度控制在50-70米/秒。
進一步改進，步驟3)所述的間接冷卻過程中，冷卻外腔產生的水蒸氣通過冷卻循環管道後連接回冷卻外腔中，循環使用。
本發明有益效果在於：
1、裂解原料油的高溫煙氣不與原料烴直接接觸，而採用間接接觸法裂解原料油生產低芳烴含量和高收率的炭黑產品，同時終止炭黑反應的方式是取消急冷水直接與炭黑煙氣直接接觸，採用間接接觸法終止炭黑反應的方法，達到提高炭黑收率和降低炭黑多環芳烴含量的目的。
2、產生的氫氣能夠用作燃燒爐的補充燃料以及對炭黑反應爐內的炭黑進行氣流輸送，節約燃料油或燃料氣，達到能源綜合利用的目的。
3、冷卻外腔產生的水蒸氣能夠循環利用，節約能源。
附圖說明
圖1為本發明結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明。
本發明提供的油爐法炭黑反應裝置結構如圖1所示，包括開有原料入口和反應出口的炭黑反應器2，燃燒爐炭黑反應器2外壁靠近原料入口處設有高溫外腔1，炭黑反應器2外壁靠近出口處設有冷卻外腔3；炭黑反應器2的反應出口與固氣分離器連接，固氣分離器開有三個出口，包括兩個氫氣出口和一個炭黑出口，其中第一氫氣出口依次通過第一風機、燃燒爐連接到高溫外腔1，第二氫氣出口通過第二風機連接到原料入口。
進一步改進，所述的炭黑反應器2內直徑為200-320㎜，冷卻外腔3距離原料入口的距離為8-15米，冷卻外腔3連接有冷卻循環管道。
本發明還提供了一種油爐法炭黑反應裝置的反應方法，包括以下步驟：
1)將燃料油或燃料氣混合氧化劑在燃燒爐內進行燃燒，控制燃燒煙氣的溫度為1900-2200℃，然後使該高溫煙氣通入炭黑反應器的高溫外腔中，高溫煙氣將高溫外腔加熱到1500-1900℃；
2)從炭黑反應器的原料入口中噴入霧狀原料油，霧狀原料油壓力為3.0-4.0MPa,溫度控制為300-360℃,原料油受到高溫外腔1500-1900℃高溫熱輻射和熱傳導後裂解成炭黑和氫氣混合物，炭黑反應方程式為2CnHm＝2Cn+mH2；
3)炭黑和氫氣混合物通過冷卻外腔進行間接冷卻，溫降速率為300-400℃/秒，終止炭黑裂解反應過程，冷卻後的炭黑和氫氣混合物通過反應出口進入固氣分離器進行分離，分離出的固體即本發明的炭黑，分離出的氣體為氫氣；
4)分離出的氫氣的50％通過第一風機加壓到0.02-0.03Mpa，輸送到燃燒爐，用作燃燒爐的補充燃料；
5)分離出的氫氣的50％通過第二風機加壓到0.03-0.05Mpa，輸送到炭黑反應爐的原料入口，對炭黑反應爐內的炭黑進行氣流輸送，氣流輸送速度控制在50-70米/秒。
進一步改進，步驟3)所述的間接冷卻過程中，水冷卻外腔外壁四周吸熱，迅速降低反應器溫度，水吸熱後產生的蒸汽通過冷卻循環管道後連接回冷卻外腔中，循環使用。
實施例一
表1中為本發明實施例一與現有技術參數對比，採用本發明裝置生產的炭黑收率提高了12.31％，18PAHS含量下降了99.61％，45μm篩餘物下降了76.32％。
表1：製造炭黑規格：N234
實施例二
表2中為本發明實施例二與現有技術參數對比，採用本發明裝置生產的炭黑收率提高了18.63％，18PAHS含量下降了97.40％，45μm篩餘物下降了78.69％。
表2：製造炭黑規N550
本發明具體應用途徑很多，以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進，這些改進也應視為本發明的保護範圍。