一种新型环保高纯炭黑反应炉及环保高纯炭黑的生产方法

技术领域

本发明涉及炭黑生产技术领域，特别涉及一种新型环保高纯炭黑反应炉及环保高纯炭黑的生产方法。

背景技术

炭黑是橡胶补强填充剂，目前约产量90％的炭黑用于橡胶工业。通常炭黑的制备是在炉式反应器中通过用热燃烧气使烃原料热解从而生产出含有颗粒炭黑的燃烧产物。

炭黑的纯净度可以分为物理纯净度和化学纯净度两类。物理纯净度是指炭黑中的杂质，包括焦粒和其它机械夹杂物、含量的多少，通常采用45μm筛余物来测定。超高纯橡胶制品专用炭黑，主要要求纯净度高(45μm筛余物低)，黑度高、着色力强、分散均匀等，在运用中表现为橡胶制品表面光滑，无气泡、麻点，外观好，耐候性好。

现有技术中的炭黑反应炉制备的超高纯橡胶制品专用炭黑，炭黑质量差，主要表现为45μm筛余物含量较高，国内同类产品与国际先进企业生产的产品在性能指标上有较大差距。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种新型环保高纯炭黑反应炉及环保高纯炭黑的生产方法，进一步降低45μm筛余物含量，提高炭黑的物理纯净度。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种新型环保高纯炭黑反应炉，包括燃烧室、反应段以及急冷段；所述燃烧室设置有多级，且燃烧室分别依次对应连接有反应段；在燃烧室上设有空气进气口和燃料油喷枪；多个所述反应段的出口末端均汇集连接至急冷段；所述燃烧室呈中空圆柱状；所述反应段呈中空圆台状，且直径较小的端面朝向所述燃烧室，直径较大的端面朝向所述急冷段；所述燃烧室和反应段同轴布置，且反应段的轴线平行于所述急冷段在水平方向上的轴线；所述反应段之间在竖直方向上呈一字型排布；每个所述燃烧室上均设有多排原料油枪；每个所述反应段上均开设有多排氧化剂喷枪。

优选的，所述反应段设置有3-6段。

优选的，所述氧化剂喷枪垂直于所述反应段的侧壁。

优选的，所述氧化剂喷枪设置有2-3排。

优选的，每排所述原料油枪设置有3-6支。

本发明还提供了一种环保高纯炭黑的生产方法，使用上述所述的炭黑反应炉进行环保高纯炭黑的生产。

本发明的有益效果是：

本发明中的炭黑反应炉，多个燃烧室的设置，实现了原料油的多级燃烧；燃烧室上设有的多排原料油枪，实现了原料油的多点喷射；反应段上依次开设有多排氧化剂喷枪，进行多点氧化喷射；特别地，本发明中的反应段采用中空圆台状设计，且燃烧室和反应段同轴布置，同时反应段的轴线平行于急冷段水平方向上的轴线，更为关键的，反应段之间在竖直方向上呈一字型排布；通过采用上述设计，在多级燃烧、多点喷射以及多级氧化的基础上，制备的炭黑产品中，45μm筛余物含量可低至15mg/kg，显著提高了炭黑的物理纯净度，完全超出预料水平，炭黑的物理纯净度达到国内领先的水平，可与国际企业生产的炭黑产品相媲美。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中，1-燃烧室，2-反应段，3-急冷段，4-原料油枪，5-氧化剂喷枪，6-空气进气口，7-燃料油喷枪。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，一种新型环保高纯炭黑反应炉，包括燃烧室1、反应段2以及急冷段3；所述燃烧室1设置有多级，且燃烧室1分别依次对应连接有反应段2；在燃烧室1上设有空气进气口6和燃料油喷枪7；多个所述反应段2的出口末端均汇集连接至急冷段3；所述燃烧室1呈中空圆柱状；所述反应段2呈中空圆台状，且直径较小的端面朝向所述燃烧室1，直径较大的端面朝向所述急冷段3；所述燃烧室1和反应段2同轴布置，且反应段2的轴线平行于所述急冷段3在水平方向上的轴线；所述反应段2之间在竖直方向上呈一字型排布；每个所述燃烧室1上均设有多排原料油枪4；每个所述反应段2上均开设有多排氧化剂喷枪5。

优选的，所述反应段2设置有3-6段。图1中所示为3段。

本发明中通过原料油枪4可向多级燃烧室1中喷入原料油，实现原料油的多级燃烧、多点喷射；通过氧化剂喷枪5则可向每个所述反应段2中喷入氧化剂，从而可实现对燃烧气流的多级喷射和氧化。

特别地，本发明中的反应段2采用中空圆台状设计，且燃烧室1和反应段2同轴布置，同时反应段2的轴线平行于急冷段3水平方向上的轴线；所述反应段2之间在竖直方向上呈一字型排布；通过采用上述设计，在多级燃烧、多点喷射以及多级氧化的基础上，可进一步提高燃烧效果、反应更加充分；

优选的，所述氧化剂喷枪5垂直于所述反应段2的侧壁。

优选的，所述氧化剂喷枪5设置有2-3排。

优选的，每排所述原料油枪4设置有3-6支。

为了使本领域技术人员详细了解本发明的生产工艺和技术效果，下面以具体的生产实例来进一步介绍本发明的应用和技术效果。

利用本发明中炭黑反应炉制备型号为YFG503的高纯环保炭黑的方法，包括以下步骤：

(1)将预热后的空气、原料油以及燃料油分别喷入到燃烧室1中，其中，每级燃烧室3中原料油的喷入量、燃料油的喷入量以及空气通入量均一致，并具体如下：原料油的喷入量为975kg/h，燃料油的喷入量为150kg/h，空气进气口6预热空气的通入量为2850Nm3/h，空气的预热温度为950℃，原料油的预热温度为250℃，原料油的入炉压力为2.5MPa；

(2)所述燃料油、原料油和空气分别在反应段2进行反应，形成炭黑烟气混合燃烧气流，然后该燃烧气流经过急冷段3急冷后，得到炭黑；需要说明的是，本发明设备和工艺中的急冷段选用常规炭黑反应炉的即可，本发明不作进一步的限制，本领域技术人员应该能够理解。

YFG503型号炭黑成品的质量如下表所示：

从表中可以看出，利用本发明中的炭黑反应炉进行炭黑的生产，所得炭黑成品中45μm筛余物含量达到了极低的技术水平，低至低至15mg/kg，说明该炭黑反应炉显著提高了炭黑产品的纯净度，该45μm筛余物含量水平在国内处于领先，可与国际企业生产的炭黑产品相媲美。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。