乙炔炭黑生产方法及生产系统

技术领域

本发明涉及炭黑生产技术领域，尤其涉及一种乙炔炭黑生产方法及生产系统。

背景技术

乙炔炭黑(又称乙炔黑，Acetylene black)是由碳化钙法或石脑油(粗汽油)热解时副产气分解精制得到的纯度99％以上的乙炔,经连续热解后得到的炭黑。它与炉法炭黑相比其结晶及二次结构更为发达，故导电性和吸液性也更优良。由于重金属等杂质少，故自放电造成的损耗小，它主要用于镍氢电池负极，也可用于超级电容器，做导电体。

传统的乙炔炭黑生产方法是利用碳化钙与水反应后生产乙炔，乙炔再经过热解生成炭黑。但是利用电石生产乙炔黑的产率较低，导致利用电石生产炭黑的方法成本较高。

现有技术中，公开号为CN115181434A的中国发明公开了一种苯和乙炔混合制备炭黑的工艺方法及装置，将乙炔气体和苯气体分别通入到裂解炉进行燃烧反应得到炭黑和尾气，通过循环风机控制裂解炉内压强，并且将尾气再次通入到裂解炉进行截焰冷却，控制反应时间。通过控制苯蒸气的温度、反应温度、反应时间、控制苯和乙炔的通入时间，实现了苯和乙炔混合制备炭黑，利用苯气体和乙炔气体混合反应，降低电石的消耗量，提高炭黑生产的产量，降低生产成本。

上述专利中提及，苯的加入量为30％～20％，但实际生产过程中，当苯的加入量达到20％以上时，由于苯裂解成炭黑是一个吸热反应，所以当苯的反应量增大，尤其增大到25％以上时，如果不采取措施，裂解炉的温度难以维持在1600℃以上，会导致裂解反应没有办法进行完全反应，从而使得炭黑的品质不达标。

发明内容

基于此，本发明提供一种乙炔炭黑生产方法及生产系统，以解决现有技术中存在的当苯的蒸汽量增大到25％以上时，如果不采取措施，裂解炉的温度难以维持在1600℃以上，会导致裂解反应没有办法进行完全反应，从而使得炭黑的品质不达标的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种乙炔炭黑生产方法，包括：

a.向裂解炉中通入乙炔和苯，同时喷入助燃燃料气，乙炔和苯在裂解炉中反应，生成乙炔炭黑并产生部分含氢尾气，部分含氢尾气作为循环氢使用，部分含氢尾气存储至氢气柜中，其中，所述助燃燃料气来自于氢气柜中，所述苯进料的体积比为20％～30％。

优选的，所述苯进料的体积比为25％～30％。

优选的，所述裂解炉裂解温度为1600℃～1700℃。

一种乙炔炭黑生产系统，包括：

炭黑出料处理单元，所述炭黑出料处理单元包括裂解产物出料组件和压榨机，所述裂解产物出料组件包括乙炔裂解炉，所述乙炔裂解炉设置有乙炔进料管和苯进料管，所述乙炔裂解炉还设置有若干个燃料气喷头，燃料气喷头设置于乙炔裂解炉反应区内侧，所述裂解产物出料组件出料口连接所述压榨机进料口；

炭黑分离单元，所述炭黑分离单元包括气固分离器，所述气固分离器分离后产生乙炔炭黑成品和含氢尾气，所述气固分离器设置有含氢尾气出料管，所述含氢尾气出料管连接有氢气柜和乙炔裂解炉，所述氢气柜出料口连接所述燃料气喷头。

优选的，所述压榨机包括压榨机本体，所述压榨机本体包括壳体和贯穿壳体的旋转部件，所述壳体镶嵌有若干环形真空室，所述环形真空室内设置有过滤组件，环形真空室上还设置至少一个抽真空管，用于连接真空发生组件，所述抽真空管上设置有真空阀，真空阀的开度可调节。

优选的，所述环形真空室包括外壳和设置在外壳内的过滤组件，外壳焊接在所述壳体上，所述过滤组件内壁与壳体内壁平整。

优选的，所述过滤组件由至少一层金属烧结滤网组成，所述金属烧结滤网包括由内向外设置的第一烧结滤网，第二烧结滤网、第三烧结滤网，第一烧结滤网，第二烧结滤网、第三烧结滤网的孔径依次减小。

优选的，所述旋转部件包括转轴和沿转轴长度方向设置的螺旋叶片，螺旋叶片的螺距逐渐增大，叶片外径逐渐减小。

优选的，所述环形真空室数量为4-8个。

优选地，所述环形真空室外壁分别设置若干快速接口，连接有吹扫组件。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明设置的一种乙炔炭黑生产方法及生产系统，通过乙炔进料管和苯进料管，向裂解炉内通入乙炔和苯，乙炔和苯在裂解炉内发生发应，乙炔裂解炉中乙炔裂解得到的乙炔炭黑及尾气通过裂解产物出料组件被排入压榨机进行压缩，压缩后的炭黑被输入气固分离器进行气固分离，生成乙炔炭黑并产生部分含氢尾气，将部分含氢尾气作为循环氢使用，部分含氢尾气输送至氢气柜中，乙炔裂解炉设置有若干个燃料气喷头，当苯的量增大到在20％～30％时，氢气柜连接燃料气喷头，氢气柜中的含氢尾气作为助燃燃料气，通过燃料气喷头喷入裂解炉中，将乙炔裂解炉内的裂解温度维持在1600℃以上，乙炔和苯在乙炔裂解炉内可以完全反应，不影响乙炔炭黑的品质。

附图说明

图1为乙炔炭黑生产系统的结构示意图；

图2为乙炔炭黑压榨机的布置图；

图3为乙炔炭黑压榨机本体的剖面图；

图4为环形真空室剖面局部放大图。

图中：乙炔炭黑生产系统10、炭黑出料处理单元100、裂解产物出料组件110、乙炔裂解炉120、乙炔进料管121、苯进料管122、燃料气喷头123、压榨机130、壳体131、环形真空室140、抽真空管141、真空阀142、快速接口143、吹扫组件144、真空发生组件145、过滤组件150、第一烧结滤网151、第二烧结滤网152、第三烧结滤网153、旋转部件160、转轴170、螺旋叶片180、炭黑分离单元200、气固分离器210、含氢尾气出料管220、氢气柜230。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

一种乙炔炭黑生产方法，包括：

a.向裂解炉中通入乙炔和苯，同时喷入助燃燃料气，乙炔和苯在裂解炉中发生反应，生成乙炔炭黑并产生部分含氢尾气，部分含氢尾气作为循环氢使用，部分含氢尾气存储至氢气柜230中，当苯的量增大到在20％～30％时，尤其增大到25％～30％，将氢气柜230中的部分含氢尾气做为助燃燃料气输送至裂解炉中助燃，将乙炔裂解炉120内的裂解温度维持在1600℃～1700℃，乙炔和苯在乙炔裂解炉120内可以完全反应，不影响乙炔炭黑的品质，所述乙炔炭黑的放热量+氢气的放热量＝苯的吸热量。

一种乙炔炭黑生产系统10，包括：

炭黑出料处理单元100，所述炭黑出料处理单元100包括裂解产物出料组件110和压榨机130，所述裂解产物出料组件110包括乙炔裂解炉120，所述乙炔裂解炉120设置有乙炔进料管121和苯进料管122，所述乙炔裂解炉120还设置有若干个燃料气喷头123，燃料气喷头123设置于乙炔裂解炉120反应区内侧，所述裂解产物出料组件110出料口连接所述压榨机130进料口；

炭黑分离单元200，所述炭黑分离单元200包括气固分离器210，所述气固分离器210分离后产生乙炔炭黑成品和含氢尾气，所述气固分离器210设置有含氢尾气出料管220，所述含氢尾气出料管220连接有氢气柜230和乙炔裂解炉120，所述氢气柜230出料口连接所述燃料气喷头123。

一种乙炔炭黑生产方法及生产系统，通过乙炔进料管121和苯进料管122，向裂解炉内通入乙炔和苯，乙炔和苯在裂解炉内发生发应，乙炔裂解炉120中乙炔裂解得到的乙炔炭黑及尾气通过裂解产物出料组件110被排入压榨机130进行压缩，压缩后的炭黑被输入气固分离器210进行气固分离，生成乙炔炭黑并产生部分含氢尾气，将部分含氢尾气作为循环氢使用，部分含氢尾气输送至氢气柜230中，乙炔裂解炉120设置有若干个燃料气喷头123，当苯的量增大到在20％～30％时，氢气柜230连接燃料气喷头123，氢气柜230中的含氢尾气作为助燃燃料气，通过燃料气喷头123喷入裂解炉中，将乙炔裂解炉120内的裂解温度维持在1600℃以上，乙炔和苯在乙炔裂解炉120内可以完全反应，不影响乙炔炭黑的品质。

在一较佳实施方式中，所述压榨机130包括压榨机130本体，所述压榨机130本体包括壳体131和贯穿壳体131的旋转部件160，所述壳体131镶嵌有若干环形真空室140，所述环形真空室140内设置有过滤组件150，环形真空室140上还设置至少一个抽真空管141，用于连接真空发生组件145，所述抽真空管上设置有真空阀，真空阀的开度可调节。

在炭黑生产过程中，乙炔裂解炉120中乙炔裂解得到的乙炔炭黑及含氢尾气通过裂解产物出料组件110被排入压榨机130进行压缩，随着旋转部件160的旋转，炭黑进入压榨机130与壳体131挤压得到成品炭黑。压榨机130抽出的气体经水环真空泵排入大气。炭黑的生产工艺中，压榨机130气的作用主要为脱掉炭黑中的气体并进行压缩，脱掉炭黑中的气体是通过壳体131上的环形真空室140实现的。不同的生产线由于输送量和压轧机长度的不同，环形真空室140数量为可按设计调整，优选数量为4-8个。

在一较佳实施方式中，所述环形真空室140包括外壳和设置在外壳内的过滤组件150，外壳焊接在所述壳体131上，所述过滤组件150内壁与壳体131内壁平整。由于炭黑是一种轻、松而极细的黑色粉末，很容易和气体混为一体，将气体压缩向外排放时需先对其进行过滤，因此环形真空室140内设置有过滤组件150。

在一较佳实施方式中，所述过滤组件150由至少一层金属烧结滤网组成，所述金属烧结滤网包括由内向外设置的第一烧结滤网151，第二烧结滤网152、第三烧结滤网153，第一烧结滤网151，第二烧结滤网152、第三烧结滤网153的孔径依次减小。

过滤组件150由至少一层金属烧结滤网组成，滤网嵌入焊接在壳体131上，与壳体131内壁平整。金属烧结滤网是由金属丝交错叠加，真空烧结而成，从而形成一种均一而理想的过滤结构。滤网材质通常采用不锈钢金属丝，这种工艺制成的滤网，过滤精度、过滤阻抗、机械强度、耐磨性、耐热性和被加工性，综合性能明显优于其它类型的过滤材料。

由于金属烧结滤网能够用多层不锈钢金属丝网叠加压制，并且可以对材料的空隙大小、渗透性能和强度特性进行合理的匹配与设计，故在本发明的一个实施例中，从壳体131内壁由内到外依次设置第一烧结滤网151，第二烧结滤网152、第三烧结滤网153，每层烧结滤网的孔径由内到外依次从大到小，逐层过滤，以实现更好的过滤效果。在实际使用中，也可根据需求设置不同层数和孔径的金属烧结滤网。

在一较佳实施方式中，所述旋转部件160包括转轴170和沿转轴170长度方向设置的螺旋叶片180，螺旋叶片180的螺距逐渐增大，叶片外径逐渐减小。

旋转部件160为转轴170和沿转轴170长度方向设置的螺旋叶片180，螺旋叶片180的螺距逐渐增大，叶片外径逐渐减小，这样叶片与壳体131组成的压缩腔体积逐渐减小，当转轴170旋转时，带动螺旋叶片180旋转，在螺旋叶片180的作用的不断将物料推向出料口，由于压缩腔的体积在逐渐减小，从而达到压缩物料的作用。

在一较佳实施方式中，所述环形真空室140直径沿轴向逐渐减小，环形真空室140上的快速接口143数量逐渐减小。

为了提高压缩率，压榨机130壳体131的直径沿着轴向逐渐减小，同时环状真空室的直径也相应减小，加上螺旋叶片180直径的减小，压缩腔的体积变小，真空度增高，因此各环形真空室140上的抽真空管141数量也随之减少，这样来逐段平衡各真空室抽气的气体变量。

在一较佳实施方式中，所述环形真空室外壁分别设置若干快速接口143，连接有吹扫组件144。

吹扫组件144是利用流体力学的动压补偿方式，真实的在线反映各测点的压力值，吹扫的压力大于被测的压力，可以在设备运行过程中进行吹扫，也可以在停机维护的时候进行吹扫。通过吹扫，可以清理掉附着在金属烧结滤网上的炭黑颗粒，增加金属烧结滤网的透气效果，提高过滤通量，延长金属烧结滤网的使用寿命。同时也能对抽真空管9的管路进行清洁，使管路内气体的密度大幅减小，排气均匀可控。彻底解决了炭黑压轧过程中多粉尘和高温状态下抽真空管路的堵塞和金属烧结滤网通量降低的问题。同时也能对抽真空管9的管路进行清洁，使管路内气体的密度大幅减小，排气均匀可控。彻底解决了炭黑压轧过程中多粉尘和高温状态下抽真空管路的堵塞和金属烧结滤网通量降低的问题。

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。

对比例1

向裂解炉中通入乙炔和苯，苯加入裂解炉的体积为20％，裂解炉裂解温度为1650℃，乙炔和苯在裂解炉中发生反应，乙炔裂解得到乙炔炭黑及尾气，通过裂解产物出料组件110被排入压榨机130进行压缩，压缩后的炭黑被输入气固分离器210进行气固分离，生成乙炔炭黑并产生部分含氢尾气，部分含氢尾气作为循环氢使用，部分含氢尾气存储至氢气柜230中。乙炔和苯在乙炔裂解炉120内反应，裂解炉裂解温度过高，影响乙炔炭黑的品质，不符合国家标准。

对比例2

向裂解炉中通入乙炔和苯，苯加入裂解炉的体积为25％，裂解炉裂解温度为1550℃，乙炔和苯在裂解炉中发生反应，乙炔裂解得到乙炔炭黑及尾气，通过裂解产物出料组件110被排入压榨机130进行压缩，压缩后的炭黑被输入气固分离器210进行气固分离，生成乙炔炭黑并产生部分含氢尾气，部分含氢尾气作为循环氢使用，部分含氢尾气存储至氢气柜230中。乙炔和苯在乙炔裂解炉120内反应，裂解炉裂解温度过高，影响乙炔炭黑的品质，不符合国家标准。

对比例3

向裂解炉中通入乙炔和苯，苯加入裂解炉的体积为30％，裂解炉裂解温度为1460℃，乙炔和苯在裂解炉中发生反应，乙炔裂解得到乙炔炭黑及尾气，通过裂解产物出料组件110被排入压榨机130进行压缩，压缩后的炭黑被输入气固分离器210进行气固分离，生成乙炔炭黑并产生部分含氢尾气，部分含氢尾气作为循环氢使用，部分含氢尾气存储至氢气柜230中。乙炔和苯在乙炔裂解炉120内反应，裂解炉裂解温度过高，影响乙炔炭黑的品质，不符合国家标准。

实施例1

向裂解炉中通入乙炔和苯，同时喷入助燃燃料气，将助燃燃料气以苯加入裂解炉的体积为20％，燃料气加入量占苯的体积的10％，裂解炉裂解温度为1600℃，乙炔和苯在裂解炉中发生反应，乙炔裂解得到乙炔炭黑及尾气，通过裂解产物出料组件110被排入压榨机130进行压缩，压缩后的炭黑被输入气固分离器210进行气固分离，生成乙炔炭黑并产生部分含氢尾气，部分含氢尾气作为循环氢使用，部分含氢尾气存储至氢气柜230中，将氢气柜230中的部分含氢尾气做为助燃燃料气输送至裂解炉中助燃。乙炔和苯在乙炔裂解炉120内可以完全反应，不影响乙炔炭黑的品质，符合国家标准。

实施例2

向裂解炉中通入乙炔和苯，同时喷入助燃燃料气，苯加入裂解炉的体积为25％，燃料气加入量占苯的体积的15％，裂解炉裂解温度为1670℃，乙炔和苯在裂解炉中发生反应，乙炔裂解得到乙炔炭黑及尾气，通过裂解产物出料组件110被排入压榨机130进行压缩，压缩后的炭黑被输入气固分离器210进行气固分离，生成乙炔炭黑并产生部分含氢尾气，部分含氢尾气作为循环氢使用，部分含氢尾气存储至氢气柜230中，将氢气柜230中的部分含氢尾气做为助燃燃料气输送至裂解炉中助燃。乙炔和苯在乙炔裂解炉120内可以完全反应，不影响乙炔炭黑的品质，符合国家标准。

实施例3

向裂解炉中通入乙炔和苯，同时喷入助燃燃料气，苯加入裂解炉的体积为30％，燃料气加入量占苯的体积的20％，裂解炉裂解温度为1860℃，乙炔和苯在裂解炉中发生反应，乙炔裂解得到乙炔炭黑及尾气，通过裂解产物出料组件110被排入压榨机130进行压缩，压缩后的炭黑被输入气固分离器210进行气固分离，生成乙炔炭黑并产生部分含氢尾气，部分含氢尾气作为循环氢使用，部分含氢尾气存储至氢气柜230中，将氢气柜230中的部分含氢尾气做为助燃燃料气输送至裂解炉中助燃。乙炔和苯在乙炔裂解炉120内反应，裂解炉裂解温度太低，影响乙炔炭黑的品质，不符合国家标准。

表1：结果统计表

通过表1可以看出，当苯的加入量为20％时，裂解炉的裂解温度为；当苯的加入量为25％时，裂解炉的已经逐渐开始下降，裂解炉的裂解温度为；当苯的加入量为30％时，裂解炉的温度下降至，导致裂解炉裂解反应没有办法进行完全反应，从而使得炭黑的品质不达标；

向裂解炉中加入助燃燃料气时，裂解炉的裂解温度开始逐渐上升，当苯的加入量为20％时，裂解炉裂解温度为；当苯的加入量为25％时，裂解炉裂解温度为；当苯的加入量为30％时，裂解炉的裂解温度过高。由此可见，当苯的加入量为20％～25％时，向裂解炉中加入助燃燃料气，此时，裂解炉裂解温度维持在1600℃以上，乙炔和苯在乙炔裂解炉120内可以完全反应，不影响乙炔炭黑的品质，符合国家标准。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。