專利名稱：一種多喉管炭黑反應(yīng)爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于橡膠用炭黑技術(shù)領(lǐng)域，進(jìn)ー步說是輪胎面炭黑制造設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及生產(chǎn)N100、N200、N300系列炭黑的反應(yīng)爐。
背景技術(shù)：
炭黑制造過程中的所有設(shè)備，特別是炭黑生產(chǎn)中應(yīng)用到的炭黑反應(yīng)爐是炭黑生產(chǎn)裝置的核心設(shè)備。炭黑反應(yīng)爐在化學(xué)エ業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中，是ー種反應(yīng)溫度高、熱負(fù)荷強(qiáng)度大、反應(yīng)條件苛刻的反應(yīng)器之一。幾乎炭黑生產(chǎn)技術(shù)的每一次重大進(jìn)步都直接或間接地涉及到炭黑反應(yīng)器的改進(jìn)。炭黑反應(yīng)器的試驗(yàn)研究和設(shè)計(jì)開發(fā)是以提高炭黑單爐產(chǎn)量和效率、提高反應(yīng)器熱強(qiáng)度，強(qiáng)化炭黑生成反應(yīng)為終極目標(biāo)的。通常的炭黑是采用爐法制造的炭黑，分為胎面炭黑和胎體炭黑，在行業(yè)里面又稱為:硬質(zhì)炭黑和軟質(zhì)炭黑，而爐法胎面炭黑制造方法一般有兩種。一種是不分燃料油和原料油，由炭黑反應(yīng)爐軸向進(jìn)入。油料在過程(助燃)空氣的作用下部分油料燃燒提供剰余部分油料裂解的熱動(dòng)能，生成炭黑和煙氣的混合物。另ー種是燃料油(氣)在炭黑反應(yīng)爐燃燒段完全燃燒，提供原料油裂解的熱動(dòng)能，在喉管段徑向注入原料油霧化混合，在反應(yīng)段裂解生成炭黑和煙氣的混合物。上述兩種方法，炭黑和煙氣的混合物均在急冷段被急冷水終止炭黑反應(yīng)。爐法炭黑生產(chǎn)至今，經(jīng)歷了五個(gè)階段:第一代炭黑反應(yīng)器:單室/雙室炭黑反應(yīng)爐；第二代炭黑反應(yīng)器:新エ藝炭黑反應(yīng)爐；第三代炭黑反應(yīng)器:低滯后炭黑的炭黑反應(yīng)爐；第四代炭黑反應(yīng)器:大型化新エ藝炭黑反應(yīng)爐；第五代炭黑反應(yīng)器:納米結(jié)構(gòu)炭黑/多相炭黑反應(yīng)爐。目前使用的炭黑反應(yīng)爐的主流是第四代炭黑反應(yīng)器:大型化新エ藝炭黑反應(yīng)爐。它是在第二代炭黑反應(yīng)爐一新エ藝炭黑反應(yīng)器基礎(chǔ)上的改進(jìn)放大型反應(yīng)爐。隨著炭黑エ業(yè)的發(fā)展，單爐產(chǎn)量在逐漸提高。單爐產(chǎn)量由年產(chǎn)5kt的炭黑反應(yīng)爐發(fā)展到年產(chǎn)60kt的大型化炭黑反應(yīng)爐。隨著單爐產(chǎn)量的増加，通常擴(kuò)大產(chǎn)能的辦法是増大反應(yīng)爐尺寸。反應(yīng)爐燃燒段尺寸增大，帶來熱負(fù)荷的均勻度提高，提高了有利于原料油裂解的熱動(dòng)能；喉管段尺寸的增大，在喉管中心軸線部位的低濃度油霧區(qū)擴(kuò)大，不利于原料油的霧化和混合；反應(yīng)段尺寸的増大，引起炭黑生成的熱溫度場(chǎng)和動(dòng)力場(chǎng)的不均勻度增加，影響了炭黑的形態(tài)的同一性；急冷段尺寸的増大，使慣常采用徑向水槍噴射的急冷水不能整個(gè)封堵急冷段截面，引起終止反應(yīng)時(shí)間差異，影響到炭黑的形態(tài)和質(zhì)量。 特別是生產(chǎn)按照新國(guó)標(biāo)3778-2011標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的N100、N200、N300系列炭黑的時(shí)候，由于エ藝和設(shè)備的問題，一直不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的中值要求，其產(chǎn)品的主要質(zhì)量指標(biāo)均在標(biāo)準(zhǔn)要求的下限甚至以下，在該標(biāo)準(zhǔn)未實(shí)施前勉強(qiáng)達(dá)標(biāo)，新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施以后，則基本都判為不合格產(chǎn)品。為了能生產(chǎn)合格的炭黑產(chǎn)品，一般都是采用高質(zhì)量的蒽油作為原料油，這樣成本上升，質(zhì)量也因?yàn)樘亢诋a(chǎn)品不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的中值而極不穩(wěn)定?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)一般的炭黑生產(chǎn)方法是采用蒽油和煤焦油蒸餾后的塔底油參雜形成炭黑油，來制造橡膠用胎面炭黒，但是質(zhì)量很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，特別是采用了新的國(guó)標(biāo)以后，原有的エ藝基本沒有達(dá)到中值的合格產(chǎn)品產(chǎn)出。而且由于反應(yīng)爐尺寸増大，帶來的產(chǎn)品質(zhì)量下降的問題無法克服，因此，為了擴(kuò)大產(chǎn)能一般采用多爐并聯(lián)。即多個(gè)炭黑反應(yīng)爐在反應(yīng)爐后或在空氣預(yù)熱器后并聯(lián)，也有的在進(jìn)入主袋濾器前并聯(lián)。這樣既増大設(shè)備占地面積，又増加了裝置投資，降低了經(jīng)濟(jì)效益。無論是增加炭黑反應(yīng)爐的尺寸還是采用并聯(lián)炭黑反應(yīng)爐的生產(chǎn)エ藝，至今為止，炭黑反應(yīng)爐的結(jié)構(gòu)一直是ー個(gè)反應(yīng)爐ー個(gè)喉管的單ー喉管結(jié)構(gòu)形式。為了改變這種狀態(tài)，本發(fā)明的發(fā)明人做了大量的研究和試驗(yàn)，提出了本發(fā)明的發(fā)明目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是為了克服上述増加炭黑產(chǎn)量就必須增加炭黑反應(yīng)爐的尺寸或者并聯(lián)炭黑反應(yīng)爐的行業(yè)觀念，改變炭黑反應(yīng)爐的結(jié)構(gòu)一直是ー個(gè)反應(yīng)爐ー個(gè)喉管的單一喉管結(jié)構(gòu)形式的傳統(tǒng)觀念。即提供一種多喉管炭黑反應(yīng)爐。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的，該多喉管炭黑反應(yīng)爐，具有燃燒段(3)，漸縮導(dǎo)流段(4)，喉管段(6)，反應(yīng)段(8)，急冷段(9)，滯留段(10)組成，其特征在于喉管段
(6)的喉管(14)的數(shù)量為2個(gè)或者2個(gè)以上。這樣的結(jié)構(gòu)即可以順利生產(chǎn)硬質(zhì)炭黑，而不需要改變其他裝置。本發(fā)明的有益的技術(shù)效果是:炭黑反應(yīng)爐喉管段由一孔改變成多孔，多孔反應(yīng)段與多喉管段相對(duì)應(yīng)，原料油分別進(jìn)入每ー個(gè)喉管。改變了傳統(tǒng)的一個(gè)炭黑反應(yīng)爐只能ー個(gè)喉管的反應(yīng)爐模式；改善了大直徑喉管原料油霧化混合不均勻造成的產(chǎn)品質(zhì)量缺欠問題；可使用較低質(zhì)量的炭黑原料油料生產(chǎn)高檔炭黑，達(dá)到有效利用資源，降低成本，提升經(jīng)濟(jì)效益的效果，本發(fā)明專利特別適合于胎面炭黑生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。


附圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，附圖2是附圖1的4喉管剖面圖，附圖3是附圖1的3喉管剖面圖，附圖4是附圖1的2喉管剖面圖，附圖5是附圖1的2喉管的另ー種結(jié)構(gòu)剖面圖。多于4個(gè)喉管的結(jié)構(gòu)從上面的附圖2 5中即可以推斷出來，即喉管的位置相對(duì)于喉管段的軸線方向上均勻排列布置。在附圖中的序號(hào)為:1、空氣分配器，2、燃料噴槍，
3、燃燒段，4、漸縮導(dǎo)流段，5、多孔喉管導(dǎo)流段，6、喉管段，7、冷卻液出口，8、多孔反應(yīng)段，9、急冷段，10、滯留段，11、冷卻液入口，12、原料噴槍，13、急冷液槍，14、喉管，15、反應(yīng)管，21、燃料噴槍。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖中給出的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和使用進(jìn)行詳細(xì)說明。參照附圖，附圖1和附圖2構(gòu)成ー個(gè)4喉管組成的實(shí)施例；附圖1和附圖3組成ー個(gè)3喉管的實(shí)施例，附圖1和附圖4組成ー個(gè)2喉管且喉管段外形結(jié)構(gòu)為橢圓形的實(shí)施例；附圖1和附圖5組成2喉管的另ー種喉管段結(jié)構(gòu)形式的實(shí)施例。至于多于4個(gè)喉管的實(shí)施例，從上述4種結(jié)構(gòu)中即可以順序推論出來。從附圖中可以清楚地看出，該種多喉管炭黑反應(yīng)爐，具有燃燒段
(3)，漸縮導(dǎo)流段(4)喉管段(6)，反應(yīng)段(8)，急冷段(9)，滯留段(10)組成，其特征在于喉管段(6)的喉管(14)的數(shù)量為2個(gè)或者2個(gè)以上。為了提高熱動(dòng)能的效率，所說的喉管段(6)的前部與燃燒段(3)后部的漸縮導(dǎo)流段(4)之間具有與喉管(14)數(shù)量對(duì)應(yīng)的多孔喉管導(dǎo)流段(5)。為了增加炭黑的反應(yīng)效率，在所說的反應(yīng)段(8)內(nèi)部具有與喉管段(6)的喉管數(shù)量相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)管(15)。為了提高炭黑反應(yīng)的效率，控制喉管的反應(yīng)精細(xì)程度，將所說的喉管的數(shù)量控制為2-12個(gè)。為了適應(yīng)目前的軟件控制程序的特點(diǎn)，經(jīng)過優(yōu)化，所說的喉管的數(shù)量為2-6個(gè)。為了適應(yīng)多喉管炭黑反應(yīng)爐的實(shí)際生產(chǎn)要求，在所說的喉管段(6)的多喉管外面具有ー個(gè)具有冷卻液出ロ(7)和冷卻液入口(11)的冷卻水套。以在喉管段采用液體冷卻，液體為水、導(dǎo)熱油或其它比熱較大、沸點(diǎn)較高的液態(tài)物質(zhì)。因此，喉管段可以采用鋼材制作，從而可以方便的實(shí)現(xiàn)從2個(gè)喉管直到12個(gè)甚至20個(gè)喉管均勻或者不均勻排列的結(jié)構(gòu)要求。 所說的急冷段(9)內(nèi)的急冷水槍(13)是由徑向噴射水槍和軸向噴射水槍構(gòu)成的急冷水槍組合。在急冷段形成徑向水槍和軸向水槍組成的屏蔽式冷卻面，能夠等時(shí)終止炭黑的反應(yīng)，使得炭黑在該段形成需要的顆粒以及其他要求的形狀。所說的燃燒段(3)的燃料噴槍(21)垂直于燃燒段的軸線，在燃燒段的圓周方向呈徑向排列。這種排列形式，可以充分利用預(yù)熱空氣的熱能和與預(yù)熱的空氣充分混合。比較単獨(dú)的軸向噴油槍或者噴氣槍具有更好的燃燒效果和為炭黑反應(yīng)提供更大的熱動(dòng)能強(qiáng)度。也可以采用軸向噴槍(2)和徑向噴槍(21)組合的結(jié)構(gòu)形式。所說的原料噴槍(12)為繞喉管圓周徑向布置的原料噴槍組。原料噴槍一般是炭黑油噴槍，可以通過不同的組合方式產(chǎn)生不同強(qiáng)度的噴射量。本專利的裝置，可以應(yīng)用于目前的立式、臥式等各種結(jié)構(gòu)形式的反應(yīng)爐的建造上，從結(jié)構(gòu)上可以完全取代。更深一歩，在原碳黑反應(yīng)爐的基礎(chǔ)上，經(jīng)過部分燃燒段、喉管段、反應(yīng)段的有限結(jié)構(gòu)改造，即可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)符合GB3778-2011標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定要求的產(chǎn)品。由該反應(yīng)爐生產(chǎn)的炭黑，一般為橡膠用炭黑中的胎面炭黑，也就是通常行業(yè)中所謂的硬質(zhì)炭黑。按照國(guó)標(biāo)3778-2011中的規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，屬于N100、N200、N300系列的炭黑。本發(fā)明的裝置，完全采用炭黑油，既可以制造出符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的N200和N300系列的橡膠胎面用炭黒。從能源利用的角度來講，完全取代了昂貴的蒽油生產(chǎn)硬質(zhì)炭黑，且可以穩(wěn)定達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，產(chǎn)生了意想不到的效果。本專利的事實(shí)，克服了一直以來炭黑反應(yīng)爐只能一爐ー喉管的技術(shù)偏見，而且也克服了炭黑行業(yè)中一直存在的低質(zhì)量的炭黑油不能単獨(dú)生產(chǎn)高質(zhì)量的硬質(zhì)炭黑的行業(yè)偏見?？傊?，通過本專利的實(shí)施，可使用較低質(zhì)量的油料生產(chǎn)高檔炭黑，達(dá)到有效利用資源，降低成本，提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于整個(gè)社會(huì)來講，產(chǎn)生了極大的節(jié)約和能源再利用的社會(huì)效益，具有極大的推廣應(yīng)用價(jià)值。
下面給出年產(chǎn)4萬噸不同種類硬質(zhì)炭黑的技術(shù)參數(shù)，以對(duì)本專利的裝置產(chǎn)生的效果提供具體的技術(shù)指標(biāo)參考。
權(quán)利要求
1.一種多喉管炭黑反應(yīng)爐，具有燃燒段(3)，漸縮導(dǎo)流段(4)喉管段(6)，反應(yīng)段(8)，急冷段(9)，滯留段(10)組成，其特征在于喉管段(6)的喉管(14)的數(shù)量為2個(gè)或者2個(gè)以上。
2.按照權(quán)利要求1所述的ー種多喉管炭黑反應(yīng)爐，其特征在于所說的喉管段(6)的前部與燃燒段(3)后部的漸縮導(dǎo)流段(4)之間具有與喉管(14)數(shù)量對(duì)應(yīng)的多孔喉管導(dǎo)流段 (5)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的ー種多喉管炭黑反應(yīng)爐，其特征在于所說的反應(yīng)段(8)內(nèi)部具有與喉管段(6)的喉管數(shù)量相對(duì)應(yīng)的反應(yīng)管(15)。
4.按照權(quán)利要求1或2或3所述的ー種多喉管炭黑反應(yīng)爐，其特征在于所說的喉管的數(shù)量為2-12個(gè)。
5.按照權(quán)利要求4所述的ー種多喉管炭黑反應(yīng)爐，其特征在于所說的喉管的數(shù)量為2-6 個(gè)。
6.按照權(quán)利要求1或2或3所述的ー種多喉管炭黑反應(yīng)爐，其特征在于所說的喉管段(6)的多喉管外面具有ー個(gè)具有冷卻液入口(11)和冷卻液出ロ(7)的冷卻液套。
7.按照權(quán)利要求1或2或3所述的ー種多喉管炭黑反應(yīng)爐，其特征在于所說的急冷段(9 )內(nèi)的急冷水槍(13 )是由徑向噴射水槍和軸向噴射水槍構(gòu)成的在同ー截面或不同截面布置的急冷水槍組合。
8.按照權(quán)利要求1所述的ー種多喉管炭黑反應(yīng)爐，其特征在于所說的燃燒段(3)的燃料噴槍(21)垂直于燃燒段的軸線，在燃燒段的軸向呈徑向排列或平行于燃燒段的軸線的一個(gè)或多于ー個(gè)的燃料噴槍(2 )。
9.按照權(quán)利要求1或2或3所述的ー種多喉管炭黑反應(yīng)爐，其特征在于所說的原料噴槍(12)為繞喉管圓周徑向布置的原料噴槍組。
10.按照權(quán)利要求1所述的ー種多喉管炭黑反應(yīng)爐，其特征在于由該反應(yīng)爐生產(chǎn)的炭mTfrr o
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多喉管炭黑反應(yīng)爐，具有燃燒段(3)，漸縮導(dǎo)流段(4)喉管段(6)，反應(yīng)段(8)，急冷段(9)，滯留段(10)組成，其特征在于喉管段(6)的喉管(14)的數(shù)量為2個(gè)或者2個(gè)以上。其優(yōu)點(diǎn)是過程(助燃)空氣從反應(yīng)爐燃燒段端部進(jìn)入；炭黑反應(yīng)爐喉管段由一孔改變成多孔，多孔反應(yīng)段與多喉管段相對(duì)應(yīng),原料油分別進(jìn)入每一個(gè)喉管。改變了傳統(tǒng)的一個(gè)炭黑反應(yīng)爐一個(gè)喉管的反應(yīng)爐模式；改善了大直徑喉管原料油霧化混合不善，產(chǎn)品質(zhì)量缺欠問題；可使用較低質(zhì)量的油料生產(chǎn)高檔炭黑，達(dá)到有效利用資源，降低成本，提升經(jīng)濟(jì)效益的效果；本發(fā)明特別適合于胎面炭黑生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C09C1/50GK103113764SQ20131004761
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月6日
發(fā)明者李學(xué)波, 郭玉亮, 崔鶴齡, 黃敬彬, 魯公勝 申請(qǐng)人:青州市博奧炭黑有限責(zé)任公司