专利名称：利用热裂黑炭黑裂解氢气生产半补强炭黑的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种炭黑生产设备和方法，特别涉及一种半补强炭黑生产的设备和方法。
背景技术：
半补强炭黑是以天然气为原料在缺氧不完全燃烧，部分天然气在1400°C至1100°c裂解生成，该炭黑具有独特的品质，在橡胶、机械、冶金、塑料等领域广泛的用途.目前，所有生产半补强炭黑的关键设备反应炉，普遍采用双炉头结构，如图1和图2所示，依次包括炉头1、炉膛2和烟道反应室3，烟道反应室3后段设置有急冷水进口 4，每个炉头I前端均设置有天然气进口 5、空气进口 6和喷燃器7，用于提供燃料的天然气和待裂解的天然气均从天然气进口 5进入，且为同样的天然气，而助燃空气从空气进口 6切向旋转进入炉膛2，全部天然气〔原料天然气、燃料天然气〕经火嘴喷入炉膛2，边燃烧边裂解，高温混合气经三岔口进入烟道反应室3，继续裂解反应后喷急冷水终止反应，其单炉产量只有210kg/h，而且存在调整产品质量手段不多、能耗高、余热综合利用程度不高等缺陷。另外，目前生产半补强炭黑的燃料来源主要是天然气，其成本相对较高，且天然气属于不可再生资源，新疆雅克拉炭黑有限公司多年从事半补强炭黑生产，又新建2000t/a热裂法炭黑生产线，热裂法生产炭黑，会产生大量的富氢气气体，即本申请所述的“热裂炭黑裂解氢气”，其热值在14000KJ/M3至15000KJ/M3，暂时没有很好利用。
发明内容
本发明的发明目的之一在于:针对上述存在的问题，提供一种可以充分利用热裂法生产炭黑时产生的富氢气气体作为燃料进行半补强炭黑生产的设备。本发明采用的技术方案是这样的:包括依次连接的燃烧室、炉膛、喉管和烟道反应室，所述燃烧室为相同的两个，所述相同的两个燃烧室前端均设置有进气口、喷燃器和空气进口，在所述烟道反应室后段设置有急冷水进口。作为优选:所述相同的两个燃烧室以为炉膛中心对称布置。作为优选:在所述喉管处设置有待裂解原料天然气进口。进一步的:所述待裂解原料天然气进口为I个或数个。本申请将整个反应设备设计为四段式:半补强炭黑生产具有助燃空气温度低，为了使氢气充分燃烧，必须有足够空间和扩散时间，因此，本申请的发明人将燃烧室(即第一段)设计为两个，燃料气体切向进入炉膛(即第二段)，燃料气体在炉膛充分燃烧后，产生1450°C至1500°C高温气体通过喉管(即第三段)，进入烟道反应室(即第四段)继续进行裂解，最后用冷却水急冷终止裂解反应，由于燃烧充分、反应充分，所以产量大大提高，并且能耗也相应降低；
由于在喉管处增设了待裂解原料天然气进口，燃料气体在炉膛充分燃烧后，产生1450°C至1500°C高温气体通过喉管(即第三段)，进入喉管与高速射入的待裂解原料天然气混合，在高温高速气流作用下，使待裂解原料天然气与高温气体快速混合和裂解。即燃料气体(从进气口进入)与待裂解原料天然气(从待裂解原料天然气进口进入)于不同位置分别进反应炉，一方面因混合好、温度高单炉产量得到大大提高；另一方面，因从进气口进入的燃料氢气主要用于提供热量所以对其品质要求不高，从而可以充分利用热裂法生产炭黑时产生的富氢气气体作为燃料，节约了天然气资源的同时充分利用尾气能源进一步降低能耗；再次，可以调整空气与燃料气比例以及待裂解原料天然气比例从而可以方便调整产品质量和品种。本发明的目的之二在于，提供一种利用热裂法生产炭黑时产生的富氢气气体生产半补强炭黑的方法，采用的技术特征为，采用上述的设备进行生产，热裂黑炭黑裂解氢气从进气口切向进入炉膛，助燃空气从空气口进入，热裂黑炭黑裂解氢气在炉膛燃烧后，产生的气体通过喉管，与待裂解原料天然气进口进入的待裂解原料天然气一起进入烟道反应室继续进行裂解，最后用冷却水急冷终止裂解反应。作为优选:热裂黑炭黑裂解氢气在炉膛燃烧后，产生的气体以100m/S至200m/s速度通过喉管。这样的速度有利于与原料天然气混合和裂解。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:可以使燃料气充分燃烧并使待裂解原料天然气充分裂解反应，产量可以提高60%以上，同时可以降低能耗，方便调整产品的质量和品种；另外，可以利用热裂黑炭黑裂解氢气作为燃料，具有良好的经济效益和社会环保效益。
图1是现有技术中半补强炭黑反应炉的炉头部分的结构示意 图2是现有技术中半补强炭黑反应炉的结构示意 图3是本发明实施例1的结构示意图； 图4是图3中燃烧室部分的结构示意图。图中标记:1为炉头、2为炉膛、3为烟道反应室、4为急冷水进口、5为天然气进口、6为空气进口、7为喷燃器、8为燃烧室、9为喉管、10为进气口、11为待裂解原料天然气进□。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明作详细的说明。为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例1:
如图3和4所示，一种利用热裂黑炭黑裂解氢气生产半补强炭黑的设备，包括依次连接的燃烧室8、炉膛2、喉管9和烟道反应室3，所述燃烧室8为两个且对称排列，所述两个对称排列的燃烧室8前端均设置有进气口 10、喷燃器7和空气进口 6，在所述烟道反应室3后段设置有急冷水进口 4，在所述喉管9处设置有待裂解原料天然气进口 11。本申请将整个反应炉设计为四段式:半补强炭黑生产具有助燃空气温度低，天然气燃烧扩散速度慢的特点，为了使天然气充分燃烧，必须有足够空间和扩散时间，因此，本申请的发明人将燃烧室8 (即第一段)设计为两个，燃料气体切向进入炉膛2 (即第二段)，燃料气体在炉膛2充分燃烧后，产生1450°C至1500°C高温气体通过喉管9 (即第三段)，进入烟道反应室3 (即第四段)继续进行裂解，最后用冷却水急冷终止裂解反应，由于燃烧充分、反应充分，所以产量大大提高，并且能耗也相应降低。另外，燃料气体(从进气口 10进入)与待裂解原料天然气(从待裂解原料天然气进口 11进入)于不同位置分别进反应炉。实施例2
空气流量5670NM3/h经空气预热器将空气预热到150°C分两路从空气进口 6进入喷燃器7，与分两路从进气口 10进入的燃料天然气(流量315NM3/h)混合燃烧，待裂解原料天然气(流量1850NM3/h)以150m/h速度在喉管9处喷入炉内，在急冷水位置喷入5000kg/h急冷水，经收集系统收集造粒，产品质量符合GB3778_2011半补强炭黑标准，产量为360kg/h。实施例3
热裂法炭黑裂解后的富氢气气体经气固分离洗涤后进入气柜贮存，然后经风机送到气枪，富氢气气体流量为900NM3，分两路从进气口 10进入两侧的燃烧器7，空气流量3600NM3/h，经空气预热器将空气预热到150°C分两路从空气进口 6进入喷燃器7，富氢气气体与空气混合燃烧，待裂解原料天然气(流量1750NM3/h)以100m/h速度在喉管9处喷入炉内，在急冷水位置喷入5200kg/h急冷水，经收集系统收集造粒，产品质量符合GB3778_2011半补强炭黑标准，产量345kg/h。实施例4
热裂法炭黑裂解后的富氢气气体经气固分离洗涤后进入气柜贮存，然后经风机送到气枪，富氢气气体流量 为1200NM3/h，分两路从进气口 10进入两侧的燃烧器7，空气流量4800NM3/h，经空气预热器将空气预热到200°C分两路从空气进口 6进入喷燃器7，富氢气气体与空气混合燃烧，待裂解原料天然气(流量1900NM3/h)以200m/h速度在喉管9处喷入炉内，在急冷水位置喷入5500kg/h急冷水，经收集系统收集造粒，产品质量符合GB3778_2011半补强炭黑标准，产量375kg/h。
权利要求
1.一种利用热裂黑炭黑裂解氢气生产半补强炭黑的设备，其特征在于:包括依次连接的燃烧室、炉膛、喉管和烟道反应室，所述燃烧室为相同的两个，所述相同的两个燃烧室前端均设置有进气口、喷燃器和空气进口，在所述烟道反应室后段设置有急冷水进口。
2.根据权利要求1所述的一种利用热裂黑炭黑裂解氢气生产半补强炭黑的设备，其特征在于:所述相同的两个燃烧室以为炉膛中心对称布置。
3.根据权利要求1所述的一种利用热裂黑炭黑裂解氢气生产半补强炭黑的设备，其特征在于:在所述喉管处设置有待裂解原料天然气进口。
4.根据权利要求3所述的一种利用热裂黑炭黑裂解氢气生产半补强炭黑的设备，其特征在于:所述待裂解原料天然气进口为I个或数个。
5.一种利用热裂黑炭黑裂解氢气生产半补强炭黑的方法，其特征在于:采用权利要求4所述的设备进行生产，热裂黑炭黑裂解氢气从进气口切向进入炉膛，助燃空气从空气口进入，热裂黑炭黑裂解氢气在炉膛燃烧后，产生的气体通过喉管，与待裂解原料天然气进口进入的待裂解原料天然气一起进入烟道反应室继续进行裂解，最后用冷却水急冷终止裂解反应。
6.根据权 利要求5所述的一种利用热裂黑炭黑裂解氢气生产半补强炭黑的方法，其特征在于:热裂黑炭黑裂解氢气在炉膛燃烧后，产生的气体以lOOm/s至200m/s速度通过喉管。
全文摘要
本发明公开了一种利用热裂黑炭黑裂解氢气生产半补强炭黑的设备，包括依次连接的燃烧室、炉膛、喉管和烟道反应室，所述燃烧室为两个且对称排列，所述两个对称排列的燃烧室前端均设置有进气口、喷燃器和空气进口，在所述烟道反应室后段设置有急冷水进口，在所述喉管处设置有待裂解原料天然气进口，同时还公开了利用该设备进行生产的方法，本发明可以使燃料气充分燃烧并使待裂解原料天然气充分裂解反应，产量可以提高60%以上，同时可以降低能耗，方便调整产品的质量和品种；另外，可以利用热裂黑炭黑裂解氢气作为燃料，具有良好的经济效益和社会环保效益。
文档编号C09C1/50GK103224718SQ20131016274
公开日2013年7月31日 申请日期2013年5月6日 优先权日2013年5月6日
发明者赵宽明, 王国元, 王星明, 昌广金, 孔日光 申请人:中橡集团炭黑工业研究设计院