一种生产低滞后炭黑的装置的制作方法

本实用新型属于炭黑生产技术领域，特别是涉及一种生产低滞后炭黑的工艺装置，专门用于研发生产具有低滞后性能的炭黑。

背景技术：

随着汽车工业的发展，对轮胎的性能不断提出更高的要求，汽车轮胎不仅仅要具有耐磨和行驶里程长等功能，包括乘用舒适性、及绿色环保等均被提及，这些特性同时满足的汽车轮胎称之为高性能轮胎，开发高性能轮胎成为汽车行业的发展趋势。

普通车用轮胎在汽车行驶过程中，轮胎温度升高较快、其防护材料的结构和性能都发生改变、同时车轮滚动的阻力也在增加，滞后损失较大，导致汽车的乘坐舒适度欠佳。主要是因为轮胎胎面用的是硬质炭黑，而硬质炭黑为了保证较高的耐磨性能要求，炭黑的比表面积大、粒径小，炭黑的生热较高、滞后损失较大。

高性能乘用车轮胎乘坐舒适度提高，轮胎温度升温较慢，兼具滚动阻力小、耗油低、废气排放少的优点，在车辆行驶中，减少了能量损失和消耗，具有既环保又舒适之优点，减少了滞后损失，所以，高性能轮胎与同等规格的轮胎相比，滚动阻力可降低20％，并因此减少汽车燃料消耗5％，使汽车co的排放量有所下降，其他性能如耐磨耗、低噪音、干湿路面抓着力等均保持良好水平，高性能轮胎通过设计，改进汽车在光滑路面的抓地性能，使驾驶更平稳、制动距离更短，大大提高了驾驶安全性。同时，高性能轮胎产生的摩擦力可以减少汽车在湿滑或结冰路面上的刹车距离，提高汽车的冬季驾驶性能。

为了满足高性能轮胎的上述要求，需要研究设计胎面用硬质炭黑的特性，提升和改善胎面用硬质炭黑的生热和滞后性能，同时不降低耐磨性能、改善轮胎的抓地性能，以顺应汽车工业发展的需要。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种生产低滞后炭黑工艺的装，通过提供了一种结构设计合理结构设计，解决了现有的反生产的炭黑生热性高、滞后性能高的问题。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

本实用新型涉及一种生产低滞后炭黑的装置，包括炉体，

所述炉体内部依次设置有燃烧室、喉管反应室、急冷水终止反应室；

所述炉体一端连接有一级原油探管和燃料油进口，一级原油探管贯穿整个燃烧室并延伸至喉管段内部；

所述喉管反应室外侧连接有二级原料油油枪，二级原料油油枪深入到喉管反应室；

所述炉体外侧安装有冷却管，所述冷却管一端延伸至急速冷水却反应室。

进一步地，一级原料油探管外部采用水冷套管保护。

原料油从探管进口进入，外层包裹水冷套，冷套管有冷水来回循环，选择不锈钢材质的水冷套管，其原理是在外面加了一次水冷涂层,防止氧气渗透进去，影响原油反应质量且防止入炉原料油在经过高温的燃烧室时被灼烧。

进一步的，喉管反应室采用渐缩式结构。

喉管反应室采用渐缩式的梯形结构是为了加快燃烧室内产生的高温气流，缓和原料油喷入的剧烈湍流程度。

进一步的，二级原料油油枪是直径为10-15mm左右的不锈钢管。

二级原料油的输送管采用不锈钢的油枪，采用油枪的优势是可以根据工艺需要调整原料油的压力和流量等参数,而采用不锈钢是因其具有良好的化学性能，耐化学腐蚀和电化学腐蚀是最好的，并且耐热、耐高温、还耐低温甚至于耐超低温，可以保证在输送过程中的安全性。

进一步的，在一级原料油探管与二级原料油探管进口处分别设有预热器。

在原料油进入反应室以前，原料油预热器提高油温后，降低粘度和表面张力，提高后期生成炭黑的质量。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的装置生产出了低滞后炭黑，通过对低滞后炭黑新品种进行性能测试，并将炭黑应用于高性能轮胎后，轮胎的生热性能明显降低、轮胎的滞后损失得到降低，汽车的乘坐舒适度得到提高。解决了所生产的炭黑生热性高、滞后性能高的缺点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为一种生产低滞后炭黑的装置的内部结构示意图；

图2为一种生产低滞后炭黑的装置反应炉外部结构图；

图3为一种生产低滞后炭黑的装置一级原料油探管结构图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-燃烧室，2-喉管反应室，3-急冷水终止反应室，4-急冷管，5-一级原料油探管，6-燃料油进管，7-二级原料油油枪，8-一级原料油预热室，9-二级原料油预热器，10-保温层，11-碳钢外壁。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

实施例1

如图1所示，提供一种生产低滞后炭黑的工艺装置，包括炉体，炉体内壁是耐火材料，外壁是碳钢11，内外壁之间是厚的保温层10。

炉体内部从左到右依次设置有燃烧室1、喉管反应室2、急冷水终止反应室3，炉体一端连接有一级原料油探管5和燃料油6进管，一级原料油探管5进口连接有预热器8,燃料油从燃料油进管6进入燃烧室1，使炉温达到2000度左右，再把高温油气送入到达喉管反应室2。一级原料油探管5贯穿整个燃烧室并延伸至喉管反应室2内部，一级原料油探管5用水冷套管保护，一级原料油在预热器预热到200摄氏度左右，然后预热的原料油从一级原料油探管口进入到喉管反应室2，原料油由里向外扩散。二级原料油枪7连接有二级原料预热器9，二级原料油在二级原料油预热器9内被加热到200摄氏度左右，用泵送入二级原料油枪7，垂向深入到喉管反应室2，预热的原料油由外向里进入，喉管反应室2为渐缩式的梯形结构加快燃烧室内产生的高温气流，两股原料油雾化后形成交汇，缓和了原料油喷入的剧烈湍流程度，使碰撞后的原料油油滴雾化更加均匀，使雾化后的油滴均匀分布于反应炉内，遇到2000摄氏度的高温，被燃烧，生成炭黑，使生成炭黑纳米的聚集体分布较宽、聚集体的链状结构较低，进入冷却反应室，使其温度迅速降低，终止反应，降低了炭黑的生热性能，从而达到降低滞后损失的目的。

在炭黑生产中，原料油预热器是充分利用炭黑烟气的物理热在线加热原料油，以提高原料油的入炉温度，原料油的入炉温度直接影响到原料油的粘度和表面张力，原料油的温度越高，粘度越低，同时也降低了原料油表面的张力，进而大大改善原料油的雾化程度，有利于降低油滴直径和提高油滴大小分布的均匀性。

如果在原料油进入油管不进行加热或者加热到180摄氏度以下，提高了原料油粘度，影响雾化，在反应区会吸收大量温度，造成温度起伏大，不能保证足够的热量来进行气化、成核反应的需要，所以单独使用一个能预热到200度左右的预热器相，可以更好的生成高质量炭黑。

实施例2

如图1所示，提供一种生产低滞后炭黑的工艺装置，包括炉体，炉体内部是耐火材料，其次是厚的保温层10，外壁是碳钢11。

炉体内部从左到右依次设置有燃烧室1、喉管反应室2、急冷水终止反应室3，炉体一端连接有一级原料油探管5和燃料油6进管，一级原料油探管5进口连接有预热器8,燃料油从燃料油进管6进入燃烧室1，使炉温达到2000度左右，再把高温油气送入到达喉管反应室2，一级原料油探管5贯穿整个燃烧室并延伸至喉管反应室2内部，一级原料油探管5用水冷套管保护，把一级原料油在预热器预热到200摄氏度左右，把预热的原料油从一级原料油探管口进入到喉管反应室2，原料油由里向外扩散，二级原料油枪7连接有二级原料预热器9，二级原料油在二级原料油预热器9内被加热到200摄氏度左右，用泵送入二级原料油枪7，垂向深入到喉管反应室2，预热的原料油由外向里进入，喉管反应室2为渐缩式的梯形结构加快燃烧室内产生的高温气流，两股原料油雾化后形成交汇，缓和了原料油喷入的剧烈湍流程度，使碰撞后的原料油油滴雾化更加均匀，使雾化后的油滴均匀分布于反应炉内，遇到2000摄氏度的高温，被燃烧，生成炭黑，使生成炭黑纳米的聚集体分布较宽、聚集体的链状结构较低，进入冷却反应室，使其温度迅速降低，终止反应，降低了炭黑的生热性能，从而达到降低滞后损失的目的。

在现有技术中，炭黑生产装置，料油由外向里喷入后气化为油滴、油滴原料油脱氢、原料油部分燃烧、原料油部分热裂解、气态烃能凝结为液滴、然后燃烧核与冷凝液滴结合在一起形成炭黑细粒子。细小的炭黑粒子是由非常多的燃烧核与一定限度能凝结的烃分子的结合而成的，初生的炭黑粒子在高温气流中相互碰撞从而形成了链状的结构聚集体，上述步骤的反应过程均为瞬时完成的，由于原料油为单向喷入，形成的油滴分布湍流程度高、反应时间短，形成的聚集体尺寸分布窄、链状聚集体的结构也高，使炭黑具有较高的生热性能和滞后损失。所以，本发明采用双向进油，达到降低滞后损失的目的。

本结构采用了阶梯式反应炉设计，增加了反应炉内部尺寸，降低了反应炉内压力，其炭黑的生成过程为：炭黑反应炉喉管反应室2的原料油分两股喷入，一级原料油通过轴向深入的探管、由里向外喷出后，二级原料油通过原料油油枪径向喷入、由外向里，燃料油由燃烧室进入燃烧，使炉内温度达到2000度，再把高温油气送入到达喉管部位，经喉管反应室2的收缩式结构产生加速作用，且通过喉管反应室2的收缩式结构有助于提高原料油的雾化度，一级原油和二级原油在高温下产生雾化后形成交汇，使雾化后的油滴均匀分布于反应炉内，雾化后的油滴遇高温形成燃烧核，冷却水通过冷却水进入急冷水终止反应室3，燃烧核与冷凝液滴结合在一起形成炭黑细粒子，反应过程中均匀，反应时间被延长，形成炭黑的聚集体尺寸分布变宽，降低了炭黑的生热性能和滞后性能。

本实用新型所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行的描述，并非对本实用新型构思和范围进行限定。