CN109054460A - 一种新型硬质炭黑反应炉 - Google Patents
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Abstract
一种新型硬质炭黑反应炉，所述空气分配器、煤气分配器、燃烧段和喉管直段轴向同轴密封连接形成炭黑反应炉体，所述炭黑反应炉体的面板中心位置轴向水平设有原料油枪，所述原料油枪的枪口深入至喉管直段前200‑300mm处。本发明的技术效果是：在不改变反应炉体的情况下，可生产不同型号的炭黑，采用该反应炉生产炭黑，可降低了对原料油品质的要求，降低企业生产成本，其产品着色强度高，压缩吸油值高，能达到全钢子午线轮胎的质量要求，并且预热空气、煤气、原料油在燃烧反应过程中，对反应炉体不造成损伤，从而延长了反应炉的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种炭黑反应炉，尤其涉及一种新型硬质炭黑反应炉。
背景技术
高结构炭黑赋予填充硫化胶以较高的定伸应力,较好的耐磨性。结构性作为炭黑的三大基本性质之一,在生产过程中一直是一项重要的控制指标。然而长期以来,各生产厂家对该指标的控制都主要依赖于原料油品种及其配比,尽管这样也能达到控制要求,但却限制了操作的灵活性,而且芳构因素高的油品往往价格昂贵,不利于经济效益的提高。因此,从工艺上找寻控制和调整结构性的有效手段,达到稳定产品质量和降低成本的目的,无疑是很有必要的。
炭黑反应炉作为炭黑生产的核心设备,其生产工艺为:空气和燃料在反应炉中燃烧,原料油经雾化后喷入燃烧的火焰中,经髙温裂解产生炭黑。如图1所示，原反应炉由空气分配器1、燃烧室直段2、燃烧室锥段3、喉管锥段4、喉管直段5、煤***6组成。受炉型结构所限，原有技术生产工艺存在的缺点是:1、生产不同品种炭黑需要采用不同结构尺寸的反应炉或使用芳烃含量高的高品质原料油,无形中增加了生产成本；2、产品着色强度低,压缩吸油值低,难以完全满足全钢子午线轮胎对高品质炭黑的质量要求。3、不容易达到生产高结构系列炭黑产品的工艺控制条件。4、煤***为直管并安装在风套面板处,但煤***及其安装方式存在以下问题:1)、不便于查看炭黑的雾化效果，共计有4根煤***成正方形均布在空气分配器的面板上,雾化镜一左一右分布在面板水平中线上,煤***由金属软管连接到煤气管上,受金属软管和煤***的影响,査看雾化效果不方便；2)煤气燃烧位置偏后,使得燃烧室温度不能满足要求,旦随着煤***使用时间的延长,伸进反应炉的煤***前部端口部位容易发生烧熔现象,煤***长度缩短,煤气燃烧位置后缩,使得燃烧室温度降低,同时增加了安全隐患。公开号为CN202148276U公开了一种硬质炭黑反应炉，该反应炉采用双排原料油枪，并在喉管段设置双排12～16个原料油枪，这种方式只能提高雾化效果和单纯的提高进油量，对反应炉内温度、流速、结构没有对应相关适应性改变，耗能和质量不能达到预想要求，比如反应炉内中心温度不够，导致产品着色强度低，黑度不够等。
发明内容
本发明涉及一种新型硬质炭黑反应炉，解决了现有反应炉生产炭黑品种单一，着色强度不够，反应温度不易控制，产出比不高等问题，同时解决了现有生产不同型号的炭黑，需要采用不同的反应炉的问题，减轻了炉型更换时须对整个生产装置停产调换，对企业效益的影响，同时，也改变了为了生产高质量炭黑只能用“好油”，增加生产成本，影响企业产品竞争力等问题。
本发明是这样实现的，一种新型硬质炭黑反应炉，它包括空气分配器、煤气分配器、燃烧段、喉管直段、原料油枪，所述空气分配器、煤气分配器、燃烧段和喉管直段轴向同轴密封连接形成炭黑反应炉体，所述炭黑反应炉体的面板中心位置轴向水平设有原料油枪，所述原料油枪的枪口深入至喉管直段前200-300mm处；在该位置使得油枪喷出的原料油部分参加燃烧进一步提高反应温度，有助于其余部分原料油裂解得到高质量的炭黑产品，并且该距离能够满足燃烧和反应过程充分的发生，喷出的原料油不会对反应炉侧壁产生冲刷形成新的杂质。
所述空气分配器包括圆筒、进风口、进风孔，所述空气分配器内有一空腔，空腔中心轴向设有圆筒，圆筒的筒壁上均匀开有若干个进风孔，空腔顶端设有进风口，所述进风口、空腔、圆筒形成一个空气通路，空气分配器与煤气分配器的连接处设置一圈倒角便于预热空气进入到煤气分配器，不形成局部涡流；预热空气通过进风口进入空腔，空腔的预热空气通过进风孔均匀分配进入到圆筒内，从而使得预热空气进入燃烧段。
所述煤气分配器包括煤气导管一、煤气导管二、煤气进口，所述煤气分配器的侧壁的上、下端分别设有煤气进口，煤气分配器的内腔前、后设置煤气导管一、煤气导管二，煤气依次从煤气进口和煤气导管一与煤气导管二进入到燃烧段，所述煤气分配器的内腔的前腔壁上径向均匀设有若干根煤气导管一，所述均匀布置的若干根煤气导管一与水平30度角倾斜布置，所述煤气分配器的内腔的后腔壁上径向均匀设有若干根煤气导管二，所述均匀布置的若干根煤气导管二与水平15度角倾斜布置；通过煤气导管一、煤气导管二的不同倾斜角度布置，使得前、后腔壁进入的煤气流产生气压差，便于煤气“通畅”的进入煤气分配器；由于前后煤气导管倾斜角不同，并且是均匀倾斜布置，产生的旋流方向不同，使得煤气与预热空气混合更均匀，从而提高燃烧效率，节省煤气用量；由于前后煤气导管均匀倾斜布置，可产生旋流，使大部分燃烧集中在中心区域，反应温度的高温部分集中在中心区域，有利于提高炭黑的产量和品质。
所述原料油枪的枪头出油口与中轴线成30度角，所述原料油枪的外壁设有水套保护。出油口角度增大，雾化效果更好，从而增加了原料油与高温烟气的接触面积，反应效率提高，有利提高炭黑品质要求。
所述喉管直段上均匀设有12支原料油枪二，其中4支均匀间隔的原料油枪二向喉管直段内部多深入5cm，所述多深入喉管直段的原料油枪二设有水套保护,生产的炭黑粒子与聚积体分布更为均一,有较高的着色强度；将4根深入到喉管内部的原料油枪改为水套形式是为了冷却保护油枪,可以更深入接近喉管段中心区域,以达到提高炭黑产品质量的目的:若将所有油枪全部改为水套形式,将大大减少喉管处的流通截面积,导致炭黑产能、收率明显降低,综合考虑,在能提高炭黑产品质量,又不影响炭黑产能、收率的前提下,仅将4根原料油枪改为水套形式。
所述煤气分配器的直径为450-500mm，所述燃烧段直段的直径为800-1100mm，所述喉管直段的直径为300-400mm；燃烧段直段的直径大于煤气分配器的直径，便于高温气体进入燃烧直段。
所述12支原料油枪二距喉管直段前端150mm。设置在距喉管直段前端150mm处，可以达到单耗低、产能高、产品质量好的目的，为了提高产能,必须有足够的风量,使风量达到18000Nm3/h,甚至23000Nm3/h,喉管段直径必须达到300mm以上,原有技术的原料油均为径向喷入,直径较大,原料油的穿透率不足,影响产品质量和消耗。所以有必要在轴向上设置一支原料油喷油枪来解决喉管空间的“空洞”问题,提高喉管段高温气体的流速，以提髙原料油液滴在喉管段的裂解程度和晶核的碰撞几率,使之反应更加完全。轴向油枪可以深入至喉管前200mm至300mm范围之间调整,以压缩空气为载体对原料油进行雾化的油枪伸至喉管段前方,部分原料油进行燃烧,提高了喉管段温度,增加了反应的剧烈程度,提高了炭黑反应晶核的碰撞几率；一部分则参与炭黑的反应。此外,伸缩调节油枪的位置、增减油量和雾化风量以调整产品结构度,以满足各品种的炭黑生产。
原技术一套原油装置经过计量后分两路(不同的NTD)入炉,通过原料油枪头的大小来控制两排位置上原料油的进油量,但此方法有一定的局限性,那就是随着枪头使用时间的延长,枪头孔径在原料油的冲刷下逐渐变大,这样会导致前后位置原油比例发生变化,从而影响产品的关键数据，本技术为解决原技术带来的弊端,将原料油***由原来的一套增加为两套,根据NTD的不同分开计量调节,以满足原料油枪头发生变化时,油枪长短位置原料油比例失衡的问题。
所述若干个进风孔前后排在一条水平线上；不采用错乱布置的进风孔，便于预热空气进风均匀，提高煤气燃烧效果，同时由于空气集中在轴向中心区域，高速流动的空气对反应炉体侧壁冲刷不明显，延长了反应炉使用寿命。
本发明的技术效果是：在不改变反应炉体的情况下，可生产不同型号的炭黑，采用该反应炉，可放宽了对原料油品质的要求，降低了企业生产成本，其产品着色强度高，压缩吸油高，能达到全钢子午线轮胎的质量要求，并且预热空气、煤气、原料油在燃烧反应过程中，对反应炉体不易造成损伤，延长了反应炉使用寿命。
附图说明
图1为现有技术硬质炭黑反应炉结构示意图；
图2为本发明硬质炭黑反应炉结构示意图；
图3为本发明的空气分配器的结构示意图；
图4为本发明的煤气分配器的结构示意图；
图5为本发明的煤气导管一的结构示意图；
图6为本发明的煤气导管二的结构示意图；
图7为本发明原料油枪的出油口的结构图；
图8为本发明喉管直段的结构示意图；
图9为本发明喉管直段的切面图。
具体实施方式
如图2所示，本发明是这样实现的，一种新型硬质炭黑反应炉，所述空气分配器21、煤气分配器22、燃烧段23和喉管直段24轴向同轴密封连接形成炭黑反应炉体，所述炭黑反应炉体的面板中心位置轴向水平设有原料油枪25，所述原料油枪25的枪口深入至喉管直段前200-300mm处；在该位置使得油枪喷出的原料油部分参加燃烧进一步提高反应温度，有助于其余部分原料油裂解得到高质量的炭黑产品，并且该距离能够满足燃烧和反应过程充分的发生，喷出的原料油不会对反应炉侧壁产生冲刷形成新的杂质。
如图3所示，所述空气分配器21包括圆筒31、进风口32、进风孔33，所述空气分配器内有一空腔，空腔中心轴向设有圆筒31，圆筒的筒壁上均匀开有若干个进风孔33，空腔顶端设有进风口32，所述进风口32、空腔、圆筒31形成一个空气通路，空气分配器21与煤气分配器22的连接处设置一圈倒角便于预热空气进入到煤气分配器22，不形成局部涡流；预热空气通过进风口进入空腔，空腔的预热空气通过进风孔均匀分配进入到圆筒31内，从而使得预热空气进入燃烧段。
如图4、图5、图6所示，所述煤气分配器22包括煤气导管一41、煤气导管二42、煤气进口43，所述煤气分配器22的侧壁的上、下端分别设有煤气进口43，煤气分配器的内腔前、后设置煤气导管一41、煤气导管二42，煤气依次从煤气进口43和煤气导管一41与煤气导管二42进入到燃烧段23，所述煤气分配器22的内腔的前腔壁上径向均匀设有若干根煤气导管一41，所述均匀布置的若干根煤气导管一41与水平线呈30度角倾斜布置，所述煤气分配器22的内腔的后腔壁上径向均匀设有若干根煤气导管二42，所述均匀布置的若干根煤气导管二42与水平线呈15度角倾斜布置；通过煤气导管一41、煤气导管二42的不同倾斜角度布置，使得前、后腔壁进入的煤气流产生气压差，便于煤气“通畅”的进入煤气分配器；由于前后煤气导管倾斜角不同，并且是均匀倾斜布置，产生的旋流方向不同，使得煤气与预热空气混合更均匀，从而提高燃烧效率，节省煤气用量；由于前后煤气导管均匀倾斜布置，可产生旋流，使大部分燃烧集中在中心区域，反应温度的高温部分集中在中心区域，有利于提高炭黑的产量和品质。
如图7所示，所述原料油枪的枪头出油口71与中轴线成30度角，所述原料油枪的外壁设有水套保护。出油口角度增大，雾化效果更好，从而增加了原料油与高温烟气的接触面积，反应效率提高，有利提高炭黑品质要求。
如图8、图9所示，所述喉管直段上均匀设有12支原料油枪二81，其中4支均匀间隔的原料油枪二向喉管直段内部多深入5cm，所述多深入喉管直段的原料油枪二设有水套保护,生产的炭黑粒子与聚积体分布更为均一,有较高的着色强度；将4根深入到喉管内部的原料油枪改为水套形式是为了冷却保护油枪,可以更深入接近喉管段中心区域,以达到提高炭黑产品质量的目的:若将所有油枪全部改为水套形式,将大大减少喉管处的流通截面积,导致炭黑产能、收率明显降低,综合考虑,在能提高炭黑产品质量,又不影响炭黑产能、收率的前提下,仅将4根原料油枪改为水套形式。
所述煤气分配器22的直径为450-500mm，所述燃烧段23的直段直径为800-1100mm，所述喉管直段24的直径为300-400mm；燃烧段直段的直径大于煤气分配器的直径，便于高温气体进入燃烧直段。
所述12支原料油枪二距喉管直段前端150mm。设置在距喉管直段前端150mm处，可以达到单耗低、产能高、产品质量好的目的，为了提高产能,必须有足够的风量,使风量达到18000Nm3/h,甚至23000Nm3/h,喉管段直径必须达到300mm以上,原有技术的原料油均为径向喷入,直径较大,原料油的穿透率不足,影响产品质量和消耗。所以有必要在轴向上设置一支原料油喷油枪来解决喉管空间的“空洞”问题,提高喉管段高温气体的流速，以提髙原料油液滴在喉管段的裂解程度和晶核的碰撞几率,使之反应更加完全。轴向油枪可以深入至喉管前200mm至300mm范围之间调整。以压缩空气为载体对原料油进行雾化的油枪伸至喉管段前方,部分原料油进行燃烧,提高了喉管段温度,增加了反应的剧烈程度,提高了炭黑反应晶核的碰撞几率；一部分则参与炭黑的反应。此外,伸缩调节油枪的位置、增减油量和雾化风量以调整产品结构度,以满足各品种的炭黑生产。
原技术一套原油装置经过计量后分两路(不同的NTD)入炉,通过原料油枪头的大小来控制两排位置上原料油的进油量,但此方法有一定的局限性,那就是随着枪头使用时间的延长,枪头孔径在原料油的冲刷下逐渐变大,这样会导致前后位置原油比例发生变化,从而影响产品的关键数据，本技术为解决原技术带来的弊端,将原料油***由原来的一套增加为两套,根据NTD的不同分开计量调节,以满足原料油枪头发生变化时,油枪长短位置原料油比例失衡的冋题。
所述若干个进风孔前后排在一条水平线上；不采用错乱布置的进风孔，便于预热空气进风均匀，提高煤气燃烧效果，同时由于空气集中在轴向中心区域，高速流动的空气对反应炉体侧壁冲刷不明显，延长了反应炉使用寿命。
Claims (8)
1.一种新型硬质炭黑反应炉，它包括空气分配器、煤气分配器、燃烧段、喉管直段、原料油枪，其特征在于：所述空气分配器、煤气分配器、燃烧段和喉管直段轴向同轴密封连接形成炭黑反应炉体，所述炭黑反应炉体的面板中心位置轴向水平设有原料油枪，所述原料油枪的枪口深入至喉管直段前200-300mm处。
2.根据权利要求1所述的一种新型硬质炭黑反应炉，其特征在于：所述空气分配器包括圆筒、进风口、进风孔，所述空气分配器内有一空腔，空腔中心轴向设有圆筒，圆筒的筒壁上均匀开有若干个进风孔，空腔顶端设有进风口，所述进风口、空腔、圆筒形成一个空气通路，空气分配器与煤气分配器的连接处设置一圈倒角便于预热空气进入到煤气分配器。
3.根据权利要求1所述的一种新型硬质炭黑反应炉，其特征在于：所述煤气分配器包括煤气导管一、煤气导管二、煤气进口，所述煤气分配器的侧壁的上、下端分别设有煤气进口，煤气分配器的内腔前、后设置煤气导管一、煤气导管二，煤气依次从煤气进口和煤气导管一与煤气导管二进入到燃烧段，所述煤气分配器的内腔的前腔壁上径向均匀设有若干根煤气导管一，所述均匀布置的若干根煤气导管一与水平30度角倾斜布置，所述煤气分配器的内腔的后腔壁上径向均匀设有若干根煤气导管二，所述均匀布置的若干根煤气导管二与水平15度角倾斜布置。
4.根据权利要求1所述的一种新型硬质炭黑反应炉，其特征在于：所述原料油枪的枪头出油口与水平线成30度角，所述原料油枪的外壁设有水套保护。
5.根据权利要求1所述的一种新型硬质炭黑反应炉，其特征在于：所述喉管直段上均匀设有12支原料油枪二，其中4支均匀间隔的原料油枪二多深入喉管直段5cm，所述多深入喉管直段的原料油枪二设有水套保护。
6.根据权利要求1所述的一种新型硬质炭黑反应炉，其特征在于：所述煤气分配器的直径为450-500mm，所述燃烧段的直段的直径为800-1100mm，所述喉管直段的直径为300-400mm。
7.根据权利要求5所述的一种新型硬质炭黑反应炉，其特征在于：所述12支原料油枪二距喉管直段前端150mm。
8.根据权利要求2所述的一种新型硬质炭黑反应炉，其特征在于：所述若干个进风孔前后排在一条水平线上。
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