CN113549346A - 一种特种炭黑的生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种特种炭黑的生产工艺，包括以下步骤：(1)空气预热；(2)原料预热；(3)反应；(4)换热降温；(5)收料；(6)风送；(7)造粒；(8)分级；(9)后处理；(10)成品包装入库。本发明的炭黑的生产工艺具有环保、节能降耗的优点，并且其在环保节能降耗的同时制备所得的炭黑能满足炭黑所需的性能要求；本发明通过改变炭黑的造粒方式以及改变炭黑和烟气的冷却方式来达到节能降耗的目的；通过改变炭黑生产过程中所产生的尾气和粉尘的处理方式来达到更为环保的目的。

Description

一种特种炭黑的生产工艺
技术领域
本发明涉及炭黑生产技术领域，具体涉及到一种特种炭黑的生产工艺。
背景技术
当前我国经济发展正处在日新月异的阶段，随着化工行业的环保要求要求逐渐提升，对炭黑生产量的供给水平以及生产工艺都提出了更高的要求。
碳黑又名炭黑，是一种无定形碳。是一种轻、松而极细的黑色粉末，表面积非常大，范围从10～3000m2/g，是含碳物质(煤、天然气、重油、燃料油等)在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物。由天然气制成的称“气黑”，由油类制成的称“灯黑”，由乙炔制成的称“乙炔黑”。此外还有“槽黑”“炉黑”。按炭黑性能区分有“补强炭黑”“导电炭黑”“耐磨炭黑”等。可作黑色染料，用于制造中国墨、油墨、油漆等，也用于做橡胶的补强剂。
炭黑用途广泛，除用于橡胶制品外，还有其它用途，故分为橡胶用炭黑和特种炭黑两类。特种炭黑是能赋予制品特殊性能要求的炭黑。
炭黑的生产工艺有炉法、喷雾法、灯烟法、槽法、滚筒法、混气法、热裂法、乙炔法和等离子体法，其中炉法、喷雾法、灯烟法、槽法、滚筒法、混气法为不完全燃烧法，热裂法、乙炔法和等离子体法为热裂解法。
现有技术中，大多数企业采用油炉法制备炭黑，由于炭黑行业本身属于高污染产业，整体能源损耗较多，传统的生产工艺已经不能满足当下社会的节能要求。炭黑的生产可以划分为两部分内容，包括前期的原料油加热和后续的炭黑烟气冷却，文献《浅谈炭黑生产过程中的节能降耗措施》公开了降低炭黑生产工艺中的能耗，提高经济效益可通过实现炭黑烟气冷却过程中能源的循环利用、降低炭黑烟气冷却过程中能源的损耗、增强炭黑生产工艺过程中余热的利用以及炭黑生产工艺中尾气的处理。
本发明通过对炭黑生产环节中炭黑和烟气的冷却增设一冷却方式以及改变尾气和粉尘的处理方式，在保证炭黑烟气冷却效率的同时降低能耗，解决炭黑生产工艺需环保节能降耗的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种特种炭黑的生产工艺，用于解决现有技术中炭黑生产工艺需环保节能降耗的技术问题。
为达上述目的，本发明的一个实施例中提供了一种特种炭黑的生产工艺，包括以下步骤：
(1)空气预热：将空气经空气预热器加热至750～850℃，然后送入反应炉，通入的空气为反应提供一部分原料；
(2)原料油预热：将煤焦油经油预热器加热至150～250℃，然后送入反应炉，通入的煤焦油为反应提供另一部分原料；
(3)反应：
a.将天然气以及加热后的空气通入反应炉中混合燃烧，产生1600～1800℃的高温燃烧气流；
b.将加热后的煤焦油通入反应炉中，与高温燃烧气流混合，迅速裂解，生成炭黑和烟气；
c.在反应炉的后部通入降温水至高温炭黑和烟气中，使其温度迅速降低，终止反应；
(4)换热降温：将反应生成的炭黑和烟气依次经空气预热器、蒸汽发生器和油预热器换热降温；
(5)收料：降温后的炭黑和烟气通过主袋滤器完成收集，此时炭黑和烟气分离成炭黑粉体和尾气；
(6)风送：向风送风机中通入空气，使得收集的炭黑粉体经风送风机完成风送；
(7)造粒：采用干法造粒的方式进行造粒，将完成风送后的炭黑经造粒机造粒，得到炭黑粒；
(8)分级：炭黑粒在螺旋分级筛中分级，分为合格粒料和不合格粒料，合格粒料做成成品，不合格粒料风送至再处理袋滤器继续处理；
(9)后处理：
a.尾气处理：炭黑生产过程中产生的尾气经3套尾气处理转化装置处理达标后才能排放；
b.粉尘处理：炭黑生产过程中产生的粉尘一部分经袋滤器收尘达标后排放，另一部分经再处理袋滤器收尘达标排放；
(10)成品包装入库：成品通过塑料袋包装入库。
本发明优选的方案之一，空气和煤焦油的质量比例控制在0.3:1～0.8：1。
本发明优选的方案之一，反应炉包括燃烧段、混合段、反应段、急冷段以及停留段。
本发明优选的方案之一，反应炉的后部为反应炉的急冷段。
本发明优选的方案之一，步骤(4)中，反应生成的炭黑和烟气依次经空气预热器、蒸汽发生器和油预热器换热降温至200～250℃。
本发明优选的方案之一，步骤(9)中，尾气处理中的尾气为收料过程中主袋滤器中的尾气。
本发明优选的方案之一，步骤(9)中，粉尘处理中的粉尘包括风送过程中风送风机产生的粉尘、造粒过程中造粒机产生的粉尘、分级过程中螺旋分级筛产生的粉尘以及成品包装过程中产生的粉尘。
本发明优选的方案之一，风送风机产生的粉尘经袋滤器收尘达标后才能排放，造粒机、螺旋分级筛以及成品包装过程中产生的粉尘通过再处理袋滤器完成收尘。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、本发明采用油炉法制备炭黑，油炉法制备炭黑具有产量大、成本低、品种多、能耗低以及收率高的优点。
2、本发明通过在炭黑和烟气的冷却过程中，增设一蒸汽发生器用于炭黑和烟气的冷却，提高炭黑和烟气的冷却速率，减少能源的损耗；同时还对炭黑生产过程中产生的尾气以及粉尘进行后处理，直至达到环保标准才排放，从而达到本发明环保节能降耗的目的。
具体实施方式
实施例1
一种特种炭黑的生产工艺，包括以下步骤：
(1)空气预热：将空气经空气预热器加热至750℃，然后送入反应炉，通入的空气为反应提供一部分原料；
(2)原料油预热：将煤焦油经油预热器加热至150℃，然后送入反应炉，通入的煤焦油为反应提供另一部分原料；
(3)反应：
a.将天然气以及加热后的空气通入反应炉中混合燃烧，产生1600℃的高温燃烧气流；
b.将加热后的煤焦油通入反应炉中，与高温燃烧气流混合，迅速裂解，生成炭黑和烟气；
c.反应炉包括燃烧段、混合段、反应段、急冷段以及停留段。在反应炉的急冷段通入降温水至高温炭黑和烟气中，使其温度迅速降低，终止反应；
注：通入的空气和煤焦油的质量比例控制在0.3:1；
(4)换热降温：将反应生成的炭黑和烟气依次经空气预热器、蒸汽发生器和油预热器换热降温至200℃；
(5)收料：降温后的炭黑和烟气通过主袋滤器完成收集，此时炭黑和烟气分离成炭黑粉体和尾气；
(6)风送：向风送风机中通入空气，使得收集的炭黑粉体经风送风机完成风送；
(7)造粒：采用干法造粒的方式进行造粒，将完成风送后的炭黑经造粒机造粒，得到炭黑粒；
(8)分级：炭黑粒在螺旋分级筛中分级，分为合格粒料和不合格粒料，合格粒料做成成品，不合格粒料风送至再处理袋滤器继续处理；
(9)后处理：
a.尾气处理：尾气处理中的尾气为收料过程中主袋滤器中的尾气，其经3套尾气处理转化装置处理达标后才能通过34m高烟囱排放，排放的尾气包括颗粒物、二氧化硫、氮氧化物以及空气；
b.粉尘处理：粉尘处理中的粉尘包括风送过程中风送风机产生的粉尘、造粒过程中造粒机产生的粉尘、分级过程中螺旋分级筛产生的粉尘以及成品包装过程中产生的粉尘，风送风机产生的粉尘经袋滤器收尘达标后才能通过15m烟囱排放，造粒机、螺旋分级筛以及成品包装过程中产生的粉尘经再处理袋滤器收尘达标后才能通过15m烟囱排放，排放的粉尘包括颗粒物和空气；
(10)成品包装入库：成品通过塑料袋包装入库。
实施例2
一种特种炭黑的生产工艺，包括以下步骤：
(1)空气预热：将空气经空气预热器加热至850℃，然后送入反应炉，通入的空气为反应提供一部分原料；
(2)原料油预热：将煤焦油经油预热器加热至250℃，然后送入反应炉，通入的煤焦油为反应提供另一部分原料；
(3)反应：
a.将天然气以及加热后的空气通入反应炉中混合燃烧，产生1800℃的高温燃烧气流；
b.将加热后的煤焦油通入反应炉中，与高温燃烧气流混合，迅速裂解，生成炭黑和烟气；
c.反应炉包括燃烧段、混合段、反应段、急冷段以及停留段。在反应炉的急冷段通入降温水至高温炭黑和烟气中，使其温度迅速降低，终止反应；
注：通入的空气和煤焦油的质量比例控制在0.8:1；
(4)换热降温：将反应生成的炭黑和烟气依次经空气预热器、蒸汽发生器和油预热器换热降温至250℃；
实施例2其余步骤与实施例1相同。
实施例3
一种特种炭黑的生产工艺，包括以下步骤：
(1)空气预热：将空气经空气预热器加热至800℃，然后送入反应炉，通入的空气为反应提供一部分原料；
(2)原料油预热：将煤焦油经油预热器加热至200℃，然后送入反应炉，通入的煤焦油为反应提供另一部分原料；
(3)反应：
a.将天然气以及加热后的空气通入反应炉中混合燃烧，产生1700℃的高温燃烧气流；
b.将加热后的煤焦油通入反应炉中，与高温燃烧气流混合，迅速裂解，生成炭黑和烟气；
c.反应炉包括燃烧段、混合段、反应段、急冷段以及停留段。在反应炉的急冷段通入降温水至高温炭黑和烟气中，使其温度迅速降低，终止反应；
注：通入的空气和煤焦油的质量比例控制在0.55:1；
(4)换热降温：将反应生成的炭黑和烟气依次经空气预热器、蒸汽发生器和油预热器换热降温至225℃；
实施例3其余步骤与实施例1相同。
设置4个对比例，分别为对比例1、对比例2、对比例3以及对比例4。
对比例1、对比例2、对比例3以及对比例4的具体生产工艺与实施例3的生产工艺区别如表1所示：
表1：对比例1、对比例2、对比例3以及对比例4与实施例3生产工艺的区别
Figure BDA0003218993330000071
Figure BDA0003218993330000081
Figure BDA0003218993330000091
实验检测
实验1：炭黑生产过程中尾气和粉尘排放的含量
本实施例和对比例的炭黑在生产过程中，其排放的颗粒物、二氧化硫以及氮氧化物的浓度值均为24小时平均值，其检测根据GB 3095-2012《环境空气质量标准》中规定的方法检测。颗粒物的浓度采用重量法测定、二氧化硫的浓度采用甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法测定以及氮氧化物的浓度采用盐酸萘乙二胺分光光度法测定。本实施例和对比例尾气和粉尘排放的检测结果如表2所示：
表2：本实施例和对比例尾气和粉尘排放的检测结果
Figure BDA0003218993330000092
从表2中可看出：本实施例和对比例排放的颗粒物、二氧化硫以及氮氧化物的24小时平均值的浓度均符合GB 3095-2012《环境空气质量标准》中的规定值。通过对比实施例和对比例可知：实施例的颗粒物、二氧化硫以及氮氧化物的排放浓度均小于对比例的颗粒物、二氧化硫以及氮氧化物的排放浓度，但是对比例1与实施例1-3的颗粒物、二氧化硫以及氮氧化物的排放浓度区别不大，对比例2-4与实施例1-3颗粒物、二氧化硫以及氮氧化物的排放浓度差别较大。
由此可见，本发明实施例炭黑的生产工艺具有更环保的优点，并且改变炭黑和烟气的冷却方式对炭黑生产过程中尾气和粉尘的排放浓度影响不大，改变炭黑后处理的方式对尾气和粉尘的排放浓度有极大影响。
实验2：炭黑生产过程中能源的损耗
本实施例和对比例的炭黑在生产过程中，其能源消耗量根据GB 29440-2012《炭黑单位产品能源消耗限额》中规定的检测方法检测，并且规定炭黑单位产品能耗准入值应不大于2250kgce/t，炭黑单位产品能耗先进值应不大于1990kgce/t。
本实施例和对比例能源消耗量的检测结果如表3所示。
表3：本实施例和对比例能源消耗量的检测结果
编号 能源消耗量kgce/t
实施例1 1872
实施例2 1920
实施例3 1860
对比例1 2115
对比例2 1995
对比例3 2182
对比例4 2012
从表3中可看出：本实施例和对比例炭黑的生产过程中其能源的损耗均符合GB29440-2012《炭黑单位产品能源消耗限额》中规定的限额值。通过对比实施例和对比例可知：实施例的能源消耗量小于对比例的能源消耗量，并且实施例的能源消耗量能达到炭黑单位产品能耗先进值，对比例的能源消耗量只能达到炭黑单位产品能耗准入值；对比例2、对比例4和实施例1-3的能源消耗量相差不大，对比例1、对比例3和实施例1-3的能源消耗量相差较大。
对比例2和实施例3对比可知：实施例3的能源消耗量小于对比例2的能源消耗量，实施例3的炭黑采用的是干法造粒，对比例2采用的是湿法造粒。因此，炭黑造粒方式的不同会影响炭黑生产过程中能源消耗量的多少。
实施例3与对比例1对比可知：实施例3的能源消耗量小于对比例1的能源消耗量，并且对比例1与实施例3的能源消耗量数值相差较大。实施例3反应生成的炭黑和烟气采用空气预热器、蒸汽发生器和油预热器换热降温的方式，对比例1反应生成的炭黑和烟气采用空气预热器和油预热器换热降温的方式。因此，改变炭黑和烟气的冷却方式对炭黑生产过程中能源消耗量有较大影响。
实施例3和对比例4对比可知：实施例3的能源消耗量小于对比例4的能源消耗量，但对比例4与实施例3的能源消耗量数值相差较大。实施例3与对比例4采用的后处理的方式不同。因此，改变炭黑后处理的方式会影响能源消耗量的多少。
由此可见，本发明实施例炭黑的生产工艺具有节能降耗的优点，并且改变炭黑的造粒方式会影响炭黑生产过程中能源消耗量的多少，以及改变炭黑和烟气的冷却方式对炭黑生产过程中能源消耗量有较大影响，改变炭黑后处理的方式对能源消耗量影响较小。
实施3：炭黑产品质量
本实施例和对比例制备的炭黑，其产品质量根据GB 3778-2011《橡胶用炭黑》中规定的检测方法检测。吸碘值的测定按GB/T 3780.1执行，吸油值的测定按GB/T 3780.2执行，压缩样吸油值的测定按GB/T 3780.4执行，CTAB吸附比表面积的测定按GB/T 3780.5执行，着色强度的测定按GB/T 3780.6执行，外表面积和总表面积的测定按照GB/T 10722执行。
本实施例和对比例炭黑产品质量的检测结果如表4所示。
表4：本实施例和对比例炭黑产品质量的检测结果
Figure BDA0003218993330000121
从表4中可以看出：本发明实施例和对比例制备的炭黑的产品质量优良。通过对比实施例和对比例可知：实施例和对比例制备的炭黑其性能差异不大，实施例制备的炭黑其性能略好于对比例制备的炭黑。因此，本实施例制备的炭黑能满足炭黑所需的性能要求。
通过实验1、实验2以及实验3可知：本发明实施例炭黑的生产工艺具有环保、节能降耗的优点，并且其在环保节能降耗的同时制备所得的炭黑能满足炭黑所需的性能要求。本发明通过改变炭黑的造粒方式以及改变炭黑和烟气的冷却方式来达到节能降耗的目的；通过改变炭黑生产过程中所产生的尾气和粉尘的处理方式来达到更为环保的目的。

Claims (8)

1.一种特种炭黑的生产工艺，其特征在于：包括以下步骤：
(1)空气预热：将空气经空气预热器加热至750～850℃，然后送入反应炉，通入的空气为反应提供一部分原料；
(2)原料油预热：将煤焦油经油预热器加热至150～250℃，然后送入反应炉，通入的煤焦油为反应提供另一部分原料；
(3)反应：
a.将天然气以及加热后的空气通入反应炉中混合燃烧，产生1600～1800℃的高温燃烧气流；
b.将加热后的煤焦油通入反应炉中，与高温燃烧气流混合，迅速裂解，生成炭黑和烟气；
c.在反应炉的后部通入降温水至高温炭黑和烟气中，使其温度迅速降低，终止反应；
(4)换热降温：将反应生成的炭黑和烟气依次经空气预热器、蒸汽发生器和油预热器换热降温；
(5)收料：降温后的炭黑和烟气通过主袋滤器完成收集，此时炭黑和烟气分离成炭黑粉体和尾气；
(6)风送：向风送风机中通入空气，使得收集的炭黑粉体经风送风机完成风送；
(7)造粒：采用干法造粒的方式进行造粒，将完成风送后的炭黑经造粒机造粒，得到炭黑粒；
(8)分级：炭黑粒在螺旋分级筛中分级，分为合格粒料和不合格粒料，合格粒料做成成品，不合格粒料风送至再处理袋滤器继续处理；
(9)后处理：
a.尾气处理：炭黑生产过程中产生的尾气经3套尾气处理转化装置处理达标后才能排放；
b.粉尘处理：炭黑生产过程中产生的粉尘一部分经袋滤器收尘达标后排放，另一部分经再处理袋滤器收尘达标排放；
(10)成品包装入库：成品通过塑料袋包装入库。
2.如权利要求1所述的特种炭黑的生产工艺，其特征在于：所述空气和煤焦油的质量比例控制在0.3:1～0.8：1。
3.如权利要求1所述的特种炭黑的生产工艺，其特征在于：所述反应炉包括燃烧段、混合段、反应段、急冷段以及停留段。
4.如权利要求1所述的特种炭黑的生产工艺，其特征在于：所述反应炉的后部为反应炉的急冷段。
5.如权利要求1所述的特种炭黑的生产工艺，其特征在于：步骤(4)中，所述反应生成的炭黑和烟气依次经空气预热器、蒸汽发生器和油预热器换热降温至200～250℃。
6.如权利要求1所述的特种炭黑的生产工艺，其特征在于：步骤(9)中，所述尾气处理中的尾气为收料过程中主袋滤器中的尾气。
7.如权利要求6所述的特种炭黑的生产工艺，其特征在于：步骤(9)中，所述粉尘处理中的粉尘包括风送过程中风送风机产生的粉尘、造粒过程中造粒机产生的粉尘、分级过程中螺旋分级筛产生的粉尘以及成品包装过程中产生的粉尘。
8.如权利要求7所述的特种炭黑的生产工艺，其特征在于：所述风送风机产生的粉尘经袋滤器收尘达标后才能排放，所述造粒机、螺旋分级筛以及成品包装过程中产生的粉尘通过再处理袋滤器完成收尘。
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