CN209923237U - 一种新型炭黑反应炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型炭黑反应炉，包括依次连接的燃烧段、喉管段、反应段和冷却段；反应段包括渐扩段和直扩段；渐扩段的小口一端与喉管段连接，大口一端与直扩段连接，直扩段的另一端与冷却段连接；渐扩段大口一端的端面直径小于直扩段的截面直径。采用上述设计，渐扩段呈喇叭状的设计可以增大烟气的流速和提高炭黑生成过程中粒子间的碰撞，紧接着渐扩段设计的直扩段可以使得高温气流流速不再继续增加，使得经过增速的高温气流流速适当，进而延长反应时间，有利于形成晶核，提高炭黑生产效率；渐扩段与直扩段的连接处由于存在压差，从而可以进一步促进炭黑小分子间的碰撞。本实用新型提升了炭黑的品质，筛余物和灰分较低，炭黑着色强度高。

Description

一种新型炭黑反应炉

技术领域

本实用新型涉及炭黑生产技术领域，特别涉及一种新型炭黑反应炉。

背景技术

炭黑是原料油(煤焦油、蒽油、乙烯焦油等)在反应炉中高温、高流速的工况下不完全燃烧生成的。现有技术炭黑生产中应用最广泛的设备是六段式反应炉，其包括依次连接的炉头、燃烧段、喉管段、反应段、冷却段和停留段六个部分。该反应炉的工作原理是：煤气与空气通过炉头进入燃烧段，再在燃烧段完全燃烧，产生高温高速气流，随后进入喉管段；此时原料油经喉管段设置的油枪喷入喉管段，随后在喉管段和反应段内与来自燃烧段的高温高速气流接触混合，原料油迅速汽化并裂解生成炭黑；随后炭黑进入冷却段被迅速冷却，再进入停留段，为下一道工序(炭黑的造粒、干燥或收集等工序)做准备。

在炭黑的反应生成过程中，反应时间与碰撞的几率决定了炭黑的收率和质量，也就是说，炭黑反应炉反应段的构造对炭黑的收率和质量有重大影响。传统的炭黑反应炉反应段通常呈如下设计：1、与喉管段连接的反应段呈扩口喇叭状；2、与喉管段连接的反应段呈中空圆柱体状，且反应段的截面直径大于与喉管段连接部分的截面直径。

上述两种设计方式中第一种由于反应段呈扩口喇叭状，高温气流流速过快，存在部分原料未能充分有效反应完全；第二种设计中由于反应段反应腔室大、高温气流流速慢、炭黑生成过程中粒子间碰撞几率小。上述两种设计中均存在反应生成的炭黑品质较低的技术问题，主要表现在炭黑着色强度低、筛余物和灰分含量较高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种新型炭黑反应炉，克服传统炭黑反应炉反应段设计的由于反应腔大、高温气流流速慢或者是过快、炭黑生成过程中粒子间碰撞几率小，导致的炭黑品质低的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：

一种新型炭黑反应炉，包括依次连接的燃烧段、喉管段、反应段和冷却段；所述反应段包括渐扩段和直扩段；所述渐扩段的小口一端与喉管段连接，大口一端与直扩段连接，所述直扩段的另一端与冷却段连接；所述渐扩段大口一端的端面直径小于直扩段的截面直径。

作为优选，所述直扩段的长度与渐扩段长度的比值为1-2.5:1。

作为更优选，所述直扩段的长度与渐扩段长度的比值为2:1。

作为优选，所述渐扩段的锥角为30-60°。

作为优选，所述喉管段的前部、中部和后部均设有油枪。

作为优选，所述油枪沿喉管段的轴向等间距分布。

作为优选，所述油枪设置有6个或者是8个，且所述喉管段的前部、中部和后部设置的油枪投影均重叠。

作为优选，所述燃烧段、喉管段、反应段和冷却段的内壁由内到外依次包括锆铬刚玉层和氧化铝空心球层。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型中的炭黑反应炉，其反应段包括渐扩段和直扩段；所述渐扩段的小口一端与喉管段连接，大口一端与直扩段连接；所述渐扩段大口一端的端面直径小于直扩段的截面直径。采用上述设计，渐扩段呈喇叭状的设计可以增大烟气的流速和提高炭黑生成过程中粒子间的碰撞，但紧接着渐扩段设计的直扩段又可以使得高温气流流速不再继续增加，使得经过增速的高温气流流速适当，进而延长反应时间，有利于形成晶核，提高炭黑生产效率；渐扩段与直扩段的连接处由于存在压差，从而可以进一步促进炭黑小分子间的碰撞。与现有技术中的炭黑反应炉相比较，本实用新型提升了炭黑的品质，筛余物和灰分较低，炭黑着色强度高。

附图说明

图1为本实用新型燃烧段、喉管段和反应段的结构示意图。

图中，1-燃烧段，2-喉管段，3-反应段，4-油枪，5-锆铬刚玉层，6-氧化铝空心球层，30-渐扩段，31-直扩段。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

一种新型炭黑反应炉，包括依次连接的燃烧段1、喉管段2、反应段3和冷却段；燃烧段1、喉管段2和反应段3的结构如图1所示，其中，所述反应段3包括渐扩段30和直扩段31，渐扩段30呈喇叭状，直扩段31呈中空圆柱体状；渐扩段30的小口一端与喉管段2连接，大口一端与直扩段31连接，所述直扩段31的另一端与冷却段连接；冷却段同样呈中空圆柱体状，其截面直径与直扩段31的截面直径相同；所述渐扩段30大口一端的端面直径小于直扩段31的截面直径，采用该设计，使得从渐扩段30大口一端出来的高温气流进入到直扩段31中时，由于渐扩段30与直扩段31的连接处存在压差，从而可以进一步促进炭黑小分子间的碰撞。需要说明的是，本实用新型附图中并未出示炭黑反应炉中常规设置的炉头、冷却段和停留段，本领域技术人员能够理解上述结构采用常规设计即可，本实用新型并不作进一步的限制。

作为优选，所述直扩段31的长度与渐扩段30长度的比值为1-2.5:1。通过该设计，一方面可以对炭黑生产过程中的高温气流流速进行增速，提高炭黑粒子间的碰撞；另一方面，在该长度比例条件下，又可以延长反应时间，有利于形成晶核，提高炭黑生产效率。

作为更优选，所述直扩段31的长度与渐扩段30长度的比值为2:1。

作为优选，所述渐扩段30的锥角为30-60°。锥角设计为较小的话，该反应炉中高温气流通道则较为狭窄；锥角设计为较大的话，则使得该反应炉的体积过于庞大；锥角过小或者是过大，均不利于生产。

作为优选，所述喉管段2的前部、中部和后部均设有油枪4。通过该设计，采用多点喷油、多级燃烧的的方式，使得反应更加充分、均匀，有利于进一步降低筛余物含量。

作为优选，所述油枪4沿喉管段2的轴向等间距分布。

作为优选，所述油枪4设置有6个或者是8个，且所述喉管段2的前部、中部和后部设置的油枪4投影均重叠。采用该设计，可以保证原料油有足够的穿透力和覆盖面，有利于原料油雾化，从而提高炭黑的生成效率。

作为优选，所述燃烧段1、喉管段2、反应段3和冷却段的内壁由内到外依次包括锆铬刚玉层5和氧化铝空心球层6。

具体实施例1

应用本实用新型中的炭黑反应炉分别生产高品质YFG501、YFG502和YF503炭黑，与常规反应炉生产比较分析。

主要原辅料：原料油为蒽油和炭黑油；燃料为焦炉煤气；原料油雾化蒸汽选择为中压蒸汽；其具体主要工艺参数控制如下表所示：

表一生产工艺参数控制表

表二炭黑成品质量要求表

表三常规炭黑反应炉生产的炭黑成品质量表

表四该新型炭黑反应炉生产的炭黑成品质量表

从上述表中可以看出，应用本实用新型中的炭黑反应炉生产高品质YFG501、YFG502和YF503炭黑，成品质量较常规炭黑反应炉生产的上述型号的炭黑较好，产品质量完全满足质量指标要求，而常规炭黑反应炉生产的上述型号炭黑甚至一些指标还出现不达标的情况。质量指标主要体现在：吸油值较高、45um筛余物和灰分含量较低。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种新型炭黑反应炉，包括依次连接的燃烧段(1)、喉管段(2)、反应段(3)和冷却段；其特征在于：所述反应段(3)包括渐扩段(30)和直扩段(31)；所述渐扩段(30)的小口一端与喉管段(2)连接，大口一端与直扩段(31)连接，所述直扩段(31)的另一端与冷却段连接；所述渐扩段(30)大口一端的端面直径小于直扩段(31)的截面直径。

2.根据权利要求1所述的一种新型炭黑反应炉，其特征在于：所述直扩段(31)的长度与渐扩段(30)长度的比值为1-2.5:1。

3.根据权利要求2所述的一种新型炭黑反应炉，其特征在于：所述直扩段(31)的长度与渐扩段(30)长度的比值为2:1。

4.根据权利要求2所述的一种新型炭黑反应炉，其特征在于：所述渐扩段(30)的锥角为30-60°。

5.根据权利要求4所述的一种新型炭黑反应炉，其特征在于：所述喉管段(2)的前部、中部和后部均设有油枪(4)。

6.根据权利要求5所述的一种新型炭黑反应炉，其特征在于：所述油枪(4)沿喉管段(2)的轴向等间距分布。

7.根据权利要求6所述的一种新型炭黑反应炉，其特征在于：所述油枪(4)分别设置有6个或者是8个，且所述喉管段(2)的前部、中部和后部设置的油枪(4)投影均重叠。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种新型炭黑反应炉，其特征在于：所述燃烧段(1)、喉管段(2)、反应段(3)和冷却段的内壁由内到外依次包括锆铬刚玉层(5)和氧化铝空心球层(6)。