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一種燃燒四甲基硅烷制備白炭黑的方法及其制備裝置的制作方法

文檔序號(hào):3450555閱讀:201來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:一種燃燒四甲基硅烷制備白炭黑的方法及其制備裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是關(guān)于材料制備領(lǐng)域,特別涉及一種燃燒四甲基硅烷制備白炭黑的方法及其制備裝置。
背景技術(shù)
白炭黑是一種多功能的添加劑,因其具有優(yōu)越的穩(wěn)定性、補(bǔ)強(qiáng)性、增稠性和觸變性而被廣泛的應(yīng)用于硅橡膠、粘膠劑、油漆涂料等方面,被譽(yù)為“工業(yè)味精”,是世界范圍內(nèi)工業(yè)化應(yīng)用的納米材料。目前主要有兩種制取白炭黑的方法:沉淀法和氣相法。沉淀法是硅酸鈉(即水玻璃)與酸(多數(shù)情況下是硫酸)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成硅酸,再經(jīng)過(guò)濾、打漿、干燥而制得白炭黑,副產(chǎn)品是硫酸鈉和水。具體工藝是先配制水玻璃溶液,然后在一定的濃度、溫度和PH值等條件下和濃硫酸一起加入反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng),生成白炭黑沉淀物,反應(yīng)器出來(lái)的粗料漿經(jīng)壓濾機(jī)過(guò)濾,分離出硫酸鈉母液回收,得到副產(chǎn)品硫酸鈉,濾餅用水洗去硫酸鈉,用壓縮空氣吹除濾餅中部分水分,經(jīng)高速攪拌成糊狀料漿,最后噴霧干燥,得到白炭黑產(chǎn)品。沉淀法制取的白炭黑比表面積較小,使用領(lǐng)域有所局限,但其工藝相對(duì)簡(jiǎn)單,設(shè)備要求較低。它在我國(guó)市場(chǎng)需求量大,主要用于作橡膠補(bǔ)強(qiáng)填料。氣相法白炭黑制備技術(shù)于1941年由Degussa公司發(fā)明,是由硅或者硅的氯化物在氫氧焰的高溫條件下水解而成,是表面帶有羥基官能團(tuán)的超微細(xì)粒子。它的主要原料為可水解的有機(jī)硅烷,常見的有鹵硅烷如四氯化硅與甲基三氯硅烷等,經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展該技術(shù)已經(jīng)非常成熟。氣相法白炭黑源生粒徑大約I 40nm,平均原生粒徑為7 18nm,聚集體粒徑為Ium左右,比表面積很大,可達(dá)50 400 π /g。其工藝過(guò)程為:經(jīng)氣化的四氯化硅與氫和氧組成的均相混合氣體在水解爐中燃燒,進(jìn)行高溫水解反應(yīng),煙霧狀的白炭黑通過(guò)聚集器聚集,然后經(jīng)分離器到脫酸爐中進(jìn)行脫酸處理,即可得到超細(xì)白炭黑。反應(yīng)生成的氯化氫氣體經(jīng)水洗塔水洗后成為低濃度的鹽酸。此法得到的產(chǎn)品相對(duì)沉淀法白炭黑品質(zhì)優(yōu)異很多,純度高,分散性好,粒子細(xì)而呈球形,表面羥基少。但是從其工藝可知該法耗能大,對(duì)設(shè)備的要求高,成本較高。由此可見,沉淀法白炭黑品質(zhì)不夠高、應(yīng)用領(lǐng)域受局限,氣相法白炭黑品質(zhì)優(yōu)異但能耗大成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足,提供一種低能耗、高品質(zhì)的白炭黑制備方法及其制備裝置。為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明的解決方案是:提供一種燃燒四甲基硅烷制備白炭黑的方法,包括四甲基硅烷的燃燒,具體步驟包括:A、四甲基硅烷通過(guò)輸送泵從儲(chǔ)罐進(jìn)入到霧化裝置,在霧化裝置內(nèi)氣化后,以氣態(tài)的四甲基硅烷送入到燃燒器;B、送風(fēng)機(jī)將風(fēng)送給燃燒器;
C、四甲基硅烷和風(fēng)噴出燃燒器,在爐膛內(nèi)充分燃燒,根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式:C4H12Si +802==4C02+6H20+SiO2,生成白炭黑、水和二氧化碳;D、燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饬鹘?jīng)煙氣冷卻器冷卻后,進(jìn)入捕集器捕集煙氣中的白炭黑,然后尾氣經(jīng)引風(fēng)機(jī),通過(guò)煙 排入大氣。在本發(fā)明中,所述送風(fēng)機(jī)送給燃燒器的風(fēng)量為過(guò)量空氣系數(shù)1.0 1.5。在本發(fā)明中,所述爐膛中的燃燒溫度為800 1400°C。在本發(fā)明中,所述捕集器中的煙氣溫度為80 150°C。提供一種用于所述制備白炭黑的方法的制備裝置,包括燃燒器,所述制備白炭黑的裝置還包括儲(chǔ)罐、輸送泵、霧化裝置、送風(fēng)機(jī)、爐膛、煙氣冷卻器、捕集器、引風(fēng)機(jī)和煙囪;儲(chǔ)罐、輸送泵、霧化裝置和燃燒器依次連接,送風(fēng)機(jī)與霧化裝置連接在燃燒器的同一端,燃燒器的另一端伸入爐膛內(nèi)部,且燃燒器在爐膛內(nèi)部設(shè)有出風(fēng)口,煙氣冷卻器、捕集器、引風(fēng)機(jī)和煙 依次連接在爐膛的另一端;所述霧化裝置采用蒸發(fā)器或者氣力霧化噴槍,氣力霧化噴槍通過(guò)一端插入燃燒器內(nèi)與燃燒器連接。在本發(fā)明中,所述燃燒器為旋流燃燒器。在本發(fā)明中,所述煙氣冷卻器內(nèi)設(shè)置有過(guò)熱器。在本發(fā)明中,所述爐膛內(nèi)設(shè)置有水冷壁。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是:1、傳統(tǒng)沉淀法制取白炭黑品質(zhì)較低,很多領(lǐng)域無(wú)法使用,本發(fā)明方法生產(chǎn)的白炭黑品質(zhì)優(yōu)異。 2、傳統(tǒng)氣相法制取白炭黑需要?dú)溲跹娴母吣芎模a(chǎn)物有氯化氫需要處理回收,本發(fā)明方法使用四甲基硅烷(C4H12Si)燃燒獲取白炭黑,溫度比1800°C低很多,設(shè)備要求也有所降低,有效節(jié)能省成本,產(chǎn)物為白炭黑、水和二氧化碳,相對(duì)環(huán)保。3、爐膛中的熱量可以用于對(duì)外供熱或發(fā)電。


圖1為本發(fā)明的實(shí)施例1中的制備裝置示意圖。圖2為本發(fā)明的實(shí)施例2中的制備裝置示意圖。圖中的附圖標(biāo)記為:1儲(chǔ)罐;2輸送泵;3蒸發(fā)器;4送風(fēng)機(jī);5燃燒器;6爐膛;7煙氣冷卻器;8捕集器;9引風(fēng)機(jī);10煙囪;11氣力霧化噴槍。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:—種燃燒四甲基硅烷制備白炭黑的方法,具體步驟包括:A、四甲基硅烷通過(guò)輸送泵2從儲(chǔ)罐I進(jìn)入到霧化裝置,在霧化裝置內(nèi)氣化后,以氣態(tài)的四甲基硅烷送入到燃燒器5 ;B、送風(fēng)機(jī)4將風(fēng)送給燃燒器5,風(fēng)量為過(guò)量空氣系數(shù)1.0 1.5 ;C、四甲基硅烷和風(fēng)噴出燃燒器5,在爐膛6內(nèi)充分燃燒,燃燒溫度為800 1400°C,根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式:C4H12Si+802==4C02+6H20+Si02,生成白炭黑、水和二氧化碳;D、燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饬鹘?jīng)煙氣冷卻器7冷卻后進(jìn)入捕集器8,此時(shí)煙氣的溫度為80 150°C,捕集器8捕集煙氣中的白炭黑,然后尾氣經(jīng)弓I風(fēng)機(jī)9,通過(guò)煙囪10排入大氣。用于上述方法制備白炭黑的制備裝置包括儲(chǔ)罐1、輸送泵2、霧化裝置、送風(fēng)機(jī)4、燃燒器5、爐膛6、煙氣冷卻器7、捕集器8、引風(fēng)機(jī)9和煙囪10。儲(chǔ)罐1、輸送泵2、霧化裝置和燃燒器5依次連接,送風(fēng)機(jī)4與霧化裝置連接在燃燒器5的同一端,燃燒器5的另一端伸入爐膛6內(nèi)部,且燃燒器5在爐膛6內(nèi)部設(shè)有出風(fēng)口,煙氣冷卻器7、捕集器8、引風(fēng)機(jī)9和煙囪10依次連接在爐膛6的另一端。所述燃燒器5為旋流燃燒器,煙氣冷卻器7內(nèi)設(shè)置有過(guò)熱器,爐膛6內(nèi)設(shè)置有水冷壁,工質(zhì)水在爐膛6水冷壁和過(guò)熱器內(nèi)吸熱、汽化和過(guò)熱,產(chǎn)生的熱量可以用于對(duì)外供熱或發(fā)電。圖1中的制備白炭黑的裝置,霧化裝置采用蒸發(fā)器3。在儲(chǔ)罐I中的四甲基硅烷經(jīng)輸送泵2進(jìn)入到蒸發(fā)器3中,再送入燃燒器5,由送風(fēng)機(jī)4按照過(guò)量空氣系數(shù)1.0 1.3配適當(dāng)風(fēng)量輸送燃燒器5。四甲基硅烷和風(fēng)在爐膛6內(nèi)發(fā)生燃燒反應(yīng)C4H12Si+802==4C02+6H20+Si02,爐膛6內(nèi)煙氣溫度為1100 1400°C。燃燒完全后的尾氣中含有生成的白炭黑、水蒸氣和二氧化碳,經(jīng)煙氣冷卻器7降溫后到捕集器8中完成白炭黑的捕集,捕集器8中煙氣溫度為80 150°C左右。尾氣由引風(fēng)機(jī)9運(yùn)送至煙囪10排放。工質(zhì)水在爐膛6水冷壁和過(guò)熱器內(nèi)吸熱、汽化和過(guò)熱,輸出后進(jìn)入汽輪機(jī)做功發(fā)電。圖2中的制備白炭黑的裝置,霧化裝置采用氣力霧化噴槍11,氣力霧化噴槍11通過(guò)一端插入燃燒器5內(nèi)與燃燒器5連接。在儲(chǔ)罐I中的四甲基硅烷經(jīng)輸送泵2泵入氣力霧化噴槍11,由送風(fēng)機(jī)4按照過(guò)量空氣系數(shù)13 1.5配給適當(dāng)風(fēng)量送入燃燒器5。四甲基硅烷和風(fēng)混合燃燒,燃燒反應(yīng)為C4H12Si+802==4C02+6H20+Si02,爐膛6內(nèi)煙氣溫度為800 1200°C。燃燒完全后的尾氣中含有生成的白炭黑、水蒸氣和二氧化碳,經(jīng)煙氣冷卻器7降溫后到捕集器8中完成白炭黑的捕集,尾氣由引風(fēng)機(jī)9運(yùn)送至煙囪10排放。當(dāng)然,上述具體實(shí)施方案都只能認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的說(shuō)明而不能限制本發(fā)明,在不違背本發(fā)明的精神和主要特征的具 體形式,都應(yīng)認(rèn)為是包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種燃燒四甲基硅烷制備白炭黑的方法,包括四甲基硅烷的燃燒,其特征在于,具體步驟包括: A、四甲基硅烷通過(guò)輸送泵從儲(chǔ)罐進(jìn)入到霧化裝置,在霧化裝置內(nèi)氣化后,以氣態(tài)的四甲基硅烷送入到燃燒器; B、送風(fēng)機(jī)將風(fēng)送給燃燒器; C、四甲基硅烷和風(fēng)噴出燃燒器,在爐膛內(nèi)充分燃燒,根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式:C4H12Si +802==4C02+6H20+SiO2,生成白炭黑、水和二氧化碳; D、燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔饬鹘?jīng)煙氣冷卻器冷卻后,進(jìn)入捕集器捕集煙氣中的白炭黑,然后尾氣經(jīng)引風(fēng)機(jī),通過(guò)煙 排入大氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備白炭黑的方法,其特征在于,所述送風(fēng)機(jī)送給燃燒器的風(fēng)量為過(guò)量空氣系數(shù)1.0 1.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備白炭黑的方法,其特征在于,所述爐膛中的燃燒溫度為800 1400。。。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備白炭黑的方法,其特征在于,所述捕集器中的煙氣溫度為 80 150°C。
5.一種用于權(quán)利要求1所述制備白炭黑的方法的制備裝置,包括燃燒器,其特征在于,所述制備白炭黑的裝置還包括儲(chǔ)罐、輸送泵、霧化裝置、送風(fēng)機(jī)、爐膛、煙氣冷卻器、捕集器、引風(fēng)機(jī)和煙 ;儲(chǔ)罐、輸送泵、霧化裝置和燃燒器依次連接,送風(fēng)機(jī)與霧化裝置連接在燃燒器的同一端,燃燒器的另一端伸入爐膛內(nèi)部,且燃燒器在爐膛內(nèi)部設(shè)有出風(fēng)口,煙氣冷卻器、捕集器、引風(fēng)機(jī)和煙 依次連接在爐膛的另一端;所述霧化裝置采用蒸發(fā)器或者氣力霧化噴槍,氣力霧化噴槍通過(guò)一端插入燃燒器內(nèi)與燃燒器連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備裝置,其特征在于,所述燃燒器為旋流燃燒器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備裝置,其特征在于,所述煙氣冷卻器內(nèi)設(shè)置有過(guò)熱器。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備裝置,其特征在于,所述爐膛內(nèi)設(shè)置有水冷壁。
全文摘要
本發(fā)明涉及材料制備領(lǐng)域,旨在提供一種燃燒四甲基硅烷制備白炭黑的方法及其制備裝置。該方法包括將四甲基硅烷霧化后送入爐膛內(nèi)充分燃燒,燃燒產(chǎn)物經(jīng)過(guò)捕集器捕集白炭黑,最終尾氣排入大氣;該方法所需的制備裝置包括燃燒器、儲(chǔ)罐、輸送泵、霧化裝置、送風(fēng)機(jī)、爐膛、煙氣冷卻器、捕集器、引風(fēng)機(jī)和煙囪。本發(fā)明使用四甲基硅烷(C4H12Si)燃燒來(lái)獲取白炭黑,溫度比1800℃低很多,設(shè)備要求也有所降低,有效節(jié)能省成本,產(chǎn)物為白炭黑、水和二氧化碳,相對(duì)環(huán)保,并且生產(chǎn)的白炭黑品質(zhì)優(yōu)異。
文檔編號(hào)C01B33/12GK103073005SQ20131001378
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月14日
發(fā)明者周俊虎, 楊衛(wèi)娟, 張彥威, 劉建忠, 周志軍, 王智化, 黃鎮(zhèn)宇, 程軍, 岑可法 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)
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