一種煤焦油化學(xué)鏈熱解制備炭黑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于炭黑制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種煤焦油化學(xué)鏈熱解制備炭黑的方法，特別是一種以焦油為原料，通過化學(xué)鏈技術(shù)制備炭黑的工藝。
【背景技術(shù)】
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[0002]隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，以汽車制造業(yè)為代表的橡膠依賴產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，而炭黑作為橡膠的一種重要補(bǔ)強(qiáng)劑，需求量上亦與日俱增，成為僅次于生膠的第二大橡膠材料，在橡膠工業(yè)中的消耗量約占其總產(chǎn)量的89.5% ;研宄表明，在橡膠中添加適量的炭黑，可以有效增強(qiáng)材料的物理機(jī)械性能(拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、耐磨性等)，使得橡膠產(chǎn)品更加可靠、耐用；此外，炭黑作為染色劑、導(dǎo)電劑及紫外線屏蔽劑等，同樣廣泛用于涂料、干電池及塑料生產(chǎn)等領(lǐng)域。
[0003]迄今為止，常規(guī)的炭黑生產(chǎn)方法主要包括接觸法、熱裂解法和爐法，其中接觸法開式生產(chǎn)，工藝落后，現(xiàn)在除了特殊功能炭黑采用接觸法，接觸法已經(jīng)較少使用；熱裂解法由于原料天然氣價(jià)格上漲、炭黑產(chǎn)品性能較差等因素而發(fā)展受限，而以油爐法為代表的爐法炭黑技術(shù)得到廣泛發(fā)展，通過油爐法生產(chǎn)的炭黑占到炭黑生產(chǎn)總量的95%以上，成為當(dāng)前炭黑生產(chǎn)的主要方法，其基本原理是:預(yù)熱空氣攜帶燃料油進(jìn)入燃燒反應(yīng)室燃燒產(chǎn)生高溫?zé)煔?燃燒溫度1700-1800°C )進(jìn)入熱解反應(yīng)室，原料油經(jīng)過濾、預(yù)熱后由壓縮空氣霧化噴入其中，在高溫下迅速氣化并裂解生成炭黑，在反應(yīng)室后部，將冷水直接噴入煙氣中以降低煙溫而終止炭黑反應(yīng)，最終冷卻煙氣經(jīng)主袋濾器收集炭黑。由上述原理可以看出，油爐法主要特點(diǎn)包括:爐內(nèi)必須保持高溫提高反應(yīng)速率；原料油霧化質(zhì)量很關(guān)鍵，空氣配比控制嚴(yán)格；燃燒溫度高達(dá)1800°C，耐火材料易被燒毀，成本增加；采用助燃空氣，其中79%的氮?dú)?，高溫下易生成大量熱力型NOx，且會攜帶部分煤焦油燃燒生成的大量熱量，造成能量損失；噴入冷水冷卻高溫?zé)煔?，既造成煙氣量增加而更多顯熱被帶走，又使得尾氣含濕量增加，降低尾氣熱值。因此，在現(xiàn)如今提倡環(huán)保節(jié)能的大背景下，降耗、污染減排是當(dāng)前炭黑生產(chǎn)所必須面對的重大難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)提供一種煤焦油化學(xué)鏈法熱解制備炭黑的方法，降低炭黑生產(chǎn)能耗，減少污染排放。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在煤焦油化學(xué)鏈熱解制備炭黑的裝置中采用煤焦油原料制備炭黑，其具體制備過程是:
[0006](I)、在燃料反應(yīng)器布風(fēng)板上填鋪載氧體顆粒形成載氧體顆粒料層，載氧體顆粒料層的厚度不低于150mm ；
[0007](2)、關(guān)閉燃料反應(yīng)器和空氣反應(yīng)器之間的返料管閥門，阻斷載氧體顆粒在兩個反應(yīng)器之間的流通；
[0008](3)、利用外接的熱風(fēng)爐中燃?xì)夂涂諝馊紵a(chǎn)生的1000 °C煙氣進(jìn)行預(yù)熱，煙氣先進(jìn)入燃料反應(yīng)器進(jìn)行烘爐，煙氣從燃料反應(yīng)器布風(fēng)板噴入，加熱燃料反應(yīng)器內(nèi)的載氧體顆粒料層和耐火材料，載氧體顆粒料層松動膨脹并鼓泡流化，煙氣上行穿過冷卻水盤管，冷卻水盤管中低倍水流率運(yùn)行，煙氣離開燃料反應(yīng)器的尾氣出口后被引入空氣反應(yīng)器底部的空氣進(jìn)口，通過空氣反應(yīng)器布風(fēng)板進(jìn)入空氣反應(yīng)器進(jìn)行預(yù)熱；當(dāng)燃料反應(yīng)器中主體爐溫達(dá)到800?900°C時(shí)，管路和空氣反應(yīng)器中溫度達(dá)到700°C，從空氣反應(yīng)器排出的廢熱煙氣從單級旋風(fēng)分離器頂部的貧氧空氣出口引入管殼式余熱鍋爐，從而對管殼式余熱鍋爐進(jìn)行預(yù)熱；然后逐步減小熱風(fēng)爐中燃燒強(qiáng)度，開始向燃料反應(yīng)器中送入煤焦油進(jìn)行反應(yīng)，載氧體顆粒進(jìn)入空氣反應(yīng)器反應(yīng)放熱，并逐漸通過載氧體循環(huán)將熱量帶到燃料反應(yīng)器；燃料反應(yīng)器中溫度穩(wěn)定后，停止熱風(fēng)爐的運(yùn)行；
[0009](4)、打開空氣反應(yīng)器和燃料反應(yīng)器之間的返料管閥門，同時(shí)打開煤焦油入料閥門，使煤焦油通過煤焦油進(jìn)口進(jìn)入燃料反應(yīng)器，煤焦油的入料速度由O流量逐漸增大，直到額定流量，保持1000°c煙氣的噴入流化，載氧體顆粒的流化對進(jìn)入燃料反應(yīng)器的煤焦油進(jìn)行破碎和加熱，炭黑反應(yīng)開始進(jìn)行，生成的還原態(tài)載氧體顆粒同少部分未反應(yīng)的載氧體顆粒進(jìn)入空氣反應(yīng)器，同時(shí)打開載氧體進(jìn)料閥門補(bǔ)充氧化態(tài)載氧體進(jìn)入燃料反應(yīng)器；
[0010](5)、啟動空氣反應(yīng)器的流化風(fēng)機(jī)，還原態(tài)載氧體與氧氣在空氣反應(yīng)器中進(jìn)行氧化反應(yīng)生成氧化態(tài)載氧體，空氣反應(yīng)器內(nèi)溫度逐漸升高，隨著載氧體顆粒的流率增加，從空氣進(jìn)口匹配送入的空氣量增加，空氣反應(yīng)器中呈現(xiàn)快速床狀態(tài)(劇烈流化，大部分顆粒被氣體攜帶上行，離開空氣反應(yīng)器進(jìn)入分離器和回料閥并送入熱解反應(yīng)器)時(shí)，穩(wěn)定各管路閥門開度；
[0011](6)、氧化態(tài)載氧體將熱量和晶格氧送回燃料反應(yīng)器，其中氧化態(tài)載氧體先進(jìn)入單級旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離，分離出來的氧化態(tài)載氧體由單級旋風(fēng)分離器料腿進(jìn)入雙夾套流化床換熱器，在流化氣體松動下將雙夾套流化床換熱器內(nèi)的氧化態(tài)載氧體送入進(jìn)料管，并對雙夾套流化床換熱器夾套中的煤焦油加熱，預(yù)熱后的煤焦油通過輸油管與流化進(jìn)氣支管里的流化氣體混合后一同進(jìn)入燃料反應(yīng)器的下部，氧化態(tài)載氧體由進(jìn)料管進(jìn)入燃料反應(yīng)器，流化氣體由燃料反應(yīng)器的底部通入，在流化作用下載氧體將煤焦油分散均勻，并催化裂解煤焦油的C-H鍵，促進(jìn)氧化態(tài)載氧體的晶格氧與H反應(yīng)生成炭黑，攜帶炭黑和少量還原態(tài)載氧體的煙氣依次通過相互連通的冷卻水盤管、水夾套換熱器和雙夾套流化床換熱器的外層夾套換熱降溫得到冷卻后的煙氣，冷卻后的煙氣進(jìn)入兩級串聯(lián)旋風(fēng)分離器，還原態(tài)載氧體在一級旋風(fēng)分離器內(nèi)分離，由一級旋風(fēng)分離器料腿進(jìn)入返料管并與從燃料反應(yīng)器下部進(jìn)入返料管的還原態(tài)載氧體混合后，一同返回空氣反應(yīng)器完成物料循環(huán)，而煙氣繼續(xù)進(jìn)入二級旋風(fēng)分離器，部分炭黑被分離下來進(jìn)入存儲罐，剩余炭黑由煙氣攜帶經(jīng)過濾收集裝置分離收集，尾氣經(jīng)尾氣出口送往余熱鍋爐燃燒，實(shí)現(xiàn)炭黑的制備。
[0012]本發(fā)明所述煤焦油化學(xué)鏈轉(zhuǎn)化制備炭黑的裝置的主體包括空氣反應(yīng)器、單級旋風(fēng)分離器、雙夾套流化床換熱器、燃料反應(yīng)器、水夾套換熱器、兩級串聯(lián)旋風(fēng)分離器、過濾收集裝置、空氣反應(yīng)器排氣管、單級旋風(fēng)分離器料腿、進(jìn)料管、輸油管、管殼式余熱鍋爐、引風(fēng)機(jī)、流化進(jìn)氣支管、冷卻水盤管、一級旋風(fēng)分離器料腿、返料管、存儲罐、氧化態(tài)載氧體、還原態(tài)載氧體、流化進(jìn)氣主管、燃料反應(yīng)器布風(fēng)板、返料管閥門、空氣反應(yīng)器布風(fēng)板、煤焦油入料閥門、載氧體進(jìn)料閥門、返料閥、空氣進(jìn)口、貧氧空氣出口、流化氣體主進(jìn)口、冷卻水進(jìn)口、高溫水出口、煤焦油進(jìn)口、流化氣體分進(jìn)口和尾氣出口；空氣反應(yīng)器通過頂部的空氣反應(yīng)器排氣管與單級旋風(fēng)分離器連通，空氣反應(yīng)器的底部設(shè)有空氣進(jìn)口，空氣反應(yīng)器的底端設(shè)有空氣反應(yīng)器布風(fēng)板；空氣反應(yīng)器和空氣反應(yīng)器排氣管內(nèi)流動有氧化態(tài)載氧體，氧化態(tài)載氧體由還原態(tài)載氧體和空氣中的氧氣反應(yīng)生成；單級旋風(fēng)分離器的下部通過單級旋風(fēng)分離器料腿與雙夾套流化床換熱器連通，單級旋風(fēng)分離器的頂部設(shè)有貧氧空氣出口，貧氧空氣出口排出隊(duì)和少量未反應(yīng)的O 2;雙夾套流化床換熱器通過進(jìn)料管與燃料反應(yīng)器的中部連通，燃料反應(yīng)器下端設(shè)有燃料反應(yīng)器布風(fēng)板，燃料反應(yīng)器布風(fēng)板的下部為與流化進(jìn)氣主管連通的風(fēng)室，流化進(jìn)氣主管與流化氣體主進(jìn)口連通，燃料反應(yīng)器通過返料閥和返料管與空氣反應(yīng)器的底部相連，燃料反應(yīng)器和返料閥之間的返料管上設(shè)置有返料管閥門，返料管內(nèi)流動有還原態(tài)載氧體；燃料反應(yīng)器的上部設(shè)有冷卻水盤管，冷卻水盤管的上部為冷卻水進(jìn)口，冷卻水盤管與水夾套換熱器相連通，燃料反應(yīng)器的頂部通過水夾套換熱器內(nèi)腔的管道與兩級串聯(lián)旋風(fēng)分離器的進(jìn)口連通，兩級串聯(lián)旋風(fēng)分離器通過一級旋風(fēng)分離器的排氣口與二級旋風(fēng)分離器的進(jìn)氣口串聯(lián)組成，一級旋風(fēng)