一種炭黑反應工段及炭黑工藝系統(tǒng)的制作方法

本實用新型涉及炭黑生產(chǎn)領域，具體而言，涉及一種炭黑反應工段及炭黑工藝系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

炭黑的主要生產(chǎn)原料為煤焦油、乙烯焦油、蒽油、天然氣、高爐煤氣等等。炭黑的的生產(chǎn)工藝有爐法、噴霧法、燈煙法、槽法、滾筒法、混氣法、裂解法、乙炔法和等離子體法，其中爐法、噴霧法、燈煙法、槽法、滾筒法、混氣法為不完全燃燒法，熱解法、乙炔法和等離子法為熱裂解法。目前燈煙法炭黑主要用作涂料著色劑，滾筒法和混氣法炭黑主要用于油漆和油墨用色素炭黑，乙炔法炭黑主要用于干電池生產(chǎn)，其他生產(chǎn)工藝方法均在生產(chǎn)橡膠用炭黑中應用。

爐法是在反應室內(nèi)，原料烴(液態(tài)烴、氣態(tài)烴或者其混合物)與適量空氣形成密閉湍流系統(tǒng)，通過部分原來烴與空氣燃燒產(chǎn)生高溫使另一部分原料烴裂解生成炭黑，然后將懸浮在煙氣中的炭黑冷卻、過濾、收集、造粒成成品炭黑的方法。其中，以氣態(tài)烴(天然氣或煤層氣)為主要原料的制造方法稱為氣爐法，以液態(tài)烴(芳烴重油，包括催化裂化澄清油、乙烯焦油、煤焦油餾出物等)為主要原料的制造方法稱為油爐法。

油爐法由于就有工藝調(diào)節(jié)方法多、熱能利用率高、能耗小及成本低等特點，已經(jīng)成為主要的炭黑制造方法。在現(xiàn)有的技術(shù)中，裂解反應之后得到的高溫的尾氣直接進行下一工段的炭收集處理，使得尾氣攜帶的高溫能量無法利用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種炭黑反應工段，其能夠通過反應器的空氣預熱器和尾氣預熱器與反應器并聯(lián)利用高溫的尾氣對空氣和二級尾氣進行加熱，提高了尾氣熱量的回收效率。

本實用新型的另一目的在于提供一種炭黑工藝系統(tǒng)，其能夠利用高溫的尾氣對空氣和二級尾氣進行加熱。

本實用新型的實施例是這樣實現(xiàn)的：

一種炭黑反應工段，其包括反應器、第一原料油傳送系統(tǒng)、第二原料油傳送系統(tǒng)、空氣傳送系統(tǒng)以及二級尾氣傳送系統(tǒng)，反應器包括燃燒室、喉管、反應室、空氣預熱器和尾氣預熱器，燃燒室、喉管和反應室依次連通，反應室的出口分別與空氣預熱器和尾氣預熱器連通以將反應室中的尾氣直接輸送至空氣預熱器和尾氣預熱器，第一原料油傳送系統(tǒng)與燃燒室連通，第二原料油傳送系統(tǒng)與喉管連通，空氣傳送系統(tǒng)與空氣預熱器與連通，二級尾氣傳送系統(tǒng)分別連通至尾氣預熱器與反應器的入口以將二級尾氣傳送系統(tǒng)中加熱后的二級尾氣輸送至燃燒室。

在本實用新型較佳的實施例中，上述空氣預熱器通過管道與尾氣預熱器連通。

在本實用新型較佳的實施例中，上述尾氣預熱器為多個，反應室的出口通過管道與多個尾氣預熱器連通。

在本實用新型較佳的實施例中，上述空氣預熱器的管程入口與反應室連通，空氣預熱器的管程出口與收集工段連通；來自空氣傳送系統(tǒng)的空氣經(jīng)過空氣預熱器殼程與空氣預熱器的管程中的尾氣發(fā)生熱交換。

在本實用新型較佳的實施例中，上述尾氣預熱器的的管程入口通過管道與反應室連通，尾氣預熱器的管程出口與收集工段連通；來自二級尾氣傳送系統(tǒng)的二級尾氣經(jīng)過尾氣預熱器殼程與尾氣預熱器管程中的尾氣發(fā)生熱交換。

在本實用新型較佳的實施例中，上述炭黑反應工段還包括第一換熱器，來自第二原料油傳送系統(tǒng)的第二原料油經(jīng)過第一換熱器加熱后進入喉管。

在本實用新型較佳的實施例中，上述炭黑反應工段還包括循環(huán)水系統(tǒng)，循環(huán)水系統(tǒng)與反應室的外壁連通，通過循環(huán)水系統(tǒng)中的水控制反應室的溫度。

在本實用新型較佳的實施例中，上述空氣預熱器和尾氣預熱器與第二換熱器連通，經(jīng)過空氣預熱器和尾氣預熱器的尾氣混合后在第二換熱器與循環(huán)水系統(tǒng)中的循環(huán)水進行熱交換。

在本實用新型較佳的實施例中，上述炭黑反應工段還包括空氣儲罐和空壓機，空壓機與空氣儲罐連通，空氣儲罐與燃燒室連通。

一種炭黑工藝系統(tǒng)，其包括炭黑反應工段、收集工段、造粒干燥工段、儲存包裝工段、尾氣凈化工段，炭黑反應工段與收集工段連通，以將炭黑反應工段產(chǎn)生的尾氣傳送至收集工段，收集工段、造粒干燥工段和儲存包裝工段依次連通，以將炭黑造粒包裝，收集工段還與尾氣凈化工段連通，尾氣凈化工段與二級尾氣傳送系統(tǒng)連通，以將凈化后的二級尾氣通入燃燒室作為燃料。

本實用新型實施例的有益效果是：本實用新型的炭黑反應工段，將空氣預熱器和尾氣預熱器并聯(lián)，且連通至反應室的出口，使得反應室中排出的高溫的尾氣可以在空氣預熱器和尾氣預熱器進行熱交換，提高了尾氣熱量的回收效率，有利于節(jié)約成本。包含上述炭黑反應工段的炭黑反應系統(tǒng)也能夠提高尾氣熱量的回收效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本實用新型的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本實用新型實施例炭黑反應工段的流程示意圖；

圖2為本實用新型實施例反應器的示意圖；

圖3為本實用新型實施例反應器的另一示意圖；

圖4為本實用新型實施例炭黑工藝系統(tǒng)的流程示意圖。

圖標：100-炭黑反應工段；110-反應器；150-第一原料油傳送系統(tǒng)；160-第二原料油傳送系統(tǒng)；170-空氣傳送系統(tǒng)；180-二級尾氣傳送系統(tǒng)；111-燃燒室；112-喉管；120-反應室；130-空氣預熱器；140-尾氣預熱器；121-噴淋頭；210-收集工段；131-管程入口；141-管程入口；132-管程出口；142-管程出口；133-殼程入口；143-殼程入口；134-殼程出口；144-殼程出口；151-第一換熱器；191-第二換熱器；171-空氣儲罐；172-空壓機；200-炭黑工藝系統(tǒng)；220-造粒干燥工段；230-儲存包裝工段；240-尾氣凈化工段；250-罐區(qū)系統(tǒng)；260-循環(huán)水系統(tǒng)。

具體實施方式

為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實用新型實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。

因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本實用新型的范圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本實用新型的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“連通”應做廣義理解，例如，可以是固定連通，也可以是可拆卸連通，或一體地連通；可以是機械連通，也可以是電連通；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本實用新型中的具體含義。

實施例

請參照圖1，本實施例提供一種炭黑反應工段100，其包括反應器110、第一原料油傳送系統(tǒng)150、第二原料油傳送系統(tǒng)160、空氣傳送系統(tǒng)170以及二級尾氣傳送系統(tǒng)180。反應器110、第一原料油傳送系統(tǒng)150、第二原料油傳送系統(tǒng)160、空氣傳送系統(tǒng)170以及二級尾氣傳送系統(tǒng)180分別與反應器110的不同區(qū)段連通。

請參照圖2和圖3，反應器110包括燃燒室111、喉管112、反應室120、空氣預熱器130和尾氣預熱器140，燃燒室111的出口與喉管112連通，喉管112的出口與反應室120的入口連通，空氣預熱器130與反應器110的出口連通，尾氣預熱器140與通過管道與反應器110連通。空氣預熱器130與反應器110的并聯(lián)設置，可提供高溫的尾氣并聯(lián)流通的通道，高溫的尾氣經(jīng)過空氣預熱器130和尾氣預熱器140后輸送至收集工段210。高溫的尾氣在空氣預熱器130與空氣進行熱交換，在尾氣預熱器140與凈化后的低溫二級尾氣進行熱交換。應理解，空氣預熱器130和尾氣預熱器140可以分別與反應室120的出口連通，而不需要通過管道連通，這樣也能達到空氣預熱器130和尾氣預熱器140的并聯(lián)的效果，也能實現(xiàn)高溫的尾氣攜帶熱量高效回收的技術(shù)效果，也是本實施例保護的范圍。

燃燒室111設置在反應器110的前端，在燃燒室111中進行燃燒反應，反應釋放的熱量為反應室120中的熱解反應提供熱量，將第二原料油預熱。二級尾氣傳送系統(tǒng)180、第一原料油傳送系統(tǒng)150和空氣傳送系統(tǒng)170都分別與燃燒室111的入口連通，分別向燃燒室111中的燃燒反應提供助燃劑和燃料。

喉管112是細長的管道，其直徑小于燃燒室111和反應室120的直徑，喉管112的設置可以使得流體在經(jīng)過直徑較小的喉管112時，流速增大，以達到反應室120中裂解反應的工藝要求。

反應室120為管式爐，其內(nèi)壁為保溫材料。反應室120包括反應段、急冷段和停留段，從反應室120入口到出口依次為反應段、急冷段和停留段。反應段內(nèi)進行裂解反應，急冷段的管壁上設置有多個噴淋頭121、用于降溫的噴淋頭121與循環(huán)水系統(tǒng)260連通。停留段內(nèi)尾氣緩沖流通，碳粉在停留段內(nèi)漂浮。

請參照圖3，空氣預熱器130是管板式換熱器，空氣預熱器130的管程入口131與反應室120的出口連通，管程出口132與反應室120收集工段210連通，反應室120中經(jīng)過裂解反應的得到的高溫的尾氣經(jīng)過空氣預熱器130的管程輸送到收集工段210?？諝忸A熱器130殼程與空氣傳送系統(tǒng)170連通，空氣傳送系統(tǒng)170中的空氣從空氣預熱器130殼程入口133流入，在空氣預熱器130與高溫的尾氣進行熱交換后從殼程出口134流出。應當理解，空氣預熱器130可以是管板式的，也可以是管殼式的，無論何種換熱器都能達到換熱的技術(shù)效果，都在本實施例的保護范圍內(nèi)。

請繼續(xù)參照圖3，尾氣預熱器140是管殼式換熱器，尾氣預熱器140管程入口141與反應室120的出口通過管道連通，管程出口142與收集工段210連通；尾氣預熱器140殼程與二級尾氣傳送系統(tǒng)180連通。二級尾氣傳送系統(tǒng)180中的二級尾氣從空氣預熱器130的殼程入口143流入，在尾氣預熱器140與高溫的尾氣進行熱交換后從殼程出口144流出。應當理解，尾氣預熱器140的類型可以是管板式的，也可以是管殼式的，無論何種預熱器都能達到換熱的技術(shù)效果，都在本實施例的保護范圍內(nèi)。

請參照圖2和圖4，第一原料油傳送系統(tǒng)150將罐區(qū)系統(tǒng)250的第一原料油傳送至燃燒室111，空氣傳送系統(tǒng)170通過泵將在空氣預熱器130與高溫的尾氣經(jīng)過熱交換升溫的空氣傳送至燃燒室111入口。

第二原料油傳送系統(tǒng)160上設置有第一換熱器151，來自罐區(qū)系統(tǒng)250的第二原料油在第一換熱器151換熱升溫后被傳送至喉管112的入口。

二級尾氣傳送系統(tǒng)180與燃燒室111連通，來自尾氣凈化工段240的二級尾氣在尾氣預熱器140中經(jīng)過熱交換升溫后，被傳送至燃燒室111進行燃燒。

空壓機172與空氣儲罐171連通，空氣儲罐171通過管道和泵與燃燒室111連通。

從空氣預熱器130和尾氣預熱器140排出的高溫的尾氣經(jīng)過第二換熱器191降溫后輸送到第二換熱器191。

炭黑反應工段100的工作原理是第一原料油傳送系統(tǒng)150將罐區(qū)系統(tǒng)250的第一原料油傳送至燃燒室111入口；空壓機172將空氣存儲在空氣儲罐171，空氣儲罐171中的空氣也傳送至燃燒室111的入口；空氣傳送系統(tǒng)170中的空氣在空氣預熱器130進行熱交換后的傳送至燃燒室111入口；第二原料油傳送系統(tǒng)160將罐區(qū)的第二原料油傳送至喉管112入口，在第二原料油的傳送過程中，第一原料油在第一換熱器151進行換熱升溫，經(jīng)預熱后的第二原料油更容易進行裂解反應，且節(jié)約了能量。在燃燒室111，第一原料油與空氣進行燃燒反應釋放熱量，釋放的熱量將第二原料油預熱。第二原料油和燃燒室111燃燒反應產(chǎn)生的氣體經(jīng)喉管112后流動速度加快，至反應室120中后發(fā)生熱解反應。蒽油在反應室120上千度的高溫下裂解反應生產(chǎn)氫氣、水蒸氣、一氧化碳、二氧化碳和碳粉。應理解，在本實施例中，反應的原料是蒽油，但也可以是其他芳烴重油。炭黑顆粒較小，被氫氣、水蒸氣、一氧化碳、二氧化碳四種氣體吹掃排出，形成高溫的尾氣。反應室120的急冷段的管壁上設置有用于冷卻降溫的噴淋頭121，噴淋頭121與循環(huán)水系統(tǒng)260連通。

從反應室120出口排出的高溫的尾氣一部分流入空氣預熱器130，另一部分流入尾氣預熱器140。高溫的尾氣在空氣預熱器130和尾氣預熱器140進行熱交換，溫度降低后排出，然后流經(jīng)第二換熱器191進一步熱交換降溫后輸送至收集工段210除去炭黑，在輸送至尾氣凈化工段240除去水蒸氣后得到二級尾氣。除去水蒸氣的過程中由于有降溫過程，得到的二級尾氣溫度小于100℃。此時二級尾氣中的主要成分為氫氣、一氧化碳和二氧化碳，二級尾氣在尾氣預熱器140經(jīng)過熱交換升溫后經(jīng)過二級尾氣傳送系統(tǒng)180，送至燃燒室111入口。由于二級尾氣中含有可燃性氣體氫氣和一氧化碳，將二級尾氣升溫后送回燃燒室111，首先氫氣和一氧化碳可以作為燃料進行燃燒反應，減少了第一原料油的用量降低了成本。同時，經(jīng)過換熱之后的二級尾氣溫度升高，在燃燒的過程中也減少了能量的投入。本實施例的工藝路線設置，及相應的設備設置實現(xiàn)了能量回收，節(jié)約了成本。

同時在反應器110的空氣預熱器130，高溫的尾氣與空氣傳送系統(tǒng)170中的空氣進行熱交換，將高溫的尾氣攜帶的熱量傳給低溫的空氣，經(jīng)過升溫的空氣進入燃燒室111進行燃燒反應，由于空氣預先在空氣預熱器130進行了熱交換，溫度得到了升高，因而在燃燒反應中更容易被燃燒，釋放熱量。

請參照圖4，本實施例還提供一種包括上述炭黑反應工段100的炭黑工藝系統(tǒng)200，上述炭黑工藝系統(tǒng)200還包括循環(huán)水系統(tǒng)260、收集工段210、造粒干燥工段220、儲存包裝工段230、尾氣凈化工段240、罐區(qū)系統(tǒng)250和循環(huán)水系統(tǒng)260。炭黑反應工段100的第二換熱器191與收集工段210連通，將炭黑反應工段100的尾氣傳送至收集工段210。收集工段210依次與造粒干燥工段220和儲存包裝工段230連通。收集工段210還與尾氣凈化工段240連通，尾氣凈化工段240與二級尾氣傳送系統(tǒng)180連通。

在空氣預熱器130、尾氣預熱器140經(jīng)過熱交換的尾氣，在收集工段210進行炭黑的收集，將炭黑和氣體分開。經(jīng)過尾氣預熱器140熱交換的尾氣經(jīng)過尾氣凈化工段240除去水蒸氣后得到二級尾氣，二級尾氣經(jīng)二級尾氣傳送系統(tǒng)180傳送至燃燒室111入口。罐區(qū)系統(tǒng)250為第一原料油傳送系統(tǒng)150和第二原料油傳送系統(tǒng)160提供第一原料油和第二原料油，在本實施例中，第一原料油和第二原料油均為蒽油，在其他實施例中，也可以是其他原料。收集的炭黑經(jīng)過造粒干燥工段220后變成球體產(chǎn)品，球體產(chǎn)品經(jīng)儲存包裝工段230得到包裝產(chǎn)品。

綜上所述，本實用新型涉及一種炭黑反應工段100，上述炭黑反應工段100的反應器110出口并聯(lián)設置有空氣預熱器130和尾氣預熱器140。經(jīng)過高溫裂解的反應得到的高溫的尾氣在空氣預熱器130與空氣進行熱交換，同時高溫的尾氣在尾氣預熱器140與二級尾氣進行熱交換。高溫的尾氣將攜帶的熱量傳給了二級尾氣和空氣，實現(xiàn)了對能量的回收利用，節(jié)約了成本。本實用新型還提供一種包括上述炭黑反應工段100的炭黑工藝系統(tǒng)200，上述炭黑工藝系統(tǒng)200將高溫的尾氣將攜帶的熱量傳給了二級尾氣和空氣，實現(xiàn)了對能量的回收利用，節(jié)約了成本。

以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。