本發(fā)明涉及超寬聚集體分布的炭黑生產(chǎn)設(shè)備及其生產(chǎn)工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種制備超寬聚集體分布炭黑的反應(yīng)爐及其制備方法。

背景技術(shù)：
隨著全民環(huán)境保護意識的增強，輪胎制造商推出“綠色輪胎”新產(chǎn)品，即能夠降低滾動阻力20％以上，可為轎車輪胎用戶節(jié)省燃料3％-5％；為載重輪胎用戶節(jié)省燃料6％-8％，從而降低汽車排出的氣體對大氣的污染。用作橡膠補強劑的炭黑，是僅次于生膠的第二大橡膠材料。炭黑廠商正致力于開發(fā)兼具低滾動阻力與良好耐磨性的炭黑品種，開發(fā)方向包括寬的炭黑聚集體尺寸分布，高表面活性炭黑，高結(jié)構(gòu)炭黑，大粒徑炭黑，炭黑與白炭黑聯(lián)用等。炭黑聚集體是一種不連續(xù)的剛性膠態(tài)實體，是炭黑的最小可分散單元，它由延伸的許多熔聚粒子組成?？梢杂秒娮语@微鏡法、反射率法、激光法和離心沉降法測試炭黑聚集體大小。用離心沉降法比較直觀，價格和運行成本比較低，分辨率較高，因此離心沉降法測試炭黑聚集體尺寸分布得到廣泛應(yīng)用，測試原理是將顆粒通過超聲作用分散于一種分散液中，在離心力的作用下進行沉降，由于粒子的大小及形態(tài)不同，沉降的速度亦不同，從而可以確定粒子形態(tài)差異及分布。如果炭黑的所有其他特征保持不變，窄的聚集體尺寸分布增加炭黑分散難度，并降低彈性。寬的聚集體尺寸分布促進炭黑在聚合物(如橡膠)基質(zhì)中的分散性，同時橡膠與炭黑粒子間的相互作用較強。聚集體尺寸分布加寬，膠料的拉伸強度、定伸應(yīng)力、撕裂能和生熱性都會降低，一般來說，炭黑聚集體尺寸分布加寬，膠料的耐磨性和生熱性都會降低，特別是大尺寸聚集體比例增加時，耐磨性下降更為明顯。因此，從輪胎生產(chǎn)方面來看，要求實現(xiàn)較低的滾動阻力、較高的耐磨性和較好的滯后性之間的平衡，迫切需要炭黑生產(chǎn)者制備出具有較寬聚集體尺寸分布，同時提高能改善耐磨性的結(jié)構(gòu)度和比表面積的炭黑。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種制備超寬聚集體分布炭黑的反應(yīng)爐及其制備方法，本發(fā)明的反應(yīng)爐結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，采用本發(fā)明反應(yīng)爐和制備方法制得的炭黑具有寬聚集體尺寸分布，以及相對于常規(guī)N200炭黑(例如N234)在橡膠中改進的分散性。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種制備超寬聚集體分布炭黑的反應(yīng)爐，包括依次連接的燃燒室、主反應(yīng)段和急冷段，所述反應(yīng)爐為Y形，所述燃燒室為2個，分別為第一燃燒室和第二燃燒室，所述第一燃燒室設(shè)有原料油噴入口一，所述第二燃燒室設(shè)有原料油噴入口二，所述原料油噴入口一與原料油噴入口二位于燃燒室軸線的不同位置。進一步，所述急冷段設(shè)有至少3組水槍，各組水槍沿急冷段的軸線排列。進一步，所述第一燃燒室設(shè)有2個空氣噴入口，2個空氣噴入口分別與第一燃燒室相切。進一步，所述第二燃燒室設(shè)有2個空氣噴入口，2個空氣噴入口分別與第二燃燒室相切。另，本發(fā)明還提供一種利用上述的反應(yīng)爐制備超寬聚集體分布炭黑的方法，包括以下步驟：(1)將燃料油、空氣和原料油噴入燃燒室中，第一燃燒室中：燃料油的噴入量為800-1200kg/h，空氣的通入量為20000-25000m3/h，原料油的噴入量為6000-8000kg/h，第二燃燒室中：燃料油的噴入量為600-900kg/h，空氣的通入量為8000-11000m3/h，原料油的噴入量為4700-4900kg/h；(2)所述燃料油、原料油和空氣在燃燒室和主反應(yīng)段反應(yīng)，形成炭黑煙氣混合氣流，然后經(jīng)過急冷段急冷后，得到超寬聚集體分布的炭黑。進一步，所述步驟(1)中，第一燃燒室中空氣的預(yù)熱溫度為650-950℃，第二燃燒室中空氣的預(yù)熱溫度為500-700℃。進一步，所述步驟(1)中，第一燃燒室中原料油的預(yù)熱溫度為160-240℃，第二燃燒室中原料油的預(yù)熱溫度為120-180℃。進一步，所述步驟(1)中，第一燃燒室中原料油的入爐壓力為2.0-3.2MPa，第二燃燒室中原料油的入爐壓力為1.2-2.5MPa。進一步，所述步驟(2)中，急冷段包括一次急冷和二次急冷，一次急冷通過2組水槍完成。進一步，經(jīng)過第一組水槍的急冷后，燃氣流的溫度為800-1000℃，經(jīng)過第二組水槍的急冷后，燃氣流的溫度為600-700℃。本發(fā)明的有益效果如下：1、本發(fā)明通過調(diào)節(jié)兩燃燒室的空氣噴入量、原料油量和燃料油量，并且控制空氣和原料油的預(yù)熱溫度等工藝，增大匯聚于主反應(yīng)段內(nèi)流體的湍流強度，增加炭黑微粒碰撞的機會，使炭黑生成反應(yīng)過程產(chǎn)生可控的不均勻性，使得生成炭黑的聚集體尺寸大小不一，以制備得到超寬聚集體尺寸的炭黑產(chǎn)品；2、在反應(yīng)爐的爐頭位置處設(shè)置導(dǎo)流圈，導(dǎo)流圈上設(shè)置螺旋形的導(dǎo)流槽，一方面能夠加強氣流的螺旋前進趨勢；另一方面保證氣流沿爐體的軸線前進，從而使燃燒室的火苗居于爐體的軸線上，延長爐體的使用壽命。附圖說明圖1為本發(fā)明的反應(yīng)爐整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中爐頭部分沿A-A面的剖視示意圖。圖中：1—第一燃燒室，11—空氣噴入口，12—空氣噴入口，13—導(dǎo)流槽，131—導(dǎo)流槽，14—原料油噴入管，15—原料油噴入管，2—第二燃燒室，21—空氣噴入口，22—空氣噴入口，24—原料油噴入管，25—原料油噴入管，3—主反應(yīng)段，4—急冷段，41—水槍，42—水槍。具體實施方式為了使本領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整的描述，基于本申請中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的其它類同實施例，都應(yīng)當屬于本申請保護的范圍。實施例一：如圖1所示，一種制備超寬聚集體分布炭黑的反應(yīng)爐，包括依次連接的燃燒室、主反應(yīng)段3和急冷段4，所述反應(yīng)爐為Y形，所述燃燒室為2個，分別為第一燃燒室1和第二燃燒室2，所述第一燃燒室1設(shè)有2個原料油噴入口一，原料油噴入管14和原料油噴入管15分別通過2個原料油噴入口一向第一燃燒室1內(nèi)噴入油料油，所述第二燃燒室設(shè)有2個原料油噴入口二，原料油噴入管24和原料油噴入管25分別通過原料油噴入口二向第二燃燒室2內(nèi)噴入原料油，所述原料油噴入口一與原料油噴入口二位于燃燒室軸線的不同位置，同時，第一燃燒室1的2個原料油噴入口相互錯開，第二燃燒室的2個原料油噴入口相互錯開，這樣設(shè)置是為了調(diào)整原料油在高溫反應(yīng)爐內(nèi)的反應(yīng)時間，以此改變炭黑聚集體的尺寸。通過分別獨立調(diào)控兩個燃燒室及原料油噴入段的炭黑工藝參數(shù)使炭黑生成反應(yīng)過程產(chǎn)生可控的不均勻性以制備得到超寬聚集體尺寸的炭黑產(chǎn)品。該超寬聚集體分布的炭黑應(yīng)用于橡膠復(fù)合材料，在保持耐磨特性的同時能賦予膠料低滯后性。所述急冷段4設(shè)有至少3組水槍，實現(xiàn)一次急冷的分別為水槍41和水槍42，水槍41和水槍42沿急冷段的軸線排列，2組水槍用于實現(xiàn)燃氣流在急冷段的一次急冷，每一組水槍設(shè)置5-10個，在兩組水槍后方還設(shè)有用于實現(xiàn)二次急冷的至少1組水槍。如圖2所示，所述第一燃燒室1設(shè)有空氣噴入口11和空氣噴入口12，2個空氣噴入口分別與第一燃燒室相切。所述第二燃燒室設(shè)有2個空氣噴入口，2個空氣噴入口分別與第二燃燒室相切。采用2個空氣噴入口，并分別與燃燒室相切，保證2個進氣口中的氣流方向不是相對，而是形成螺旋形氣流，從而使空氣和燃料油充分混合，提高空氣和燃料油的混合效率和燃燒效率。在反應(yīng)爐的爐頭位置處設(shè)置導(dǎo)流圈13，導(dǎo)流圈13上設(shè)置螺旋形的導(dǎo)流槽131，一方面能夠加強氣流的螺旋前進趨勢；另一方面保證氣流沿爐體的軸線前進，從而使燃燒室的火苗居于爐體的軸線上，延長爐體的使用壽命。一種利用上述的反應(yīng)爐制備超寬聚集體分布炭黑的方法，包括以下步驟：(1)將燃料油、空氣和原料油噴入燃燒室中，燃燒室包括第一燃燒室和第二燃燒室，第一燃燒室1中：燃料油的噴入量為800-1200kg/h，空氣的通入量為20000-25000m3/h，空氣的預(yù)熱溫度為650-950℃，原料油的噴入量為6000-8000kg/h，原料油的預(yù)熱溫度為160-240℃，原料油的入爐壓力為2.0-3.2MPa，第二燃燒室2中：燃料油的噴入量為600-900kg/h，空氣的通入量為8000-11000m3/h，空氣的預(yù)熱溫度為500-700℃，原料油的噴入量為4700-4900kg/h，原料油的預(yù)熱溫度為120-180℃，原料油的入爐壓力為1.2-2.5MPa；本發(fā)明通過調(diào)節(jié)兩燃燒室的空氣噴入量、原料油量和燃料油量，并且控制空氣和原料油的預(yù)熱溫度等工藝，增大匯聚于主反應(yīng)段3內(nèi)流體的湍流強度，增加炭黑微粒碰撞的機會，使得生成炭黑的聚集體尺寸大小不一。(2)所述燃料油和經(jīng)過預(yù)熱的空氣分別在第一燃燒室、第二燃燒室燃燒生成高溫燃燒氣流，經(jīng)高溫預(yù)熱的原料油分別在第一燃燒室、第二燃燒室與高溫燃燒氣流混合，發(fā)生不完全裂解反應(yīng)生成炭黑，在主反應(yīng)段匯聚，得到反應(yīng)時間不同的高溫炭黑煙氣混合氣流，然后經(jīng)急冷段，急冷水噴淋以終止裂解反應(yīng)和冷卻煙氣，得到滯留時間不同的炭黑煙氣，其中，急冷段4的一次急冷分別經(jīng)過兩組急冷水槍噴射。經(jīng)過第一組急冷水噴淋后，燃氣流的溫度為800-1000℃，經(jīng)過第二組急冷水噴淋后，炭黑燃氣流的溫度為600-700℃。2組急冷水槍噴入的急冷水量差別為0.5-1t/h，實現(xiàn)急冷段4內(nèi)燃氣流軸向及徑向溫度都逐漸降低的溫度分布差別，控制炭黑原生粒子在爐內(nèi)的滯留時間不等(滯留時間是指原料油的噴入時刻與第一次冷卻水噴入時刻之間的時間段)，生成的炭黑聚集體尺寸大小不一，從而得到超寬聚集體分布的炭黑。實施例二：一種利用上述的反應(yīng)爐制備超寬聚集體分布炭黑的方法，包括以下步驟：(1)將燃料油、空氣和原料油噴入燃燒室中，第一燃燒室1中：燃料油的噴入量為800kg/h，空氣的通入量為20000m3/h，空氣的預(yù)熱溫度為650℃，原料油的噴入量為6000kg/h，原料油的預(yù)熱溫度為160℃，原料油的入爐壓力為2.0MPa，第二燃燒室2中：燃料油的噴入量為600kg/h，空氣的通入量為8000m3/h，空氣的預(yù)熱溫度為500℃，原料油的噴入量為4700kg/h，原料油的預(yù)熱溫度為120℃，原料油的入爐壓力為1.2MPa；(2)所述燃料油和高溫空氣在主反應(yīng)段3反應(yīng)，形成高溫燃氣流，經(jīng)過預(yù)熱的原料油與高溫燃氣流混合后發(fā)生裂解反應(yīng)制得炭黑，因燃燒室一與燃燒室二的結(jié)構(gòu)不同，兩燃燒室生成炭黑的反應(yīng)時間不同，然后經(jīng)過急冷段4急冷后，得到滯留時間不同的超寬聚集體分布的炭黑，其中，急冷段4的急冷包括一次急冷和二次急冷。經(jīng)過一次急冷的第一組急冷水噴淋后，燃氣流的溫度為800℃，經(jīng)過一次急冷的第二組急冷水噴淋后，燃氣流的溫度為600℃，滯留時間為0.01s。實施例三：一種利用上述的反應(yīng)爐制備超寬聚集體分布炭黑的方法，包括以下步驟：(1)將燃料油、空氣和原料油噴入燃燒室中，第一燃燒室1中：燃料油的噴入量為1000kg/h，空氣的通入量為22000m3/h，空氣的預(yù)熱溫度為800℃，原料油的噴入量為7000kg/h，原料油的預(yù)熱溫度為200℃，原料油的入爐壓力為2.6MPa，第二燃燒室2中：燃料油的噴入量為700kg/h，空氣的通入量為9000m3/h，空氣的預(yù)熱溫度為600℃，原料油的噴入量為4800kg/h，原料油的預(yù)熱溫度為150℃，原料油的入爐壓力為1.8MPa；(2)所述燃料油、原料油和空氣在主反應(yīng)段3反應(yīng)，形成炭黑煙氣混合氣流，然后經(jīng)過急冷段4急冷后，得到超寬聚集體分布的炭黑，其中，急冷段4的急冷包括一次急冷和二次急冷。經(jīng)過一次急冷的第一組急冷水噴淋后，燃氣流的溫度為900℃，經(jīng)過一次急冷的第二組急冷水噴淋后，燃氣流的溫度為650℃，滯留時間0.005s。實施例四：一種利用上述的反應(yīng)爐制備超寬聚集體分布炭黑的方法，包括以下步驟：(1)將燃料油、空氣和原料油噴入燃燒室中，第一燃燒室1中：燃料油的噴入量為1200kg/h，空氣的通入量為25000m3/h，空氣的預(yù)熱溫度為950℃，原料油的噴入量為8000kg/h，原料油的預(yù)熱溫度為240℃，原料油的入爐壓力為3.2MPa，第二燃燒室2中：燃料油的噴入量為900kg/h，空氣的通入量為11000m3/h，空氣的預(yù)熱溫度為700℃，原料油的噴入量為4900kg/h，原料油的預(yù)熱溫度為180℃，原料油的入爐壓力為2.5MPa；(2)所述燃料油、原料油和空氣在主反應(yīng)段3反應(yīng)，形成炭黑煙氣混合氣流，然后經(jīng)過急冷段4急冷后，得到超寬聚集體分布的炭黑，其中，急冷段4的急冷包括一次急冷和二次急冷。經(jīng)過一次急冷的第一組急冷水噴淋后，燃氣流的溫度為1000℃，經(jīng)過一次急冷的第二組急冷水噴淋后，燃氣流的溫度為700℃，滯留時間0.001s。對比試驗：用圓盤式離心沉降儀測試N234炭黑與本發(fā)明實施例三制得的炭黑的聚集體尺寸，主要分布數(shù)據(jù)如下表1，其中D10＝累積分布百分數(shù)達到10％時所對應(yīng)的粒徑值；D50＝累積分布百分數(shù)達到50％時所對應(yīng)的粒徑值；D90＝累積分布百分數(shù)達到90％時所對應(yīng)的粒徑值，最頻值是指頻率出現(xiàn)最高的聚集體尺寸，在重量分布曲線的最高點，span值是聚集體尺寸分布寬度：表1N234和實施例三的炭黑聚集體尺寸分布數(shù)據(jù)樣品N200實施例三D10/μm0.0520.080D50/μm0.0840.150D90/μm0.1260.295平均值/μm0.0770.170最頻值/μm0.0880.010半峰寬0.761.50Span＝(D90-Dl0)/D500.8881.50從表1可以看出，本發(fā)明實施例三制得的炭黑聚集體D50和D90能夠達到N234炭黑的2倍左右，說明實施例三的炭黑聚集體的尺寸明顯增大，同時聚集體尺寸分布寬度Span是某一N200系列炭黑的2倍左右，半峰寬也佐證了這一事實。本發(fā)明實施例三制得的超寬聚集體尺寸分布的炭黑能賦予全鋼和半鋼輪胎較低的滾動阻力，生熱降低，較好的抗?jié)窕?，特別是高的抗冰滑性，同時它的耐磨性能與N234相當或略有提高。此外，應(yīng)當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。