具有超長停留段的色素炭黑反應爐及其產出的色素炭黑的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種具有超長停留段的色素炭黑反應爐及其產出的色素炭黑，屬于炭 黑生產領域。
【背景技術】
[0002] 爐法炭黑的反應爐是炭黑生產裝置的核屯、設備，炭黑爐法炭黑工業(yè)的技術進步歸 根結底是炭黑反應爐的技術進步。
[0003] 1971年，國際上出現(xiàn)一系列新品種胎面炭黑，稱為新工藝炭黑，由于其收率高、性 能好，很快成為爐法炭黑的主流產品，生產新工藝炭黑反應爐被稱為新工藝炭黑反應爐或 稱第二代反應爐，它的最大特點是把炭黑生產的燃燒和裂解兩個階段較好地分開，和原有 的反應爐相比，炭黑收率提高的15%，其產品在結構、表面積和原有品種水平接近的情況下， 耐磨性能達到高一級別的水平。
[0004] 本發(fā)明設及的炭黑反應爐就是在近年來新工藝炭黑反應爐的基礎上發(fā)展起來的 五段式炭黑反應爐基礎上特別地加長停留段而形成的。
[0005] 全世界每年生產的炭黑有90%作為補強劑使用在橡膠領域，只有不到10%作為著 色劑使用到涂料、油墨，塑膠領域，該些炭黑稱之為色素炭黑。由于色素炭黑的市場小、品種 多，用爐法炭黑生產技術來生產色素炭黑產品，一般生產線的產能較低，只在3000~10000 噸/年，只能采用干法造粒技術，甚至根本不造粒。
[0006] 普通的爐法色素炭黑反應爐的停留段一般只有5~7段，每段的長度約為1200~ 1600毫米，將停留段設計的較短主要是為了降低造價、減少維護成本、提高熱能的利用率。 使用該樣的反應爐生產的色素炭黑產品普遍存在兩個問題；第一是炭黑不易分散。由于色 素炭黑的粒徑只有6~100納米，表面能高，炭黑是所有顏料中最難分散的。第二是生產出 的部分產品炭黑表面吸附有未裂解的油狀姪類物質，造成甲苯透光率偏低，多環(huán)芳姪含量 偏高，加劇了炭黑在應用體系里的分散難度，同時多環(huán)芳姪對人體健康有傷害，不符合環(huán)保 健康安全的要求。
[0007] 本發(fā)明為解決該些問題提供了技術手段。

【發(fā)明內容】

[000引本發(fā)明提供了一種提高色素炭黑產品的甲苯透光率的爐法色素炭黑反應爐。
[0009] 本發(fā)明的方案如下；一種爐法色素炭黑反應爐，所述炭黑反應爐從功能上可W分 成五段： 第一段為液態(tài)或氣態(tài)燃料與適量預熱空氣充分混合燃燒并產生高擴散端流火焰的燃 燒段； 第二段為噴入經(jīng)過預熱的芳姪原料油的喉管段； 第=段為霧狀的芳姪原料油發(fā)生熱裂解反應、炭黑晶核生成并成長的反應段； 第四段為向反應爐徑向噴入霧狀急冷水，W終止炭黑熱裂解反應的急冷段； 第五段為在1000° c左右的條件下對炭黑進行活化處理的停留段，停留段為12節(jié)w 上，每節(jié)的長度約為1200~1600毫米。
[0010] 進一步，反應爐為氣密性鋼制圓筒體，反應爐的圓形筒體的中間為爐腔，爐壁從內 到外分S層結構：最里層為能夠耐近2000。C高溫氣體沖刷的Al2〇3、化2化和ZrO 2剛玉耐 火材料混合而成擱筑或誘筑而成反應爐內襯，中間層為高侶鋼纖維及輕質高侶耐火材料制 成的保溫層，最外層的爐殼由碳鋼板材卷焊而成的保護層。
[0011] 進一步，反應爐為分節(jié)擱筑組裝，其中反應段為一節(jié)，長度約為2400~2800毫米； 喉管段為一節(jié)，長度約為250~2800毫米；而急冷段、反應段、停留段皆由多節(jié)構成，每節(jié)的 長度約為1200~1600毫米，每節(jié)爐體下有滑輪，整個反應爐逐節(jié)相連，用法蘭連接起來，W 便于分節(jié)拆卸，整節(jié)更換備件。
[0012] 進一步，炭黑反應爐停留段的節(jié)數(shù)為14節(jié)。
[0013] 本發(fā)明還提供了一種色素炭黑，由上述具有超長停留段的爐法色素炭黑反應爐生 產而得，具有高甲苯透光率，多環(huán)芳姪含量低，炭黑的表面光滑，有利于提高炭黑在涂料、油 墨、塑膠等應用體系里的分散性。
[0014] 爐法炭黑反應爐的停留段一般在3~7節(jié)之間，不同于一般的爐法生產反應爐，本 發(fā)明反應爐停留段的長度要求在12節(jié)W上，其意義在于： 用爐法炭黑生產線生產色素炭黑時，在1000° C的高溫條件下，延長炭黑煙氣在停留 段的停留時間有利于讓吸附在炭黑微粒表面的未裂解的芳姪油類及時焦化，變成焦炭，再 經(jīng)微米粉碎機粉碎混入產品體系，從而升高甲苯透光率、降低多環(huán)芳姪含量。
[0015] 另一方面，延長炭黑煙氣在停留段的停留時間有利于炭黑的石墨化過程。炭黑的 石墨化是指碳黑在惰性氣體(通常為氣氣）保護下加熱（2700 °C左右)，炭黑晶型由無定型、 亂層結構向=維石墨結構轉化的相變過程。炭黑的石墨化使得碳黑內部和表面的大空隙結 構被破壞，表面生成光滑、無孔的石墨晶型結構，經(jīng)過石墨化處理，炭黑的密度提高、表面光 滑度提高、結構膠減少。
[0016] 無論是升高甲苯透光率還是提高炭黑表面的光滑性，其最終目的是改善炭黑在涂 料、油墨、塑膠等應用體系里的分散性。
[0017] 本發(fā)明的有益效果： 1、 技術成熟可靠； 2、 與傳統(tǒng)的爐法炭黑反應爐相比，能明顯地提高產品得率； 3、 與傳統(tǒng)的爐法炭黑反應爐相比，炭黑產品的粒徑分布窄，有較高的著色強度； 4、 加長停留段，能提高色素炭黑產品的甲苯透光率、能提高炭黑的表面光滑度，有利于 提高炭黑在涂料、油墨、塑膠等應用體系里的分散性。
【附圖說明】
[001引圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
[0019] 在圖中，1、燃燒段2、喉管段3、反應段4、急冷段5、停留段。
【具體實施方式】
[0020] 本發(fā)明所說的炭黑反應爐從功能上可W分成五段： 第一段為燃燒段1，在燃燒段1，一定壓力下輸入的液態(tài)或氣態(tài)燃料與適量預熱空氣充 分混合，燃燒并產生高擴散端流火焰，燃燒溫度達到1600~2000° C，燃燒火焰為芳姪原料 油的熱裂解提供了必要條件。
[0021] 第二段為喉管段2,在喉管段2,經(jīng)過預熱的芳姪原料油通過油槍在0. 4~0. 8Mpa 的壓力下充分霧化，徑向噴入，與燃燒段過來的高速、高溫氣流充分混合。
[0022] 第=段為反應段3,在反應段3,高溫下的霧狀的芳姪原料油發(fā)生熱裂解反應、炭 黑的晶核生成并成長。
[0023] 第四段為急冷段4,在急冷段4,安裝有多排水槍，可根據(jù)生產炭黑品種的不同，在 不同的位置、0. 6~0. 8Mpa的壓力下向反應爐徑向噴入霧狀急冷水，W終止炭黑的熱裂解 反應。
[0024] 第五段為停留段5 (又稱"煙道"、"活化段")，在停留段5里，經(jīng)過急冷的炭黑微塵 混合在尾氣（主要成分是水蒸氣、一氧化碳、氨氣等）中，溫度依然在1000° C左右，炭黑將 被送往空氣預熱器進一步降溫；停留段為12節(jié)W上，每節(jié)的長度約為1200~1600毫米。
[0025] 本發(fā)明的爐法色素炭黑反應爐為氣密性鋼制圓筒體，反應爐的圓形筒體的中間為 爐腔，內孔的直徑大小由炭黑反應裝置的產能決定，爐壁從內到外分=層結構：最里層為能 夠耐近2000° C高溫氣體沖刷的Al2〇3、化2化和ZrO 2剛玉耐火材料擱筑或誘筑而成反應爐 內襯，由于燃燒段的內襯需要承受更高的溫度，厚度約為130~150毫米，其余各段的內襯 厚度約為100~120毫米；反應爐壁的中間層由高侶鋼纖維及輕質高侶耐火材料構成，其中 燃燒段的厚度約為220~240毫米，其余各段的中間保溫層的厚度約為180~200毫米；最 外層的爐殼由碳鋼板材卷焊而成的保護層，鋼板的厚度約為23毫米。
[0026] 為了便于擱筑、保養(yǎng)、運輸、拆卸，整段更換備件，本發(fā)明的反應爐為分段擱筑組裝 設計，其中反應段為一節(jié)，長度約為2400~2800毫米，喉管段為一節(jié)，長度約為250~2800 毫米，而急冷段、反應段、停留段皆由多節(jié)構成，每節(jié)的長度約為1200~1600毫米，每節(jié)爐 體下有滑輪，整個反應爐逐節(jié)相連，用法蘭連接起來，W便于分節(jié)拆卸，整節(jié)更換備件。
[0027] 本發(fā)明的炭黑反應爐停留段在12節(jié)W上。
[00測實施例； 在傳統(tǒng)的爐法炭黑生產線上生產色素炭黑，反應爐的燃燒段、喉管段、反應段、急冷段 的結構完全相同，所有的反應爐控制工藝、控制參數(shù)也完全相同，只是改變停留段的長度， 本發(fā)明選擇每節(jié)長度為1600毫米的停留段，分別實施7節(jié)、14節(jié)和28節(jié)=種進行試驗對 比，得到的比較結果如表1所示： 表1 不同停留段對炭黑分散性影響比較表
【主權項】
1. 一種具有超長停留段的色素炭黑反應爐，其特征在于，所述炭黑反應爐從功能上可 以分成五段： 第一段為液態(tài)或氣態(tài)燃料與適量預熱空氣充分混合燃燒并產生高擴散湍流火焰的燃 燒段； 第二段為噴入經(jīng)過預熱的芳烴原料油的喉管段； 第三段為霧狀的芳烴原料油發(fā)生熱裂解反應、炭黑晶核生成并成長的反應段； 第四段為向反應爐徑向噴入霧狀急冷水，以終止炭黑熱裂解反應的急冷段； 第五段為在1000° C左右的條件下對炭黑進行活化處理的停留段，停留段為12節(jié)以 上，每節(jié)的長度約為1200~1600毫米。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種具有超長停留段的色素炭黑反應爐，其特征在于：反應 爐為氣密性鋼制圓筒體，反應爐的圓形筒體的中間為爐腔，爐壁從內到外分三層結構：最里 層為能夠耐近2000° C高溫氣體沖刷的Al203、Cr203和ZrO 2剛玉耐火材料混合而成砌筑或 澆筑而成反應爐內襯，中間層為高鋁鋼釬維及輕質高鋁耐火材料制成的保溫層，最外層的 爐殼由碳鋼板材卷焊而成的保護層。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的一種具有超長停留段的色素炭黑反應爐，其特征在于： 反應爐為分節(jié)砌筑組裝，其中反應段為一節(jié)，長度約為2400~2800毫米；喉管段為一節(jié)，長 度約為250~2800毫米；而急冷段、反應段、停留段皆由多節(jié)構成，每節(jié)的長度約為1200~ 1600毫米，每節(jié)爐體下有滑輪，整個反應爐逐節(jié)相連，用法蘭連接起來，以便于分節(jié)拆卸，整 節(jié)更換備件。
4. 一種色素炭黑，其特征在于：由權利1或2所述的一種具有超長停留段的色素炭黑 反應爐生產而得。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有超長停留段的色素炭黑反應爐，從功能上可以分成五段：第一段為液態(tài)或氣態(tài)燃料與適量預熱空氣充分混合燃燒并產生高擴散湍流火焰的燃燒段；第二段為噴入經(jīng)過預熱的芳烴原料油的喉管段；第三段為霧狀的芳烴原料油發(fā)生熱裂解反應、炭黑晶核生成并成長的反應段；第四段為向反應爐徑向噴入霧狀急冷水以終止炭黑熱裂解反應的急冷段；第五段為比普通反應爐相對超長的、對炭黑進行活化處理的停留段。本發(fā)明還公開了該炭黑反應爐生產出的色素炭黑。本發(fā)明加長反應爐的停留段，能顯著提高色素炭黑產品的甲苯透光率、降低多環(huán)芳烴含量、提高炭黑的表面光滑度，有利于提高炭黑在涂料、油墨、塑膠等應用體系里的分散性。
【IPC分類】C09C1-50
【公開號】CN104672953
【申請?zhí)枴緾N201510068576
【發(fā)明人】周鋒銳, 朱子洋, 吳磊, 吳葆松
【申請人】安徽黑鈺顏料新材料有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月10日