專利名稱：原料天然氣喉管射入四段式補強炭黑反應(yīng)爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及涉及國際專利分類C09C1/50爐法炭黑技術(shù)或裝置，尤其是原料天然氣喉管射入四段式半補強炭黑反應(yīng)爐。
背景技術(shù)：
公知技術(shù)中，半補強炭黑semi-reinforcing purpose furnace black ； j ianxie簡稱SRF，是軟質(zhì)炭黑中的一個主要品種，分氣爐法和油爐法兩種，制得半補強炭黑粒徑為61 lOOnm，可賦予膠料高伸長率、低生熱、高彈性和良好的耐老化性能等，適用于天然橡膠NR和硫化橡膠SR，對丁腈橡膠NBR和氯丁橡膠CR兼有補強與填充作用，多用于胎體緩沖膠、簾布膠用各種橡膠制品。在已公開的相關(guān)專利文獻中內(nèi)容較少，中國專利申請201120501037 —種適用煤焦油原料的硬質(zhì)炭黑反應(yīng)爐，目的是提高專用炭黑的產(chǎn)量和質(zhì)量；本發(fā)明包括燃燒段、收縮段、喉管段和反應(yīng)段；燃燒段后端與收縮段連接，燃燒段前端設(shè)有添加劑進口、空氣進口、燃料油進口、焦爐煤氣進口和天然氣進口 ；喉管段前端與收縮段連接，后端與反應(yīng)段連接；喉管段上設(shè)有原料油進口，反應(yīng)段上設(shè)有急冷水進口。中國專利申請200810058955. 7 一種用焦爐煤氣生產(chǎn)半補強炭黑、甲醇、液氨的生產(chǎn)方法。包括焦爐煤氣脫硫、變壓吸附脫甲烷、甲醇的合成和精餾、炭黑尾氣與甲醇馳放氣的CO變換、脫炭和液氨的合成，其特征在于焦爐煤氣通過變壓吸附脫除甲烷，甲烷氣進入炭黑反應(yīng)爐，通入空氣或氧氣作為氧化劑，在反應(yīng)爐中生成炭黑，炭黑經(jīng)袋濾器、造粒后得到半補強炭黑產(chǎn)品；炭黑尾氣可進入甲醇合成系統(tǒng)，或進入液氨生產(chǎn)系統(tǒng)。脫甲烷后的氣體進行甲醇合成，甲醇合成后的甲醇馳放氣經(jīng)變壓附吸裝置提取H2，提氫后的剩余氣體進入合成氨系統(tǒng)制備液氨。中國專利申請200710140015. 8炭黑、制備炭黑的方法、及實施該方法的裝置，一種聚集體尺寸分布具有小于或等于I. I的(D9tl-DltlVD5ci比的炭黑。通過如下方法制備所述炭黑如果需要向包含載氣和炭黑原料的氣體混合物中混合熱空氣，使所述氣體混合物通入燃燒器管，在燃燒器管開口處燃燒氣體混合物，并且火焰與從外面在吸力下自由吸入的環(huán)境空氣一起在吸力下吸入通過冷卻的、變窄的間隙并且進行冷卻，所述冷卻的、變窄的間隙具有1-100的高度⑶與寬度⑶tk，所述寬度⑶為O. 5-10MM，并且間隙最窄點處的流速為 10-200M/S。中國專利申請87108199. 7新型炭黑的生產(chǎn)工藝及其設(shè)備，是關(guān)于CSF半補強炭黑的生產(chǎn)工藝及其設(shè)備。以往以重油為原料生產(chǎn)合成氨并加工成尿素的氮肥廠，回收炭黑，均采用重油萃取炭黑返爐燃燒的工藝流程，該流程中的重油螺桿泵易磨損，檢修頻繁，操作困難，設(shè)備投資大。目前，天然氣半補強炭黑是以天然氣為原料在缺氧不完全燃燒時，部分天然氣在1400°C至1100°C裂解生成。通用半補強反應(yīng)爐都采用雙爐頭結(jié)構(gòu)，助燃空氣和燃燒、裂解天然氣也從爐頭進入爐膛邊燃燒邊裂解，其單爐產(chǎn)量只有210kg/h，而且調(diào)整產(chǎn)品質(zhì)量手段不多，能耗高，余熱綜合利用程度不高等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種原料天然氣喉管射入四段式半補強炭黑反應(yīng)爐，單爐產(chǎn)
量顯著提高。本發(fā)明的發(fā)明目的是通過如下技術(shù)措施實現(xiàn)的立式爐體包括四段式反應(yīng)結(jié)構(gòu)，即第一段為燃燒室，燃燒室切向連接第二段爐膛，爐膛下方同軸連接第三段喉管，喉管下方同軸連接第四段反應(yīng)段，燃燒室上連接燃料天然氣進口，喉管上連接原料天然氣進口。本發(fā)明原理在于，燃料天然氣混合燃燒狀態(tài)優(yōu)化，分四段構(gòu)成爐體，便于單獨開口接入原料天然氣，以顯著提高單爐產(chǎn)量。本發(fā)明的有益效果是反應(yīng)爐體由燃燒室、爐膛、喉管和反應(yīng)段四段構(gòu)成，原料天然氣和燃料天然氣在不同位置分別進入反應(yīng)爐，單爐產(chǎn)量360kg/h，產(chǎn)量大，收率高，而且調(diào)··整產(chǎn)品質(zhì)量手段豐富，能耗低，余熱綜合利用程度高，制得炭黑具有獨特的品質(zhì)，在橡膠、機械、冶金、塑料等領(lǐng)域廣泛的用途。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)中的雙爐頭炭黑反應(yīng)爐結(jié)構(gòu)部分結(jié)構(gòu)主視示意圖。圖2是圖I中的左視結(jié)構(gòu)以及下部連接結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明中的原料天然氣喉管射入四段式半補強炭黑反應(yīng)爐側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是實施例中的原料天然氣由對稱的兩側(cè)燃燒室噴入的反應(yīng)爐俯視結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標記包括天然氣進口 1，噴燃器2，空氣進口 3，爐頭4，爐膛5，錐形斗6，匯集段7，反應(yīng)段8，急冷水進口 9，燃料天然氣進口 10，原料天然氣進口 11，預熱器12，喉管13，燃燒室14，油槍15。
具體實施例方式如附圖I和2所示，公知技術(shù)通用生產(chǎn)半補強炭黑反應(yīng)爐由兩個反應(yīng)爐頭4和一個匯集段7作為總煙道反應(yīng)室組成，空氣切向旋轉(zhuǎn)進入爐膛5，包括原料天然氣和燃料天然氣的全部天然氣經(jīng)天然氣進口 I火嘴噴入爐膛5，邊燃燒邊裂解，高溫混合氣經(jīng)錐形斗6通過三岔口總煙道匯集段7進入反應(yīng)段8反應(yīng)室，繼續(xù)裂解反應(yīng)后由急冷水進口 9噴急冷水終止反應(yīng)，這時原料天然氣缺氧不完全燃燒生成半補強炭黑，該爐型產(chǎn)量只有210kg/h。如附圖3所示，本發(fā)明中，立式爐體包括四段式反應(yīng)結(jié)構(gòu)，即第一段為燃燒室14，燃燒室14切向連接第二段爐膛5，爐膛5下方同軸連接第三段喉管13，喉管13下方同軸連接第四段反應(yīng)段8，燃燒室14上連接燃料天然氣進口 10，喉管13上連接原料天然氣進口11。如附圖4所示，實施例I :原料天然氣由對稱的兩側(cè)燃燒室14切向噴入的反應(yīng)爐第二段爐膛5，即燃燒室14有2個，水平固定的兩個燃燒室14對稱安裝在立式爐體兩側(cè)，兩側(cè)燃燒室14切向連接入豎立的第二段爐膛5。燃燒室14有2個，水平對稱的兩側(cè)燃燒室14與豎立的第二段爐膛5構(gòu)成T型爐頭4。前述中，燃燒室14有2個，水平固定的兩個燃燒室14上安裝燃料天然氣進口 10，在兩個燃燒室14外端分別安裝噴燃器2和空氣進口 3，其中，空氣進口 3安裝在噴燃器2外偵U。尤其是，空氣進口 3外側(cè)安裝預熱器12。前述中，反應(yīng)段8爐體外壁安裝油槍15。前述中，反應(yīng)段8下方連接錐形斗6和匯集段7。由兩側(cè)燃料天然氣進口 10進入燃燒室14的燃料天然氣與空氣進口 3進入燃燒室14的預熱空氣，經(jīng)噴燃器2混合燃燒進入兩側(cè)燃燒室14，然后從兩側(cè)向心切向進入第二段爐膛5，在燃燒室14內(nèi)充分燃燒后高溫氣流向下高速進入第三段喉管13，在此與由原料天然氣進口 11高速射入的原料天然氣混合裂解，混合氣體向下進入煙道反應(yīng)室第四段反應(yīng)段8繼續(xù)進行裂解反應(yīng)，并且，再用原料油由儲油罐經(jīng)油泵加壓，經(jīng)過在線油預熱器預熱， 達到工藝要求溫度，用特制油槍15噴入反應(yīng)爐反應(yīng)段8內(nèi)，與另一部分未燃燒的原料天然氣在供氧不足的情況下產(chǎn)生裂解反映，之后，在急冷水進口 9進入急冷水終止反應(yīng)。本發(fā)明中，爐體內(nèi)反應(yīng)由四段組成，燃料天然氣和原料天然氣分別從不同反應(yīng)段部位進入爐體，即燃料天然氣由安裝在燃燒室14頂端的燃料天然氣進口 10進入第一反應(yīng)段燃燒室14，原料天然氣由安裝在喉管13上的原料天然氣進口 11進入第三反應(yīng)段。空氣流量5670NM3/h經(jīng)空氣預熱器12將空氣預熱到150°C分兩路進入噴燃器2，與分兩路進入爐頭4的流量315NM3/h燃料天然氣混合燃燒，流量1850NM3/h原料天然氣以150m/h速度在喉管13處噴入爐體內(nèi)，在急冷水進口 9位置噴入5000kg/h急冷水，經(jīng)收集系統(tǒng)匯集段7收集造粒，產(chǎn)品質(zhì)量符合GB3778-2011半補強炭黑標準，產(chǎn)量360kg/h。本發(fā)明實施例中，燃料天然氣通過調(diào)節(jié)閥由配氣站按工藝要求計量后，徑向進入燃燒室14，同時，空氣經(jīng)過風機加壓，經(jīng)過在線的空氣預熱器12預熱后，按工藝需求的壓力及流量調(diào)節(jié)，由切向進入爐膛5 ;在爐膛5內(nèi)，燃料天然氣同預熱空氣旋轉(zhuǎn)混合向下，使一部分天然氣充分進行燃燒放出熱量，此時爐內(nèi)溫度達到1000°C以上，高溫燃燒裂解生成炭黑。本發(fā)明實施例中，制得天然氣半補強爐黑與油基半補強爐黑，其性能接近，都有較低的生熱和良好的動態(tài)性能；制得天然氣半補強爐黑粒徑粗，結(jié)構(gòu)低，故應(yīng)用后生產(chǎn)的膠料的伸長率稍高，因此制得天然氣半補強爐黑可代替熱裂炭黑使用；油基半補強爐黑性能類似低結(jié)構(gòu)半補強爐黑N754，壓出性能較好，適用膠管膠帶，可代替熱裂炭黑。本發(fā)明實施例中，制得半補強炭黑生產(chǎn)具有助燃空氣溫度低，天然氣燃燒擴散速度慢的特點，為了使天然氣充分燃燒，必須有足夠空間和擴散時間；因此，第一段兩個燃燒室㈠，切向進入第二段反應(yīng)段爐膛5，燃料天然氣在爐膛5中充分燃燒后，產(chǎn)生1450°C至1500°C高溫氣體以100m/s至200m/s速度通過第三段喉管13，同時，進入喉管13與高速射入原料天然氣混合，在高溫高速氣流作用下，使原料天然氣與高溫氣體快速混合和裂解，然后，原料天然氣混合高溫氣流混合體進入第四段反應(yīng)段8煙道反應(yīng)室繼續(xù)進行裂解，最后用冷卻水急冷終止裂解反應(yīng)。本發(fā)明中結(jié)構(gòu)方式優(yōu)點包括燃料天然氣和預熱空氣混合好、溫度高，單爐產(chǎn)量顯著提高；對主要提供熱量燃料天然氣品質(zhì)要求不高；為余熱綜合利用，降低消耗提供有利的空間；調(diào)整預熱空氣與燃料天然氣比例以及原料天然氣比例可以調(diào)整產(chǎn)品質(zhì)量和品種。
本發(fā)明中，燃料天然氣可用其它可燃性氣體如高爐煤氣等取代，原料天然氣可用碳氫化合物取代?！?br> 權(quán)利要求
1.原料天然氣喉管射入四段式半補強炭黑反應(yīng)爐，其特征是立式爐體包括四段式反應(yīng)結(jié)構(gòu)，即第一段為燃燒室(14)，燃燒室(14)切向連接第二段爐膛(5)，爐膛(5)下方同軸連接第三段喉管(13)，喉管(13)下方同軸連接第四段反應(yīng)段(8)，燃燒室(14)上連接燃料天然氣進口(10)，喉管(13)上連接原料天然氣進口(11)。
2.如權(quán)利要求I所述的原料天然氣喉管射入四段式半補強炭黑反應(yīng)爐，其特征在于，燃燒室(14)有2個，水平固定的兩個燃燒室(14)對稱安裝在立式爐體兩側(cè),兩側(cè)燃燒室(14)切向連接入豎立的第二段爐膛(5)。
3.如權(quán)利要求I所述的原料天然氣喉管射入四段式半補強炭黑反應(yīng)爐，其特征在于，燃燒室(14)有2個，水平對稱的兩側(cè)燃燒室(14)與豎立的第二段爐膛(5)構(gòu)成T型爐頭⑷。
4.如權(quán)利要求I所述的原料天然氣喉管射入四段式半補強炭黑反應(yīng)爐，其特征在于， 燃燒室(14)有2個，水平固定的兩個燃燒室(14)上安裝燃料天然氣進口(10)，在兩個燃燒室(14)外端分別安裝噴燃器2和空氣進口(3)，其中，空氣進口(3)安裝在噴燃器(2)外側(cè)。
5.如權(quán)利要求4所述的原料天然氣喉管射入四段式半補強炭黑反應(yīng)爐，其特征在于，空氣進口 (3)外側(cè)安裝預熱器(12)。
6.如權(quán)利要求I所述的原料天然氣喉管射入四段式半補強炭黑反應(yīng)爐，其特征在于，反應(yīng)段(8)爐體外壁安裝油槍(15)。
7.如權(quán)利要求I所述的原料天然氣喉管射入四段式半補強炭黑反應(yīng)爐，其特征在于，反應(yīng)段(8)下方連接錐形斗(6)和匯集段(7)。
全文摘要
原料天然氣喉管射入四段式半補強炭黑反應(yīng)爐，立式爐體包括四段式反應(yīng)結(jié)構(gòu)，即第一段為燃燒室(14)，燃燒室(14)切向連接第二段爐膛(5)，爐膛(5)下方同軸連接第三段喉管(13)，喉管(13)下方同軸連接第四段反應(yīng)段(8)，燃燒室(14)上連接燃料天然氣進口(10)，喉管(13)上連接原料天然氣進口(11)。反應(yīng)爐體由燃燒室、爐膛、喉管和反應(yīng)段四段構(gòu)成，原料天然氣和燃料天然氣在不同位置分別進入反應(yīng)爐，單爐產(chǎn)量360kg/h，產(chǎn)量大，收率高，而且調(diào)整產(chǎn)品質(zhì)量手段豐富，能耗低，余熱綜合利用程度高，制得炭黑具有獨特的品質(zhì)，在橡膠、機械、冶金、塑料等領(lǐng)域廣泛的用途。
文檔編號C09C1/50GK102898873SQ201210445949
公開日2013年1月30日 申請日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月9日
發(fā)明者王國元, 趙寬明, 劉寒津, 昌廣金 申請人:新疆雅克拉炭黑有限責任公司