一种不纯物含量低的色素炭黑生产系统及其生产工艺的制作方法

本发明属于色素炭黑技术领域，具体涉及一种不纯物含量低的色素炭黑生产系统及其生产方法。

背景技术：

色素炭黑都含有非炭黑的副产品不纯物，主要是颗粒状杂质、水分、溶剂抽出物和无机盐类等非炭成分。副产品不纯物分为两类：即炭质不纯物和非炭质不纯物。

炭质不纯物来源于生产炭黑过程中的焦粒，焦粒有四种形成方式：1)原料油中的一些催化剂粉末、其它矿物质粒子以及添加剂k2co3是焦粒的生成核心；2)当碳化作用到一定程度，油管内表面上的炭膜自行破裂，片状光亮的小炭粒随原料油一起进入反应炉而带到炭黑中，生成焦粒；3)对于炭黑生产，仅能由气相烃裂解生成炭黑，当在未气化前液相原料烃碰到反应炉壁时，即生成焦粒，4)原料油中的沥青质不易气化，当加热到高于300℃时会分解成焦炭性物质和气态烃，是导致原料油在反应炉中结焦的物质。

非炭质不纯物来源于进入生产线的物料(包括原料油、过程空气、急冷水、添加剂和粘结剂等)带来的非炭质外来杂质，或者生产线的设备、管道等带来的非炭质外来杂质。

色素炭黑中的不纯物副产品虽然含量很少，但对炭黑产品的质量及应用均有不良影响。所以，在炭黑生产中要严格控制其含量。

故设计一种不纯物含量低的色素炭黑生产系统及其生产方法，是本领域技术人员的努力方向。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种不纯物含量低的色素炭黑生产系统及其生产方法。

本发明的技术方案为：

一种不纯物含量低的色素炭黑生产系统，包括原料供应装置、反应装置、预热装置、收集装置、造粒装置和储存包装装置，原料供应装置包括与反应装置配合的原料油泵、燃料油泵、添加剂泵、急冷水泵、主供风机；

预热装置包括空气预热器、原料油预热器、燃料油预热器；

反应装置包括依次设置的炭黑反应炉燃烧段、喉管段、反应段、急冷段和停留段；停留段产的烟气出口依次与空气预热器和原料油预热器连接，原料油预热器出气口与收集装置连通；

收集装置包括依次连通的主旋风分离器、主袋滤器、尾气加压风机、尾气烟囱，还包括吸尘袋滤器、风送风机、超细粉碎机和收集袋滤器，主旋风分离器、主袋滤器和吸尘袋滤器的出料口通过管道与超细粉碎机和收集袋滤器连接，风送风机设置在超细粉碎机和收集袋滤器之间；

造粒装置包括依次连接的造粒机和提升机，造粒机与收集袋滤器连接；

储存包装装置包括磁选机、成品罐、次品罐和包装机，磁选机与提升机连接，磁选机分别与成品罐和次品罐连接，成品罐和次品罐分别与各自对应的包装机连接；

所述的造粒装置和储存包装装置产生的废气通过管道与吸尘袋滤器连接。

进一步地，与炭黑接触的设备或管道全部采用不锈钢，降低铁屑含量。

进一步地，原料油泵设置在原料油管道上，原料油管道通过原料油预热器和喉管段连通；燃料油泵设置在燃料油管道上，燃料油管道与炭黑反应炉燃烧段连通；主供风机设置在空气管道上，空气管道通过空气预热器与炭黑反应炉燃烧段连通，预热器设置在燃料油泵的管道上；添加剂泵设置在添加剂输送管道上，添加剂输送管道与喉管段连通；急冷水泵设置在急冷水管道上，急冷水管道与急冷段连通。

进一步地，喉管段采用金属夹套喉管。

工作过程：

生产炭黑所需工艺空气经主供风机升压后送入预热装置的空气预热器预热后，再进入到反应装置的燃烧段。

燃料油由燃料油泵加压并预热后与空气在反应装置的燃烧段内混合，完全燃烧，产生约高温燃烧气流，随后高速进入反应装置的喉管段。

原料油进入原料油罐，经原料油过滤器，由原料油泵送到预热装置的原料油预热器预热后，经原料油枪喷入反应装置的喉管段。在这里，原料油与来自燃烧段高温高速气流接触混合，原料油迅速气化并裂解生成炭黑。为了便于原料油的混合，原料油罐与混油泵进口相连，通过罐底或上部进行连续混合。

为了调节和控制炭黑结构，在添加剂罐内用水溶解氢氧化钾或碳酸钾，经搅拌器搅拌均匀并加热后，用添加剂泵加压经过静态混合器，与原料油混合后通过原料油枪喷咀孔喷入喉管段内。

冷却到280℃的烟气进入收集装置的主旋风分离器，从主旋风分离器收集下来的炭黑经主旋风分离器气密阀进入风送系统。从主旋风分离器出来的烟气进入脉冲式主袋滤器，附在滤袋外壁上的炭黑用脉冲气流定期周期性进行喷吹，使炭黑落入袋滤储斗，主袋滤器收集的炭黑经主袋滤器气密阀进入风送系统，袋滤分离的炭黑尾气用尾气加压风机将其抽出通过排放烟囱放空或送入界外。

炭黑进入风送系统后，用冷空气输送，通过超细粉碎机，将硬碳或杂质粉碎，再经风送风机送到收集袋滤器中，从收集袋滤器分离的烟气直接排放。从收集袋滤器收集下来的炭黑经气密阀、三通阀、粉状分配螺旋进入造粒装置的干法造粒机造粒后送入提升机，然后经磁选机磁选除去铁锈，进入成品罐或次品罐。

从吸尘风机抽吸来的含炭黑气体进入吸尘袋滤器，附在滤袋上的炭黑用脉冲气流定期进行喷吹，使炭黑落入袋滤储斗，进入成品罐或次品罐。待炭黑冷却后用包装机包装，包装好的炭黑用叉车输送入库房。

一种不纯物含量低的色素炭黑的生产工艺，包括以下步骤：

步骤1)：原料油的选择和净化处理：原料油从油槽车卸油到油罐输送再到反应装置设置4道油过滤装置，原料油中的芳烃含量在120～175之间，沥青质含量≤2％，要求钠含量≤20ppm，钾含量≤2ppm，灰分≤0.05％；

步骤2)：预热后的空气达到750℃左右，预热后的空气与预热后的燃烧油在反应装置的炭黑反应炉燃烧室中充分混合、反应、燃烧；

步骤3)：步骤2中燃烧后产生温度在1950℃左右的高温燃烧气流，高温燃烧气流流入喉管段；

步骤4)：高温燃烧气流流入喉管段后，在喉管内喷入经过雾化的原料油，同时往原料油加入添加剂；

步骤5)原料油在喉管段与高温燃烧气流混合，迅速裂解，生产炭黑烟气；

步骤6)：炭黑烟气在进入急冷段后，在急冷段内喷射冷却水，炭黑烟气经过急冷后温度下降到900℃左右；

步骤7)：炭黑烟气从急冷段离开后依次到空气预热器和原料油预热器；

步骤8)：炭黑烟气从原料油预热器离开后进入炭黑收集装置使得炭黑烟气分离成炭黑粉体和高温炭黑尾气；

步骤9)：步骤8中的炭黑粉体经过风送系统后进入收集袋滤器，然后经造粒装机后成为炭黑颗粒，炭黑颗粒通过提升机到达磁选机，磁选机去除炭黑颗粒中铁磁性物质，并定期对磁选机进行清理，降低铁屑含量，经过磁选机的炭黑颗粒进入成品罐或次品罐，待成品罐或次品罐内炭黑冷却后用包装机包装，包装好的炭黑用叉车输送入库房。

进一步地，所述的4道油过滤装置包括第一道过滤装置、第二道过滤装置、第三道过滤装置、第四道过滤装置，所述的第一道过滤装置为油槽车至油罐入口出的5目过滤网，过滤网的孔径为4mm；所述的第二道过滤装置为油罐送往车间工艺罐的输油泵入口处的并联的两个负压20目的油过滤器，该油过滤器的筛网的孔径为850μm；所述的第三道过滤装置为由车间工艺罐送往原料原料油预热器的工艺油泵入口处的并联的两个负压35目油过滤器，该油过滤器的筛网的孔径为500μm；所述第四道过滤装置为原料原料油预热器出口至炭黑反应炉入口的并联的两个正压50目油过滤器，该油过滤器的筛网的孔径为300μm。

第一道过滤装置、第二道过滤装置、第三道过滤装置、第四道过滤装置的筛网应及时更换。如未及时更换，导致筛网破损，不仅不起功能作用，还带来铁屑污染炭黑、炭黑筛余物、灰分超标等负面效用。

进一步地，步骤4中所述的添加剂在混配前，应先用水预溶解，添加剂使用时，应保持加剂罐连续不断搅拌，并保证添加剂罐温度50℃～80℃，防止添加剂析出。

进一步地，步骤4中所述的原料油在原料油预热器内预热至220℃～260℃，加压至2mpa～3.5mpa，并采用高强度旋流片，可确保原料油充分雾化，防止结焦。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、该发明中不纯物含量低的色素炭黑生产系统的结构简单，该不纯物含量低的色素炭黑生产方法中，原料油从油槽车卸油到油罐输送再到反应装置设置4道油过滤装置，最大程度的降低了原料油中带来的炭质不纯物和非炭质外来杂质，提高了色素炭黑的纯度，增加了色素炭黑的品质。

2、添加剂混配前，应先用水预溶解，使用时，应保持连续不断搅拌，并保证添加剂罐温度50～80℃，防止添加剂析出，有效防止产生焦粒；急冷水需经净化处理后使用，避免使用工厂的沉淀处理污水；在收集装置设置超细粉碎机，对炭黑不纯物进行粉碎。这三种方式都有效降低了生产过程非炭质不纯物的含量，增加了色素炭黑的纯度。

3、喉管段采用金属夹套喉管，传统反应炉喉管段为普通耐火材料，使用寿命短，且生产到一段时间后，反应炉喉管直径冲刷变大，且很容易出现毛刺和烧熔现象，从而导致进入喉管段热气流的流体力学环境发生变化，影响原料油的气化。而金属夹套喉管采用软水冷却，金属内壁表面温度较低，长期使用过程中其内部尺寸也不会发生变化，且金属夹套喉管原料油咀采用卡套设计，可保证每次插入深度固定。从而可以有效防止原料油挂壁结焦。

4、与炭黑接触的设备或管道全部采用不锈钢，以及磁选机的设置，目的在于降低铁屑含量，增加色素炭黑的纯度。

附图说明

图1是本发明一种不纯物含量低的色素炭黑生产系统的结构示意图；

图2是原料供应装置、反应装置和预热装置及的结构示意图；

图3是反应装置的结构示意图；

图4是收集装置的结构示意图；

图5是造粒装置的结构示意图；

图6是储存包装装置的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种不纯物含量低的色素炭黑生产系统，包括原料供应装置、反应装置1、预热装置、收集装置2、造粒装置3和储存包装装置4，原料供应装置包括与反应装置配合的原料油泵10、燃料油泵15、添加剂泵14、急冷水泵12、主供风机5；

预热装置包括空气预热器7、原料油预热器8、燃料油预热器16；

反应装置1包括依次设置的炭黑反应炉燃烧段1-1、喉管段1-2、反应段1-3、急冷段1-4和停留段1-5；停留段1-5产的烟气出口依次与空气预热器7和原料油预热器8连接，原料油预热器8出气口与收集装置2连通；

收集装置2包括依次连通的主旋风分离器2-1、主袋滤器2-2、尾气加压风机2-3、尾气烟囱2-4，还包括吸尘袋滤器2-5、风送风机2-7、超细粉碎机2-6和收集袋滤器2-8，主旋风分离器2-1、主袋滤器2-2和吸尘袋滤器2-5的出料口通过管道与超细粉碎机2-6和收集袋滤器2-8连接，风送风机2-7设置在超细粉碎机2-6和收集袋滤器2-8之间；

造粒装置3包括依次连接的造粒机3-1和提升机3-2，造粒机3-1与收集袋滤器3-2连接；

储存包装装置4包括磁选机4-1、成品罐4-3、次品罐4-2和包装机4-4，磁选机4-1与提升机3-2连接，磁选机4-1分别与成品罐4-3和次品罐4-2连接，成品罐4-3和次品罐4-2分别与各自对应的包装机4-4连接；

所述的造粒装置3-1和储存包装装置4产生的废气通过管道与吸尘袋滤器2-5连接。

与炭黑接触的设备或管道全部采用不锈钢，降低铁屑含量。

原料油泵10设置在原料油管道9上，原料油管道9通过原料油预热器8和喉管段1-2连通；燃料油泵15设置在燃料油管道17上，燃料油管道17与炭黑反应炉燃烧段1-1连通，燃料油预热器16设置在燃料油管道17上；主供风机5设置在空气管道6上，空气管道6通过空气预热器7与炭黑反应炉燃烧段1-1连通；添加剂泵14设置在添加剂输送管道13上，添加剂输送管道13与喉管段1-2连通；急冷水泵12设置在急冷水管道11上，急冷水管道11与急冷段1-4连通。

喉管段1-2采用金属夹套喉管。

实施例2

一种不纯物含量低的色素炭黑的生产工艺，包括以下步骤：

步骤1)：原料油的选择和净化处理：原料油从油槽车卸油到油罐输送再到反应装置设置4道油过滤装置，原料油中的芳烃含量在120～175之间，沥青质含量≤2％，要求钠含量≤20ppm，钾含量≤2ppm，灰分≤0.05％；

步骤2)：预热后的空气达到750℃左右，预热后的空气与预热后的燃烧油在反应装置的炭黑反应炉燃烧室中充分混合、反应、燃烧；

步骤3)：步骤2中燃烧后产生温度在1950℃左右的高温燃烧气流，高温燃烧气流流入喉管段；

步骤4)：高温燃烧气流流入喉管段后，在喉管内喷入经过雾化的原料油，同时往原料油加入添加剂；

步骤5)原料油在喉管段与高温燃烧气流混合，迅速裂解，生产炭黑烟气；

步骤6)：炭黑烟气在进入急冷段后，在急冷段内喷射冷却水，炭黑烟气经过急冷后温度下降到900℃左右；

步骤7)：炭黑烟气从急冷段离开后依次到空气预热器和原料油预热器；

步骤8)：炭黑烟气从原料油预热器离开后进入炭黑收集装置使得炭黑烟气分离成炭黑粉体和高温炭黑尾气；

步骤9)：步骤8中的炭黑粉体经过风送系统后进入收集袋滤器，然后经造粒装机后成为炭黑颗粒，炭黑颗粒通过提升机到达磁选机，磁选机去除炭黑颗粒中铁磁性物质，并定期对磁选机进行清理，降低铁屑含量，经过磁选机的炭黑颗粒进入成品罐或次品罐，待成品罐或次品罐内炭黑冷却后用包装机包装，包装好的炭黑用叉车输送入库房。

实施例3

本实施例是在实施例2的基础上做了进一步优化，具体是：

所述的4道油过滤装置包括第一道过滤装置、第二道过滤装置、第三道过滤装置、第四道过滤装置，所述的第一道过滤装置为油槽车至油罐入口出的5目过滤网，过滤网的孔径为4mm；所述的第二道过滤装置为油罐送往车间工艺罐的输油泵入口处的并联的两个负压20目的油过滤器，该油过滤器的筛网的孔径为850μm；所述的第三道过滤装置为由车间工艺罐送往原料原料油预热器的工艺油泵入口处的并联的两个负压35目油过滤器，该油过滤器的筛网的孔径为500μm；所述第四道过滤装置为原料原料油预热器出口至炭黑反应炉入口的并联的两个正压50目油过滤器，该油过滤器的筛网的孔径为300μm。

实施例4

本实施例是在实施例2的基础上做了进一步优化，具体如下：

第一道过滤装置、第二道过滤装置、第三道过滤装置、第四道过滤装置的筛网应及时更换。如未及时更换，导致筛网破损，不仅不起功能作用，还带来铁屑污染炭黑、炭黑筛余物、灰分超标等负面效用。

步骤4中所述的添加剂在混配前，应先用水预溶解，添加剂使用时，应保持加剂罐连续不断搅拌，并保证添加剂罐温度50℃～80℃，防止添加剂析出。

步骤4中所述的原料油在原料油预热器内预热至220℃～260℃，加压至2mpa～3.5mpa，并采用高强度旋流片，可确保原料油充分雾化，防止结焦。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。