天然气部分氧化制乙炔的副产物炭黑中有机物的脱除方法与流程

本发明属于通过注入反应剂实现气体或蒸汽的分离技术领域，具体涉及一种天然气部分氧化制乙炔的副产物炭黑中有机物的脱除方法。

背景技术：

乙炔是一种非常重要的有机化工原料，广泛用于金属加工、焊接、切割等领域，及乙烯、氯乙烯、三氯乙烯、醋酸乙烯、丙烯腈、聚丙烯腈、1，4-丁二醇等化工产品的制备(“乙炔在有机合成化学中新进展探讨”，步召胜，中国化工贸易，2015年第7卷第22期，第103页，公开日2015年12月31日；“热等离子体裂解低碳烷烃制乙炔的研究进展”，苏宝根等，化学反应工程与工艺，2013年第29卷第3期，第230-236页，公开日2013年06月30日)。乙炔的制备方法主要有非催化部分氧化法、电弧法和等离子法等，其中电弧法因能耗高已经被淘汰，等离子法尚处于试验阶段(“天然气乙炔技术研究现状与思考”，安杰，维纶通讯，2013年第33卷第2期，第15-20页，公开日2013年12月31日)，且电耗高、对设备要求较苛刻，至今难以推广应用，非催化部分氧化法是乙炔生产的主要方法。

天然气部分氧化制乙炔的工艺主要是脱硫装置工艺、制氧装置工艺、裂解工段工艺、提浓工段工艺。其中，裂解工艺中天然气经过乙炔炉通过部分氧化反应生成的裂化气，同时产生的副产物炭黑经过电滤器、冷却塔中的喷淋水形成的炭黑水。经过炭黑水总管进入脱气罐后再进入炭黑分离槽，经过该装置对炭黑水的分离、沉降、浓缩等方法的处理，脱除其中的炭黑后，炭黑水得到回收利用。副产物炭黑含水量高，其中含有较多的有机物和其他杂质(统称为不纯物)，且这些有机物已多环芳烃为主。

目前，国内将天然气制乙炔副产炭黑视为固体废弃物，多采用垃圾场填埋和锅炉焚烧的方法处理，这样会对环境造成污染，同时，造成了炭黑资源的浪费。也有对炭黑直接进行干燥脱除处理的，得到的副产物炭黑产品的应用效果并不理想，因为炭黑中含有的有机物会导致炭黑的品质不好、堵塞炭黑空隙、影响使用性能，从而造成不能将乙炔副产炭黑干燥脱水后直接使用。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种天然气部分氧化制乙炔的副产物炭黑中有机物的脱除方法，该方法能够有效脱除炭黑中的有机物，提高炭黑的品质，同时，减少了环境污染，回收了炭黑，提高了资源利用率。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

天然气部分氧化制乙炔的副产物炭黑中有机物的脱除方法，包括以下步骤：

a.干燥：将炭黑中含水率降至≤30％；

b.脱除：将含水率≤30％的炭黑置于活化炉中，加入惰性气体进行反应，反应结束后向活化炉中加入弱氧化剂进行氧化反应。

所述含水率是指质量含量。

该方法能够有效脱除炭黑中的有机物，提高炭黑的品质。

该方法减少了环境污染，回收了炭黑，提高了资源利用率。

进一步，所述干燥过程中炭黑的温度为100-125℃。

进一步，所述干燥为电加热、蒸汽加热或高温烟气加热方式干燥。

进一步，所述干燥为高温烟气加热方式干燥。

进一步，所述惰性气体是指氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氙气或氡气。

进一步，所述炭黑与惰性气体的反应温度为150-800℃，时间为10-150min。

进一步，所述惰性气体的用量为炭黑质量的1.1％-5％。

进一步，所述弱氧化剂是指水蒸气、二氧化碳、双氧水或碳酸钙。

所述双氧水为任意浓度的。

进一步，炭黑与弱氧化剂反应的温度为500-1000℃，时间为30-180min。

进一步，所述弱氧化剂的用量为炭黑质量的2.3％-7.9％。

进一步，活化炉的相对压力＜0.04mpa。

进一步，活化炉的相对压力为0-0.04mpa。

进一步，脱除工序中，隔绝气体强氧化剂。

进一步，所述气体强氧化剂是指氧气、空气或臭氧。

本发明的有益效果在于：

本发明的方法对炭黑的结构进行了很好的改性。

本发明的方法能够有效脱除炭黑中有机物，提高了炭黑的品质。经本发明的方法处理的炭黑的吸碘值和吸油值得到了显著提高；加热减量大幅度降低，甲苯透光率得到了显著提高。

本发明的方法减少了环境污染，回收了炭黑，提高了资源利用率。

本发明为目前的天然气制乙炔副产炭黑处理提供了一条可行的方法，也有效的保护了环境，变废为宝，具有一定的环保效益和经济效益。

附图说明

图1为本发明天然气部分氧化制乙炔副产物炭黑中有机物得脱除工艺流程图，其中，1为干燥器，2为活化炉，添加剂1为惰性气体，添加剂2为弱氧化剂。

具体实施方式

所举实施例是为了更好地对本发明的内容进行说明，但并不是本发明的内容仅限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

以下含水按照《gb/t3780.8-2008炭黑第8部分加热减量的测定》进行检测；

以下吸碘值按照《gb/t3780.1-2015炭黑第1部分吸碘值试验方法》进行检测；

以下吸油值按照《gb/t3780.2-2017炭黑第2部分吸油值的测定》进行检测；

甲苯透光率按照《gb/t3780.15-2016炭黑第15部分甲苯抽出物透光率的测定》进行检测；

加热减量按照《gb/t3780.8-2008炭黑第8部分加热减量的测定》进行检测；

比表面积按照《gbt/10722-2014炭黑总表面积和外表面积的测定氮吸附法》进行测定除总表面积和外表面积，然后按照公式计算比表面积；

45μm筛余物按照《gb/t3780.21-2016炭黑第21部分筛余物的测定水冲洗法》进行检测，筛网目数为45μm。

实施例1

按照图1所示流程脱除乙炔副产物炭黑中有机物，具体工艺流程为：

a.干燥：将含水率为50％的炭黑(来自天然气部分氧化制乙炔的副产物)放到100℃的电加热干燥设备中，使炭黑的含水率降至30％；

b.脱除：控制活化炉的相对压力为0.4mpa，并隔绝氧气、空气和臭氧，将含水率30％的炭黑装填到活化炉中，加入炭黑质量1.12％的氮气，活化炉升温至500℃，并在500℃温度下反应90min；反应结束后，再向活化炉中加入炭黑质量2.37％的水蒸气，并对活化炉升温至900℃，并在900℃温度下反应150min。

实施例2

按照图1所示流程脱除乙炔副产物炭黑中有机物，具体工艺流程为：

a.干燥：将含水率为85％的炭黑(来自天然气部分氧化制乙炔的副产物)放到125℃的蒸汽加热干燥设备中，使炭黑的含水率降至25％；

b.脱除：控制活化炉的相对压力为0mpa，并隔绝氧气、空气和臭氧，将含水率30％的炭黑装填到活化炉中，加入炭黑质量5％的氦气，活化炉升温至800℃，并在800℃温度下反应60min；反应结束后，再向活化炉中加入炭黑质量7.9％的二氧化碳，并对活化炉升温至950℃，并在950℃温度下反应30min。

实施例3

按照图1所示流程脱除乙炔副产物炭黑中有机物，具体工艺流程为：

a.干燥：将含水率为60％的炭黑(来自天然气部分氧化制乙炔的副产物)放到110℃的蒸汽加热干燥设备中，使炭黑的含水率降至20％；

b.脱除：控制活化炉的相对压力为0.2mpa，并隔绝氧气、空气和臭氧，将含水率20％的炭黑装填到活化炉中，加入炭黑质量3％的氡气，活化炉升温至150℃，并在150℃温度下反应90min；反应结束后，再向活化炉中加入炭黑质量3％的碳酸钙，并对活化炉升温至900℃，并在900℃温度下反应90min。

实施例4

按照图1所示流程脱除乙炔副产物炭黑中有机物，具体工艺流程为：

a.干燥：将含水率为70％的炭黑(来自天然气部分氧化制乙炔的副产物)放到115℃的高温烟气加热干燥设备中，使炭黑的含水率降至25％；

b.脱除：控制活化炉的相对压力为0.25mpa，并隔绝氧气、空气和臭氧，将含水率25％的炭黑装填到活化炉中，加入炭黑质量1.5％的氖气，活化炉升温至600℃，并在600℃温度下反应10min；反应结束后，再向活化炉中加入炭黑质量4％的质量分数为80％的双氧水，并对活化炉升温至600℃，并在600℃温度下反应120min。

实施例5

按照图1所示流程脱除乙炔副产物炭黑中有机物，具体工艺流程为：

a.干燥：将含水率为65％的炭黑(来自天然气部分氧化制乙炔的副产物)放到110℃的高温烟气加热干燥设备中，使炭黑的含水率降至20％；

b.脱除：控制活化炉的相对压力为0.2mpa，并隔绝氧气、空气和臭氧，将含水率20％的炭黑装填到活化炉中，加入炭黑质量4.5％的氩气，活化炉升温至400℃，并在400℃温度下反应70min；反应结束后，再向活化炉中加入炭黑质量6.1％的质量分数为10％的双氧水，并对活化炉升温至800℃，并在800℃温度下反应80min。

对比例1

未经任何处理的含水率为85％的炭黑(来自天然气部分氧化制乙炔的副产物)。

性能测试

检测实施例1-5脱除处理得到的炭黑及对比例1的炭黑的吸碘值、吸油值、甲苯透光率、加热减量、氮吸附比表面积和45μm筛余物，结果如表1所示。

表1性能测试结果

由表1可知，经实施例1-5处理的炭黑的氮吸附比表面积和45目筛余物得到了显著提高。由此证明，本发明的方法对炭黑的结构进行了很好的改性。

由表1可知，经实施例1-5处理的炭黑的吸碘值和吸油值得到了显著提高；加热减量大幅度降低，甲苯透光率得到了显著提高。由此证明，本发明的方法有效脱除了炭黑中有机物。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。