一种煤焦油化学链热解制备炭黑的方法
【技术领域】
:
[0001]本发明属于炭黑制备技术领域，涉及一种煤焦油化学链热解制备炭黑的方法，特别是一种以焦油为原料，通过化学链技术制备炭黑的工艺。
【背景技术】
:
[0002]随着我国现代化进程的加快，以汽车制造业为代表的橡胶依赖产业迅速发展，而炭黑作为橡胶的一种重要补强剂，需求量上亦与日俱增，成为仅次于生胶的第二大橡胶材料，在橡胶工业中的消耗量约占其总产量的89.5% ;研宄表明，在橡胶中添加适量的炭黑，可以有效增强材料的物理机械性能(拉伸强度、撕裂强度、耐磨性等)，使得橡胶产品更加可靠、耐用；此外，炭黑作为染色剂、导电剂及紫外线屏蔽剂等，同样广泛用于涂料、干电池及塑料生产等领域。
[0003]迄今为止，常规的炭黑生产方法主要包括接触法、热裂解法和炉法，其中接触法开式生产，工艺落后，现在除了特殊功能炭黑采用接触法，接触法已经较少使用；热裂解法由于原料天然气价格上涨、炭黑产品性能较差等因素而发展受限，而以油炉法为代表的炉法炭黑技术得到广泛发展，通过油炉法生产的炭黑占到炭黑生产总量的95%以上，成为当前炭黑生产的主要方法，其基本原理是:预热空气携带燃料油进入燃烧反应室燃烧产生高温烟气(燃烧温度1700-1800°C )进入热解反应室，原料油经过滤、预热后由压缩空气雾化喷入其中，在高温下迅速气化并裂解生成炭黑，在反应室后部，将冷水直接喷入烟气中以降低烟温而终止炭黑反应，最终冷却烟气经主袋滤器收集炭黑。由上述原理可以看出，油炉法主要特点包括:炉内必须保持高温提高反应速率；原料油雾化质量很关键，空气配比控制严格；燃烧温度高达1800°C，耐火材料易被烧毁，成本增加；采用助燃空气，其中79%的氮气，高温下易生成大量热力型NOx，且会携带部分煤焦油燃烧生成的大量热量，造成能量损失；喷入冷水冷却高温烟气，既造成烟气量增加而更多显热被带走，又使得尾气含湿量增加，降低尾气热值。因此，在现如今提倡环保节能的大背景下，降耗、污染减排是当前炭黑生产所必须面对的重大难题。
【发明内容】
:
[0004]本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种煤焦油化学链法热解制备炭黑的方法，降低炭黑生产能耗，减少污染排放。
[0005]为了实现上述目的，本发明在煤焦油化学链热解制备炭黑的装置中采用煤焦油原料制备炭黑，其具体制备过程是:
[0006](I)、在燃料反应器布风板上填铺载氧体颗粒形成载氧体颗粒料层，载氧体颗粒料层的厚度不低于150mm ；
[0007](2)、关闭燃料反应器和空气反应器之间的返料管阀门，阻断载氧体颗粒在两个反应器之间的流通；
[0008](3)、利用外接的热风炉中燃气和空气燃烧产生的1000 °C烟气进行预热，烟气先进入燃料反应器进行烘炉，烟气从燃料反应器布风板喷入，加热燃料反应器内的载氧体颗粒料层和耐火材料，载氧体颗粒料层松动膨胀并鼓泡流化，烟气上行穿过冷却水盘管，冷却水盘管中低倍水流率运行，烟气离开燃料反应器的尾气出口后被引入空气反应器底部的空气进口，通过空气反应器布风板进入空气反应器进行预热；当燃料反应器中主体炉温达到800?900°C时，管路和空气反应器中温度达到700°C，从空气反应器排出的废热烟气从单级旋风分离器顶部的贫氧空气出口引入管壳式余热锅炉，从而对管壳式余热锅炉进行预热；然后逐步减小热风炉中燃烧强度，开始向燃料反应器中送入煤焦油进行反应，载氧体颗粒进入空气反应器反应放热，并逐渐通过载氧体循环将热量带到燃料反应器；燃料反应器中温度稳定后，停止热风炉的运行；
[0009](4)、打开空气反应器和燃料反应器之间的返料管阀门，同时打开煤焦油入料阀门，使煤焦油通过煤焦油进口进入燃料反应器，煤焦油的入料速度由O流量逐渐增大，直到额定流量，保持1000°c烟气的喷入流化，载氧体颗粒的流化对进入燃料反应器的煤焦油进行破碎和加热，炭黑反应开始进行，生成的还原态载氧体颗粒同少部分未反应的载氧体颗粒进入空气反应器，同时打开载氧体进料阀门补充氧化态载氧体进入燃料反应器；
[0010](5)、启动空气反应器的流化风机，还原态载氧体与氧气在空气反应器中进行氧化反应生成氧化态载氧体，空气反应器内温度逐渐升高，随着载氧体颗粒的流率增加，从空气进口匹配送入的空气量增加，空气反应器中呈现快速床状态(剧烈流化，大部分颗粒被气体携带上行，离开空气反应器进入分离器和回料阀并送入热解反应器)时，稳定各管路阀门开度；
[0011](6)、氧化态载氧体将热量和晶格氧送回燃料反应器，其中氧化态载氧体先进入单级旋风分离器进行气固分离，分离出来的氧化态载氧体由单级旋风分离器料腿进入双夹套流化床换热器，在流化气体松动下将双夹套流化床换热器内的氧化态载氧体送入进料管，并对双夹套流化床换热器夹套中的煤焦油加热，预热后的煤焦油通过输油管与流化进气支管里的流化气体混合后一同进入燃料反应器的下部，氧化态载氧体由进料管进入燃料反应器，流化气体由燃料反应器的底部通入，在流化作用下载氧体将煤焦油分散均匀，并催化裂解煤焦油的C-H键，促进氧化态载氧体的晶格氧与H反应生成炭黑，携带炭黑和少量还原态载氧体的烟气依次通过相互连通的冷却水盘管、水夹套换热器和双夹套流化床换热器的外层夹套换热降温得到冷却后的烟气，冷却后的烟气进入两级串联旋风分离器，还原态载氧体在一级旋风分离器内分离，由一级旋风分离器料腿进入返料管并与从燃料反应器下部进入返料管的还原态载氧体混合后，一同返回空气反应器完成物料循环，而烟气继续进入二级旋风分离器，部分炭黑被分离下来进入存储罐，剩余炭黑由烟气携带经过滤收集装置分离收集，尾气经尾气出口送往余热锅炉燃烧，实现炭黑的制备。
[0012]本发明所述煤焦油化学链转化制备炭黑的装置的主体包括空气反应器、单级旋风分离器、双夹套流化床换热器、燃料反应器、水夹套换热器、两级串联旋风分离器、过滤收集装置、空气反应器排气管、单级旋风分离器料腿、进料管、输油管、管壳式余热锅炉、引风机、流化进气支管、冷却水盘管、一级旋风分离器料腿、返料管、存储罐、氧化态载氧体、还原态载氧体、流化进气主管、燃料反应器布风板、返料管阀门、空气反应器布风板、煤焦油入料阀门、载氧体进料阀门、返料阀、空气进口、贫氧空气出口、流化气体主进口、冷却水进口、高温水出口、煤焦油进口、流化气体分进口和尾气出口；空气反应器通过顶部的空气反应器排气管与单级旋风分离器连通，空气反应器的底部设有空气进口，空气反应器的底端设有空气反应器布风板；空气反应器和空气反应器排气管内流动有氧化态载氧体，氧化态载氧体由还原态载氧体和空气中的氧气反应生成；单级旋风分离器的下部通过单级旋风分离器料腿与双夹套流化床换热器连通，单级旋风分离器的顶部设有贫氧空气出口，贫氧空气出口排出队和少量未反应的O 2;双夹套流化床换热器通过进料管与燃料反应器的中部连通，燃料反应器下端设有燃料反应器布风板，燃料反应器布风板的下部为与流化进气主管连通的风室，流化进气主管与流化气体主进口连通，燃料反应器通过返料阀和返料管与空气反应器的底部相连，燃料反应器和返料阀之间的返料管上设置有返料管阀门，返料管内流动有还原态载氧体；燃料反应器的上部设有冷却水盘管，冷却水盘管的上部为冷却水进口，冷却水盘管与水夹套换热器相连通，燃料反应器的顶部通过水夹套换热器内腔的管道与两级串联旋风分离器的进口连通，两级串联旋风分离器通过一级旋风分离器的排气口与二级旋风分离器的进气口串联组成，一级旋风