本發(fā)明屬于色素炭黑技術領域，具體涉及一種不純物含量低的色素炭黑生產(chǎn)系統(tǒng)及其生產(chǎn)方法。

背景技術：

色素炭黑都含有非炭黑的副產(chǎn)品不純物，主要是顆粒狀雜質(zhì)、水分、溶劑抽出物和無機鹽類等非炭成分。副產(chǎn)品不純物分為兩類：即炭質(zhì)不純物和非炭質(zhì)不純物。

炭質(zhì)不純物來源于生產(chǎn)炭黑過程中的焦粒，焦粒有四種形成方式：1)原料油中的一些催化劑粉末、其它礦物質(zhì)粒子以及添加劑k2co3是焦粒的生成核心；2)當碳化作用到一定程度，油管內(nèi)表面上的炭膜自行破裂，片狀光亮的小炭粒隨原料油一起進入反應爐而帶到炭黑中，生成焦粒；3)對于炭黑生產(chǎn)，僅能由氣相烴裂解生成炭黑，當在未氣化前液相原料烴碰到反應爐壁時，即生成焦粒，4)原料油中的瀝青質(zhì)不易氣化，當加熱到高于300℃時會分解成焦炭性物質(zhì)和氣態(tài)烴，是導致原料油在反應爐中結(jié)焦的物質(zhì)。

非炭質(zhì)不純物來源于進入生產(chǎn)線的物料(包括原料油、過程空氣、急冷水、添加劑和粘結(jié)劑等)帶來的非炭質(zhì)外來雜質(zhì)，或者生產(chǎn)線的設備、管道等帶來的非炭質(zhì)外來雜質(zhì)。

色素炭黑中的不純物副產(chǎn)品雖然含量很少，但對炭黑產(chǎn)品的質(zhì)量及應用均有不良影響。所以，在炭黑生產(chǎn)中要嚴格控制其含量。

故設計一種不純物含量低的色素炭黑生產(chǎn)系統(tǒng)及其生產(chǎn)方法，是本領域技術人員的努力方向。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種不純物含量低的色素炭黑生產(chǎn)系統(tǒng)及其生產(chǎn)方法。

本發(fā)明的技術方案為：

一種不純物含量低的色素炭黑生產(chǎn)系統(tǒng)，包括原料供應裝置、反應裝置、預熱裝置、收集裝置、造粒裝置和儲存包裝裝置，原料供應裝置包括與反應裝置配合的原料油泵、燃料油泵、添加劑泵、急冷水泵、主供風機；

預熱裝置包括空氣預熱器、原料油預熱器、燃料油預熱器；

反應裝置包括依次設置的炭黑反應爐燃燒段、喉管段、反應段、急冷段和停留段；停留段產(chǎn)的煙氣出口依次與空氣預熱器和原料油預熱器連接，原料油預熱器出氣口與收集裝置連通；

收集裝置包括依次連通的主旋風分離器、主袋濾器、尾氣加壓風機、尾氣煙囪，還包括吸塵袋濾器、風送風機、超細粉碎機和收集袋濾器，主旋風分離器、主袋濾器和吸塵袋濾器的出料口通過管道與超細粉碎機和收集袋濾器連接，風送風機設置在超細粉碎機和收集袋濾器之間；

造粒裝置包括依次連接的造粒機和提升機，造粒機與收集袋濾器連接；

儲存包裝裝置包括磁選機、成品罐、次品罐和包裝機，磁選機與提升機連接，磁選機分別與成品罐和次品罐連接，成品罐和次品罐分別與各自對應的包裝機連接；

所述的造粒裝置和儲存包裝裝置產(chǎn)生的廢氣通過管道與吸塵袋濾器連接。

進一步地，與炭黑接觸的設備或管道全部采用不銹鋼，降低鐵屑含量。

進一步地，原料油泵設置在原料油管道上，原料油管道通過原料油預熱器和喉管段連通；燃料油泵設置在燃料油管道上，燃料油管道與炭黑反應爐燃燒段連通；主供風機設置在空氣管道上，空氣管道通過空氣預熱器與炭黑反應爐燃燒段連通，預熱器設置在燃料油泵的管道上；添加劑泵設置在添加劑輸送管道上，添加劑輸送管道與喉管段連通；急冷水泵設置在急冷水管道上，急冷水管道與急冷段連通。

進一步地，喉管段采用金屬夾套喉管。

工作過程：

生產(chǎn)炭黑所需工藝空氣經(jīng)主供風機升壓后送入預熱裝置的空氣預熱器預熱后，再進入到反應裝置的燃燒段。

燃料油由燃料油泵加壓并預熱后與空氣在反應裝置的燃燒段內(nèi)混合，完全燃燒，產(chǎn)生約高溫燃燒氣流，隨后高速進入反應裝置的喉管段。

原料油進入原料油罐，經(jīng)原料油過濾器，由原料油泵送到預熱裝置的原料油預熱器預熱后，經(jīng)原料油槍噴入反應裝置的喉管段。在這里，原料油與來自燃燒段高溫高速氣流接觸混合，原料油迅速氣化并裂解生成炭黑。為了便于原料油的混合，原料油罐與混油泵進口相連，通過罐底或上部進行連續(xù)混合。

為了調(diào)節(jié)和控制炭黑結(jié)構，在添加劑罐內(nèi)用水溶解氫氧化鉀或碳酸鉀，經(jīng)攪拌器攪拌均勻并加熱后，用添加劑泵加壓經(jīng)過靜態(tài)混合器，與原料油混合后通過原料油槍噴咀孔噴入喉管段內(nèi)。

冷卻到280℃的煙氣進入收集裝置的主旋風分離器，從主旋風分離器收集下來的炭黑經(jīng)主旋風分離器氣密閥進入風送系統(tǒng)。從主旋風分離器出來的煙氣進入脈沖式主袋濾器，附在濾袋外壁上的炭黑用脈沖氣流定期周期性進行噴吹，使炭黑落入袋濾儲斗，主袋濾器收集的炭黑經(jīng)主袋濾器氣密閥進入風送系統(tǒng)，袋濾分離的炭黑尾氣用尾氣加壓風機將其抽出通過排放煙囪放空或送入界外。

炭黑進入風送系統(tǒng)后，用冷空氣輸送，通過超細粉碎機，將硬碳或雜質(zhì)粉碎，再經(jīng)風送風機送到收集袋濾器中，從收集袋濾器分離的煙氣直接排放。從收集袋濾器收集下來的炭黑經(jīng)氣密閥、三通閥、粉狀分配螺旋進入造粒裝置的干法造粒機造粒后送入提升機，然后經(jīng)磁選機磁選除去鐵銹，進入成品罐或次品罐。

從吸塵風機抽吸來的含炭黑氣體進入吸塵袋濾器，附在濾袋上的炭黑用脈沖氣流定期進行噴吹，使炭黑落入袋濾儲斗，進入成品罐或次品罐。待炭黑冷卻后用包裝機包裝，包裝好的炭黑用叉車輸送入庫房。

一種不純物含量低的色素炭黑的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟：

步驟1)：原料油的選擇和凈化處理：原料油從油槽車卸油到油罐輸送再到反應裝置設置4道油過濾裝置，原料油中的芳烴含量在120～175之間，瀝青質(zhì)含量≤2％，要求鈉含量≤20ppm，鉀含量≤2ppm，灰分≤0.05％；

步驟2)：預熱后的空氣達到750℃左右，預熱后的空氣與預熱后的燃燒油在反應裝置的炭黑反應爐燃燒室中充分混合、反應、燃燒；

步驟3)：步驟2中燃燒后產(chǎn)生溫度在1950℃左右的高溫燃燒氣流，高溫燃燒氣流流入喉管段；

步驟4)：高溫燃燒氣流流入喉管段后，在喉管內(nèi)噴入經(jīng)過霧化的原料油，同時往原料油加入添加劑；

步驟5)原料油在喉管段與高溫燃燒氣流混合，迅速裂解，生產(chǎn)炭黑煙氣；

步驟6)：炭黑煙氣在進入急冷段后，在急冷段內(nèi)噴射冷卻水，炭黑煙氣經(jīng)過急冷后溫度下降到900℃左右；

步驟7)：炭黑煙氣從急冷段離開后依次到空氣預熱器和原料油預熱器；

步驟8)：炭黑煙氣從原料油預熱器離開后進入炭黑收集裝置使得炭黑煙氣分離成炭黑粉體和高溫炭黑尾氣；

步驟9)：步驟8中的炭黑粉體經(jīng)過風送系統(tǒng)后進入收集袋濾器，然后經(jīng)造粒裝機后成為炭黑顆粒，炭黑顆粒通過提升機到達磁選機，磁選機去除炭黑顆粒中鐵磁性物質(zhì)，并定期對磁選機進行清理，降低鐵屑含量，經(jīng)過磁選機的炭黑顆粒進入成品罐或次品罐，待成品罐或次品罐內(nèi)炭黑冷卻后用包裝機包裝，包裝好的炭黑用叉車輸送入庫房。

進一步地，所述的4道油過濾裝置包括第一道過濾裝置、第二道過濾裝置、第三道過濾裝置、第四道過濾裝置，所述的第一道過濾裝置為油槽車至油罐入口出的5目過濾網(wǎng)，過濾網(wǎng)的孔徑為4mm；所述的第二道過濾裝置為油罐送往車間工藝罐的輸油泵入口處的并聯(lián)的兩個負壓20目的油過濾器，該油過濾器的篩網(wǎng)的孔徑為850μm；所述的第三道過濾裝置為由車間工藝罐送往原料原料油預熱器的工藝油泵入口處的并聯(lián)的兩個負壓35目油過濾器，該油過濾器的篩網(wǎng)的孔徑為500μm；所述第四道過濾裝置為原料原料油預熱器出口至炭黑反應爐入口的并聯(lián)的兩個正壓50目油過濾器，該油過濾器的篩網(wǎng)的孔徑為300μm。

第一道過濾裝置、第二道過濾裝置、第三道過濾裝置、第四道過濾裝置的篩網(wǎng)應及時更換。如未及時更換，導致篩網(wǎng)破損，不僅不起功能作用，還帶來鐵屑污染炭黑、炭黑篩余物、灰分超標等負面效用。

進一步地，步驟4中所述的添加劑在混配前，應先用水預溶解，添加劑使用時，應保持加劑罐連續(xù)不斷攪拌，并保證添加劑罐溫度50℃～80℃，防止添加劑析出。

進一步地，步驟4中所述的原料油在原料油預熱器內(nèi)預熱至220℃～260℃，加壓至2mpa～3.5mpa，并采用高強度旋流片，可確保原料油充分霧化，防止結(jié)焦。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點：

1、該發(fā)明中不純物含量低的色素炭黑生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構簡單，該不純物含量低的色素炭黑生產(chǎn)方法中，原料油從油槽車卸油到油罐輸送再到反應裝置設置4道油過濾裝置，最大程度的降低了原料油中帶來的炭質(zhì)不純物和非炭質(zhì)外來雜質(zhì)，提高了色素炭黑的純度，增加了色素炭黑的品質(zhì)。

2、添加劑混配前，應先用水預溶解，使用時，應保持連續(xù)不斷攪拌，并保證添加劑罐溫度50～80℃，防止添加劑析出，有效防止產(chǎn)生焦粒；急冷水需經(jīng)凈化處理后使用，避免使用工廠的沉淀處理污水；在收集裝置設置超細粉碎機，對炭黑不純物進行粉碎。這三種方式都有效降低了生產(chǎn)過程非炭質(zhì)不純物的含量，增加了色素炭黑的純度。

3、喉管段采用金屬夾套喉管，傳統(tǒng)反應爐喉管段為普通耐火材料，使用壽命短，且生產(chǎn)到一段時間后，反應爐喉管直徑?jīng)_刷變大，且很容易出現(xiàn)毛刺和燒熔現(xiàn)象，從而導致進入喉管段熱氣流的流體力學環(huán)境發(fā)生變化，影響原料油的氣化。而金屬夾套喉管采用軟水冷卻，金屬內(nèi)壁表面溫度較低，長期使用過程中其內(nèi)部尺寸也不會發(fā)生變化，且金屬夾套喉管原料油咀采用卡套設計，可保證每次插入深度固定。從而可以有效防止原料油掛壁結(jié)焦。

4、與炭黑接觸的設備或管道全部采用不銹鋼，以及磁選機的設置，目的在于降低鐵屑含量，增加色素炭黑的純度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種不純物含量低的色素炭黑生產(chǎn)系統(tǒng)的結(jié)構示意圖；

圖2是原料供應裝置、反應裝置和預熱裝置及的結(jié)構示意圖；

圖3是反應裝置的結(jié)構示意圖；

圖4是收集裝置的結(jié)構示意圖；

圖5是造粒裝置的結(jié)構示意圖；

圖6是儲存包裝裝置的結(jié)構示意圖。

具體實施方式

實施例1

本實施例提供一種不純物含量低的色素炭黑生產(chǎn)系統(tǒng)，包括原料供應裝置、反應裝置1、預熱裝置、收集裝置2、造粒裝置3和儲存包裝裝置4，原料供應裝置包括與反應裝置配合的原料油泵10、燃料油泵15、添加劑泵14、急冷水泵12、主供風機5；

預熱裝置包括空氣預熱器7、原料油預熱器8、燃料油預熱器16；

反應裝置1包括依次設置的炭黑反應爐燃燒段1-1、喉管段1-2、反應段1-3、急冷段1-4和停留段1-5；停留段1-5產(chǎn)的煙氣出口依次與空氣預熱器7和原料油預熱器8連接，原料油預熱器8出氣口與收集裝置2連通；

收集裝置2包括依次連通的主旋風分離器2-1、主袋濾器2-2、尾氣加壓風機2-3、尾氣煙囪2-4，還包括吸塵袋濾器2-5、風送風機2-7、超細粉碎機2-6和收集袋濾器2-8，主旋風分離器2-1、主袋濾器2-2和吸塵袋濾器2-5的出料口通過管道與超細粉碎機2-6和收集袋濾器2-8連接，風送風機2-7設置在超細粉碎機2-6和收集袋濾器2-8之間；

造粒裝置3包括依次連接的造粒機3-1和提升機3-2，造粒機3-1與收集袋濾器3-2連接；

儲存包裝裝置4包括磁選機4-1、成品罐4-3、次品罐4-2和包裝機4-4，磁選機4-1與提升機3-2連接，磁選機4-1分別與成品罐4-3和次品罐4-2連接，成品罐4-3和次品罐4-2分別與各自對應的包裝機4-4連接；

所述的造粒裝置3-1和儲存包裝裝置4產(chǎn)生的廢氣通過管道與吸塵袋濾器2-5連接。

與炭黑接觸的設備或管道全部采用不銹鋼，降低鐵屑含量。

原料油泵10設置在原料油管道9上，原料油管道9通過原料油預熱器8和喉管段1-2連通；燃料油泵15設置在燃料油管道17上，燃料油管道17與炭黑反應爐燃燒段1-1連通，燃料油預熱器16設置在燃料油管道17上；主供風機5設置在空氣管道6上，空氣管道6通過空氣預熱器7與炭黑反應爐燃燒段1-1連通；添加劑泵14設置在添加劑輸送管道13上，添加劑輸送管道13與喉管段1-2連通；急冷水泵12設置在急冷水管道11上，急冷水管道11與急冷段1-4連通。

喉管段1-2采用金屬夾套喉管。

實施例2

一種不純物含量低的色素炭黑的生產(chǎn)工藝，包括以下步驟：

步驟1)：原料油的選擇和凈化處理：原料油從油槽車卸油到油罐輸送再到反應裝置設置4道油過濾裝置，原料油中的芳烴含量在120～175之間，瀝青質(zhì)含量≤2％，要求鈉含量≤20ppm，鉀含量≤2ppm，灰分≤0.05％；

步驟2)：預熱后的空氣達到750℃左右，預熱后的空氣與預熱后的燃燒油在反應裝置的炭黑反應爐燃燒室中充分混合、反應、燃燒；

步驟3)：步驟2中燃燒后產(chǎn)生溫度在1950℃左右的高溫燃燒氣流，高溫燃燒氣流流入喉管段；

步驟4)：高溫燃燒氣流流入喉管段后，在喉管內(nèi)噴入經(jīng)過霧化的原料油，同時往原料油加入添加劑；

步驟5)原料油在喉管段與高溫燃燒氣流混合，迅速裂解，生產(chǎn)炭黑煙氣；

步驟6)：炭黑煙氣在進入急冷段后，在急冷段內(nèi)噴射冷卻水，炭黑煙氣經(jīng)過急冷后溫度下降到900℃左右；

步驟7)：炭黑煙氣從急冷段離開后依次到空氣預熱器和原料油預熱器；

步驟8)：炭黑煙氣從原料油預熱器離開后進入炭黑收集裝置使得炭黑煙氣分離成炭黑粉體和高溫炭黑尾氣；

步驟9)：步驟8中的炭黑粉體經(jīng)過風送系統(tǒng)后進入收集袋濾器，然后經(jīng)造粒裝機后成為炭黑顆粒，炭黑顆粒通過提升機到達磁選機，磁選機去除炭黑顆粒中鐵磁性物質(zhì)，并定期對磁選機進行清理，降低鐵屑含量，經(jīng)過磁選機的炭黑顆粒進入成品罐或次品罐，待成品罐或次品罐內(nèi)炭黑冷卻后用包裝機包裝，包裝好的炭黑用叉車輸送入庫房。

實施例3

本實施例是在實施例2的基礎上做了進一步優(yōu)化，具體是：

所述的4道油過濾裝置包括第一道過濾裝置、第二道過濾裝置、第三道過濾裝置、第四道過濾裝置，所述的第一道過濾裝置為油槽車至油罐入口出的5目過濾網(wǎng)，過濾網(wǎng)的孔徑為4mm；所述的第二道過濾裝置為油罐送往車間工藝罐的輸油泵入口處的并聯(lián)的兩個負壓20目的油過濾器，該油過濾器的篩網(wǎng)的孔徑為850μm；所述的第三道過濾裝置為由車間工藝罐送往原料原料油預熱器的工藝油泵入口處的并聯(lián)的兩個負壓35目油過濾器，該油過濾器的篩網(wǎng)的孔徑為500μm；所述第四道過濾裝置為原料原料油預熱器出口至炭黑反應爐入口的并聯(lián)的兩個正壓50目油過濾器，該油過濾器的篩網(wǎng)的孔徑為300μm。

實施例4

本實施例是在實施例2的基礎上做了進一步優(yōu)化，具體如下：

第一道過濾裝置、第二道過濾裝置、第三道過濾裝置、第四道過濾裝置的篩網(wǎng)應及時更換。如未及時更換，導致篩網(wǎng)破損，不僅不起功能作用，還帶來鐵屑污染炭黑、炭黑篩余物、灰分超標等負面效用。

步驟4中所述的添加劑在混配前，應先用水預溶解，添加劑使用時，應保持加劑罐連續(xù)不斷攪拌，并保證添加劑罐溫度50℃～80℃，防止添加劑析出。

步驟4中所述的原料油在原料油預熱器內(nèi)預熱至220℃～260℃，加壓至2mpa～3.5mpa，并采用高強度旋流片，可確保原料油充分霧化，防止結(jié)焦。

以上所述實施例僅表達了本申請的具體實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本申請保護范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本申請技術方案構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本申請的保護范圍。