CN103160149A - 一种炭黑反应炉及炭黑生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种炭黑反应炉及炭黑生产方法，该反应炉中的炉体上端设有射入烃气流的喷枪，下端为炭黑出口，炉体中段为电弧核区，电弧核区侧面设有等离子发生器，等离子发生器在电弧核区中心产生由空气等离子体形成的电弧核。生产方法是采用等离子超高温燃烧技术，加快炭黑化学反应速度、提高反应产率、改变反应过程以及引发新的化学反应，对炭黑微晶生成反应过程进行干扰，提高炭黑纳米尺寸的表面粗糙度，获得纳米结构的炭黑产品。
Description
技术领域
本发明涉及一种炭黑反应炉及炭黑生产方法，主要用于获得纳米结构的炭黑产品。
背景技术
目前炉法炭黑生产是采用天然气、煤气、液态烃类油作为燃料，燃烧产生的热能作为原料油的裂解成炭黑的基本能量，该方法最大的缺点就是天然气、煤气、液态烃类油作为燃料燃烧时必须配制大量的空气助燃，助燃的空气中只有21%的氧气真正起到助燃作用，79%的氮气自从进入生产系统后一直是在消耗能量，起着负作用，也有公司在研究采用富氧燃烧技术进行炭黑生产，以此来降低炭黑生产能耗，起到一定效果，但是效果不明显。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能耗小，反应速度快，产率高且获得纳米结构炭黑产品的炭黑反应炉及炭黑生产方法。
本发明所述的一种炭黑反应炉，包括炉体，所述炉体上端设有射入烃气流的喷枪，下端为炭黑出口，炉体中段为电弧核区，电弧核区侧面设有等离子发生器，等离子发生器在电弧核区中心产生由空气等离子体形成的电弧核。
所述电弧核区下部设有冷却水喷枪，通过喷入冷却水进行降温终止反应。
所述喷枪喷口的角度使其产生的烃气流尾部尺寸D1小于形成的电弧核的尺寸D2，使气雾尽可能全部接触高温电弧。
所述反应炉电弧核区内径尺寸D3大于电弧核尺寸D2，保证电弧核的超高温不直接接触到反应炉内胆，与内胆接触的仅是烃类物吸热后裂解成的炭黑,超高温电弧核始终被包裹在炭黑气流中。
此外，本发明还提供了一种炭黑生产方法，其特征在于包括以下步骤：在炭黑反应炉中，烃气流经过喷枪连续射出形成烃气流气雾，在炭黑反应炉中段，由等离子体发生器产生的等离子体形成5000～8000K的局部高温区，烃气流通过该区时受到高温作用，并在10-3秒内迅速裂解，从而生成炭黑，炭黑气流流入后部汇集段，在水喷枪喷入的冷却水作用下进行降温终止反应并从炭黑出口流出。
所述反应炉内炭黑的气流动力主要是由烃气流喷枪提供，其次是等离子发生器引弧用的压缩空气，这些动力带动炭黑气流进入炭黑反应炉下部。
所述等离子体始终被包裹在炭黑气流中。
本发明采用等离子技术超高温裂解汽态烃类物，加快炭黑化学反应速度、提高反应产率、降低能耗，改变反应过程以及引发新的化学反应，对炭黑微晶生成反应过程进行干扰，提高炭黑纳米尺寸的表面粗糙度，降低聚集体的形成的结合力，获得纳米结构的炭黑产品。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1 及A-A向剖视图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的一种炭黑反应炉，包括大致呈梭子形的炉体1，所述炉体1上端设有射入烃气流的喷枪2，下端为炭黑出口3，炉体1中段为电弧核区4，电弧核区4侧面设有等离子发生器5，等离子发生器5在电弧核区4中心产生由空气等离子体形成的电弧核6，电弧核区4下部设有冷却水喷枪7。喷枪2喷口的角度使其产生的烃气流8尾部尺寸D1小于形成电弧核的尺寸D2。反应炉电弧核区4内径尺寸D3大于电弧核尺寸D2。
该装置采用以下方法生产炭黑：在炭黑反应炉中，烃气流经过喷枪连续射出形成烃气流气雾，在炭黑反应炉中段，由等离子体发生器产生的等离子体形成5000～8000K的局部高温区，烃气流通过该区时受到高温作用，并在10-3秒内迅速裂解，从而生成炭黑，炭黑气流流入后部汇集段，在水喷枪喷入的冷却水作用下进行降温终止反应并从炭黑出口流出。
实施例1：以生产炭黑产品N330进行对比，实施具体数据如表1。
表1
| 指标 | 常规炉法 | 等离子法 | 下降率% |
| 燃料 | 乙烯焦油 | 等离子电弧 | |
| 电弧直径D2 | 85 | ||
| 原料 | 蒽油 | 蒽油 | |
| 烃气流尾部直径D1 | 80 | ||
| 原料预热温度 ℃ | 250 | 350 | |
| 反应炉内径D3 | 150 | ||
| 油耗 t/t | 1.75 | 1.22 | 30.3 |
| 油耗折算标煤tce/t | 2.205 | 1.54 | |
| 电耗 KWH/ t | 320 | 750 | -134.4 |
| 电耗折算标煤tce/t | 0.0393 | 0.0922 | |
| 收率 % | 57.1 | 82 | |
| 总能耗 吨标煤/t | 2.2443 | 1.6322 | 27.4 |
实施例2：以生产炭黑产品N550进行对比，实施具体数据如表2.
表2
| 指标 | 常规炉法 | 等离子法 | 下降率% |
| 燃料 | 乙烯焦油 | 等离子电弧 | |
| 电弧直径D2 | 85 | ||
| 原料 | 蒽油 | 蒽油 | |
| 烃气流尾部直径D1 | 80 | ||
| 原料预热温度 ℃ | 250 | 350 | |
| 反应炉内径D3 | 150 | ||
| 油耗 t/t | 1.61 | 1.18 | 26.7 |
| 油耗折算标煤tce/t | 2.0286 | 1.4868 | |
| 电耗 KWH/ t | 280 | 710 | -153.6 |
| 电耗折算标煤tce/t | 0.0344 | 0.0873 | |
| 收率 % | 62.1 | 84.7 | |
| 总能耗 吨标煤/t | 2.063 | 1.574 | 23.7 |
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种炭黑反应炉，包括炉体（1），其特征在于，所述炉体（1）上端设有射入烃气流的喷枪（2），下端为炭黑出口（3），炉体（1）中段为电弧核区（4），电弧核区（4）侧面设有等离子发生器（5），等离子发生器（5）在电弧核区（4）中心产生由空气等离子体形成的电弧核（6）。
2.根据权利要求1所述的炭黑反应炉，其特征在于，电弧核区（4）下部设有冷却水喷枪（7）。
3.根据权利要求1或2所述的炭黑反应炉，其特征在于，喷枪（2）喷口的角度使其产生的烃气流（8）尾部尺寸（D1）小于形成的电弧核的尺寸（D2）。
4.根据权利要求1或2所述的炭黑反应炉，其特征在于，反应炉电弧核区（4）内径尺寸（D3）大于电弧核尺寸（D2）。
5.一种炭黑生产方法，其特征在于包括以下步骤：在炭黑反应炉中，烃气流经过喷枪连续射出形成烃气流气雾，在炭黑反应炉中段，由等离子体发生器产生的等离子体形成5000～8000K的局部高温区，烃气流通过该区时受到高温作用，并在10-3秒内迅速裂解，从而生成炭黑，炭黑气流流入后部汇集段，在水喷枪喷入的冷却水作用下进行降温终止反应并从炭黑出口流出。
6.根据权利要求5所述的炭黑生产方法，其特征在于，所述反应炉内炭黑的气流动力主要是由烃气流喷枪提供，其次是等离子发生器引弧用的压缩空气，这些动力带动炭黑气流进入炭黑反应炉下部。
7.根据权利要求5所述的炭黑生产方法，其特征在于，所述等离子体始终被包裹在炭黑气流中。
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Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9574086B2 (en) | 2014-01-31 | 2017-02-21 | Monolith Materials, Inc. | Plasma reactor |
| CN107709608A (zh) * | 2015-02-03 | 2018-02-16 | 巨石材料公司 | 再生冷却方法和设备 |
| US10100200B2 (en) | 2014-01-30 | 2018-10-16 | Monolith Materials, Inc. | Use of feedstock in carbon black plasma process |
| US10138378B2 (en) | 2014-01-30 | 2018-11-27 | Monolith Materials, Inc. | Plasma gas throat assembly and method |
| US10370539B2 (en) | 2014-01-30 | 2019-08-06 | Monolith Materials, Inc. | System for high temperature chemical processing |
| CN110591418A (zh) * | 2019-10-21 | 2019-12-20 | 中昊黑元化工研究设计院有限公司 | 一种等离子逆流裂解气态烃制备炭黑的设备和方法 |
| CN111471329A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-07-31 | 无锡双诚炭黑科技股份有限公司 | 低筛余物炭黑反应炉及其反应方法 |
| US10808097B2 (en) | 2015-09-14 | 2020-10-20 | Monolith Materials, Inc. | Carbon black from natural gas |
| US11149148B2 (en) | 2016-04-29 | 2021-10-19 | Monolith Materials, Inc. | Secondary heat addition to particle production process and apparatus |
| US11304288B2 (en) | 2014-01-31 | 2022-04-12 | Monolith Materials, Inc. | Plasma torch design |
| CN115029021A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-09-09 | 合肥碳艺科技有限公司 | 一种大粒径、低结构软质炭黑的制备方法 |
| US11453784B2 (en) | 2017-10-24 | 2022-09-27 | Monolith Materials, Inc. | Carbon particles having specific contents of polycylic aromatic hydrocarbon and benzo[a]pyrene |
| US11492496B2 (en) | 2016-04-29 | 2022-11-08 | Monolith Materials, Inc. | Torch stinger method and apparatus |
| US11665808B2 (en) | 2015-07-29 | 2023-05-30 | Monolith Materials, Inc. | DC plasma torch electrical power design method and apparatus |
| US11760884B2 (en) | 2017-04-20 | 2023-09-19 | Monolith Materials, Inc. | Carbon particles having high purities and methods for making same |
| US11926743B2 (en) | 2017-03-08 | 2024-03-12 | Monolith Materials, Inc. | Systems and methods of making carbon particles with thermal transfer gas |
| US11939477B2 (en) | 2014-01-30 | 2024-03-26 | Monolith Materials, Inc. | High temperature heat integration method of making carbon black |
| US11987712B2 (en) | 2015-02-03 | 2024-05-21 | Monolith Materials, Inc. | Carbon black generating system |
| US12030776B2 (en) | 2017-08-28 | 2024-07-09 | Monolith Materials, Inc. | Systems and methods for particle generation |
| US12119133B2 (en) | 2015-09-09 | 2024-10-15 | Monolith Materials, Inc. | Circular few layer graphene |
| US12144099B2 (en) | 2022-02-10 | 2024-11-12 | Monolith Materials, Inc. | Plasma torch design |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1400266A (en) * | 1972-10-19 | 1975-07-16 | G N I Energet I Im G M Krzhizh | Method of producing carbon black by pyrolysis of hydrocarbon stock materials in plasma |
| CN1086527A (zh) * | 1992-04-07 | 1994-05-11 | 克瓦纳尔工程有限公司 | 分解反应器 |
| EP0616599B1 (en) * | 1991-12-12 | 1996-02-28 | Kvaerner Engineering A/S | A method for decomposition of hydrocarbons |
| JP2893485B2 (ja) * | 1992-04-07 | 1999-05-24 | クヴァルナル テクノロジー アンド リサーチ リミテッド | プラズマトーチ内の電極消耗 |
| US6099696A (en) * | 1993-02-05 | 2000-08-08 | Armines | Conversion of carbon or carbon-containing compounds in a plasma |
| CN203269847U (zh) * | 2013-03-28 | 2013-11-06 | 无锡双诚炭黑有限公司 | 一种炭黑反应炉 |
-
2013
- 2013-03-28 CN CN2013101042149A patent/CN103160149A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1400266A (en) * | 1972-10-19 | 1975-07-16 | G N I Energet I Im G M Krzhizh | Method of producing carbon black by pyrolysis of hydrocarbon stock materials in plasma |
| EP0616599B1 (en) * | 1991-12-12 | 1996-02-28 | Kvaerner Engineering A/S | A method for decomposition of hydrocarbons |
| CN1086527A (zh) * | 1992-04-07 | 1994-05-11 | 克瓦纳尔工程有限公司 | 分解反应器 |
| JP2893485B2 (ja) * | 1992-04-07 | 1999-05-24 | クヴァルナル テクノロジー アンド リサーチ リミテッド | プラズマトーチ内の電極消耗 |
| US6099696A (en) * | 1993-02-05 | 2000-08-08 | Armines | Conversion of carbon or carbon-containing compounds in a plasma |
| CN203269847U (zh) * | 2013-03-28 | 2013-11-06 | 无锡双诚炭黑有限公司 | 一种炭黑反应炉 |
Cited By (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11203692B2 (en) | 2014-01-30 | 2021-12-21 | Monolith Materials, Inc. | Plasma gas throat assembly and method |
| US11939477B2 (en) | 2014-01-30 | 2024-03-26 | Monolith Materials, Inc. | High temperature heat integration method of making carbon black |
| US10100200B2 (en) | 2014-01-30 | 2018-10-16 | Monolith Materials, Inc. | Use of feedstock in carbon black plasma process |
| US10138378B2 (en) | 2014-01-30 | 2018-11-27 | Monolith Materials, Inc. | Plasma gas throat assembly and method |
| US10370539B2 (en) | 2014-01-30 | 2019-08-06 | Monolith Materials, Inc. | System for high temperature chemical processing |
| US11866589B2 (en) | 2014-01-30 | 2024-01-09 | Monolith Materials, Inc. | System for high temperature chemical processing |
| US11591477B2 (en) | 2014-01-30 | 2023-02-28 | Monolith Materials, Inc. | System for high temperature chemical processing |
| US9574086B2 (en) | 2014-01-31 | 2017-02-21 | Monolith Materials, Inc. | Plasma reactor |
| US11304288B2 (en) | 2014-01-31 | 2022-04-12 | Monolith Materials, Inc. | Plasma torch design |
| US10618026B2 (en) | 2015-02-03 | 2020-04-14 | Monolith Materials, Inc. | Regenerative cooling method and apparatus |
| CN107709608A (zh) * | 2015-02-03 | 2018-02-16 | 巨石材料公司 | 再生冷却方法和设备 |
| US11998886B2 (en) | 2015-02-03 | 2024-06-04 | Monolith Materials, Inc. | Regenerative cooling method and apparatus |
| US11987712B2 (en) | 2015-02-03 | 2024-05-21 | Monolith Materials, Inc. | Carbon black generating system |
| CN107709608B (zh) * | 2015-02-03 | 2019-09-17 | 巨石材料公司 | 再生冷却方法和设备 |
| US11665808B2 (en) | 2015-07-29 | 2023-05-30 | Monolith Materials, Inc. | DC plasma torch electrical power design method and apparatus |
| US12119133B2 (en) | 2015-09-09 | 2024-10-15 | Monolith Materials, Inc. | Circular few layer graphene |
| US10808097B2 (en) | 2015-09-14 | 2020-10-20 | Monolith Materials, Inc. | Carbon black from natural gas |
| US12012515B2 (en) | 2016-04-29 | 2024-06-18 | Monolith Materials, Inc. | Torch stinger method and apparatus |
| US11492496B2 (en) | 2016-04-29 | 2022-11-08 | Monolith Materials, Inc. | Torch stinger method and apparatus |
| US11149148B2 (en) | 2016-04-29 | 2021-10-19 | Monolith Materials, Inc. | Secondary heat addition to particle production process and apparatus |
| US11926743B2 (en) | 2017-03-08 | 2024-03-12 | Monolith Materials, Inc. | Systems and methods of making carbon particles with thermal transfer gas |
| US11760884B2 (en) | 2017-04-20 | 2023-09-19 | Monolith Materials, Inc. | Carbon particles having high purities and methods for making same |
| US12030776B2 (en) | 2017-08-28 | 2024-07-09 | Monolith Materials, Inc. | Systems and methods for particle generation |
| US11453784B2 (en) | 2017-10-24 | 2022-09-27 | Monolith Materials, Inc. | Carbon particles having specific contents of polycylic aromatic hydrocarbon and benzo[a]pyrene |
| CN110591418A (zh) * | 2019-10-21 | 2019-12-20 | 中昊黑元化工研究设计院有限公司 | 一种等离子逆流裂解气态烃制备炭黑的设备和方法 |
| CN111471329A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-07-31 | 无锡双诚炭黑科技股份有限公司 | 低筛余物炭黑反应炉及其反应方法 |
| US12144099B2 (en) | 2022-02-10 | 2024-11-12 | Monolith Materials, Inc. | Plasma torch design |
| CN115029021A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-09-09 | 合肥碳艺科技有限公司 | 一种大粒径、低结构软质炭黑的制备方法 |
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