炭黑分類、生產工藝及設備

 

    （1）、按制造方法分類

 

    按制造方法可將炭黑分為接觸法炭黑、爐法炭黑、和熱解法炭黑三類，其接觸法炭黑按原料和生產過程不同分為槽法炭黑、槽法混氣炭黑（也稱混氣炭黑和粗  炭黑和滾筒法炭黑三種。

 

    （2）、按用途和使用特點分類

 

    按用途和使用特點也可以把炭黑分為三類：橡膠用炭黑、色素炭黑和導電炭黑，其中橡膠用炭黑根據其使用特點，如：操作工藝性能、制品的耐磨和補強性等又可分為快壓出炭黑、高空伸爐黑、半補強爐黑，通用爐黑等。

 

    中超耐磨爐炭黑的生產過程和主要設備

 

    一、工藝流程

 

    經脫水和預熱的原料油，呈汽化或半汽化狀進入反應爐中，天然氣或煤氣經風機升壓，輸送至炭黑反應爐，由切向噴入，空氣由空氣風機升壓，在空氣預熱器下，使其預熱到350攝氏度進入反應爐，供霧化原料和助燃用，原料油霧滴在1500-1600攝氏度，高溫燃余氣中，經一系列換熱設備，冷卻至450攝氏度，送入旋風分離器和濾袋器中，以便炭黑和燃余氣分離，從袋慮器排出的尾氣，可用作鍋爐燃料，產生蒸氣或帶動汽輪機發電，這樣既節省了部分能源，也使生產效率得到提高。  往風分離器11和袋濾器12收集的炭黑，經風篩機除去雜質后，由風送系統送入造粒2段，粉狀炭黑經造粒機13造粒后，由埋刮板輸送機20和斗式提升機14經磁選機16后送入炭黑貯倉，貯倉中的炭黑，經自動稱量機21稱量，以紙袋方式包裝。

 

    1、操作要領  生產操作要領主要包括，開氣前的準備、開氣順序、正常停氣操作和故障處理等。

 

    開汽前的準備

 

    ⑴、新爐必須按條件升溫到一定溫度（1750攝氏度）左右，舊爐爐溫要達1000-1200攝氏度以上。

 

    ① 、檢查各崗位設備、管線、閥門、和儀表是否正常

 

    ②、檢查油嘴、水嘴的霧化情況，流量是否符合工藝要求

 

    ③、開動油泵、原料油經計量罐循環，管式爐點火，預熱原料

 

    ④、打開鼓風機放空閥，啟動鼓風機，使空氣通入空氣預熱器中

 

    ⑵、檢查油預熱器出口的油溫是否達到工藝要求

 

    ⑶、開氣順序

 

    ①、打開放空壓蓋（或水封帽）

 

    ②、廢熱鍋爐給水

 

    ③、安裝好缺向噴熱器，通入夾套冷卻水

 

    ④、通入切向風，火把放入爐內并通入切向燃料

 

    ⑤、先少量通入軸向風，安正油槍，逐漸加大風量和油量

 

    ⑥、啟動送風機、聯控裝臵、袋濾器、篩選機、磁選機、造粒機、 埋刮板輸送機、斗式提升機和尾氣風機

 

    ⑦、當爐后已升溫到一定程度后，適當調整急冷水量，蓋好放空 壓蓋

 

    ⑷、停氣操作

 

    ①、爐前回流旁通閥全開，關閉軸向油閥，停止進油，軸向風放空，取出油噴槍，抽出冷水嘴。

 

    ②、打開煤氣風機回流閥，關閉切向煤氣閥

 

    ③、打開空氣風機放空閥，關閉切向風閥

 

    ④、用石棉繩或橡膠石綿板堵住反應爐口，使爐內緩慢降溫

 

    ⑤、打開空氣預熱器放空閥，關閉尾氣風機進口蝶閥

 

    ⑥、切斷空氣風機、夾套水泵、廢熱鍋爐上水泵、煤氣風機電源

 

    ⑦、將管式爐各看火門空氣調節門，煙囪翻板全部打開

 

    ⑧、用蒸汽吹掃所有油管線，待設備冷卻后，放凈所有夾套和管路中的水

 

    ⑸、斷電操作

 

    ①、迅速關閉反應爐切向煤氣閥和管式爐燃料氣閥

 

    ②、關閉入爐油閥，打開油回流旁通閥，關閉入爐軸向和切向風閥，取出油噴槍

 

    ③、用蒸汽吹掃管式爐對流斷和輻射段油管，蒸汽連續通入，再抽出急冷水噴嘴

 

    ④、將總空閥煙囪翻板，防爆孔全部打開，關閉空氣風機出口閥⑤、切斷各電源

 

    ⑹、斷水操作

 

    ①、打開爐前油回流旁通閥，關閉軸向入爐油閥，軸向放風空，取出油槍，抽出急冷水噴嘴

 

    ②、打開煤氣風機回流閥，和空氣風機放空閥，關閉切向煤氣閥和切向風閥

 

    ③、減少爐內燃料供給并用石棉繩或橡膠石棉板堵住反應爐口，使爐溫緩慢下降

 

    ④、打開空氣預熱器放空閥，關閉尾氣風機進口蝶閥

 

    2、原料油

 

    炭黑原料油主要分石油和煤焦油等兩類，煤焦油等油料，如油、防腐油等歷來是理想的炭黑原料，用這種油料生產的炭黑，收率較高，質量較好 。但隨著炭黑需求增加，原料有需要量劇增，煤焦油等油量在數量上遠遠滿足不了需求，為了尋求更多資源和充分利用資源，必須專門加工或從石油化工副產油料中尋找合適的石油等油料。炭黑原料油是復雜的碳氫化合物，芳香烴含量是炭黑原料油最重要的質量指標，為了降低炭黑成本，炭黑工業應盡量選用廉價的高芳烴原料。由于我國煉產多為燃料油型，催化裂化油漿，催化裂化循環油和催化裂化澄清油料外，目前世界上廣泛采用溶劑抽提法，熱烈化法專門生產石油等炭黑原料油，隨著石油化工技術的發展，乙烯焦油也是炭黑原料的重要來源。

 

    3、主要設備

 

    ⑴反應爐  生產超耐磨和高耐磨爐黑的反應爐主要有單室爐和雙室爐兩種

 

    ① 單室爐  單室爐是一種臥式圓柱形反應爐，其內徑為300-600毫米，長3000-3800毫米。典型的單空爐結構如圖所示，圖反應爐殼體是由普通碳素鋼板剪制而成，殼體內砌有耐火材料，通常內層用剛玉磚，外層用高鉛磚和粘土磚砌筑，爐子壽面取決于耐火材料的性質。

 

    ② 雙室爐   雙室爐也是一種臥式圓柱形反應爐如圖所示，其爐殼也是由普通碳素鋼板卷制而成，與單室爐不同的是，爐子分為兩個室，即燃燒室和反應室，燃燒室的直徑較大而長度較小，沿燃燒室的切向方向設臵兩個通道，以通入氣體燃料或液體燃料和空氣，這樣在燃燒室中，形成高溫旋轉氣流。原料油和霧化空氣，從反應爐的軸向通入，經過燃燒室時，受到激烈的混合，吸收高溫旋流的熱能，使原料油霧達到裂解反應溫度，然后在反應室中裂解，生成炭黑，其炭黑質量與收率均比單室爐高。   雙室爐爐殼內，通常砌筑幾層耐火和保溫材料，反應爐的尺寸一般采用，燃燒室直徑是其自身長度的3倍：反應室直徑等于燃燒室長度，反應室長度是其自身直徑的10倍，目前，切向通入氣體燃料的雙室爐，大都為燃燒室800*300毫米，反應室300*3000毫米。

 

    ⑵、旋風分離器

 

    ①、結構及工作原理

 

    炭黑工業所用的旋風分離器，按其用途分可分為回收旋風分離器和風送旋風分離器兩種。前者主要用做預收塵設備，串聯于袋濾器之前，旋風分離器主要由三部分組成，上部為渦流式，中部為集塵錐體，下部為貯斗，其構造和工作原理如圖所示，渦流室呈渦牛狀柱體，沒有煙氣出口和入口。集塵錐體是氣一固分離的主要部位，利用離心力作用，使煙氣中的炭黑沉降。當煙氣沿入口進入渦流室后，呈旋轉運動，達到錐體部分時，由于旋轉半徑逐漸減小，氣流速度則逐漸增大，炭黑粒子在離心力的作用下，拋向器壁。當炭黑粒子與器壁接觸后便失去慣性而靠重力沿壁面下落，當煙氣分離，經錐體落入貯斗中，旋轉下降的升旋煙氣流隨圓錐的收縮向旋風分離器的中心靠攏，氣流達到錐體下端時反轉上升，形成一股自下向上的螺旋線運動，經頂部內圓筒向外排出。

 

    ②、結構尺寸  通常進入旋風分離器的溫度控制在400攝氏度左右，工作壓力300-400毫米水柱。實踐證明旋風分離器的煙氣進口速度最好選擇12-16米/秒，旋風分離器的氣體進口速度過低，離心力太小，分離效果不好，速度過高，則設備阻力增大。

 

    ③、故障及其排除  出灰口堵塞   旋風分離器下部的貯斗，因保溫不好使煙氣中的水蒸氣凝結，導致炭黑的架橋、結塊，往往使出灰口堵塞。解決它的根本辦法是在設計時，其貯斗采用蒸汽夾套保溫  殼體出現小孔   由于旋風分離器制作時，焊接質量不佳，在焊縫中出現小孔，會破壞旋風分離氣流的正常運動，降低收集效率。如果發現小孔，必須進行補焊，。如果由于煙氣腐蝕出現小孔并逐漸擴大，則不宜焊補，必須大修或更換設備

 

    ⑶、螺旋輸送器

 

    螺旋輸送器是一種最常用的粉體連續輸送設備，優點是構造簡單，在機槽斗部除了傳動裝臵斗，不再有傳動部件，占地面積小，容易密封、管理、維護，操作簡單，便于多點裝料和多點卸料，缺點是運行阻力大，這些阻力主要是機槽與螺旋葉片之間，螺旋面與物料之間，機槽與物料之間等，一般比其他輸送機的動力消耗大，而且機件磨損較快，因此不予輸送塊狀，磨  性大的物料，由于摩擦大，所以輸送過程中物料有較大的粉碎作用，因此需要保持粒度一定的物料不宜用這種輸送機，由于各部件有較大的磨損，所以這種輸送設備只用于較低和中等生產率的生產中，且輸送距離不宜太長。 炭黑工業應用的螺旋輸送器，直徑一般為200-500毫米，轉軸經減建器有電機驅動，轉速常為30-60轉/分，在輸送炭黑的過程中，對炭黑有壓縮作用，用向造粒機輸送粉狀炭黑，有助于驅出部分吸附氣體，提高成立機的效率，

 

    ⑷ 、埋刮板輸送機

 

    ①、特點  在炭黑工業輸送炭黑的過程中造粒炭黑受到刮板鏈條沿運動方向的壓力及物料自身重力的作用，在物料間產生了內摩擦力，這種摩擦力保證了炭黑粒子之間的穩定狀態，便是以克服物料在機槽中移動而產生的外摩擦阻力，使物料形成連續料流而被輸送。主要特點是：物料在機殼內封閉運輸，揚塵少，布臵靈活，可多點裝料和卸料，設備結構簡單，運行平穩電耗低，水平運輸長度可達80-100m，垂直高度可達20-30m.

 

    ②、工作原理  埋刮板輸送機有兩個部分的封閉料槽，一部分用于工作分支，另一部分用于回程分支，固定有刮板的無端鏈條分別繞在頭部的驅動鏈輪和尾部的張緊鏈輪上，如圖所示：  物料在輸送時并不由各個刮板一份一份的帶動，而是以充滿料槽整個工作斷面或大部分斷面的連續流的形式運動，這種連續牽引物料過程分析如下：  水平輸送時埋刮板輸送機槽道中的物料受到刮板在運動方向的壓力及物料本身質量的作用，在散體內部產生摩擦力，這種內摩擦力保證了散體層之間的穩定狀態，并大于物料在槽道中滑動而產生的外摩擦阻力，使物料形成了連續整體的料流而被輸送。