專利名稱：生產(chǎn)炭黑的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由烴分解生產(chǎn)炭黑和氫的系統(tǒng)。
在現(xiàn)有技術(shù)中已知有許多不同的由烴氣生產(chǎn)炭黑的系統(tǒng)和方法，其中一類方法是利用等離子體噴燈熱分解烴成為炭黑和氫成分。然而，已經(jīng)使用的這種方法直到現(xiàn)有通常還僅能產(chǎn)生其它的氣體烴產(chǎn)物，例如乙炔。到目前為止還沒有研制出一種系統(tǒng)能連續(xù)生產(chǎn)炭黑和氫，因?yàn)樵缙诘南到y(tǒng)由于沉積物的形成，在很短的操作時(shí)間之后就必須停止，以便系統(tǒng)再次開動之前能使噴燈和反應(yīng)器得到清理，這些缺點(diǎn)導(dǎo)致這些系統(tǒng)對于操作花費(fèi)很大，相應(yīng)的使最終產(chǎn)物的成本很高。
已知系統(tǒng)另外的缺點(diǎn)是不能充分控制最終產(chǎn)物的獲取，即所生產(chǎn)的炭黑和氫，因?yàn)檫@類方法僅有可能生產(chǎn)就物理性質(zhì)而言的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的炭黑，結(jié)果須根據(jù)獲得的炭黑對這種產(chǎn)品進(jìn)一步處理。氫主要被燒掉。
本發(fā)明的目的是提供一種通過分散烴氣體生產(chǎn)炭黑和氫的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可連續(xù)操作并且有可能按預(yù)定的條件使所生產(chǎn)的炭黑具有預(yù)定的物理性質(zhì)。這一目的的實(shí)現(xiàn)是利用了一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的特征在于具有在本專利權(quán)利要求中所列的特性。
按照本發(fā)明所使用的系統(tǒng)，對于進(jìn)一步加工合理而連續(xù)地進(jìn)行炭黑生產(chǎn)是可能的，其中生產(chǎn)的炭黑具有所要求的粒度和結(jié)構(gòu)，以這樣的方式生產(chǎn)的炭黑準(zhǔn)確地講適合于一種后續(xù)的應(yīng)用。此外，能實(shí)現(xiàn)一種非常合理和經(jīng)濟(jì)的操作，即產(chǎn)生的氫部分返回等離子體噴燈并作為噴燈的等離子體氣體來使用。除此之外，氫與原料氣中的烴一起在等離子體噴燈中使用，因此可降低電極消耗，從而進(jìn)一步做到了節(jié)約。在本系統(tǒng)中，不合乎要求的粒度和粗的部分可過濾出去，因此能得到均勻的、合乎要求的最終產(chǎn)物，另外事實(shí)上本發(fā)明使用了一種反應(yīng)器，用于加熱區(qū)的混合和調(diào)整，以保證生產(chǎn)的炭黑具有所要求的結(jié)構(gòu)。由于在本系統(tǒng)中所使用的循環(huán)和氫的返回與所用的天然氣或甲烷一起作為原料，能使烴達(dá)到高度無污染的分解程度，以至于可避免在本發(fā)明反應(yīng)器系統(tǒng)中的阻塞和弄污，從而達(dá)到連續(xù)工藝技術(shù)。
通過實(shí)施方案將對本發(fā)明作更加詳細(xì)地說明，該實(shí)施方案用附圖
作純粹地圖解說明，該附圖表示了按照本發(fā)明的一個(gè)系統(tǒng)的簡化工藝圖。
附圖所描繪的系統(tǒng)表明了主要的特征，該特征對本發(fā)明是重要的，為了清楚起見，通常所用的并在系統(tǒng)中存在的這類所有其它管線和管道都予以省略。因而該附圖只表明用于本發(fā)明的本質(zhì)的內(nèi)容。
本系統(tǒng)主要部分包括與反應(yīng)器室2連接的等離子體噴燈1。向等離子體噴燈供給等離子體氣體，該氣體可以是流經(jīng)管12的氫和烴的氣體，例如甲烷，該烴氣來源于儲罐16或直接來源于經(jīng)管17的氣體管線。作為安全裝置，管線(例如來自氬源(15)和氮源(14)的管線)都與管17連結(jié)，這些支管通常用閥關(guān)閉。
烴的氣體在等離子體噴燈1中分解，例如甲烷分解成炭黑和氫，為了使得到的炭黑能獲得所希望的物理性質(zhì)，將在反應(yīng)器2中進(jìn)一步處理。這依賴于反應(yīng)器中區(qū)域溫度的控制和控制流經(jīng)引向反應(yīng)器室支管混合物的各自地甲烷控制源，該控制源用圖示18表示。申請人的待批專利申請92 1360對反應(yīng)器的設(shè)計(jì)作了較詳細(xì)的描述，產(chǎn)生的炭黑和氫氣一塊由反應(yīng)器流出，此時(shí)炭黑具有預(yù)定的物理性能，通過管式冷卻器3到達(dá)分離裝置，例如由旋風(fēng)分離器裝置4、5組成，在該處不希望的粗顆粒被分離掉進(jìn)一步進(jìn)行處理。在冷卻系統(tǒng)中，反應(yīng)器出口的溫度如800-1600℃之間，降至如50-160℃的溫度。由產(chǎn)品流放出的熱量可在19處與進(jìn)料氣和等離子體氣體進(jìn)行熱交換以利于能量的最佳化。在反應(yīng)器中等離子體噴燈的出口溫度在3000-8000℃范圍內(nèi)。
粗粒經(jīng)冷卻旋風(fēng)分離器4分離之后，(粗粒)收集在渣筒5中以后被除去并用于相對特制炭黑來說要求不嚴(yán)格的目的。氫氣和炭黑經(jīng)管6傳給主過濾器7過濾出去額外的成分，以至于在濾筒8僅收集粒度合乎要求的一定范圍的和特定結(jié)構(gòu)的炭黑，所述結(jié)構(gòu)在反應(yīng)器部分已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。然后特定的炭黑從濾筒8移出用于進(jìn)一步處理。剩余的氫氣由過濾器回收并與管道的氫氣合并。氫氣即可直接供給化學(xué)加工工業(yè)也可儲存供以后使用，它可以作為能量載體使用，如用于動力生產(chǎn)，并且所要求部分經(jīng)管道11返回到等離子體噴燈而作為該處的等離子體氣使用。出于安全的目的，所述系統(tǒng)與煙筒10連結(jié)，氣體可在煙囪處燒掉。這樣在本系統(tǒng)內(nèi)所實(shí)施的方法的最終產(chǎn)品的一部分成為了實(shí)際工藝中的一種操作部分而被使用。這點(diǎn)具有降低能耗的好處，同時(shí)完全無污染的純氣體可用作等離子體氣，使噴燈的污染程度降至最低。在啟動時(shí)必須由一氣源供應(yīng)額外的氫氣。在控制向噴燈加氫氣的條件下有可能控制反應(yīng)器和噴燈的操作，從而以這樣的方式即可使本系統(tǒng)達(dá)到某種程度的自我監(jiān)測。在正常的操作過程中在能使本系統(tǒng)自己充分供應(yīng)等離子體氣。
在系統(tǒng)的上述描述中僅描述了主要內(nèi)容而且非常清楚在本發(fā)明的范圍內(nèi)許多變更方案都是可能的。至于本發(fā)明的系統(tǒng)所能獲得的利益在于生產(chǎn)的炭黑不會受到其它元素的污染，這是與原料氣中存在的或按希望加入的原料和已加入反應(yīng)器的那些元素對比而言。
在本發(fā)明一最佳實(shí)施例中，用作等離子體氣的氫氣還能用烴的氣體來提供，在相應(yīng)地燃燒或電極消耗上具有良好的效果，因此其消耗不是很快的。對等離子體噴燈供給氫氣的控制是由一個(gè)控制閥門來提供的，該閥門與等離子體電弧的狀態(tài)相聯(lián)系。
權(quán)利要求
1.一種通過烴的氣體分解生產(chǎn)炭黑和氫的系統(tǒng)，其特征在于關(guān)于熱分解反應(yīng)器，為了影響和控制炭黑的性質(zhì)以及使炭黑的表面和結(jié)構(gòu)得到改進(jìn)，提供一種反應(yīng)器，所述反應(yīng)器具有可調(diào)的溫度區(qū)域，該反應(yīng)器具有在各種溫度區(qū)域內(nèi)供氣和原料的裝置，在該反應(yīng)器的介質(zhì)流程上提供一種用于反應(yīng)產(chǎn)物的冷卻器，原料氣和等離子體氣在其中能夠預(yù)熱，該冷卻器之后是分離裝置，最好含有旋風(fēng)分離器以分離炭成分的粗顆粒，所述旋風(fēng)分離器與過濾裝置連接，粒度和結(jié)構(gòu)符合要求的炭黑在過濾裝置中被過濾至一個(gè)筒內(nèi)再進(jìn)一步處理，本系統(tǒng)裝有運(yùn)輸部分氫氣至化學(xué)處理工業(yè)的管道，作為能量載體，以及通過返回管道返回反應(yīng)器。
2.一種按權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于反應(yīng)器裝有一個(gè)等離子體噴燈，該噴燈能用氫、烴的氣體及其混合物作為等離子體氣。
3.一種按權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征在于用于加工的等離子體氣僅由原料氣或過濾裝置的分解氣組成，而且作為等離子體氣而返回的氫的量是依靠裝有等離子體電弧相聯(lián)系的控制閥的等離子體噴燈的作用來控制的。
4.一種按權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)操作不供應(yīng)除原料氣以外的任何原料。
5.一種按權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其特征在于用于預(yù)熱原料之氣等離子體氣的冷卻器是管式的冷卻器。
全文摘要
由烴分解生產(chǎn)炭黑和氫的系統(tǒng)，裝有與熱分解反應(yīng)器(1)連接的具有可調(diào)溫度區(qū)域的反應(yīng)器(2)，以影響和控制炭黑的性質(zhì)和改進(jìn)該炭黑的表面和結(jié)構(gòu)。該反應(yīng)器具有在各種溫度區(qū)域內(nèi)供氣和供原料的裝置。反應(yīng)器(2)下游有反應(yīng)產(chǎn)物的冷卻器(3)，能預(yù)熱原料氣和等離子體氣，其后是旋風(fēng)分離器(4，5)，以分離炭成分中的粗顆粒，它與過濾裝置(7)連接，將粒度和結(jié)構(gòu)符合要求的炭黑過濾到筒(8)中再進(jìn)一步處理。該系統(tǒng)裝有管道返回反應(yīng)器(2)和向化學(xué)工業(yè)輸送部分氫。
文檔編號C01B3/24GK1082571SQ9310548
公開日1994年2月23日 申請日期1993年4月6日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月7日
發(fā)明者S·賴納姆, K·E·豪斯滕, K·霍斯, J·蘭戈 申請人:克瓦納爾工程有限公司