專利名稱：三段式頂置燃燒室炭黑裂解爐的制作方法
技術領域：
本發明涉及涉及國際專利分類C09C1/50爐法炭黑技術或裝置，尤其是三段式頂
置燃燒室炭黑裂解爐。
背景技術：
公知技術中，半補強炭黑semi-reinforcing purpose furnace black ；jianxie簡稱SRF，是軟質炭黑中的一個主要品種，分氣爐法和油爐法兩種，制得半補強炭黑粒徑為61 lOOnm，可賦予膠料高伸長率、低生熱、高彈性和良好的耐老化性能等，適用于天然橡膠NR和硫化橡膠SR，對丁腈橡膠NBR和氯丁橡膠CR兼有補強與填充作用，多用于胎體緩沖膠、簾布膠用各種橡膠制品。·
熱裂解法炭黑是天然氣隔絕空氣在1000至1300°C裂解生成。炭黑裂解爐是熱裂解炭黑生產中一種關鍵的設備，該設備以天然氣、重質液態烴為原料，在無氧、無焰的情況下，經高溫熱解生成炭黑。在已公開的制備炭黑的反應裝置相關專利文獻以煤焦油、重油等原料為主，例如，中國專利申請201120501037 —種適用煤焦油原料的硬質炭黑反應爐，目的是提高專用炭黑的產量和質量；本發明包括燃燒段、收縮段、喉管段和反應段；燃燒段后端與收縮段連接，燃燒段前端設有添加劑進口、空氣進口、燃料油進口、焦爐煤氣進口和天然氣進口 ；喉管段前端與收縮段連接，后端與反應段連接；喉管段上設有原料油進口，反應段上設有急冷水進口。中國專利申請200810058955. 7 一種用焦爐煤氣生產半補強炭黑、甲醇、液氨的生產方法。包括焦爐煤氣脫硫、變壓吸附脫甲烷、甲醇的合成和精餾、炭黑尾氣與甲醇馳放氣的CO變換、脫炭和液氨的合成，其特征在于焦爐煤氣通過變壓吸附脫除甲烷，甲烷氣進入炭黑反應爐，通入空氣或氧氣作為氧化劑，在反應爐中生成炭黑，炭黑經袋濾器、造粒后得到半補強炭黑產品；炭黑尾氣可進入甲醇合成系統，或進入液氨生產系統。脫甲烷后的氣體進行甲醇合成，甲醇合成后的甲醇馳放氣經變壓附吸裝置提取H2，提氫后的剩余氣體進入合成氨系統制備液氨。中國專利申請200710140015. 8炭黑、制備炭黑的方法、及實施該方法的裝置，一種聚集體尺寸分布具有小于或等于I. I的(D9tl-DltlVD5ci比的炭黑。通過如下方法制備所述炭黑如果需要向包含載氣和炭黑原料的氣體混合物中混合熱空氣，使所述氣體混合物通入燃燒器管，在燃燒器管開口處燃燒氣體混合物，并且火焰與從外面在吸力下自由吸入的環境空氣一起在吸力下吸入通過冷卻的、變窄的間隙并且進行冷卻，所述冷卻的、變窄的間隙具有1-100的高度⑶與寬度⑶tk，所述寬度⑶為O. 5-10MM，并且間隙最窄點處的流速為 10-200M/S。中國專利申請87108199. 7新型炭黑的生產工藝及其設備，是關于CSF半補強炭黑的生產工藝及其設備。以往以重油為原料生產合成氨并加工成尿素的氮肥廠，回收炭黑，均采用重油萃取炭黑返爐燃燒的工藝流程，該流程中的重油螺桿泵易磨損，檢修頻繁，操作困難，設備投資大。公知技術中，以天然氣為原料制取炭黑的技術公開較少，例如中國專利申請02106388. 5天然氣制乙炔炭黑的回收利用辦法，適用于天然氣(甲烷)裂解制乙炔的工藝。利用天然氣(甲烷)裂解制乙炔過程中形成的部份炭黑副產物進行浮選、洗滌、干燥，從而形成標準的天然氣炭黑產品。其過程首先是集中副產炭黑進行藥劑選浮，將合格炭黑與雜質有機物分離開來，然后再進行洗滌，將炭黑清洗干凈，然后是除去水干燥，采用噴霧干燥可以一次形成品溫控在200°C左右藥劑，產品需檢測、合格后包裝。其流程為集中的副產炭黑一浮選一洗滌一干燥一檢測、包裝。中國專利申請201020175339. 2聯產炭黑及高純氫氣的高效裂解裝置，包括裂解反應爐、壓力調節裝置、冷卻裝置、炭黑收集裝置、制氫變壓吸附塔；裂解反應爐為雙爐并聯，其燃燒段入口一路通過壓力調節裝置連通助燃氣體輸送管路，另一路連通燃氣輸送管路；反應段上部連通原料輸送管路，頂部分別煙氣排出管和含炭黑富氫氣體排出管，富氫氣體排出管依次連通冷卻裝置、炭黑收集裝置，炭黑收集裝置連通制氫變壓吸附塔底部。
中國專利申請201020175359. X生產高品質炭黑的高效裂解裝置，包括霧化噴射裝置、反應爐、預熱裝置、炭黑收集裝置，反應爐分為燃燒段和反應段，燃燒段入口一路通過壓力調節裝置連通助燃氣體輸送管路，另一路連通燃氣輸送管路；反應段上部通過霧化噴射裝置連通預熱裝置之原料輸送管路，預熱裝置上設置原料入口 ；反應段頂部通過產物輸送管路經過冷卻裝置連通炭黑收集裝置，炭黑收集裝置設置尾氣排出管。中國專利申請201010250769. O脫除等離子體裂解天然氣制乙炔中炭黑及高聚物的方法，包括以下步驟:A、來自造氣工序的裂解氣由底部進料端進入熱水洗滌塔，經60°C 130°C溫度的熱水噴淋洗滌和多孔填料吸附后，從熱水洗滌塔頂部出料端排出；B、出熱水洗滌塔的氣體進入單級電除塵器進行單級電除塵處理；C、經單級電除塵處理后的氣體由底部進料端進入冷水洗滌塔，經20°C 40°C溫度的水噴淋冷卻后進入氣柜進行后續處理。中國專利申請201010160179. 9甲烷高溫裂解聯產炭黑及高純氫氣的方法，以熱值為1300-1500kcal/Nm3的低熱值燃氣為燃料，以含甲烷氣體為原料，采取控量供氧助燃低熱值燃氣充分燃燒，反應爐蓄熱并排除余氣-甲烷裂解交替工作模式，營造甲烷無氧高溫裂解反應環境，具體包括助燃氣體調節，反應爐蓄熱、排除余氣，甲烷裂解，收集炭黑，純化制氫工序。目前，常規天然氣制炭黑裂解爐如附圖2所示，天然氣由中部進入爐內，會出現在天然氣未預熱達到足夠高溫的條件下快速裂解，導致邊燃燒邊裂解，單爐產量較低，而且制得炭黑產品質量不高，能耗和天然氣原料浪費較大。
發明內容
本發明的目的是提供一種三段式頂置燃燒室炭黑裂解爐，單爐產量顯著提高。本發明的發明目的是通過如下技術措施實現的立式爐體自上而下包括換熱蓄熱段、蓄熱裂解段和支撐匯集段，爐體上頂部內有頂錐腔，頂錐腔對應爐體外連接防爆管口和天然氣進口和沖刷管口，頂錐腔頂部安裝噴燃器接管口，換熱蓄熱段內有襯壁5和上壁，蓄熱裂解段內安裝下壁和下隔層，支撐匯集段內安裝塔基和底頸，同時支撐匯集段外連接炭黑煙氣出口和蓄熱煙氣出口。本發明原理在于，天然氣裂解有如下特性400°C以下幾乎沒有裂解反應，400°C至1000°C有裂解反應，但速度很慢，1000°c以上隨著溫度升高，裂解反應速度加快。本發明利用天然氣裂解特性，設計三段式裂解爐結構。本發明的有益效果是加熱燃燒室頂錐腔和天然氣進口和沖刷管口布置在爐體頂部，兩種氣流流向一致。除操作維護方便之外，使蓄熱爐上部蓄熱磚成為爐體的高溫區，而頂部進入的裂解天然氣是低溫，在此段使天然氣快速預熱，這種布置方式可使天然氣裂解時溫度變化很窄，并可適當提高蓄熱溫度，從而使蓄熱一裂解轉換周期更長，處理天然氣量更大，生產能力得到提高，以保證產品質量穩定，品質提升。
圖I是發明的結構示意圖。
圖2是一種現有技術中的代表結構示意圖。附圖標記包括塔基1，底頸2，下壁3，下隔層4，襯壁5，上壁6，頂錐腔7，換熱蓄熱段8，蓄熱裂解段9，支撐匯集段10 ;炭黑煙氣出口 a，蓄熱煙氣出口 b，防爆管口 C，天然氣進口和沖刷管口 d，噴燃器接管口 e。
具體實施例方式如附圖I所示，立式爐體自上而下包括換熱蓄熱段8、蓄熱裂解段9和支撐匯集段10，爐體上頂部內有頂錐腔7，頂錐腔7對應爐體外連接防爆管口 C和天然氣進口和沖刷管口 d，頂錐腔7頂部安裝噴燃器接管口 e，換熱蓄熱段8內有襯壁5和上壁6，蓄熱裂解段9內安裝下壁3和下隔層4，支撐匯集段10內安裝塔基I和底頸2，同時支撐匯集段10外連接炭黑煙氣出口 a和蓄熱煙氣出口 b。塔基I內壁砌筑方形耐熱磚，底頸2內壁砌筑環形耐熱磚，下壁3內壁以下隔層4上下分隔砌筑蓄熱磚，下隔層4砌筑異型蓄熱磚,襯壁5砌筑耐熱磚,上壁6內壁砌筑蓄熱格子磚。本發明中，支撐匯集段10為蓄熱和換熱兩種耐熱磚分別錯層支撐，其中錯層的蓄熱部分呈列管式布置。本發明中，支撐匯集段10及換熱蓄熱段8不影響蓄熱磚的流通面積，格子磚的排列能提高天然氣與蓄熱磚接觸面積。本發明中，蓄熱裂解段9的內壁具有獨特的軸向和周向固定方式，換熱蓄熱段8與蓄熱裂解段9具有獨特的密封方式。前述中，塔基I內壁的方形耐熱磚安放在混凝土上，底頸2內的環形耐熱磚沿爐體呈環形分布，塔基I和底頸2共同支撐上部爐體內壁結構的重量；塔基I的方形耐熱磚之間的間隙大于下壁3的蓄熱磚的流通孔，裂解后的炭黑煙氣通過該間隙進入炭黑煙氣出口
B ο前述中，下壁3的蓄熱磚有凹凸面，保證蓄熱部分的軸向固定。下壁3的蓄熱磚中有流通孔，每層蓄熱磚有凹凸槽，蓄熱磚采用錯層方式交叉布置，上壁6的格子磚和塔基I的方形耐熱磚逐層交叉排列，下壁3及其蓄熱磚保證天然氣從上至下進行裂解，并保證蓄熱磚軸向固定，不至于坍塌；格子磚和方形耐熱磚對齊堆砌方式保證不遮擋蓄熱磚中間的流通孔；下壁3的蓄熱磚錯層布置，加固蓄熱部分，最下面層蓄熱磚邊沿安放在底頸2的環形耐熱磚上；上壁6的格子磚錯層布置，與四周襯壁5的耐熱磚固定，耐熱磚安放在下隔層4異型蓄熱磚四周，保證通過格子磚的天然氣能進入蓄熱磚的流通孔裂解。前述中，下隔層4的異型蓄熱磚設置間斷若干層，位于下面的異型蓄熱磚層是對下壁3內壁的蓄熱磚進行周向固定，最上面異型蓄熱磚層安放襯壁5的耐熱磚，以密閉腔體，保證天然氣必須通過下壁3的蓄熱磚的流通孔；下隔層4的異型蓄熱磚布置在下壁3的蓄熱磚四周，與爐體連接，周向固定換熱蓄熱段8。本發明中，第一段為換熱蓄熱段8完成預熱，該段采用蓄熱格子磚砌筑，具有接觸面積大、空隙大特性，能使天然氣在短時間內溫度提高到800°C至1000°C，同時避免大量裂解炭黑生成附集在格子磚上，從而使炭黑的收率得到提高；第二段為蓄熱裂解段9，采用專用蓄熱磚，該段使高溫天然氣充分裂解附集，在反吹氣流通過時有足夠的速度使附集在此處炭黑帶走；第三段為支撐匯集段10，主要作用是支撐上面的一、二段蓄熱磚，同時匯集加·熱氣流去煙囪，匯集裂解和反吹氣流到主袋。本發明能滿足單線2000噸/年熱裂法炭黑生產需求。本發明在工作時，在生產停滯階段，關閉天然氣進口和沖刷管口 d和出口，持續對爐膛進行加熱，保證下壁3的蓄熱磚和上壁6格子磚能夠吸收足夠多的熱量，保證天然氣能達到裂解成炭黑的溫度，打開天然氣進口和沖刷管口 d對爐體內進行清理；在生產過程階段，關閉蓄熱煙氣出口 b，天然氣進入頂錐腔7，這時，天然氣溫度還沒有達到所需要裂解的溫度，通過換熱蓄熱段8，上壁6的格子磚能增加與天然氣的接觸面積，保證天然氣迅速換熱升溫，達到裂解成炭黑所需溫度，再向下經過蓄熱裂解段9，通過下壁3的蓄熱磚中的流通孔進行裂解；最后，氣流以一定的速度帶走蓄熱磚上的炭黑煙氣，通過塔基I的方形支撐耐熱磚中的間隙從炭黑煙氣出口 a出去，完成整個反應過程。本發明中，加熱燃燒室頂錐腔7和天然氣進口和沖刷管口 d布置在爐體頂部，兩種氣流流向一致。除操作維護方便之外，使蓄熱爐上部蓄熱磚成為爐體的高溫區，而頂部進入的裂解天然氣是低溫，在此段使天然氣快速預熱，這種布置方式可使天然氣裂解時溫度變化很窄，并可適當提高蓄熱溫度，從而使蓄熱一裂解轉換周期更長，處理天然氣量更大，生產能力得到提高，以保證產品質量穩定，品質提升。
權利要求
1.三段式頂置燃燒室炭黑裂解爐，其特征是立式爐體自上而下包括換熱蓄熱段(8)、蓄熱裂解段(9)和支撐匯集段(10)，爐體上頂部內有頂錐腔(7)，頂錐腔(7)對應爐體外連接防爆管口(c)和天然氣進口和沖刷管口(d)，頂錐腔(7)頂部安裝噴燃器接管口(e)，換熱蓄熱段⑶內有襯壁(5)和上壁(6)，蓄熱裂解段(9)內安裝下壁(3)和下隔層⑷，支撐匯集段(10)內安裝塔基(I)和底頸(2)，同時支撐匯集段(10)外連接炭黑煙氣出口(a)和蓄熱煙氣出口(b)。
2.如權利要求I所述的三段式頂置燃燒室炭黑裂解爐，其特征在于，塔基(I)內壁砌筑方形耐熱磚，底頸(2)內壁砌筑環形耐熱磚，下壁(3)內壁以下隔層(4)上下分隔砌筑蓄熱磚，下隔層(4)砌筑異型蓄熱磚，襯壁(5)砌筑耐熱磚,上壁(6)內壁砌筑蓄熱格子磚。
3.如權利要求I所述的三段式頂置燃燒室炭黑裂解爐，其特征在于，支撐匯集段(10)為蓄熱和換熱兩種耐熱磚分別錯層支撐，其中錯層的蓄熱部分呈列管式布置。
4.如權利要求I所述的三段式頂置燃燒室炭黑裂解爐，其特征在于，塔基(I)內壁的方形耐熱磚安放在混凝土上，底頸(2)內的環形耐熱磚沿爐體呈環形分布，塔基(I)和底頸(2)共同支撐上部爐體內壁結構的重量；塔基(I)的方形耐熱磚之間的間隙大于下壁(3)的蓄熱磚的流通孔。
5.如權利要求I所述的三段式頂置燃燒室炭黑裂解爐，其特征在于，下壁(3)的蓄熱磚有凹凸面，保證蓄熱部分的軸向固定；下壁(3)的蓄熱磚中有流通孔，每層蓄熱磚有凹凸槽，蓄熱磚采用錯層方式交叉布置，上壁(6)的格子磚和塔基(I)的方形耐熱磚逐層交叉排列；下壁(3)的蓄熱磚錯層布置，加固蓄熱部分，最下面層蓄熱磚邊沿安放在底頸(2)的環形耐熱磚上；上壁￠)的格子磚錯層布置，與四周襯壁(5)的耐熱磚固定，耐熱磚安放在下隔層(4)異型蓄熱磚四周。
6.如權利要求I所述的三段式頂置燃燒室炭黑裂解爐，其特征在于，下隔層(4)的異型蓄熱磚設置間斷若干層，位于下面的異型蓄熱磚層是對下壁(3)內壁的蓄熱磚進行周向固定，最上面異型蓄熱磚層安放襯壁(5)的耐熱磚；下隔層(4)的異型蓄熱磚布置在下壁(3)的蓄熱磚四周，與爐體連接，周向固定換熱蓄熱段(8)。
全文摘要
三段式頂置燃燒室炭黑裂解爐，立式爐體自上而下包括換熱蓄熱段(8)、蓄熱裂解段(9)和支撐匯集段(10)，爐體上頂部內有頂錐腔(7)，加熱燃燒室頂錐腔和天然氣進口和沖刷管口布置在爐體頂部，兩種氣流流向一致。除操作維護方便之外，使蓄熱爐上部蓄熱磚成為爐體的高溫區，而頂部進入的裂解天然氣是低溫，在此段使天然氣快速預熱，這種布置方式可使天然氣裂解時溫度變化很窄，并可適當提高蓄熱溫度，從而使蓄熱—裂解轉換周期更長，處理天然氣量更大，生產能力得到提高，以保證產品質量穩定，品質提升。
文檔編號C09C1/50GK102898874SQ20121044599
公開日2013年1月30日 申請日期2012年11月9日 優先權日2012年11月9日
發明者趙寬明, 王國元, 劉寒津 申請人:新疆雅克拉炭黑有限責任公司