用于气相白炭黑生产的空气预处理系统及气相白炭黑生产系统的制作方法

本申请涉及气相白炭黑生产，尤其涉及用于气相白炭黑生产的空气预处理系统及气相白炭黑生产系统。

背景技术：

1、气相白炭黑通常由硅卤代物在氢氧火焰中高温水解制得。该工艺对反应空气的湿度有着极高的要求，微量的水分都会严重影响白炭黑的产品粒径与分散性能。反应空气的露点温度通常需要控制在-40℃以下，才能保证最终产品的比表面积、振实密度等核心性能指标满足工业标准。

2、目前，行业内普遍采用通用的吸附式干燥器对空气进行预处理。这类吸附式干燥器通常采用双塔或多塔切换工艺，通过填充硅胶、分子筛等吸附剂来脱除空气中的水分。实际生产中，需要专门配备大功率空压机提供高压气体才能克服吸附床层的阻力，并且吸附剂的脱水再生完全依赖大功率电加热器，将空气加热再通入吸附床进行扫吹再生，单台设备的电加热器功率通常为30kw-100kw，每小时需消耗数十至上百千瓦时的电能，能耗极高，生产成本极高。

3、近年来，转轮除湿系统因其可连续运行、占地面积小等优势在暖通及一般工业除湿领域得到广泛应用。然而，若将通用的常规转轮除湿系统直接转用于气相白炭黑的连续化生产中，存在诸多难以克服的技术缺陷，具体表现在：

4、第一，无法与白炭黑系统的特殊热源直接结合，能耗矛盾突出。常规转轮除湿系统通常自带独立的电加热或燃气加热模块进行再生，若直接用于高耗能的白炭黑生产，会大幅增加整体运行成本。即便尝试引入白炭黑生产流程中（如反应物料换热）产生的工业废热，高温热风穿透常规转轮单次脱附后便直接排空，热量利用率极低，根本无法满足白炭黑工艺大风量、高深度的除湿需求。

5、第二，深度再生与冷却过程存在热力学干涉，影响除湿极限。气相白炭黑工艺对空气露点要求极苛刻。常规转轮系统往往只有简单的“吸附区”和“再生区”，如果利用工业废热强行进行高温深度脱附，高温状态下的吸附剂在转入吸附区时会丧失吸附活性，无法有效吸附空气中的水分，会导致出风含水量超标，这种湿空气一旦进入后段白炭黑反应炉，将引发灾难性的设备腐蚀和产品报废。

技术实现思路

1、本申请提供一种用于气相白炭黑生产的空气预处理系统及气相白炭黑生产系统，旨在解决传统转轮除湿系统无法与白炭黑生产系统适配导致热源浪费、除湿效率低的问题。

2、为了解决上述问题，一种用于气相白炭黑生产的空气预处理系统，包括：密封壳体；转动设于密封壳体内的转轮；贴合在转轮端面上的密封组件；密封组件将转轮的端面以及密封壳体的内腔分隔为相互独立的吸附区和再生区；再生区沿转轮的旋转方向依次被隔板分隔为脱附区、深度再生区和冷却区；深度再生区的排湿出口与脱附区的进风口处于转轮同侧，二者通过设于密封壳体内的内部风道连通；深度再生区的进风端连通至气相白炭黑生产系统的反应物料管线换热器；冷却区独立连通外界环境空气。

3、通过上述方案，深度再生区排出的尾气不排出系统，而是通过设于密封壳体内背部风道层的内部风道，在转轮同侧直接引入脱附区作为粗脱附热源，显热和潜热全部保留，无需外部管路和冷凝除湿设备，系统结构大幅简化，热能回收效率高。

4、进一步地，密封壳体对应再生区的内部空间，沿轴向依次分为靠近转轮的端面密封层和远离转轮的背部风道层；隔板设于端面密封层且抵紧转轮；内部风道封闭设于背部风道层内，并通过贯穿端面密封层的接口分别连通脱附区和深度再生区。

5、进一步地，内部风道由弧形导风隔板与端面密封层围合而成；接口包括贯穿端面密封层的两个开口，分别连通深度再生区的排湿出口与脱附区的进风口。

6、进一步地，密封组件的材质为聚四氟乙烯，其包括外周密封圈和若干径向密封条；若干径向密封条呈辐射状排布以对应分隔吸附区和再生区，且与转轮的端面之间保持压缩量为1mm-3mm的弹性接触。

7、进一步地，吸附区与再生区的转轮端面面积比为2:1；在再生区内，脱附区与深度再生区的转轮端面面积比为1:1。

8、进一步地，吸附区的进风端连接有空气过滤器，与吸附区连通的工艺风管路上设有工艺供风机；脱附区的出风端连接有排湿管路。

9、进一步地，通入深度再生区的高温再生风管路上设置有温度调节装置，温度调节装置包括设置于换热器的前序管路上的水冷控温机构和设置于高温再生风管路上的放空调节阀。

10、本发明还提供一种气相白炭黑生产系统，包括依次连通的反应炉、聚集器、旋风分离器和脱酸器，还包括上述空气预处理系统；换热器串联设置在反应炉与聚集器之间的物料输送管线上；空气预处理系统的工艺出风口与反应炉连通。

11、通过上述方案，换热器直接串联在反应炉与聚集器之间的物料管线上，利用反应炉出口高温物料的余热作为再生区热源，无需额外配置电加热或燃气设备，运行成本低；同时空气预处理系统与生产系统的余热资源形成闭环利用，整体能源效率显著高于独立运行的预处理系统。

12、本发明还提供一种上述空气预处理系统的控制方法，包含以下步骤：

13、处理空气进入吸附区，经吸附剂除湿后输出预处理空气；

14、吸附剂依次经历脱附、深度再生和冷却；

15、其中，脱附在脱附区由经内部风道回流的深度再生区尾气加热脱附；

16、深度再生在深度再生区由来自气相白炭黑生产系统反应物料管线换热器的高温热源加热进行深度脱附；

17、冷却在冷却区中通入常温空气冷却；

18、再生风温低于100℃时，根据风温与最佳温度区间中值的偏差，吸附剂随转轮减速以增加停留时间，并同步降低工艺供风机频率。

19、通过上述方案，高温干风先进入深度再生区彻底脱除微孔顽固水分，排出的中温湿热尾气引入脱附区脱除游离水，高温脱除顽固水分、中温脱除游离水，分级匹配合理，整体再生效率高；当再生风温低于100℃时，降低转轮转速以增加吸附剂停留时间，同步降低工艺供风机频率减小处理风量，以延长时间及减小负荷的双重设置应对余热不足，保障出气露点达标。

20、进一步地，通入深度再生区的高温再生风的温度为100℃-140℃，脱附区排出的湿热废气温度为80℃-100℃。

1.用于气相白炭黑生产的空气预处理系统，包括：密封壳体（1）；转动设于所述密封壳体（1）内的转轮（2）；贴合在所述转轮（2）端面上的密封组件（4）；其特征在于，

2.根据权利要求1所述的空气预处理系统，其特征在于，所述密封壳体（1）对应所述再生区（6）的内部空间，沿轴向依次分为靠近所述转轮（2）的端面密封层和远离所述转轮（2）的背部风道层；

3.根据权利要求2所述的空气预处理系统，其特征在于，所述内部风道（6e）由弧形导风隔板与所述端面密封层围合而成；所述接口包括贯穿所述端面密封层的两个开口，分别连通所述深度再生区（6b）的排湿出口与所述脱附区（6a）的进风口。

4.根据权利要求1所述的空气预处理系统，其特征在于，所述密封组件（4）的材质为聚四氟乙烯，其包括外周密封圈（42）和若干径向密封条（41）；若干所述径向密封条（41）呈辐射状排布以对应分隔所述吸附区（5）和再生区（6），且与所述转轮（2）的端面之间保持压缩量为1mm-3mm的弹性接触。

5.根据权利要求2所述的空气预处理系统，其特征在于，所述吸附区（5）与所述再生区（6）的转轮端面面积比为2:1；在所述再生区（6）内，所述脱附区（6a）与所述深度再生区（6b）的转轮端面面积比为1:1。

6.根据权利要求1所述的空气预处理系统，其特征在于，所述吸附区（5）的进风端连接有空气过滤器（7），与所述吸附区（5）连通的工艺风管路上设有工艺供风机（8）；所述脱附区（6a）及冷却区（6c）的出风端分别连接有排湿管路（12）。

7.根据权利要求1所述的空气预处理系统，其特征在于，通入所述深度再生区（6b）的高温再生风管路上设置有温度调节装置（11），温度调节装置（11）包括设置于所述换热器（10）的前序管路上的水冷控温机构（111）和设置于所述高温再生风管路（9）上的放空调节阀（112）。

8.一种气相白炭黑生产系统，包括依次连通的反应炉（100）、聚集器（200）、旋风分离器（300）和脱酸器（400），其特征在于，还包括如权利要求1至7中任一项所述的空气预处理系统；所述换热器（10）串联设置在所述反应炉（100）与所述聚集器（200）之间的物料输送管线上；所述空气预处理系统的工艺出风口与所述反应炉（100）连通。

9.一种如权利要求1至7中任一项所述的空气预处理系统的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

10.根据权利要求9所述的空气预处理系统的控制方法，其特征在于，通入所述深度再生区（6b）的高温再生风的温度为100℃-140℃，所述脱附区（6a）排出的湿热废气温度为80℃-100℃。