一种高端密封胶色素炭黑的生产方法与流程

1.本发明涉及色素炭黑制备技术领域，更具体而言，涉及一种高端密封胶色素炭黑的生产方法。


背景技术：

2.目前，橡胶用炭黑量占炭黑总量的90%，其中轮胎用量占67%，汽车橡胶制品用量占10%，其他橡胶制品用量占13%，特种炭黑仅占10%，随着技术的发展，橡胶工业对炭黑产品质量和品种的要求不断地提高，尤其是对特殊性能的炭黑品种需求量不断增加。炭黑是一种纳米级的粉状材料，粒径小，比表面积大、表面能高，易絮聚，是所有颜料中最难分散的。现有色素炭黑生产技术，反应炉设计不合理，炉内空间偏大，炭黑反应燃烧气流速不稳定，炭黑反应不彻底，易损伤炉膛耐火材料，设备磨损腐蚀易产生杂质，入炉原料未进行除杂处理，工艺参数不稳定等，导致生产的色素炭黑的纯度不高，分散性不稳定，产品品质差，属于低档次色素炭黑产品，目前，国内高品质的色素炭黑产量少，且色素炭黑产品质量参差不齐，制备工艺技术和质量要求还不完善。例如公开号为cn106380857a 公开的一种分散性密封胶炭黑的生产方法及产品，该方法通过复杂的添加剂制得分散性密封胶炭黑，但在实际生产时由于不完全燃烧温度低、炭黑反应燃烧气流速慢，原料和生产设备等多个环境容易产生杂质，并且其生产条件会随着生产时间的推进，产品品质纯度低，质量不稳定。


技术实现要素：

3.本发明旨在提供一种高端密封胶色素炭黑的生产方法，该炭黑产品属于色素炭黑，生产出的粉状产品纯度高、分散性高、粘接性能和耐老化性能好等特点，而且原料合理，对现有企业中的炭黑反应炉不需要进行大调整，大大降低企业成本。
4.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高端密封胶色素炭黑的生产方法，包括以下步骤：1）将燃料与预热后的高温空气a在空气分配器内充分混合后，在燃烧室内充分燃烧后产生高温燃烧气流；2）将原料油与添加剂在混合器内混合后径向喷入反应炉的喉口段与高温燃气进行不完全燃烧反应，产生炭黑烟气；3）将炭黑烟气依次经过一次急冷段（终止反应）、800℃高温空气预热器、350℃低温空气预热器、二次急冷、三次急冷（保护滤袋），完成降温；4）将降温后的炭黑烟气分离得到炭黑与尾气；5）将分离得到的炭黑经过热空气b输送至高精度分级式风选机，将25μm以上的杂质筛选出系统，空气多级粉碎机对炭黑中粗粒子进行超细的研磨后，经接力风机输送至气动袋滤器；6）将气动袋滤器收集的粉状炭黑经由风机进入粉料收集袋滤器中，粉料袋滤器将收集的粉状炭黑进行过滤沉淀包装得到该色素炭黑。
5.进一步地，所述燃料为天然气；所述天然气的流量为352~376nm3/h压力为60kpa，所述热空气a流量为6000~6400nm3/h，所述燃烧室的温度为1900~1950℃。
6.进一步地，所述热空气a的制备方法为：将空气采用两层或三层滤网小于2微米过滤，经罗茨风机压缩至压力为0.16-0.19mpa，通过800℃高温空气预热器加热到500-550℃预热得到热空气；所述热空气a通过金属管道输送至燃烧室。
7.进一步地，步骤2）中所述原料油为蒽油，所述添加剂为氢氧化钾；所述蒽油与氢氧化钾的重量比为1800~1900：0.01~0.03。
8.进一步地，所述蒽油将蒽油按照360℃蒸馏，在＜210℃、210~280℃、280~300℃、300~360℃四个不同的温度段进行分段提取，选取在280~300℃温度段分馏，得到的密度为1.1300g/cm3~1.1400g/cm3、水分≤1.0%、粘度≤1.5的蒽油作为高端密封胶炭黑的生产原料油；所述蒽油在使用前先经除铁器去除油内的铁性物质，再经过滤器过滤。
9.进一步地，所述添加剂与原料油在混合器中充分混合后通过原料油枪充分雾化喷入反应炉的喉口段与高温烟气混合。
10.进一步地，步骤2）所述炭黑烟气由急冷段喷入的流量为1800~1850kg/h，压力为1.5~1.6mpa的除盐水急速冷却中终止反应。
11.进一步地，所述热空气b的制备方法为：由风送风机将空气过滤后送到350℃低温空气预热器预热制得；所述热空气b的温度为180~220℃，流量控制为5000~6000nm3/h；所述热空气b对所述旋风分离器和所述收集袋滤器收集到的炭黑进行干燥，干燥后的炭黑加热减量（水分）小于0.5%。
12.进一步地，步骤4）中所述炭黑与废气的分离具体为：降温后的炭黑烟气经过旋风分离器分离，80%的炭黑由旋风分离器收集，另外20%炭黑烟气进入收集滤器，炭黑烟气流经滤布时炭黑以饼状被捕集在滤布上，将炭黑和尾气进入分离，进入收集袋滤器的炭黑烟气温度控制在250℃~270℃。
13.本发明的有益效果是：1、天然气作为燃料，天然气和预热后的热空气a在燃烧室内充分燃烧生成二氧化碳和水，它的特点更纯洁，可获得高纯度的炭黑和降低水洗筛余物，改变粒子表面油膜，提高甲苯透光率，保证产品质量的稳定性；2、蒽油作为原料，选取在280~300℃温度段分馏出来的蒽油，馏程窄、沥青质含量低、油品质量好且稳定，使用时先经除铁器去除油内的铁性物质，进行清渣处理，防止杂质污染，减少铁含量；3、氢氧化钾作为添加剂，氢氧化钾的作用是氢氧化钾中的钾离子与原料油中的碳离子结合成螯合物来控制炭黑的结构，氢氧化钾在高温、高压的条件下形成钾离子和氢氧根离子，钾离子与碳离子结合成螯合物，可抑制炭黑结构的增长，氢氧根离子与原料油裂解的氢结合成水；4、添加剂和原料油在喷入喉口前进行充分的混合有利于提高产品的质量稳定性；5、利用高精度风选式分级机将25μm以上的杂质选出系统，提高纯度和细度，空气多级粉碎机对炭黑中的粗粒子进行超细的研磨，降低产品的水洗筛余物含量，提高产品的
分散性；7、该生产制备工艺成熟，易于实现规模化工业生产。
具体实施方式
14.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
16.实施例1所述的原料油的用量和添加剂的用量的重量比为1800：0.01，原料油的水分小于1%，密度为1.1331g/cm3，粘度为1.5，初馏点温度为220℃，原料油馏出率96%。
17.本发明的色素炭黑产品采用炉法新工艺色素炭黑生产工艺具体如下：1）将流量为365nm3/h压力为60kpa天然气轴向送入燃烧室后与流量为6200nm3/h的热空气混合后充分燃烧，燃烧室温度控制在1935℃，燃烧后的热烟气高速流过反应炉喉口段，流量为1860kg/h的原料油和流量为16kg/h的添加剂充分混合后由喉口段径向喷入高温烟气中，在喉口段后部的反应段内裂解反应生成炭黑；其中，热空气将空气过滤后经罗茨风机压缩至压力为0.16mpa，通过800℃高温空气预热器加热到500℃后；2） 反应后产生的炭黑烟气在水平急冷段用流量为1850kg/h压力为1.6mpa的除盐水，水枪位置4支*23排急速降温终止反应，炭黑烟气依次经过800℃高温空气预热器、350℃低温空气预热器、二次急冷段温度降至350℃；3）降温后的炭黑烟气经过旋风分离器收集大约80%的炭黑，含有约20%炭黑的烟气经过三级急冷段进入收集袋滤器进行炭黑和尾气的分离，尾气经尾气加压风机排出后用于发电，进入收集袋滤器的炭黑烟气温度控制在250~270℃；收集到的炭黑经过热空气输送通过高精度分级式风选机将25μm以上的杂质筛选出系统和空气多级粉碎机粉碎对炭黑中的粗粒子进行超细的研磨后，经接力风机输送至气动袋滤器；4）气动袋滤器收集的粉状炭黑进入输送管线经由风机进入粉料收集袋滤器中，通过粉料袋滤器收集炭黑进行过滤沉淀，稳定有效的将粉状炭黑输送至粉料罐进行包装，经包装后得到该色素炭黑。
18.所述旋风分离器和收集袋滤器收集到的炭黑经过热空气输送通过高精度分级式风选机、空气多级粉碎机中的“热空气”是由风送风机将空气过滤后送至350℃低温空气预热器预热后所得到的，热空气的温度控制在180~220℃，流量控制在5000~6000m3/h，对旋风分离器和收集袋滤器收集到的炭黑进行干燥，干燥后的炭黑加热减量（水分）小于0.5%，以便于输送和产品加热减量（水分）的控制。
19.所述收集到的炭黑经过热空气输送先通过高精度分级式风选机将25μm以上的杂质选出，下方设有杂质收集盒，将杂质筛选出来，提高炭黑的纯度和细度，再通过空气多级粉碎机粉碎对炭黑中的粗粒子进行超细的研磨，降低产品的水洗筛余物含量，提高产品的
分散性。
20.实施例2所述的原料油的用量和添加剂的用量的重量比为1850：0.02，原料油的水分小于1%，密度为1.1352g/cm3，粘度为1.5，初馏点温度为215℃，原料油馏出率97%。
21.本发明的色素炭黑产品采用炉法新工艺色素炭黑生产工艺具体如下：1）将流量为352nm3/h压力为60kpa天然气轴向送入燃烧室后与将空气过滤后经罗茨风机压缩至压力为0.16mpa，通过800℃高温空气预热器加热到550℃后流量为6000nm3/h的热空气混合后充分燃烧，燃烧室温度控制在1920℃，燃烧后的热烟气高速流过反应炉喉口段，流量为1750kg/h的原料油和流量为14kg/h的添加剂充分混合后由喉口段径向喷入高温烟气中，在喉口段后部的反应段内裂解反应生成炭黑；2） 反应后产生的炭黑烟气在急冷段用流量为1800kg/h压力为1.5mpa的除盐水，水枪位置4支*22排急速降温终止反应，炭黑烟气依次经过800℃高温空气预热器、350℃低温空气预热器、二次急冷段温度降至350℃；3）降温后的炭黑烟气经过旋风分离器收集大约80%的炭黑，含有约20%炭黑的烟气经过三级急冷段进入收集袋滤器进行炭黑和尾气的分离，尾气经尾气加压风机排出后用于发电，进入收集袋滤器的炭黑烟气温度控制在260℃
±
10℃；收集到的炭黑经过热空气输送通过高精度分级式风选机将25μm以上的杂质筛选出系统和空气多级粉碎机粉碎对炭黑中的粗粒子进行超细的研磨后，经接力风机输送至气动袋滤器；4）气动袋滤器收集的粉状炭黑进入输送管线经由风机进入粉料收集袋滤器中，通过粉料袋滤器收集炭黑进行过滤沉淀，稳定有效的将粉状炭黑输送至粉料罐进行包装，经包装后得到该色素炭黑。
22.所述旋风分离器和收集袋滤器收集到的炭黑经过热空气输送通过高精度分级式风选机、空气多级粉碎机中的“热空气”是由风送风机将空气过滤后送至350℃低温空气预热器预热后所得到的，热空气的温度控制在200℃
±
20，流量控制在5000-6000m3/h，对旋风分离器和收集袋滤器收集到的炭黑进行干燥，干燥后的炭黑加热减量（水分）小于0.5%，以便于输送和产品加热减量（水分）的控制。
23.所述收集到的炭黑经过热空气输送先通过高精度分级式风选机将25μm以上的杂质选出，下方设有杂质收集盒，将杂质筛选出来，提高炭黑的纯度和细度，再通过空气多级粉碎机粉碎对炭黑中的粗粒子进行超细的研磨，降低产品的水洗筛余物含量，提高产品的分散性。
24.实施例3所述的原料油的用量和添加剂的用量的重量比为1880：0.03，原料油的水分小于1%，密度为1.1400g/cm3，粘度为1.5，初馏点温度为216℃原料油馏出率98%。
25.本发明的色素炭黑产品采用炉法新工艺色素炭黑生产工艺具体如下：1） 将流量为376nm3/h压力为75kpa天然气轴向送入燃烧室后与将空气过滤后（滤网小于1微米）经罗茨风机压缩至压力为0.18mpa，通过800℃高温空气预热器加热到540℃后流量为6400nm3/h的热空气混合后充分燃烧，燃烧室温度控制在1950℃，燃烧后的热烟气高速流过反应炉喉口段，流量为1800kg/h的原料油和流量为20kg/h的添加剂充分混合后由喉口段径向喷入高温烟气中，在喉口段后部的反应段内裂解反应生成炭黑；
2）反应后产生的炭黑烟气在水平急冷段用流量为1820kg/h压力为1.5mpa的除盐水，水枪位置4支*21排急速降温终止反应，炭黑烟气依次经过800℃高温空气预热器、350℃低温空气预热器、二次急冷段温度降至350℃；3）降温后的炭黑烟气经过旋风分离器收集80%的炭黑，含有20%的炭黑烟气经过三次急冷段（温度控制在260℃
±
10），进入收集袋滤器进行炭黑和尾气的分离，尾气经尾气加压风机送至尾气电站用于发电。收集到的炭黑经过热空气输送通过高精度分级式风选机和空气多级粉碎机粉碎后，经接力风机输送至成品储罐，包装后得到该色素炭黑；4）气动袋滤器收集的粉状炭黑进入输送管线经由风机进入粉料收集袋滤器中，通过粉料袋滤器收集炭黑进行过滤沉淀，稳定有效的将粉状炭黑输送至粉料罐进行包装，经包装后得到该色素炭黑。
26.所述旋风分离器和收集袋滤器收集到的炭黑经过热空气输送通过高精度分级式风选机、空气多级粉碎机中的“热空气”是由风送风机将空气过滤后送至350℃低温空气预热器预热后所得到的，热空气的温度控制在200℃
±
20，流量控制在5000-6000m3/h，对旋风分离器和收集袋滤器收集到的炭黑进行干燥，干燥后的炭黑加热减量（水分）小于0.5%，以便于输送和产品加热减量（水分）的控制。
27.所述收集到的炭黑经过热空气输送先通过高精度分级式风选机将25μm以上的杂质选出，下方设有杂质收集盒，将杂质筛选出来，提高炭黑的纯度和细度，再通过空气多级粉碎机粉碎对炭黑中的粗粒子进行超细的研磨，降低产品的水洗筛余物含量，提高产品的分散性。
28.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。