一种裂解炭黑二次处理工艺及装置的制作方法

1.本发明属于炭黑综合利用领域，涉及一种裂解炭黑二次处理工艺及装置。


背景技术：

2.碳黑又名炭黑，是一种无定形碳。是一种轻、松而极细的黑色粉末，一般可作黑色染料，用于制造中国墨、油墨、油漆等，也用于做橡胶的补强剂等，当用作橡胶的补强剂和填料时，其消耗量约为橡胶消耗量的一半，橡胶用炭黑占炭黑总量94％，其中约60％用于轮胎制造。
3.在对废轮胎等废橡胶制品进行处理时会产生大量的炭黑，这部分炭黑含有一定量的未裂解橡胶等高分子物质，导致其品质较低，现有的技术一般只能采用溶剂洗涤等方式去除这部分未裂解组分，导致处理成本较高，难以推广应用，而其他处理方式均是以该炭黑为原料制备其他含碳物质，这实际上导致了这部分炭黑的浪费，因此如何有效利用裂解炭黑成为本领域技术人员亟需解决的问题之一。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明提出了一种裂解炭黑二次处理工艺及装置，包括炭黑储罐，炭黑二次裂解装置和炭黑多级冷却装置，炭黑二次裂解装置包括可转动的内筒体和外筒体，两者之间为热风腔；炭黑多级冷却装置由炭黑一级冷却器和炭黑二级冷却器串联组成，且两者均采用冷却水作为冷却介质；采用这种工艺和装置处理裂解炭黑，降低了炭黑中总石油烃物质的含量，提高了炭黑品质，还可以通过外加改性剂的方式进一步提高炭黑品质，丰富炭黑的用途。
5.本发明的主要构思如下：
6.由于现有技术中不同裂解工艺获得的炭黑品质完全不同，处理手段也有大量不同之处，因此发明人决定将各种来源的炭黑进行统一处理，使其性能均一，然后通过快速冷却的方式使其温度冷却至室温，形成性能稳定的高品质炭黑，同时在处理过程中通过加入不同的改性剂可以获得不同用途的改性炭黑，提高其附加值。
7.本发明的具体技术方案是：
8.一种裂解炭黑二次处理工艺，其具体步骤如下：
9.将各种来源炭黑储存于粗炭黑储罐，之后将粗炭黑与改性剂定量混合均匀后进行二次高温裂解，裂解一段时间后密封出料进入冷却步骤，利用至少二级冷却将其温度降至室温获得高品质炭黑；
10.其中所述的改性剂为分散改性剂、接枝改性剂、偶联改性剂等，具体选择时优选采用耐高温的改性剂，避免在上述处理过程中发生分解反应等，影响改性效果，更进一步的可以选自硬质酸钙、氧化锌、分子筛等改性剂。
11.其中所述的粗炭黑与改性剂的用量比参考现有技术中热解炭黑改性的相关技术中公布的用量即可，发明人在此不再赘述，本领域技术人员可以根据现有技术进行相应的
调整；
12.二次高温裂解的温度为550-650℃，裂解时间控制在1-3h；进一步优选为裂解温度650℃，裂解时间在2h；
13.之所以采用上述的处理方案，是利用高温的作用将附着在粗炭黑表面的可裂解物质进行二次裂解，降低其在炭黑中的含量，一般在上述高温区间和时间内，各种裂解工艺产生的炭黑表面附着的总石油烃类物质(tph)均可以被裂解为气态产物从而获得裂解气，经过上述处理后，炭黑中的总石油烃类物质可降至几个ppm，可以达到符合食品级用炭黑的要求；同时通过改性剂的添加，对于炭黑的吸油值、比表面积及对橡胶的补强能力都有了明显提升，在选择合适的改性剂进行改性前提下可以代替n550等商业炭黑用于轮胎制造等工艺；
14.经过上述裂解处理的炭黑密封出料进入冷却步骤，利用至少二级冷却将其温度降至室温，这一过程中炭黑中的大量热能被带走使其温度快递降低，避免炭黑降温过程中与其他组分发生氧化等反应，使得最终获得的炭黑品质得到明显的提升；
15.而裂解过程中获得的裂解气经过沉降后将其中的粉状炭黑送回裂解工艺后，净化后的裂解气可送入裂解气净化装置进行净化处理，并与废轮胎裂解产生的可燃气混合作为供热装置的燃料气使用；
16.综合上述工艺，本技术提供了一种可以适用于各种来源的炭黑的处理方法，使其性能均一，然后通过快速冷却的方式使其温度冷却至室温，形成性能稳定的高品质炭黑，同时在处理过程中通过加入不同的改性剂可以获得不同用途的改性炭黑，提高其附加值。
17.发明人进一步提供了一种裂解炭黑二次处理装置，该装置包括炭黑储罐，炭黑二次裂解装置和炭黑多级冷却装置，炭黑二次裂解装置包括外筒体和可转动的内筒体，两者之间为热风腔；炭黑多级冷却装置由炭黑一级冷却器和炭黑二级冷却器串联组成，且两者均采用冷却水作为冷却介质；炭黑二次裂解装置的出料口与炭黑一级冷却器的进料口密封连接。
18.粗炭黑储罐内设置有螺旋送料机，该送料机与炭黑定量送料机密封连接，炭黑定量送料机与炭黑混料送料机密封连接，炭黑混料送料机进料口还密封连接有改性剂定量送料机；炭黑混料送料机出料口与炭黑二次裂解装置进料口密封连接；
19.具体的粗炭黑储罐内设置有螺旋送料机，通过该送料机将炭黑混用均匀密封送入炭黑定量送料机，该送料机内设置有定量送料螺旋，可以定量的输送炭黑进入后续的炭黑混料送料机，该炭黑混料送料机上还连接有改性剂定量送料机，改性剂定量送料机同样采用定量送料螺旋，将定量的改性剂送入炭黑混料送料机中，在炭黑混料送料机中炭黑与改性剂充分混合，并在密封状态下送入炭黑二次裂解装置，在这一过程中可以采用保护气替换的方式，利用氮气等惰性气体确保进入炭黑二次裂解装置的物料为无氧状态；
20.上述炭黑二次裂解装置包括外筒体和可转动的内筒体，两者之间为热风腔，内筒体内壁设置有旋带，用于推动炭黑在内筒体内移动，同时起到分散的作用；热风腔为内筒体提供足够的温度，促使炭黑表面附着的总石油烃类物质(tph)被裂解为气态产物，其裂解思路与现有技术中废轮胎或废橡胶裂解思路相同，因此可以直接采用现有技术中的裂解器，具体可选用本技术申请人的在先技术，如申请号为cn200710115898.7，名称为一种工业连续化橡胶裂解器的技术，又如申请号为cn200680052399.1，名称为一种废旧橡胶或塑料连
续裂解工艺及其设备的技术，上述现有技术均可以直接套用或经过简单改造后应用于本技术的技术方案中，发明人在此不再赘述；无论炭黑二次裂解装置采用上述哪种现有技术，其加热所用热风均通过管路与加热装置及烟气净化系统连接，与加热装置连接可以实现热风中热量的二次利用，而与烟气净化系统连接则可以实现烟气的达标排放；
21.炭黑二次裂解装置出料口与炭黑多级冷却装置之间密封连接，二次裂解后的炭黑直接进入炭黑多级冷却装置，该装置由炭黑一级冷却器和炭黑二级冷却器串联组成，所述炭黑一级冷却器包括螺旋送料器和套装在螺旋送料器外侧的冷却水套；所述炭黑二级冷却器可采用现有技术，具体选用申请号为cn201922447944.4，名称为一种固体裂解产物旋转水冷出料机的技术，且该出料机的进水管与冷水机组出水管直接连接，出水口与炭黑一级冷却器冷却水套的进水口连接，炭黑一级冷却器冷却水套的出水口与冷水机组进水管连接；
22.采用上述两级冷却装置串联，通过提高冷却水的流量实现炭黑的快速冷却，其中炭黑二级冷却器采用上述现有技术后，冷却水在其内筒体和外筒体均起到快速冷却的效果，且通过提高冷却水通量，可以提高降温效果，使炭黑温度能够降至室温，而炭黑一级冷却器由螺旋送料器和套装在螺旋送料器外侧的冷却水套组成，该冷却水套的冷却水来源为炭黑二级冷却器出水，由于炭黑二级冷却器中的冷却水流量较大，其升温程度有限，可以作为炭黑一级冷却器的冷却水直接使用，考虑到冷水机组的负担，一般控制冷水机组进水与出水之间温度差在5℃左右，其冷却效果主要通过提高冷却水流量实现；更进一步的优选炭黑二级冷却器冷却水进水温度为7-10℃，炭黑一级冷却器冷却水出水温度为12-15℃；所述炭黑一级冷却器中螺旋送料器出料口位于炭黑一级冷却器后端顶端，通过在出料口对应位置设置对向螺旋的方式，实现整个送料器的上送出料，出料口通过密封送料机送入炭黑二级冷却器中，这样可以通过炭黑自身料封的作用实现密封送料，具体的结构可参考申请号为cn200920239061.8，名称为密封出料机的技术方案；
23.炭黑二次裂解装置裂解气出口与炭黑沉降装置连接，炭黑沉降装置出气口与裂解气净化装置连接，该净化装置由碱洗喷淋装置和水封装置组成，用以去除裂解气中的杂质成分，最终可以作为供热装置的燃料气，实现资源的二次利用；
24.综上，利用上述裂解炭黑二次处理装置可以实现裂解炭黑的二次处理，降低了炭黑中总石油烃物质的含量，提高了炭黑品质，还可以通过外加改性剂的方式进一步提高炭黑品质，丰富炭黑的用途；同时可以综合利用二次裂解产生的裂解气作为燃料使用，整个工艺和装置结构合理，确保整个处理过程安全无污染，符合国家的相关规定。
附图说明
25.图1为本发明所述裂解炭黑二次处理装置的示意图，
26.图中1为粗炭黑储罐，2为炭黑定量送料机，3为炭黑混料送料机，4为加热装置，5为炭黑二次裂解装置，6为炭黑二级冷却器，7为炭黑一级冷却器，8为水封装置，9为碱洗喷淋装置，10为炭黑沉降装置，11为改性剂定量送料机，12为冷水机组。
具体实施方式
27.以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容做进一步的详细说
明，凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围；
28.实施例1
29.一种裂解炭黑二次处理工艺，其具体步骤如下：
30.将各种来源炭黑储存于粗炭黑储罐，之后将粗炭黑与改性剂定量混合均匀后进行二次高温裂解，裂解一段时间后密封出料进入冷却步骤，利用至少二级冷却将其温度降至室温获得高品质炭黑；
31.其中所述的改性剂选自硬质酸钙、氧化锌、分子筛等；或选自其他耐高温的分散改性剂、接枝改性剂、偶联改性剂等；
32.其中所述的粗炭黑与改性剂的用量比参考现有技术中热解炭黑改性的相关技术中公布的用量即可，发明人在此不再赘述，本领域技术人员可以根据现有技术进行相应的调整；
33.二次高温裂解的温度为550-650℃，裂解时间控制在1-3h；进一步优选为裂解温度650℃，裂解时间在2h；
34.经过上述裂解处理的炭黑密封出料进入冷却步骤，利用至少二级冷却将其温度降至室温，这一过程中炭黑中的大量热能被带走使其温度快递降低，避免炭黑降温过程中与其他组分发生氧化等反应，使得最终获得的炭黑品质得到明显的提升；
35.而裂解过程中获得的裂解气经过沉降后将其中的粉状炭黑送回裂解工艺后，净化后的裂解气可送入裂解气净化装置进行净化处理，并与废轮胎裂解产生的可燃气混合作为供热装置的燃料气使用。
36.实施例2
37.如图1所示，发明人提供了一种裂解炭黑二次处理装置，该装置包括粗炭黑储罐1，炭黑二次裂解装置5和炭黑多级冷却装置，炭黑二次裂解装置包括外筒体和可转动的内筒体，两者之间为热风腔；炭黑多级冷却装置5由炭黑一级冷却器7和炭黑二级冷却器6串联组成，且两者均采用冷却水作为冷却介质；炭黑二次裂解装置5的出料口与炭黑一级冷却器7的进料口密封连接；
38.粗炭黑储罐1内设置有螺旋送料机，该送料机与炭黑定量送料机2密封连接，炭黑定量送料机2与炭黑混料送料机3密封连接，炭黑混料送料机3进料口还密封连接有改性剂定量送料机11；炭黑混料送料机3出料口与炭黑二次裂解装置5进料口密封连接；
39.具体的：粗炭黑储罐1内设置有螺旋送料机，通过该送料机将炭黑混用均匀密封送入炭黑定量送料机2，该送料机内设置有定量送料螺旋，可以定量的输送炭黑进入后续的炭黑混料送料机3，该炭黑混料送料机3上还连接有改性剂定量送料机11，改性剂定量送料机11同样采用定量送料螺旋，将定量的改性剂送入炭黑混料送料机3中，在炭黑混料送料机3中炭黑与改性剂充分混合，并在密封状态下送入炭黑二次裂解装置5，在这一过程中可以采用保护气替换的方式，利用氮气等惰性气体确保进入炭黑二次裂解装置的物料为无氧状态；
40.上述炭黑二次裂解装置5包括外筒体和可转动的内筒体，两者之间为热风腔，内筒体内壁设置有旋带，用于推动炭黑在内筒体内移动，同时起到分散的作用；热风腔为内筒体提供足够的温度，促使炭黑表面附着的总石油烃类物质(tph)被裂解为气态产物，其裂解思路与现有技术中废轮胎或废橡胶裂解思路相同，因此可以直接采用现有技术中的裂解器：
41.具体可选用本技术申请人的在先技术，如申请号为cn200710115898.7，名称为一种工业连续化橡胶裂解器的技术，或申请号为cn200680052399.1，名称为一种废旧橡胶或塑料连续裂解工艺及其设备的技术，无论炭黑二次裂解装置采用上述哪种现有技术，其加热所用热风均通过管路与加热装置及烟气净化系统连接，与加热装置连接可以实现热风中热量的二次利用，而与烟气净化系统连接则可以实现烟气的达标排放；
42.炭黑二次裂解装置出料口与炭黑多级冷却装置之间密封连接，二次裂解后的炭黑直接进入炭黑多级冷却装置，该装置由炭黑一级冷却器7和炭黑二级冷却器3串联组成，所述炭黑一级冷却器7包括螺旋送料器和套装在螺旋送料器外侧的冷却水套；所述炭黑二级冷却器3可采用现有技术，具体选用申请号为cn201922447944.4，名称为一种固体裂解产物旋转水冷出料机的技术，且该出料机的进水管与冷水机组12出水管直接连接，出水口与炭黑一级冷却器冷却水套的进水口连接，炭黑一级冷却器冷却水套的出水口与冷水机组12进水管连接；
43.采用上述两级冷却装置串联，通过提高冷却水的流量实现炭黑的快速冷却，其中炭黑二级冷却器采用上述现有技术后，冷却水在其内筒体和外筒体均起到快速冷却的效果，且通过提高冷却水通量，可以提高降温效果，使炭黑温度能够降至室温，而炭黑一级冷却器由螺旋送料器和套装在螺旋送料器外侧的冷却水套组成，该冷却水套的冷却水来源为炭黑二级冷却器出水，由于炭黑二级冷却器中的冷却水流量较大，其升温程度有限，可以作为炭黑一级冷却器的冷却水直接使用，考虑到冷水机组的负担，一般控制冷水机组进水与出水之间温度差在5℃作用，其冷却效果主要通过提高冷却水流量实现；更进一步的优选炭黑二级冷却器冷却水进水温度为7-10℃，炭黑一级冷却器冷却水出水温度为12-15℃；所述炭黑一级冷却器中螺旋送料器出料口位于炭黑一级冷却器后端顶端，通过在出料口对应位置设置对向螺旋的方式，实现整个送料器的上送出料，出料口通过密封送料机送入炭黑二级冷却器中，这样可以通过炭黑自身料封的作用实现密封送料，具体的结构可参考申请号为cn200920239061.8，名称为密封出料机的技术方案；
44.炭黑二次裂解装置裂解气出口与炭黑沉降装置10连接，炭黑沉降装置10出气口与裂解气净化装置连接，该净化装置可由碱洗喷淋装置9和水封装置8组成，用以去除裂解气中的杂质成分，最终可以作为供热装置的燃料气，实现资源的二次利用；
45.利用上述裂解炭黑二次处理装置可以实现裂解炭黑的二次处理，降低了炭黑中总石油烃物质的含量，提高了炭黑品质，还可以通过外加改性剂的方式进一步提高炭黑品质，丰富炭黑的用途；同时可以综合利用二次裂解产生的裂解气作为燃料使用，整个工艺和装置结构合理，确保整个处理过程安全无污染，符合国家的相关规定。