天然气化工工艺学 魏顺安第06章 天然气制炭黑.ppt

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1、6天然气制炭黑炭黑为工业中不可或缺的化工原料，是仅次于钛白粉的重要颜料。具有稳定、耐热、耐化学品、耐光等特点。同时，炭黑又是塑料、橡胶制品的改质添加剂。6.1概述气态或液态的碳氢化合物在空气不足的条件下进行不完全燃烧或热裂分解生成的无定形碳，为疏松、质轻而极细的黑色粉末。炭黑发展我国古代焚烧动植物油、松树枝所得“炱”(tái)的黑灰；1872年，美国以天然气用“槽法”生产炭黑；1912年，S.C.莫特发现炭黑对橡胶的补强作用；20世纪20年代，以天然气为原料的气炉黑和热裂黑；后来，J.C.克雷奇开发了油炉法工艺。当今，油炉法是效率最高、经济效益最好的炭黑生产方法，油炉黑的产量已占炭黑总

2、量的70～90％。炭黑定义气体原料：天然气、矿坑瓦斯、炼油尾气、电石气等；液体原料：煤焦油、石油炼制的馏分油等固体原料：萘，蒽等炭黑的生产原料6.1.1炭黑的分类(1)接触法炭黑：槽法炭黑、滚筒法炭黑和圆盘法炭黑；(2)炉法炭黑：气炉法、油炉法、灯烟法；(3)热裂法炭黑：热裂炭黑（天然气），乙炔炭黑（乙炔）(1)橡胶用炭黑：硬质炭黑（补强）、软质炭黑（填充）；(2)非橡胶用炭黑（特种炭黑）：色素炭黑、导电炭黑、塑料用炭黑以及其他专用炭黑（合成革用炭黑、黑色农膜用炭黑）等；6.1.1.1按制造方法分类6.1.1.2按用途和使用特点分类6.1.2炭黑的性质(1)表面积：是鉴别和分类命名炭黑

3、的重要性质之一，气相或液相吸附法测定。低温氮吸附法(即BET法)，大分子吸附法(如CTAB)，吸碘法。(2)结构：取决于聚集体尺寸、形状以及每个聚集体内的粒子数和平均质量。用DBP(dibutylphthalate，邻苯二甲酸二丁酯)吸油值表示炭黑的结构。(3)着色强度：反映聚集体的平均体积和尺寸分布，高着色强度的炭黑，光吸收系数高而反射率低。不同炭黑的化学组成不尽相同，如橡胶工业用的油炉法炭黑的碳元素含量在97％以上；热裂法炭黑和乙炔炭黑的碳含量高于99％。部分炭黑的元素分析结果示于表6.1。表6.1各种炭黑的化学组成(4)炭黑的化学组成炭黑类型橡胶用炭黑热裂炭黑乙炔炭黑碳/%97.

4、3～99.399.499.8氢/%0.20～0.800.30～0.500.05～0.10氧/%0.20～1.500.00～0.120.10～0.15硫/%0.20～1.200.00～0.250.02～0.05氮/%0.05～0.30NANA灰分/%0.10～1.000.20～0.380.00～0.40挥发分/%0.60～1.506.2天然气制炭黑的生产方法目前基本公认的炭黑生成历程包括如下几个阶段:(1)在高温下形成气态的炭黑先质(2)晶核形成(3)粒子的长大和聚集(4)表面长大过程(5)附聚过程(6)聚集体的气化6.2.1炭黑的生成机理6.2.2天然气槽法制炭黑的生产工艺槽法炭黑属于

5、接触法，是炭黑发展史上最早的一种生产方法。6.2.2.1生产过程图6.1天然气为原料生产槽法炭黑的工艺流程1—定压贮气罐；2—火房；3—槽钢；4—燃烧气管；5—火嘴；6—炭黑斗；7—螺旋输送器或风管；8—杂质分离器；9—抽风机；10—旋风分离器；11—回转气密阀；12—造粒机；13—回收过滤箱；14—贮存斗；6.2.2.3工艺参数对槽法炭黑性能和收率的影响一座槽法炭黑厂由几十到几百个火房组成。每个火房内有天然气管、分配管、火嘴组成的灯车、槽钢、滑车、炭黑收集斗和与斗接通的螺旋输送机等。除了火房外，生产设备还有除渣器、旋风分离器、造粒机、袋滤器等。火嘴形式、单个火嘴耗气量、火嘴与槽钢间距

6、离、火嘴间距、加入火房的一次空气量、二次空气量、原料气中烃含量、烟幕高度和气相条件等。6.2.2.2生产设备图6.2槽法炭黑生产用火嘴结构鱼尾形：火焰不稳定，用于生产较细粒径的高色素炭黑。鼠尾形：生产中色素炭黑。蝙蝠形：顶端有槽缝，火焰稳定，多用于生产橡胶用炭黑和普通色素炭黑。对火焰形状和尺寸起决定性影响。(1)火嘴形状和尺寸(2)火嘴外截面积与内截面积比恒定：取决于生产炭黑的性能和原料气组成。火嘴槽口窄，火焰长度也变短变薄，炭黑粒径槽口(孔)的宽窄变小，收率下降。(3)火嘴间距：在114～140mm范围为佳，该间距是为保护火房内设备所取的最小间距，即火嘴原料气流率上限。(4)原料气量

7、：气量增加，火房温度随之升高。随火焰的加大，炭黑产量增加，但炭黑收率也会下降。过大的火焰最后还会损坏槽钢。(5)原料气成分：天然气的平均分子量越大，即天然气中乙烷、丙烷、丁烷或其它较重烃含量越高，炭黑收率越高。工艺参数对槽法炭黑性能和收率的影响(1)火嘴：火嘴间距70～140mm；火嘴与槽钢距离50～90mm；每个火嘴气流率1～2.9m3/d；每个火嘴生产炭黑0.25～1.6g/h；火嘴槽口度0.6～1.2mm。(2)原料气压力：火嘴进口处10