專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種易分散炭黑的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種炭黑的生產(chǎn)方法，更具體地說(shuō)涉及一種油爐法生產(chǎn)炭黑的方法。
背景技術(shù)：
：炭黑在涂料、油墨中應(yīng)用的性能的好壞，一般取決于其比表面積(黑度)的大小，炭黑表面化學(xué)性質(zhì)(揮發(fā)份)的高低，聚集體粒徑尺寸的大小(吸油值)來(lái)決定，而這些特征與其生成環(huán)境密切相關(guān)。在油爐法生產(chǎn)中，炭黑通常是在反應(yīng)爐內(nèi)讓原料和高溫燃燒氣反應(yīng)，生產(chǎn)含有粒狀炭黑的燃燒產(chǎn)物來(lái)產(chǎn)生的。在炭黑文獻(xiàn)中燃燒氣和烴原料之間的反應(yīng)往往同高溫裂解有關(guān)。在油爐法中，炭黑原料烴的氧化裂解是在用耐火材料筑城的反應(yīng)爐屮進(jìn)行的。該反應(yīng)爐分為三個(gè)反應(yīng)段，這三個(gè)段沿反應(yīng)爐的軸向依次排成-一條直線，反應(yīng)料依次通過(guò)這三個(gè)反應(yīng)段。第-.反應(yīng)區(qū)，又叫燃燒段。主要包括反應(yīng)爐的燃燒室，在燃燒室內(nèi)燃料通過(guò)空氣或含氧氣體燃燒，產(chǎn)生原料烴裂解所必需的高溫。第二反應(yīng)區(qū)，又叫反應(yīng)段或裂解段。該反應(yīng)區(qū)與第一反應(yīng)區(qū)相鄰，在該區(qū)原料烴被引入，引起產(chǎn)生炭黑的反應(yīng)。第三反應(yīng)區(qū)，又叫急冷段。位于第二反應(yīng)區(qū)的下游，該區(qū)冷卻介質(zhì)被引入，以終止產(chǎn)生炭黑的反應(yīng)。一般油爐法生產(chǎn)中，產(chǎn)品的質(zhì)量，是通過(guò)反應(yīng)爐的溫度、壓力以及在爐內(nèi)的停留時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由爐法生產(chǎn)的炭黑的比表面積，一般取決于分解反應(yīng)溫度高低，它是由初級(jí)燃燒氣溫和通過(guò)的原料量來(lái)控制。通常，炭黑的比表面積隨反應(yīng)溫度提高而增大，反應(yīng)溫度隨初級(jí)燃燒氣溫度的提高和通過(guò)原料量的降低而增加。但是，初級(jí)燃燒氣溫不可能無(wú)限地提高，通入的原料量也不P了能太多的降低，因?yàn)橥度肓刻賱?shì)必會(huì)影響生產(chǎn)的效益，經(jīng)濟(jì)意義減少。炭黑的初級(jí)粒徑，一般取決于反應(yīng)溫度，反應(yīng)溫度越高，所形成的炭黑的初級(jí)粒徑越小。炭黑的結(jié)構(gòu)性越高，則給定粒徑的炭黑的比表面積越低，這意味著在給定的初級(jí)粒徑條件下，低結(jié)構(gòu)的炭黑比高結(jié)構(gòu)的炭黑具有更高的比表面積。在常規(guī)的油爐法生產(chǎn)方法中，限制炭黑結(jié)構(gòu)的發(fā)展是通過(guò)將堿金屬離子通入反應(yīng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但是這種炭黑結(jié)構(gòu)的變化，與炭黑表面的化學(xué)性質(zhì)無(wú)關(guān)，在油爐法生產(chǎn)中炭黑的PH通常為79，揮發(fā)份在1%以下，這樣的性能指標(biāo)遠(yuǎn)不能滿足較高要求的油墨、涂料生產(chǎn)的要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種爐法炭黑生產(chǎn)方法，以便容易和穩(wěn)定地生產(chǎn)被認(rèn)為用常規(guī)三段爐難以生產(chǎn)的，既具有較低結(jié)構(gòu)，較高比表面積，又具有較高表面化學(xué)性質(zhì)即揮發(fā)份的炭黑。本發(fā)明是通過(guò)改進(jìn)的油爐法生產(chǎn)工藝來(lái)達(dá)到的，生產(chǎn)流程如下(流程圖見(jiàn)圖1):炭黑燃料油用燃料油泵1送入預(yù)熱器2后預(yù)熱為物料①；炭黑原料油以及按比例加入的添加劑溶液用原料油泵3送入預(yù)熱器2后預(yù)熱為物料②；空氣經(jīng)空氣預(yù)熱器4預(yù)熱后為物料③。上述物料①與物料(D—起進(jìn)入炭黑反應(yīng)爐5燃燒段燃燒，產(chǎn)生燃燒氣休。物料②在反應(yīng)爐的喉管處噴入與燃燒氣體一起進(jìn)入反應(yīng)爐的反應(yīng)段反應(yīng)生成炭黑煙氣，經(jīng)急冷段水冷卻后從空氣預(yù)熱器和油預(yù)熱器的外壁通過(guò)流到旋風(fēng)分離器6，在此用噴霧方式添加偶連劑，在炭黑表面形成偶連包覆，炭黑再經(jīng)袋濾器7收集，廢氣隨風(fēng)機(jī)IO通過(guò)煙囟11排走，炭黑經(jīng)粉碎機(jī)8粉碎，炭黑粉體再經(jīng)造粒機(jī)9造粒后，通過(guò)常規(guī)的生產(chǎn)流程，提升機(jī)12提升至磁選機(jī)13磁選，然后進(jìn)入成品槽包裝成炭黑產(chǎn)品。本發(fā)明的工藝流程在流程的A、B二處用流量計(jì)調(diào)節(jié)噴入含有不同助劑和偶聯(lián)劑。在A處噴入助劑無(wú)機(jī)鉀鹽或無(wú)機(jī)鈉鹽水溶液，例如K2C03、KHC03、KC1、K2S04、Na2C03、NaHC03等，溶液的質(zhì)量百分比濃度為5-30%，用量為通入的原料油質(zhì)量的1-10%;B處通入偶聯(lián)劑，所述的偶聯(lián)劑為高分子分散劑，例如美國(guó)XOANONS的WE-D290S等，用量為通入至旋風(fēng)分離器中的物料質(zhì)量的5-8%。由于該助劑和偶聯(lián)劑具有降低炭黑吸油值和提高炭黑分散性的作用，使得炭黑的表面及其結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，使得該炭黑表面與原來(lái)炭黑相比較增加了一定的有益的官能團(tuán)如Ar-H，C-OH，C-H等。其結(jié)構(gòu)及官能團(tuán)使該炭黑在制造涂料和油墨時(shí)分散性能得以改善，粘度降低，光澤度增大。按照本發(fā)明的方法，當(dāng)原料油進(jìn)入反應(yīng)前(見(jiàn)圖1中A處)，已經(jīng)加入一定量的助劑，參與原料油在反應(yīng)爐中的生成反應(yīng)，在高溫1600-1900t:條件下，助劑摻入炭黑聚集體中，使其成為炭黑聚集體內(nèi)部的一部分。當(dāng)通入液體的助劑量小于通入原料重量的r^時(shí)，對(duì)抑制炭黑的比表面積和結(jié)構(gòu)的作用是很輕微的，抑制炭黑比表面積和結(jié)構(gòu)性的發(fā)展程度大約與通入液流的助劑量成正比。當(dāng)通入液流的助劑量極高時(shí)，由于過(guò)量的液流，炭黑本身的形成被抑制，因此本發(fā)明中通入燃燒氣流中液流的助劑量必須在1-10%(質(zhì)量百分比)。為了增加炭黑表面的活性成分，本發(fā)明在流程的袋濾器前增加噴射偶聯(lián)劑(見(jiàn)圖1中的B處)的裝置，使有機(jī)偶聯(lián)劑對(duì)高溫的炭黑表面進(jìn)行接枝或氧化，增加了炭黑表面的活性官能團(tuán)，使炭黑的揮發(fā)份有較大的增加。本發(fā)明生產(chǎn)的炭黑，具有低結(jié)構(gòu)，高表面性能的特征。其炭黑表面帶有下列所示的官能團(tuán)'<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>式中，R,代表氫原子，含乙烯基的直鏈或分枝狀烷基，R2代表碳原子和氫原子組合符合化學(xué)結(jié)構(gòu)要求的，含叔氨基，醚鏈或雜環(huán)的結(jié)合基團(tuán)。R3和R4分別代表乙烯基的直鏈狀或分枝狀垸基，n取13整數(shù)。式中，R,的原子數(shù)為115，R2的分子量為14400，113和R4的碳原子數(shù)分別為114，而且，表面處理炭黑一次粒徑約10150nm。本發(fā)明的有益效果本方明所提供的生產(chǎn)易分散炭黑的生產(chǎn)方法是在現(xiàn)常規(guī)的油爐法生產(chǎn)工藝流程中，選擇多個(gè)關(guān)鍵部位，加入或噴入特征的助劑包括無(wú)機(jī)鉀鹽和偶聯(lián)劑包括高分子分散劑美國(guó)XOANONS的WE-D290S等，參與原料烴的裂解反應(yīng)和炭黑的生成反應(yīng)，從而達(dá)到改變炭黑結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性能的目的，從而大大提高這些炭黑在涂料、油墨等領(lǐng)域中易分散穩(wěn)度及分散穩(wěn)定性，從而使本發(fā)明生產(chǎn)的炭黑在這些領(lǐng)域中的應(yīng)用性能大大提高。反應(yīng)流的溫度較低，原料烴的反應(yīng)裂解更為合理，炭黑的生成反應(yīng)更為完善，炭黑的易分散性能更好，炭黑分散穩(wěn)定性提高，炭黑吸油值大幅度下降，炭黑表面化學(xué)性能提高，在油量、涂料、塑料的應(yīng)用性能增加。圖l:本發(fā)明生產(chǎn)易分散炭黑的工藝流程圖具體實(shí)施例方式下面通過(guò)具體實(shí)施方法來(lái)進(jìn)一步闡述本發(fā)明。(注各項(xiàng)指標(biāo)的分析方法均按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB-7044進(jìn)行)下述實(shí)施例的工藝流程如圖1所示炭黑燃料油用燃料油泵1送入預(yù)熱器2后預(yù)熱為物料①；炭黑原料油以及按比例加入的添加劑溶液用原料油泵3送入預(yù)熱器2后預(yù)熱為物料②；空氣經(jīng)空氣預(yù)熱器4預(yù)熱后為物料③。上述物料①與物料③一起進(jìn)入炭黑反應(yīng)爐5燃燒段燃燒，產(chǎn)生燃燒氣體。物料②在反應(yīng)爐的喉管處噴入與燃燒氣體一起進(jìn)入反應(yīng)爐的反應(yīng)段反應(yīng)生成炭黑煙氣，經(jīng)急冷段水冷卻后從空氣預(yù)熱器和油預(yù)熱器的外壁通過(guò)流到旋風(fēng)分離器6，在此用噴霧方式添加偶連劑，在炭黑表面形成偶連包覆，炭黑再經(jīng)袋濾器7收集，廢氣隨風(fēng)機(jī)IO通過(guò)煙岡11排走，炭黑經(jīng)粉碎機(jī)8粉碎，炭黑粉體再經(jīng)造粒機(jī)9造粒后，通過(guò)常規(guī)的生產(chǎn)流程，提升機(jī)12提升至磁選機(jī)13磁選，然后進(jìn)入成品槽包裝成炭黑產(chǎn)品。實(shí)施例l:在上述工藝流程中A處不加助劑，B處不加偶聯(lián)劑實(shí)施例2:在h述工藝流程中A處加入助劑10%&2(203水溶液，其用量為通入的原料油質(zhì)量的2%，B處不加偶聯(lián)劑。實(shí)施例3:在上述工藝流程中A處加入助劑20。/。K2CO3水溶液，其用7量為通入的原料油質(zhì)量的4%，B處不加偶聯(lián)劑實(shí)施例4:在上述工藝流程中A處加入助劑15%^<:03水溶液，其用量為通入的原料油質(zhì)量的6%，B處不加偶聯(lián)劑實(shí)施例5:在上述工藝流程中A處加入助劑15。/。K2C03水溶液，其用量為通入的原料油質(zhì)量的6%，B處加入美國(guó)XOANONS的WE-D290S分散劑，其用量為通入至旋風(fēng)分離器中的物料質(zhì)量的4%。實(shí)施例6:在上述工藝流程中A處加入助劑15。/。K2C03水溶液，其用量為通入的原料油質(zhì)量的6%，B處加入美國(guó)XOANONS的WE-D290S分散劑，其用量為通入至旋風(fēng)分離器中的物料質(zhì)量的4%。上述實(shí)施結(jié)果得到炭黑的性能指標(biāo)列于下表:<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>注我國(guó)炭黑黑度代表國(guó)外的比表面積。黑度越小，比表面積越大。采用本發(fā)明工藝路線，生產(chǎn)出的較大比表面積(黑度值小)，較高的表面活性官能團(tuán)(揮發(fā)份高)及較低結(jié)構(gòu)的炭黑，在常規(guī)的爐法工藝路線中是難以實(shí)現(xiàn)的。權(quán)利要求1.一種易分散炭黑的生產(chǎn)方法，包括如下步驟1)炭黑燃料油預(yù)熱為物料①；炭黑原料油中加入助劑，預(yù)熱為物料②；空氣經(jīng)預(yù)熱后為物料③；其中所述的助劑為無(wú)機(jī)鉀鹽或無(wú)機(jī)鈉鹽水溶液；2)上述物料①與物料③一起進(jìn)入炭黑反應(yīng)爐燃燒段燃燒，產(chǎn)生燃燒氣體；物料②在反應(yīng)爐的喉管處噴入與燃燒氣體一起進(jìn)入反應(yīng)爐的反應(yīng)段反應(yīng)生成炭黑煙氣，經(jīng)急冷段水冷卻后送入旋風(fēng)分離器；3)在旋風(fēng)分離器中用噴霧方式添加偶聯(lián)劑，再經(jīng)袋濾器收集后粉碎、造粒、磁選，包裝成炭黑產(chǎn)品。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種易分散炭黑的生產(chǎn)方法，其特征在于，歩驟1)中所述的無(wú)機(jī)鉀鹽為碳酸鉀。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種易分散炭黑的生產(chǎn)方法，其特征在于，歩驟1)中所述的無(wú)機(jī)鉀鹽或無(wú)機(jī)鈉鹽水溶液的濃度為530%。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種易分散炭黑的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟l)中所加入的助劑無(wú)機(jī)鉀鹽水溶液的用量為通入的原料油質(zhì)量的110%。5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種易分散炭黑的生產(chǎn)方法，其特征在于，歩驟3)中添加的偶聯(lián)劑為高分子分散劑。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種易分散炭黑的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟3)中所述的高分子分散劑為美國(guó)XOANONS的WE-D290S。7.根據(jù)權(quán)利要求l、5、6中任一項(xiàng)所述的一種易分散炭黑的生產(chǎn)方法，其特征在于，歩驟3)中所述的偶聯(lián)劑的用量為旋風(fēng)分離器中物料質(zhì)量的58%。8.用權(quán)利要求l所述的方法生產(chǎn)的易分散炭黑，其特征在于，所述的炭黑表面帶有如下官能團(tuán)一C-N-R2一[N;]n式中，R,代表氫原子，含乙烯基的直鏈或分枝狀烷基，R2代表叔氨基，醚鏈或雜環(huán)的結(jié)合基團(tuán)；R3和R4分別代表乙烯基的直鏈狀或分枝狀烷基，n取13整數(shù)；R,的原子數(shù)為l15，R2的分子量為14400，R3和R4的碳原子數(shù)分別為114;表面處理炭黑一次粒徑為10150nm。全文摘要本發(fā)明提供了一種易分散炭黑的生產(chǎn)方法，包括如下步驟炭黑燃料油預(yù)熱為物料①；炭黑原料油中加入助劑無(wú)機(jī)鉀鹽，預(yù)熱為物料②；空氣經(jīng)空氣預(yù)熱器預(yù)熱后為物料③；上述物料①與物料③一起進(jìn)入炭黑反應(yīng)爐燃燒段燃燒，產(chǎn)生燃燒氣體；物料②在反應(yīng)爐的喉管處噴入與燃燒氣體一起進(jìn)入反應(yīng)爐的反應(yīng)段反應(yīng)生成炭黑煙氣，經(jīng)急冷段水冷卻后送入旋風(fēng)分離器；用噴霧方式添加偶連劑，再經(jīng)袋濾器收集后經(jīng)粉碎機(jī)粉碎，炭黑粉體再經(jīng)造粒機(jī)造粒后包裝成炭黑產(chǎn)品。本發(fā)明所提供的生產(chǎn)方法大大提高了炭黑在涂料、油墨等領(lǐng)域中易分散穩(wěn)度及分散穩(wěn)定性，從而使本發(fā)明生產(chǎn)的炭黑在這些領(lǐng)域中的應(yīng)用性能大大提高。文檔編號(hào)C01B31/00GK101481108SQ20091004647公開(kāi)日2009年7月15日申請(qǐng)日期2009年2月23日優(yōu)先權(quán)日2009年2月23日發(fā)明者劉夕陽(yáng),周永定,顧國(guó)防申請(qǐng)人:上海焦化化工發(fā)展商社