[发明专利]一种多炉头等离子法制备炭黑的反应系统

说明书

本发明公开了一种多炉头等离子法制备炭黑的反应系统，包括至少两个炉头，炉头连接同一条烟道。炉头包括炉体、等离子枪和高温切断阀。炉体包括反应段炉体和冷却段炉体，反应段炉体与冷却段炉体连接。反应段炉体具有反应段炉膛，冷却段炉体具有冷却段炉膛。高温切断阀设置于反应段炉体和冷却段炉体之间，用以控制反应段炉膛与冷却段炉膛的连通状态。冷却段炉体远离反应段炉体的一端与烟道连接，冷却段炉膛与烟道连通。等离子枪可拆卸地安装于反应段炉体，应段炉体设置有与反应段炉膛连通的原料气体入口和置换气体入口。该反应系统保证了生产的连续性，提高生产效率，且大大降低惰性气体的用量。

技术领域

本发明涉及炭黑制备技术领域，具体而言，涉及一种多炉头等离子法制备炭黑的反应系统。

背景技术

等离子法炭黑：用等离子法把原料气裂解生成的炭黑。由氢或氦、氮等惰性气体电离而带电子状态，即产生高温等离子区，将原料气通入该等离子区，裂解生成炭黑和氢气，经急冷后分离回收炭黑，同时伴随产生大量易爆气体，如H2、C-H化合物气体等。

目前，部分厂家和院所在试验天然气裂解方式生产氢和碳，这种方式的产品不含或含少量的碳氢化合物，是一种环保的工艺。现有等离子制备炭黑和碳氢化合物的反应系统基本为单炉头反应系统。由于等离子体枪在运行过程中，电极会产生大量的热量，高温等离子区温度高达到1800℃～2000℃。因此，等离子体枪一般使用100h～1000h就需要进行更换。

为了避免积料，运行过程中反应系统内为微负压状态，更换等离子体枪必须把反应系统停下来，用大量的惰性气体进行置换后才能更换等离子体枪，否则，反应系统内就会吸入空气(氧气)，造成爆炸。

因此，单炉头反应系统不但不能持续生产，在更换等离子体枪的过程中，对整个反应系统进行置换，还会耗费大量的惰性气体。停炉过程中，炉头和后部相通的管道(烟道)必然冷却下来，下次开炉时，必须进行重新升温，从而产生严重的热量损耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多炉头等离子法制备炭黑的反应系统，多个炉头循环工作，保证了生产的连续性，提高生产效率，且大大降低惰性气体的用量。

本发明的实施例是这样实现的：

一种多炉头等离子法制备炭黑的反应系统，包括至少两个炉头，炉头连接同一条烟道。炉头包括炉体、等离子枪和高温切断阀。

炉体包括反应段炉体和冷却段炉体，反应段炉体与冷却段炉体连接。反应段炉体具有反应段炉膛，冷却段炉体具有冷却段炉膛。高温切断阀设置于反应段炉体和冷却段炉体之间，用以控制反应段炉膛与冷却段炉膛的连通状态。冷却段炉体远离反应段炉体的一端与烟道连接，冷却段炉膛与烟道连通。冷却段炉体设有用于降低冷却段炉膛温度的冷却装置。

等离子枪可拆卸地安装于反应段炉体，等离子枪产生的高温等离子区容置于反应段炉膛；反应段炉体设置有与反应段炉膛连通的原料气体入口和置换气体入口，原料气体能够经原料气体入口喷射至高温等离子区。

进一步地，冷却装置包括冷却水腔、冷却水进口和冷却水出口，冷却水腔位于冷却段炉体的中空夹层，冷却水进口和冷却水出口设置于冷却段炉体，冷却水进口和冷却水出口分别与冷却水腔连通。

进一步地，反应段炉膛呈圆柱形，等离子枪设置于反应段炉膛的一端，原料气体入口和置换气体入口设置于反应段炉膛的侧面，原料气体入口靠近反应段炉膛设置有高温等离子枪的一端设置；冷却段炉膛包括过渡段和延伸段，过渡段呈圆台形，延伸段呈圆柱形；反应段炉膛、过渡段和延伸段的中心轴共线，反应段炉膛的长度小于过渡段和延伸段的总长度；过渡段的小端与反应段炉膛的一端连通，过渡段的大端与延伸段的一端连通，延伸段的另一端与烟道连通。