[发明专利]生产炭黑的方法和装置

说明书

发明的领域

本发明涉及生产炭黑的新方法和装置。

背景

炭黑可用作颜料、填料、增强剂、以及各种其它用途，并在配混和制备橡胶组合物和塑料组合物时广泛用作填料和增强颜料。炭黑一般根据其性能，包括(但不限于)它们的表面积、表面化学、聚集体尺寸、和粒径来表征。炭黑的性能通过本领域已知的测试进行分析确定，包括碘吸收表面积(I₂№)、氮吸收表面积(N₂ SA)、邻苯二甲酸二丁酯吸收(DBP)、碎炭黑的邻苯二甲酸二丁酯吸收(CDBP)、鲸蜡基三甲基溴化铵吸收值(CTAB)和着色值(TINT)。

炭黑可在炉型反应器中通过将烃原料用热燃烧气体热解成包含粒状炭黑的燃烧产物而制成。一般采用各种生产炭黑的方法。

在一种例如示于美国专利3401020(Kester等人)或美国专利2785964(Pollock)(以下分别称作“Kester”和“Pollock”)的炭黑反应器中，将燃料(优选烃类)和氧化剂(优选空气)注入第一区并反应形成热燃烧气体。另外将气态、蒸气或液体形式的烃原料注入该第一区，在此开始热解该烃原料并因此形成炭黑。这时，热解是指烃的热分解。其中发生热解的所得燃烧气体混合物随后经过一个反应区，在此完成炭黑的形成反应。

用于生产炭黑的另一种工艺装置称作组合式或分段反应器。组合式(分段)炉炭黑反应器一般描述于美国专利重新发行№28974和美国专利3922355，在此将其作为参考并入本发明。

在某些炭黑生产工艺中，将加入该工艺的所有氧化剂的一部分在原料注入点的下游加入。美国专利4105750公开了一种生产对于给定粒径具有较低结构(由较低的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸收值表示)的炭黑的方法。在所公开的工艺中，将加入该工艺的一部分氧化剂在原料注入点下游的位置上加入。

WO93/18094公开了一种生产炭黑的方法，其特征在于，向反应器中加入辅助氧化剂物流，使得该辅助氧化剂物流不会影响炭黑颗粒和聚集体在反应器中的形成。在所公开的实施例中，采用辅助氧化剂物流得到的炭黑的DBP吸收值低于在没有辅助氧化剂物流时采用相同反应条件所得炭黑的DBP吸收值。

其它专利如美国专利3607058、3761577和3887690也描述了生产炭黑的方法。

炭黑反应器中的温度可以是2400°F(1315℃)-3000°F(1648℃)或更高。通过例如描述于前述专利的方式将附加氧化剂和/或二次空气注入反应物流中，一般可提高反应物流的温度，而且可将空气注入点定域中的反应物流的温度提高至远高于3000°F(1648℃)。该温度极限可能会损坏反应器的耐火衬里和/或缩短反应器耐火衬里的使用期，尤其是在附加氧化剂注入区附近。

因此，将附加氧化剂和/或含烃流体物流加入流出物以尽量减少反应器中耐火问题的方法和装置是有利的。

还有利地需要一种生产炭黑的方法和装置，其中通过将附加氧化剂和/或含烃流体物流加入流出物中来提高由该方法所得炭黑的结构，表现为该炭黑在给定表面积下具有较高的DBP吸收值。

本发明的方法和装置可实现前述优点以及其它优点，本领域普通技术人员根据以下描述显然可以看出。

尽管已描述了炉炭黑反应器的一般种类和工艺，但应该理解，本发明可用于任何其它的其中炭黑通过烃的热解和/或不完全燃烧而制成的炉炭黑反应器或工艺。

本发明的概述

本发明提供了特别适用于生产炭黑的方法和装置。

本发明的一个方面涉及用于覆盖气流的方法和装置。用于覆盖气流的方法可包括将流体物流加入该气流的外周附近。用于覆盖气流的装置可包括中空容器、用于将该流体物流加入该容器内部的入口、以及让该流体物流离开该容器的出口。出口可包括一个环形缝或多个喷嘴。优选的是，该容器是环状的，即，为环状，但其它形状也是可能的。该环形缝或出口喷嘴可位于容器的圆周附近。

另一方面，本发明提供了一种生产炭黑的方法，包括，用流体物流覆盖流过反应器的气流。反应器中的气流可包括燃烧气流和/或流出物流，其通过将生产炭黑的原料加入燃烧气流中而形成。覆盖优选在将原料加入燃烧气流之后进行。流体物流优选包围燃烧气流和/或流出物的外周，该流体物流位于燃烧气流和/或流出物与反应器壁之间。

另一方面，本发明提供了生产炭黑的方法。按照本发明，一种生产炭黑的方法包括：将流体物流在原料注入点之后轴向加入反应器中。流体物流可以上述方式加入。