炭黑生产工艺设计与设备.docx

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1、前言一、炭黑的开展史在近代石油化工原料中，炭黑是人类最早知道的重要产品之一，古时称为“食、”烟食”或松烟”，食”这一名称一直沿用至十九世纪末叶，自1872年近代炭黑工业出现之后，才逐渐被“炭黑这一名词所代替。我国是世界上生产炭黑最早的国家，距今三千年前殷代的甲骨文就是利用烟食制墨记载的文字，我国古代的大量竹简也都是用墨写成的，魏代的韦诞（公元176-257年）就是从事炭黑制造（目的是用炭黑做制墨的优质原料）的能手。三国时，魏国的曹植（公元192-232年）就有“墨出青松之烟的记载。到了公元三世纪的晋朝，制造松烟炭黑的手工业生产已经相当普遍，南唐时（公元十世纪），我国开场使用桐油及其他动植物油，

2、在空气缺乏的情况下点灯，使油不完全燃烧，将炭黑凝聚在陶质的烟碗下收集,以制取优质的炭黑。我国古代学者贾思勰、沈括、贯之、宋应星等在他们的著作中，局部包括着并总结了我国古代劳动人民生产炭黑的丰富经历，也曾作出了很大奉献。【齐民要术】是公元六世纪以后贾思勰的的代表著作，是世界上最早记述炭黑性质、用途的科学史，在该书中对炭黑的性质和要求做了这样的描述：“此物至轻微，不宜露筛，喜失飞去，不可不慎。这些同近代关于炭黑具有高度的散性、细小的胶体粒子的特点是相当吻合的。北宋出色的学者沈括，在【梦溪笔谈】一书中，首先提出了从石油制取炭黑的方法，并通过自己的亲自实践，证明这种由石油制取的炭黑所制成的墨，“墨光如

3、漆松烟不及也而且还科学的预见到石油制取炭黑的开展前途。这一精辟的见解已为近代油炉法炭黑的飞跃开展所证实，在宋代贯之所著的【墨经】中不但对制造松烟的方法有详细记载，而且还对当时的技术经历做了概括的总结。名末的学者宋应星在1637年所著【天工开物】一书中，对炭黑生产设备和影响炭黑质量的因素都作了论述，宋应星所记述的烟窑上部是圆顶，“如舟中雨蓬式，每隔位数节，开有小孔出烟这样的构造设计是十分科学的，可以说是近代炭黑制造装置的雉刑。炭黑的制造，据日本及欧美各国文献记载，是由我国传入日本、东方各国，然后传到希腊、罗马，最后传入欧洲的。公元十六世纪后，德国、法国、英国等国家，开场以焦油、猪油、树脂等为原料

4、制取食。1864年美国开场以人造气体经过燃烧，以石板为收集面，用刮板刮下而获得优质食这和我国古代所使用的方法基本上是一样的，直到1872年世界上才首次实现了炭黑规模生产，同时出现了“炭黑这一术语，这就是近代墨工业的开端，1982年创造了槽法炭黑，1944年出现了高耐磨炭黑，五十年代后期，中超耐磨炉黑，通用炉黑等相继出现，到目前为止仅橡胶用炭黑的品种就已达四十余种。二、炭黑及其种类1、什么是炭黑在现实生活中，人们往往对炭黑缺乏了解，因为只有当炭黑配合于其他物质作为一种助剂而很少单独使用，如橡胶中，制成轮胎等制品才能显现出重要作用。其实炭黑、石墨、木炭等虽然同是由碳组成的黑色物质，但他们在内部构造

5、上是不一样的，工业炭黑乃是由泾类（即碳氢化合物）不完全燃烧而制得的具有高度分散性的黑色粉末状物质，它主要有碳元素组成，其微晶具有准石墨构造。“炭黑一词，实际上是包括着各类用途的炭黑产品内的总称，每一种炭黑均有其特定的物理化学性质，这种性质与所使用的原料、燃烧裂解过程、生产方式和操作条件严密相关，把炭黑在真空或惰性气体中经高温处理，其粒子的准石墨微晶构造趋向石墨晶体的有序排列，称为石墨化炭黑，这不但对炭黑粒子微观构造研究具有理论意义，而且在碳素工业中也有实际用途。2、炭黑的分类及命名到目前为止尽管世界各国对炭黑的分类和命名进展了不少工作，但还没有一种被普遍采用的，以各种产品物理化学性质为根基的、

6、统一的、合理的分类及命名法，炭黑的分类方法在我国按以往的习惯，大体上说来可归纳为两类：按制造方法分类及按用途和使用特点分类。（1）、按制造方法分类按制造方法可将炭黑分为接触法炭黑、炉法炭黑、和热解法炭黑三类，其接触法炭黑按原料和生产过程不同分为槽法炭黑、槽法混气炭黑（也称混气炭黑和粗炭黑和滚筒法炭黑三种。(2)、按用途和使用特点分类按用途和使用特点也可以把炭黑分为三类：橡胶用炭黑、色素炭黑和导电炭黑，其中橡胶用炭黑根据其使用特点，如：操作工艺性能、制品的耐磨和补强性等又可分为快压出炭黑、高空伸炉黑、半补强炉黑，通用炉黑等。3、炭黑的用途炭黑是现代国民经济中不可缺少的重要产品之一，目前全世界的炭

7、黑年产量已高达四百余万吨，绝大局部用于橡胶工业，其余那么用于油墨、涂料及其他国名经济的许多部门中，炭黑对交通运输业的开展、国防建设和农业机械化起着重要作用，(1)、在橡胶工业上的运用橡胶工业所用的炭黑约占整个炭黑产量的90%以上，主要用于各种类型的轮胎，每制造一条普通的汽车轮胎就需要10公斤左右的炭黑。在橡胶用炭黑中，约有四分之三以上的炭黑用于轮胎的制造，其余那么用于其它橡胶制品，如胶带、胶管、胶鞋等炭黑在橡胶中的用量之多，主要是由于它具有优异的所谓“补强能力。(2)、在油墨工业上的应用炭黑是黑色印刷油墨的主要原料，近代的油墨多使用优质的色素炭黑，使用优质炭黑制成的印刷油墨字迹清晰，色泽鲜明，

8、对各种报刊的印刷质量影响很大，直接与人民的文化生活严密相关，用途广泛，其中新闻墨用炭黑占全部油墨用炭黑的70%左右，新闻墨中合有11T3%的炭黑，每印刷一吨报纸要消耗约16公斤的新闻墨。油墨工业对炭黑的主要要求是黑度，色相、流动性、粘度、枯燥性、触变性等，各种油墨由于使用目的不同，对炭黑的要求不尽一样。(3)、在涂料工业上的应用涂料就是我们通常所说的油漆，炭黑具有对化学物质、光、热的稳定性，这是其他的黑色无机原料和有机黑色染料不可对比的。炭黑配合于涂料中，具有反响性小、黑度高，耐候性好，着色率高等特点。高级的色素炭黑用于合成树脂，漆中可以作为轿车的面漆，也可用于自行车，缝纫机，及仪表的装饰漆，

9、具有导电性的炭黑可作为水溶性电泳涂漆的底漆。4、在塑料工业上的应用塑料中使用碳黑主要做炭黑的作色剂，填有炭黑的塑料，受热时变形小，制品的尺寸变化小，可提高其刚性、硬度、导电性、导热性及耐腐蚀作用等。更为突出的是，它具有防辐射、防紫外线和抗氧化的作用，塑料中炭黑的配合量，一般为2.75%5、其它应用除了上述炭黑的主要用途之外，炭黑还用于干电池、电碳制品、电器及电子元件、硬质合金、高纯石墨、印染、静电摄影、感光胶片、火药、水泥、皮革、润滑脂、铸造农业等各部门中，在这些部门中，炭黑的用量虽少，往往作用很大。炭黑的构造形态和生产工艺一、炭黑的构造形态炭黑粒子内部构造是若何的呢对炭黑粒子内部构造的X射线

10、衍射研究证明炭黑粒子中的炭黑原子是以三角平面构成二度有序的层平面的网状排列。对炭黑粒子内构造研究的重大进展，是近年来采用所谓相衬电子显微技术，应用这种技术，在电子显微镜的荧光屏上可直接观察到炭黑粒子内部构造细节，在炭黑的内部构造中，只有热裂炭黑呈球状，层平面围绕一个核心分布，其余的炭黑那么是由层平面围绕多个核心分布在聚熔体中。一个旋转核心所形成的粒子犹如树干截面的年轮，一层层的展开来，但不是很规整，看上去存在着像弯曲的石墨层的连续网格。炭黑的形态是近年来提出的新概念，早期虽然没有明确提出“形态一词，实际上早已采用“粒径和”构造来表征炭黑的形态，我们日常见到的炭黑乃是许多炭黑粒子的聚集态，炭黑粒

11、子是这样的小，以致我们用肉眼基本不能分辨出来，甚至用最精细的光学显微镜也难于分辨，只是从1940年才首次用电子显微镜测得了炭黑的粒子大小和形态。当用电子显微镜测定炭黑的粒子大小时，只是热烈炭黑的粒子较大，呈球状或像桔子那样的椭球状，并能够单独的分开来，具有清晰的轮廓，其它炭黑，尤其是炉法炭黑并非球形，而且单个的炭黑粒子也是罕见的，同一种炭黑，其粒子大小不一样，通常所指的炭黑粒径是用电子显微镜照片中粒子大小的统计平均值表示的。中超耐磨炉黑的生产工艺由于炭黑种类繁多，但生产设备和工艺流程都大同小异，在此介绍中超耐磨炉黑的生产过程和主要设备。一、工艺流程经脱水和预热的原料油，呈汽化或半汽化状进入反响

12、炉中，天然气或煤气经风机升压，输送至炭黑反响炉，由切向喷入，空气由空气风机升压，在空气预热器下，使其预热到350摄氏度进入反响炉，供雾化原料和助燃用，原料油雾滴在1500-1600摄氏度，高温燃余气中，经一系列换热设备，冷却至450摄氏度，送入旋风别离器和滤袋器中，以便炭黑和燃余气别离，从袋虑器排出的尾气，可用作锅炉燃料，产生蒸气或带动汽轮机发电，这样既节省了局部能源，也使生产效率得到提高。往风别离器11和袋滤器12收集的炭黑，经风筛机除去杂质后，由风送系统送入造粒2段，粉状炭黑经造粒机13造粒后，由埋刮板输送机20和斗式提升机14经磁选机16后送入炭黑贮仓，贮仓中的炭黑，经自动称量机21称量

13、，以纸袋方式包装。1、操作要领生产操作要领主要包括，开气前的准备、开气顺序、正常停气操作和故障处理等。开汽前的准备、新炉必须按条件升温到一定温度（1750摄氏度）左右,旧炉炉温要达IOoO-1200摄氏度以上。、检查各岗位设备、管线、阀门、和仪表是否正常、检查油嘴、水嘴的雾化情况，流量是否符合工艺要求、开动油泵、原料油经计量罐循环，管式炉点火，预热原料、翻开鼓风机放空阀，启动鼓风机，使空气通入空气预热器中、检查油预热器出口的油温是否到达工艺要求、开气顺序、翻开放空压盖（或水封帽）、废热锅炉给水、安装好缺向喷热器，通入夹套冷却水、通入切向风，火把放入炉内并通入切向燃料、先少量通入轴向风，安正油枪

14、，逐渐加大风量和油量、启动送风机、联控装置、袋滤器、筛选机、磁选机、造粒机、埋刮板输送机、斗式提升机和尾气风机、当炉后已升温到一定程度后，适当调整急冷水量，盖好放空压盖、停气操作、炉前回流旁通阀全开，关闭轴向油阀，停顿进油，轴向风放空，取出油喷枪，抽出冷水嘴。、翻开煤气风机回流阀，关闭切向煤气阀、翻开空气风机放空阀，关闭切向风阀、用石棉绳或橡胶石绵板堵住反响炉口，使炉内缓慢降温、翻开空气预热器放空阀，关闭尾气风机进口蝶阀、切断空气风机、夹套水泵、废热锅炉上水泵、煤气风机电源、将管式炉各看火门空气调节门，烟囱翻板全部翻开、用蒸汽吹扫所有油管线，待设备冷却后，放净所有夹套和管路中的水、断电操作、迅

15、速关闭反响炉切向煤气阀和管式炉燃料气阀、关闭入炉油阀，翻开油回流旁通阀，关闭入炉轴向和切向风阀，取出油喷枪、用蒸汽吹扫管式炉对流断和辐射段油管，蒸汽连续通入，再抽出急冷水喷嘴、将总空阀烟囱翻板，防爆孔全部翻开，关闭空气风机出口阀、切断各电源、断水操作、翻开炉前油回流旁通阀，关闭轴向入炉油阀，轴向放风空，取出油枪，抽出急冷水喷嘴、翻开煤气风机回流阀，和空气风机放空阀，关闭切向煤气阀和切向风阀、减少炉内燃料供给并用石棉绳或橡胶石棉板堵住反响炉口，使炉温缓慢下降、翻开空气预热器放空阀，关闭尾气风机进口蝶阀2、原料油炭黑原料油主要分石油和煤焦油等两类，煤焦油等油料，如油、防腐油等历来是理想的炭黑原料，用这种油料生产的炭黑，收率较高，质量较好。但随着炭黑需求增加，原料有需要量剧增，煤焦油等油量在数量上远远满足不了需求，为了寻求更多资源和充分利用资源，必须专门加工或从石油化工副产油料中寻找适宜的石油等油料。炭黑原料油是复杂的碳氢化合物，芳香烧含量是炭黑原料油最重要的质量指标，为了降低炭黑成本，炭黑工业应尽量选用廉价的高芳煌原料。由于我国炼产多为燃料油型，催化裂化油浆，催化裂化循环油和催化裂化澄清油料外，目前世界上广泛采用溶剂抽提法，热烈化法专门生产石油等炭黑原料油，随着石油化工技术的开展，乙烯焦油也是炭黑原料的重要来源。3、主要设备、反响炉生产超耐磨和高耐磨炉黑的反响炉主要有