[发明专利]一种炭黑的制备方法

说明书

本发明涉及一种炭黑的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)焦油的预处理：以焦油为原料，在焦油中加入分散剂、结构抑制剂，制备得到处理的焦油；(2)将步骤(1)中得到的焦油采用反方向的高压射流装置进行对射，对射后形成湍流流体体系，使之形成纳米雾化液滴，同时随热空气吹入燃烧室快速进行碳化反应，再进入反应室进行热解；(3)热解后，通入急冷水冷却，收集生成的炭黑，造粒，干燥后制备得到最终产品。本发明采用撞击流技术，通过剪切力的作用将能量分散发挥到最大，不断剪切形成微小焦油液滴，从而高效率利用天然气能量，同时撞击流产生的涡流剪切力可以减少炭黑的聚集，提高了转化率。

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体的涉及一种炭黑的制备方法，特别是涉及生产过程采用撞击流的方法制备炭黑的方法。

背景技术

炭黑作为一种无机化工原料在人们的日常生活中有着广泛的应用。由于世界经济与交通运输的快速发展，人们对汽车等高档产品的需求日益增加，由此带动了以轮胎为主的橡胶工业蓬勃发展，炭黑在橡胶领域的主要作用是做补强剂与填充剂，其在橡胶工业中的消耗量占总产量的89.5％。虽然炭黑市场广阔，但是目前炭黑生产技术面临着严重的污染和能耗问题。世界范围内的炭黑生产技术大致可分为三类：接触法、热裂解法以及油炉法。前两者由于能耗大、污染重、天然气原料紧张，市场竞争激烈等因素而逐渐被淘汰，油炉法生产目前占生产领域的95％以上，是当前最主要的生产方法。油炉法工艺最主要的特点是在反应炉前部通过燃料油在空气中燃烧形成1800℃以上的高温，焦油在高温裂解下生成炭黑，同时喷入急冷水急剧冷却。由于此时生成炭黑温度高，因此需要经过换热器与空气换热后在进入布袋除尘器收集炭黑，换热后形成的热空气进入反应炉前部燃烧，从而节约能量。虽然如此，PVT国际炭黑有限公司研究表明，油炉法工艺中，只有50％以下的显热被直接利用于炭黑生产，而且在反应中生成氮氧化物与硫氧化物。以青岛赢创化学有限公司的油炉法制备炭黑为例，余热锅炉前尾气氮氧化物可达1150mg/m³，硫氧化物可达650mg/m³以上。

近年来，一些创新性的炭黑生产技术逐步显现。例如，法国米卢斯大学的琼巴普蒂斯特多纳特教授以及Trellebory公司的弗兰克卡泰尔多工程师，研发了两种全新炭黑制备技术：等离子法和伽马射线法，利用高密度能流打断碳氢键，分离力得到炭黑。两种工艺虽有技术上的优势，但收率低，单位能耗更高，不适宜大规模工业化生产。

整体而言，世界范围内革新性生产技术仍未出现，而是主要围绕油炉法进行单炉产率提升、喷射口不同形态的预改进、热回收降耗以及减排环保问题进行研究。利用产量大、成分复杂的焦油进行炭黑的制取，同时满足节能降耗，寻求经济上可持续发展的新技术已迫在眉睫。撞击流法生产技术首先由Elperin提出，随后在Tamir研究中得到极大的发展。其原理是相互对撞的流体不仅具有很大的相对运动速度，同时在撞击处能够产生高湍动强度的混合区，其原理是两股反相流体高速撞击，结果在加速管之间形成一个高速湍动的撞击区域，流体在撞击面上轴向速度趋近于零并转为径向流动，颗粒可籍贯性的渗入反向流，并在开始渗入的瞬间相对速度达到极大值，随后在湍流作用下通过漩涡的形成、相互作用和消亡，将能量从最大尺度分散到最小尺度。简单说来，就是有序的流体流动会形成一个个的漩涡，这些漩涡会相互作用，分裂成更小的漩涡，然后更小的漩涡继续相互作用，如此等等，这种作用的好处是将能量点不断地向物质内部全方位立体发散，使机械能或其它形式的能量充分作用到微观尺寸，实现能量的内部传递。经过多年研究，撞击流技术在粉体干燥、气体吸收、液液萃取、颗粒制备等诸多领域得到了应用。在工业应用中，撞击流的设备结构简单、操作方便，应用前景广阔。如专利CN202010128216.1中报道了利用撞击流制备超细硫酸钡的方法；专利CN201920397326.0中报道了采用撞击流强化制备壳聚糖抑菌纳米微球；专利CN201710177813.1报道了采用撞击流的方法提取胶原蛋白。已经证明，撞击流是强化相间传递，尤其是外扩散传递过程最有效的方法之一，传递系数可比一般方法提高数倍到十几倍，这一特性受到普遍关注。近年来，人们开始将这一特性用于制取超细粉体等，已显示出巨大应用潜力，该领域的研究有迅速增长趋势。

发明内容