[发明专利]一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法

说明书

本发明提供一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法，属于炭黑制备技术领域。包括：1)富甲烷气和氢气进入等离子反应器发生等离子体裂解反应，裂解气通过旋风分离器和布袋除尘器分离收集大部分固体炭黑；2)含有少量炭黑的气体由底部进入洗涤塔，经水洗后气体从塔顶排出，同时洗涤塔上部引出气体进入静电除尘器进行电除尘处理，进一步清除微细炭黑颗粒后，再返回洗涤塔下部；3)塔顶气体经PSA分离出副产品氢气，烃类和少量氢气返回等离子反应器，塔底液体和静电除尘器出来的炭黑水经过滤后，过滤水返回洗涤塔，过滤出的炭黑经干燥后作为产品收集。本发明原料利用率高，炭黑收率高，产物纯净，有利于减少炭黑废水的排放，实现清洁生产。

技术领域

本发明属于炭黑制备技术领域，具体为一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法。

背景技术

炭黑生产方法主要有不完全燃烧和热裂解等方法。不完全燃烧法主要包括炉法和槽法。其中，油炉法和槽法的工艺成熟，是较为常用的生产炭黑的方法。尽管目前生产的炭黑品种已有上百个，但制备出具有高附加值(高导电性、高比表面积)的炭黑的制备工艺也并不成熟。热裂解法主要包括热裂法、乙炔法和等离子体法。热裂法是一个不连续的制备炭黑方法，由于反应炉温度较高，炭黑初级粒子在成核的过程中充分生长，所得的炭黑颗粒粒径较大、团聚严重，无法得到较多的高结构炭黑。乙炔法的原理与热裂法相似，但主要原料是乙炔气体。乙炔法制备所得的炭黑结构高且导电性好(电阻率较低)，可广泛用在抗静电产品领域或者导电橡胶和塑料的制品中。乙炔法制备得到的炭黑主要用在干电池的生产中。等离子体法是通过等离子体发生器产生的热量加热反应炉，使其达到极高的温度，使得原料烃(气态烃、液态烃或固态烃)裂解来连续生产炭黑的方法。该方法具有温度高，能量集中等优点，很适合创造炭黑的生成环境。

目前我国炭黑生产市场主要集中在低档产品，普通橡胶用炭黑产能过剩，而在高档炭黑产品中，比如绿色轮胎需要的低滚动阻力炭黑、高性能色素炭黑、导电炭黑、高端汽车橡胶制品配件炭黑等，仍被国外公司占领了全球市场。

发明内容

本发明的目的在于提供一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法，本发明在保证获得炭黑高收率的同时，开发出一套高效、环保的炭黑生产、分离净化工艺。本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法，所述方法以富甲烷气和氢气为原料，采用等离子体裂解的方法制备炭黑。

具体地，一种等离子体裂解富甲烷气制炭黑的方法，包括以下步骤：

1)富甲烷气和氢气进入等离子反应器发生等离子体裂解反应，裂解气通过旋风分离器和布袋除尘器分离收集大部分固体炭黑；

2)含有少量炭黑的气体由底部进入洗涤塔，经水洗后气体从塔顶排出，同时洗涤塔上部引出气体进入静电除尘器进行电除尘处理，进一步清除微细炭黑颗粒后，再返回洗涤塔下部。静电除尘器的作用是进一步将水洗后的气体中微细炭黑颗粒除干净，净化后的气体返回洗涤塔下部，静电除尘器出来的炭黑水通过后续的过滤对炭黑进一步回收，提高产品炭黑的收率。

3)塔顶气体通过PSA分离出副产品氢气，烃类和少量氢气返回等离子反应器，塔底液体和静电除尘器出来的炭黑水经过滤后，过滤水返回洗涤塔水洗用，过滤出的炭黑经干燥后作为产品收集。烃类和少量氢气作为原料返回等离子体反应器，可以节约原料，提高原料利用率，塔底液和静电除尘器出来的炭黑水过滤是为了对含少量炭黑的气体中的炭黑进行再次回收，从而提高产品炭黑的收率。

进一步，所述富甲烷气包括天然气、炼厂气、页岩气、煤层气、焦炉气、热解煤气以及可气化含碳原料。

进一步，所述可气化含碳原料为煤焦油、乙烯焦油、重油、生物质、生活生产废油中的一种或多种。

进一步，所述甲烷与氢气的摩尔比在1:5-3:1，优选为1:2-2:1。

进一步，所述等离子体裂解温度为1000-2000℃，优选为1200-1800℃。