[发明专利]一种掺混生物焦油生产炭黑的方法

说明书

本发明属于炭黑生产技术领域，具体涉及一种掺混生物焦油生产炭黑的方法：将经过预处理的生物焦油掺混到炭黑原料油中形成混合油，然后在工作气体I的作用下与高温热载体发生炭化反应得到炭化气相产物和炭化固相产物；炭化气相产物经气固分离和精细过滤后一部分用于生物焦油的预处理，炭化固相产物经过多次气固分离得到炭黑产品和失活的、含有部分炭黑产品的热载体；失活热载体在工作气体II的作用下进行再生。本发明从根源上解决了生物焦油难以直接用于炭黑生产过程的原料匹配和工艺调控等难题，并减少了过程中外源性物质和能源消耗，具有良好应用前景。

技术领域

本发明属于炭黑生产技术领域，具体涉及一种掺混生物焦油生产炭黑的方法。

背景技术

炭黑是一种无定形和质地松软的工业碳产品，广泛应用于橡胶、涂料、油墨、塑料等领域，其中接近90％用作橡胶补强剂。一般认为，炭黑粒子越小，比表面越大，微晶尺寸越小，微晶缺陷和不饱和电荷就越多，炭黑表面活性就越高，当粒径小于50nm时补强效果较好。传统生产炭黑方法包括灯烟法、槽法、滚筒法、混气法、气炉法、油炉法等，其中油炉法生产的炭黑占总产量90％以上。但油炉法需要通入燃料油来获得较高的热解温度，能耗较大，运行成本较高，而且燃烧形成的大量烟气造成燃气热值降低，难以有效利用。

为了解决上述问题，一种是采用热解的方法回收炭黑(中国专利CN203269867U、CN209602456U、CN109233349A)，但这种方法得到的炭黑粒子结构遭到破坏，质地发硬，颗粒粗大，表面能和活性极低，应用价值不高。将回收炭黑通过固相或液相表面化学改性可在一定程度上改善与橡胶相容性(中国专利CN110564184A、CN10950413A、CN110283616A)，但热解炭黑无论经过如何处理，原始炭黑结构和粒径都已经不存在了，很难恢复原始炭黑补强效果。另一种是采用催化裂解的方法降低油炉法生产炭黑的温度。姜旭等提出了基于化学链原理的热解煤焦油制取炭黑新方法，通过比较发现Fe₂O₃载氧体在900℃下既能有效的催化焦油C-H键断裂，且其晶格氧与炭黑发生气化反应的概率低，促进炭黑的生成，远低于油炉法的1400℃，但使用的载氧体在反应过程中存在价态变化，会造成反应过程复杂难以控制，而且整个系统能源供给并没有考虑(姜旭,王翠苹,张龙龙.化学链热解煤焦油制备炭黑过程竞争性反应分析,青岛大学学报(工程技术版),2015,30(4):110～115)。中国专利CN110591418A公开了一种等离子逆流裂解气态烃制备炭黑的方法，通过调整火炬与原料喷射路线的对应关系，精确控制原料裂解所需要的温度、气氛及停留时间，通过在电极材料中添加催化活性组分提高炭黑的品种及品质，但等离子反应器消耗电能耗较高且电极材料容易损耗，造成等离子运行维护成本偏高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种掺混生物焦油生产炭黑的方法，该方法从反应促进方面将生物质热解焦油的提质过程与炭黑的生产过程进行有效耦合，从能量提升方面将原料油炭化吸热与热载体燃烧放热进行有效集成，从根源上解决了生物焦油难以直接用于炭黑生产过程的原料匹配和工艺调控等难题，形成了掺混生物焦油生产炭黑的新工艺，并减少了过程中外源性物质和能源消耗，具有良好应用前景。

本发明是这样实现的，提供一种掺混生物焦油生产炭黑的方法，包括如下步骤：

1)将经过预处理的生物焦油掺混到炭黑原料油中形成混合油，然后在工作气体I的作用下与高温热载体发生炭化反应得到炭化气相产物和炭化固相产物；

2)将步骤1)得到的炭化气相产物经气固分离和精细过滤后一部分用于步骤1)中生物焦油的预处理，炭化固相产物经过多次气固分离得到高品质炭黑产品和失活的、含有部分炭黑产品的热载体；

3)将步骤2)得到失活热载体在工作气体II的作用下进行再生。

优选地，步骤1)中，所述生物焦油为生物质热加工处理得到的液体重质油，包括热解过程形成的热解焦油、液化过程形成的液化重油、催化转化过程形成的裂解焦油中的一种或多种；