[发明专利]应用分解反应器生产炭黑的方法及其装置

说明书

本发明涉及一种与应用烃类气体热分解反应器有关的生产炭黑的方法及其装置，尤其涉及一种等离子喷嘴，其中反应器被设计成带有穿过反应室壁的混合物/气体入口的被限定的绝热室。用等离子喷嘴分解烃类的一种已知方法是设置进一步处理反应产品或分解产品的反应室。已知的这种反应器如生产己炔的反应器。这些反应器也被用于生产炭黑和氢。在这种场合，将反应器调到特定的温度，以便使最终产品获得特定性能。

人们还知道沿着反应器的壁送入特定气体的方法，以便防止形成沉积，以及以便冷却器壁。

然而在这些已知的反应器中无论哪一种反应器，就其结构而言所生产的炭黑质量都不够高。这可能是因为在反应器内形成了各种不同的温度区域，而导致碳不受控制地生长，使最终产品的质量不够标准。为了防止沉积，用沿着反应器壁导入气体的办法又出现了类似的副作用，并产生了对产品有害的温度区域。不使用这种气体，在反应器壁上沉积的问题就频繁出现，这就需要停车清理，以使反应器重新工作。这些问题导致反应器间断操作，从而增加了操作费用。

本发明的目的是提供一种利用分解反应器能够有力地控制所获得的具有规定的物理性能的炭黑的方法。本发明的另一个目的提供一种能够连续操作，精确控制整个反应器内的温度的上升的生产炭黑的分解反应器及其装置，在反应器内可对任何混合物进行控制，以及利用该装置从而获得具有所需求的质量和物理性质的炭黑。

这些目的通过应用上述类型的分解反应器的本发明的生产炭黑的方法及其装置来实现，其特征在于按照本发明的方法以及装置利用所述的分解反应器可以生产具有规定物理性能的炭黑。本发明的方法是将分解反应器与等离子炬相连并装有通过反应器壁的供料通道，除去来自等离炬的分解产物外，还将另外的加热气体和/或烃类气体从供料通道于1000-2000℃的温度从反应器侧壁引入反应器空间的上部区域并将较低温度的气体从反应器的下部的一个或多个进料点送入反应器，其供料量是受到控制以便使反应器内达到预定的温度分布使通入的烃类气体分解成炭黑和氢气而沉积在来自等离子烃的炭黑上，形成符合要求性能的颗粒。按照本发明的方法所使用的生产炭黑的装置，其中包括与等离子炬形式的热分解室相连的绝热的分解反应器，在器壁上设有供入气体的供料通道，该供料通道包括引入烃类气体和/或加热介质的通道，在该通道上装有温控装置以在反应器内建立起符合要求的温度区域，该供料通道与设有阀门并用来交替供入加热介质，优选为氢或烃类气体的管道相连。

采用本发明的反应器，能够对加入所用反应室的附加原料和温度条件进行控制，通过反应器，可向最终产品提供所需要的混合物。本发明人意外地发现，通过混入附加原料，即在反应室内加入烃类气体，可控制所生成的炭黑的结构。在反应室内被分解的烃类气体最好是天然气或甲烷，应是非常纯的烃类混合物，以便在反应器内主要获得完全纯的碳和氢。在喷嘴内生成的炭黑流入反应器室并在其中散开。按照本发明，将送入的附加天然气或甲烷予热到所须的温度，例如，可通过反应器壁上的入口或与流出反应器空间的产品气流的热交换来实现。甲烷在反应器中分解的方式类似于来自喷嘴的甲烷，但因有温差存在，这些已经生成的碳粉粒将充当晶核，通过反应器侧壁加入的分解的碳将沉积在这些晶核上，并长成较大的炭黑粉粒或碳粉粒。通过控制送入反应器室的烃类气体的量，通过控制附加碳原料的进料温度和通过在几个不同的温度区进行混合，可控制碳粉粒的沉积和生成，使炭黑结构在来自等离子喷嘴的碳的晶核上生成。严格控制温度条件、混合物和温度区，就能调节被生产的炭黑所需要的精确的结构条件。

反应室内的控制机理也可以是这样一种类型，即可不必向反应器室内送入附加的烃类气体，而只以保持所生产的炭黑的结构的这样一种方式来影响其温度，让生产的炭黑在其通过反应室的路上按所需要的速度冷却，以使其不受温度变化的不可控制的或不利的影响。

反应器室内可以同样地送入混合物，这些混合物也会沉积在炭黑上，并具有所需的影响炭黑应用范围的作用。

下文将用只以附图示意地表示的一个实施例详述本发明，该附图表示本发明反应器的设计原理。

附图示出了反应器室的基本原理，这可使本领域的普通技术人员借助公知的方式开发出技术解决方案。如图所示的这类反应器室的原理与申请人的挪威专利申请914904所述的原理相同。该反应器用标号1表示。2表示等离子喷嘴。进入反应器的分解产品，炭黑和氢用3和箭头表示。分解产品在反应器内将自行分散，碳组分则受温度条件的影响而生长。