一种导电炭黑的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种导电炭黑的制造方法，其炭黑反应炉依次连接燃烧段、混合段、反应活化段、急冷段和滞留段，在所述燃烧段采用双切向燃烧室，以缩短燃烧段的长度；在所述混合段设有由混合段的轴向、径向喷入的原料油枪，集中雾化，提高油蒸汽截面分布均度，制造炭黑结构高，提升了炭黑的导电性能；使用大容积的反应活化段，使其具有较低湍流度，较长反应时间，同时向正在进行的反应物中喷入活化剂，制造小原生粒子，大且粗糙比表面积，表面洁净的炭黑，控制炭黑性质，制取低粉体电阻率的导电炭黑。本发明专利技术方法制造的导电炭黑的炭黑原生粒子小(比表面积大)，粒子数量多，网状链堆积紧密，离域π键电子自由移动的概率高，电子跃迁更活跃，导电性能好，能够在高分子聚合物中形成较好的炭黑导电的隧道索桥效应。炭黑导电的隧道索桥效应。炭黑导电的隧道索桥效应。

【技术实现步骤摘要】
一种导电炭黑的制造方法


[0001]本专利技术涉及炭黑生产设备
，具体涉及一种导电炭黑的制造方法。

技术介绍

[0002]绝大多数的高分子聚合物都是绝缘体，譬如橡胶、塑料、涂料，都是依靠导电炭黑的良好的导电作用赋予制品导电或防静电性能。导电炭黑是一个系列产品，不同品种的导电炭黑本身具有不同的电阻率；不同的导电炭黑掺入不同的高分子聚合物，经过不同的加工工艺则具有不同的电性能。
[0003]炭黑的微观结构是由一个或多个围绕晶核同心取向的石墨平面层连成的连续网络组成的单元。从一个颗粒到相邻颗粒的石墨层取向同炭黑单元的外形一致，而在晶核里的石墨层是随机取向的。每一个聚集体都有其独特的外形，它们各向异性，是不规则的。炭黑单元的有序程度介于结晶和无定形碳之间的形态，视为石墨的准晶体。在炭黑中，石墨层中每个碳原子以sp2杂化轨道与三个相邻的碳原子形成三个等距离的键，未参与杂化的sp2轨道还有一个孤电子，与石墨层的方向垂直，每个碳原子的sp2轨道的孤电子相互重叠，形成离域π键，这些离域电子在整个碳原子平面内自由移动，导致了石墨在平行于片层的方向上有良好的导电性，既炭黑本身是半导体。导电炭黑是将炭黑的导电性优化的炭黑品种。
[0004]炭黑的生成反应是吸热反应(除乙炔炭黑外)。燃料完全燃烧生成高温燃余气，原料油在高温燃余气提供的热动能的作用下，原料油吸热，裂解生成炭黑。炭黑原生粒子小(比表面积大)，需较高能级且数量较大的裂解能。如何方便、快捷、经济地生产比较面积大、结构性高、容易构成密度较大的空间网格、π电子能在由一次结构(聚集体)和二次结构(附聚体)形成的导电回路上自由移动、有利于在聚合物中形成隧道索桥导电结构的导电炭黑成为困扰本领域技术人员的难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术为克服上述现有技术所述的缺陷(不足)，提供一种制取导电炭黑的炭黑反应炉。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：
[0007]一种导电炭黑的制造方法，其炭黑反应炉依次连接燃烧段、混合段、反应活化段、急冷段和滞留段，在所述燃烧段采用双切向燃烧室，以缩短燃烧段的长度；
[0008]在所述混合段设有由混合段的轴向、径向喷入的原料油枪，集中雾化，提高油蒸汽截面分布均度，制造炭黑结构高，提升了炭黑的导电性能；
[0009]使用大容积的反应活化段，使其具有较低湍流度，较长反应时间，同时向正在进行的反应物中喷入活化剂，制造小原生粒子，大且粗糙比表面积，表面洁净的炭黑，控制炭黑性质，制取低粉体电阻率的导电炭黑。
[0010]优选的，用分散控制系统数学模型控制燃烧段(1)的燃烧火焰温度在1500
‑
2100℃，并用总燃烧率C数学模型控制反应活化段(3)的反应温度在1500
‑
1800℃，生成小原生粒
子炭黑；
[0011]所述分散控制系统数学模型为F/A＝f(ta、tf、fcom)，式中：F—燃料油质量流量、A－过程空气质量流量、ta－过程空气温度、tf－燃料油温度、fcom－燃料油组成；
[0012]所述分散控制系统数学模型为NSA＝f(C)，式中：C－总燃烧率，NSA－炭黑氮吸附比表面积。
[0013]优选的，通过在大容积的反应活化段向正在反应的反应物中喷入水、液氮、水蒸气或氮气，并采取后移急冷水枪位置的方法，控制炭黑聚集体表面生成微孔和微孔度，调整炭黑的导电性能。
[0014]优选的，所述活化段中水蒸气流量与过程空气质量流量的比值在5
‑
20％。
[0015]优选的，所述急冷段采用缩口式管状结构，提高气体流速强化急冷水的雾化和汽化，终止炭黑反应并定型生成高质量的导电炭黑。
[0016]优选的，在所述混合段设有1支轴向原料油枪和2
‑
12支偶数的相对布置的径向原料油枪。
[0017]优选的，所述急冷段的内径从急冷段到滞留段逐渐缩小，所述滞留段的内径大于所述急冷段的最小内径。
[0018]本专利技术采用上述技术方案，其优点在于：本专利技术方法有效减短燃烧段长度，提高油蒸汽截面分布均度，较低湍流度，较长反应时间，调整炭黑导电性，制造小原生粒子，大且粗糙比表面积，表面洁净的炭黑，以制取低粉体电阻率的导电炭黑。
[0019]本专利技术方法制造的导电炭黑的炭黑原生粒子小(比表面积大)，粒子数量多，网状链堆积紧密，离域π键电子自由移动的概率高，电子跃迁更活跃，导电性能好，能够在聚合物中形成较好的高分子隧道索桥导电效应。
附图说明
[0020]图1是本专利技术整体示意图。
[0021]图2是本专利技术的燃烧段示意图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0023]结合图1
‑
2所示，本实施例一种导电炭黑的制造方法，其炭黑反应炉依次连接的燃烧段1、混合段2、反应活化段3、急冷段4和滞留段5，在所述燃烧段1采用双切向燃烧室，以缩短燃烧段1的长度；
[0024]在所述混合段2设有由混合段2的轴向、径向喷入的原料油枪，在所述混合段2设有1支轴向原料油枪和2
‑
12支偶数的相对布置的径向原料油枪，在混合段2喷入原料油后瞬间汽化，提高油蒸汽截面分布均度，制造炭黑结构高，提升了炭黑的导电性能；
[0025]使用大容积的反应活化段3，使其具有较低湍流度，较长反应时间，同时向正在进行的反应物中喷入活化剂，制造小原生粒子，大且粗糙比表面积，表面洁净的炭黑，控制炭黑性质，制取低粉体电阻率的导电炭黑。
[0026]原料油在高温燃余气提供的热动能的作用下，原料油吸热裂解生成炭黑，喷入一次急冷水以终止炭黑生成反应，确定了炭黑的比表面积。用分散控制系统数学模型控制燃
烧段1的燃烧火焰温度在1500
‑
2100℃，并用总燃烧率C数学模型控制反应活化段3的反应温度，所述活化段3里水蒸气流量与过程空气质量流量的比值在5～20％，控制炭黑生成温度在1500
‑
1800℃，生成小原生粒子炭黑，微孔减小了微晶的质量，相同质量的炭黑，粒子数量多，网状链堆积紧密，离域π键电子自由移动的概率高，电子跃迁更活跃，提高了导电性能；微晶周边成开放边缘，引起了键角变形和基面翘曲，增强了高分子聚合物中炭黑导电的隧道效应；
[0027]炭黑除了炭黑粒径(比表面积)性质外，还有结构性，炭黑结晶之间在高温温度场熔融，聚成链状或葡萄串结构。这就是炭黑的一次结构。随着炭黑反应，能级的降低，炭黑的一次结构之间在范德华力的作用下，相互粘接，生成二次结构。用炭黑吸油值表征炭黑的结构。吸油值越大，炭黑结构性越高，容易构成密度较大的空间网络，π电子能在由一次结构(聚集体)和二次结构(附聚体)形成的导电回路上自由移动。有利于在聚合物中形成索桥导电结构。高结构炭黑索桥导电效应好。
[0028]通过在大容积的反应活化段3向正在反应的反应物中喷入水、液氮、水蒸气或氮气，并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电炭黑的制造方法，其炭黑反应炉依次连接燃烧段(1)、混合段(2)、反应活化段(3)、急冷段(4)和滞留段(5)，其特征在于，在所述燃烧段(1)采用双切向燃烧室，以缩短燃烧段(1)的长度；在所述混合段(2)设有由混合段(2)的轴向、径向喷入的原料油枪，集中雾化，提高油蒸汽截面分布均度，制造炭黑结构高，提升了炭黑的导电性能；使用大容积的反应活化段(3)，使其具有较低湍流度，较长反应时间，同时向正在进行的反应物中喷入活化剂，制造小原生粒子，大且粗糙比表面积，表面洁净的炭黑，控制炭黑性质，制取低粉体电阻率的导电炭黑。2.根据权利要求1所述一种导电炭黑的制造方法，其特征在于，用分散控制系统数学模型控制燃烧段(1)的火焰温度在1500
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2100℃，并用总燃烧率C数学模型控制反应活化段(3)的反应温度在1500
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1800℃，生成小原生粒子炭黑；所述分散控制系统数学模型为F/A＝f(ta、tf、fcom)，式中：F—燃料油质量流量、A－过程空气质量流量、ta－过程空气温度、tf－燃料油温度、fcom－燃料油组成；所述总燃烧率C数学模型为炭黑氮吸附比表面积NS...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄敬彬，陈林东，梁世钦，
申请(专利权)人：茂名环星新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：