专利名称：用于生产碳黑的热交换器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及可用来比方说生产碳黑的热交换器。本发明还涉及碳黑生产工艺以及实现该工艺的设备，该设备包括所述热交换器。
碳黑一词指天然气或石油的不完全燃烧或热分解所生成的粉末状碳。按照生产方法的不同可生成不同种类的碳黑，即所谓的槽法碳黑、炉法碳黑和热解碳黑(也称热碳黑)。
槽法碳黑的特点是pH值低、挥发组分的含量高以及粒子之间的链状结构少。在工业生产的所有碳黑材料中，它的粒度最小而在胶态微粒的范围内。它的主要用处是在橡胶中用作增强材料，从而提高橡胶的耐磨性和抗油形。
热解碳黑由较粗的粒子构成，主要用作颜料。用天然气生产的炉法碳黑的粒子大小介于上述两者之间，而用石油生产的炉法碳黑的粒子大小可控制在很大范围内，特别适合于增强合成橡胶。炉法碳黑是最重要的碳黑，比其他两种碳黑用得多得多。本发明专门涉及炉法碳黑，在本申请中简称为“碳黑”。
市场上的碳黑为颗粒状或膏状粉末。这些粉末装在多层纸袋或有衬桶中。碳黑在橡胶轮胎或其他耐磨橡胶制品中用作添加剂。在塑料中它用作增强剂、遮光剂以及用来提高导电率和吸收紫外线。此外，比方说在复印墨粉、打字机的色带、颜料中也使用碳黑。
图1和2所示碳黑(即炉法碳黑)生产设备除了图2中支撑板15之外都是公知的。燃烧空气从管道1流入一管式热交换器2的顶部，在其中预热后在燃烧室9和燃烧反应器3中与油燃烧。经预热的空气经管道5流入该燃烧室。油经管道4加入到燃烧反应器3中。空气量等于油完全燃烧所需氧气的理想配比量的约50％，从而生成碳黑。也可把水注入反应器3中，以便影响最终产物的质量。悬浮有碳黑的废气从热交换器的顶部经管道6导出后经一通常用水冷却的冷却器7流到一通常装有织物袋过滤器的过滤装置8。在该过滤装置中，碳黑与气流完全分离，气流然后经一止回阀16在一设备11中净化后从一烟囱12排入大气中。
从图2中可更清楚看出热交换器2的结构。该热交换器为管式热交换器，其中有许多从一端通到另一端的垂直管子13。燃烧生成的高热气体在这些管子中上升而被从进口1流入、沿炉壳14中管子13外部向下流向出口5的空气冷却。管子13的进口处的温度约为1000℃，沿管子外部流动的燃烧空气可被预热到约800℃。这些情况会对热交换器的材料造成最严酷的应力。热交换器所受最大机械应力的部位是炉壳底部，而该处的金属温度可达900℃。
图4示出所测得的炉壳14的温度分布。当内部压力约为1巴、炉壳直径约为2000mm、塔高约为13m时，这意味着必须使用很厚的炉壁，因为材料强度在这些温度下仅为约5N/mm2。在停工时间炉壳很容易不稳定，因此变形问题急待解决。由于变形造成的停工事故也时有发生，从而成本大大提高。因此，极需降低炉壳的温度，以便改善工作条件，提高炉壳强度，避免不稳定问题。
该热交换器的另一个问题是管子13中会积碳。因此，所流入的环境温度或稍高温度的空气冷却管壁和燃烧后的气体，燃烧后的气体在管子13的进口达到平衡，因此在管子内部过度冷却，从而按照Boudoir反应可生成碳。如此生成的碳与燃烧后气体中的碳一起会造成管子积碳。减少积碳的一种方法是降低该气体的过度冷却程度，即提高管壁温度。这可通过预热流入管道1中的空气予以实现。但是，炉壳底部的温度会更高，从而炉壳底部所受应力进一步加重。
因此，本发明的主要目的是减小管式热交换器、特别是生产碳黑的热交换器的炉壳所受的热应力。
本发明的另一个目的是防止热交换器管子中积碳。
本发明的另一个目的是延长热交换器在生产碳黑时的使用寿命以及减少所述热交换器发生故障的次数。
本发明的另一个目的是提高该热交换器的效率。
为实现这些和其他目的，按照独立权利要求的特征部分把该热交换器构作成具有双层炉壁。
下面结合附图例示性而非限制性地说明本发明。附图中图1简示出上述公知的碳黑生产设备。
图2示出上述现有热交换器(支撑板15除外)。
图3示出本发明热交换器。
图4分别示出图2和图3热交换器的炉壳温度。
本发明热交换器占据与图1流程图中公知热交换器相同的位置。它的底部有一燃烧空气(热交换空气)的进口1’。该空气的温度最好在室温与约100℃之间。该热交换器包括一围成一室16的圆形横截面炉壳14’。该炉壳的尺寸一般很大，例如直径约为2m、高10-15m，内置50-150根管子13’。与该热交换器的其他部分相同，炉壳的制作材料最好为耐火不锈钢。该热交换器的顶部和底部分别有用陶瓷之类合适绝热材料制成的圆形端壁17和18。按照本发明一优选实施例，底部端壁18上有一支撑板或支撑集管15，该集管有一进口19和一出口20，最好为空气的冷却介质流过该支撑集管，使该热交换器尽可能与温度极高的蒸发室10(约为1000℃)隔热。
热交换管13’垂直伸展在整个室16中。这些管子的直径比方说为5-10cm。它们的底端焊接在套管21中，它们的顶端考虑到管子的热胀冷缩插入在收紧的伸缩套管22中。在底部流入管子13’的气体的温度为900-1100℃，而在管子出口处被冷却到500-800℃、一般约为650℃。
本发明的一个主要特征是，该热交换器包括设置在外层炉壁14’内部、与外层炉壁同轴的第二层或内层炉壁23，从而在炉壁14’与23之间形成一环形空间29。这一内层炉壁最好放置在支撑板15上，或者，若没有支撑板，则直接放置在端壁18上。此外，炉壁23是密实的，即气流无法透过。内层炉壁23的顶端靠近端壁17，从而在端壁17的底面与内层炉壁的顶边之间形成一间隙24。可用两炉壁之间的钢条支撑和稳定内层炉壁。这些钢条还可使两炉壁之间的间隙在整个高度上保持不变。
内层炉壁的底部装有一供经预热的燃烧空气流出的出口管道25，该出口管道与管道5连接。这两个管道的温度为600-1000℃、一般约为800℃。
为了使流入的燃烧空气分布到整个环形空间29中，在进口1’的高度处设置一圆柱形罩26，使得该外层炉壁14’的径向外部有一扩大部27，为从进口1’流入的燃烧空气留出空间。
从进口1’流入的空气分布到罩26的外部，然后流过空间29的环形开口28，该空间的宽度最好为3-10cm。随着空气在空间29中向上流动，它冷却这两个炉壁，从而被内层炉壁加热。当空气到达间隙24时，它的温度为150-400℃、例如250℃左右。外层炉壁的顶部的形状做出一加宽部30，以便当空气转向成向下流动时减小压力降损耗。在空气到达管子13’时己在一定程度上预热，因此管子中的气体不会象现有技术中那样过度冷却。从而防止管子中积碳。此外，一个惊人的优点是管子外部的热交换得到改善，因为如上所述，管子外部的空气已被预热，从而体积大大增加，这转而造成空气流速的提高。最后，经预热的空气从穿过罩26和内层炉壁23上的对齐的孔的出口管道25流出。
与图2所示热交换器比较，本发明热交换器的热效率大大提高。因此，在相同流率和温度下，管道6中的气体的温度大大降低。而且，热交换器外部的绝热必要性也大大降低。
此外，有负载的外层炉壁上的热应力大大减小。图4示出，按照现有技术(图2)，炉壳底部的温度达900℃，然后在13m高度处减小到约100℃；再参见图4，这些温度由于去荷的内层炉壁而大大下降，因此底部处的最高温度约为640℃。
权利要求
1.管式热交换器，特别是用来生产碳黑的管式热交换器，包括一由一圆筒形外层炉壁(14’)和两端壁(17，18)围成的圆柱形室(16)以及从一端壁到另一端壁穿过整个圆柱形室(16)的许多根管子(13’)；该热交换器上有一进口(1’)和一出口(25)供气体在管子(13’)的外部流动，其特征在于，该热交换器还包括一与外层炉壁(14’)同轴地设置在该外层炉壁内部的圆筒形炉壁(23)，从而在这两个炉壁之间形成一两端开口的圆筒形间隙空间(29)，从进口(1’)流入的空气在与管子(13’)接触前流过该间隙空间(29)。
2.按权利要求1所述的热交换器，其特征在于，在空气进口(1’)的同一高度上装有一罩(26)，使流入的空气扩散到该圆筒形间隙空间(29)中。
3.按权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，该室(16)与底部端壁(18)之间装有一支撑板，其上有一进口(19)和一出口(20)，从而冷却介质可从中流过。
4.按上述任一权利要求所述的热交换器，其特征在于，管子(13’)的底端夹紧或焊接在套筒(21)中，而管子的顶端插入套筒(22)中，其可使管子(13’)由于热胀冷缩而进行伸缩。
5.碳黑生产设备，包括一油燃烧室(9)、一燃烧反应器(3)以及一用所述燃烧反应器中所生成的气流预热送到该燃烧反应器的空气的热交换器，其特征在于，该热交换器按上述任一权利要求构作。
6.碳黑生产工艺，按照该工艺，油在一燃烧室(9)和一燃烧反应器(3)中与空气燃烧，该空气在一管式热交换器中与该燃烧反应器中所生成的高热气流进行热交换而被预热，然后该气流从该热交换器经一管道流到一分离设备处理所形成的碳黑，其特征在于，流入该热交换器的空气在与热交换器管(13’)接触前首先冷却该热交换器的外层炉壁(14’)。
7.按权利要求6所述的工艺，其特征在于，流入该热交换器的空气首先流过其两端开口的一圆筒形间隙空间(29)，该间隙空间由该外层炉壁(14’)和一位于该外层炉壁内部的内层炉壁(23)形成。
8.一种管式热交换器，包括一与第一和第二端壁连接而形成一室的圆筒形壁结构件；该室中从一端壁纵向伸展到另一端壁的许多根管子，这些管子用来输送气体；以及与该室连通、供热交换空气分别流入和流出该室的一空气进口和一空气出口，该热交换空气在该室中流动时与这些管子进行热交换；该圆筒形壁结构件呈空心状，从而形成一从该进口沿纵向伸展到该室的空气通道，从而热交换空气在接触这些管子前与该壁结构件的一壁部进行热交换。
9.按权利要求8所述的管式热交换器，其特征在于，该进口在邻近该室的第一端壁处与该空气通道连通，而该空气通道在邻近第二端壁处与该室连通。
10.按权利要求9所述的管式热交换器，其特征在于，这些管子把气体从第一端壁输送到第二端壁。
11.按权利要求10所述的管式热交换器，其特征在于，该出口位于邻近第一端壁处。
12.按权利要求8所述的管式热交换器，其特征在于，该壁结构件包括其间形成该空气通道的沿径向相间距的内壁与外壁。
13.按权利要求12所述的管式热交换器，其特征在于，进一步包括一与该室同轴伸展的圆筒形罩，该罩位于该进口与该空气通道之间，用来扩散从该进口流入的空气。
14.按权利要求12所述的管式热交换器，其特征在于，该进口在邻近该室的第一端壁处与该空气通道连通，而该空气通道在邻近第二端壁处与该室连通，一集管沿纵向位于第一端壁的外部，供冷却介质流过邻近第一端壁处的管子的端部。
15.按权利要求12所述的管式热交换器，其特征在于，邻近第二端壁处的的管子的端部活动地插入在套筒中，以便允许这些管子热胀冷缩。
16.生产碳黑的装置，包括一油燃烧室，包括第一空气进口和一油进口；一与该油燃烧室连通的燃烧反应器；以及一热交换器，包括一与第一和第二端壁连接而形成一室的圆筒形壁结构件；该室中从一端壁纵向伸展到另一端壁的许多根管子，这些管子与该燃烧反应器的出口连通而输送从该燃烧反应器流出的高热气体，与该室连通、供热交换空气分别流入和流出该室的第二空气进口和一空气出口，该热交换空气在该室中流动时与这些管子进行热交换，该出口与该油燃烧室的第一空气进口连通，该圆筒形壁结构件形成一从第二空气进口纵向伸展到邻近第二端壁处的该室的一端的空气通道，从而热交换空气与该壁结构件的一壁部进行热交换而把热量从该壁结构件的第一端传导到其第二端。
17.按权利要求16所述的装置，其特征在于，该壁结构件包括在其间形成该空气通道的沿径向相间距的内壁和外壁。
18.一种碳黑生产工艺，包括下列步骤A.燃烧空气与油或天然气的混合物，生成燃烧气体，B.在从一热交换器的一室的第一端伸展到第二端的管子中输送该燃烧气体，C.使热交换空气流过该室而与这些管子进行热交换，从而预热该空气，D.使步骤C生成的热交换空气在步骤A中与油或天然气混合，以及E.在步骤C前，使热交换空气在一由该热交换器的一壁结构件形成的通道中流动，该热交换空气从邻近该热交换器的第一端处流入该通道，从而把热量从该壁结构件的第一端传导到其第二端。
19.按权利要求18所述的工艺，其特征在于，该热交换器呈圆筒形，两壁部在其间形成一圆筒形空间，步骤E包括使空气在流入该室之前在该通道中沿纵向流动，该空气在该室中的流动方向与在管子中流动的高热空气相反。
全文摘要
一种用来生产碳黑的管式热交换器,包括一由一圆筒形外层炉壁(14’)与两端壁(17,18)围成的圆柱形室(16)和从一端壁到另一端壁穿过该整个圆柱形室(16)的许多根管子(13’)。该热交换器上装有一进口(1’)和一出口(25)供气体在这些管子(13’)的外部流动。而且,该热交换器还包括一设置在该外层炉壁(14’)内部、与该外层炉壁同轴的圆筒形炉壁(23),从而在这两个炉壁之间形成两端开口的一圆筒形间隙空间(29)。从该进口(1’)流入的该气体在与这些管子(13’)接触之前流过该间隙空间(29)。其优点是该外层炉壁被冷却,管子中的积碳减少。
文档编号F28D7/00GK1203659SQ9619865
公开日1998年12月30日 申请日期1996年11月29日 优先权日1995年12月4日
发明者约兰·贝里隆德, 乌尔夫·埃里克松 申请人:埃德默斯顿公司