中国国家知识产权局2026-05-29发布中国发明专利授权公告：中石油上海新材料研究院有限公司联合中国石油天然气股份有限公司研发出一种新型炭黑反应炉及配套生产工艺，以国家发明专利授权公告号CN122107379予以公布；申请日为2024-11-29。

炭黑作为橡胶补强、塑料着色、导电材料等领域的核心基础原料，其表面缺陷率是决定高端应用性能的关键指标——低表面缺陷的色素炭黑着色强度更高，导电炭黑电阻率更低，但传统炉法生产工艺长期受限于冷却环节的固有缺陷：现有炭黑反应炉普遍采用向高温炭黑喷射急冷水的方式实现快速降温，虽然冷却效率达标，但高温下水蒸气会与炭黑表面发生氧化反应，破坏碳粒子的晶格结构与表面活性位点，导致表面缺陷率显著升高，无法满足高端色素炭黑、导电炭黑的品质要求。针对这一行业共性技术瓶颈，中石油上海新材料研究院有限公司联合中国石油天然气股份有限公司研发出一种新型炭黑反应炉及配套生产工艺，通过“膨胀冷却”替代传统水冷，从根源上解决了冷却环节对炭黑表面的损伤问题。

该反应炉，其沿物料输送方向依次由燃烧段、混合段、反应段、冷却段及停留段同轴串联构成。其中冷却段为核心创新单元，采用“扩径结构+内置阻流器”的组合设计：扩径结构为锥度35°~90°的喇叭形通道，内径最大值可达反应段的2.5~5倍，沿物料流向通流面积逐步扩大；阻流器通过四向支架固定于扩径结构中心，由流线型整流罩、基座及内部冷却组件构成，整流罩外径为反应段的1~1.7倍，其迎流面距反应段与冷却段交界处的距离为反应段内径的0.9~1.1倍，与扩径结构内壁之间形成环形流动通道，该通道通流面积显著小于扩径结构上游客段。高温炭黑从反应段进入冷却段后，首先在扩径结构中因容积扩张实现初次降压降温，随后被迫挤入狭窄的环形通道，流速骤升、压力进一步降低，通过绝热膨胀效应将温度降至1350℃以下，全程无需接触任何气态或液态冷却介质，彻底避免了水蒸气对炭黑表面的氧化侵蚀。为保障阻流器长期稳定运行，整流罩内部设有蛇形循环冷却夹套，可通入脱盐水对阻流器本体进行降温，防止高温变形损坏。

配套生产工艺与设备结构深度适配：预热后的原料油通过混合段内分级布置的油枪注入，沿流向油枪插入深度逐步增加，确保与燃烧段产生的火焰充分混合；反应段维持3.5~5.5米的长度，为烃类裂解、成核、生长提供充足反应时间；冷却段通过膨胀冷却实现无损伤降温后，炭黑进入停留段完成结构稳定化。实施例验证显示，该工艺生产的色素炭黑在吸碘值（217 mg/g）、吸油值（59 ml/100g）与传统水冷工艺相当的前提下，着色强度达118%，较传统工艺提升10%；生产的导电炭黑电阻率仅4.9 Ω·m，较传统工艺降低40%以上，表面缺陷率显著降低。该技术既保留了炉法工艺的高效生产能力，又突破了高端炭黑的品质瓶颈，无需大规模改造现有产线即可实现升级，尤其适用于对表面质量要求严苛的特种炭黑生产，为炭黑行业向高附加值、低碳化方向转型提供了关键装备支撑。