据中国国家知识产权局2026-07-17发布中国专利授权公告：江西黑猫炭黑股份有限公司开发的《多段式切向进风软质炭黑反应炉及软质炭黑生产工艺》，以专利授权公告号CN122405038予以公布；申请日为2026-03-18。本发明针对软质炭黑（以N660为代表）生产中经常出现的"炉壁冷凝结焦、温度场不均、产品指标漂移"三大顽疾，创新出一套"前段切向点火+中后段切向补风+交错45°成旋+末端急冷定形"的炉内流场重构方案，并用120天连续运行数据验证了结焦为零、单位能耗降15%、DBP与比表面积波动收窄到±2的工艺结果。
一、软质炉的老问题：低温壁面遇上长停留时间
软质炭黑要求"低反应温度、长裂解停留时间、低结构"。行业通行做法是炉法：燃料+一次空气在炉头燃烧形成高温燃气，原料油经中心喷枪雾化后入炉裂解。但软质工艺的风油比低、炉内轴向温度平台长，反应腔中后段壁面因距火焰中心远、受旋流覆盖弱，壁温常跌到原料油馏分冷凝点以下。
原料油雾化液滴一旦因径向速度分量甩向壁面，或裂解中间体在弱涡流区沉降，就会在320℃量级的耐火层表面冷凝、脱氢、缩合成焦；焦层越积越厚，不仅缩小流通截面、破坏旋流，脱落还变成筛余物污染产品。传统单切向或上下双切向进风，两股气流在炉头对撞耗能，中后段旋流衰减严重，死区恰恰落在结焦高发带。
二、炉型结构：两段切向、周向交错、前后分工
反应炉本体内部沿轴向分反应腔与末端反应终止腔，侧壁按位置分两套切向进风组件：
进风部设置在前段，距腔始端约0.3L处：这里的L是“反应腔总长度”，即反应腔从起始端（前端，原料油喷枪/燃烧端）到末端（接入反应终止腔的界面）的轴向总长度，单位为m。4个沿周向均布的进风口，与腔壁相切，导入燃料+一次空气，占总量70%，点燃后在前段建起初级旋流主反应区。
补风部设置在中后段，距腔始端约0.7L：4个沿周向均布的补风口，同样切向，与进风口周向错开45°，导入二次空气（占30%）或氮气/烟道气等调温介质；补风部可沿轴向设多组，组间周向再交错。
中心同轴机构：原料油喷枪居中，外套管为压缩风管，压缩空气辅助雾化；末端反应终止腔设急冷喷枪，喷雾化冷水瞬断裂解。
关键几何参数：进/补风口各4个、切向、周向角度差30°-90°（实施例取45°）、前段0.3L/中后段0.7L定位。这不是装饰性切向，而是用角度差制造初级旋流与次级旋流的剪切-掺混界面。
三、原理推演：为什么"错开45°补风"能灭结焦
切向进风在圆柱腔内产生旋流，切向速度vθ带来离心径向速度vr∝vθ²/r，把高温燃气甩向壁面形成"热衬风"。但单级旋流沿轴向衰减快，到0.7L处vθ可能只剩30%—40%，壁面热衬变薄，极易出现结焦。补风口在下游重新注入切向二次风，且周向偏45°——这意味着次级旋流的切向分量不与初级平行，而是以45°斜插进衰减中的旧旋流。矢量叠加后：
1.旋流重建：次级切向分量补足轴向衰减的vθ，壁面离心热衬风重新加厚；
2.剪切掺混：45°夹角在交界处产生周向剪切涡，把中心高温燃气持续泵向壁面，壁温被顶在原料油冷凝点之上；
3.径向动量交换：旋流不只在中心转，还在壁附近形成动态高温保护气膜，雾化油滴即使有径向位移也接触不到炉壁，从源头掐断"液滴接触炉壁→冷凝→结焦"的过程。
4.风量配比70/30也有讲究：一次风为主形成主火焰，二次风为辅不助燃烧只补动量；若炉内局部超温，补风口改通氮气/烟道气，既不增氧促裂解，又吸热带走峰值温度，避免软质炭黑因局部过热变硬，结构变高。
末端急冷喷枪则是第二道阀门：裂解完成瞬间把烟气砸到终止温度，固定晶核粒径与分支结构，不让后段残余温度继续生长聚集体。
四、工艺数据与产品验证
在开发成果实施例中，采用N660生产工艺，连续运行120天。反应腔壁无任何结焦现象，免去了传统炉型每1-2个月停炉烧焦的过程。产品的均一性大幅提升，DBP吸油值90±2 mL/100g（GB3778 N660标尺为90±5），氮吸附比表面积35±2 m²/g（标准带29—41），波动幅度只有国标允许波动范围的三分之一到四分之一。单位产品能耗较传统单切向软质炉降低15%以上——省掉的是结焦导致热阻上升后被迫加燃料的那部分无效热，以及停炉清焦的影响。补风介质在"二次空气/惰性调温气"之间切换，配合进风角与风量独立调节，同一座反应炉可平移到生产N774等其他软质牌号。
五、产业含义：把"防结焦"从操作经验变成几何约束
常规的生产工艺，为了防止反应炉结焦，靠的是调节风油比、挪动油枪位置、控制急冷位置。黑猫公司的这项发明，把凭经验调整工艺参数转变化成可复制的炉体的几何结构与风量分配：前段70%切向建旋、中后段30%错角补旋、45°周向差、0.3L/0.7L定位、末端急冷。对年产10万吨级软质生产线而言，15%能耗降幅与120天零结焦直接反映出燃料费与检修费的双向节省，而产品DBP/比表面积±2的窄带波动，正是轮胎内胎、胶管客户最在意的批次稳定性。
从CN122405038的权利要求项来看，它既保护了炉体结构（多段切向+交错角+同轴雾化+急冷腔），也保护工艺方法（70/30配风+三维螺旋气流+急冷终止），相当于把"软质炉怎么不结焦"这道难题，从工艺操作层面改变成了设备结构改进。总之，这项发明是采用一种多段式切向进风软质炭黑反应炉及软质炭黑生产工艺，包括反应炉本体、进风部和补风部，反应炉本体内形成有沿其长度方向延伸的反应腔，进风部设置于反应炉本体对应反应腔的前段位置，进风部包括多个沿反应炉本体周向均匀分布的进风口，进风口的进风方向与反应腔的腔壁相切，进风口用于向反应腔中引入燃料和一次空气，为原料油裂解提供热源和基础含氧环境；补风部设置于反应炉本体侧壁对应反应腔的中后段位置，位于进风部的下游，补风部包括多个沿反应炉本体周向均匀分布的补风口，补风口的进风方向与反应腔的腔壁相切，补风口用于向反应腔中引入二次空气和/或调温介质。这项开发成果从根本上避免了原料冷凝结焦的难题，进一步提升产品均一性。
