ينقسم مفاعل الكربون الأسود إلى خمس بطانات رئيسية: غرفة الاحتراق، والحلق، وقسم التفاعل، وقسم الإخماد، وقسم الاحتجاز.
الوقود المستخدم في مفاعل الكربون الأسود هو في الغالب النفط الثقيل، والمواد الخام المستخدمة هي الهيدروكربونات. أثناء إنتاج الكربون الأسود، تكون أجواء احتراق الوقود في المفاعل معقدة، حيث تتحلل المواد الخام حرارياً، وينتج عن رش الكربون الأسود المبرد، والأشياء الناتجة عن التحلل الحراري للوقود والمواد الخام تفاعلات فيزيائية مختلفة مع الطوب الحراري المستخدم في البطانة.
1. متطلبات اختيار الطوب الحراري المقاوم للحرارة
يمكن أن تصل درجة حرارة تشغيل بطانة المفاعل إلى 1600 ~ 1700 درجة، وتكون سرعة تدفق الهواء الساخن في الفرن سريعة بشكل خاص. تكون درجة الحرارة في نهاية الحلق أعلى من 1700 درجة، وهناك أيضًا تآكل في تدفق الهواء. تصل بعض المناطق ذات درجات الحرارة العالية إلى 1900 درجة. في بعض الأحيان يتم إيقاف تشغيل الفرن واستبدال منتجات مختلفة لأسباب تشغيلية، وسيدخل بخار الماء في تدفق الهواء إلى بطانة الفرن ويفجر خط أنابيب النفط.
إن الغلاف الجوي المعقد لبطانة المفاعل سوف يتسبب في تعرض الطوب الحراري للبطانة للإجهاد الحراري مما يؤدي إلى تقشيره. بالإضافة إلى ذلك، فإن الرماد الناتج عن التحلل الحراري للوقود والمواد الخام يسبب أيضًا تآكلًا كبيرًا وتلفًا للطوب الحراري.
لذلك، يجب أن تتمتع الطوب الحراري المستخدم في تبطين مفاعل الكربون الأسود بقدرة حرارية عالية، وثبات حراري جيد، وكثافة حجم عالية، ومسامية منخفضة. كما يجب أن تكون مقاومة للتآكل الناتج عن درجات الحرارة العالية والتآكل القوي الناتج عن تدفق الهواء.
2. الطوب الحراري المستخدم بشكل شائع
تنقسم الطوب الحراري المقاوم للحرارة المستخدم عادة في تبطين مفاعل الكربون الأسود إلى:طوب السيليكا والألومينا, طوب كوروندومطوب كوروندوم الكروم وطوب حراري مقاوم للزركونيوم. تشمل طوب السيليكا الألومينا طوبًا عالي الألومينا والموليت وطوب كوروندوم وما إلى ذلك؛ طوب كوروندوم الكروم عبارة عن طوب حراري مركب يحتوي على مكونات كروم مختلفة ومُسخن في درجة حرارة عالية، ويشمل طوب الزركونيوم منتجات كوروندوم الكروم والطوب المحتوي على أكسيد الزركونيوم.
3. أنواع مختلفة من الطوب الحراري عند درجات حرارة مختلفة
هناك أيضًا بطانات مفاعل سوداء كربونية تستخدم الطوب المركب من كربيد السيليكون للبناء، وستستخدم المناطق ذات درجات الحرارة المنخفضة الطوب عالي الألومينا أو الطوب الطيني للبناء. في نطاق درجة الحرارة من 1550 إلى 1750 درجة، يتم دمج موليت كوروندوم مع الطوب الحراري الحراري. في المنطقة التي لا تتجاوز فيها درجة حرارة منطقة التبريد 1300 درجة، يتم استخدام الطوب عالي الألومينا مع محتوى الألومنيوم بنسبة 65-70٪ للبناء. في المنطقة التي تتراوح فيها درجة الحرارة من 1750 إلى 1925 درجة، يتم استخدام الطوب الكروم كوروندوم المقاوم للصدمات الحرارية للبناء.
باختصار، يتم استخدام أنواع مختلفة من الطوب الحراري المصنوع من مواد مختلفة في مناطق ذات درجات حرارة مختلفة، بحيث أنه حتى لو تم خفض تكلفة الإنتاج، يمكن تلبية احتياجات استخدام بطانة الفرن.
