油爐法生產(chǎn)炭黑的節(jié)能措施探究

劉志棟

（惠生工程（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300100）

我國(guó)爐法碳黑生產(chǎn)始于20世紀(jì)50年代，改革開(kāi)放以后，由于吸收國(guó)外的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)炭黑產(chǎn)量穩(wěn)步上升。到20世紀(jì)90年代，我國(guó)爐法炭黑生產(chǎn)水平，無(wú)論是在技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量，還是在品種及產(chǎn)量均獲得較大發(fā)展。

1 炭黑生產(chǎn)方法及節(jié)能的重要性

油爐法炭黑分為油—油路線和油—?dú)饴肪€兩種，兩種生產(chǎn)工藝的不同主要在于提供熱源的燃燒介質(zhì)不同。油—油路線的燃燒介質(zhì)為乙烯焦油，油—?dú)饴肪€的燃燒介質(zhì)為焦?fàn)t煤氣或者天然氣。目前國(guó)內(nèi)炭黑企業(yè)油爐法炭黑的主要原料為煤瀝青油、蒽油及乙烯焦油等，主要燃料為乙烯焦油、焦?fàn)t煤氣及天然氣等[1]。

炭黑工業(yè)本身就是一種高能耗的化工產(chǎn)業(yè)[2]，油爐法炭黑生產(chǎn)所需原料本身就是能源。故此炭黑生產(chǎn)的節(jié)能降耗相當(dāng)重要的，也是國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整后提出的一項(xiàng)新的要求。在節(jié)能降耗的同時(shí)能夠?yàn)槠髽I(yè)降低成本，增加效益。

2 炭黑生產(chǎn)節(jié)能方式

從目前的炭黑工藝生產(chǎn)工程來(lái)看能夠采取的節(jié)能措施主要有三個(gè)方面：一是提高單線生產(chǎn)能力；二是提高炭黑產(chǎn)品的收集效率減少炭黑外漏；三是提高在生產(chǎn)過(guò)程中的余熱的利用率。采取的主要措施貫穿于炭黑生產(chǎn)的整個(gè)過(guò)程。其具體的節(jié)能措施主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

2.1 提高單條生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力

目前國(guó)內(nèi)炭黑單條生產(chǎn)線的生產(chǎn)由1987年的1.5萬(wàn)t/a的生產(chǎn)能力已經(jīng)發(fā)展到大多數(shù)企業(yè)采用的4萬(wàn)t/a的生產(chǎn)能力[3]，部分企業(yè)已經(jīng)達(dá)到8萬(wàn)t/a的生產(chǎn)能力。根據(jù)相關(guān)炭黑生產(chǎn)企業(yè)統(tǒng)計(jì)當(dāng)炭黑線的生產(chǎn)能力增加1倍后，各項(xiàng)公輔消耗的增加均在1倍以內(nèi)。具體參見(jiàn)表1：

表1 炭黑產(chǎn)能增加后各項(xiàng)公輔消耗指標(biāo)增加倍率

2.2 提高炭黑產(chǎn)品的收集效率減少炭黑外漏

使用高效袋濾器收集炭黑，效率高達(dá)99.98%以上，減少炭黑外漏。提高了炭黑收率，節(jié)約了原料油及燃料油，降低能耗。本項(xiàng)措施同時(shí)為環(huán)保做出貢獻(xiàn)。

炭黑生產(chǎn)過(guò)程中主要使用的袋濾器見(jiàn)表2。

表2 炭黑生產(chǎn)過(guò)程袋濾器的使用情況

2.3 提高在生產(chǎn)過(guò)程中的余熱的利用率

2.3.1 提高空氣預(yù)熱器的使用溫度

空氣預(yù)熱器是炭黑生產(chǎn)過(guò)程中主要的節(jié)能措施，提高預(yù)熱空氣的溫度能夠降低燃料的使用量。提高預(yù)熱空氣溫度效果見(jiàn)表3。

表3 提高空氣預(yù)熱溫度后效果比對(duì)表

提高空氣預(yù)熱器需要注意的是當(dāng)預(yù)熱器提高到較高溫度后，對(duì)預(yù)熱器的設(shè)備形式及其輸送熱風(fēng)管道的材料要求較為嚴(yán)格，在目前炭黑生產(chǎn)條件下較多的采用850℃預(yù)熱溫度。隨著研發(fā)的不斷深入部分設(shè)備供應(yīng)商已經(jīng)開(kāi)始加工制造900℃及950℃空氣預(yù)熱器，其結(jié)構(gòu)形式為了滿足設(shè)備高溫條件下應(yīng)力的要求采用浮頭式。這種空氣預(yù)熱的的加工精度要求相對(duì)較高，同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用要求較為苛刻，國(guó)內(nèi)部分生產(chǎn)廠家已經(jīng)開(kāi)始試驗(yàn)性的使用。

2.3.2 增加在線余熱鍋爐[4]

空氣預(yù)熱器煙氣出口介質(zhì)溫度較高，為了降低煙氣的溫度必須采取一定措施。傳統(tǒng)方法是直接噴入急冷水。這種方法的缺點(diǎn)是增加炭黑尾氣中的含水量，降低炭黑尾氣的熱值，增加尾氣加壓風(fēng)機(jī)的負(fù)荷及后續(xù)尾氣鍋爐工段引風(fēng)機(jī)的負(fù)荷。經(jīng)過(guò)多年的嘗試在噴入急冷水的位置設(shè)置在線鍋爐（固定管板式換熱器）不僅減少了急冷水的噴入量，還可以產(chǎn)生低壓蒸汽自用。同時(shí)提高尾氣熱值，降低了單位產(chǎn)品的能耗。

以上僅為炭黑生產(chǎn)過(guò)程中的主要節(jié)能措施，除此以外炭黑生產(chǎn)工程節(jié)能措施仍存在很大余地。

采用優(yōu)質(zhì)的保溫材料的傳統(tǒng)方式是不可或缺的。隨之材料科學(xué)的不斷創(chuàng)新，保溫材料不斷出新，特別是內(nèi)襯耐火材料的質(zhì)量及種類不斷增長(zhǎng)。這無(wú)疑對(duì)減少熱量散發(fā)到環(huán)境中起到了很大作用。

2.4 生產(chǎn)中可采用的其他措施

另外對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)形式及其工藝流程進(jìn)行改進(jìn)也是節(jié)能降耗的有效方式：

2.4.1 反應(yīng)爐結(jié)構(gòu)形式的改進(jìn)

炭黑反應(yīng)爐的結(jié)構(gòu)形式存在很大的改進(jìn)空間，根據(jù)炭黑生產(chǎn)企業(yè)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，炭黑反應(yīng)爐的外表面溫度均較高，增加內(nèi)襯耐火材料厚度無(wú)疑增加設(shè)備的制造成本，部分企業(yè)考慮此處增加夾套，通入冷水以降低內(nèi)襯耐火材料的厚度，同時(shí)可以產(chǎn)生蒸汽。此項(xiàng)研究正在進(jìn)行中。

2.4.2 炭黑尾氣的回用

國(guó)內(nèi)部分生產(chǎn)企業(yè)考慮將硬質(zhì)炭黑生產(chǎn)線的炭黑尾氣直接送至軟質(zhì)炭黑反應(yīng)爐進(jìn)行燃燒[5]。這樣降低了尾氣的輸送距離，降低建設(shè)投資，同時(shí)降低輸送過(guò)程中的熱量損失及其管道的沿程阻力損失。最重要是的通過(guò)炭黑尾氣的回用降低的輸送燃料油及其燃料氣的能耗。

2.4.3 利用炭黑煙氣干燥炭黑粒子[6]

目前少數(shù)炭黑企業(yè)將空氣預(yù)熱器出口的炭黑煙氣直接逆流通入炭黑干燥機(jī)中對(duì)炭黑粒子進(jìn)行干燥。利用干燥機(jī)降低炭黑煙氣的溫度。這種操作工藝節(jié)約了用于尾氣燃燒爐燃燒的炭黑煙氣的量，同時(shí)使熱量充分得到利用[6]。此技術(shù)為原大陸炭的專有技術(shù)。

由于國(guó)內(nèi)炭黑生產(chǎn)廠家的設(shè)備水平不一，使用原料各異，操作管理不同，各地區(qū)環(huán)境有所差異，所以造成的炭黑能耗差異較大。這就要求炭黑生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行調(diào)研，對(duì)比差異，找出不足。

［1］吳立峰,丁麗萍.炭黑應(yīng)用手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2008,7.

［2］王文堂.石油和化工典型節(jié)能改造案例[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2008,9.

［3］國(guó)毅.炭黑院開(kāi)發(fā)出4萬(wàn)t級(jí)炭黑生產(chǎn)線[J].2010,(19)：33-33.

［4］王文堂.化工節(jié)能技術(shù)手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2006,7.

［5］李學(xué)波，郭玉亮，黃敬彬.一種軟質(zhì)炭黑的制造方法[P].中國(guó)：CN101270234，2008,9,24.

［6］謝東源.炭黑的節(jié)能制造方法[P].中國(guó)：CN101469142，2009,7,1.