淺析炭黑尾氣的余熱回收與利用

張佳

摘 要：炭黑生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的低熱值廢氣，如果直接排放大氣，將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。炭黑尾氣的回收利用，不僅實(shí)現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)部循環(huán)經(jīng)濟(jì)，節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)進(jìn)一步消除了炭黑尾氣中的有害氣體、粉塵對(duì)環(huán)境的污染，是實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。該文就炭黑尾氣的特性及組成進(jìn)行分析，并對(duì)炭黑尾氣余熱回收利用進(jìn)行簡述，并測算了炭黑尾氣余熱發(fā)電可以帶來的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益。

關(guān)鍵詞：炭黑尾氣 余熱回收 利用 效益

中圖分類號(hào)：X7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）01（c）-0106-02

炭黑是橡膠工業(yè)重要的補(bǔ)強(qiáng)原材料，能改善膠料的耐磨性和拉伸強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于制造各種類型的輪胎和其他橡膠制品。據(jù)統(tǒng)計(jì)，炭黑總消耗量的89.5%用于橡膠工業(yè)；其余10.5%的炭黑用于塑料、化纖、油墨和涂料等非橡膠工業(yè)。我國炭黑工業(yè)的發(fā)展是隨著汽車、輪胎工業(yè)的快速發(fā)展而不斷壯大的。炭黑生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的低熱值廢氣（炭黑尾氣），其中含有毒有害氣體、易爆氣體以及炭黑粉塵，如果直接排放大氣，將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。因此對(duì)炭黑尾氣的余熱進(jìn)行回收利用，不僅能達(dá)到節(jié)能降耗、保護(hù)環(huán)境的重要目的，同時(shí)還能節(jié)約生產(chǎn)成本、增強(qiáng)市場競爭力，是實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。

1 炭黑工藝簡介

炭黑生產(chǎn)過程是將高芳烴含量的原料油與空氣燃燒產(chǎn)生高溫燃燒氣流（約2100℃），裂解生成炭黑。生成的炭黑懸浮在煙氣中，經(jīng)冷卻、過濾、收集、造粒成為產(chǎn)品。

2 炭黑尾氣的產(chǎn)生和組成特點(diǎn)

炭黑尾氣是炭黑生成反應(yīng)過程中高芳烴不完全燃燒裂解的副產(chǎn)物，成分相對(duì)復(fù)雜。炭黑尾氣所含的熱值約占原料油提供的熱值的一半，炭黑尾氣中除了含有CO、H2、CmHn等可燃?xì)怏w，還有過程空氣中不參加反應(yīng)的N2和為冷卻炭黑煙氣而噴入的冷卻水形成的水蒸氣等成分。表1為某炭黑生產(chǎn)企業(yè)炭黑尾氣主要成分。

從表1中，我們可以看出炭黑尾氣有以下特點(diǎn)。

（1）炭黑尾氣是一種低熱值可燃?xì)怏w，熱值約Qdw=650～750kcal/Nm3，含有CO、H2、CmHn等可燃?xì)怏w，是可回收利用的能源資源，但其含量只占炭黑尾氣總量的20%左右。

（2）炭黑尾氣是一種有毒有害易爆的氣體，CO的濃度約10%左右，遠(yuǎn)高于CO中毒極限。一旦CO泄漏到操作環(huán)境中，將對(duì)操作人員造成危害，有導(dǎo)致氣管炎、肺水腫、神經(jīng)破壞甚至死亡的危險(xiǎn)；另外，炭黑尾氣中的可燃組份與氧氣混合達(dá)到一定濃度時(shí)，有形成爆炸性氣體的可能。

（3）炭黑尾氣含有大量水分，在輸送炭黑的過程中，需要噴入大量冷卻水降溫，因此炭黑尾氣中水蒸氣含量高。

（4）炭黑尾氣中各種成分的含量不穩(wěn)定，隨炭黑品種、原料油的來源、炭黑生產(chǎn)的操作工藝的變化而改變。

3 炭黑尾氣余熱回收利用方法

炭黑尾氣中可燃?xì)鈶B(tài)污染物的余熱回收方法一般有兩種：直接燃燒法，是將炭黑尾氣作為燃料直接燃燒，將可燃?xì)鈶B(tài)污染物轉(zhuǎn)化為CO2和 H2O后達(dá)標(biāo)排放；催化反應(yīng)法，是將炭黑尾氣中的CO、H2和一定量的CO2作為生產(chǎn)甲醇的原料，但目前尚未有示例。根據(jù)目前國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)情況，普遍采用直接燃燒法來回收炭黑尾氣中的化學(xué)能。直接燃燒法是防治炭黑尾氣大氣污染的最佳控制方法，將CO、H2、CmHn等可燃?xì)鈶B(tài)污染物完全燃燒，轉(zhuǎn)化為無害的CO2和 H2O后達(dá)標(biāo)排放。

4 炭黑尾氣的余熱利用

4.1 生產(chǎn)工藝過程中的余熱利用

來自反應(yīng)爐的含炭黑煙氣，進(jìn)入主袋濾器過濾，主袋濾器采用先進(jìn)的收集設(shè)備，收集效率高達(dá)99.9%以上，使尾氣中粉塵濃度低于18mg/m3，極大的降低了尾氣中炭黑粉塵濃度。一部分尾氣作為熱源去濕法造粒工段干燥濕粒子，尾氣消耗量占總量的20%左右。這種干燥過程不需要尾氣燃燒，靠其物理熱干燥濕粒子，操作溫度容易控制，同時(shí)有效降低了水的消耗量和炭黑含水量。

4.2 炭黑尾氣發(fā)電

國內(nèi)外大多數(shù)的炭黑企業(yè)將除了干燥粒子用氣以外的炭黑尾氣余熱回用生產(chǎn)蒸汽和電力。炭黑尾氣經(jīng)加壓后，送專門的余熱鍋爐燃燒，產(chǎn)生高壓蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)，汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電。實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，除滿足自用電和用汽外，還可對(duì)外供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了資源優(yōu)化配置，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。

5 效益分析

炭黑尾氣所含的熱值約占原料油提供的熱值的一半，生產(chǎn)每噸炭黑約產(chǎn)生8～11kNm3尾氣，可以燃燒產(chǎn)生蒸汽7噸，發(fā)電1120度。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年我國炭黑的產(chǎn)量為470萬噸，按炭黑尾氣發(fā)電量測算，全年尾氣可發(fā)電52.64億度，發(fā)電除自用外可外供35.27億度，年節(jié)能量約210萬噸標(biāo)煤（等價(jià)值），減排CO2總量526萬噸，其節(jié)能減排的效果十分顯著。通過對(duì)炭黑尾氣的進(jìn)一步治理，既減少有害氣體的排放，同時(shí)也去除了絕大部分炭黑粉塵，又合理利用了能源，保護(hù)了環(huán)境。解決了企業(yè)蒸汽供應(yīng)的困難，也在一定程度上減少了國家電網(wǎng)的供電壓力，為社會(huì)創(chuàng)造了不小的財(cái)富。

6 結(jié)語

目前，能源綜合利用和環(huán)境保護(hù)越來越受重視，將炭黑生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的低熱值尾氣進(jìn)行余熱回收利用，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，符合國家環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策，是國家鼓勵(lì)的資源綜合利用項(xiàng)目。不僅減少污染排放，又給企業(yè)創(chuàng)造了新的效益增長點(diǎn)，還解決了企業(yè)用汽用電問題，實(shí)現(xiàn)環(huán)保與經(jīng)濟(jì)的“雙贏”，炭黑尾氣余熱回收利用值得我們廣泛應(yīng)用。

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