炭黑生產(chǎn)中的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

劉劍

摘要：炭黑生產(chǎn)需要挖掘內(nèi)部潛力的空間很大，改進(jìn)炭黑生產(chǎn)的工藝和設(shè)備，降低生產(chǎn)的能耗，把炭黑生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢物變廢為寶，使生產(chǎn)系統(tǒng)安全環(huán)保高效運(yùn)行。目前，在山西焦化股份有限公司炭黑廠生產(chǎn)裝置中已經(jīng)有一部分節(jié)能技術(shù)得到了應(yīng)用，不但降低了炭黑的生產(chǎn)成本，減少了污染，而且改善了生產(chǎn)操作環(huán)境?；緦?shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)利用，變廢為寶，減少污染物的排放。

關(guān)鍵詞：炭黑生產(chǎn)；節(jié)能技術(shù)；余熱利用；蒸汽；廢水；效益

1、炭黑生產(chǎn)發(fā)展現(xiàn)狀

能源和環(huán)境是當(dāng)今世界上最為關(guān)注的兩大問題，也是工業(yè)發(fā)展關(guān)注的主要問題。炭黑工業(yè)歷來都是一個(gè)高耗能、高污染的行業(yè)。隨著我國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，對炭黑的需求量也越來越大，這對我國炭黑工業(yè)的發(fā)展是一個(gè)機(jī)遇，同時(shí)也是一個(gè)挑戰(zhàn)。炭黑行業(yè)的發(fā)展既要不斷適應(yīng)市場的需求，生產(chǎn)出不同型號(hào)的產(chǎn)品滿足市場需求外，還要在能源日趨緊缺和原材料價(jià)格不斷攀升的條件下，挖掘炭黑生產(chǎn)內(nèi)部潛力，改進(jìn)炭黑生產(chǎn)的工藝和設(shè)備，降低生產(chǎn)的能耗，把炭黑生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢物變廢為寶。

2、工藝簡介

炭黑生產(chǎn)主要是利用煤氣與空氣燃燒產(chǎn)生高溫氣流，煤焦油系列油類的原料油在1400～1500℃（軟質(zhì)炭黑）或1800～1900℃（硬質(zhì)炭黑）的高溫下裂解生成炭黑，產(chǎn)生的炭黑煙氣經(jīng)急冷水冷卻，與入反應(yīng)爐的空氣與原料油換熱后達(dá)到280±10℃，進(jìn)入袋濾器收集，分離出尾氣和炭黑粉塵，分離后的尾氣通過加壓風(fēng)機(jī)80%送至尾氣鍋爐生產(chǎn)蒸汽，20%送至尾氣燃燒爐用于干燥濕法造粒后的炭黑顆粒。從袋濾器中分離出的粉塵通過風(fēng)送風(fēng)機(jī)經(jīng)微米粉碎機(jī)后，經(jīng)濕法造粒機(jī)產(chǎn)生顆粒產(chǎn)品，干燥后送至產(chǎn)品倉。

從炭黑生產(chǎn)工藝來看，炭黑需要消耗大量的煤焦油系列的原料油和煤氣，間接消耗大量的水、電、汽等動(dòng)力能源。因此，炭黑生產(chǎn)中的節(jié)能技術(shù)十分重要。

3、炭黑節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

以山西焦化股份有限公司的炭黑生產(chǎn)為例進(jìn)行探討分析。該公司現(xiàn)有一條年產(chǎn)2萬噸的軟質(zhì)炭黑生產(chǎn)線和兩條年產(chǎn)3萬噸的硬質(zhì)炭黑生產(chǎn)線，均由中橡設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)。硬質(zhì)生產(chǎn)線有兩臺(tái)在線余熱鍋爐，850℃高溫空預(yù)器，高效脈沖袋濾器，濕法造粒機(jī)等，使節(jié)能工藝納入生產(chǎn)流程。主要體現(xiàn)在以下幾方面：

3.1、充分利用過程余熱

設(shè)置在線空氣預(yù)熱器，使空氣預(yù)熱后溫度達(dá)到830℃左右，再經(jīng)反應(yīng)爐夾套進(jìn)一步加熱后入反應(yīng)爐。原料油溫度經(jīng)煙氣預(yù)熱后即達(dá)到220℃，從而強(qiáng)化反應(yīng)條件，降低一次能源消耗，回收過程產(chǎn)生的二次能源，有效降低炭黑生產(chǎn)單耗。

a、空預(yù)器的應(yīng)用。空氣常溫是20℃，由炭黑煙氣預(yù)熱到830℃，可回收過程余熱為：入爐空氣量按14000Nm3/h計(jì)，空氣比熱：Cp=（1.013+1.114）/2=1.064kJ/kg.℃ M=CpP=0.816kJ/m3.℃

每小時(shí)吸收余熱：Q=CpMΔt=0.816x14000x（830-20）=9.25x106kJ 如果用蒸汽預(yù)熱：0.5MPa，低壓蒸汽的汽化潛熱為2108kJ/kg，需要用蒸汽N：

N=9.25x106/2108=4.39x103kg=4.39t

兩條生產(chǎn)線需用蒸汽為：4.39x2=8.78t

根據(jù)每噸蒸汽130元計(jì)算，每天可節(jié)約資金1141.4元。

B、用余熱鍋爐回收余熱，生產(chǎn)蒸汽

為了充分利用煙氣余熱，本裝置配套的有產(chǎn)4t/h低壓蒸汽在線余熱鍋爐，所產(chǎn)蒸汽并入蒸汽系統(tǒng)，每小時(shí)可節(jié)約4t低壓蒸汽。每噸蒸汽按消耗200Nm3煤氣計(jì)算，每小時(shí)可節(jié)省煤氣800Nm3，兩條生產(chǎn)線為：1600Nm3，根據(jù)0.265元/Nm3計(jì)算，每小時(shí)節(jié)約424元。

C、原料油預(yù)熱器的應(yīng)用

原料油溫度經(jīng)煙氣預(yù)熱后可由90℃升至200℃，原料油根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量控制在5000～7000kg/h。

原料油比熱按2.10kJ/kg，原料油量按6000kg/h計(jì)，需要吸收熱量為：

Q=CpMΔt=2.1x6000x（200-90）=1.39x106kJ 如果用蒸汽預(yù)熱：0.5MPa，低壓蒸汽的汽化潛熱為2108kJ/kg，需要用蒸汽N：

N=1.39x106/2108=0.66x103kg=0.7t

兩條生產(chǎn)線需用蒸汽為：0.7x2=1.4t年可節(jié)約蒸汽：1.4x24x365=1.22x104t，根據(jù)每噸蒸汽130元計(jì)算，每年可節(jié)約資金158萬。

3.2、炭黑尾氣的回收利用

炭黑尾氣約48000Nm3/h，熱值Qdy=2658.62kJ/Nm3，其中20%的尾氣用于濕法造粒后的干燥使用，其余80%尾氣送至尾氣鍋爐產(chǎn)蒸汽。利用尾氣的熱量，每天可相當(dāng)于節(jié)約133t標(biāo)準(zhǔn)煤，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益。

a、尾氣燃燒爐

尾氣爐使用約20%尾氣。約9600Nm3/h，產(chǎn)生熱量Q=9600X636X4.1868=25.56X106kJ，煤氣熱值為16200kJ/Nm3

小時(shí)節(jié)省煤氣：25.56X106/16200=1578Nm3

兩條生產(chǎn)線則為：2X1578=3156Nm3 即每小時(shí)節(jié)約費(fèi)用：3156X0.265=836.34元。

b、45t/h鍋爐的應(yīng)用

鍋爐使用80%的尾氣。約38400Nm3/h，產(chǎn)生熱量Q=38400X636X4.1868=102.25X106kJ，煤氣熱值為16200kJ/Nm3

小時(shí)節(jié)省煤氣：102.25X106/16200=6312Nm3

兩條生產(chǎn)線則為：2X6312=12624Nm3 即每小時(shí)節(jié)約費(fèi)用：12624X0.265=3345.36元。

3.3、尾氣、軟水、循環(huán)、設(shè)備、回收

通過對袋濾器箱體頂蓋密封改造，減少了尾氣泄漏；通過對袋濾器進(jìn)、出口閥門由原先的蝶閥改造成道閘閥，方便袋濾器濾袋泄漏后及時(shí)更換濾袋，不但減少了污染環(huán)境，而且延長了濾袋壽命；通過回收冷卻軟質(zhì)原料油槍的軟水，循環(huán)用于硬質(zhì)余熱鍋爐和入反應(yīng)爐工藝水；通過對易腐蝕的袋濾器箱體和風(fēng)送管線材質(zhì)進(jìn)行評(píng)估，增加材質(zhì)厚度，不但減少了箱體泄漏，而且延長了設(shè)備使用壽命。將現(xiàn)場的外排水進(jìn)行回收過濾，循環(huán)用于生產(chǎn)現(xiàn)場沖洗地面，改善現(xiàn)場環(huán)境；將生產(chǎn)現(xiàn)場的蒸汽冷凝水集中收集，冷卻后回收至工藝水罐，循環(huán)用于生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)經(jīng)過一系列改造措施，生產(chǎn)現(xiàn)場的廢水基本實(shí)現(xiàn)零排放，工藝水每月可節(jié)約400噸，根據(jù)每噸工業(yè)水2.2元計(jì)算，每月可節(jié)省費(fèi)用880元；軟水回收每日可節(jié)約40噸，根據(jù)每噸軟水10元計(jì)算，每天可節(jié)省費(fèi)用400元；通過改造尾氣多回收5000Nm3/h，Q=5000X636X4.1868=13.31X106kJ，小時(shí)節(jié)省煤氣13.31X106/16200=822Nm3， 即每小時(shí)節(jié)約費(fèi)用：822X0.265=217.83元。

3.4、其他節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

對入反應(yīng)爐的空氣管線進(jìn)行保溫，可降低產(chǎn)品單耗，穩(wěn)定生產(chǎn)；對尾氣鍋爐引風(fēng)機(jī)氣調(diào)閥采用變頻控制，可以有效節(jié)省用電量；對風(fēng)送風(fēng)機(jī)繼電器進(jìn)行改造，可以減少因電流波動(dòng)，導(dǎo)致頻繁跳車，減少環(huán)境污染等等。

4、結(jié)束語

綜上所述，可以看到炭黑工藝在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)過逐步的改進(jìn)，已經(jīng)取得了很大的成績。但目前炭黑行業(yè)仍然是一個(gè)高耗能、高污染的行業(yè)，發(fā)展空間很大。因此，要求炭黑行業(yè)的技術(shù)人員要不斷地提高管理水平，依靠科技進(jìn)步，提高創(chuàng)新能力，用循環(huán)經(jīng)濟(jì)的思路來指導(dǎo)和發(fā)展炭黑生產(chǎn)，讓炭黑生產(chǎn)更加安全、環(huán)保、高效。