[發明專利]一種炭黑尾氣的處理方法及炭黑生產系統

有效

• 申請號: 201410811231.0
• 申請日: 2014-12-23
• 公開（公告）號: CN104513501A
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發明（設計）人: 梁明勇;王彥玲;萬百千;賈春;周志敏
• 申請（專利權）人: 中橡集團炭黑工業研究設計院
• 主分類號: C09C1/50
• 分類號: C09C1/50
• 代理公司: 泰和泰律師事務所 51219
• 代理人: 溫黎娟

技術領域

本發明涉及一種循環利用炭黑尾氣用作炭黑反應爐燃料的生產工藝及相應的炭黑生產系統，屬于炭黑工業技術領域。

背景技術

炭黑工業屬于高耗能工業領域。每生產1噸炭黑全油消耗約1.4～2.2噸，平均綜合能耗折合標煤1.7～2.9噸（含生產用電、蒸汽、壓縮空氣等)。其中炭黑產品帶出的能量不足50%，炭黑尾氣就是炭黑生產過程的主要副產品。目前，國內炭黑行業對炭黑尾氣的回收利用主要有三種方式：第一種方式是熱電聯產，炭黑尾氣用于電站鍋爐的燃料，燃燒后產生蒸汽帶動汽輪發電機組，既供熱又發電，這是大多數炭黑工廠采用的方式，但炭黑尾氣發電屬于小機組，電網準入許可難度大；第二種方式是只供熱不發電，只配套專門的炭黑尾氣鍋爐副產蒸汽供熱，這種方式最簡便易行，但前提條件是炭黑工廠周邊要有足夠的蒸汽用戶；第三種方式是將炭黑尾氣進行脫水處理后用于其它裝置的燃料，如與煤氣混合回用于焦爐做燃料、用于焦油加工管式爐燃料等，但這種方式涉及到對關聯裝置的工藝改造，建設周期和成本較高。以上幾種利用方式受諸多條件限制，對炭黑建廠地域的選擇性有很大影響。

發明內容

本發明的目的就在于改變炭黑尾氣利用受限的狀況，提供一種炭黑尾氣的利用新方法，它是將炭黑尾氣循環利用用作炭黑反應爐的入爐燃料來生產炭黑，該方法設備投資少，既可用于新建炭黑廠，也可用于炭黑廠的節能改造，節能、降耗、減排，具備較好的經濟效益和環保效益，具有極高的推廣價值。

炭黑尾氣是一種低熱值氣體，單獨循環回用時無法提供炭黑反應生成的熱能。由于富氧燃燒的應用，提高了炭黑尾氣的熱值，這使得以炭黑尾氣替代部分燃料生產新工藝炭黑成為可能。但由于尾氣中可燃組分所占比例較燃料仍然很低，含水量又很高（30%～40%），所以尾氣用作反應燃料需要特殊工藝。本發明將炭黑尾氣經脫濕、預熱步驟后，送入炭黑反應爐中，與來自空氣預熱器預熱的富氧空氣混合燃燒產生熱量，為原料油的熱解提供能量，從而實現部分或全部替代燃料燃燒。本發明方法不但降低了原料能耗，還因富氧工藝的加入，減少了后部收集設備的負荷，降低生產和投資成本。而且尾氣處理裝置投資少，新建炭黑廠時建設周期與炭黑生產裝置同步完成；而炭黑廠節能改造時，尾氣處理裝置也容易實現，本發明方法減少了尾氣處理過程中的污染問題，除環保效益外也有較好的經濟效益。實現了節能、降耗、減排，具有極高的推廣價值。

本發明方法具體的技術方案如下所述：

經預熱的燃料油（氣）與經空氣預熱器預熱到850℃、氧氣含量為32%的空氣，在反應爐燃燒段充分混合并完全燃燒，形成高動能的高溫燃燒氣流進入反應爐喉管段；原料油經原料油泵送至在線的原料油預熱器，預熱到280℃左右后通過軸向或徑向霧化噴嘴噴到高溫燃燒氣流中，原料油的霧滴與氣流迅速混合并分散、汽化及裂解脫氫形成炭黑晶核；在反應爐反應段，繼續并基本完成炭黑的晶核生成、增長和聚集體的生成、增長；隨后，在反應爐急冷段對反應器內的炭黑煙氣噴水急冷，終止反應；煙氣在反應爐停留段停留一段時間使噴入煙氣中的急冷水充分汽化。反應生成的炭黑煙氣經袋濾器收集，收集下來的炭黑經粉碎后氣力輸送至粉狀炭黑貯罐進行造粒、干燥、包裝成炭黑。主袋濾器排出的尾氣經風機加壓后，少部分（約20%）送給生產裝置中尾氣燃燒爐燃燒作為干燥機熱源。剩余80%的尾氣經脫濕、預熱后回用作反應爐的燃料，替代部分或全部燃料和富氧空氣燃燒再產生高溫燃燒氣流提供原料油的裂解熱生成炭黑，實現尾氣利用做反應爐燃料的循環工藝。

進一步的，上述炭黑生產用空氣采用預熱的富氧空氣。當采用氧氣含量為28％的富氧空氣參與助燃時，燃燒所需的理論空氣量比常規的理論空氣量要減少四分之一。同時燃燒的火焰溫度相應得到提高，燃料的燃燒效率更為提高，而排放的煙氣量也大大減少。經測試，最適宜的富氧濃度為26%～32%，當富氧濃度過高時，會增加制氧投資等成本，火焰溫度增加較少，綜合效益下降。

進一步的，上述制氧裝置優選為三塔變壓吸附空分制氧裝置。既克服了兩塔變壓吸附裝置不能連續生產氧氣的缺點；又克服了四塔變壓吸附裝置工藝流程復雜，操作麻煩的特點。

進一步的，上述炭黑生產循環利用尾氣需要除濕預熱處理。（1）炭黑生產的尾氣需要進入脫水塔脫濕，使其水蒸氣含量由39%左右降到3%左右，熱值達到1000kCal/Nm³左右；（2）尾氣需要通過尾氣預熱器預熱，預熱溫度約400℃。