油爐法生產炭黑的節能措施探究

劉志棟

（惠生工程（中國）有限公司天津分公司，天津 300100）

我國爐法碳黑生產始于20世紀50年代，改革開放以后，由于吸收國外的先進生產技術炭黑產量穩步上升。到20世紀90年代，我國爐法炭黑生產水平，無論是在技術、產品質量，還是在品種及產量均獲得較大發展。

1 炭黑生產方法及節能的重要性

油爐法炭黑分為油—油路線和油—氣路線兩種，兩種生產工藝的不同主要在于提供熱源的燃燒介質不同。油—油路線的燃燒介質為乙烯焦油，油—氣路線的燃燒介質為焦爐煤氣或者天然氣。目前國內炭黑企業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、焦爐煤氣及天然氣等[1]。

炭黑工業本身就是一種高能耗的化工產業[2]，油爐法炭黑生產所需原料本身就是能源。故此炭黑生產的節能降耗相當重要的，也是國家產業政策調整后提出的一項新的要求。在節能降耗的同時能夠為企業降低成本，增加效益。

2 炭黑生產節能方式

從目前的炭黑工藝生產工程來看能夠采取的節能措施主要有三個方面：一是提高單線生產能力；二是提高炭黑產品的收集效率減少炭黑外漏；三是提高在生產過程中的余熱的利用率。采取的主要措施貫穿于炭黑生產的整個過程。其具體的節能措施主要體現在如下幾個方面。

2.1 提高單條生產線的生產能力

目前國內炭黑單條生產線的生產由1987年的1.5萬t/a的生產能力已經發展到大多數企業采用的4萬t/a的生產能力[3]，部分企業已經達到8萬t/a的生產能力。根據相關炭黑生產企業統計當炭黑線的生產能力增加1倍后，各項公輔消耗的增加均在1倍以內。具體參見表1：

表1 炭黑產能增加后各項公輔消耗指標增加倍率

2.2 提高炭黑產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99.98%以上，減少炭黑外漏。提高了炭黑收率，節約了原料油及燃料油，降低能耗。本項措施同時為環保做出貢獻。

炭黑生產過程中主要使用的袋濾器見表2。

表2 炭黑生產過程袋濾器的使用情況

2.3 提高在生產過程中的余熱的利用率

2.3.1 提高空氣預熱器的使用溫度

空氣預熱器是炭黑生產過程中主要的節能措施，提高預熱空氣的溫度能夠降低燃料的使用量。提高預熱空氣溫度效果見表3。

表3 提高空氣預熱溫度后效果比對表

提高空氣預熱器需要注意的是當預熱器提高到較高溫度后，對預熱器的設備形式及其輸送熱風管道的材料要求較為嚴格，在目前炭黑生產條件下較多的采用850℃預熱溫度。隨著研發的不斷深入部分設備供應商已經開始加工制造900℃及950℃空氣預熱器，其結構形式為了滿足設備高溫條件下應力的要求采用浮頭式。這種空氣預熱的的加工精度要求相對較高，同時對現場使用要求較為苛刻，國內部分生產廠家已經開始試驗性的使用。

2.3.2 增加在線余熱鍋爐[4]

空氣預熱器煙氣出口介質溫度較高，為了降低煙氣的溫度必須采取一定措施。傳統方法是直接噴入急冷水。這種方法的缺點是增加炭黑尾氣中的含水量，降低炭黑尾氣的熱值，增加尾氣加壓風機的負荷及后續尾氣鍋爐工段引風機的負荷。經過多年的嘗試在噴入急冷水的位置設置在線鍋爐（固定管板式換熱器）不僅減少了急冷水的噴入量，還可以產生低壓蒸汽自用。同時提高尾氣熱值，降低了單位產品的能耗。

以上僅為炭黑生產過程中的主要節能措施，除此以外炭黑生產工程節能措施仍存在很大余地。

采用優質的保溫材料的傳統方式是不可或缺的。隨之材料科學的不斷創新，保溫材料不斷出新，特別是內襯耐火材料的質量及種類不斷增長。這無疑對減少熱量散發到環境中起到了很大作用。

2.4 生產中可采用的其他措施

另外對設備結構形式及其工藝流程進行改進也是節能降耗的有效方式：

2.4.1 反應爐結構形式的改進

炭黑反應爐的結構形式存在很大的改進空間，根據炭黑生產企業的統計數據顯示，炭黑反應爐的外表面溫度均較高，增加內襯耐火材料厚度無疑增加設備的制造成本，部分企業考慮此處增加夾套，通入冷水以降低內襯耐火材料的厚度，同時可以產生蒸汽。此項研究正在進行中。

2.4.2 炭黑尾氣的回用

國內部分生產企業考慮將硬質炭黑生產線的炭黑尾氣直接送至軟質炭黑反應爐進行燃燒[5]。這樣降低了尾氣的輸送距離，降低建設投資，同時降低輸送過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]

目前少數炭黑企業將空氣預熱器出口的炭黑煙氣直接逆流通入炭黑干燥機中對炭黑粒子進行干燥。利用干燥機降低炭黑煙氣的溫度。這種操作工藝節約了用于尾氣燃燒爐燃燒的炭黑煙氣的量，同時使熱量充分得到利用[6]。此技術為原大陸炭的專有技術。

由于國內炭黑生產廠家的設備水平不一，使用原料各異，操作管理不同，各地區環境有所差異，所以造成的炭黑能耗差異較大。這就要求炭黑生產企業進行調研，對比差異，找出不足。

［1］吳立峰,丁麗萍.炭黑應用手冊[M].化學工業出版社，2008,7.

［2］王文堂.石油和化工典型節能改造案例[M].化學工業出版社，2008,9.

［3］國毅.炭黑院開發出4萬t級炭黑生產線[J].2010,(19)：33-33.

［4］王文堂.化工節能技術手冊[M].化學工業出版社，2006,7.

［5］李學波，郭玉亮，黃敬彬.一種軟質炭黑的制造方法[P].中國：CN101270234，2008,9,24.

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