炭黑尾氣綜合利用示例

崔慶淵，孫伯剛

（1.云南云維飛虎化工有限公司，云南曲靖 655038；2.云南煤化工集團有限公司，云南昆明 650231）

·經驗交流·

炭黑尾氣綜合利用示例

崔慶淵1，孫伯剛2

（1.云南云維飛虎化工有限公司，云南曲靖 655038；2.云南煤化工集團有限公司，云南昆明 650231）

采用水洗塔對炭黑尾氣進行降溫脫濕處理，提高炭黑尾氣熱值和火焰燃燒溫度，將尾氣用于替代煉焦煤氣，置換出焦爐煤氣用于制取甲醇，社會和經濟效益明顯。

炭黑尾氣；水洗塔；綜合利用

炭黑是高能耗產業，其生產成本中能源成本占了90%以上，其中，炭黑尾氣蘊含的化學能占炭黑生產總輸入能量的51.1%。因此，炭黑尾氣的綜合利用對降低生產成本、提高經濟效益和保護環境極為重要。

1 炭黑尾氣的利用方法

目前，炭黑尾氣的綜合利用有以下途徑：①其產生的熱量全部供給尾氣鍋爐發電；②尾氣用作反應爐燃料，采用富氧空氣為氧化劑，尾氣經脫濕處理，除去部分水汽（含水量通常要低于5%）后，用作反應爐燃料。但由于尾氣熱值及燃燒效率方面的原因，該措施在工業生產方面的應用還沒有得到推廣；③尾氣用作濕炭黑干燥，這是目前炭黑尾氣應用最為廣泛的途徑之一。

炭黑尾氣中含有CO、H2、CH4、C2H2、H2S等可燃氣體，以及二氧化硫、氮、水蒸氣、少量炭黑粉塵等。可燃氣體約占尾氣總量的20%～23%，其熱值約為2 500～3 130 kJ／m3。要利用炭黑尾氣，必須對其進行處理。

炭黑在生產過程中產生的尾氣溫度為180～200℃，露點溫度130～150℃，容納了一定量的水蒸汽。為了降低尾氣的濕度，利用水洗降溫的方法，把炭黑尾氣從180～200℃降到35～45℃，尾氣中的水蒸汽開始以露點的形式從炭黑尾氣中分離出來變成液態水，尾氣得到干燥［1］。

將炭黑尾氣通過水洗塔洗滌，一方面可以脫除尾氣中的大部分水蒸汽，提高尾氣熱值；另一方面還可以脫除尾氣中的二氧化硫和炭黑粉塵，使袋濾器煙囪排空氣體達標，收到節能與環保的雙重效果。

2 增設炭黑尾氣水洗塔的背景

云南大為制焦有限公司焦化炭黑分廠一期5 萬t／a裝置投運以后，副產的炭黑尾氣一直用作余熱鍋爐和干燥機尾氣爐的燃料并能全部消耗完，但隨著二期5萬t／a裝置的投運，炭黑產能達到10萬t／a，尾氣有盈余。而公司近年焦爐結焦時間從最短24 h，延長到了最長68 h，在這種情況下，以焦爐煤氣作為生產原料的甲醇裝置負荷就嚴重不足，公司經濟效益受到巨大影響。

公司炭黑4條生產線的含水尾氣量多達112000 m3／h，脫水后除去干燥炭黑濕粒子用去的尾氣量，還有超過60000 m3／h的干尾氣，熱值約為4000 kJ／m3，是焦爐煤氣熱值的1／4。用熱值當量計算，將脫水后的炭黑尾氣用于代替焦爐煤氣，忽略燃燒效率的細微差別，就可以置換出15000 m3／h的焦爐煤氣，從而可以有效地提高甲醇裝置的負荷。

在此背景下，公司投資建設了一套炭黑尾氣脫水裝置。

3 炭黑尾氣脫水工藝流程

工藝流程見圖1。

圖1 炭黑尾氣脫水工藝流程Figure 1 Black exhaust dehydration process

由各條生產線袋濾器出來的炭黑尾氣（約200℃）經各自的尾氣風機加壓后分別進入尾氣總管，由水洗塔下部進入，含有約30%（體積分數）水分的炭黑尾氣與從塔頂噴入的循環冷卻水（30℃）進行傳質和傳熱后，溫度降低到常溫，低于尾氣露點溫度，使其中水分析出。脫水后的尾氣由塔頂出來進入尾氣加壓風機增壓后，經過安全水封，分別送至煉焦裝置作燃料氣，以置換焦爐煤氣。炭黑尾氣輸送管道每隔30～40 m設一放水點［2］。在炭黑尾氣水洗塔和噴水冷卻池冷卻中損失的循環水由廠供水系統補充。冷凝水進行環保處理后，用炭黑壓濾機將冷卻水中炭黑粉塵收集起來，收集的炭黑經過處理后可以銷售。

4 炭黑尾氣置換焦爐煤氣的運行效果

炭黑尾氣脫水裝置投運以后，炭黑尾氣脫水前后的含水量、尾氣燃燒熱值變化見表1。

表1 炭黑尾氣脫水前后含水量、燃燒溫度、熱值對比Table 1 Comparison of the water content，combustion temperature，heat value before and after black exhaust dehydration

從表1看出，尾氣水洗塔投運后實際運行效果完全達到并超過了工程預期效果，尾氣含水量下降至4%左右，比設計預期下降了一個百分點；尾氣熱值達到了4388 kJ／m3，提高了1 689.5 kJ／m3，比工程預期上升了88 kJ／m3；尾氣燃燒溫度達到了1400℃，比未脫水前提高了約250℃，超過了工程預期燃燒溫度，達到了煉焦焦爐燃燒溫度的要求，使炭黑尾氣煉焦成為現實。

5 經濟和環保效益

忽略焦爐煤氣與炭黑尾氣的燃燒效率差異，以熱值當量計算（熱值取焦爐煤氣熱值的1／4），大約可以置換出18 000 m3／h的焦爐煤氣。

將置換出來的焦爐煤氣用于制取甲醇。以1 700 m3的焦爐煤氣可以制取1t甲醇，甲醇3 000元／t計算，炭黑尾氣置換出的焦爐煤氣可以生產18000÷1700＝10.6t／h甲醇，價值10.6×3 000≈3 0000元；一年按8 000 h計算，每年炭黑尾氣制取甲醇產生的經濟效益高達30 000×8 000＝2.4億元。即使以60%的運行率計算，產生的效益也超過1億元。若沿用國內炭黑尾氣普遍用于燒鍋爐發電的方法，所產生的經濟效益遠低于置換焦爐煤氣生產甲醇的模式。

將炭黑尾氣脫水后輸送至煉焦分廠置換焦爐煤氣，取代國內普遍用于燒鍋爐發電的炭黑尾氣利用方法，每年可減少18萬t的CO2排放。

6 結論

1）將脫水后的尾氣用于置換焦爐煤氣制取甲醇，每年可減少CO2排放量達18萬t；

2）將炭黑尾氣用于置換焦爐煤氣，將置換出來的焦爐煤氣用來制取甲醇，是炭黑尾氣綜合利用的卓有成效的又一新途徑，每年可以創造高達1億元的經濟效益。比較于傳統的燒蒸汽發電，熱利用效率高很多。

3）解決了結焦時間延長期間焦爐煤氣量不足的矛盾，確保了甲醇裝置的穩定運行；

4）實現了資源高效綜合利用，提高了經濟效益和社會效益。

［1］ 劉中強，蘇濤，李應超，等.炭黑尾氣的回收利用［J］.冶金動力，2009，135（5）：34－35.

［2］ 陳克榮.云南大為制焦有限公司《2×2.5萬t／a硬質濕法炭黑可行性研究報告》［R］.云南曲靖：云南大為制焦有限公司基建技術部，2008.

Black Exhaust Utilization Example

CUI Qing－yuan1，SUN Bo－gang2

（1.Yunnan Yunwei Feihu Chemical Co.，Ltd.，Qujing 655038，China；2.Yunnan Coal Chemical Industry Group Co.，Ltd.，Kunming 650231，China）

Use of washing tower for cooling and dehumidifying process on black exhaust，improving black exhaust heat value and flame temperature.The exhaust is used for replacing the coking coal gas，coke oven gas is used for the preparation of methanol，having significant social and economic benefit.

black exhaust；washing tower；utilization

X78

A

1004-275X（2014）04-0064-02

12.3969／j.issn.1004-275X.2014.04.018

收稿：2014-05-08

崔慶淵（1979－），男，云南宣威人，碩士，工程師，主要從事炭黑的生產技術管理、新產品開發工作。

*通信作者：孫伯剛，441822965＠qq.com。