淺析炭黑尾氣的余熱回收與利用

張佳

摘 要：炭黑生產過程中產生大量的低熱值廢氣，如果直接排放大氣，將造成嚴重的環境污染和資源浪費。炭黑尾氣的回收利用，不僅實現了企業內部循環經濟，節能降耗，降低生產成本，同時進一步消除了炭黑尾氣中的有害氣體、粉塵對環境的污染，是實現循環經濟、可持續發展的有效途徑。該文就炭黑尾氣的特性及組成進行分析，并對炭黑尾氣余熱回收利用進行簡述，并測算了炭黑尾氣余熱發電可以帶來的經濟、環境效益。

關鍵詞：炭黑尾氣 余熱回收 利用 效益

中圖分類號：X7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）01（c）-0106-02

炭黑是橡膠工業重要的補強原材料，能改善膠料的耐磨性和拉伸強度，廣泛應用于制造各種類型的輪胎和其他橡膠制品。據統計，炭黑總消耗量的89.5%用于橡膠工業；其余10.5%的炭黑用于塑料、化纖、油墨和涂料等非橡膠工業。我國炭黑工業的發展是隨著汽車、輪胎工業的快速發展而不斷壯大的。炭黑生產過程中產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，將造成嚴重的環境污染和資源浪費。因此對炭黑尾氣的余熱進行回收利用，不僅能達到節能降耗、保護環境的重要目的，同時還能節約生產成本、增強市場競爭力，是實現循環經濟、可持續發展的有效途徑。

1 炭黑工藝簡介

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

2 炭黑尾氣的產生和組成特點

炭黑尾氣是炭黑生成反應過程中高芳烴不完全燃燒裂解的副產物，成分相對復雜。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等可燃氣體，還有過程空氣中不參加反應的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為某炭黑生產企業炭黑尾氣主要成分。

從表1中，我們可以看出炭黑尾氣有以下特點。

（1）炭黑尾氣是一種低熱值可燃氣體，熱值約Qdw=650～750kcal/Nm3，含有CO、H2、CmHn等可燃氣體，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，遠高于CO中毒極限。一旦CO泄漏到操作環境中，將對操作人員造成危害，有導致氣管炎、肺水腫、神經破壞甚至死亡的危險；另外，炭黑尾氣中的可燃組份與氧氣混合達到一定濃度時，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定，隨炭黑品種、原料油的來源、炭黑生產的操作工藝的變化而改變。

3 炭黑尾氣余熱回收利用方法

炭黑尾氣中可燃氣態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，將可燃氣態污染物轉化為CO2和 H2O后達標排放；催化反應法，是將炭黑尾氣中的CO、H2和一定量的CO2作為生產甲醇的原料，但目前尚未有示例。根據目前國內的經濟和技術情況，普遍采用直接燃燒法來回收炭黑尾氣中的化學能。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等可燃氣態污染物完全燃燒，轉化為無害的CO2和 H2O后達標排放。

4 炭黑尾氣的余熱利用

4.1 生產工藝過程中的余熱利用

來自反應爐的含炭黑煙氣，進入主袋濾器過濾，主袋濾器采用先進的收集設備，收集效率高達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，同時有效降低了水的消耗量和炭黑含水量。

4.2 炭黑尾氣發電

國內外大多數的炭黑企業將除了干燥粒子用氣以外的炭黑尾氣余熱回用生產蒸汽和電力。炭黑尾氣經加壓后，送專門的余熱鍋爐燃燒，產生高壓蒸汽，推動汽輪機，汽輪機帶動發動機發電。實現熱電聯產，除滿足自用電和用汽外，還可對外供應，實現了資源優化配置，發展循環經濟。

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，生產每噸炭黑約產生8～11kNm3尾氣，可以燃燒產生蒸汽7噸，發電1120度。據統計，2013年我國炭黑的產量為470萬噸，按炭黑尾氣發電量測算，全年尾氣可發電52.64億度，發電除自用外可外供35.27億度，年節能量約210萬噸標煤（等價值），減排CO2總量526萬噸，其節能減排的效果十分顯著。通過對炭黑尾氣的進一步治理，既減少有害氣體的排放，同時也去除了絕大部分炭黑粉塵，又合理利用了能源，保護了環境。解決了企業蒸汽供應的困難，也在一定程度上減少了國家電網的供電壓力，為社會創造了不小的財富。

6 結語

目前，能源綜合利用和環境保護越來越受重視，將炭黑生產過程中產生的低熱值尾氣進行余熱回收利用，實現熱電聯產，符合國家環保產業政策，是國家鼓勵的資源綜合利用項目。不僅減少污染排放，又給企業創造了新的效益增長點，還解決了企業用汽用電問題，實現環保與經濟的“雙贏”，炭黑尾氣余熱回收利用值得我們廣泛應用。

參考文獻

[1] 胡琪.提高炭黑尾氣利用率，發展循環經濟[J].財稅經貿，2013（11）：50.

[2] 張慧明.炭黑尾氣中可燃氣態污染物的凈化及回收利用[J].城市環境與城市生態，1997，7（3）：43-48.

[3] 尹煒.爐法炭黑生產尾氣的凈化和利用[J].山西能源與節能，2003（2）：41-42.