節能減排技術在炭黑生產中的應用探究

趙磊華，王志華，王 虎，王 毅

（嘉峪關大友嘉能化工有限公司，甘肅 嘉峪關 735100）

隨著社會經濟的快速發展，我國汽車保有量不斷提升，對炭黑的需求量也不斷增加，這對于炭黑工業的發展不僅是很好的機遇，同時也是重要挑戰。炭黑行業屬于高污染、高耗能的產業，其傳統發展方式不符合節能社會的要求，所以要優化炭黑行業的發展。企業不僅要生產出合格的炭黑產品，同時也要不斷改進炭黑生產工藝以及設備，降低炭黑生產的能耗，充分利用炭黑生產過程中的余熱，從而達到節能減排的目的，推動我國節能環保型社會的發展。

1 炭黑生產的基本工藝

炭黑的生產過程主要是將燃油或者煤氣在空氣中進行燃燒而產生高溫氣流，將煤焦油以及石油等原料油進行高溫分解（設計溫度1 927℃左右）而產生炭黑。炭黑煙氣在經過一次急冷水冷卻、空氣預熱器換熱、原料油預熱器換熱、二次急冷水冷卻后，降低到約270℃，進入主袋濾器中進行收集，落入負壓管線的炭黑經過微米粉碎機處理之后，經過粉狀炭黑儲罐收集，再經過干燥機干燥以及造粒后形成炭黑產品。

從以上炭黑生產工藝可知，炭黑生產不僅直接消耗掉非常多的原油材料以及燃料油（主要包括蒽油、煤焦油等），也會間接消耗掉大量的水、電以及氣等能源，所以炭黑生產中應用節能減排技術就顯得非常關鍵。經過多年的技術優化和升級改造，目前，人們在炭黑生產節能減排方面取得了一定的成績，有效降低了炭黑生產成本，減少了環境污染，促進了環境的改善。

2 炭黑生產的環境保護問題

20 世紀80年代之前，由于人們的環保意識淡薄以及管理能力較差，再加上炭黑生產的技術能力和工藝水平落后，炭黑行業具有非常強的污染性。隨著人們環保意識的逐漸增強，80年代后，國家相繼出臺了有關環境污染治理的法律法規，同時炭黑生產的工藝以及設備都在提升，炭黑生產環境有了很大的改善。但總的說來，不同炭黑生產企業的環境保護能力有較大差距，主要是因為部分企業盲目追求利潤而投入的資金有限，同時相關機構缺少有效的監管。炭黑生產過程中的污染主要包括：炭黑尾氣、炭黑粉塵、炭黑污水、固體廢棄物以及噪聲等。相應企業要根據自身實際情況分析具體污染程度，采取針對性的措施進行治理，有效提升治理效果[1]。

3 節能減排技術在炭黑生產中的應用

3.1 案例基本情況

某公司有3條3萬t的硬質炭黑生產線，其采用的生產技術是20世紀90年代的節能工藝，主要包括：使用新型反應爐，提升在線空氣預熱器的空氣預熱溫度；使用高效的袋濾器，將產生的尾氣進行回收當作尾氣鍋爐燃料進行生產；使用廢品回收加工設備，通過計算機進行生產工藝的控制，濕法造粒，冷卻水循環等[2]。

3.2 節能減排技術的應用

3.2.1 最大程度上應用過程余熱

采用850℃空氣預熱器將空氣預熱到830℃左右，直接通入反應爐和燃料混合燃燒產生高溫氣流。通過炭黑煙氣將原料油進行預熱使其達到160℃左右，這樣就能夠改善反應條件，有效減少一次能源消耗，回收其間產生的二次能源。

（1）有效應用空預器。通過炭黑煙氣將空氣從風機出口溫度90℃預熱到830℃，其間可以計算回收的熱量。每小時吸收的余熱為：

式中，Cp為空氣比熱，kJ/（m3·℃）；M為入爐空氣量，Nm3/h；Δt為空氣溫差，℃。

若是通過蒸汽實施預熱，那么所需蒸汽為：

式中，F為汽化潛熱，kJ/kg。

那么，年可節約蒸汽為：

（2）有效應用原油預熱器。通過煙氣預熱后，原料油的溫度可以從80℃上升到180℃，那么所吸收的熱量為：

式中，Cp1為原油的比熱，kJ/kg；G為原油量，kg/h；Δt為溫升。

若是通過蒸汽實施預熱，那么所需蒸汽為0.5 t，年可節約蒸汽為3×0.5×24×365=13 140 t。

（3）通過余熱鍋爐來對熱量進行回收，從而生產蒸汽。可以通過余熱鍋爐來進一步應用煙氣的余熱，本案例中設置了4 t/h的低壓蒸汽余熱鍋爐，將產生的蒸汽并入蒸汽系統，這樣能夠節約4 t/h的低壓蒸汽。若是按照每噸蒸汽消耗202 Nm3煤氣進行計算，那么3條生產線每小時可以節約煤氣3×4×202=2 424 Nm3。

3.2.2 對炭黑尾氣進行回收利用

炭黑尾氣的處理可以分為兩部分，其中一部分主要用作炭黑回轉干燥機熱源的燃料，另一部分主要送到尾氣鍋爐當作燃料。尾氣回收利用可以節約大量的標準煤，同時能夠獲得較好的經濟效益和環保效益。

（1）尾氣燃燒爐的應用。應用尾氣燃燒爐可以使用約20%的尾氣，產生的熱量約為18×106kJ，那么每小時能夠節約的煤氣為18×106/16 200 kJ/Nm3≈1 150 Nm3，每年可以節約的煤氣為：3×1 150×24×365 ≈ 3.02×107Nm3。

（2）45 t/h鍋爐的應用。采用此鍋爐能夠使用約80%的尾氣，產生的熱量約為75×106kJ，那么每小時能夠節約的煤氣為75×106/16 200≈4 600 Nm3，每年可以節約的煤氣為：3×4 600×24×365 ≈ 12.1×107Nm3。

3.2.3 設備及系統方面的回收再利用

要對設備所產生的冷卻水進行回收，并且循環使用。對于系統加熱所產生的蒸汽進行冷凝回收。原有的主供風機設備所用的冷卻水采取的都是新鮮水，在使用過程中會產生浪費，將其全部改為循環水后能夠有效降低生產成本。對于炭黑生產來說，全部的油管線都要通過蒸汽進行伴熱，在原有的方案中伴熱蒸汽使用后經由疏水器進行排放，這就造成軟水的排放浪費。因此，在具體使用過程中可以將這部分蒸汽冷凝液進行回收再利用，改造后每小時的節水效益為：

4 t×2.25元/t=9元。

3.2.4 技術改造方面的節能應用

一般來說，炭黑生產線和尾氣發電鍋爐用水都靠反滲透裝置提供。反滲透裝置正常運行時，大概每產生40 t軟化水，就會產生10～15 t濃水。濃水除部分用作反洗設備外，其余全部排入地溝，這樣造成巨大的浪費，尤其是地處水資源極度匱乏的西部地區。通過技術改造及產品指標驗證，將部分原水中定量加入濃水，并定期做好水質及產品指標記錄，可以有效減少濃水的排放量，提高水的有效利用率。技術改造后，在正常生產狀態下，大部分（約80%）濃水可以實現回收利用，從而有效降低軟水的消耗成本[3]。

3.2.5 其他節能技術的應用

（1）采用較為先進的精制加工設備以及廢品炭黑回收系統，同時對于設備和管道采取必要的保溫措施，這樣能夠有效提升產品質量，降低廢品率。

（2）集散型的微機控制系統可以對主要工藝參數進行自動的邏輯處理，確保系統能夠更加靈敏、準確地進行調整。同時，其能夠進行聯鎖報警，使得工藝操作的穩定性和調節的靈活性有了較大的提升，滿足產品質量標準方面的要求。

（3）變頻器在炭黑生產中的應用。生產線大部分設備都采用變頻控制，根據具體工藝條件，及時調整所需頻率。這樣有效降低了設備負荷，既保證了設備工藝的正常運行，又可以節約電能，降低產品單位電耗。

3.3 技術應用效果分析

各種節能減排技術在炭黑生產中的應用，使得炭黑生產有效降低能耗，有利于環境保護。但是，與國際先進水平相比，目前其還存在一定的差距。例如，對于N339來說，我國與發達國家在節能方面還存在不小的差距，具體情況如表1所示。

表1 N339節能水平對比

從表1可以看出，案例中的全油耗指標改用燃煤氣后的全油指標，雖然和國際先進水平的差距不是很大，但是在實際運行方面還是存在較大的差距，需要采取更有效的改進措施。總的來說，節能減排技術需要進一步改進，從而有效推動炭黑生產工藝朝更加節能環保的方向發展[4]。

4 結語

總的來說，將節能減排技術應用在炭黑生產過程中，可以有效地改進其生產工藝。但是，炭黑行業目前仍處在高耗能、高污染的階段，這就要求炭黑企業不斷提升管理能力，積極應用現代科技，增強自主創新能力，引進和吸收先進技術，形成自主創新能力。同時，要樹立節能環保理念，發展循環經濟，在實現炭黑行業資源循環利用的同時，進一步實現資源跨行業的循環利用，最大程度地實現節能環保的目的。