一種炭黑尾氣的處理方法及炭黑生產(chǎn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種炭黑尾氣的處理方法及根據(jù)該方法來(lái)生產(chǎn)炭黑的炭黑生產(chǎn)系統(tǒng)，它是將炭黑尾氣經(jīng)除濕、預(yù)熱步驟后與富氧空氣混合回用作炭黑反應(yīng)爐的入爐燃料，實(shí)現(xiàn)炭黑尾氣的循環(huán)利用。本發(fā)明是炭黑尾氣回收利用的一種新方式，既可以用于新建炭黑廠，亦可以用于炭黑廠的節(jié)能改造。通過(guò)對(duì)炭黑尾氣脫濕、預(yù)熱等特殊工藝，并結(jié)合富氧生產(chǎn)炭黑工藝，很好的提高了尾氣的熱值，從而使炭黑尾氣替代或部分替代燃料生產(chǎn)新工藝炭黑。此工藝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(shè)備的負(fù)荷，降低生產(chǎn)和投資成本；同時(shí)減少了尾氣處理過(guò)程中的污染問(wèn)題，除環(huán)保效益外也有較好的經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、降耗、減排，具有極高的推廣價(jià)值。
【專利說(shuō)明】-種炭黑尾氣的處理方法及炭黑生產(chǎn)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種循環(huán)利用炭黑尾氣用作炭黑反應(yīng)爐燃料的生產(chǎn)工藝及相應(yīng)的炭 黑生產(chǎn)系統(tǒng)，屬于炭黑工業(yè)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 炭黑工業(yè)屬于高耗能工業(yè)領(lǐng)域。每生產(chǎn)1噸炭黑全油消耗約1. 4?2. 2噸，平均 綜合能耗折合標(biāo)煤1. 7?2. 9噸(含生產(chǎn)用電、蒸汽、壓縮空氣等）。其中炭黑產(chǎn)品帶出的能 量不足50%，炭黑尾氣就是炭黑生產(chǎn)過(guò)程的主要副產(chǎn)品。目前，國(guó)內(nèi)炭黑行業(yè)對(duì)炭黑尾氣的 回收利用主要有=種方式：第一種方式是熱電聯(lián)產(chǎn)，炭黑尾氣用于電站鍋爐的燃料，燃燒后 產(chǎn)生蒸汽帶動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組，既供熱又發(fā)電，該是大多數(shù)炭黑工廠采用的方式，但炭黑尾氣 發(fā)電屬于小機(jī)組，電網(wǎng)準(zhǔn)入許可難度大；第二種方式是只供熱不發(fā)電，只配套?？诘奶亢谖?氣鍋爐副產(chǎn)蒸汽供熱，該種方式最簡(jiǎn)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=種方式是將炭黑尾氣進(jìn)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?fàn)t做燃料、用于焦油加工管式爐燃料等，但該種方式設(shè)及到對(duì)關(guān)聯(lián)裝置的工藝改造，建 設(shè)周期和成本較高。W上幾種利用方式受諸多條件限制，對(duì)炭黑建廠地域的選擇性有很大 影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)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(huán)利用用作炭黑反應(yīng)爐的入爐燃料來(lái)生產(chǎn)炭黑，該方法設(shè)備投資 少，既可用于新建炭黑廠，也可用于炭黑廠的節(jié)能改造，節(jié)能、降耗、減排，具備較好的經(jīng)濟(jì) 效益和環(huán)保效益，具有極高的推廣價(jià)值。
[0004] 炭黑尾氣是一種低熱值氣體，單獨(dú)循環(huán)回用時(shí)無(wú)法提供炭黑反應(yīng)生成的熱能。由 于富氧燃燒的應(yīng)用，提高了炭黑尾氣的熱值，該使得W炭黑尾氣替代部分燃料生產(chǎn)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W尾氣用作反應(yīng)燃料需要特殊工藝。本發(fā)明將炭黑尾氣經(jīng)脫濕、預(yù)熱步驟后，送入 炭黑反應(yīng)爐中，與來(lái)自空氣預(yù)熱器預(yù)熱的富氧空氣混合燃燒產(chǎn)生熱量，為原料油的熱解提 供能量，從而實(shí)現(xiàn)部分或全部替代燃料燃燒。本發(fā)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(shè)備的負(fù)荷，降低生產(chǎn)和投資成本。而且尾氣處理裝置投資少， 新建炭黑廠時(shí)建設(shè)周期與炭黑生產(chǎn)裝置同步完成；而炭黑廠節(jié)能改造時(shí)，尾氣處理裝置也 容易實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明方法減少了尾氣處理過(guò)程中的污染問(wèn)題，除環(huán)保效益外也有較好的經(jīng)濟(jì) 效益。實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、降耗、減排，具有極高的推廣價(jià)值。
[0005] 本發(fā)明方法具體的技術(shù)方案如下所述： 經(jīng)預(yù)熱的燃料油(氣)與經(jīng)空氣預(yù)熱器預(yù)熱到850°C、氧氣含量為32%的空氣，在反應(yīng)爐 燃燒段充分混合并完全燃燒，形成高動(dòng)能的高溫燃燒氣流進(jìn)入反應(yīng)爐喉管段；原料油經(jīng)原 料油累送至在線的原料油預(yù)熱器，預(yù)熱到280°C左右后通過(guò)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、汽化及裂解脫氨形成炭黑晶核；在反應(yīng) 爐反應(yīng)段，繼續(xù)并基本完成炭黑的晶核生成、增長(zhǎng)和聚集體的生成、增長(zhǎng)；隨后，在反應(yīng)爐急 冷段對(duì)反應(yīng)器內(nèi)的炭黑煙氣噴水急冷，終止反應(yīng)；煙氣在反應(yīng)爐停留段停留一段時(shí)間使噴 入煙氣中的急冷水充分汽化。反應(yīng)生成的炭黑煙氣經(jīng)袋濾器收集，收集下來(lái)的炭黑經(jīng)粉碎 后氣力輸送至粉狀炭黑貶罐進(jìn)行造粒、干燥、包裝成炭黑。主袋濾器排出的尾氣經(jīng)風(fēng)機(jī)加壓 后，少部分(約20%)送給生產(chǎn)裝置中尾氣燃燒爐燃燒作為干燥機(jī)熱源。剩余80%的尾氣經(jīng) 脫濕、預(yù)熱后回用作反應(yīng)爐的燃料，替代部分或全部燃料和富氧空氣燃燒再產(chǎn)生高溫燃燒 氣流提供原料油的裂解熱生成炭黑，實(shí)現(xiàn)尾氣利用做反應(yīng)爐燃料的循環(huán)工藝。
[0006] 進(jìn)一步的，上述炭黑生產(chǎn)用空氣采用預(yù)熱的富氧空氣。當(dāng)采用氧氣含量為28%的 富氧空氣參與助燃時(shí)，燃燒所需的理論空氣量比常規(guī)的理論空氣量要減少四分之一。同時(shí) 燃燒的火焰溫度相應(yīng)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(jīng) 測(cè)試，最適宜的富氧濃度為26%?32%，當(dāng)富氧濃度過(guò)高時(shí)，會(huì)增加制氧投資等成本，火焰溫 度增加較少，綜合效益下降。
[0007] 進(jìn)一步的，上述制氧裝置優(yōu)選為=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(xù)生產(chǎn)氧氣的缺點(diǎn)；又克服了四塔變壓吸附裝置工藝流程復(fù)雜，操作麻煩 的特點(diǎn)。
[000引進(jìn)一步的，上述炭黑生產(chǎn)循環(huán)利用尾氣需要除濕預(yù)熱處理。（1)炭黑生產(chǎn)的尾氣 需要進(jìn)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(dá)到lOOOkCal/Nm3左 右；（2)尾氣需要通過(guò)尾氣預(yù)熱器預(yù)熱，預(yù)熱溫度約400°C。
[0009] 進(jìn)一步的，在所述反應(yīng)爐燃燒段采用雙燃料氣裝置。在尾氣量不足(特別是生產(chǎn)初 期）或不合格(如濕度過(guò)大等）時(shí)用其它燃料，待尾氣量充足或和合格時(shí)再切換為尾氣。從 而不因燃料的變化影響產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
[0010] 進(jìn)一步的，上述炭黑反應(yīng)爐燃燒段尾氣噴燃裝置采用雙點(diǎn)順向均布中屯、對(duì)稱布 置，燃燒產(chǎn)生的兩股混合流體由切向旋轉(zhuǎn)進(jìn)入反應(yīng)爐燃燒段燃燒，提高尾氣入爐的燃燒擴(kuò) 散速度，使尾氣得到充分燃燒。
[0011] 進(jìn)一步的，該系統(tǒng)也可W用在已建炭黑廠，只做部分改造即可。其中，尾氣循環(huán)利 用工藝的反應(yīng)爐型結(jié)構(gòu)與同規(guī)模常規(guī)工藝爐型結(jié)構(gòu)相同，只對(duì)燃燒段單獨(dú)改造，避免重復(fù) 建造反應(yīng)爐。
[0012] 綜上所述，本發(fā)明炭黑生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了尾氣循環(huán)回收利用，減少了燃料消耗，減少 了二氧化碳和氮氧化物的排放量，同時(shí)還提高了燃燒效率，節(jié)約了原料消耗。該系統(tǒng)投資規(guī) 模小、生產(chǎn)成本低、建設(shè)時(shí)間短，即適用于已建炭黑廠的改造，又適用于新建炭黑廠同步建 設(shè)，具有良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保效益。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為本發(fā)明炭黑尾氣用作炭黑爐燃料生產(chǎn)炭黑的系統(tǒng)示意圖； 圖2為本發(fā)明炭黑反應(yīng)爐燃燒段的示意圖； 圖3為本發(fā)明炭黑反應(yīng)爐燃燒段的截面示意圖。
[0014] 圖例說(shuō)明； 1、富氧空分裝置；2、儲(chǔ)氣罐；3、主供風(fēng)機(jī)；4、空氣預(yù)熱器；5、炭黑反應(yīng)爐；6、余熱鍋爐； 7、原料油預(yù)熱器；8、尾氣預(yù)熱器；9、袋濾器；10、尾氣風(fēng)機(jī)；11、脫水塔；12、尾氣氣柜；13、 脫濕尾氣加壓風(fēng)機(jī)；14、炭黑后處理裝置；15、原料油儲(chǔ)罐；16、原料油累； 5-1、燃燒段；5-2、喉管段；5-3、反應(yīng)段；5-4、急冷段；5-5、停留段； 101、尾氣燃燒噴燃器；102、燃燒室；103、補(bǔ)充燃料入口；104、補(bǔ)充燃料空氣入口；105、 觀察孔； 101-1、尾氣入口；101-2、富氧空氣入口。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 為了更加清楚的理解本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及有益效果，下面結(jié)合附圖和具體 實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不將本發(fā)明的保護(hù)范圍限定在W下實(shí)施例中。
[0016] 參見圖1，來(lái)自富氧空分裝置1制備好的氧氣貶藏于儲(chǔ)氣罐2,在主供風(fēng)機(jī)3正壓 段進(jìn)行混合后進(jìn)入空氣預(yù)熱器4預(yù)熱。預(yù)熱后的富氧空氣與尾氣（尾氣不足或不合格時(shí) 采用補(bǔ)充燃料）在反應(yīng)爐燃燒段5-1充分混合燃燒，生成高溫燃燒氣流進(jìn)入反應(yīng)爐喉管段 5-2 ;此時(shí)原料油累16將原料油儲(chǔ)罐15的原料油加壓輸送至原料油預(yù)熱器7中預(yù)熱后通 過(guò)原料油嘴在反應(yīng)爐喉管段5-2噴入高溫燃燒氣流中，原料油的霧滴與氣流迅速混合并分 散、汽化及裂解脫氨形成炭黑晶核；在反應(yīng)爐反應(yīng)段5-3繼續(xù)并基本完成炭黑的晶核生成、 增長(zhǎng)和聚集體的生成、增長(zhǎng)；隨后，在反應(yīng)爐急冷段5-4對(duì)反應(yīng)器內(nèi)的炭黑煙氣噴水急冷， 終止反應(yīng)；煙氣在反應(yīng)爐停留段5-4停留一段時(shí)間使噴入煙氣中的急冷水充分汽化。反應(yīng) 生成的炭黑煙氣通過(guò)余熱鍋爐6進(jìn)入原料油預(yù)熱器7再通過(guò)尾氣預(yù)熱器8,經(jīng)袋濾器9收 集，收集下來(lái)的炭黑通過(guò)炭黑后處理裝置14 (造粒、干燥、包裝)后包裝成炭黑；而尾氣經(jīng)尾 氣風(fēng)機(jī)10加壓，少部分(約20%)送至炭黑后處理裝置14中的尾氣燃燒爐燃燒作為干燥機(jī) 熱源。剩余80%的尾氣送入脫水塔11中脫濕后進(jìn)入尾氣氣柜12,脫濕尾氣經(jīng)脫濕尾氣加壓 風(fēng)機(jī)13送入尾氣預(yù)熱器8預(yù)熱后預(yù)熱，作為尾氣燃料替代部分或全部燃料和富氧空氣燃燒 再產(chǎn)生高溫燃燒氣流提供原料油的裂解熱生成炭黑，實(shí)現(xiàn)尾氣利用做反應(yīng)爐燃料的循環(huán)工 藝。
[0017] 本發(fā)明炭黑生產(chǎn)用空氣采用預(yù)熱的富氧空氣。來(lái)自富氧空分裝置1制備好的氧氣 貶藏于儲(chǔ)氣罐2,在主供風(fēng)機(jī)3正壓段進(jìn)行混合后進(jìn)入空氣預(yù)熱器4預(yù)熱。助燃時(shí)所需的理 論空氣量比常規(guī)的理論空氣量要少，而且理論燃燒溫度更高，燃燒效率更高。
[001引優(yōu)選的是，上述富氧空分裝置1優(yōu)選=塔變壓吸附空分制氧裝置，該裝置既克服 了兩塔變壓吸附裝置不能連續(xù)生產(chǎn)氧氣的缺點(diǎn)，又克服了四塔變壓吸附裝置工藝流程復(fù) 雜，操作麻煩的特點(diǎn)。
[0019] 優(yōu)選的是，上述炭黑生產(chǎn)循環(huán)利用尾氣經(jīng)過(guò)除濕預(yù)熱處理。尾氣經(jīng)尾氣風(fēng)機(jī)10加 壓后，送入脫水塔11中脫濕后進(jìn)入尾氣氣柜12,脫濕尾氣經(jīng)脫濕尾氣加壓風(fēng)機(jī)13送入尾氣 預(yù)熱器8預(yù)熱后預(yù)熱。
[0020] 優(yōu)選的是，上述反應(yīng)爐燃燒段5-1采用雙燃料氣裝置。在尾氣量不足(特別是生產(chǎn) 初期）或不合格巧日濕度過(guò)大等）時(shí)，參見圖2,補(bǔ)充燃料通過(guò)補(bǔ)充燃料入口 103、富氧空氣通 過(guò)補(bǔ)充燃料空氣入口 104進(jìn)入燃燒時(shí)充分燃燒，待尾氣量充足或和合格時(shí)再切換為尾氣。 從而不因燃料的變化影響產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
[0021] 優(yōu)選的是，如圖3所示，上述炭黑反應(yīng)爐燃燒段尾氣燃燒噴燃器101采用雙點(diǎn)順向 均布中屯、對(duì)稱布置。尾氣分別由兩個(gè)尾氣燃燒噴燃器101上的尾氣進(jìn)口 101-1進(jìn)入噴燃器 101，與從富氧空氣入口 101-2進(jìn)來(lái)的富氧空氣在尾氣燃燒噴燃器101內(nèi)進(jìn)行混合點(diǎn)燃，達(dá) 到兩點(diǎn)燃燒，燃燒產(chǎn)生的兩股混合流體由切向旋轉(zhuǎn)進(jìn)入反應(yīng)爐燃燒段燃燒室102燃燒，從 而提高尾氣入爐的燃燒擴(kuò)散速度，使尾氣得到充分燃燒。
[0022] 本發(fā)明炭黑生產(chǎn)系統(tǒng)也可W用在已建炭黑廠，只做部分改造即可，其中尾氣循環(huán) 利用工藝的反應(yīng)爐型結(jié)構(gòu)與同規(guī)模常規(guī)工藝爐型結(jié)構(gòu)相同，只對(duì)反應(yīng)爐燃燒段5-1單獨(dú)改 造，避免了重復(fù)建造反應(yīng)爐。
[0023] 在4. 0萬(wàn)噸/年規(guī)模的硬質(zhì)炭黑裝置上，全部采用（預(yù)熱到400°C的)脫濕尾氣(殘 余水含量3%)作反應(yīng)爐燃料，分析富氧空氣條件下與同級(jí)品種硬質(zhì)炭黑生產(chǎn)的差異，見下 表。

【權(quán)利要求】
1. 一種炭黑尾氣的處理方法，其特征在于：將所述炭黑尾氣經(jīng)除濕、預(yù)熱步驟后與富 氧空氣混合用作炭黑反應(yīng)爐的入爐燃料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種炭黑尾氣的處理方法，其特征在于：所述炭黑尾氣經(jīng)除 濕步驟使其水蒸氣含量降至3%以下。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種炭黑尾氣的處理方法，其特征在于：所述炭黑尾氣的預(yù) 熱溫度為400 °C。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種炭黑尾氣的處理方法，其特征在于：所述富氧空氣的氧 氣含量為26%?32%。
5. -種以權(quán)1所述的炭黑尾氣處理方法來(lái)制備炭黑的生產(chǎn)系統(tǒng)，包括炭黑反應(yīng)爐，炭 黑反應(yīng)爐從前至后依次包括燃燒段、喉管段、反應(yīng)段、急冷段和停留段，其特征在于：所述燃 燒段連接富氧裝置，所述停留段后設(shè)置炭黑尾氣處理裝置，所述炭黑尾氣處理裝置又與燃 燒段連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種炭黑生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于：所述炭黑尾氣處理裝置包 括脫水塔和預(yù)熱器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種炭黑生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于：所述富氧裝置為三塔空壓 吸附空分制氧裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的一種炭黑生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于：所述富氧裝置制得的 富氧空氣的氧氣含量為26%?32%。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種炭黑生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于：所述反應(yīng)爐燃燒段采用雙 燃料氣裝置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種炭黑生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征在于：所述反應(yīng)爐燃燒段的噴燃 裝置采用雙點(diǎn)順向均布中心對(duì)稱布置。
【文檔編號(hào)】C09C1/50GK104513501SQ201410811231
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月23日
【發(fā)明者】梁明勇, 王彥玲, 萬(wàn)百千, 賈春, 周志敏 申請(qǐng)人:中橡集團(tuán)炭黑工業(yè)研究設(shè)計(jì)院