張佳

摘 要：炭黑生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的低熱值廢氣，如果直接排放大氣，將造成嚴重的環(huán)境污染和資源浪費。炭黑尾氣的回收利用，不僅實現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)部循環(huán)經(jīng)濟，節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本，同時進一步消除了炭黑尾氣中的有害氣體、粉塵對環(huán)境的污染，是實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟、可持續(xù)發(fā)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(fā)電可以帶來的經(jīng)濟、環(huán)境效益。

關(guān)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(yè)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(yīng)用于制造各種類型的輪胎和其他橡膠制品。據(jù)統(tǒng)計，炭黑總消耗量的89.5%用于橡膠工業(yè)；其余10.5%的炭黑用于塑料、化纖、油墨和涂料等非橡膠工業(yè)。我國炭黑工業(yè)的發(fā)展是隨著汽車、輪胎工業(yè)的快速發(fā)展而不斷壯大的。炭黑生產(chǎn)過程中產(chǎn)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(huán)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(jié)能降耗、保護環(huán)境的重要目的，同時還能節(jié)約生產(chǎn)成本、增強市場競爭力，是實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟、可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。

1 炭黑工藝簡介

炭黑生產(chǎn)過程是將高芳烴含量的原料油與空氣燃燒產(chǎn)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(jīng)冷卻、過濾、收集、造粒成為產(chǎn)品。

2 炭黑尾氣的產(chǎn)生和組成特點

炭黑尾氣是炭黑生成反應(yīng)過程中高芳烴不完全燃燒裂解的副產(chǎn)物，成分相對復(fù)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(yīng)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(chǎn)企業(yè)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(huán)境中，將對操作人員造成危害，有導(dǎo)致氣管炎、肺水腫、神經(jīng)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(wěn)定，隨炭黑品種、原料油的來源、炭黑生產(chǎn)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(tài)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(tài)污染物轉(zhuǎn)化為CO2和 H2O后達標排放；催化反應(yīng)法，是將炭黑尾氣中的CO、H2和一定量的CO2作為生產(chǎn)甲醇的原料，但目前尚未有示例。根據(jù)目前國內(nèi)的經(jīng)濟和技術(shù)情況，普遍采用直接燃燒法來回收炭黑尾氣中的化學(xué)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(tài)污染物完全燃燒，轉(zhuǎn)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(chǎn)工藝過程中的余熱利用

來自反應(yīng)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(shè)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(fā)電

國內(nèi)外大多數(shù)的炭黑企業(yè)將除了干燥粒子用氣以外的炭黑尾氣余熱回用生產(chǎn)蒸汽和電力。炭黑尾氣經(jīng)加壓后，送專門的余熱鍋爐燃燒，產(chǎn)生高壓蒸汽，推動汽輪機，汽輪機帶動發(fā)動機發(fā)電。實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，除滿足自用電和用汽外，還可對外供應(yīng)，實現(xiàn)了資源優(yōu)化配置，發(fā)展循環(huán)經(jīng)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(chǎn)每噸炭黑約產(chǎn)生8～11kNm3尾氣，可以燃燒產(chǎn)生蒸汽7噸，發(fā)電1120度。據(jù)統(tǒng)計，2013年我國炭黑的產(chǎn)量為470萬噸，按炭黑尾氣發(fā)電量測算，全年尾氣可發(fā)電52.64億度，發(fā)電除自用外可外供35.27億度，年節(jié)能量約210萬噸標煤（等價值），減排CO2總量526萬噸，其節(jié)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(huán)境。解決了企業(yè)蒸汽供應(yīng)的困難，也在一定程度上減少了國家電網(wǎng)的供電壓力，為社會創(chuàng)造了不小的財富。

6 結(jié)語

目前，能源綜合利用和環(huán)境保護越來越受重視，將炭黑生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的低熱值尾氣進行余熱回收利用，實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，符合國家環(huán)保產(chǎn)業(yè)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(yè)創(chuàng)造了新的效益增長點，還解決了企業(yè)用汽用電問題，實現(xiàn)環(huán)保與經(jīng)濟的“雙贏”，炭黑尾氣余熱回收利用值得我們廣泛應(yīng)用。

參考文獻

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