劉劍

摘要：炭黑生產需要挖掘內部潛力的空間很大，改進炭黑生產的工藝和設備，降低生產的能耗，把炭黑生產中產生的廢物變廢為寶，使生產系統(tǒng)安全環(huán)保高效運行。目前，在山西焦化股份有限公司炭黑廠生產裝置中已經有一部分節(jié)能技術得到了應用，不但降低了炭黑的生產成本，減少了污染，而且改善了生產操作環(huán)境?；緦崿F了資源的循環(huán)利用，變廢為寶，減少污染物的排放。

關鍵詞：炭黑生產；節(jié)能技術；余熱利用；蒸汽；廢水；效益

1、炭黑生產發(fā)展現狀

能源和環(huán)境是當今世界上最為關注的兩大問題，也是工業(yè)發(fā)展關注的主要問題。炭黑工業(yè)歷來都是一個高耗能、高污染的行業(yè)。隨著我國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，對炭黑的需求量也越來越大，這對我國炭黑工業(yè)的發(fā)展是一個機遇，同時也是一個挑戰(zhàn)。炭黑行業(yè)的發(fā)展既要不斷適應市場的需求，生產出不同型號的產品滿足市場需求外，還要在能源日趨緊缺和原材料價格不斷攀升的條件下，挖掘炭黑生產內部潛力，改進炭黑生產的工藝和設備，降低生產的能耗，把炭黑生產中產生的廢物變廢為寶。

2、工藝簡介

炭黑生產主要是利用煤氣與空氣燃燒產生高溫氣流，煤焦油系列油類的原料油在1400～1500℃（軟質炭黑）或1800～1900℃（硬質炭黑）的高溫下裂解生成炭黑，產生的炭黑煙氣經急冷水冷卻，與入反應爐的空氣與原料油換熱后達到280±10℃，進入袋濾器收集，分離出尾氣和炭黑粉塵，分離后的尾氣通過加壓風機80%送至尾氣鍋爐生產蒸汽，20%送至尾氣燃燒爐用于干燥濕法造粒后的炭黑顆粒。從袋濾器中分離出的粉塵通過風送風機經微米粉碎機后，經濕法造粒機產生顆粒產品，干燥后送至產品倉。

從炭黑生產工藝來看，炭黑需要消耗大量的煤焦油系列的原料油和煤氣，間接消耗大量的水、電、汽等動力能源。因此，炭黑生產中的節(jié)能技術十分重要。

3、炭黑節(jié)能技術的應用

以山西焦化股份有限公司的炭黑生產為例進行探討分析。該公司現有一條年產2萬噸的軟質炭黑生產線和兩條年產3萬噸的硬質炭黑生產線，均由中橡設計院設計。硬質生產線有兩臺在線余熱鍋爐，850℃高溫空預器，高效脈沖袋濾器，濕法造粒機等，使節(jié)能工藝納入生產流程。主要體現在以下幾方面：

3.1、充分利用過程余熱

設置在線空氣預熱器，使空氣預熱后溫度達到830℃左右，再經反應爐夾套進一步加熱后入反應爐。原料油溫度經煙氣預熱后即達到220℃，從而強化反應條件，降低一次能源消耗，回收過程產生的二次能源，有效降低炭黑生產單耗。

a、空預器的應用。空氣常溫是20℃，由炭黑煙氣預熱到830℃，可回收過程余熱為：入爐空氣量按14000Nm3/h計，空氣比熱：Cp=（1.013+1.114）/2=1.064kJ/kg.℃ M=CpP=0.816kJ/m3.℃

每小時吸收余熱：Q=CpMΔt=0.816x14000x（830-20）=9.25x106kJ 如果用蒸汽預熱：0.5MPa，低壓蒸汽的汽化潛熱為2108kJ/kg，需要用蒸汽N：

N=9.25x106/2108=4.39x103kg=4.39t

兩條生產線需用蒸汽為：4.39x2=8.78t

根據每噸蒸汽130元計算，每天可節(jié)約資金1141.4元。

B、用余熱鍋爐回收余熱，生產蒸汽

為了充分利用煙氣余熱，本裝置配套的有產4t/h低壓蒸汽在線余熱鍋爐，所產蒸汽并入蒸汽系統(tǒng)，每小時可節(jié)約4t低壓蒸汽。每噸蒸汽按消耗200Nm3煤氣計算，每小時可節(jié)省煤氣800Nm3，兩條生產線為：1600Nm3，根據0.265元/Nm3計算，每小時節(jié)約424元。

C、原料油預熱器的應用

原料油溫度經煙氣預熱后可由90℃升至200℃，原料油根據產品質量控制在5000～7000kg/h。

原料油比熱按2.10kJ/kg，原料油量按6000kg/h計，需要吸收熱量為：

Q=CpMΔt=2.1x6000x（200-90）=1.39x106kJ 如果用蒸汽預熱：0.5MPa，低壓蒸汽的汽化潛熱為2108kJ/kg，需要用蒸汽N：

N=1.39x106/2108=0.66x103kg=0.7t

兩條生產線需用蒸汽為：0.7x2=1.4t年可節(jié)約蒸汽：1.4x24x365=1.22x104t，根據每噸蒸汽130元計算，每年可節(jié)約資金158萬。

3.2、炭黑尾氣的回收利用

炭黑尾氣約48000Nm3/h，熱值Qdy=2658.62kJ/Nm3，其中20%的尾氣用于濕法造粒后的干燥使用，其余80%尾氣送至尾氣鍋爐產蒸汽。利用尾氣的熱量，每天可相當于節(jié)約133t標準煤，并取得了較好的經濟、環(huán)保效益。

a、尾氣燃燒爐

尾氣爐使用約20%尾氣。約9600Nm3/h，產生熱量Q=9600X636X4.1868=25.56X106kJ，煤氣熱值為16200kJ/Nm3

小時節(jié)省煤氣：25.56X106/16200=1578Nm3

兩條生產線則為：2X1578=3156Nm3 即每小時節(jié)約費用：3156X0.265=836.34元。

b、45t/h鍋爐的應用

鍋爐使用80%的尾氣。約38400Nm3/h，產生熱量Q=38400X636X4.1868=102.25X106kJ，煤氣熱值為16200kJ/Nm3

小時節(jié)省煤氣：102.25X106/16200=6312Nm3

兩條生產線則為：2X6312=12624Nm3 即每小時節(jié)約費用：12624X0.265=3345.36元。

3.3、尾氣、軟水、循環(huán)、設備、回收

通過對袋濾器箱體頂蓋密封改造，減少了尾氣泄漏；通過對袋濾器進、出口閥門由原先的蝶閥改造成道閘閥，方便袋濾器濾袋泄漏后及時更換濾袋，不但減少了污染環(huán)境，而且延長了濾袋壽命；通過回收冷卻軟質原料油槍的軟水，循環(huán)用于硬質余熱鍋爐和入反應爐工藝水；通過對易腐蝕的袋濾器箱體和風送管線材質進行評估，增加材質厚度，不但減少了箱體泄漏，而且延長了設備使用壽命。將現場的外排水進行回收過濾，循環(huán)用于生產現場沖洗地面，改善現場環(huán)境；將生產現場的蒸汽冷凝水集中收集，冷卻后回收至工藝水罐，循環(huán)用于生產。據統(tǒng)計經過一系列改造措施，生產現場的廢水基本實現零排放，工藝水每月可節(jié)約400噸，根據每噸工業(yè)水2.2元計算，每月可節(jié)省費用880元；軟水回收每日可節(jié)約40噸，根據每噸軟水10元計算，每天可節(jié)省費用400元；通過改造尾氣多回收5000Nm3/h，Q=5000X636X4.1868=13.31X106kJ，小時節(jié)省煤氣13.31X106/16200=822Nm3， 即每小時節(jié)約費用：822X0.265=217.83元。

3.4、其他節(jié)能技術的應用

對入反應爐的空氣管線進行保溫，可降低產品單耗，穩(wěn)定生產；對尾氣鍋爐引風機氣調閥采用變頻控制，可以有效節(jié)省用電量；對風送風機繼電器進行改造，可以減少因電流波動，導致頻繁跳車，減少環(huán)境污染等等。

4、結束語

綜上所述，可以看到炭黑工藝在實際應用中經過逐步的改進，已經取得了很大的成績。但目前炭黑行業(yè)仍然是一個高耗能、高污染的行業(yè)，發(fā)展空間很大。因此，要求炭黑行業(yè)的技術人員要不斷地提高管理水平，依靠科技進步，提高創(chuàng)新能力，用循環(huán)經濟的思路來指導和發(fā)展炭黑生產，讓炭黑生產更加安全、環(huán)保、高效。