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        節(jié)能技術(shù)在炭黑生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用

        2021-01-11 00:47:44孫魯光丁利虎陳新中
        化工管理 2021年9期
        關(guān)鍵詞:原料油炭黑尾氣

        孫魯光,丁利虎,陳新中

        (山東耐斯特炭黑有限公司,山東 東營(yíng) 257000)

        0 引言

        隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,對(duì)自然資源需求量也在不斷增加,我國(guó)的炭黑生產(chǎn)工業(yè)由于在工藝流程、設(shè)備等方面的原因,在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)炭黑原料的如煤焦油、天然氣等損耗較大,從而消耗大量能量,對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染并對(duì)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益造成不利影響。為響應(yīng)和貫徹落實(shí)國(guó)家建設(shè)生態(tài)文明、走可持續(xù)發(fā)展路線的方針政策,炭黑生產(chǎn)行業(yè)應(yīng)加大節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用,引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)加工設(shè)備,做好各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的節(jié)能降耗,從而達(dá)到節(jié)約能源損耗和生產(chǎn)成本,促進(jìn)炭黑生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益提高的目的。

        1 炭黑生產(chǎn)過(guò)程原理概述

        炭黑生產(chǎn)過(guò)程主要在硬質(zhì)炭黑生產(chǎn)線上完成。首先在反應(yīng)爐中使炭黑生產(chǎn)原料如燃油或天然氣進(jìn)行充分混合燃燒,所產(chǎn)生的熾熱氣流使溫度急劇上升并達(dá)到1400 ℃,這時(shí)生產(chǎn)原料中的油類(lèi)物質(zhì)會(huì)因?yàn)檠鯕獠蛔愣a(chǎn)生一系列裂解反應(yīng),在達(dá)到1800 ℃時(shí)最終形成顆粒較大且粗糙的炭黑。這時(shí)需要使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)工藝控制,濕法造粒,通過(guò)大量的循環(huán)水和大量電能使炭黑半成品冷卻到270 ℃。最后收集并放入粉碎機(jī)粉碎,形成疏松而輕細(xì)的粉末即炭黑成品。

        炭黑生產(chǎn)需要消耗大量重油、煤油或其他燃料油原料,冷卻水循環(huán)過(guò)程需要消耗大量水資源,整個(gè)炭黑生產(chǎn)過(guò)程所使用的設(shè)備會(huì)消耗大量電能資源。炭黑生產(chǎn)過(guò)程中還產(chǎn)生大量炭黑粉塵、污水、尾氣、固體廢棄物以及噪聲等污染,如果處理不當(dāng)極容易對(duì)環(huán)境造成不可估量的破壞和影響。因此炭黑生產(chǎn)過(guò)程引進(jìn)節(jié)能技術(shù)對(duì)于減少燃油、水、電能及其他環(huán)境污染問(wèn)題具有重要意義,可以大大節(jié)約生產(chǎn)成本并有效保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

        2 當(dāng)前我國(guó)炭黑生產(chǎn)耗能情況分析

        由于炭黑及其衍生產(chǎn)品的實(shí)用特性,在許多工業(yè)原材料生產(chǎn)、日用品制作等方面占據(jù)著重要地位。因?yàn)樘亢谏a(chǎn)需要耗費(fèi)大量能源與資源,所以做好其節(jié)能降耗工作尤為關(guān)鍵,同時(shí)亦是我國(guó)產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整后提出的新要求,這樣不但能夠有利于企業(yè)能耗的減小,而且還能實(shí)現(xiàn)企業(yè)的降本增效。但由于炭黑需求量的與日俱增,我國(guó)炭黑生產(chǎn)工業(yè)規(guī)模逐年擴(kuò)大,甚至躍居世界第一,其生產(chǎn)過(guò)程中導(dǎo)致的能源消耗和環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重,甚至達(dá)到觸目驚心的地步。由于炭黑生產(chǎn)所損耗的能源和資源絕大部分屬于不可再生資源,盡管當(dāng)前炭黑生產(chǎn)工藝技術(shù)有了很大創(chuàng)新,但油類(lèi)原料利用率居高不下的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題還沒(méi)到很好的改善。而且部分炭黑生態(tài)企業(yè)沒(méi)有開(kāi)展工程能源預(yù)期管理,導(dǎo)致大量水資源的浪費(fèi)。相較于普通工業(yè)生產(chǎn)用水來(lái)說(shuō),炭黑生產(chǎn)過(guò)程中冷卻系統(tǒng)的水供給量要大得多。而且無(wú)法多次循環(huán)冷卻水資源導(dǎo)致供給端口發(fā)生浪費(fèi),水資源損耗量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出預(yù)期。除此之外,部分炭黑生產(chǎn)企業(yè)缺乏保護(hù)環(huán)境的意識(shí),生產(chǎn)觀念沒(méi)能及時(shí)更新,導(dǎo)致生產(chǎn)環(huán)節(jié)極易發(fā)生各類(lèi)矛盾沖突。例如,在生產(chǎn)炭黑產(chǎn)品時(shí),在高溫加熱與分解原料油的過(guò)程中會(huì)有巨大熱能的出現(xiàn),無(wú)法快速被冷卻環(huán)節(jié)吸收,而且也沒(méi)能合理利用與評(píng)估余熱,導(dǎo)致大部分情況都無(wú)法使用余熱,導(dǎo)致熱能浪費(fèi)嚴(yán)重,并使得后期冷卻用水量增多。部分企業(yè)在以往檢查炭黑生產(chǎn)能源消耗情況下,僅僅是對(duì)其生產(chǎn)過(guò)程有無(wú)根據(jù)相應(yīng)規(guī)定流程來(lái)開(kāi)展進(jìn)行查驗(yàn),而忽略了具體使用水資源的量以及燃油加熱所產(chǎn)生的能源損耗,存在生產(chǎn)管理漏洞,制約著炭黑生產(chǎn)節(jié)能降耗工作的開(kāi)展。

        3 炭黑生產(chǎn)中節(jié)能技術(shù)應(yīng)用分析

        3.1 急冷鍋爐設(shè)備的應(yīng)用

        在最初的炭黑生產(chǎn)步驟中,由于空氣和油類(lèi)物質(zhì)接觸燃燒后所產(chǎn)生一系列的高溫裂解反應(yīng),使鍋爐內(nèi)溫度達(dá)到近1800 ℃。而粗糙炭黑收集過(guò)程的解除限制需要大量噴水進(jìn)行急速冷卻,使鍋爐內(nèi)產(chǎn)生的黑色煙氣降低溫度,這個(gè)過(guò)程中噴水使原有儲(chǔ)備熱量得不到充分利用,冷卻時(shí)又浪費(fèi)大量能量。因此為使反應(yīng)完成后剩余的熱量得到有效吸收和利用,可以在炭黑反應(yīng)開(kāi)始前在原本的反應(yīng)爐旁添加急冷鍋爐裝置。急冷鍋爐裝置應(yīng)用還需避免炭黑堵塞問(wèn)題,這需要對(duì)連接管道注意及時(shí)疏通和維護(hù)。

        3.2 富氧節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

        炭黑生產(chǎn)原料主要有油類(lèi)物質(zhì)、煤氣或者空氣,空氣的含氧量較低使炭黑生產(chǎn)燃燒過(guò)程中因反應(yīng)不充分導(dǎo)致產(chǎn)量減少,從而影響了生產(chǎn)成本。這個(gè)弊端可通過(guò)將低含氧量的空氣替換成高含氧量的空氣氣體,使原料與氧氣充分接觸、消耗更加徹底,使裂解反應(yīng)更加充分成功,提高炭黑純度。富氧節(jié)能技術(shù)不僅可以減少煤氣等原料的添加,降低了生產(chǎn)成本,而且可以降低煤氣燃燒所產(chǎn)生的有害尾氣,減輕過(guò)濾裝飾負(fù)擔(dān)[1]。

        3.3 變頻技術(shù)的應(yīng)用

        雖然在很多工業(yè)設(shè)備上變頻技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,相對(duì)于消耗大量電能的炭黑生產(chǎn)來(lái)講,變頻技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)還相對(duì)薄弱。變頻技術(shù)使用原理主要是通過(guò)調(diào)節(jié)電流的頻率,使鍋爐設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn),同時(shí)炭黑生產(chǎn)設(shè)備還可以根據(jù)不同情況自行選擇頻率,達(dá)到節(jié)電、節(jié)水等節(jié)能目的。變頻設(shè)備廣泛應(yīng)用于炭黑生產(chǎn)過(guò)程,一是可以避免部分線路管道回調(diào)技術(shù)問(wèn)題,使人力和時(shí)間成本降低;二是可以降低炭黑生產(chǎn)過(guò)程中裝置因不斷運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)異常波動(dòng)而導(dǎo)致泵類(lèi)裝置出現(xiàn)泄漏問(wèn)題的發(fā)生;三是可以在保障生產(chǎn)過(guò)程安全的同時(shí),杜絕有害物質(zhì)污染環(huán)境。

        3.4 原料油預(yù)熱器的應(yīng)用

        炭黑生產(chǎn)過(guò)程中炭黑反應(yīng)結(jié)束后會(huì)有煙氣存留,煙氣溫度可到400 ℃,而如果在此環(huán)節(jié)使用原料油預(yù)熱器,使煙氣預(yù)熱后,炭黑生產(chǎn)所需要的原料油溫度可從80 ℃上升到180 ℃,這樣可使原料油霧化程度增高并充分燃燒,這樣可以減少炭黑生產(chǎn)原料消耗,從而降低炭黑生產(chǎn)成本。

        3.5 在線高溫空氣預(yù)熱器的應(yīng)用

        由于炭黑反應(yīng)過(guò)程需要油料和空氣,為降低油料的使用,在空氣流量不變的情況下,可以采用850 ℃空氣預(yù)熱器對(duì)空氣進(jìn)行預(yù)熱,使之達(dá)到830 ℃后直接通入反應(yīng)爐,和燃料混合充分燃燒并產(chǎn)生高溫?zé)煔?。高溫?zé)煔饪梢允乖嫌皖A(yù)熱達(dá)到160 ℃,這樣使整個(gè)裝載炭黑反應(yīng)產(chǎn)生過(guò)程的鍋爐溫度也隨之升高,從而使炭黑反應(yīng)所需溫度的時(shí)間減少。使用高溫空氣預(yù)熱器,可以改善反應(yīng)條件,有效減少一次能源消耗,節(jié)省油料和生產(chǎn)時(shí)間,在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)還可以通過(guò)回收期間產(chǎn)生的二次能源進(jìn)行再利用,從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。在運(yùn)用該種方法時(shí)應(yīng)當(dāng)要根據(jù)整體生產(chǎn)方案來(lái)開(kāi)展組織與規(guī)劃,確保其不僅與生產(chǎn)炭黑的要求相符,而且還能達(dá)到環(huán)保環(huán)境的目的。此外還應(yīng)當(dāng)要合理優(yōu)化與改造相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備,根據(jù)指定的生產(chǎn)原則來(lái)開(kāi)展全面的評(píng)估、對(duì)比與判斷,保證炭黑生產(chǎn)環(huán)節(jié)每項(xiàng)資源都能得以有效利用。而且應(yīng)當(dāng)要增設(shè)余熱處理環(huán)節(jié)到炭黑生產(chǎn)過(guò)程中,實(shí)現(xiàn)空氣預(yù)熱器綜合利用水平的提高,繼而實(shí)現(xiàn)工藝的改善。

        3.6 在線余熱鍋爐的應(yīng)用

        由于炭黑反應(yīng)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一次、二次熱能,且熱能的能量相對(duì)較大,如果能加以利用對(duì)于降低能源損耗具有重要意義??梢酝ㄟ^(guò)余熱鍋爐對(duì)炭黑反應(yīng)時(shí)所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行回收,進(jìn)而生產(chǎn)出蒸汽并再添加到后續(xù)的反應(yīng)過(guò)程中。

        3.7 其他節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

        一是設(shè)備及系統(tǒng)方面的回收再利用。由于原有主供風(fēng)機(jī)設(shè)備所用的冷卻水采取的是新鮮水,全部改用循環(huán)水可以減少浪費(fèi),降低生產(chǎn)成本。同時(shí)通過(guò)對(duì)系統(tǒng)加熱所產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行冷凝回收,可以降低因軟水排放造成的浪費(fèi)。

        二是采用較為先進(jìn)的精制加工設(shè)備以及廢品炭黑回收系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)設(shè)備和管道采取必要的保溫措施,提高燃煤氣的指標(biāo),通過(guò)采用新技術(shù)、新材料和新設(shè)備,這樣可以有效提升產(chǎn)品質(zhì)量并降低廢次品率。

        三是采用集散性微機(jī)控制系統(tǒng)。集散型微機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)主要的工藝參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)邏輯處理調(diào)整,可以使系統(tǒng)調(diào)節(jié)靈敏而準(zhǔn)確。同時(shí)它兼有聯(lián)鎖報(bào)警,可以使工藝操作的穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)靈活性大幅度提高[2]。

        四是運(yùn)用節(jié)水技術(shù)。在炭黑生產(chǎn)節(jié)能降耗過(guò)程中,一項(xiàng)重要的內(nèi)容就是節(jié)水技術(shù)的運(yùn)用。通過(guò)回收炭黑生產(chǎn)過(guò)程中的冷卻水,來(lái)實(shí)現(xiàn)重復(fù)循環(huán)利用水資源的目的。因?yàn)樯a(chǎn)炭黑自身便要求進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)加熱,所以會(huì)有水蒸氣生成,在此環(huán)節(jié)設(shè)置冷凝,通過(guò)液化后得到新鮮水,以達(dá)到回收冷卻水的目的,同時(shí)凈化水蒸氣將其用作二次使用,保證炭黑生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)與穩(wěn)定。

        五是再次回收利用炭黑尾氣。根據(jù)再次利用炭黑尾氣的環(huán)節(jié)可以將其分為兩類(lèi)技術(shù):第一種是把炭黑尾氣用作尾氣爐燃料,隨后將其回收到尾氣爐內(nèi)作熱源,用以進(jìn)行粒子烘干;第二種便是將尾氣直接流轉(zhuǎn)到尾氣鍋爐內(nèi)用在燃料。該種方式能夠?qū)?biāo)準(zhǔn)煤的使用量大幅降低,有效減少了生產(chǎn)成本,而且對(duì)后期循環(huán)利用工藝廢料非常有利,不但節(jié)能減排而且還有利于生產(chǎn)效益的增加。大量生產(chǎn)實(shí)踐都表明利用鍋爐燃燒來(lái)回收利用熱量,并且運(yùn)用炭黑尾氣熱量進(jìn)行生產(chǎn)能夠有效實(shí)現(xiàn)能耗的降低。因此這就需要在優(yōu)化炭黑生產(chǎn)工藝初期便將其尾氣的排放與利用進(jìn)行綜合考量,不斷強(qiáng)化管理尾氣排放的效果,以保證尾氣排放問(wèn)題得到有效處理。而且在選用相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備時(shí)還需要注重其節(jié)能管理工作的開(kāi)展,盡量采取現(xiàn)代化環(huán)保科技,以實(shí)現(xiàn)其節(jié)能降耗的效果。

        4 結(jié)語(yǔ)

        炭黑生產(chǎn)工藝不斷得到創(chuàng)新和改革,并在不斷使用中取得不錯(cuò)的成績(jī)和進(jìn)步。但是,大規(guī)模的炭黑生產(chǎn)依然容易造成了高污染、高耗能的現(xiàn)實(shí)仍然不容忽視。炭黑行業(yè)人員要不斷提高自身管理水平和專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力,在科技創(chuàng)新上投入更大的人力、物力和財(cái)力,對(duì)先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行吸收消化并做到自主創(chuàng)新。炭黑生產(chǎn)從業(yè)人員應(yīng)用可持續(xù)發(fā)展的循環(huán)經(jīng)濟(jì)思路開(kāi)展生產(chǎn),加大對(duì)炭黑行業(yè)自身資源循環(huán)利用的開(kāi)發(fā)力度,更要加大跨行業(yè)跨領(lǐng)域資源循環(huán)利用的開(kāi)發(fā)力度,從而達(dá)到變廢為寶、節(jié)能降耗的最終目的。

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