节能减排技术在炭黑生产的应用

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摘要：随着社会各方面环保节能要求的提升，炭黑行业想要快速发展就需要充分挖掘自身的潜力，不断优化炭黑生产的工艺以及相应设备，降低炭黑生产的能量消耗，充分利用炭黑生产的余热资源。从现阶段来看，炭黑生产装置中已经应用部分节能技术，有效降低了炭黑生产成本和污染，改善了生产操作环境。本文主要介绍节能减排技术在炭黑生产中的应用，希望能够对相关人士有所帮助。

关键词：节能减排；炭黑生产；余热资源

随着社会经济的快速发展，我国汽车保有量不断提升，对炭黑的需求量也不断增加，这对于炭黑工业的发展不仅是很好的机遇，同时也是重要挑战。炭黑行业属于高污染、高耗能的产业，其传统发展方式不符合节能社会的要求，所以要优化炭黑行业的发展。企业不仅要生产出合格的炭黑产品，同时也要不断改进炭黑生产工艺以及设备，降低炭黑生产的能耗，充分利用炭黑生产过程中的余热，从而达到节能减排的目的，推动我国节能环保型社会的发展。

1炭黑生产的基本工艺

炭黑的生产过程主要是将燃油或者煤气在空气中进行燃烧而产生高温气流，将煤焦油以及石油等原料油进行高温分解（设计温度1927℃左右）而产生炭黑。炭黑烟气在经过一次急冷水冷却、空气预热器换热、原料油预热器换热、二次急冷水冷却后，降低到约270℃，进入主袋滤器中进行收集，落入负压管线的炭黑经过微米粉碎机处理之后，经过粉状炭黑储罐收集，再经过干燥机干燥以及造粒后形成炭黑产品。从以上炭黑生产工艺可知，炭黑生产不仅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），也会间接消耗掉大量的水、电以及气等能源，所以炭黑生产中应用节能减排技术就显得非常关键。经过多年的技术优化和升级改造，目前，人们在炭黑生产节能减排方面取得了一定的成绩，有效降低了炭黑生产成本，减少了环境污染，促进了环境的改善。

2炭黑生产的环境保护问题

20世纪80年代之前，由于人们的环保意识淡薄以及管理能力较差，再加上炭黑生产的技术能力和工艺水平落后，炭黑行业具有非常强的污染性。随着人们环保意识的逐渐增强，80年代后，国家相继出台了有关环境污染治理的法律法规，同时炭黑生产的工艺以及设备都在提升，炭黑生产环境有了很大的改善。但总的说来，不同炭黑生产企业的环境保护能力有较大差距，主要是因为部分企业盲目追求利润而投入的资金有限，同时相关机构缺少有效的监管。炭黑生产过程中的污染主要包括：炭黑尾气、炭黑粉尘、炭黑污水、固体废弃物以及噪声等。相应企业要根据自身实际情况分析具体污染程度，采取针对性的措施进行治理，有效提升治理效果[1]。

3节能减排技术在炭黑生产中的应用

3.1案例基本情况。某公司有3条3万t的硬质炭黑生产线，其采用的生产技术是20世纪90年代的节能工艺，主要包括：使用新型反应炉，提升在线空气预热器的空气预热温度；使用高效的袋滤器，将产生的尾气进行回收当作尾气锅炉燃料进行生产；使用废品回收加工设备，通过计算机进行生产工艺的控制，湿法造粒，冷却水循环等[2]。3.2节能减排技术的应用。3.2.1最大程度上应用过程余热。采用850℃空气预热器将空气预热到830℃左右，直接通入反应炉和燃料混合燃烧产生高温气流。通过炭黑烟气将原料油进行预热使其达到160℃左右，这样就能够改善反应条件，有效减少一次能源消耗，回收其间产生的二次能源。（1）有效应用空预器。通过炭黑烟气将空气从风机出口温度90℃预热到830℃，其间可以计算回收的热量。每小时吸收的余热为：60.816190007407.9310kJpQ=CM∆t=××≈×（1）式中，Cp为空气比热，kJ/（m3•℃）；M为入炉空气量，Nm3/h；Δt为空气温差，℃。若是通过蒸汽实施预热，那么所需蒸汽为：6M=Q/F=7.9310/2×090≈3.79t（2）式中，F为汽化潜热，kJ/kg。那么，年可节约蒸汽为：3.79×3×24×365≈9.96×104t。（2）有效应用原油预热器。通过烟气预热后，原料油的温度可以从80℃上升到180℃，那么所吸收的热量为：8121050001001.0510kJpQ=C×G×∆t=××=×（3）式中，Cp1为原油的比热，kJ/kg；G为原油量，kg/h；Δt为温升。若是通过蒸汽实施预热，那么所需蒸汽为0.5t，年可节约蒸汽为3×0.5×24×365=13140t。（3）通过余热锅炉来对热量进行回收，从而生产蒸汽。可以通过余热锅炉来进一步应用烟气的余热，本案例中设置了4t/h的低压蒸汽余热锅炉，将产生的蒸汽并入蒸汽系统，这样能够节约4t/h的低压蒸汽。若是按照每吨蒸汽消耗202Nm3煤气进行计算，那么3条生产线每小时可以节约煤气3×4×202=2424Nm3。3.2.2对炭黑尾气进行回收利用。炭黑尾气的处理可以分为两部分，其中一部分主要用作炭黑回转干燥机热源的燃料，另一部分主要送到尾气锅炉当作燃料。尾气回收利用可以节约大量的标准煤，同时能够获得较好的经济效益和环保效益。（1）尾气燃烧炉的应用。应用尾气燃烧炉可以使用约20%的尾气，产生的热量约为18×106kJ，那么每小时能够节约的煤气为18×106/16200kJ/Nm3≈1150Nm3，每年可以节约的煤气为：3×1150×24×365≈3.02×107Nm3。（2）45t/h锅炉的应用。采用此锅炉能够使用约80%的尾气，产生的热量约为75×106kJ，那么每小时能够节约的煤气为75×106/16200≈4600Nm3，每年可以节约的煤气为：3×4600×24×365≈12.1×107Nm3。3.2.3设备及系统方面的回收再利用。要对设备所产生的冷却水进行回收，并且循环使用。对于系统加热所产生的蒸汽进行冷凝回收。原有的主供风机设备所用的冷却水采取的都是新鲜水，在使用过程中会产生浪费，将其全部改为循环水后能够有效降低生产成本。对于炭黑生产来说，全部的油管线都要通过蒸汽进行伴热，在原有的方案中伴热蒸汽使用后经由疏水器进行排放，这就造成软水的排放浪费。因此，在具体使用过程中可以将这部分蒸汽冷凝液进行回收再利用，改造后每小时的节水效益为：4t×2.25元/t=9元。3.2.4技术改造方面的节能应用。一般来说，炭黑生产线和尾气发电锅炉用水都靠反渗透装置提供。反渗透装置正常运行时，大概每产生40t软化水，就会产生10～15t浓水。浓水除部分用作反洗设备外，其余全部排入地沟，这样造成巨大的浪费，尤其是地处水资源极度匮乏的西部地区。通过技术改造及产品指标验证，将部分原水中定量加入浓水，并定期做好水质及产品指标记录，可以有效减少浓水的排放量，提高水的有效利用率。技术改造后，在正常生产状态下，大部分（约80%）浓水可以实现回收利用，从而有效降低软水的消耗成本[3]。3.2.5其他节能技术的应用。（1）采用较为先进的精制加工设备以及废品炭黑回收系统，同时对于设备和管道采取必要的保温措施，这样能够有效提升产品质量，降低废品率。（2）集散型的微机控制系统可以对主要工艺参数进行自动的逻辑处理，确保系统能够更加灵敏、准确地进行调整。同时，其能够进行联锁报警，使得工艺操作的稳定性和调节的灵活性有了较大的提升，满足产品质量标准方面的要求。（3）变频器在炭黑生产中的应用。生产线大部分设备都采用变频控制，根据具体工艺条件，及时调整所需频率。这样有效降低了设备负荷，既保证了设备工艺的正常运行，又可以节约电能，降低产品单位电耗。3.3技术应用效果分析。各种节能减排技术在炭黑生产中的应用，使得炭黑生产有效降低能耗，有利于环境保护。但是，与国际先进水平相比，目前其还存在一定的差距。例如，对于N339来说，我国与发达国家在节能方面还存在不小的差距，具体情况如表1所示。从表1可以看出，案例中的全油耗指标改用燃煤气后的全油指标，虽然和国际先进水平的差距不是很大，但是在实际运行方面还是存在较大的差距，需要采取更有效的改进措施。总的来说，节能减排技术需要进一步改进，从而有效推动炭黑生产工艺朝更加节能环保的方向发展[4]。

4结语

总的来说，将节能减排技术应用在炭黑生产过程中，可以有效地改进其生产工艺。但是，炭黑行业目前仍处在高耗能、高污染的阶段，这就要求炭黑企业不断提升管理能力，积极应用现代科技，增强自主创新能力，引进和吸收先进技术，形成自主创新能力。同时，要树立节能环保理念，发展循环经济，在实现炭黑行业资源循环利用的同时，进一步实现资源跨行业的循环利用，最大程度地实现节能环保的目的。

参考文献

1蓝晓民，曹继伟，王国维.节能减排技术在石油库生产中的应用[J].当代化工，2014，（2）：15-17.

2徐松华，王文富，李涛.探讨节能减排技术在合成氨生产中的应用[J].科技信息，2011，（9）：18-19.

3张俊.节能减排技术在合成氨生产中的应用分析[J].化工管理，2016，（9）：88-91.

4朱俊飞.节能减排技术在我公司合成氨生产中的应用[J].中氮肥，2011，（9）：18-19.

作者:赵磊华 王志华 王虎 单位:嘉峪关大友嘉能化工有限公司