[发明专利]一种利用炭黑尾气制氢的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及制氢工艺，尤其涉及一种利用炭黑尾气制氢的工艺。

背景技术

炭黑是气态或液态的碳氢化合物在空气不足的条件下进行不完全燃烧或热裂分解所生成的无定形碳，为疏松、质轻而极细的黑色粉末物质，具有高度分散性，不溶于各种溶剂，相对密度1.8～2.1。其成分主要是元素碳，并含有少量氧、氢和硫以及其他杂质和水分等，其微晶具有准石墨结构。

炭黑主要用作橡胶的补强剂和填料，橡胶用炭黑占炭黑总量的90％，其中约70％用于轮胎制造，约80%的炭黑消耗量用于汽车工业。此外，也用作油墨的着色剂以及塑料制品的紫外光屏蔽剂。在许多其他制品，如电极、干电池、电阻器、炸药、化妆品及抛光膏中，炭黑也是重要的助剂。

2012年全球炭黑需求量达到1160万t，预计未来5年内世界炭黑产量会逐年递增4.6%。中国2012年炭黑产量达到376万吨，需求量约385万吨，比2011年增长68万吨，增速达21%。2012-2015年国内炭黑产量复合增速在11%左右，2015年有望达到540万吨。

炭黑的生产方法中技术较成熟的有槽法、炉法及热解法。其中油炉法收率最高、能耗最少，其产量占炭黑总产量的95%以上。油炉法炭黑原料油分为三类：炼油厂副产的催化裂化澄清油、乙烯焦油和煤焦油。欧洲和美国炭黑原料油以澄清油为主，我国炭黑原料以煤焦油和乙烯焦油为主。

油炉法炭黑生产流程为：脱水后的燃料油经油泵升压，在蒸汽夹套油管内升温到110～130℃，再经油嘴雾化喷射到反应炉内。冷空气经孔板流量计进入空气预热器加热到350～400℃进入喷燃器与油雾充分混合后进入反应炉内。在燃料油的加热下，反应炉温度维持在1300～1600℃。原料油在此高温下裂解生成炭黑和含有CO₂、H₂O、N₂、过剩O₂以及少量NOx、SOx 和H₂S 等1700℃左右的高温烟气。烟气离开反应炉后，立即喷入水急冷至900～1000℃，以终止反应。急冷后的烟气再经两级废热锅炉冷却至600～650℃，随后进入列管式冷却器，使烟气冷却至450～550℃，进入三级空气预热器，烟气与空气逆向流动，烟气温度降到200～250℃，送入三级旋风分离器，分离出大部分炭黑，尾气经风冷器冷却至80～140℃后进入脉冲袋滤器中。经过滤后尾气由抽风机抽吸至烟囱排放。由旋风分离器和脉冲袋滤器中收集的炭黑，由气力输送系统送入湿法造粒机中。湿的粒状炭黑在回转式干燥器中于燥，然后送入贮罐，以散装或袋装方式运输。

油炉法每生产1吨炭黑，产生3500m³含尘尾气。按我国2012年炭黑产量376万吨计，炭黑尾气超过130亿m³。目前炭黑企业对炭黑尾气都未进行处理，其利用主要是回收其中的高温热量，大量的尾气直接排入大气中，造成严重的环境污染。

中国发明专利申请102120120A公开了一种炭黑尾气的处理方法。用水对炭黑尾气进行洗涤，除去水汽和部分H₂S气体，再经活性氧化铝干燥后，用活性炭或碳分子筛采用变温吸附装置脱除H₂S和SO₂，再通过变压吸附提纯得到浓度99%的 N₂，剩余的废气供燃烧使用。

截止目前为止，国内还无炭黑尾气提取或制备高纯度氢气的报道和使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用炭黑尾气制氢的工艺。

本发明采用以下技术方案：

一种利用炭黑尾气制氢的工艺，原料炭黑尾气经鼓风、冷却除水、脱硫、干燥、再进行增压后进行变压吸附分离即可制得氢气。

首先，为克服后续系统阻力，利用鼓风机将炭黑尾气增压至50-80kpa后，进行冷却，将温度降至常温并分离出游离水，冷却可以采用常用的换热器水冷，也可采用循环水直接冷激。

由于炭黑尾气中水含量高，优选循环水直接冷激。

冷却后炭黑尾气中的粉尘进入循环水中，经沉降后循环水可重复使用。

除水后的炭黑尾气进入脱硫系统进行脱硫。脱硫优选采用目前工业上常用的湿法脱硫，也可采用干法脱硫。