[发明专利]一种炭黑尾气的处理方法及炭黑生产系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种循环利用炭黑尾气用作炭黑反应炉燃料的生产工艺及相应的炭黑生产系统，属于炭黑工业技术领域。

背景技术

炭黑工业属于高耗能工业领域。每生产1吨炭黑全油消耗约1.4～2.2吨，平均综合能耗折合标煤1.7～2.9吨（含生产用电、蒸汽、压缩空气等)。其中炭黑产品带出的能量不足50%，炭黑尾气就是炭黑生产过程的主要副产品。目前，国内炭黑行业对炭黑尾气的回收利用主要有三种方式：第一种方式是热电联产，炭黑尾气用于电站锅炉的燃料，燃烧后产生蒸汽带动汽轮发电机组，既供热又发电，这是大多数炭黑工厂采用的方式，但炭黑尾气发电属于小机组，电网准入许可难度大；第二种方式是只供热不发电，只配套专门的炭黑尾气锅炉副产蒸汽供热，这种方式最简便易行，但前提条件是炭黑工厂周边要有足够的蒸汽用户；第三种方式是将炭黑尾气进行脱水处理后用于其它装置的燃料，如与煤气混合回用于焦炉做燃料、用于焦油加工管式炉燃料等，但这种方式涉及到对关联装置的工艺改造，建设周期和成本较高。以上几种利用方式受诸多条件限制，对炭黑建厂地域的选择性有很大影响。

发明内容

本发明的目的就在于改变炭黑尾气利用受限的状况，提供一种炭黑尾气的利用新方法，它是将炭黑尾气循环利用用作炭黑反应炉的入炉燃料来生产炭黑，该方法设备投资少，既可用于新建炭黑厂，也可用于炭黑厂的节能改造，节能、降耗、减排，具备较好的经济效益和环保效益，具有极高的推广价值。

炭黑尾气是一种低热值气体，单独循环回用时无法提供炭黑反应生成的热能。由于富氧燃烧的应用，提高了炭黑尾气的热值，这使得以炭黑尾气替代部分燃料生产新工艺炭黑成为可能。但由于尾气中可燃组分所占比例较燃料仍然很低，含水量又很高（30%～40%），所以尾气用作反应燃料需要特殊工艺。本发明将炭黑尾气经脱湿、预热步骤后，送入炭黑反应炉中，与来自空气预热器预热的富氧空气混合燃烧产生热量，为原料油的热解提供能量，从而实现部分或全部替代燃料燃烧。本发明方法不但降低了原料能耗，还因富氧工艺的加入，减少了后部收集设备的负荷，降低生产和投资成本。而且尾气处理装置投资少，新建炭黑厂时建设周期与炭黑生产装置同步完成；而炭黑厂节能改造时，尾气处理装置也容易实现，本发明方法减少了尾气处理过程中的污染问题，除环保效益外也有较好的经济效益。实现了节能、降耗、减排，具有极高的推广价值。

本发明方法具体的技术方案如下所述：

经预热的燃料油（气）与经空气预热器预热到850℃、氧气含量为32%的空气，在反应炉燃烧段充分混合并完全燃烧，形成高动能的高温燃烧气流进入反应炉喉管段；原料油经原料油泵送至在线的原料油预热器，预热到280℃左右后通过轴向或径向雾化喷嘴喷到高温燃烧气流中，原料油的雾滴与气流迅速混合并分散、汽化及裂解脱氢形成炭黑晶核；在反应炉反应段，继续并基本完成炭黑的晶核生成、增长和聚集体的生成、增长；随后，在反应炉急冷段对反应器内的炭黑烟气喷水急冷，终止反应；烟气在反应炉停留段停留一段时间使喷入烟气中的急冷水充分汽化。反应生成的炭黑烟气经袋滤器收集，收集下来的炭黑经粉碎后气力输送至粉状炭黑贮罐进行造粒、干燥、包装成炭黑。主袋滤器排出的尾气经风机加压后，少部分（约20%）送给生产装置中尾气燃烧炉燃烧作为干燥机热源。剩余80%的尾气经脱湿、预热后回用作反应炉的燃料，替代部分或全部燃料和富氧空气燃烧再产生高温燃烧气流提供原料油的裂解热生成炭黑，实现尾气利用做反应炉燃料的循环工艺。

进一步的，上述炭黑生产用空气采用预热的富氧空气。当采用氧气含量为28％的富氧空气参与助燃时，燃烧所需的理论空气量比常规的理论空气量要减少四分之一。同时燃烧的火焰温度相应得到提高，燃料的燃烧效率更为提高，而排放的烟气量也大大减少。经测试，最适宜的富氧浓度为26%～32%，当富氧浓度过高时，会增加制氧投资等成本，火焰温度增加较少，综合效益下降。

进一步的，上述制氧装置优选为三塔变压吸附空分制氧装置。既克服了两塔变压吸附装置不能连续生产氧气的缺点；又克服了四塔变压吸附装置工艺流程复杂，操作麻烦的特点。

进一步的，上述炭黑生产循环利用尾气需要除湿预热处理。（1）炭黑生产的尾气需要进入脱水塔脱湿，使其水蒸气含量由39%左右降到3%左右，热值达到1000kCal/Nm³左右；（2）尾气需要通过尾气预热器预热，预热温度约400℃。