油爐法炭黑尾氣循環節能專利技術綜述

摘 要：文章介紹了油爐法炭黑生產的技術背景，從專利角度闡述了炭黑尾氣循環，燃燒節能方面的技術發展路線，重點介紹空氣預熱器、油預熱器的技術發展歷程，以期指導技術的發展。

關鍵詞：炭黑尾氣；節能；空氣預熱器；油預熱器

1 背景

炭黑的生產主要有槽法、爐法（氣爐法和油爐法）和熱解法。槽法、氣爐法和熱解法都是主要以天然氣為原料，隨著天然氣用途越來越廣泛，價格上漲，造成用這些方法制造炭黑成本太高，所以這些方法基本已不大規模使用[1]。油爐法是以氣態、液態烴或氣態與液態烴混合物為原料進行生產炭黑，在現代炭黑工業中，油爐法炭黑的產量已經占總產量的95%以上，因此油爐法是當今應用最為廣泛的炭黑生產工藝。油爐法炭黑生產的工藝流程如圖1所示[2-3]。

油爐法炭黑生產工藝可分為原料處理和輸送裝置、燃燒及反應裝置、冷卻和換熱裝置以及收集輸送裝置。目前炭黑產品正在向節能環保、多功能以及專用方向發展，新工藝的改進也主要是圍繞以下三個方面：反應爐和反應工藝的改進，生產過程中尾氣顯熱和化學熱的利用，炭黑濾袋和收集系統的改進[4]。文章主要對生產過程中尾氣顯熱的專利進行分析，以期對相關企業的發展提供參考。

2 炭黑尾氣循環主要專利介紹

炭黑尾氣循環利用的節能主要表現在充分利用尾氣中的尾氣顯熱，其主要表現在空氣預熱器、油預熱器這兩方面。文章對相關技術發展進行總結。

2.1 空氣預熱器

參與燃燒的空氣溫度是重要的工藝參數，它可以增加燃燒熱，降低油耗，空氣預熱溫度每提高100℃，就可降低總能耗1.95%，因此提高空氣預熱溫度是炭黑生產的重要節能措施。早在1975年SCHACK就公開（US3586098A）了一種將入爐空氣預熱到310℃的空氣預熱器，同時減少冷卻水的用量；1980年飛利浦石油公司開發了（US4351818A）空氣預熱器，采用急冷水預熱空氣；為了在不需要高壓及施加壓力的情況下制造低灰份導電炭黑，Bera公司公開了（EP0209800A2）制造低灰份導電炭黑的方法，液體燃料和含氧氣體在反應器里的留置時間至少約10秒，炭黑在反應器里形成后，間接和逐步地冷卻反應；在此后的時間內，空氣預熱的溫度被不斷的提高，例如SANDVIK公司公開了（EP1825206A1）采用列管式結構，通過懸掛單元和加長管道，以及設置在管道兩端的煙氣入口和煙氣收集出口腔，將空氣預熱溫度提高到800℃；另外，當空氣預熱溫度達到一定的水平后，面臨的另一個問題是空氣預熱器不變通徑管束容易積垢，降低患熱效率，青島德固特機械制造有限公司（CN20126252

6Y）提出一種變通徑管束空氣預熱器，管束的每一根管子是由不同內徑尺寸的鋼管由大而小焊接而成，能夠變通徑管束空氣預熱器既保證煙氣在管束內的正常流通，又能減緩管子積垢和堵塞；寧波德泰化學有限公司公開了一種（CN201412864A）脈沖式注水的方法，在換熱管的下方設置進水口，進水口連接脈沖式沖水裝置，在炭黑煙氣進入空氣預熱器的下方進行脈沖式注水，從而使炭黑煙氣里的炭黑粉末不能在換熱管內壁產生附著層，保持換熱管良好的換熱效果；當空氣預熱達到800℃以上時，對空氣預熱器材料的要求越來越高，為了克服現有空氣預熱器由于底部殼體高溫耐氧化材料用量大造成產品成本高的問題，青島德固特機械制造有限公司公開了三種相關技術，其一是（CN201218517Y）改進的高溫空氣預熱器，把原單鋼板的底部殼體改為外層鋼板和內層鋼板，并在兩層鋼板中間夾上隔熱保溫材料；其二是（CN103591604）將熱風出口設在中部，可使預熱器殼體下端和換熱管下端降低工作溫度；其三是（CN103994461A）一種倒置的高溫空氣預熱器，將換熱段高溫區從下部移到了上部。如圖2所示。

2.2 油預熱器

炭黑生產中油預熱器的作用是加熱原料油和燃料油，原料油和燃料油的溫度升高后粘性和表面張力降低，有利于提高霧化程度，縮短反應時間，提高原料油到炭黑的轉化率。飛利浦1972年公開了（US3877876A）采用炭黑煙氣加熱反應用油，提高生產效率；當空氣預熱器的技術達到一定高度后，一般會在其后接油預熱器，從反應爐里排出的高溫煙氣經空氣預熱后，溫度降為500～550℃進入油預熱器，對反應用油進行預熱，例如Bera公司（EP0209800A2）在公開空氣預熱器的同時對油預熱器進行改進，能夠有效控制預熱的速度；一般油預熱器都是蛇形管預熱裝置，為了節省空氣預熱器的煙氣管道材料，避免煙氣流經的管道易堵塞易積垢結露和腐蝕，寧波德泰化學公開了（CN201400651A）用于炭黑生產的油和空氣聯合預熱器，將油預熱器緊挨殼體內的煙氣道兼為空氣預熱器內的煙氣道，如圖3a；為了增強換熱效果，減少炭黑粉塵在換熱器內的沉積，江西黑貓炭黑（CN201867098）采用筒體內壁均勻布有一圈換熱列管，筒體的側壁端部開有煙氣出口，煙氣出口的彎頭上開有檢查孔以達到上述效果；上海焦化化工公開（CN201883058A）：設計火房煙道，利用火房煙道內煙氣的余熱對原料油進行預熱，提高流入汽化箱的原料油油溫，減小原料油油溫與汽化箱環境溫度之間的溫差；ENGELHARDT（WO9522037A1）改進蛇形彎管的進口和出口，提高換熱效率；為了提高燃料的預熱效率，山東奧隆公開了（CN203704727）高溫炭黑原料油預熱裝置，通過多級油預熱器循環利用高溫煙氣來預熱炭黑原料油如圖3b；埃德默斯頓公司（EP96941280A）采用雙層爐壁的管式熱交換器。

3 結束語

文章針對炭黑尾氣循環，燃燒節能角度對現有專利進行了分析，對重要技術分支空氣預熱器、油預熱器的相關技術發展進行總結，對了解相關領域的專利發展狀況和趨勢有一定的借鑒意義。

參考文獻

[1]張慧明，魏建.炭黑尾氣凈化及余熱利用[J].化工環保，1995（1）：32-36.

[2]馮海燕，亓建設，李增愛.炭黑尾氣在生產中的回收利用[J].煤化工，2012，40（5）：100-102.

[3]郭雋奎.炭黑尾氣和煙氣有效能利用的研究進展[J].橡膠科技，2010，8（19）：13-16.

[4]陳忠斌.炭黑尾氣在黑貓炭黑公司綜合利用的實踐[J].中國橡膠，2011，27（3）：11-12.