節(jié)能減排技術(shù)在炭黑生產(chǎn)中的應(yīng)用探究

趙磊華，王志華，王 虎，王 毅

（嘉峪關(guān)大友嘉能化工有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)汽車(chē)保有量不斷提升，對(duì)炭黑的需求量也不斷增加，這對(duì)于炭黑工業(yè)的發(fā)展不僅是很好的機(jī)遇，同時(shí)也是重要挑戰(zhàn)。炭黑行業(yè)屬于高污染、高耗能的產(chǎn)業(yè)，其傳統(tǒng)發(fā)展方式不符合節(jié)能社會(huì)的要求，所以要優(yōu)化炭黑行業(yè)的發(fā)展。企業(yè)不僅要生產(chǎn)出合格的炭黑產(chǎn)品，同時(shí)也要不斷改進(jìn)炭黑生產(chǎn)工藝以及設(shè)備，降低炭黑生產(chǎn)的能耗，充分利用炭黑生產(chǎn)過(guò)程中的余熱，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的，推動(dòng)我國(guó)節(jié)能環(huán)保型社會(huì)的發(fā)展。

1 炭黑生產(chǎn)的基本工藝

炭黑的生產(chǎn)過(guò)程主要是將燃油或者煤氣在空氣中進(jìn)行燃燒而產(chǎn)生高溫氣流，將煤焦油以及石油等原料油進(jìn)行高溫分解（設(shè)計(jì)溫度1 927℃左右）而產(chǎn)生炭黑。炭黑煙氣在經(jīng)過(guò)一次急冷水冷卻、空氣預(yù)熱器換熱、原料油預(yù)熱器換熱、二次急冷水冷卻后，降低到約270℃，進(jìn)入主袋濾器中進(jìn)行收集，落入負(fù)壓管線的炭黑經(jīng)過(guò)微米粉碎機(jī)處理之后，經(jīng)過(guò)粉狀炭黑儲(chǔ)罐收集，再經(jīng)過(guò)干燥機(jī)干燥以及造粒后形成炭黑產(chǎn)品。

從以上炭黑生產(chǎn)工藝可知，炭黑生產(chǎn)不僅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），也會(huì)間接消耗掉大量的水、電以及氣等能源，所以炭黑生產(chǎn)中應(yīng)用節(jié)能減排技術(shù)就顯得非常關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)優(yōu)化和升級(jí)改造，目前，人們?cè)谔亢谏a(chǎn)節(jié)能減排方面取得了一定的成績(jī)，有效降低了炭黑生產(chǎn)成本，減少了環(huán)境污染，促進(jìn)了環(huán)境的改善。

2 炭黑生產(chǎn)的環(huán)境保護(hù)問(wèn)題

20 世紀(jì)80年代之前，由于人們的環(huán)保意識(shí)淡薄以及管理能力較差，再加上炭黑生產(chǎn)的技術(shù)能力和工藝水平落后，炭黑行業(yè)具有非常強(qiáng)的污染性。隨著人們環(huán)保意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，80年代后，國(guó)家相繼出臺(tái)了有關(guān)環(huán)境污染治理的法律法規(guī)，同時(shí)炭黑生產(chǎn)的工藝以及設(shè)備都在提升，炭黑生產(chǎn)環(huán)境有了很大的改善。但總的說(shuō)來(lái)，不同炭黑生產(chǎn)企業(yè)的環(huán)境保護(hù)能力有較大差距，主要是因?yàn)椴糠制髽I(yè)盲目追求利潤(rùn)而投入的資金有限，同時(shí)相關(guān)機(jī)構(gòu)缺少有效的監(jiān)管。炭黑生產(chǎn)過(guò)程中的污染主要包括：炭黑尾氣、炭黑粉塵、炭黑污水、固體廢棄物以及噪聲等。相應(yīng)企業(yè)要根據(jù)自身實(shí)際情況分析具體污染程度，采取針對(duì)性的措施進(jìn)行治理，有效提升治理效果[1]。

3 節(jié)能減排技術(shù)在炭黑生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 案例基本情況

某公司有3條3萬(wàn)t的硬質(zhì)炭黑生產(chǎn)線，其采用的生產(chǎn)技術(shù)是20世紀(jì)90年代的節(jié)能工藝，主要包括：使用新型反應(yīng)爐，提升在線空氣預(yù)熱器的空氣預(yù)熱溫度；使用高效的袋濾器，將產(chǎn)生的尾氣進(jìn)行回收當(dāng)作尾氣鍋爐燃料進(jìn)行生產(chǎn)；使用廢品回收加工設(shè)備，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)工藝的控制，濕法造粒，冷卻水循環(huán)等[2]。

3.2 節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用

3.2.1 最大程度上應(yīng)用過(guò)程余熱

采用850℃空氣預(yù)熱器將空氣預(yù)熱到830℃左右，直接通入反應(yīng)爐和燃料混合燃燒產(chǎn)生高溫氣流。通過(guò)炭黑煙氣將原料油進(jìn)行預(yù)熱使其達(dá)到160℃左右，這樣就能夠改善反應(yīng)條件，有效減少一次能源消耗，回收其間產(chǎn)生的二次能源。

（1）有效應(yīng)用空預(yù)器。通過(guò)炭黑煙氣將空氣從風(fēng)機(jī)出口溫度90℃預(yù)熱到830℃，其間可以計(jì)算回收的熱量。每小時(shí)吸收的余熱為：

式中，Cp為空氣比熱，kJ/（m3·℃）；M為入爐空氣量，Nm3/h；Δt為空氣溫差，℃。

若是通過(guò)蒸汽實(shí)施預(yù)熱，那么所需蒸汽為：

式中，F(xiàn)為汽化潛熱，kJ/kg。

那么，年可節(jié)約蒸汽為：

（2）有效應(yīng)用原油預(yù)熱器。通過(guò)煙氣預(yù)熱后，原料油的溫度可以從80℃上升到180℃，那么所吸收的熱量為：

式中，Cp1為原油的比熱，kJ/kg；G為原油量，kg/h；Δt為溫升。

若是通過(guò)蒸汽實(shí)施預(yù)熱，那么所需蒸汽為0.5 t，年可節(jié)約蒸汽為3×0.5×24×365=13 140 t。

（3）通過(guò)余熱鍋爐來(lái)對(duì)熱量進(jìn)行回收，從而生產(chǎn)蒸汽。可以通過(guò)余熱鍋爐來(lái)進(jìn)一步應(yīng)用煙氣的余熱，本案例中設(shè)置了4 t/h的低壓蒸汽余熱鍋爐，將產(chǎn)生的蒸汽并入蒸汽系統(tǒng)，這樣能夠節(jié)約4 t/h的低壓蒸汽。若是按照每噸蒸汽消耗202 Nm3煤氣進(jìn)行計(jì)算，那么3條生產(chǎn)線每小時(shí)可以節(jié)約煤氣3×4×202=2 424 Nm3。

3.2.2 對(duì)炭黑尾氣進(jìn)行回收利用

炭黑尾氣的處理可以分為兩部分，其中一部分主要用作炭黑回轉(zhuǎn)干燥機(jī)熱源的燃料，另一部分主要送到尾氣鍋爐當(dāng)作燃料。尾氣回收利用可以節(jié)約大量的標(biāo)準(zhǔn)煤，同時(shí)能夠獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

（1）尾氣燃燒爐的應(yīng)用。應(yīng)用尾氣燃燒爐可以使用約20%的尾氣，產(chǎn)生的熱量約為18×106kJ，那么每小時(shí)能夠節(jié)約的煤氣為18×106/16 200 kJ/Nm3≈1 150 Nm3，每年可以節(jié)約的煤氣為：3×1 150×24×365 ≈ 3.02×107Nm3。

（2）45 t/h鍋爐的應(yīng)用。采用此鍋爐能夠使用約80%的尾氣，產(chǎn)生的熱量約為75×106kJ，那么每小時(shí)能夠節(jié)約的煤氣為75×106/16 200≈4 600 Nm3，每年可以節(jié)約的煤氣為：3×4 600×24×365 ≈ 12.1×107Nm3。

3.2.3 設(shè)備及系統(tǒng)方面的回收再利用

要對(duì)設(shè)備所產(chǎn)生的冷卻水進(jìn)行回收，并且循環(huán)使用。對(duì)于系統(tǒng)加熱所產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)行冷凝回收。原有的主供風(fēng)機(jī)設(shè)備所用的冷卻水采取的都是新鮮水，在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生浪費(fèi)，將其全部改為循環(huán)水后能夠有效降低生產(chǎn)成本。對(duì)于炭黑生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，全部的油管線都要通過(guò)蒸汽進(jìn)行伴熱，在原有的方案中伴熱蒸汽使用后經(jīng)由疏水器進(jìn)行排放，這就造成軟水的排放浪費(fèi)。因此，在具體使用過(guò)程中可以將這部分蒸汽冷凝液進(jìn)行回收再利用，改造后每小時(shí)的節(jié)水效益為：

4 t×2.25元/t=9元。

3.2.4 技術(shù)改造方面的節(jié)能應(yīng)用

一般來(lái)說(shuō)，炭黑生產(chǎn)線和尾氣發(fā)電鍋爐用水都靠反滲透裝置提供。反滲透裝置正常運(yùn)行時(shí)，大概每產(chǎn)生40 t軟化水，就會(huì)產(chǎn)生10～15 t濃水。濃水除部分用作反洗設(shè)備外，其余全部排入地溝，這樣造成巨大的浪費(fèi)，尤其是地處水資源極度匱乏的西部地區(qū)。通過(guò)技術(shù)改造及產(chǎn)品指標(biāo)驗(yàn)證，將部分原水中定量加入濃水，并定期做好水質(zhì)及產(chǎn)品指標(biāo)記錄，可以有效減少濃水的排放量，提高水的有效利用率。技術(shù)改造后，在正常生產(chǎn)狀態(tài)下，大部分（約80%）濃水可以實(shí)現(xiàn)回收利用，從而有效降低軟水的消耗成本[3]。

3.2.5 其他節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

（1）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)，同時(shí)對(duì)于設(shè)備和管道采取必要的保溫措施，這樣能夠有效提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品率。

（2）集散型的微機(jī)控制系統(tǒng)可以對(duì)主要工藝參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)的邏輯處理，確保系統(tǒng)能夠更加靈敏、準(zhǔn)確地進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，其能夠進(jìn)行聯(lián)鎖報(bào)警，使得工藝操作的穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)的靈活性有了較大的提升，滿足產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)方面的要求。

（3）變頻器在炭黑生產(chǎn)中的應(yīng)用。生產(chǎn)線大部分設(shè)備都采用變頻控制，根據(jù)具體工藝條件，及時(shí)調(diào)整所需頻率。這樣有效降低了設(shè)備負(fù)荷，既保證了設(shè)備工藝的正常運(yùn)行，又可以節(jié)約電能，降低產(chǎn)品單位電耗。

3.3 技術(shù)應(yīng)用效果分析

各種節(jié)能減排技術(shù)在炭黑生產(chǎn)中的應(yīng)用，使得炭黑生產(chǎn)有效降低能耗，有利于環(huán)境保護(hù)。但是，與國(guó)際先進(jìn)水平相比，目前其還存在一定的差距。例如，對(duì)于N339來(lái)說(shuō)，我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家在節(jié)能方面還存在不小的差距，具體情況如表1所示。

表1 N339節(jié)能水平對(duì)比

從表1可以看出，案例中的全油耗指標(biāo)改用燃煤氣后的全油指標(biāo)，雖然和國(guó)際先進(jìn)水平的差距不是很大，但是在實(shí)際運(yùn)行方面還是存在較大的差距，需要采取更有效的改進(jìn)措施。總的來(lái)說(shuō)，節(jié)能減排技術(shù)需要進(jìn)一步改進(jìn)，從而有效推動(dòng)炭黑生產(chǎn)工藝朝更加節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，將節(jié)能減排技術(shù)應(yīng)用在炭黑生產(chǎn)過(guò)程中，可以有效地改進(jìn)其生產(chǎn)工藝。但是，炭黑行業(yè)目前仍處在高耗能、高污染的階段，這就要求炭黑企業(yè)不斷提升管理能力，積極應(yīng)用現(xiàn)代科技，增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力，引進(jìn)和吸收先進(jìn)技術(shù)，形成自主創(chuàng)新能力。同時(shí)，要樹(shù)立節(jié)能環(huán)保理念，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，在實(shí)現(xiàn)炭黑行業(yè)資源循環(huán)利用的同時(shí)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)資源跨行業(yè)的循環(huán)利用，最大程度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的。