节能技术在炭黑生产过程中的应用

孙鲁光，丁利虎，陈新中

(山东耐斯特炭黑有限公司，山东 东营 257000)

0 引言

随着我国社会经济的发展，对自然资源需求量也在不断增加，我国的炭黑生产工业由于在工艺流程、设备等方面的原因，在生产过程中对炭黑原料的如煤焦油、天然气等损耗较大，从而消耗大量能量，对环境产生污染并对生产经济效益造成不利影响。为响应和贯彻落实国家建设生态文明、走可持续发展路线的方针政策，炭黑生产行业应加大节能技术的应用，引进先进的生产工艺和生产加工设备，做好各个生产环节的节能降耗，从而达到节约能源损耗和生产成本，促进炭黑生产经济效益提高的目的。

1 炭黑生产过程原理概述

炭黑生产过程主要在硬质炭黑生产线上完成。首先在反应炉中使炭黑生产原料如燃油或天然气进行充分混合燃烧，所产生的炽热气流使温度急剧上升并达到1400 ℃，这时生产原料中的油类物质会因为氧气不足而产生一系列裂解反应，在达到1800 ℃时最终形成颗粒较大且粗糙的炭黑。这时需要使用计算机进行生产工艺控制，湿法造粒，通过大量的循环水和大量电能使炭黑半成品冷却到270 ℃。最后收集并放入粉碎机粉碎，形成疏松而轻细的粉末即炭黑成品。

炭黑生产需要消耗大量重油、煤油或其他燃料油原料，冷却水循环过程需要消耗大量水资源，整个炭黑生产过程所使用的设备会消耗大量电能资源。炭黑生产过程中还产生大量炭黑粉尘、污水、尾气、固体废弃物以及噪声等污染，如果处理不当极容易对环境造成不可估量的破坏和影响。因此炭黑生产过程引进节能技术对于减少燃油、水、电能及其他环境污染问题具有重要意义，可以大大节约生产成本并有效保护生态环境。

2 当前我国炭黑生产耗能情况分析

由于炭黑及其衍生产品的实用特性，在许多工业原材料生产、日用品制作等方面占据着重要地位。因为炭黑生产需要耗费大量能源与资源，所以做好其节能降耗工作尤为关键，同时亦是我国产业政策调整后提出的新要求，这样不但能够有利于企业能耗的减小，而且还能实现企业的降本增效。但由于炭黑需求量的与日俱增，我国炭黑生产工业规模逐年扩大，甚至跃居世界第一，其生产过程中导致的能源消耗和环境污染问题日益严重，甚至达到触目惊心的地步。由于炭黑生产所损耗的能源和资源绝大部分属于不可再生资源，尽管当前炭黑生产工艺技术有了很大创新，但油类原料利用率居高不下的现实问题还没到很好的改善。而且部分炭黑生态企业没有开展工程能源预期管理，导致大量水资源的浪费。相较于普通工业生产用水来说，炭黑生产过程中冷却系统的水供给量要大得多。而且无法多次循环冷却水资源导致供给端口发生浪费，水资源损耗量要远远超出预期。除此之外，部分炭黑生产企业缺乏保护环境的意识，生产观念没能及时更新，导致生产环节极易发生各类矛盾冲突。例如，在生产炭黑产品时，在高温加热与分解原料油的过程中会有巨大热能的出现，无法快速被冷却环节吸收，而且也没能合理利用与评估余热，导致大部分情况都无法使用余热，导致热能浪费严重，并使得后期冷却用水量增多。部分企业在以往检查炭黑生产能源消耗情况下，仅仅是对其生产过程有无根据相应规定流程来开展进行查验，而忽略了具体使用水资源的量以及燃油加热所产生的能源损耗，存在生产管理漏洞，制约着炭黑生产节能降耗工作的开展。

3 炭黑生产中节能技术应用分析

3.1 急冷锅炉设备的应用

在最初的炭黑生产步骤中，由于空气和油类物质接触燃烧后所产生一系列的高温裂解反应，使锅炉内温度达到近1800 ℃。而粗糙炭黑收集过程的解除限制需要大量喷水进行急速冷却，使锅炉内产生的黑色烟气降低温度，这个过程中喷水使原有储备热量得不到充分利用，冷却时又浪费大量能量。因此为使反应完成后剩余的热量得到有效吸收和利用，可以在炭黑反应开始前在原本的反应炉旁添加急冷锅炉装置。急冷锅炉装置应用还需避免炭黑堵塞问题，这需要对连接管道注意及时疏通和维护。

3.2 富氧节能技术的应用

炭黑生产原料主要有油类物质、煤气或者空气，空气的含氧量较低使炭黑生产燃烧过程中因反应不充分导致产量减少，从而影响了生产成本。这个弊端可通过将低含氧量的空气替换成高含氧量的空气气体，使原料与氧气充分接触、消耗更加彻底，使裂解反应更加充分成功，提高炭黑纯度。富氧节能技术不仅可以减少煤气等原料的添加，降低了生产成本，而且可以降低煤气燃烧所产生的有害尾气，减轻过滤装饰负担[1]。

3.3 变频技术的应用

虽然在很多工业设备上变频技术已经得到广泛应用，相对于消耗大量电能的炭黑生产来讲，变频技术应用基础还相对薄弱。变频技术使用原理主要是通过调节电流的频率，使锅炉设备长期稳定运转，同时炭黑生产设备还可以根据不同情况自行选择频率，达到节电、节水等节能目的。变频设备广泛应用于炭黑生产过程，一是可以避免部分线路管道回调技术问题，使人力和时间成本降低；二是可以降低炭黑生产过程中装置因不断运转出现异常波动而导致泵类装置出现泄漏问题的发生；三是可以在保障生产过程安全的同时，杜绝有害物质污染环境。

3.4 原料油预热器的应用

炭黑生产过程中炭黑反应结束后会有烟气存留，烟气温度可到400 ℃，而如果在此环节使用原料油预热器，使烟气预热后，炭黑生产所需要的原料油温度可从80 ℃上升到180 ℃，这样可使原料油雾化程度增高并充分燃烧，这样可以减少炭黑生产原料消耗，从而降低炭黑生产成本。

3.5 在线高温空气预热器的应用

由于炭黑反应过程需要油料和空气，为降低油料的使用，在空气流量不变的情况下，可以采用850 ℃空气预热器对空气进行预热，使之达到830 ℃后直接通入反应炉，和燃料混合充分燃烧并产生高温烟气。高温烟气可以使原料油预热达到160 ℃，这样使整个装载炭黑反应产生过程的锅炉温度也随之升高，从而使炭黑反应所需温度的时间减少。使用高温空气预热器，可以改善反应条件，有效减少一次能源消耗，节省油料和生产时间，在降低生产成本的同时还可以通过回收期间产生的二次能源进行再利用，从而达到节能降耗的目的。在运用该种方法时应当要根据整体生产方案来开展组织与规划，确保其不仅与生产炭黑的要求相符，而且还能达到环保环境的目的。此外还应当要合理优化与改造相关生产设备，根据指定的生产原则来开展全面的评估、对比与判断，保证炭黑生产环节每项资源都能得以有效利用。而且应当要增设余热处理环节到炭黑生产过程中，实现空气预热器综合利用水平的提高，继而实现工艺的改善。

3.6 在线余热锅炉的应用

由于炭黑反应过程会产生一次、二次热能，且热能的能量相对较大，如果能加以利用对于降低能源损耗具有重要意义。可以通过余热锅炉对炭黑反应时所产生的热量进行回收，进而生产出蒸汽并再添加到后续的反应过程中。

3.7 其他节能技术的应用

一是设备及系统方面的回收再利用。由于原有主供风机设备所用的冷却水采取的是新鲜水，全部改用循环水可以减少浪费，降低生产成本。同时通过对系统加热所产生的蒸汽进行冷凝回收，可以降低因软水排放造成的浪费。

二是采用较为先进的精制加工设备以及废品炭黑回收系统。通过对设备和管道采取必要的保温措施，提高燃煤气的指标，通过采用新技术、新材料和新设备，这样可以有效提升产品质量并降低废次品率。

三是采用集散性微机控制系统。集散型微机控制系统通过对主要的工艺参数进行自动逻辑处理调整，可以使系统调节灵敏而准确。同时它兼有联锁报警，可以使工艺操作的稳定性和调节灵活性大幅度提高[2]。

四是运用节水技术。在炭黑生产节能降耗过程中，一项重要的内容就是节水技术的运用。通过回收炭黑生产过程中的冷却水，来实现重复循环利用水资源的目的。因为生产炭黑自身便要求进行系统内加热，所以会有水蒸气生成，在此环节设置冷凝，通过液化后得到新鲜水，以达到回收冷却水的目的，同时净化水蒸气将其用作二次使用，保证炭黑生产的经济与稳定。

五是再次回收利用炭黑尾气。根据再次利用炭黑尾气的环节可以将其分为两类技术：第一种是把炭黑尾气用作尾气炉燃料，随后将其回收到尾气炉内作热源，用以进行粒子烘干；第二种便是将尾气直接流转到尾气锅炉内用在燃料。该种方式能够将标准煤的使用量大幅降低，有效减少了生产成本，而且对后期循环利用工艺废料非常有利，不但节能减排而且还有利于生产效益的增加。大量生产实践都表明利用锅炉燃烧来回收利用热量，并且运用炭黑尾气热量进行生产能够有效实现能耗的降低。因此这就需要在优化炭黑生产工艺初期便将其尾气的排放与利用进行综合考量，不断强化管理尾气排放的效果，以保证尾气排放问题得到有效处理。而且在选用相关生产设备时还需要注重其节能管理工作的开展，尽量采取现代化环保科技，以实现其节能降耗的效果。

4 结语

炭黑生产工艺不断得到创新和改革，并在不断使用中取得不错的成绩和进步。但是，大规模的炭黑生产依然容易造成了高污染、高耗能的现实仍然不容忽视。炭黑行业人员要不断提高自身管理水平和专业技术能力，在科技创新上投入更大的人力、物力和财力，对先进技术进行吸收消化并做到自主创新。炭黑生产从业人员应用可持续发展的循环经济思路开展生产，加大对炭黑行业自身资源循环利用的开发力度，更要加大跨行业跨领域资源循环利用的开发力度，从而达到变废为宝、节能降耗的最终目的。