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摘要：炭黑生产需要挖掘内部潜力的空间很大，改进炭黑生产的工艺和设备，降低生产的能耗，把炭黑生产中产生的废物变废为宝，使生产系统安全环保高效运行。目前，在山西焦化股份有限公司炭黑厂生产装置中已经有一部分节能技术得到了应用，不但降低了炭黑的生产成本，减少了污染，而且改善了生产操作环境。基本实现了资源的循环利用，变废为宝，减少污染物的排放。
关键词：炭黑生产；节能技术；余热利用；蒸汽；废水；效益
1、炭黑生产发展现状
能源和环境是当今世界上最为关注的两大问题，也是工业发展关注的主要问题。炭黑工业历来都是一个高耗能、高污染的行业。随着我国汽车工业的迅猛发展，对炭黑的需求量也越来越大，这对我国炭黑工业的发展是一个机遇，同时也是一个挑战。炭黑行业的发展既要不断适应市场的需求，生产出不同型号的产品满足市场需求外，还要在能源日趋紧缺和原材料价格不断攀升的条件下，挖掘炭黑生产内部潜力，改进炭黑生产的工艺和设备，降低生产的能耗，把炭黑生产中产生的废物变废为宝。
2、工艺简介
炭黑生产主要是利用煤气与空气燃烧产生高温气流，煤焦油系列油类的原料油在1400～1500℃（软质炭黑）或1800～1900℃（硬质炭黑）的高温下裂解生成炭黑，产生的炭黑烟气经急冷水冷却，与入反应炉的空气与原料油换热后达到280±10℃，进入袋滤器收集，分离出尾气和炭黑粉尘，分离后的尾气通过加压风机80%送至尾气锅炉生产蒸汽，20%送至尾气燃烧炉用于干燥湿法造粒后的炭黑颗粒。从袋滤器中分离出的粉尘通过风送风机经微米粉碎机后，经湿法造粒机产生颗粒产品，干燥后送至产品仓。
从炭黑生产工艺来看，炭黑需要消耗大量的煤焦油系列的原料油和煤气，间接消耗大量的水、电、汽等动力能源。因此，炭黑生产中的节能技术十分重要。
3、炭黑节能技术的应用
以山西焦化股份有限公司的炭黑生产为例进行探讨分析。该公司现有一条年产2万吨的软质炭黑生产线和两条年产3万吨的硬质炭黑生产线，均由中橡设计院设计。硬质生产线有两台在线余热锅炉，850℃高温空预器，高效脉冲袋滤器，湿法造粒机等，使节能工艺纳入生产流程。主要体现在以下几方面：
3.1、充分利用过程余热
设置在线空气预热器，使空气预热后温度达到830℃左右，再经反应炉夹套进一步加热后入反应炉。原料油温度经烟气预热后即达到220℃，从而强化反应条件，降低一次能源消耗，回收过程产生的二次能源，有效降低炭黑生产单耗。
a、空预器的应用。空气常温是20℃，由炭黑烟气预热到830℃，可回收过程余热为：入炉空气量按14000Nm3/h计，空气比热：Cp=（1.013+1.114）/2=1.064kJ/kg.℃ M=CpP=0.816kJ/m3.℃
每小时吸收余热：Q=CpMΔt=0.816x14000x（830-20）=9.25x106kJ 如果用蒸汽预热：0.5MPa，低压蒸汽的汽化潜热为2108kJ/kg，需要用蒸汽N：
N=9.25x106/2108=4.39x103kg=4.39t
两条生产线需用蒸汽为：4.39x2=8.78t
根据每吨蒸汽130元计算，每天可节约资金1141.4元。
B、用余热锅炉回收余热，生产蒸汽
为了充分利用烟气余热，本装置配套的有产4t/h低压蒸汽在线余热锅炉，所产蒸汽并入蒸汽系统，每小时可节约4t低压蒸汽。每吨蒸汽按消耗200Nm3煤气计算，每小时可节省煤气800Nm3，两条生产线为：1600Nm3，根据0.265元/Nm3计算，每小时节约424元。
C、原料油预热器的应用
原料油温度经烟气预热后可由90℃升至200℃，原料油根据产品质量控制在5000～7000kg/h。
原料油比热按2.10kJ/kg，原料油量按6000kg/h计，需要吸收热量为：
Q=CpMΔt=2.1x6000x（200-90）=1.39x106kJ 如果用蒸汽预热：0.5MPa，低压蒸汽的汽化潜热为2108kJ/kg，需要用蒸汽N：
N=1.39x106/2108=0.66x103kg=0.7t
两条生产线需用蒸汽为：0.7x2=1.4t年可节约蒸汽：1.4x24x365=1.22x104t，根据每吨蒸汽130元计算，每年可节约资金158万。
3.2、炭黑尾气的回收利用
炭黑尾气约48000Nm3/h，热值Qdy=2658.62kJ/Nm3，其中20%的尾气用于湿法造粒后的干燥使用，其余80%尾气送至尾气锅炉产蒸汽。利用尾气的热量，每天可相当于节约133t标准煤，并取得了较好的经济、环保效益。
a、尾气燃烧炉
尾气炉使用约20%尾气。约9600Nm3/h，产生热量Q=9600X636X4.1868=25.56X106kJ，煤氣热值为16200kJ/Nm3
小时节省煤气：25.56X106/16200=1578Nm3
两条生产线则为：2X1578=3156Nm3 即每小时节约费用：3156X0.265=836.34元。
b、45t/h锅炉的应用
锅炉使用80%的尾气。约38400Nm3/h，产生热量Q=38400X636X4.1868=102.25X106kJ，煤气热值为16200kJ/Nm3
小时节省煤气：102.25X106/16200=6312Nm3
两条生产线则为：2X6312=12624Nm3 即每小时节约费用：12624X0.265=3345.36元。
3.3、尾气、软水、循环、设备、回收
通过对袋滤器箱体顶盖密封改造，减少了尾气泄漏；通过对袋滤器进、出口阀门由原先的蝶阀改造成道闸阀，方便袋滤器滤袋泄漏后及时更换滤袋，不但减少了污染环境，而且延长了滤袋寿命；通过回收冷却软质原料油枪的软水，循环用于硬质余热锅炉和入反应炉工艺水；通过对易腐蚀的袋滤器箱体和风送管线材质进行评估，增加材质厚度，不但减少了箱体泄漏，而且延长了设备使用寿命。将现场的外排水进行回收过滤，循环用于生产现场冲洗地面，改善现场环境；将生产现场的蒸汽冷凝水集中收集，冷却后回收至工艺水罐，循环用于生产。据统计经过一系列改造措施，生产现场的废水基本实现零排放，工艺水每月可节约400吨，根据每吨工业水2.2元计算，每月可节省费用880元；软水回收每日可节约40吨，根据每吨软水10元计算，每天可节省费用400元；通过改造尾气多回收5000Nm3/h，Q=5000X636X4.1868=13.31X106kJ，小时节省煤气13.31X106/16200=822Nm3， 即每小时节约费用：822X0.265=217.83元。
3.4、其他节能技术的应用
对入反应炉的空气管线进行保温，可降低产品单耗，稳定生产；对尾气锅炉引风机气调阀采用变频控制，可以有效节省用电量；对风送风机继电器进行改造，可以减少因电流波动，导致频繁跳车，减少环境污染等等。
4、结束语
综上所述，可以看到炭黑工艺在实际应用中经过逐步的改进，已经取得了很大的成绩。但目前炭黑行业仍然是一个高耗能、高污染的行业，发展空间很大。因此，要求炭黑行业的技术人员要不断地提高管理水平，依靠科技进步，提高创新能力，用循环经济的思路来指导和发展炭黑生产，让炭黑生产更加安全、环保、高效。
关键词：炭黑生产；节能技术；余热利用；蒸汽；废水；效益
1、炭黑生产发展现状
能源和环境是当今世界上最为关注的两大问题，也是工业发展关注的主要问题。炭黑工业历来都是一个高耗能、高污染的行业。随着我国汽车工业的迅猛发展，对炭黑的需求量也越来越大，这对我国炭黑工业的发展是一个机遇，同时也是一个挑战。炭黑行业的发展既要不断适应市场的需求，生产出不同型号的产品满足市场需求外，还要在能源日趋紧缺和原材料价格不断攀升的条件下，挖掘炭黑生产内部潜力，改进炭黑生产的工艺和设备，降低生产的能耗，把炭黑生产中产生的废物变废为宝。
2、工艺简介
炭黑生产主要是利用煤气与空气燃烧产生高温气流，煤焦油系列油类的原料油在1400～1500℃（软质炭黑）或1800～1900℃（硬质炭黑）的高温下裂解生成炭黑，产生的炭黑烟气经急冷水冷却，与入反应炉的空气与原料油换热后达到280±10℃，进入袋滤器收集，分离出尾气和炭黑粉尘，分离后的尾气通过加压风机80%送至尾气锅炉生产蒸汽，20%送至尾气燃烧炉用于干燥湿法造粒后的炭黑颗粒。从袋滤器中分离出的粉尘通过风送风机经微米粉碎机后，经湿法造粒机产生颗粒产品，干燥后送至产品仓。
从炭黑生产工艺来看，炭黑需要消耗大量的煤焦油系列的原料油和煤气，间接消耗大量的水、电、汽等动力能源。因此，炭黑生产中的节能技术十分重要。
3、炭黑节能技术的应用
以山西焦化股份有限公司的炭黑生产为例进行探讨分析。该公司现有一条年产2万吨的软质炭黑生产线和两条年产3万吨的硬质炭黑生产线，均由中橡设计院设计。硬质生产线有两台在线余热锅炉，850℃高温空预器，高效脉冲袋滤器，湿法造粒机等，使节能工艺纳入生产流程。主要体现在以下几方面：
3.1、充分利用过程余热
设置在线空气预热器，使空气预热后温度达到830℃左右，再经反应炉夹套进一步加热后入反应炉。原料油温度经烟气预热后即达到220℃，从而强化反应条件，降低一次能源消耗，回收过程产生的二次能源，有效降低炭黑生产单耗。
a、空预器的应用。空气常温是20℃，由炭黑烟气预热到830℃，可回收过程余热为：入炉空气量按14000Nm3/h计，空气比热：Cp=（1.013+1.114）/2=1.064kJ/kg.℃ M=CpP=0.816kJ/m3.℃
每小时吸收余热：Q=CpMΔt=0.816x14000x（830-20）=9.25x106kJ 如果用蒸汽预热：0.5MPa，低压蒸汽的汽化潜热为2108kJ/kg，需要用蒸汽N：
N=9.25x106/2108=4.39x103kg=4.39t
两条生产线需用蒸汽为：4.39x2=8.78t
根据每吨蒸汽130元计算，每天可节约资金1141.4元。
B、用余热锅炉回收余热，生产蒸汽
为了充分利用烟气余热，本装置配套的有产4t/h低压蒸汽在线余热锅炉，所产蒸汽并入蒸汽系统，每小时可节约4t低压蒸汽。每吨蒸汽按消耗200Nm3煤气计算，每小时可节省煤气800Nm3，两条生产线为：1600Nm3，根据0.265元/Nm3计算，每小时节约424元。
C、原料油预热器的应用
原料油温度经烟气预热后可由90℃升至200℃，原料油根据产品质量控制在5000～7000kg/h。
原料油比热按2.10kJ/kg，原料油量按6000kg/h计，需要吸收热量为：
Q=CpMΔt=2.1x6000x（200-90）=1.39x106kJ 如果用蒸汽预热：0.5MPa，低压蒸汽的汽化潜热为2108kJ/kg，需要用蒸汽N：
N=1.39x106/2108=0.66x103kg=0.7t
两条生产线需用蒸汽为：0.7x2=1.4t年可节约蒸汽：1.4x24x365=1.22x104t，根据每吨蒸汽130元计算，每年可节约资金158万。
3.2、炭黑尾气的回收利用
炭黑尾气约48000Nm3/h，热值Qdy=2658.62kJ/Nm3，其中20%的尾气用于湿法造粒后的干燥使用，其余80%尾气送至尾气锅炉产蒸汽。利用尾气的热量，每天可相当于节约133t标准煤，并取得了较好的经济、环保效益。
a、尾气燃烧炉
尾气炉使用约20%尾气。约9600Nm3/h，产生热量Q=9600X636X4.1868=25.56X106kJ，煤氣热值为16200kJ/Nm3
小时节省煤气：25.56X106/16200=1578Nm3
两条生产线则为：2X1578=3156Nm3 即每小时节约费用：3156X0.265=836.34元。
b、45t/h锅炉的应用
锅炉使用80%的尾气。约38400Nm3/h，产生热量Q=38400X636X4.1868=102.25X106kJ，煤气热值为16200kJ/Nm3
小时节省煤气：102.25X106/16200=6312Nm3
两条生产线则为：2X6312=12624Nm3 即每小时节约费用：12624X0.265=3345.36元。
3.3、尾气、软水、循环、设备、回收
通过对袋滤器箱体顶盖密封改造，减少了尾气泄漏；通过对袋滤器进、出口阀门由原先的蝶阀改造成道闸阀，方便袋滤器滤袋泄漏后及时更换滤袋，不但减少了污染环境，而且延长了滤袋寿命；通过回收冷却软质原料油枪的软水，循环用于硬质余热锅炉和入反应炉工艺水；通过对易腐蚀的袋滤器箱体和风送管线材质进行评估，增加材质厚度，不但减少了箱体泄漏，而且延长了设备使用寿命。将现场的外排水进行回收过滤，循环用于生产现场冲洗地面，改善现场环境；将生产现场的蒸汽冷凝水集中收集，冷却后回收至工艺水罐，循环用于生产。据统计经过一系列改造措施，生产现场的废水基本实现零排放，工艺水每月可节约400吨，根据每吨工业水2.2元计算，每月可节省费用880元；软水回收每日可节约40吨，根据每吨软水10元计算，每天可节省费用400元；通过改造尾气多回收5000Nm3/h，Q=5000X636X4.1868=13.31X106kJ，小时节省煤气13.31X106/16200=822Nm3， 即每小时节约费用：822X0.265=217.83元。
3.4、其他节能技术的应用
对入反应炉的空气管线进行保温，可降低产品单耗，稳定生产；对尾气锅炉引风机气调阀采用变频控制，可以有效节省用电量；对风送风机继电器进行改造，可以减少因电流波动，导致频繁跳车，减少环境污染等等。
4、结束语
综上所述，可以看到炭黑工艺在实际应用中经过逐步的改进，已经取得了很大的成绩。但目前炭黑行业仍然是一个高耗能、高污染的行业，发展空间很大。因此，要求炭黑行业的技术人员要不断地提高管理水平，依靠科技进步，提高创新能力，用循环经济的思路来指导和发展炭黑生产，让炭黑生产更加安全、环保、高效。