儲存在原料油罐的原料油，用高壓油泵將其輸送，經(jīng)原料油預(yù)熱器從反應(yīng)爐的后管段噴入，供給反應(yīng)所需的原料。儲存在燃料油罐的燃料油，由齒輪泵將其經(jīng)燃油預(yù)熱器送到反應(yīng)爐，并用壓縮空氣將其霧化，從反應(yīng)爐的燃燒室前部軸向噴入爐內(nèi)，在與預(yù)熱的高溫空氣再燃燒室**燃燒，提供炭黑生成反應(yīng)所需能量。由多級離心風(fēng)機(jī)提供的燃燒用空氣，經(jīng)空氣預(yù)熱器和反應(yīng)爐燃燒室外殼的夾套預(yù)熱后進(jìn)入反應(yīng)爐。燃料油**燃燒產(chǎn)生的含有過�？諝獾母邷厝加鄽猓瑥娜紵乙源笥诼曀俚母咚賯鬟^后管段，并與喉管段徑向噴入的高溫原料油液滴發(fā)生不**燃燒和復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生了大量的含有炭黑的煙氣。煙氣流經(jīng)反應(yīng)爐急冷段噴入急冷水，使煙氣溫度迅速降到不大于850度終止反應(yīng)。煙氣又經(jīng)空氣預(yù)熱器，廢熱鍋爐和油預(yù)熱器換熱及二次極冷。使煙氣冷卻到280度左右，進(jìn)入主袋濾器將絕大部分炭黑從煙氣中分離出來。附著在濾袋上的炭黑用反吹風(fēng)機(jī)定期吹掃，使炭黑落入儲斗內(nèi)，通過氣座進(jìn)入風(fēng)送管線凈化后的尾氣，用離心風(fēng)機(jī)加壓，一部分送*尾氣燃燒爐作為燃料使用，大部分加壓輸送給界外鍋爐，作為燃料使用。
富氧后提供炭黑生成反應(yīng)所需能量
減少含有炭黑的煙氣。使后期尾氣處理量減少如。煙氣流經(jīng)反應(yīng)爐急冷段噴入急冷水，使煙氣溫度迅速降到不大于850度終止反應(yīng)。煙氣又經(jīng)空氣預(yù)熱器，廢熱鍋爐和油預(yù)熱器換熱及二次極冷
一、由于天然氣半補(bǔ)強(qiáng)炭黑能耗高，在國外已經(jīng)被淘汰，但在國內(nèi)還有一定市場，甚*今年來還比較暢銷。再加上有些天然氣產(chǎn)地偏僻，氣量又小，不便于輸入大管網(wǎng)，就地處理炭黑比較經(jīng)濟(jì)，從而使它在我國炭黑行業(yè)占有一席之地。但天然氣半補(bǔ)強(qiáng)炭黑的能耗太高，并且低熱值尾氣又未處理利用，既浪費(fèi)能源，又污染環(huán)境，如不技術(shù)改革，將來實(shí)在難于生存。
為了解決天然氣半補(bǔ)強(qiáng)炭黑生產(chǎn)中的問題，我國于八十年代后期開發(fā)了富氧空氣生產(chǎn)天然氣半補(bǔ)強(qiáng)炭黑，炭黑尾氣聯(lián)合成氨的新技術(shù)，為富氧空氣技術(shù)在我國炭黑行業(yè)的開發(fā)創(chuàng)造了良好的開端。
據(jù)資料介紹，利用33.5%的富氧空氣生產(chǎn)天然氣半補(bǔ)強(qiáng)炭黑，每噸天然氣耗量比傳統(tǒng)工藝低1630m3，尾氣熱值提高1.5倍。傳統(tǒng)與富氧空氣工藝的尾氣成分對比見表1：
表1： 天然氣半補(bǔ)強(qiáng)炭黑尾氣成分對比
尾氣成分%
空氣 |
CO2 |
CO |
O2 |
H2 |
N2 |
CH4 |
尾氣低溫?zé)嶂?br />
kj/㎡ |
21%常 規(guī) 空 氣
33.5% 富氧空氣
83.61%富氧空氣 |
3.05
4.30
9.00 |
9.36
9.80
15.00 |
0.22
0.2
0.5 |
20.7
33.4
50.00 |
65.13
48.80
22.50 |
1.54
3.50
5.00 |
3974.95
6107.70
9098.96 |
從表1可見，富氧空氣濃度在33.5%時(shí)，尾氣中的CO經(jīng)轉(zhuǎn)換，再稍用半水煤氣調(diào)節(jié)就可以作為合成氨的原料氣（滿足氫氮比為3 ：1）。
同時(shí)，由于富氧空氣的使用，入爐氮?dú)饬繙p少，在保持爐溫（1250～1360℃）及停爐時(shí)間（1.5～2.5秒）的情況下，單爐生產(chǎn)能力和炭黑收率都會提高。并且炭黑產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國標(biāo)優(yōu)等品的指標(biāo)，炭黑尾氣變廢為寶，經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益都很理想。
二、富氧空氣技術(shù)用于新工藝炭黑生產(chǎn)
首先，從表2可以看出，在富氧空氣濃度一定的情況下，理論燃燒溫度隨一次燃燒率的提高而**，煙氣中的過剩氧量隨之增多，在一次燃燒率一定的情況下，理論燃燒溫度隨富氧空氣濃度增加而增高，煙氣過剩氧量也隨之增多，當(dāng)爐內(nèi)溫度控制在一定范圍的情況下，隨著富氧濃度的增加，一次燃燒率的上下限值逐漸增大。
表2： 理論燃燒溫度、煙氣組分與富氧空氣濃度和一次燃燒率
|
富氧空氣濃度% |
一次燃燒率% |
理論燃燒溫度℃ |
煙氣組分 % |
|
CO2 |
H2O |
N2 |
O2 |
|
21 |
150 |
1785 |
6.6 |
13.98 |
72.95 |
6.46 |
|
160 |
1713 |
6.21 |
13.22 |
73.25 |
7.30 |
|
170 |
1649.6 |
5.87 |
12.56 |
73.52 |
8.05 |
|
180 |
1591 |
5.56 |
11.96 |
73.76 |
8.71 |
|
22 |
140 |
1883 |
7.35 |
15.42 |
71.46 |
5.75 |
|
150 |
1806 |
6.89 |
14.54 |
71.8 |
6.75 |
|
160 |
1735 |
6.49 |
13.75 |
72.12 |
7.63 |
|
170 |
1670 |
6.13 |
13.06 |
72.40 |
8.41 |
|
23 |
150 |
1859 |
7.18 |
15.10 |
70.68 |
7.04 |
|
160 |
1784 |
6.77 |
14.28 |
71.00 |
7.05 |
|
170 |
1718 |
6.39 |
13.55 |
71.28 |
8.77 |
|
180 |
1657 |
6.06 |
12.90 |
71.53 |
9.50 |
|
24 |
160 |
1832 |
7.04 |
14.80 |
69.88 |
8.27 |
|
170 |
1765 |
6.65 |
14.05 |
70.17 |
9.12 |
|
180 |
1703 |
6.31 |
13.37 |
70.43 |
9.88 |
|
190 |
1645 |
6.00 |
12.76 |
70.66 |
10.57 |
|
25 |
160 |
1882 |
7.31 |
15.32 |
68.76 |
8.60 |
|
170 |
1812 |
6.91 |
14.54 |
69.06 |
9.48 |
|
180 |
1746 |
6.55 |
13.84 |
69.33 |
10.27 |
|
190 |
1688 |
6.23 |
13.21 |
69.57 |
10.98 |
|
26 |
170 |
1857 |
7.17 |
15.02 |
67.96 |
9.83 |
|
180 |
1790 |
6.80 |
14.30 |
68.23 |
10.65 |
|
190 |
1730 |
6.46 |
13.05 |
68.48 |
11.40 |
|
200 |
1675 |
6.16 |
13.06 |
68.70 |
12.07 |
|
27 |
180 |
1832 |
7.04 |
14.76 |
67.14 |
11.04 |
|
190 |
1772 |
6.70 |
14.10 |
67.40 |
11.81 |
|
200 |
1716 |
6.38 |
13.48 |
67.62 |
12.51 |
|
210 |
1685 |
6.10 |
12.92 |
67.83 |
18.14 |
|
28 |
180 |
1877 |
7.29 |
15.22 |
66.06 |
11.42 |
|
190 |
1815 |
6.93 |
14.53 |
66.32 |
12.22 |
|
200 |
1756 |
6.61 |
13.90 |
66.55 |
12.94 |
|
210 |
1703 |
6.31 |
13.32 |
66.76 |
13.60 |
|
30 |
190 |
1894 |
7.39 |
15.40 |
64.17 |
13.02 |
|
200 |
1833 |
7.05 |
14.73 |
64.41 |
13.80 |
|
210 |
1778 |
6.73 |
14.12 |
64.83 |
14.61 |
|
220 |
1726 |
6.45 |
13.56 |
64.83 |
15.15 |
|
35 |
230 |
1850 |
7.14 |
14.85 |
69.80 |
18.20 |
|
240 |
1802 |
6.87 |
14.31 |
69.97 |
18.84 |
|
250 |
1755 |
6.61 |
13.81 |
60.14 |
19.43 |
|
260 |
1712 |
6.37 |
13.35 |
60.29 |
20.00 |
注：1、燃料為天然氣，成分為CH4 ，97.7%，CO，0.6%，CO2，1.6%，O2，01%H2S0.1%
2、大氣平均溫度為17℃，平均溫度為60%。
3、入爐天然氣溫度17℃，富氧空氣溫度400℃。
對新工藝三段爐而言，*主要的特征是燃燒和裂解是分開的，在這樣的條件下實(shí)施富氧空氣技術(shù)，首先要考慮的就是燃燒爐的爐溫，必須在燃燒爐能承受的溫度下來探討富氧空氣濃度的變化規(guī)律，就硬質(zhì)炭黑爐而言，通常使用純剛玉作內(nèi)襯耐火材料，其使用溫度范圍是1600～1850℃，在不超過1850℃的情況下，我們希望燃燒爐產(chǎn)生的煙氣溫度越高越好，同時(shí)，煙氣中的氧量越低越好，這有利于提高炭黑的收率和質(zhì)量。
從表2可見，富氧空氣濃度控制在25%以內(nèi)，燃燒爐產(chǎn)生的煙氣含氧量可以制在10%以下，富氧空氣濃度大于25%，使得煙氣中過剩氧量超過10%，這樣可能造成的后果是原料油在反應(yīng)爐內(nèi)繼續(xù)燃燒，炭黑收率**，反應(yīng)溫度升高，甚*超過1900℃或更高，反應(yīng)爐有被燒壞的危險(xiǎn)，顯然這是我們不希望的。也就是說富氧空氣濃度超過25%，對新工藝炭黑產(chǎn)生可能造成不良后果，這與專利US4904454使用的富氧空氣濃度一致。該專利將富氧空氣濃度控制在27%以內(nèi)，這主要與燃燒爐內(nèi)襯耐火材料有關(guān)。由此可見，新工藝爐只能在低富氧濃度下運(yùn)行。
表3是國外采用富氧空氣與常規(guī)空氣生產(chǎn)炭黑的主要工藝參數(shù)：
|
炭黑品種工藝參數(shù) |
N375 |
N375 |
N326 |
N326 |
N550 |
N550 |
|
常規(guī)空氣量 m3/h |
8000 |
7700 |
7400 |
7800 |
7200 |
7200 |
|
氧氣量 m3/h |
221 |
200 |
580 |
— |
— |
580 |
|
富氧空氣濃度 % |
23.12 |
23.00 |
26.7 |
— |
— |
26.9 |
|
空氣預(yù)熱溫度 ℃ |
616.8 |
611 |
642 |
618 |
646.8 |
652 |
|
原料油量 kg/h |
2900 |
2980 |
3805 |
2520 |
3905 |
5410 |
|
燃料油量 kg/h |
620 |
— |
— |
— |
— |
— |
|
燃料氣量 m3/h |
— |
700 |
655 |
786 |
353 |
480 |
|
炭黑產(chǎn)量 kg/h |
1945 |
1934 |
2358 |
1848 |
2580 |
3580 |
注：表中炭黑產(chǎn)品是在同一既能生產(chǎn)硬質(zhì)又能生產(chǎn)軟質(zhì)炭黑的反應(yīng)爐中生產(chǎn)的。
從表3可以看出，對同一個(gè)炭黑反應(yīng)爐，采用富氧空氣生產(chǎn)硬、軟質(zhì)炭黑，燃料油處理量與炭黑產(chǎn)量比用常規(guī)空氣高的多，相應(yīng)的炭黑收率也有所提高。這對**成本，提高經(jīng)濟(jì)效益是很有益處的。專利還介紹了富氧空氣對炭黑產(chǎn)品的質(zhì)量沒有什么不良影響。采用富氧空氣使得原料油處理量、炭黑產(chǎn)量、炭黑收率和尾氣熱值都有較大的提高。
注：以上有關(guān)數(shù)據(jù)出自《炭黑工業(yè)》。
四、富氧空氣生產(chǎn)炭黑過程尾氣的利用
由于富氧空氣技術(shù)的采用，使得入爐氮?dú)鉁p少，這不但能節(jié)約一定的燃料，而且使炭黑尾氣中的氮組分相應(yīng)**，一氧化碳與氫氣組分提高。為炭黑尾氣進(jìn)一步利用創(chuàng)造了條件。
1、 碳黑尾氣回流作為碳黑生產(chǎn)的燃料氣
富氧空氣的引入，使得碳黑尾氣的熱值有所提高，這使得以碳黑尾氣為燃料氣，以富氧空氣作為氧化劑生產(chǎn)新工藝碳黑成為可能。從表2可見，當(dāng)爐溫控制在1600～1850℃時(shí)，富氧空氣濃度在28%～40%是合適的，**是控制在30～35%。因?yàn)闈舛鹊陀?8%時(shí)，煙氣中含氧量較低，實(shí)際可能造成低熱值尾氣燃燒不**或發(fā)生熄火現(xiàn)象。濃度高于40%時(shí)，煙氣中的含氧量較高，很容易超過10%，這會造成下游的原料油再燃燒，**收率或燒壞反應(yīng)爐。只有富氧空氣濃度在30～35%時(shí)，很容易得到1700攝氏度左右的理論燃燒溫度，同時(shí)煙氣中含氧量較適中。
2、 碳黑尾氣合成氨
利用富氧空氣生產(chǎn)碳黑，尾氣生產(chǎn)合成氨工藝，能夠有效利用碳黑尾氣，大幅度**碳黑與合成氨生產(chǎn)的能耗，且徹底根治了碳黑尾氣對環(huán)境的污染。根據(jù)生產(chǎn)測定，采用該工藝每噸炭黑天然氣耗量比傳統(tǒng)工藝低1630m3，且回收排放的尾氣可副產(chǎn)合成氨2.238噸。對生產(chǎn)能力為1500噸/h的天然氣半補(bǔ)強(qiáng)碳黑生產(chǎn)裝置來說，每年可增加效益150萬左右。
綜合以上分析，從經(jīng)濟(jì)效益、提高炭黑質(zhì)量、提高燃料利用率、減少熱損失、提高煙氣溫度有利于合成氨以及環(huán)保等方面考慮該項(xiàng)目是可行的。富氧空氣用于炭黑的生產(chǎn)已經(jīng)成為炭黑行業(yè)不可缺少的一部分。讓我們攜手共進(jìn)，一同打造品牌炭黑。
