CN102964884B - 尾气联产热裂法炭黑制备工艺 - Google Patents

Abstract

尾气联产热裂法炭黑制备工艺，天然气经过裂解后，含有炭黑的富氢气气体进入袋滤器(12)进行气固分离，分离的炭黑和富氢气气体作为联产产品分别输出，当裂解炉(3)温度降到规定值，用半补强炭黑生产线的尾气作为燃料对裂解炉(3)进行加热，加热后的废气经冷却排空。通过用低品位的可燃尾气回输裂解炉，置换出高品位富氢气气体，作为联产产品输出，代替氮气维持缺氧燃烧环境，增加工艺的经济收益，工艺简便安全，环保经济，实现生产量的扩增和连续高效生产，不仅能够充分利用低热值尾气资源，反应效率高，而且温室气体排放少，实现了低碳清洁循环生产，实现高品质炭黑和高纯氢气的联产，适用于对各种方式炭黑生产产生的尾气处理。

Description

尾气联产热裂法炭黑制备工艺

技术领域

本发明涉及涉及国际专利分类C09C1／50炉法炭黑的处理方法，或者B01D53／00废气例如烟气、烟雾、烟道气或气溶胶的化学或生物净化及利用技术，尤其是尾气联产热裂法炭黑制备工艺。 

背景技术

公知技术中，以天然气为原料，部分天然气在1400℃至1100℃缺氧不完全燃烧裂解生成半补强炭黑，同时产生氢气，在常规技术中，所有半补强反应炉均采用双炉头结构，助燃空气和燃烧、裂解天然气从炉头进入炉膛边燃烧边裂解，其单炉产量只有210kg／h，而且存在调整产品质量手段有限，能耗高，余热未采取有效综合利用等缺陷。如多年从事半补强炭黑生产的新疆雅克拉炭黑有限责任公司，新建2000t／a热裂法炭黑生产线，每年产生大量的富氢气气体，热值在14000KJ／M³至15000KJ／M³，尚没有很好利用技术方案，因此致力于改进技术的研发。 

半补强热裂法炭黑生产工艺中，联产产生大量富氢气气体，虽然，随着环境保护意识越来越强，国内城市交通采用氢气作为动力源越来越多，氢气还可以作为其他化工产品原料，使得氢气价格较高，但是，前述工艺富含氢气气体直接被应用于回引入裂解炉助燃，而同时工艺中中产生的大量仍然含有2000KJ／M³至3000KJ／M³热值尾气，却作为低品质尾气一般采取排空处理，却未能完全利用，无疑这样做既产生巨大热值浪费，还潜在环境污染危害。 

在现有技术中，相关改进技术公开较少，如： 

中国专利申请201110144227.X一种炭黑与油加工联产方法及设备，在炭黑反应炉和空气预热器之间设置一在线管式炉，在线管式炉从下至上依次分为辐射段、过热段和对流段，还设置含水油加热温度调节、过热蒸汽温度调节、无水油加热温度调节、温度报警联锁系统等，将高温炭黑烟气的物理热作为加热原料油的热源，使含水油和无水油加热至需求的温度，将饱和蒸汽过热至指定的温度，满足油加工装置的进料要求，同时油加工装置一段蒸发器顶部出来的含油脱出水可直接混入炭黑装置的急冷水中，解决了含油废水处理的难题，有效减少了急冷水的加入量，使得尾气量减少，增加了尾气的化学热值，减少了尾气输送能 耗和处理设备的需求能力，同时实现了安全操作。 

中国专利申请201010577069.2一种炭黑尾气的处理方法，方法步骤为：(1)把尾气中的H₂O气体和H₂S洗涤下来，并收集废液及中和处理÷；(2)洗涤后的尾气进变压吸附装置进行干燥，把尾气中的未完全干燥的水分吸附掉÷；(3)干燥后的尾气进入变温吸附装置，把尾气中的H₂S、SO₂杂质脱除；(4)储存在氮气储罐中，供各种应用；(5)以上方法处理后的炭黑尾气进入尾气总管，供各种燃烧使用。 

中国专利申请201010287389.4一种炭黑尾气锅炉的燃烧方法，其特征是：炭黑尾气锅炉采用耐火砖呈四方形砌筑的“绝热”燃烧室，“绝热”燃烧室布置在炉膛的下部，“绝热”燃烧室四角布置了4只整体多管型燃烧器；设置在“绝热”燃烧室上部的炉膛的水冷壁集箱以上1米内的水冷壁部分浇注卫燃带隔热。 

中国专利申请200910103872.X以炭黑尾气做炭黑生产燃料循环利用的方法及其装置。针对现有燃料油是使用煤焦油、乙烯焦油、蒽油等燃料，其雾化效果影响因数较多，导致燃烧不稳定，温度变化大，能耗较高、影响工艺的稳定性和炭黑质量等缺陷。本发明在袋虑器与反应炉之间设置冷却器、汽水分离器、干燥器、分子筛系统、尾气预热器、尾气混合器。对尾气进行净化处理，再对尾气进行分离和加热，得到热值较高的尾气，将加热后的尾气引入改进后的燃烧室燃烧来满足炭黑生产的工艺需求。 

中国专利申请201110388080.9炭黑生产中的尾气余热利用方法及余热利用系统，涉及炭黑尾气余热综合利用，属于化工生产节能减排及能量循环利用的炭黑生产中的尾气余热利用方法及余热利用系统。本发明的技术方案为：炭黑生产中的尾气余热利用方法，利用炭黑生产中所得到的高温尾气降温余热做动源推动吸收式制冷机制冷循环制得冷水。该方法和系统以尾气制冷系统代替传统的冷却脱水塔，利用尾气降温显热为动力对生产工艺或生活用水进行制冷，生产工艺或生活所必需的冷水。 

中国专利申请201220169902.4一种炭黑生产尾气热量再利用系统，包括袋滤器、焦油加热锅炉、废水锅炉、焦油管式炉、分流三通I和分流三通II，袋滤器的出口处设有加压风机，加压风机的出气口连接尾气主管道，尾气主管道的另一端连接分流三通I的主管口，分流三通I的两个分流口分别连接第一分流管和第一支流管，第一分流管与焦油加热 锅炉的进气口连接，第一支流管连接分流三通II的主管口，分流三通II的两个分流口分别连接第二分流管和第二支流管，第二分流管与废水锅炉的进气口连接，第二支流管与焦油管式炉的进气口连接。所述第一分流管和第二分流管的管路上均设有电磁阀。 

发明内容

本发明的目的是提供一种尾气联产热裂法炭黑制备工艺，有效综合利用低热值尾气经过处理回输燃烧室助燃，减少外排压力，减少联产氢气作为燃料产生消耗。 

本发明的发明目的是通过如下技术措施实现的：天然气经过裂解后，含有炭黑的富氢气气体进入袋滤器进行气固分离，分离的炭黑和富氢气气体作为联产产品分别输出，当裂解炉温度降到规定值，用半补强炭黑生产线的尾气作为燃料对裂解炉进行加热，加热后的废气经冷却排空。原料天然气进口经过蓄热炉进入裂解炉，外接空气由空气预热装置经过气泵接入裂解炉，裂解后的物料经过水封，进入袋滤器，然后分离出炭黑由炭黑出口输出，分离出的富氢气气体经过富氢气引风机引入洗涤塔，同时，冷水由冷自来水进口进入洗涤塔，冷却水经过冷水回水端出，经过洗涤塔洗涤后的富氢气气体进入富氢气体气柜，并进一步经过富氢气加压风机去外接利用端输出；同时，来自外界的半补强炭黑生产过程产生的低热值尾气经过界外尾气口引入尾气气柜，进一步经过尾气加压风机和循环泵引入裂解炉；并联的两台裂解炉切换交替工作。 

本发明原理在于，炭黑尾气热值为2000KJ／M³至6300KJ／M³，接近可燃气体，采用尾气作为燃料替换出富氢气气体，同时，因尾气热值低，和氢气燃烧相比，同样温度、传递给蓄热炉能量相同的情况下，燃烧气流比氢气燃烧气流大，这样，裂解炉上下温差就会更小，生产的热裂黑产品质量更稳定。 

本发明的有益效果是：通过用低品位的可燃尾气回输裂解炉，有效利用了尾气本身携带的热量，置换出高品位富氢气气体，作为联产产品输出，代替氮气维持缺氧燃烧环境，增加工艺的经济收益，工艺简便安全，环保经济，实现生产量的扩增和连续高效生产，不仅能够充分利用低热值尾气资源，反应效率高，而且温室气体排放少，实现了低碳清洁循环生产，实现高品质炭黑和高纯氢气的联产，适用于对各种方式炭黑生产产生的尾气处理。 

附图说明

图1是现有常规的热裂法炭黑生产流程简图 

图2是本发明中的制备流程示意图 

附图标记： 

原料天然气进口1，蓄热炉2，裂解炉3，气泵4，空气预热装置5，炭黑出口6，循环泵7，富氢气加压风机8，富氢气体气柜9，洗涤塔10，水封11，袋滤器12，富氢气引风机13，冷自来水进口14，冷水回水端15，尾气气柜16，尾气加压风机17，去外接利用端18，来自界外尾气口19。 

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

如附图1所示，现有常规技术中，通常采用天然气或裂解过程产生的氢气作为燃料对蓄热炉进行加热，原料天然气由原料天然气进口1进入裂解炉3裂解后，含有炭黑的富氢气气体进入袋滤器12进行气固分离，分离的炭黑由炭黑出口6输出经进一步加工后作为商品出售，而由袋滤器12滤出的富氢气气体经富氢气引风机13加压，再经过洗涤塔10经洗涤后作为燃料进入富氢气气柜9；当裂解炉3温度降到规定值后，经过循环泵7和富氢气加压风机8从富氢气气柜9引出富氢气气体对裂解炉3进型加热，但是，加热后的废气经冷却后排空直接，通常并联的两个裂解炉3交替进行进行上述同样的过程。值得注意的是，富氢气气体回引入裂解炉3助燃虽然改善了反应状况，但同时也大量而低效率的消耗了联产制得的氢气，降低了工艺经济性能。 

另外，在热裂法炭黑生产过程中，天然气裂解炭黑和氢气混合气流，经收集袋滤器12进行气固分离并收集炭黑，因管道和袋滤器12体积大，里面都是空气，而氢气爆炸范围大，必须对管道及袋滤器12氧气进行置换，使系统内氧气含量低于2％，现有技术会采用氮气置换，需另设置一套制氮系统外，还需消耗电力，设备造价和维护支出较大。 

本发明的技术方案改进后的效果是显著的，如附图2所示，天然气经过裂解后，含有炭黑的富氢气气体进入袋滤器12进行气固分离，分离的炭黑和富氢气气体作为联产产品分别输出，当裂解炉3温度降到规定值，用半补强炭黑生产线的尾气作为燃料对裂解炉3进行加热，加热后的废气经冷却排空。 

前述中，具体的，原料天然气进口1经过蓄热炉2进入裂解炉3，外接空气由空气预热装置5经过气泵4接入裂解炉3，裂解后的物料经过水封11，进入袋滤器12，然后分离出炭黑由炭黑出口6输出，分离出的富氢气气体经过富氢气引风机13引入洗涤塔10，同时，冷水由冷自来水进口14进入洗涤塔10，冷却水经过冷水回水端15出，经过洗涤塔10洗涤后的富氢气气体进入富氢气体气柜9，并进一步经过富氢气加压风机8去外接利用端18输出；同时，来自外界的半补强炭黑生产过程产生的低热值尾气经过界外尾气口19引入尾气气柜16，进一步经过尾气加压风机17和循环泵7引入裂解炉3；并联的两台裂解炉3切换交替工作。 

前述中，富氢气气体经富氢气引风机13加压经洗涤进入气柜贮存，富氢气体气柜9中的氢气作为联产产品输出，可作为商品出售给城市交通用汽车燃料，或作为其化工生产产品的原料。 

本发明中，在热裂法炭黑生产过程中，采用半补强炭黑生产过程产生的低热值尾气，回输并通过燃烧器对蓄热炉进行加热。 

前述中，通过调整空气和尾气的配比，使燃烧气流达到1450℃至1600℃，完全可以满足热裂解碳黑生产过程需要。 

在本发明中，在热裂法炭黑初期烘炉过程中，采用尾气作为燃料烘炉，可节省大量天然气。 

在本发明中，采用低热值尾气燃烧后气体代替氮气，支持缺氧燃烧环境，对系统内的空气进行置换，控制其中氧气含量低于规定范围，维持天然气裂解操作正常进行，从而达到既安全又节省目的。 

作为实施例，本发明中，用1250NM³／h天然气作为生产热裂法炭黑原料，采用尾气对裂解炉进行加热，消耗的尾气8200NM³／h至9000NM³／h，空气流量4920NM³至5400NM³／h，燃烧火焰温度1550℃至1620℃，两台裂解炉切换周期6分钟／次。热裂炭黑产量为256kg／h。 

本发明中，炭黑尾气热值为2000KJ／M³至6300KJ／M³，接近可燃气体，用品位较低或热值较低炭黑尾气作为燃料对裂解炉3进行加热，从而置换出高品位富氢气气体，作为联产产品输出，使其在城市交通中作为汽车燃料，也可作为其化工生产的原料，增加工艺的 经济收益。 

本发明中，炭黑具有独特的品质，在橡胶、机械、冶金、塑料等领域广泛的用途。 

Claims (3)

1.尾气联产热裂法炭黑制备工艺，其特征是：天然气经过裂解后，含有炭黑的富氢气气体进入袋滤器(12)进行气固分离，分离的炭黑和富氢气气体作为联产产品分别输出，当裂解炉(3)温度降到规定值，用半补强炭黑生产线的尾气作为燃料对裂解炉(3)进行加热，加热后的废气经冷却排空；原料天然气进口(1)经过蓄热炉(2)进入裂解炉(3)，外接空气由空气预热装置(5)经过气泵(4)接入裂解炉(3)，裂解后的物料经过水封(11)，进入袋滤器(12)，然后分离出炭黑由炭黑出口(6)输出，分离出的富氢气气体经过富氢气引风机(13)引入洗涤塔(10)，同时，冷水由冷自来水进口(14)进入洗涤塔(10)，冷却水经过冷水回水端(15)出，经过洗涤塔(10)洗涤后的富氢气气体进入富氢气体气柜(9)，并进一步经过富氢气加压风机(8)去外接利用端(18)输出；同时，来自外界的半补强炭黑生产过程产生的低热值尾气经过界外尾气口(19)引入尾气气柜(16)，进一步经过尾气加压风机(17)和循环泵(7)引入裂解炉(3)；并联的两台裂解炉(3)切换交替工作。

2.如权利要求1所述的尾气联产热裂法炭黑制备工艺，其特征在于，在热裂法炭黑初期烘炉过程中，采用尾气作为燃料烘炉。

3.如权利要求1所述的尾气联产热裂法炭黑制备工艺，其特征在于，采用低热值尾气燃烧后气体代替氮气，支持缺氧燃烧环境，对系统内的空气进行置换，控制其中氧气含量低于规定范围，维持天然气裂解操作正常进行。

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