CN104629497B - 一种利用焦油制备炭黑的环保工艺 - Google Patents
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Abstract
一种利用焦油制备炭黑的环保工艺，涉及一种炭黑生产过程中尾气脱氮工艺，需要利用反应装置、预热装置和造粒装置，反应装置包括反应炉、喉管、反应室和冷却段，预热装置包括空气预热器和油预热器，造粒装置包括炭黑分级装置、造粒装置和干燥装置，主要包含四个步骤：分别为原料油高温裂解，炭黑烟气高温脱氮，高温炭黑烟气对空气与油料的预热，炭黑烟气的分离以及炭黑造粒。与现有技术相比，本发明能够在炭黑的制造阶段对炭黑烟气进行脱氮处理，同时不影响炭黑的形成，使得尾气内的氮氧化物转化为氮气，减少尾气内的污染物质。
Description
技术领域
本发明涉及一种炭黑的生产制造工艺，尤其涉及一种炭黑生产过程中尾气脱氮工艺。
背景技术
炭黑是一种主要成分为无定形碳的轻、松而极细的黑色粉末，表面积非常大，范围从10-3000m2/g，是有机物(天然气、重油、燃料油等)在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物(具有较大的粘附性)。炭黑的应用领域非常广泛，可作黑色染料，用于制造中国墨、油墨、油漆等，也用于做橡胶的补强剂，在工业领域有着重要的作用。传统上，在炭黑生产工艺流程中，空气和燃料在反应炉中燃烧，原料经雾化后喷入燃烧的火焰中，经高温热解生成炭黑。炭黑悬浮于燃气中形成烟气。烟气经急冷后送空气预热器、油预热器进一步降温，经空气预热器降温后的烟气可再经后序换热器降温后送入袋滤器，分离出的炭黑送到造粒机中造粒，然后在干燥机中干燥。在炭黑的制造过程中会产生尾气，尾气中含有大量二氧化碳、少量的甲烷、氮氧化物、硫化物，以及含有未收集下来的炭黑粉尘，如果直接排放就会造成了严重的环境污染。所以现在绝大多数企业都会对尾气利加以循环利用，目前炭黑尾气有三种主要用途：一是配备尾气锅炉用于发电；二是设置急冷锅炉和余热锅炉，出售蒸汽；三是直接出售炭黑尾气，供应当地居民城市煤气。在炭黑制造时基本都会对尾气进行脱硫处理而不进行脱氮处理，而氮氧化物对环境的损害作用极大，它既是形成酸雨的主要物质之一，也是形成大气中光化学烟雾的重要物质和消耗O3的一个重要因子，同时氮氧化物都具有不同程度的毒性。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供了一种利用焦油制备炭黑的环保工艺，能够在炭黑的制造阶段对炭黑烟气进行脱氮处理，同时不影响炭黑的形成，使得尾气内的氮氧化物转化为氮气，减少尾气内的污染物质。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决，一种炭黑制造中尾气处理方法，需要利用反应装置、预热装置和制粒装置，反应装置包括反应炉、喉管、反应室和冷却段，预热装置包括空气预热器和油预热器，制粒装置包括炭黑分级装置、造粒装置和干燥装置，其特征在于包含以下几个步骤：步骤A)：经过预热后温度达到750℃至900℃的高温空气与预热后的燃烧油在反应炉中反应混合、燃烧，产生温度在1700℃至2010℃之间的高温燃烧气流，高温燃烧气流流入喉管后在喉管内喷入温度在170℃至190℃之间且雾化的原料油，原料油在反应炉室与高温燃烧气流混合，迅速裂解，生产炭黑烟气；步骤B)：炭黑烟气在进入冷却段后，在冷却段内喷射冷却水，炭黑烟气经过急冷后温度下降到950℃，在此时往冷却段内喷射氮还原剂，如果冷却段内炭黑烟气温度降至700℃则停止喷射；步骤C)：炭黑烟气从冷却段离开后依次到空气预热器和油预热器；步骤D)：炭黑烟气从油预热器离开后依次进入炭黑分级装置、造粒装置和干燥装置。
上述技术方案中，优选的，所述氮还原剂包括氨水、尿素和碳酸氢铵。
上述技术方案中，优选的，所述步骤B中，在冷却段内喷射的所述氮还原剂是所述的氨水，所述氨水在添加时遵循氨氮摩尔比(NSR)为1.5的比率。
上述技术方案中，优选的，所述步骤B中，在冷却段内喷射的所述氮还原剂是所述的氨水和所述的碳酸氢铵的混合物，所述氨水在添加时遵循氨氮摩尔比(NSR)为1.5的比率，所述碳酸氢铵在添加时遵循氨氮摩尔比(NSR)为2至2.5的比率。
上述技术方案中，优选的，所述步骤B中，在冷却段内喷射的所述氮还原剂是所述的尿素和所述的碳酸氢铵的混合物。所述尿素在添加时遵循氨氮摩尔比(NSR)为2.5至3的比率，所述碳酸氢铵在添加时遵循氨氮摩尔比(NSR)为2至2.5的比率。
上述技术方案中，优选的，所述的原料油包括石油系烃。
炭黑的制造就是高温气体与高温燃料油燃烧，形成1700℃以上的高温，然后原料油在此温度下的裂解反应，由于高温气体与高温燃料油都含有若干杂质，在制造炭黑时产生的尾气会含有氮氧化物，硫氧化物，碳氧化物等，现代工业中一般利用尾气进行发热，发电等，对于炭黑尾气的利用主要利用碳的氧化物，在进行尾气利用之前一般都会进行脱硫工作而不进行脱氮工作。但是氮氧化物也是一种很强的污染物，一旦排到大气中去会给环境带来损害。本方法是一种直接在炭黑制造时利用氮还原剂直接与炭黑烟气内的氮氧化物反应，使氮氧化物与氮还原剂反应生成氮气、水，使用不同的氮还原剂有时还会产生二氧化碳或一氧化碳。现有的脱氮处理时，由于反应温度不够通常只在300℃-400℃，需要大量的金属催化剂进行脱氮，成本高昂，效率低下。而本方法则是直接在炭黑制造阶段进行脱碳，由于温度在700℃至1000℃之间，可以直接使用氮的还原剂进行脱氮，氮的还原剂主要是氨水、尿素和碳酸氢铵，这些还原剂在高温下可以直接与氮氧化物反应无需其他催化剂，同时还原率高，在80％以上，生成的主要是氮气和水，对环境无污染，部分还原剂还会生成二氧化碳和一氧化碳，这类碳类物质可以提高尾气的利用效率。通过本方法制造出来的炭黑尾气中氮氧化物含量极低，基本对环境无影响，是一种生产炭黑的环保方法，符合当前社会重视环保的主流意识。
与现有技术相比，本发明能够在炭黑的制造阶段对炭黑烟气进行脱氮处理，同时不影响炭黑的形成，使得尾气内的氮氧化物转化为氮气，减少尾气内的污染物质。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1：经过预热后温度达到800℃的高温空气与预热后的燃烧油在反应炉中反应混合、燃烧，产生温度在1960℃左右的高温燃烧气流，高温燃烧气流流入喉管后在喉管内喷入温度在170℃之间且雾化的芳族烃，芳族烃在反应炉室与高温燃烧气流混合，迅速裂解，生产炭黑烟气。炭黑烟气在进入冷却段后，在冷却段内喷射冷却水，炭黑烟气经过急冷后温度下降到950℃，在此时往冷却段内喷射氨水。喷射的氨水量需要遵循氨氮摩尔比(NSR)1.5的比率。炭黑烟气从冷却段离开后依次到空气预热器和油预热器；炭黑烟气从油预热器离开后依次进入炭黑分级装置、造粒装置和干燥装置。氨水会和炭黑烟气内的氮氧化物发生还原反应，反应的产物是氮气和水。在950℃时HN3对氮氧化物的还原率在52.7％，然后随着温度的降低还原率升高，直到740℃达到还原率峰值84.3％，然后降到700℃时的还原率77.3％。在冷却段内炭黑烟气从冷却段出来后温度在900℃左右，炭黑烟气经过空气预热器和油预热器后温度会降至750℃左右，HN3氮氧化物发生还原反应的温度范围大，通过这一路的反应后，炭黑烟气内的氮氧化物基本被还原，同时HN3反应完全不会残留。尾气与炭黑经过炭黑分级装置分离后，再通过脱硫后尾气就能被二次利用了。
实施例2：经过预热后温度达到800℃的高温空气与预热后的燃烧油在反应炉中反应混合、燃烧，产生温度在1960℃左右的高温燃烧气流，高温燃烧气流流入喉管后在喉管内喷入温度在180℃之间且雾化的石油系烃，石油系烃在反应炉室与高温燃烧气流混合，迅速裂解，生产炭黑烟气。炭黑烟气在进入冷却段后，在冷却段内喷射冷却水，炭黑烟气经过急冷后温度下降到950℃，在此时往冷却段内喷射氨水和碳酸氢铵的混合物。喷射的氨水量需要遵循氨氮摩尔比(NSR)1.5的比率，喷射的碳酸氢铵量需要遵循氨氮摩尔比(NSR)2至2.5的比率。炭黑烟气从冷却段离开后依次到空气预热器和油预热器；炭黑烟气从油预热器离开后依次进入炭黑分级装置、造粒装置和干燥装置。氨水和碳酸氢铵的混合物会和炭黑烟气内的氮氧化物发生还原反应，反应的产物是氮气和水和碳氧化物。在950℃时HN3对氮氧化物的还原率在52.7％，然后随着温度的降低还原率升高，直到740℃达到还原率峰值84.3％，然后降到700℃时的还原率77.3％。碳酸氢铵在800℃至900℃之间对氮氧化物的还原率在84％-86％之间，800℃以后急速下降，通过氨水和碳酸氢铵的共同还原，碳酸氢铵在高温度段脱氮效果好，氨水在低温度段脱氮效果好，这样能使氮氧化物还原更充分。在冷却段内炭黑烟气从冷却段出来后温度在900℃左右，炭黑烟气经过空气预热器和油预热器后温度会降至750℃左右，通过这一路的反应后，炭黑烟气内的氮氧化物基本被还原，同时氨水和碳酸氢铵反应完全不会残留，新产生的物质主要为CO,CO2，这些气体是尾气的主要成分，也是尾气可以二次利用的主要物质。尾气与炭黑经过炭黑分级装置分离后，再通过脱硫后尾气就能被二次利用了。
实施例3：经过预热后温度达到800℃的高温空气与预热后的燃烧油在反应炉中反应混合、燃烧，产生温度在1960℃左右的高温燃烧气流，高温燃烧气流流入喉管后在喉管内喷入温度在190℃之间且雾化的脂族饱和烃，脂族饱和烃在反应炉室与高温燃烧气流混合，迅速裂解，生产炭黑烟气。炭黑烟气在进入冷却段后，在冷却段内喷射冷却水，炭黑烟气经过急冷后温度下降到950℃，在此时往冷却段内喷射尿素和碳酸氢铵的混合物。喷射的氨水量需要遵循氨氮摩尔比(NSR)2.5至3的比率，喷射的碳酸氢铵量需要遵循氨氮摩尔比(NSR)2至2.5的比率。炭黑烟气从冷却段离开后依次到空气预热器和油预热器；炭黑烟气从油预热器离开后依次进入炭黑分级装置、造粒装置和干燥装置。尿素和碳酸氢铵的混合物会和炭黑烟气内的氮氧化物发生还原反应，反应的产物是氮气和水和碳氧化物。尿素在900℃左右时对氮氧化物的还原率在86％以上，碳酸氢铵在800℃至900℃之间对氮氧化物的还原率在84％-86％之间，800℃以后急速下降，由于炭黑烟气在从油预热器出来前会维持温度在850℃以上很长时间，所以使用在这个温度脱氮效果好的尿素的碳酸氢铵。在冷却段内炭黑烟气从冷却段出来后温度在900℃左右，炭黑烟气经过空气预热器和油预热器后温度会降至750℃左右，通过这一路的反应后，炭黑烟气内的氮氧化物基本被还原，同时尿素和碳酸氢铵反应完全不会残留。尾气与炭黑经过炭黑分级装置分离后，再通过脱硫后尾气就能被二次利用了。
Claims (6)
1.一种利用焦油制备炭黑的环保工艺，需要利用反应装置、预热装置和制粒装置，反应装置包括反应炉、喉管、反应室和冷却段，预热装置包括空气预热器和油预热器，制粒装置包括炭黑分级装置、造粒装置和干燥装置，其特征在于包含以下几个步骤：步骤A)：经过预热后温度达到750℃至900℃的高温空气与预热后的燃烧油在反应炉中反应混合、燃烧，产生温度在1700℃至2010℃之间的高温燃烧气流，高温燃烧气流流入喉管后在喉管内喷入温度在170℃至190℃之间且雾化的原料油，原料油在反应炉室与高温燃烧气流混合，迅速裂解，生产炭黑烟气；步骤B)：炭黑烟气在进入冷却段后，在冷却段内喷射冷却水，炭黑烟气经过急冷后温度下降到950℃，在此时往冷却段内喷射氮还原剂，如果冷却段内炭黑烟气温度降至700℃则停止喷射；步骤C)：炭黑烟气从冷却段离开后依次到空气预热器和油预热器；步骤D)：炭黑烟气从油预热器离开后依次进入炭黑分级装置、造粒装置和干燥装置。
2.根据权利要求1所述的一种利用焦油制备炭黑的环保工艺，其特征为，所述氮还原剂包括氨水、尿素和碳酸氢铵。
3.根据权利要求2所述的一种利用焦油制备炭黑的环保工艺，其特征为，所述步骤B中，在冷却段内喷射的所述氮还原剂是所述的氨水，所述氨水在添加时遵循氨氮摩尔比(NSR)为1.5的比率。
4.根据权利要求2所述的一种利用焦油制备炭黑的环保工艺，其特征为，所述步骤B中，在冷却段内喷射的所述氮还原剂是所述的氨水和所述的碳酸氢铵的混合物，所述氨水在添加时遵循氨氮摩尔比(NSR)为1.5的比率，所述碳酸氢铵在添加时遵循氨氮摩尔比(NSR)为2至2.5的比率。
5.根据权利要求2所述的一种利用焦油制备炭黑的环保工艺，其特征为，所述步骤B中，在冷却段内喷射的所述氮还原剂是所述的尿素和所述的碳酸氢铵的混合物，所述尿素在添加时遵循氨氮摩尔比(NSR)为2.5至3的比率，所述碳酸氢铵在添加时遵循氨氮摩尔比(NSR)为2至2.5的比率。
6.根据权利要求1所述的一种利用焦油制备炭黑的环保工艺，其特征为，所述的原料油包括石油系烃。
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