CN106349766A - 一种以煤焦油生产炭黑的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以煤焦油生产炭黑的系统及方法。所述系统包括悬浮床加氢工段、固定床切割馏分工段、生成炭黑反应炉、炭黑过滤、造粒工段；悬浮床加氢工段包括煤焦油入口和轻质化煤焦油出口；固定床切割馏分工段包括轻质化煤焦油入口、轻油出口、重油出口；生成炭黑反应炉包括燃料油喷枪、原料油喷枪、空气入口和炭黑烟气出口；燃料油喷枪与固定床切割馏分工段的轻油出口相连，原料油喷枪与固定床切割馏分工段的重油出口相连；炭黑过滤、造粒工段包括炭黑烟气入口与炭黑产品出口。本发明把热解煤焦油经悬浮床加氢裂化后，再将轻质化煤焦油馏分出轻油、重油，实现了热解煤焦油的高附加值利用，极大地提高了经济效益。
Description
技术领域
本发明总地涉及一种生产炭黑的系统及方法，具体涉及一种以煤焦油生产炭黑的系统及方法。
背景技术
炭黑可作为补强填充剂用在橡胶生产中，对橡胶的物理机械性能和加工工艺都有重要的影响。对于炉法炭黑生产线，反应炉是其核心设备，其一般工艺是：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；炭黑悬浮于燃余气中形成烟气；烟气经冷却后被收集和干燥。
炭黑行业对原料油的质量要求是：芳烃含量要高，相关指数(BMCI)≥120，杂质、沥青类和胶质要少。一般来说，蒽油、防腐油和乙烯焦油是较理想的炭黑生产原材料。
目前，生产橡胶用炭黑的原料一般使用煤焦油和蒽油的混合油，增加煤焦油中蒽油的比例其目的是提高炭黑的着色强度。蒽油是煤焦油组成的一部分，可通过蒸馏获得，蒽油的价格高于煤焦油，炭黑原料中蒽油比例的增大无疑增加了生产成本。
因而，寻找廉价的炭黑生产原料、降低炭黑生产成本是目前炭黑行业的当务之急。
快速热解方法是专门针对粉状中低阶煤的一种先进的中温热解提质技术，要求其物料在均匀的温度场下加热,速率高，从反应机理上来看，可以使中低阶煤高分子迅速发生断键反应，抑制了热解产物的二次热解反应和交联反应，降低中低阶煤热解过程中的燃气和半焦产物，提高焦油产率，并能提高中低阶煤利用的经济和社会效果。
煤快速热解产生的快速热解煤焦油，收率在10％-20％之间，但含尘量较大。
现有技术以煤焦油不添加蒽油为原料油生产炭黑的技术，包括：使原料油在反应炉中发生裂解生产炭黑烟气，炭黑烟气经冷却、收集、造粒和干燥得到橡胶用炭黑。但该技术存在缺点：工艺较传统，入炉油压高，造成能耗增大，从而使该工艺的成本高、经济性较差。
因此，为了减小以煤焦油生产炭黑的工艺能耗，降低生产成本，提高生产经济性，进一步有效地利用快速热解煤焦油，有必要提出一种新的以煤焦油生产炭黑的技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以煤焦油生产炭黑的系统及方法，减小以煤焦油生产炭黑的工艺能耗，降低生产成本，提高生产经济性，进一步有效地利用快速热解煤焦油。
本发明旨在提供一种以煤焦油生产炭黑的系统，所述系统包括悬浮床加氢工段、固定床切割馏分工段、生成炭黑反应炉、炭黑过滤、造粒工段；所述悬浮床加氢工段包括煤焦油入口和轻质化煤焦油出口；所述固定床切割馏分工段包括轻质化煤焦油入口、轻油出口、重油出口；所述轻质化煤焦油入口与所述悬浮床加氢工段的轻质化煤焦油出口相连；所述生成炭黑反应炉包括燃料油喷枪、原料油喷枪、空气入口和炭黑烟气出口；所述燃料油喷枪与所述固定床切割馏分工段的轻油出口相连，所述原料油喷枪与所述固定床切割馏分工段的重油出口相连；所述炭黑过滤、造粒工段包括炭黑烟气入口与炭黑产品出口，所述炭黑烟气入口与所述生成炭黑反应炉的炭黑烟气出口相连。
上述的系统，所述生成炭黑反应炉与所述炭黑过滤、造粒工段之间还可连接有空气预热器，所述空气预热器包括空气入口、烟气入口、烟气出口和预热空气出口，所述烟气入口连接所述生成炭黑反应炉的炭黑烟气出口，所述烟气出口连接所述炭黑过滤、造粒工段的炭黑烟气入口。
上述的系统，所述空气预热器与所述炭黑过滤、造粒工段之间还可依次连接有废热锅炉和原料油预热器，所述废热锅炉的废热烟气进口连接所述空气预热器的烟气出口；所述原料油预热器包括原料油进口、预热烟气进口、烟气排出口和预热原料油出口，所述预热烟气进口连接所述废热锅炉的废热烟气出口，所述烟气排出口连接所述炭黑过滤、造粒工段的炭黑烟气入口。
上述的系统，所述系统还可包括添加剂喷枪，所述添加剂喷枪连通所述生成炭黑反应炉的添加剂喷嘴。
上述的系统，所述悬浮床加氢工段前还可设有预处理工段。
本发明还提供一种采用上述系统生产炭黑的方法，所述方法包括步骤：将煤焦油在所述悬浮床加氢工段进行加氢处理，得到轻质化煤焦油；将所述轻质化煤焦油在所述固定床切割馏分工段进行馏分切割，得到轻油与重油；将所述轻油作为燃料油送入所述生成炭黑反应炉进行燃烧；将所述重油作为原料油送入所述生成炭黑反应炉进行裂解生成炭黑烟气；将所述炭黑烟气送入所述炭黑过滤、造粒工段得到炭黑产品。
上述的方法，所述方法还包括:利用所述炭黑烟气对助燃空气进行预热。
上述的方法，所述方法还包括:利用所述炭黑烟气对所述原料油进行预热。
上述的方法，所述方法还包括:将添加剂碳酸钾喷入所述生成炭黑反应炉的燃烧段内。
上述的方法，所述方法还包括将所述煤焦油进行脱水、去杂质的预处理过程。
本发明的有益效果在于，本发明把快速热解煤焦油经悬浮床加氢裂化后，再利用切割馏分工段将裂化得到的轻质化煤焦油馏分出轻油、重油；轻馏分即轻油，作为炭黑生产的燃料油，重馏分即重油，作为炭黑生产的原料油，实现了快速热解煤焦油的高附加值利用，极大地提高了生产的经济效益。
附图说明
图1为本发明实施方式的以煤焦油生产炭黑的工艺流程简图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
本实施方式提供一种以快速热解煤焦油生产炭黑的装置，包括：快速热解煤焦油储槽、预处理工段、悬浮床加氢工段、固定床切割馏分工段、生成炭黑反应炉、主供风机、空气预热器、废热锅炉、原料油预热器、炭黑过滤、造粒工段。其中，快速热解煤焦油储槽、预处理工段、主供风机、空气预热器、废热锅炉、原料油预热器为可选设置。该系统以快速热解煤焦油生产炭黑的工艺流程简图如图1所示。
需要说明的是，本发明的煤焦油不限于快速热解煤焦油。
所述的预处理工段完成对快速热解煤焦油脱水、脱除机械杂质。
所述的悬浮床加氢工段完成对快速热解煤焦油加氢裂化。
所述的固定床切割馏分工段完成对悬浮床加氢工段加氢后的轻质化煤焦油馏分切割，分为轻油、重油及残渣。
所述的固定床切割馏分工段切割出的轻油可作为生产炭黑反应所需的燃料油。
所述的固定床切割馏分工段切割出的重油可作为生产炭黑反应所需的原料油。
所述的炭黑反应炉是炭黑生成的反应设备。
所述的主供风机提供燃料油在炭黑反应炉内燃烧所需的助燃空气。
所述的空气预热器对主供风机提供的助燃空气进行预热。
所述的废热锅炉回收炭黑反应炉的烟气余热。
所述的原料油预热器利用废热锅炉的出口烟气对原料油进行预热。该过程根据原料油的用量选择合适量的烟气余热。
所述的炭黑过滤、造粒工段完成炭黑颗粒的过滤和造粒。
上述系统以热解煤焦油生产炭黑的方法，包括：
快速热解煤焦油储罐内的快速热解煤焦油经预处理工段进行脱水、脱除机械杂质。
脱水、脱除机械杂质的热解煤焦油在悬浮床加氢工段完成加氢裂化。
经悬浮床加氢工段处理的热解煤焦油进入固定床切割馏分工段，把悬浮床加氢工段处理的轻质化煤焦油馏分为：a.轻油馏分:作为生产炭黑反应所需的燃料油；b.重油馏分:作为生产炭黑反应所需的原料油；c.残渣做固废处理。
轻油馏分作为燃料油进入燃料油罐，经过滤器由燃料油泵送入反应炉喷枪，由来自空压站的压缩空气将燃料油雾化，再与被炭黑反应炉的烟气预热后的空气在反应炉的燃烧室内混合，完全燃烧，产生约1860℃的高温燃烧气流，随后高速进入反应炉的喉管段。
重油馏分作为原料油进入原料油罐，经原料油过滤器，可由原料油泵送到原料油预热器，预热到200℃以后，经原油喷枪喷入反应炉的喉管段。在这里，原料油与来自燃烧段的高温高速气流充分混合气化并裂解生成炭黑。
生产炭黑所需工艺的空气可由大气进入主供风机，经升压后送入空气预热器预热到800℃左右，再送入反应炉燃烧段。
为了调节和控制炭黑结构，可在添加剂溶解罐内用水溶解碳酸钾，然后经添加罐用泵送到添加剂喷枪，从添加剂喷枪的喷嘴孔喷入反应炉燃烧段内。
炭黑反应炉出口的夹带炭黑的高温烟气经空气预热器、废热锅炉、原料油预热器进入炭黑过滤、造粒工段完成炭黑过滤、造粒，形成炭黑产品。
本发明把快速热解煤焦油经悬浮床加氢工段裂化后，再利用固定床馏分工段馏分，得到的轻馏分即轻油，作为炭黑生产的燃料油，得到的重馏分即重油，作为炭黑生产的原料油，实现了快速热解煤焦油的高附加值利用利用，减小了以煤焦油生产炭黑的工艺能耗，降低了生产成本，提高了生产经济性，进一步可有效地利用快速热解煤焦油。
实施例
按照上述实施方式中的系统进行以煤焦油生产炭黑。
以长焰煤快速热解所产出的快速热解煤焦油为例，快速热解煤焦油原料油理化数据如下表：
表1
首先对快速热解煤焦油进行预处理，处理后煤焦油含水0.5％、含机械杂质5％。
悬浮床加氢工段：对预处理后的快速热解煤焦油进行悬浮床加氢处理，压力16MPa，温度450℃。
固定床切割馏分工段：对悬浮床加氢后的快速热解煤焦油，先过滤机械杂质，使机械杂质含量低于0.5％。然后进行馏分切割，270℃前的轻油馏分，作为炭黑生产的燃料油，270℃-450℃馏分作为炭黑生产的原料油。剩余残渣做固废处理。
270℃前的轻油馏分作为燃料油进入燃料油罐，由燃料油泵加压至2MPa,送入反应炉喷枪，由来自空压站的压缩空气将燃料油雾化，再与被生成炭黑反应炉出口的烟气预热后的空气在反应炉的燃烧室内混合，使之完全燃烧，产生约1860℃的高温燃烧气流，随后气流高速进入反应炉的喉管段。
270℃-450℃的重油馏分作为原料油进入原料油罐，经原料油过滤器后，由原料油泵送到原料油预热器，经生成炭黑反应炉出口的烟气预热到200℃以后，经原料油喷枪喷入反应炉的喉管段。在这里，原料油与来自燃烧段的高温高速气流充分混合气化并裂解生成炭黑，原料油的油压为2.0-2.5Mpa。
生产炭黑所需工艺空气由大气进入主供风机，经升压后送入空气预热器预热到800℃左右，再送入反应炉燃烧段，可作为助燃气。
为了调节和控制炭黑结构，在添加剂溶解罐内用水溶解碳酸钾，然后经添加罐用泵送到添加剂喷枪，从喷嘴孔喷入反应炉燃烧段内。
生成炭黑反应炉出口的夹带炭黑的高温烟气经空气预热器、废热锅炉、原料油预热器进入炭黑过滤、造粒工段完成炭黑过滤、造粒，生成炭黑产品。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种以煤焦油生产炭黑的系统，所述系统包括悬浮床加氢工段、固定床切割馏分工段、生成炭黑反应炉、炭黑过滤、造粒工段；
所述悬浮床加氢工段包括煤焦油入口和轻质化煤焦油出口；
所述固定床切割馏分工段包括轻质化煤焦油入口、轻油出口、重油出口；所述轻质化煤焦油入口与所述悬浮床加氢工段的轻质化煤焦油出口相连；
所述生成炭黑反应炉包括燃料油喷枪、原料油喷枪、空气入口和炭黑烟气出口；所述燃料油喷枪与所述固定床切割馏分工段的轻油出口相连，所述原料油喷枪与所述固定床切割馏分工段的重油出口相连；
所述炭黑过滤、造粒工段包括炭黑烟气入口与炭黑产品出口，所述炭黑烟气入口与所述生成炭黑反应炉的炭黑烟气出口相连。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述生成炭黑反应炉与所述炭黑过滤、造粒工段之间还连接有空气预热器，所述空气预热器包括空气入口、烟气入口、烟气出口和预热空气出口，所述烟气入口连接所述生成炭黑反应炉的炭黑烟气出口，所述烟气出口连接所述炭黑过滤、造粒工段的炭黑烟气入口。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述空气预热器与所述炭黑过滤、造粒工段之间还依次连接有废热锅炉和原料油预热器，所述废热锅炉的废热烟气进口连接所述空气预热器的烟气出口；所述原料油预热器包括原料油进口、预热烟气进口、烟气排出口和预热原料油出口，所述预热烟气进口连接所述废热锅炉的废热烟气出口，所述烟气排出口连接所述炭黑过滤、造粒工段的炭黑烟气入口。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括添加剂喷枪，所述添加剂喷枪连通所述生成炭黑反应炉的添加剂喷嘴。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述悬浮床加氢工段前还设有预处理工段。
6.一种利用权利要求1至5任一项所述系统生产炭黑的方法，所述方法包括步骤：
将煤焦油在所述悬浮床加氢工段进行加氢处理，得到轻质化煤焦油；
将所述轻质化煤焦油在所述固定床切割馏分工段进行馏分切割，得到轻油与重油；
将所述轻油作为燃料油送入所述生成炭黑反应炉进行燃烧；
将所述重油作为原料油送入所述生成炭黑反应炉进行裂解生成炭黑烟气；
将所述炭黑烟气送入所述炭黑过滤、造粒工段得到炭黑产品。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:利用所述炭黑烟气对助燃空气进行预热。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:利用所述炭黑烟气对所述原料油进行预热。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括:将添加剂碳酸钾喷入所述生成炭黑反应炉的燃烧段内。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述煤焦油进行脱水、去杂质的预处理过程。
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