CN108003666B - 一种排放低氮烟气的炭黑制造方法 - Google Patents

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    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44—Carbon
    • C09C1/48—Carbon black
    • C09C1/50—Furnace black ; Preparation thereof

Abstract

本发明提供了一种排放低氮烟气的炭黑制造方法，该方法采用的炭黑反应炉具有由预混段和燃烧段构成的低氮燃烧段和依次接续的混合段、反应段、急冷段、滞留段。工艺空气分二级进入低氮燃烧段，一级燃料与一级工艺空气在预混段预混，在燃烧段的入口处燃烧形成一次火焰；在燃烧段的入口处，二级燃料包围一次火焰，一次火焰产生的NOX被还原成N2，形成二次火焰；在燃烧段后部，二级工艺空气助燃二级燃料形成三次火焰，完成燃料终燃；一级工艺空气进入空气‑烟气引流器，产生负压引入来自反应段前部的烟气多孔出气套的烟气，形成循环，参与一次火焰区燃烧。本方法的排出烟气含NOX浓度比常规炭黑制造方法排出烟气含NOX浓度约低80％，达到110～198mg/Nm3水平。

Description

一种排放低氮烟气的炭黑制造方法
技术领域
本发明属于炭黑工业生产技术领域中的炭黑生产方法，确切地讲是一种排放低氮烟气的炭黑制造方法。
背景技术
炭黑的生产方法，是以燃烧为基础的物质转化，是反应炉中燃料完全燃烧提供热动力能供由混合段喷入的原料油裂解制造炭黑的方法。燃料完全燃烧的温度在1500～2200℃。燃料燃烧的一次燃烧率(空气过剩系数)ɑ>1，ɑ约在1.2～2.6范围。燃料在空气条件下燃烧，空气里的氧与氮化合生成NOX，其生成量随火焰温度峰值的升高急剧升高，存在于烟气中的 NOX随经主袋滤器扑集下炭黑后排出。由于环境保护的要求，目前炭黑制造商采用对炭黑排气进行脱硝处理后排放。这种从末端治理的方法虽然技术可行，但设备初投资或改造成本大、运行费用高，降低了企业利润，影响了装置使用率。
本发明的技术人员认真地研究了炭黑生产过程中制造工艺与烟气中NOX生成的关系，采用改进炭黑反应炉结构，调整燃烧参数，从源头治理的方法来降低NOx的生成。实际应用中具有设备初投资或改造成本小、运行费用低的特点。
发明内容
为了克服目前炭黑制造商采用对炭黑生产的排放烟气脱硝处理工艺，设备投资大、运行费用高、降低企业利润、影响装置使用率等问题；本发明提供一种排放低氮烟气的炭黑制造方法。
本发明解决技术问题的方案是：
本方案采用的炭黑反应炉的炉体具有耐火保温层，该炭黑反应炉包括前端的具有低氮燃烧段和依次接续的具有原料油枪的混合段、反应段、具有急冷水枪的急冷段、具有冷却水枪的滞留段。前端的低氮燃烧段由预混段和燃烧段构成；预混段设有多孔预混套，多孔预混套上连接有空气-烟气引流器并设有燃料一级进口，空气-烟气引流器上设有工艺空气一级进口和烟气引入口；燃烧段的入口处设有燃料多孔配气套，燃料多孔配气套上设有燃料二级进口；燃烧段后部设有工艺空气二级多孔配气套，工艺空气二级多孔配气套上设有工艺空气二级进口。燃烧段的后部设有烟气多孔出气套，烟气多孔出气套上设有烟气引出口，烟气引出口通过管道与空气-烟气引流器上的烟气引入口连接；具有冷却水枪的滞留段末尾设有空气预热器等余热利用设备，接续主袋滤器。
工艺空气分别从工艺空气一级进口进入空气-烟气引流器、从工艺空气二级进口进入工艺空气二级多孔配气套。从工艺空气一级进口进入的工艺空气，称为一级工艺空气；从工艺空气二级进口进入的工艺空气，称为二级工艺空气。
燃料分别从燃料一级进口进入多孔预混套、从燃料二级进口进入燃料多孔配气套，从燃料一级进口进入的燃料，称为一级燃料；从燃料二级进口进入的燃料，称为二级燃料。
一级工艺空气和由烟气引出口引入的烟气经空气-烟气引流器进入到多孔预混套。一级燃料、一级工艺空气和由烟气引出口引入的烟气，混合燃烧的一次火焰生成高温烟气，伴随NOx 的生成；二级燃料通过燃料多孔配气套的燃料二级进口进入，二级燃料包围一次火焰，还原一次火焰区产生的NOx成氮气N2，形成二次火焰；二级工艺空气经燃烧段后部的工艺空气二级多孔配气套进入，二级燃料在二级工艺空气助燃下形成三次火焰，最终燃烧尽，产生的烟气通过混合段后进入反应段。烟气的一部分通过烟气多孔出气套的烟气引出口引出，再通过空气-烟气引流器上的烟气引入口引入预混段，形成烟气循环；烟气的另一部分由主袋滤器排出。
本发明的有益技术效果是：在改进炭黑反应炉结构的基础上，改善炭黑生产工艺的燃料气和工艺空气的燃烧条件，改进燃烧过程。一级燃料由预混段的燃料一级进口进入，与空气烟气引流器来的一级工艺空气，与由反应段的烟气多孔出气套的烟气引出口引出的烟气，在多孔预混套混合，在燃烧段的入口处完全燃烧，形成一次火焰区；二级燃料由燃料二级进口进入，由燃料多孔配气套喷入，二次燃料包围一次火焰，二级燃料中的CH+ 3、H2、CO、CnHm 等还原一次火焰区产生的NOx成氮气N2，形成二次火焰区；二级工艺空气由工艺空气二级进口进入工艺空气二级配气套，由工艺空气二级进口喷入燃烧段后部，与燃料燃烧形成三次火焰区终燃，减缓燃尽进程，控制NOx生成。由空气-烟气引流器引入的反应段烟气引出口的烟气混入一级工艺空气一起进入预混段的多孔预混套混合，降低O2的浓度使NOx生成量下降，炉温均匀，减少燃烧段炉体局部高温和氧化烧损。在油气炉法炭黑生产应用本发明技术，实现炭黑烟气低氮制造方法，如实施例生产N100、N200、N300系列炭黑，其优点是显而易见的。本发明炭黑制造方法中，由主袋滤器扑集下炭黑后排出的烟气含NOX浓度比常规炭黑制造方法由主袋滤器扑集下炭黑后排出的烟气含NOX浓度约低80％，达到110～198mg/Nm3水平。
附图说明
图1是本发明的方法原理示意图。
图2是本发明的炭黑反应炉结构示意图。
在附图中的序号描述为：1.低氮燃烧段，2.混合段，3.反应段，4.急冷段，5.滞留段；1-1. 预混段，1-1-1.燃料一级进口，1-1-2.多孔预混套，1-1-3.工艺空气一级进口，1-1-4.空气-烟气引流器；1-2.燃烧段；1-2-1.燃料二级进口，1-2-2.燃料多孔配气套，1-2-3.工艺空气二级进口， 1-2-4.工艺空气二级多孔配气套；2-1.原料油枪；3-1.烟气多孔出气套；3-1-1.烟气引出口；4-1. 急冷水枪；5-1.急冷水枪。
具体实施方式
采用的炭黑反应炉的炉体具有耐火保温层，该炭黑反应炉包括前端的具有低氮燃烧段1 和依次接续的具有原料油枪2-1的混合段2、反应段3、具有急冷水枪4-1的急冷段4、具有急冷水枪5-1的滞留段5。前端的低氮燃烧段1由预混段1-1和燃烧段1-2构成；预混段1-1 设有多孔预混套1-1-2，多孔预混套1-1-2上连接有空气-烟气引流器1-1-4并设有燃料一级进口1-1-1，空气-烟气引流器1-1-4上设有工艺空气一级进口1-1-3和烟气引入口1-1-5；燃烧段 1-2的入口处设有燃料多孔配气套1-2-2，燃料多孔配气套1-2-2上设有燃料二级进口1-2-1；燃烧段1-2后部设有工艺空气二级多孔配气套1-2-4，工艺空气二级多孔配气套1-2-4上设有工艺空气二级进口1-2-3。反应段3设有烟气多孔出气套3-1，烟气多孔出气套3-1上设有烟气引出口3-1-1，烟气引出口3-1-1通过管道与空气-烟气引流器1-1-4上的烟气引入口1-1-5 连接；具有冷却水枪的滞留段5末尾设有空气预热器等余热利用设备，接续主袋滤器。
利用上述炭黑反应炉生产炭黑的具体工艺过程叙述如下：由空气加压风机将工艺空气加压至80～100KPa经空气预热器预热后，分两级分别送入本发明的炭黑反应炉低氮燃烧段1 的预混段1-1的工艺空气一级进口1-1-3和工艺空气二级进气口1-2-3进入炉体；燃料气以 80～100KPa常温或预热态也分两级分别送入低氮燃烧段1的预混段1-1的燃料一级进口1-1-1 和燃烧段1-2的燃料二级进口1-2-1进入炉体。一级燃料与二级燃料的分配比例，一级燃料为 50％～90％；一级空气与一级燃料的流量在一次燃烧率a1＝1.05～1.1条件下，经多孔预混套1-1-2 预混后进入燃烧段1-2完全燃烧，形成一次火焰区；二级燃料经燃料多孔配气套1-2-2，喷到一次火焰区四周，包围一次火焰区，形成二次火焰区，二级燃料中的CH+ 3、H2、CO、CnHm 等还原一次火焰区产生的NOx成氮气N2；二级工艺空气由工艺空气二级进口1-2-3进入燃烧段1-2后部，与燃料2-2燃烧形成三次火焰区终燃烧尽，减缓燃尽进程，控制NOx生成，产生的烟气通过混合段2后进入反应段3；在空气-烟气引流器1-1-4中，由工艺空气高流速形成的负压引入反应段3烟气引出口3-1-1的烟气的一部分混入工艺空气1-1，进入预混段1-1 的多孔预混套1-1-2混合，进入燃烧段1-2完全燃烧；烟气的另一部分由主袋滤器排出。
下面分别以表格的形式给出各实施例的具体数据。
实施例1，硬质炭黑N115的制造方法实施例。
Figure SMS_1
Figure SMS_2
注：表中序号解释，0-常规炭黑制造方法；1-天然气一级流量F1＝70％F； 2-天然气一级流量F1＝80％F；3-天然气一级流量F1＝90％F。(F为天然气总流量)
实施例2，硬质炭黑N234的制造方法实施例。
Figure SMS_3
注：表中序号解释，0-常规炭黑制造方法；1-天然气一级流量F1＝70％F；2-天然气一级流量F1＝80％F；3-天然气一级流量F1＝90％F。(F为天然气总流量)
实施例3，硬质炭黑N339的制造方法实施例。
Figure SMS_4
Figure SMS_5
注：表中序号解释，0-常规炭黑制造方法；1-天然气一级流量F1＝70％F；2-天然气一级流量F1＝80％F；3-天然气一级流量F1＝90％F。(F为天然气总流量)。

Claims (1)

1.一种排放低氮烟气的炭黑制造方法，其特征在于：采用的炭黑反应炉包含由预混段和燃烧段构成的低氮燃烧段，以及依次接续的混合段、反应段、具有急冷水枪的急冷段、具有冷却水枪的滞留段；工艺空气分两级分别进入预混段和燃烧段的后部，燃料分两级分别进入预混段和燃烧段的入口处，原料油进入混合段；一级燃料与一级工艺空气在预混段混合后，在燃烧段的入口处燃烧形成一次火焰；二级燃料在燃烧段的入口处包围一次火焰，将一次火焰产生的NOX还原成N2，形成二次火焰；二级工艺空气在燃烧段的后部进入，助燃二级燃料形成三次火焰，完成燃料终燃，产生的烟气通过混合段后进入反应段；将烟气从反应段的前部引出至预混段，形成烟气循环，参与一次火焰区燃烧；
预混段设有多孔预混套，多孔预混套上连接有空气-烟气引流器并设有燃料一级进口，空气-烟气引流器上设有工艺空气一级进口和烟气引入口；燃烧段的入口处设有燃料多孔配气套，燃料多孔配气套上设有燃料二级进口；燃烧段后部设有工艺空气二级多孔配气套，工艺空气二级多孔配气套上设有工艺空气二级进口；反应段设有烟气多孔出气套，烟气多孔出气套上设有烟气引出口，烟气引出口通过管道与空气-烟气引流器上的烟气引入口连接；一级空气高速进入空气-烟气引流器并产生负压，引入来自烟气多孔出气套的烟气，形成烟气循环；
燃料的按质量份数计算的50~90%作为一级燃料，进入预混段；燃料的剩余部分作为二级燃料，进入燃烧段的入口处；按一级燃烧率a1为1.05~1.1的工艺空气作为一级工艺空气，进入预混段；工艺空气的剩余部分作为二级工艺空气，进入燃烧段的后部。
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