河北省沙河市龙星化工股份有限公司 张梅凤 054100
摘要：在化工企业的炭黑产品生产制造过程中，会产生大量的水消耗、油消耗。因而炭黑生产属于高能耗工业，本文以炭黑生产中的节能降耗分析作为研究题目，具体探讨中，概述了炭黑生产中的节能降耗必要性。介绍了炭黑生产中的新工艺及其特征，并以此为基础，对炭黑生产的节能降耗、环境效益进行了分析。
关键词：炭黑；生产；节能降耗；措施
炭黑既是一种工业产品，也可以以原料的形式，作为油墨、涂料、橡胶生产原材料。整体上被划分为软质炭黑、硬质炭黑两大类型。从功能看，炭黑具有一定的补强作用与填充作用。从属性方面看，炭黑作为超细烟炱，主要由气态烃、液态烃裂解生成。炭黑粒在反应炉生成后其粒径约在400nm~10nm范围之内，常用的炭黑粒子尺寸在10-100nm之间，在湿法造粒后其范围约在2mm~0.5mm。目前，采用的生产工艺中以炉法、热裂法、槽法为主，其中，炉生产工艺中包括了气炉法与油炉法，油炉法在炭黑产品生产制造中占到产量相对较多。
1、炭黑生产中的节能降耗必要性
炭黑生产中存在较大的能源损耗，当前，我国正处于生态文明改革深化与化工企业转型升级关键时期，炭黑生产节能降耗，一方面，能够在宏观上达到环境治理目标。另一方面，可以通过节能降耗的具体措施，在微观层面，实现对炭黑生产工艺的优化，提升化工企业在炭黑产品生产制造方面的效用生产效率。在现阶段采用的能效分析法可以了解不同生产工艺的能耗水平，分析其有效能与有效能损失情况，以及生产过程中的能效。
例如，在全球炭黑生产同业领域内，油炉法作为炭黑生产的主要工艺，于生产过程中会产生一定的水消耗与油消耗。首先，原料油会通过高温分解生成氢与碳，部分原料油的氧化能够为原料油裂解提供能量，终止反应主要通过急冷水对高温烟气降温实现。其次，高湿烟气流中含有一定的炭黑成分，需要通过预热、分离（气-固分离）、尾气排放等过程完成最后生产环节。一些企业通过对炭黑尾气的回收利用及并网发电，可有效达到节能降耗目的。以某企业为例，炭黑生产能力为13万吨每年，选择蒽油、煤焦油作为原料，运用湿法造粒技术进行软质与硬质炭黑系列产品生产，主要用于橡胶类产品。尾气资源（尾气主要成分包括H2、CO、N2、 CO2、CH4、H2O、H2S、TSP）中105600Nm3/h可有效利用，其发热值为685kcal/Nm3。参看下图1：
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图1炭黑生产中的尾气回收并网发电生产工艺流程图
2、炭黑生产中的节能降耗分析
2.1炭黑生产中的新工艺及其特征
以某化工企业为例，原来的炭黑生产工艺中，反应炉单台年生产能力为0.8*104t/a ~0.4*104t/a，在转型升级后，通过采用大型反应炉，其年生产能力可达到1.5*104t/a。另一方面，借助对燃料产生的高温气流与燃烧空气产生的高温气流产生的动能与热能利用，提高了反应炉喉管位置的高温气流流速（400m/s，或0.5马赫），并完成对原料油的分散雾化处理，进而缩短炭黑生成时间，在高温与高速雾化情况下，其生成速度仅为0.04~0.01s。同时，通过急冷水处理终止反应。根据生成的炭黑产品看，既能够回收利用生产过程中的热能与动能，也可以降低原料油油耗，原来每吨炭黑产品消耗2.5~2.4t原料油，采用新工艺后可以将其降低到2.1~2.0t。
具体而言，在新工艺中，对反应烟气热能的利用，主要是采用了在线原料油预热器、空气预热器，通过高度预热提升了炉内气流线速度、湍流程度。在这种条件下，反应条件得到了强化，提高了原料油收率。进而实现对能耗的控制与减少。同时，高温烟气温度高达800℃，因而，原料油预热温度需要从90℃提高到180℃，空气（燃烧用空气）预热需要从环境温度提高到650℃。此时，余热的45%可以获得有效利用。通过急冷水降温后，烟气的温度大约在280℃左右，此时，经过炭黑收集系统、高效主袋滤器，可以直接用于尾气燃烧炉干燥热源，并且在界区外的尾气锅炉中对尾气进行有效回收，使其转化为化学能并获得有效利用。可以有效达到对炭黑尘、CO等污染物质的彻底燃烬。
2.2节能降耗分析
该企业采用的新工艺中对尾气的回收利用，主要是以其可燃性作为出发点。其中，发热值为2710KJ/Nm3，含炭黑尘不大于50mg/Nm3，组成（湿基体积%）成分参看下表1：
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以新工艺1.5*104t/a生产线为例，尾气产生量2.0*104Nm3/h，干燥工段热源可以利用20%，其余80%可以用于厂内供电，也可以用于尾气锅炉产生热能，该企业主要以锅炉使用为准，电能生产相关设施正处于建设过程中。以一年8000h计，尾气利用后可以使该企业节省标煤量达到1.4*104t。同时，借助预热办法，炉内温度能够扩增到1920℃，在此条件下，若年产量为1.5*104t，新工艺每吨炭黑产品可节约0.4t原料油，此时，每年共计节约原料油与燃料油6000t。另外，旋风收集器的使用，也可以提高收集效率，提升率约为8%~6%，在此条件限定性，该企业也能够节约油耗达2000t左右。由此可见，新工艺节能降耗效果相对较高。
2.3环境效益分析
从环境效益角度分析，炭黑生产尾气排放会造成环境空气污染，通过配置收集装置（如高效袋滤收尘器），可以对相关的炭黑尘进行有效回收，进而促进对其污染的合理控制，最终达到环境空气污染控制。例如，该企业选择新工艺之后，其炭黑尾气获得了有效燃烧与利用。同时，通过对尾气的回收利用也减少了各类尾气成分的排放量。以该企业1.5*104t/a新工艺炭黑生产线为例，其中排放的污染物可以获得有效控制。例如，炭黑尾气产生量为2.0*104Nm3/h，在充分燃烧时，其中的CO、炭黑尘（排放量为0.8kg/h）等排放会减少。参看下表2：
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结束语
总之，炭黑生产节能降耗方案的差异，会导致节能效果与环保效益的差异。如设备更新后的预热方案与改造设备时增加余热回收器方案，因方案差异会造成节能降耗效用差异。而且，在整个炭黑生产中的节能降耗方案研发设计，需要以化工企业的实际需求和能力为准，按照项目产品生产制造中的产业链思维，合理规划、选择、比较、计算不同的方案下，企业的成本投入、效益产出等。因此在节能降耗实践中增加研发设计环节的投入，尽量设计多套方案，再实施方案优化并进行有效应用。
参考文献
[1]朱玉宏,林炎坤,宋万诚, 等.炭黑对丙烯酸酯橡胶/乙烯丙烯酸酯橡胶共混胶性能的影响[J].合成橡胶工业,2020,43(5):376-381.
[2]孙炳超,陈立奇.表面炭黑的成因及其对渗碳淬火钢件质量的影响[J].金属热处理,2020,45(2):210-213.
[3]周显青,潘鹏云,张玉荣, 等.基于稻壳灰的高纯度白炭黑制取工艺优化及其性能分析[J].河南工业大学学报（自然科学版）,2020,41(3):47-52.张梅凤，女，1973.9.8,沙河工程师，本科生，