浅析炭黑尾气的余热回收与利用

张佳

摘 要：炭黑生产过程中产生大量的低热值废气，如果直接排放大气，将造成严重的环境污染和资源浪费。炭黑尾气的回收利用，不仅实现了企业内部循环经济，节能降耗，降低生产成本，同时进一步消除了炭黑尾气中的有害气体、粉尘对环境的污染，是实现循环经济、可持续发展的有效途径。该文就炭黑尾气的特性及组成进行分析，并对炭黑尾气余热回收利用进行简述，并测算了炭黑尾气余热发电可以带来的经济、环境效益。

关键词：炭黑尾气 余热回收 利用 效益

中图分类号：X7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）01（c）-0106-02

炭黑是橡胶工业重要的补强原材料，能改善胶料的耐磨性和拉伸强度，广泛应用于制造各种类型的轮胎和其他橡胶制品。据统计，炭黑总消耗量的89.5%用于橡胶工业；其余10.5%的炭黑用于塑料、化纤、油墨和涂料等非橡胶工业。我国炭黑工业的发展是随着汽车、轮胎工业的快速发展而不断壮大的。炭黑生产过程中产生大量的低热值废气（炭黑尾气），其中含有毒有害气体、易爆气体以及炭黑粉尘，如果直接排放大气，将造成严重的环境污染和资源浪费。因此对炭黑尾气的余热进行回收利用，不仅能达到节能降耗、保护环境的重要目的，同时还能节约生产成本、增强市场竞争力，是实现循环经济、可持续发展的有效途径。

1 炭黑工艺简介

炭黑生产过程是将高芳烃含量的原料油与空气燃烧产生高温燃烧气流（约2100℃），裂解生成炭黑。生成的炭黑悬浮在烟气中，经冷却、过滤、收集、造粒成为产品。

2 炭黑尾气的产生和组成特点

炭黑尾气是炭黑生成反应过程中高芳烃不完全燃烧裂解的副产物，成分相对复杂。炭黑尾气所含的热值约占原料油提供的热值的一半，炭黑尾气中除了含有CO、H2、CmHn等可燃气体，还有过程空气中不参加反应的N2和为冷却炭黑烟气而喷入的冷却水形成的水蒸气等成分。表1为某炭黑生产企业炭黑尾气主要成分。

从表1中，我们可以看出炭黑尾气有以下特点。

（1）炭黑尾气是一种低热值可燃气体，热值约Qdw=650～750kcal/Nm3，含有CO、H2、CmHn等可燃气体，是可回收利用的能源资源，但其含量只占炭黑尾气总量的20%左右。

（2）炭黑尾气是一种有毒有害易爆的气体，CO的浓度约10%左右，远高于CO中毒极限。一旦CO泄漏到操作环境中，将对操作人员造成危害，有导致气管炎、肺水肿、神经破坏甚至死亡的危险；另外，炭黑尾气中的可燃组份与氧气混合达到一定浓度时，有形成爆炸性气体的可能。

（3）炭黑尾气含有大量水分，在输送炭黑的过程中，需要喷入大量冷却水降温，因此炭黑尾气中水蒸气含量高。

（4）炭黑尾气中各种成分的含量不稳定，随炭黑品种、原料油的来源、炭黑生产的操作工艺的变化而改变。

3 炭黑尾气余热回收利用方法

炭黑尾气中可燃气态污染物的余热回收方法一般有两种：直接燃烧法，是将炭黑尾气作为燃料直接燃烧，将可燃气态污染物转化为CO2和 H2O后达标排放；催化反应法，是将炭黑尾气中的CO、H2和一定量的CO2作为生产甲醇的原料，但目前尚未有示例。根据目前国内的经济和技术情况，普遍采用直接燃烧法来回收炭黑尾气中的化学能。直接燃烧法是防治炭黑尾气大气污染的最佳控制方法，将CO、H2、CmHn等可燃气态污染物完全燃烧，转化为无害的CO2和 H2O后达标排放。

4 炭黑尾气的余热利用

4.1 生产工艺过程中的余热利用

来自反应炉的含炭黑烟气，进入主袋滤器过滤，主袋滤器采用先进的收集设备，收集效率高达99.9%以上，使尾气中粉尘浓度低于18mg/m3，极大的降低了尾气中炭黑粉尘浓度。一部分尾气作为热源去湿法造粒工段干燥湿粒子，尾气消耗量占总量的20%左右。这种干燥过程不需要尾气燃烧，靠其物理热干燥湿粒子，操作温度容易控制，同时有效降低了水的消耗量和炭黑含水量。

4.2 炭黑尾气发电

国内外大多数的炭黑企业将除了干燥粒子用气以外的炭黑尾气余热回用生产蒸汽和电力。炭黑尾气经加压后，送专门的余热锅炉燃烧，产生高压蒸汽，推动汽轮机，汽轮机带动发动机发电。实现热电联产，除满足自用电和用汽外，还可对外供应，实现了资源优化配置，发展循环经济。

5 效益分析

炭黑尾气所含的熱值约占原料油提供的热值的一半，生产每吨炭黑约产生8～11kNm3尾气，可以燃烧产生蒸汽7吨，发电1120度。据统计，2013年我国炭黑的产量为470万吨，按炭黑尾气发电量测算，全年尾气可发电52.64亿度，发电除自用外可外供35.27亿度，年节能量约210万吨标煤（等价值），减排CO2总量526万吨，其节能减排的效果十分显著。通过对炭黑尾气的进一步治理，既减少有害气体的排放，同时也去除了绝大部分炭黑粉尘，又合理利用了能源，保护了环境。解决了企业蒸汽供应的困难，也在一定程度上减少了国家电网的供电压力，为社会创造了不小的财富。

6 结语

目前，能源综合利用和环境保护越来越受重视，将炭黑生产过程中产生的低热值尾气进行余热回收利用，实现热电联产，符合国家环保产业政策，是国家鼓励的资源综合利用项目。不仅减少污染排放，又给企业创造了新的效益增长点，还解决了企业用汽用电问题，实现环保与经济的“双赢”，炭黑尾气余热回收利用值得我们广泛应用。

参考文献

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