CN111196900A - 利用焦炉煤气生产高纯度特种炭黑的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种焦炉煤气生产高纯度特种炭黑的方法，包括以下步骤：1）通过分离空气成分，提取空气中氮气，使得分离氮气后的空气中的氮气含量在5%至65%之内，将分离出的氮气液化储存；2）利用焦炉系统余热换热器，将分离氮气后的空气升温到250℃至550℃；3）将焦炉煤气进行除尘、除水、脱硫、脱焦油后，预热到100℃至130℃；4）将天然气除尘、脱水，脱硫；5）进入反应炉时，通过导向装置，将步骤2预热后的空气、步骤3后得到的焦炉煤气分别通过第一入风口和第二入风口导入炉内，通过加热使之燃烧产生热量；6）将步骤4后得到的天然气通过第三入风口导入炉中，使之二次升温，并使之发生裂解反应，生成炭黑。本发明具有节能降耗，减排和环保效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种生产炭黑的方法，特别是涉及一种利用焦炉煤气生产高纯度特种炭黑的方法。
背景技术
随着炭黑工业的不断发展和炭黑应用领域的不断扩展，出现了对炭黑种类和质量不断更新的技术要求，炭黑工业发展到现在，仍然以炉法炭黑为主。主要有纯天然气炉法，油--气炉法和油--油炉法。纯气炉法炭黑主要是以烃类可燃气体作为燃料和原料，通过燃烧和不完全燃烧及裂解的老工艺方式产生炭黑。而油--气和油--油的新工艺生产方式是用燃料气或油燃烧供给原料油裂解的能量，燃烧和裂解有明显的界限，技术更新较快，调控手段较多。远远领先于古老的纯气炉法生产技术。加上当前天燃气能源的日趋紧张和环保要求的提升，纯气炉法炭黑面临着严峻的考验，新疆峻新化工所处地，半径3公里以内就有三家大型焦化厂，产生的焦炉煤气需要有效利用，降低排放带来的环保压力。所以峻新化工在对原油—天然气改造的实践中，总结发明出了一套利用焦炉煤气和天然气做燃料和原料，生产高纯度特种炭黑的方法。有效的缓解能源和环保带来的压力，满足一些高端行业对高纯度炭黑的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种焦炉煤气生产高纯度特种炭黑的方法，充分利用焦炉煤气中的各组分，实现焦炉煤气综合利用，减少了SO2及CO2和NOx的排放，减少了环保压力。本发明的一种焦炉煤气生产高纯度特种炭黑的方法，包括以下步骤：
1）通过分离空气成分，提取空气中氮气，使得分离氮气后的空气中的氮气含量在5%——65%之内，将分离出的氮气液化储存；
2）利用焦炉系统余热换热器，将分离氮气后的空气升温到250--550℃；
3）将焦炉煤气进行除尘、除水、脱硫、脱焦油后，预热到100℃——130℃；
4）将天然气除尘、脱水，脱硫；
5）进入反应炉时，通过导向装置，将步骤2预热后的空气、步骤3后得到的焦炉煤气分别导入炉内，通过加热使之燃烧产生热量；
6）将步骤4后得到的天然气导入炉中，使之二次升温，并使之发生裂解反应，生成炭黑。
本发明的优点是：将空气进行分离出对炭黑生产无用气体——氮气，减少了入炉风量，间接地增加了单位体积空气的氧含量，然后利用系统余热换热器，将空气温度升高到250--550℃再入炉，减少了燃料的耗量和空气的耗量，使生产系统的压力降低，增加了处理能力。同时利用价格低廉的焦炉煤气做燃料，使用天然气做辅助原料，改变传统气炉法生产中燃烧和裂解不区分的模式，利用本发明的导流燃烧装置，使空气和焦炉煤气首先燃烧后预热原料天然气，然后使天然气在高温下裂解生成高纯度的炭黑。
本发明采用部分焦炉煤气做燃料，部分焦炉煤气和天然气按比列混合做原料，将燃烧和裂解利用特殊装置区分。焦炉煤气与天然气相比，热值约为天然气的0.5倍，主要成分是H2(55-60%)、CO（5-8%）、CH4（23-27%）、CO2(1.5%-2.3%)、N2(3%-7%)、O2(0.3-0.8%)和C2以上不饱和烃(2-4%)，同时含有少量的焦油和水分以及。其中H2、CO、CH4、C2以上不饱和烃总共占了85-97%，作为炭黑反应原料，由于CH4含量低，收率不经济。但单纯作为燃料，完全可以替代大部分天然气，生产成本大幅下降。为了生产的高纯度炭黑，煤气必须先脱焦油，再脱硫，使硫含量低于0.5mg/m3，再除水，除尘。天然气也须除水，除尘、脱硫，将硫含量降低到0.5mg/m3以下，然后经过余热预热器预热到100-130℃。
本发明利用空气经过物理分离系统，将空气中的N2分离出来，使空气中的N2含量降低到5%-65%，提升单位体积入炉空气里的氧浓度到30%-65%，而且空气经过了精过滤处理，经过这样使参加反应的物料中的杂质尽量消除，而且由于预热了燃气和空气，同时空气的入炉量又比传统生产消耗低1/4—1/3，增加了装置单线的处理量和产能，降低了能耗提高了收率10%--30%，降低生产成本15%--35%。
本发明是一种利用焦炉煤气生产超纯炭黑的方法。包括焦炉煤气的除尘和除水、脱硫后进入特殊设计的燃烧器进行燃烧产生热量，裂解作为原料的天然气，产生热裂解超纯炭黑。过程余热进行发电或加热工艺空气。同时利用空气分离设备，将空气中的氮气分离出来制成液氮，提高了工艺空气的氧含量，提高了单线产能和原料转化率。本发明具有工艺线路短，投资低，污染小，与传统产品的生产比较，具有明显的节能降耗，减排和环保效果，同时，也提扩展本产品的使用领域和高端需求，提高了产品的附加值，带来经济效益的提升。
具体实施方式
本发明的实施例，提供了一种焦炉煤气生产高纯度特种炭黑的方法，包括以下步骤：
1）通过分离空气成分，提取空气中氮气，使得分离氮气后的空气中的氮气含量在5%——65%之内，将分离出的氮气液化储存；
2）空气经过分离降低氮气含量后，再经过除尘装置净化后，由供风机送至余热换热器，余热换热器采用尾气燃烧后的热量将空气温度升高到250℃———550℃，然后送到炭黑反应炉；
3）焦炉煤气除去焦油，和天然气分别经过脱硫除尘处理，降低硫含量到0.5mg/m3以下，再经过汽水分离器除去水分，然后通过燃气预热器进行换热，将焦炉煤气和天然气加热到100℃——130℃，然后送到炭黑反应炉；
4）进入反应炉时，通过导向装置，将步骤2预热后的空气、步骤3后得到的焦炉煤气分别通过第一入风口和第二入风口导入炉内，通过加热使之燃烧产生热量；
5）预热后的焦炉煤气和空气，在炭黑反应炉炉头通过旋流式燃烧器进入炉头燃烧，混合气体压力控制在8-10kPa，由于混合气体的氧含量远远大于焦炉煤气完全燃烧所需要的量(风气配比25-30：1)，使得焦炉煤气接近于完全燃烧放出热量，从而加热从导流型喷燃器进入反应炉的天然气（压力控制在10kPa），由于燃烧消耗了工艺空气中的氧，使高温混燃气流中的氧含量降低，天然气从导流喷燃器喷出后，在旋转高温气流的作用下，发生不完全燃烧和裂解，生成高纯度炭黑。
6）反应所生成的炭黑烟气在脉冲袋滤器进行分离，炭黑送至造粒机造粒后经过磁选和筛选，再包装即成成品。分离出的尾气，由尾气加压风机送到电厂发电，一部分送到尾气燃烧炉，对工艺空气进行换热加温。尾气发电再供给生产线提供设备运行的动力。
本发明的优点是：将空气进行分离出对炭黑生产无用气体——氮气，减少了入炉风量，间接地增加了单位体积空气的氧含量，然后利用系统余热换热器，将空气温度升高到250--550℃再入炉，减少了燃料的耗量和空气的耗量，使生产系统的压力降低，增加了处理能力。同时利用价格低廉的焦炉煤气做燃料，使用天然气做辅助原料，改变传统气炉法生产中燃烧和裂解不区分的模式，利用本发明的导流燃烧装置，使空气和焦炉煤气首先燃烧后预热原料天然气，然后使天然气在高温下裂解生成高纯度的炭黑。
本发明采用部分焦炉煤气做燃料，部分焦炉煤气和天然气按比列混合做原料，将燃烧和裂解利用特殊装置区分。焦炉煤气与天然气相比，热值约为天然气的0.5倍，主要成分是H2(55-60%)、CO（5-8%）、CH4（23-27%）、CO2(1.5%-2.3%)、N2(3%-7%)、O2(0.3-0.8%)和C2以上不饱和烃(2-4%)，同时含有少量的焦油和水分以及。其中H2、CO、CH4、C2以上不饱和烃总共占了85-97%，作为炭黑反应原料，由于CH4含量低，收率不经济。但单纯作为燃料，完全可以替代大部分天然气，生产成本大幅下降。为了生产的高纯度炭黑，煤气必须先脱焦油，再脱硫，使硫含量低于0.5mg/m3，再除水，除尘。天然气也须除水，除尘、脱硫，将硫含量降低到0.5mg/m3以下，然后经过余热预热器预热到100-130℃。
本发明利用空气经过物理分离系统，将空气中的N2分离出来，使空气中的N2含量降低到5%-65%，提升单位体积入炉空气里的氧浓度到30%-65%，而且空气经过了精过滤处理，经过这样使参加反应的物料中的杂质尽量消除，而且由于预热了燃气和空气，同时空气的入炉量又比传统生产消耗低1/4—1/3，增加了装置单线的处理量和产能，降低了能耗提高了收率10%--30%，降低生产成本15%--35%。
本发明采用区分燃烧和裂解的旋流型燃烧器，结合传统的导流型燃烧器，改善传统工艺中燃烧和裂解不区分的高能耗生产模式。焦炉煤气和预热后的空气优先进入反应炉燃烧室进行燃烧，原料气滞后于燃料气进入反应炉，而且在燃烧热给了短暂预热后，再进行不完全燃烧和裂解，提高了热效率和反应速度及转化率。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (2)
1.本发明的一种焦炉煤气生产高纯度特种炭黑的方法，包括以下步骤：
1）通过分离空气成分，提取空气中氮气，使得分离氮气后的空气中的氮气含量在5%——65%之内，将分离出的氮气液化储存；
2）利用焦炉系统余热换热器，将分离氮气后的空气升温到250--550℃；
3）将焦炉煤气进行除尘、除水、脱硫、脱焦油后，预热到100℃——130℃；
4）将天然气除尘、脱水，脱硫；
5）进入反应炉时，通过导向装置，将步骤2预热后的空气、步骤3后得到的焦炉煤气分别通过第一入风口和第二入风口导入炉内，通过加热使之燃烧产生热量；
6）将步骤4后得到的天然气通过第三入风口导入炉中，使之二次升温，并使之发生裂解反应，生成炭黑；
所述炉内设置有导流型喷燃器。
2.根据权利要求1所述的一种焦炉煤气生产高纯度特种炭黑的方法，其特征在于：
焦炉煤气除去焦油，和天然气分别经过脱硫除尘处理，降低硫含量到0.5mg/m3以下，再经过汽水分离器除去水分，然后通过燃气预热器进行换热，将焦炉煤气和天然气加热到100℃，然后送到炭黑反应炉；
预热后的焦炉煤气和空气，在炭黑反应炉炉头通过旋流式燃烧器进入炉头燃烧，混合气体压力控制在8-10kPa，由于混合气体的氧含量远远大于焦炉煤气完全燃烧所需要的量(风气配比25-30：1)，使得焦炉煤气接近于完全燃烧放出热量，从而加热从导流型喷燃器进入反应炉的天然气（压力控制在10kPa），由于燃烧消耗了工艺空气中的氧，使高温混燃气流中的氧含量降低，天然气从导流喷燃器喷出后，在旋转高温气流的作用下，发生不完全燃烧和裂解，生成高纯度炭黑。
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