崔庆渊，孙伯刚

（1.云南云维飞虎化工有限公司，云南曲靖 655038；2.云南煤化工集团有限公司，云南昆明 650231）

·经验交流·

炭黑尾气综合利用示例

崔庆渊1，孙伯刚2

（1.云南云维飞虎化工有限公司，云南曲靖 655038；2.云南煤化工集团有限公司，云南昆明 650231）

采用水洗塔对炭黑尾气进行降温脱湿处理，提高炭黑尾气热值和火焰燃烧温度，将尾气用于替代炼焦煤气，置换出焦炉煤气用于制取甲醇，社会和经济效益明显。

炭黑尾气；水洗塔；综合利用

炭黑是高能耗产业，其生产成本中能源成本占了90%以上，其中，炭黑尾气蕴含的化学能占炭黑生产总输入能量的51.1%。因此，炭黑尾气的综合利用对降低生产成本、提高经济效益和保护环境极为重要。

1 炭黑尾气的利用方法

目前，炭黑尾气的综合利用有以下途径：①其产生的热量全部供给尾气锅炉发电；②尾气用作反应炉燃料，采用富氧空气为氧化剂，尾气经脱湿处理，除去部分水汽（含水量通常要低于5%）后，用作反应炉燃料。但由于尾气热值及燃烧效率方面的原因，该措施在工业生产方面的应用还没有得到推广；③尾气用作湿炭黑干燥，这是目前炭黑尾气应用最为广泛的途径之一。

炭黑尾气中含有CO、H2、CH4、C2H2、H2S等可燃气体，以及二氧化硫、氮、水蒸气、少量炭黑粉尘等。可燃气体约占尾气总量的20%～23%，其热值约为2 500～3 130 kJ／m3。要利用炭黑尾气，必须对其进行处理。

炭黑在生产过程中产生的尾气温度为180～200℃，露点温度130～150℃，容纳了一定量的水蒸汽。为了降低尾气的湿度，利用水洗降温的方法，把炭黑尾气从180～200℃降到35～45℃，尾气中的水蒸汽开始以露点的形式从炭黑尾气中分离出来变成液态水，尾气得到干燥［1］。

将炭黑尾气通过水洗塔洗涤，一方面可以脱除尾气中的大部分水蒸汽，提高尾气热值；另一方面还可以脱除尾气中的二氧化硫和炭黑粉尘，使袋滤器烟囱排空气体达标，收到节能与环保的双重效果。

2 增设炭黑尾气水洗塔的背景

云南大为制焦有限公司焦化炭黑分厂一期5 万t／a装置投运以后，副产的炭黑尾气一直用作余热锅炉和干燥机尾气炉的燃料并能全部消耗完，但随着二期5万t／a装置的投运，炭黑产能达到10万t／a，尾气有盈余。而公司近年焦炉结焦时间从最短24 h，延长到了最长68 h，在这种情况下，以焦炉煤气作为生产原料的甲醇装置负荷就严重不足，公司经济效益受到巨大影响。

公司炭黑4条生产线的含水尾气量多达112000 m3／h，脱水后除去干燥炭黑湿粒子用去的尾气量，还有超过60000 m3／h的干尾气，热值约为4000 kJ／m3，是焦炉煤气热值的1／4。用热值当量计算，将脱水后的炭黑尾气用于代替焦炉煤气，忽略燃烧效率的细微差别，就可以置换出15000 m3／h的焦炉煤气，从而可以有效地提高甲醇装置的负荷。

在此背景下，公司投资建设了一套炭黑尾气脱水装置。

3 炭黑尾气脱水工艺流程

工艺流程见图1。

图1 炭黑尾气脱水工艺流程Figure 1 Black exhaust dehydration process

由各条生产线袋滤器出来的炭黑尾气（约200℃）经各自的尾气风机加压后分别进入尾气总管，由水洗塔下部进入，含有约30%（体积分数）水分的炭黑尾气与从塔顶喷入的循环冷却水（30℃）进行传质和传热后，温度降低到常温，低于尾气露点温度，使其中水分析出。脱水后的尾气由塔顶出来进入尾气加压风机增压后，经过安全水封，分别送至炼焦装置作燃料气，以置换焦炉煤气。炭黑尾气输送管道每隔30～40 m设一放水点［2］。在炭黑尾气水洗塔和喷水冷却池冷却中损失的循环水由厂供水系统补充。冷凝水进行环保处理后，用炭黑压滤机将冷却水中炭黑粉尘收集起来，收集的炭黑经过处理后可以销售。

4 炭黑尾气置换焦炉煤气的运行效果

炭黑尾气脱水装置投运以后，炭黑尾气脱水前后的含水量、尾气燃烧热值变化见表1。

表1 炭黑尾气脱水前后含水量、燃烧温度、热值对比Table 1 Comparison of the water content，combustion temperature，heat value before and after black exhaust dehydration

从表1看出，尾气水洗塔投运后实际运行效果完全达到并超过了工程预期效果，尾气含水量下降至4%左右，比设计预期下降了一个百分点；尾气热值达到了4388 kJ／m3，提高了1 689.5 kJ／m3，比工程预期上升了88 kJ／m3；尾气燃烧温度达到了1400℃，比未脱水前提高了约250℃，超过了工程预期燃烧温度，达到了炼焦焦炉燃烧温度的要求，使炭黑尾气炼焦成为现实。

5 经济和环保效益

忽略焦炉煤气与炭黑尾气的燃烧效率差异，以热值当量计算（热值取焦炉煤气热值的1／4），大约可以置换出18 000 m3／h的焦炉煤气。

将置换出来的焦炉煤气用于制取甲醇。以1 700 m3的焦炉煤气可以制取1t甲醇，甲醇3 000元／t计算，炭黑尾气置换出的焦炉煤气可以生产18000÷1700＝10.6t／h甲醇，价值10.6×3 000≈3 0000元；一年按8 000 h计算，每年炭黑尾气制取甲醇产生的经济效益高达30 000×8 000＝2.4亿元。即使以60%的运行率计算，产生的效益也超过1亿元。若沿用国内炭黑尾气普遍用于烧锅炉发电的方法，所产生的经济效益远低于置换焦炉煤气生产甲醇的模式。

将炭黑尾气脱水后输送至炼焦分厂置换焦炉煤气，取代国内普遍用于烧锅炉发电的炭黑尾气利用方法，每年可减少18万t的CO2排放。

6 结论

1）将脱水后的尾气用于置换焦炉煤气制取甲醇，每年可减少CO2排放量达18万t；

2）将炭黑尾气用于置换焦炉煤气，将置换出来的焦炉煤气用来制取甲醇，是炭黑尾气综合利用的卓有成效的又一新途径，每年可以创造高达1亿元的经济效益。比较于传统的烧蒸汽发电，热利用效率高很多。

3）解决了结焦时间延长期间焦炉煤气量不足的矛盾，确保了甲醇装置的稳定运行；

4）实现了资源高效综合利用，提高了经济效益和社会效益。

［1］ 刘中强，苏涛，李应超，等.炭黑尾气的回收利用［J］.冶金动力，2009，135（5）：34－35.

［2］ 陈克荣.云南大为制焦有限公司《2×2.5万t／a硬质湿法炭黑可行性研究报告》［R］.云南曲靖：云南大为制焦有限公司基建技术部，2008.

Black Exhaust Utilization Example

CUI Qing－yuan1，SUN Bo－gang2

（1.Yunnan Yunwei Feihu Chemical Co.，Ltd.，Qujing 655038，China；2.Yunnan Coal Chemical Industry Group Co.，Ltd.，Kunming 650231，China）

Use of washing tower for cooling and dehumidifying process on black exhaust，improving black exhaust heat value and flame temperature.The exhaust is used for replacing the coking coal gas，coke oven gas is used for the preparation of methanol，having significant social and economic benefit.

black exhaust；washing tower；utilization

X78

A

1004-275X（2014）04-0064-02

12.3969／j.issn.1004-275X.2014.04.018

收稿：2014-05-08

崔庆渊（1979－），男，云南宣威人，硕士，工程师，主要从事炭黑的生产技术管理、新产品开发工作。

*通信作者：孙伯刚，441822965＠qq.com。