赵 斌 王育红（河南天宏焦化公司，河南平顶山467021)
我公司目前的炭黑生产线是20世纪80年代早期开发的干法造粒炭黑生产线，所用燃料为煤焦油，原料为煤焦油、乙烯焦油、蒽油等，为油-油生产工艺。存在的问题是装置设备老化，单炉生产能力小，装置的稳定性差，自控水平低，质量波动大，产品品种少，能耗和成本较高。随着公司焦炭生产规模的日益扩大，造成大量焦炉煤气富余，约有9 万m3/d煤气被燃烧放散，一方面浪费大量能源，另一方面又造成了大气污染。针对此问题，我们研究开发出了以富余焦炉煤气为燃料，以煤焦油、乙烯焦油、蒽油等为原料的新的油-气生产工艺，从而实现富余煤气的综合利用，提高了炭黑生产的工艺水平。
1 干法造粒与湿法造粒的比较
干法造粒是将炭黑连续通过一个旋转圆筒，使粉状炭黑因其物理附聚力而成为球状颗粒。干法造粒的设备简单，造粒成本低，但粒子强度低，在散装运输过程中炭黑粒子易破碎。湿法造粒是将炭黑与一定比例的造粒水混合，在搅齿式湿法造粒机中，经混合、润湿和搅拌，成粒后再经干燥，成为粒状炭黑产品。这种方法粒子坚牢度好，可散装运输。
2 湿法造粒的工艺流程及特点
2.1 工艺流程
湿法造粒工艺生产炭黑是以煤焦油、乙烯焦油、蒽油等为原料，以焦炉煤气作燃料，经过燃烧、裂解反应、急冷活化、收集粉碎、湿法造粒、包装等过程而形成产品。即脱水后的原料油送入原料油储罐。焦炉煤气与主供风机提供的并经空气预热器预热到650℃的空气在反应炉的燃烧段混合、燃烧，产生1850℃的高温烟气流。
原料油经泵送至原料油预热器，预热到180℃后喷入反应炉喉管段，与高温烟气流混合，迅速裂解，生成炭黑。在反应炉后部，直接把水喷入高温炭黑烟气中，使其温度迅速降低，终止炭黑反应。反应生成的炭黑烟气经旋风分离器和袋滤器收集，收集下来的炭黑经粉碎后送至粉状炭黑储罐。袋滤器排出的尾气经风机加压后，少部分（约20%）送给尾气燃烧炉燃烧作为干燥机热源，大部分送至煤干燥系统作为燃料。
粉状炭黑经湿法造粒机造粒成型，进入回转干燥机内干燥，再通过提升、筛选、磁选，存放到产品储罐。成品经包装入库送至用户。
对湿炭黑粒子间接干燥的一部分热气流经30 m高的干燥机和烟囱排入大气。进入干燥筒内的气流被排气风机抽送到排气袋滤器过滤净化，过滤下来的炭黑进入炭黑送风系统，达标的气体经烟囱直接排入大气。
在炭黑生产过程中，设备冷却水循环使用。含油污水、锅炉排污水、含炭黑的地面冲洗水及水封排水等均集中送生化处理站统一处理后外排。
2.2 技术特点
工艺技术先进，生产稳定，产品质量好，合理利用了富余煤气，改善了厂区环境，生产技术属国内先进水平，能耗低、收率高，采用国内先进的集散型计算机控制系统，可靠性好，自动化程度高。
3 研究的主要内容
利用焦炉煤气为燃料的湿法造粒生产炭黑工艺的核心在于研究建立燃烧室的燃烧模型。燃烧模型指入炉燃料与入炉空气的比值与空气预热器出口空气温度、燃料温度、燃料成分之间的关系。
（1）燃烧模型的研究。采用计算机编程进行衡算的计算方法，得出利用焦炉煤气为燃料生产炭黑时，以乙烯焦油、煤焦油、蒽油为原料油和不同的混合油配比相对应的N234、N229、N326、N339、N351等5个品种的控制模型，并根据相关数据进行分析计算。
（2）物料与热量衡算。我们在充分研究油-气工艺以天然气为燃料装置的工艺数据后，针对燃烧室总燃烧率、燃烧温度和总热量这3个主要条件进行大量的开发工作，研究得出利用焦炉煤气为燃料生产炭黑装置的入炉空气量、炭黑产量、原料油耗量、焦炉煤气耗量、收率等一系列重要的工艺参数和控制指标，并将这些数据用于分析计算。
（3）新工艺炭黑反应模型的研究。摸索出了一套新的焦炉煤气燃烧模型，根据工艺反应计算，理论上获得了焦炉煤气在燃烧室的燃烧模型。在试运行中经反复实践，得到了可靠的燃烧反应温度的数学模型，建立起了不同产品品种下的反应模型。实践证明，不但保持了较高且稳定的燃烧率，而且获得了较好且稳定的产品质量。
（4）煤气燃烧喷嘴的研究。研制出了高效煤气燃烧喷嘴，结合煤气特点，加长了燃烧器的长度，在燃烧器的配风结构上采用了同向双旋流沟槽，双风道入风，增大了燃烧器燃烧喷嘴的配风湍流程度，使燃烧火焰更加稳定。
（5）新型反应炉筑炉方法的研究。以原有炭黑生产筑炉技术为基础，消化吸收国内兄弟厂家的先进筑炉技术，设计了利用焦炉煤气为燃料生产炭黑工艺的反应炉炉衬，耐火材料全部国产化，并且在耐火材料选择、炉型设计、砌筑方法上进行相应的改进，采用了内砌外浇的新方法筑炉。生产实践证明，此方法可行。
4 生产装置运行效果
（1）容易操作，炉温稳定性增加。
（2）杜绝了燃烧结焦现象，减少了杂质，提高了产品质量，避免了停油吹焦。
（3）降低了炭黑产品的油耗，提高了产品收率。与原来用煤焦油作燃料相比，单位炭黑产品的油耗下降了 500 kg/t。
（4）产品品种增加，质量稳定，性能好，适应市场能力增强。
（5）充分利用了富余煤气，减轻了环境污染，降低了生产成本。
