1炭黑浆处理工艺以及面临的问题
1.1炭黑浆的焚烧处理工艺这是天然气制乙炔装置最通行采用的一种处理方法。采用高温焚烧的办法达标排放。焚烧处理技术经历了直接焚烧排放以及回收高温烟气热量2个技术阶段。焚烧处理工艺面临的最主要问题是能耗高，如果焚烧炉运行不稳定仍然会导致炭黑从烟囱飘出，污染环境。如果以炭黑浆的炭黑浓度为3%计算，炭黑浆的生成量约为1971Kg/t乙炔。要将组分主要为水的炭黑污染物焚烧合格，需要大量燃料。根据物料计算以及实际运行，每焚烧1kg炭黑浆，需要消耗约0.35Nm3的天然气等值燃料。以年产4万吨的天然气制乙炔装置为例，需要消耗的燃料天然气为：V=0.35×1971×40000=2759万Nm3这尚不包括为了保证炭黑水系统的正常循环，系统会排放部分低浓度的炭黑水送去焚烧，排放量约为4000Kg/t乙炔(根据国内不同技术来源，部分厂家将低浓度炭黑水送去焚烧，部分厂家采用絮凝分离+生化处理等其他方法处理)。每焚烧处理1kg炭黑浆，可以副产约2.25kg低压蒸汽。以年产4万吨的天然气制乙炔装置为例，全部焚烧炭黑浆，可以副产蒸汽的量为：V1=1971×40000×2.25/1000=17.739万吨每产生1吨蒸汽需要消耗的天然气为：V2=2759/17.739=155.5Nm3从以上分析可以看出，该吨蒸汽的天然气消耗几乎相当于燃气锅炉吨蒸汽消耗的2倍。热效率低，生产成本高。焚烧装置仍然是天然气制乙炔装置中的耗能大户。1.2炭黑浆真空分离工艺从90年代开始，开始探索将低浓度的炭黑浆进行浓缩的试验，目的是将悬浮状态的低浓度炭黑浆变为固态，以方便后续处理。经过试验，最终采用了真空转鼓分离的方式。将含水97%的炭黑浆浓缩为含水85%左右的炭黑滤饼。该滤饼中炭黑和水结合紧密，呈疏松状固态(见图1)。把炭黑浆变为固态，是这一技术的最大成功之处。该工艺使得最终的处理量大幅减少，极大的减轻了企业的环保压力，使得炭黑浆有了多种处理方法的选择。最简单的就是装袋当做固废填埋。随着堆放时间的延长，袋子破裂等原因，会导致炭黑扬尘污染；遇雨水会导致炭黑再次变成炭黑水污染水体。因此，炭黑的污染仍然是没有消除，填埋只能是权宜之计。图11.3炭黑滤饼与煤掺烧处理工艺考虑到化工厂普遍设有煤锅炉，炭黑滤饼也具有一定热值。通过试验：将炭黑滤饼通过车运送至煤场，由人工将炭黑滤饼与原煤混合均匀，将混合后的煤送往碎煤机，制成煤粉，然后送入料仓，最终送入锅炉燃烧。该技术方案存在的主要问题是：炭黑滤饼含水量高，煤粉较干，二者容易发生粘连，造成碎煤机和料仓的堵塞。由于锅炉是化工厂关键的动力系统，一旦发生堵塞，将危急整个工厂的运行。1.4炭黑浆压滤处理工艺采用板框式压滤机对炭黑浆进行压滤处理，效果不好。主要是炭黑粒径太细，对滤布要求高。要么排除的是黑水，要么容易堵塞滤布，维护成本高。如果和其他一些物料混合压滤，效果会好些。美国的部分天然气制乙炔装置采用了这种方式，但他们的炭黑生成量少，间断运行，问题就显得不突出。1.5炭黑浆制成炭黑产品处理工艺炭黑本身是一种重要的工业原料。因此，将其变废为宝才是炭黑浆处理技术发展的方向。随着炭黑工艺技术的进步，通过采用新型湿法炭黑工艺，通过将炭黑浆干燥、脱出杂质、造粒、改性的技术路线，采用了高温预热、尾气回用、新型滤袋等新技术[3]，将炭黑浆制成具有工业价值的炭黑产品的技术取得成功。该技术攻克了在650℃环境下快速干燥而保持炭黑不被烧失的难关。该技术在产品质量、能耗、环保等方面达到国内先进水平。具体工艺如下：将乙炔装置送出来的含水97%~99%的炭黑废浆，用泵输送至真空脱水装置区，经过真空脱水后含水85%的炭黑滤饼经螺旋加料器控制进入旋转内热干燥机。燃料与风机提供的的空气在尾气燃烧炉混合、燃烧，产生1000℃的高温燃烧气流，再与冷风混合供给内热干燥机，在此将炭黑滤饼干燥至水份满足要求，废气和炭黑进入袋滤器，达标排放。炭黑收集下来再经过微米粉碎机输送至回收袋滤器，滤清的空气直接排放到大气，收集下来的炭黑进入造粒机造粒，造粒后的炭黑产品经过二段干燥机，输送到产品贮罐，炭黑成品经包装成为产品。该工艺是目前将炭黑浆无害化、资源化利用的最新工艺技术。将炭黑浆变为产品，彻底解决环保问题，产生经济效益。该工艺也存在不足：占地面积大、需要人工转运、操作条件苛刻、产品质量有一定的波动、炭黑产品低端等问题。
2问题讨论及对策
针对目前出现的炭黑浆处理工艺，应以解决环保问题，无害化处理，资源综合利用，降低能耗，增加效益为前提进行炭黑浆工艺技术的选择和优化。通过不同炭黑浆处理工艺的对比，可以认为：应彻底淘汰焚烧处理的传统工艺。放弃填埋、锅炉掺烧等不彻底的处理方法。推广将炭黑浆制成炭黑产品的工艺技术。有针对性的对遇到的问题进行优化和改进。2.1解决占地面积大、人工转运问题探索通过将真空分离装置和炭黑产品装置有机组合起来，通过自然的位差进行输送。在布置时，应紧凑，利用高低位差，减少粉体输送。通过这些办法可以解决炭黑滤饼的人工转运以及转运中对环境的污染，并可大幅减少占地面积。2.2解决操作条件苛刻的问题该工艺对温度、氧含量控制严格，防止炭黑烧失并引发事故。为了降低干燥气流中的氧含量，可以综合利用工厂空分装置的污氮，将污氮引入干燥机替代部分干燥空气，可以有效减少干燥气流的氧含量，防止烧失。应进一步提高该工艺的仪表技术水平，对燃料、温度、空气量采取精确控制。优化联锁设置，有效保护设备，防止事故的发生。2.3资源综合利用，降低能耗燃料消耗仍然是该工艺的主要能耗。该装置是天然气制乙炔装置的后续处理装置，可以充分利用天然气制乙炔装置预热炉等加热设备的烟气排气废热(温度达200℃)。对于炭黑产品装置来说，这是一股优质的低氧可再次利用的低品位热源，可以大幅降低装置燃气消耗。可以综合利用天然气制乙炔装置产生的高级炔废气，以及下游装置产生的驰放气等废气作为燃料，降低天然气的消耗。2.4控制产品质量，解决销路问题该工艺容易出现的质量问题主要是：水含量超标，杂质超标。严格炭黑产品装置的控制只是一方面。解决这两方面的质量问题要从源头抓起。优化控制真空分离装置，将水含量控制在一个稳定的水平。从天然气制乙炔装置控制杂质进入炭黑水系统。由于该炭黑的来源涉及前工段复杂的工艺，出现产品一定程度的不合格属于正常现象。且本身产品属于低端产品，应用较窄。炭黑产品装置能力小，难以打入市场。解决这些产品的销路就是很重要的问题。因此，应选择炭黑产品的后续深加工企业进行战略合作，彻底解决产品的销路问题。
3结语
天然气制乙炔装置副产炭黑的处理，已经走到了一条资源综合利用的道路上来。在示范企业运行的基础上，应大力在行业内进行推广。并进一步优化技术，降低消耗，开拓市场。进一步拓展思路，开发新应用。只有这样，才能真正的把炭黑浆变废为宝，降低天然气制乙炔生产企业成本。
作者：吴跃明 单位：陕西延长石油盐气化工公司
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