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色素碳黑生产中节能

色素碳黑生产中节能

发布日期:2015-11-11 8:46:35  信息来源:

色素碳黑生产中节能

    以炭黑生产的工艺我们可以知道,炭黑生产主要是由原料的储存、加工和输送。燃烧和反应,冷却和换热,收集和输送这几部分来完成的。其中原料的储存加工部分都是属于公用生产装置的。炭黑的生成主要是在反应炉内完成的,是由烃类裂解生产的。烃类的裂解反应是一个吸热过程,因此首先要提供生成炭黑所需的热能,同时又必须提供生成炭黑所需的稳定的温度条件。生产炭黑的这一需要就确定了必须要求有部分烃类进行完全或不完全的燃烧反应,以保证有生成炭黑所需要的热能和温度条件。在烃类物质中,一般含有可燃物为CHS等。这些成分在燃烧反应时的放热为:烃类物质中CO反应生成CO2时,406.45kJ的热量,CO2反应生成CO时会放出122.10kJ的热量,H2O2反应生成H2O时会放出240.86kJ的热量,SO2反应时生成289.78kJ的热量。

    各个不同品种的炭黑在其生成时所需要的反应温度和能量也不一样,随着所生成炭黑品种从低级(指粒径较大的品种)向高级过度,生成单位重量的炭黑所需能量也逐渐增加,而生成的温度也相对提高。如下表:

炭黑品种及粒径和温度的关系
炭黑品种 粒径范围/nm 温度范围/℃
N500~N700系列 40~100 1250~1400
N200~N300系列 20~30 1400~1550
N100系列 11~19 1550~1650

    炭黑生产装置中,炭黑生产所需要的能量都是由燃料油或天然气供给的。如油炉法炭黑则为燃料油产生。所以供给炭黑反应炉的热量由以下几部分组成:燃料油的化学热、燃料油的物理热、入炉空气的物理热、原料油的化学热、原料油的物理热。在这几部分中,燃料油的化学热是由燃料油的元素组成和数量决定的;燃料油的物理热则由燃料油的温度和数量决定的;入炉空气的物理热则由空气的数量已经入炉空气的温度决定的;原料油的化学热、物理热同样也是由原料油的组成、数量以及温度决定的。

    因为能量在能量转换过程中是保持平衡的,在炭黑生产中同样也遵循这样一个原则。在处于热平衡时,输入反应炉中的燃料油、空气、原料油的物理热,燃料油的燃烧热,原料油燃烧、裂解的热量总和等于从反应炉输出的热量的综总和。他们包括炭黑的化学热、炭黑尾气的化学热、炭黑的物理热、炭黑湿尾气的物理热,急冷水汽化时吸收的热量和反应炉表面向环境散发的热量。在从反应炉排出的物料中,作为炭黑生产来说,炭黑的化学热是我们需要的,也就是说,这部分是我们的产品,也就是有效利用的能力。在输入能力相同的情况下,这部分能力越大,炭黑生产的能耗就越低,也就是炭黑生产上说的炭黑收率就高。一般来说,提高炭黑收率,需要合理选用原料油。不同的油类其热值相差不是很大,但对炭黑生产来说,芳烃含量高的油类,其含碳量就高,而且芳烃在高温条件下较其他烃类生产炭黑所需的能量要小,能裂解生产炭黑的量就大。同时,尽可能地提高燃烧段的温度,以满足原料油能充分裂解生成炭黑,这样就需要提高燃烧效率,使燃料油能充分燃烧,使燃料的化学能全部转化为热能。同时要选用合适的过剩空气系数。过剩系数小了不能保证燃料的充分燃烧,过剩系数大了,不仅会影响炭黑的收率,也会带走大量热能。要提高燃烧效率,还必须使燃料油有良好的雾化程度,保证燃料能充分燃烧。这除了要选用合适的喷嘴之外,还需尽可能地提高原料油和燃料油的温度,此外,还需要有合适的炉型来保证燃料的完全、稳定。

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