本發(fā)明總地涉及一種生產(chǎn)炭黑的系統(tǒng)及方法，具體涉及一種以煤焦油生產(chǎn)炭黑的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

炭黑可作為補(bǔ)強(qiáng)填充劑用在橡膠生產(chǎn)中，對橡膠的物理機(jī)械性能和加工工藝都有重要的影響。對于爐法炭黑生產(chǎn)線，反應(yīng)爐是其核心設(shè)備，其一般工藝是：空氣和燃料在反應(yīng)爐中燃燒，原料經(jīng)霧化后噴入燃燒的火焰中，經(jīng)高溫?zé)峤馍商亢冢惶亢趹腋∮谌加鄽庵行纬蔁煔?；煙氣?jīng)冷卻后被收集和干燥。

炭黑行業(yè)對原料油的質(zhì)量要求是：芳烴含量要高，相關(guān)指數(shù)(BMCI)≥120，雜質(zhì)、瀝青類和膠質(zhì)要少。一般來說，蒽油、防腐油和乙烯焦油是較理想的炭黑生產(chǎn)原材料。

目前，生產(chǎn)橡膠用炭黑的原料一般使用煤焦油和蒽油的混合油，增加煤焦油中蒽油的比例其目的是提高炭黑的著色強(qiáng)度。蒽油是煤焦油組成的一部分，可通過蒸餾獲得，蒽油的價格高于煤焦油，炭黑原料中蒽油比例的增大無疑增加了生產(chǎn)成本。

因而，尋找廉價的炭黑生產(chǎn)原料、降低炭黑生產(chǎn)成本是目前炭黑行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。

快速熱解方法是專門針對粉狀中低階煤的一種先進(jìn)的中溫?zé)峤馓豳|(zhì)技術(shù)，要求其物料在均勻的溫度場下加熱,速率高，從反應(yīng)機(jī)理上來看，可以使中低階煤高分子迅速發(fā)生斷鍵反應(yīng)，抑制了熱解產(chǎn)物的二次熱解反應(yīng)和交聯(lián)反應(yīng)，降低中低階煤熱解過程中的燃?xì)夂桶虢巩a(chǎn)物，提高焦油產(chǎn)率，并能提高中低階煤利用的經(jīng)濟(jì)和社會效果。

煤快速熱解產(chǎn)生的快速熱解煤焦油，收率在10％-20％之間，但含塵量較大。

現(xiàn)有技術(shù)以煤焦油不添加蒽油為原料油生產(chǎn)炭黑的技術(shù)，包括：使原料油在反應(yīng)爐中發(fā)生裂解生產(chǎn)炭黑煙氣，炭黑煙氣經(jīng)冷卻、收集、造粒和干燥得到橡膠用炭黑。但該技術(shù)存在缺點：工藝較傳統(tǒng)，入爐油壓高，造成能耗增大，從而使該工藝的成本高、經(jīng)濟(jì)性較差。

因此，為了減小以煤焦油生產(chǎn)炭黑的工藝能耗，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)一步有效地利用快速熱解煤焦油，有必要提出一種新的以煤焦油生產(chǎn)炭黑的技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種以煤焦油生產(chǎn)炭黑的系統(tǒng)及方法，減小以煤焦油生產(chǎn)炭黑的工藝能耗，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)一步有效地利用快速熱解煤焦油。

本發(fā)明旨在提供一種以煤焦油生產(chǎn)炭黑的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括懸浮床加氫工段、固定床切割餾分工段、生成炭黑反應(yīng)爐、炭黑過濾、造粒工段；所述懸浮床加氫工段包括煤焦油入口和輕質(zhì)化煤焦油出口；所述固定床切割餾分工段包括輕質(zhì)化煤焦油入口、輕油出口、重油出口；所述輕質(zhì)化煤焦油入口與所述懸浮床加氫工段的輕質(zhì)化煤焦油出口相連；所述生成炭黑反應(yīng)爐包括燃料油噴槍、原料油噴槍、空氣入口和炭黑煙氣出口；所述燃料油噴槍與所述固定床切割餾分工段的輕油出口相連，所述原料油噴槍與所述固定床切割餾分工段的重油出口相連；所述炭黑過濾、造粒工段包括炭黑煙氣入口與炭黑產(chǎn)品出口，所述炭黑煙氣入口與所述生成炭黑反應(yīng)爐的炭黑煙氣出口相連。

上述的系統(tǒng)，所述生成炭黑反應(yīng)爐與所述炭黑過濾、造粒工段之間還可連接有空氣預(yù)熱器，所述空氣預(yù)熱器包括空氣入口、煙氣入口、煙氣出口和預(yù)熱空氣出口，所述煙氣入口連接所述生成炭黑反應(yīng)爐的炭黑煙氣出口，所述煙氣出口連接所述炭黑過濾、造粒工段的炭黑煙氣入口。

上述的系統(tǒng)，所述空氣預(yù)熱器與所述炭黑過濾、造粒工段之間還可依次連接有廢熱鍋爐和原料油預(yù)熱器，所述廢熱鍋爐的廢熱煙氣進(jìn)口連接所述空氣預(yù)熱器的煙氣出口；所述原料油預(yù)熱器包括原料油進(jìn)口、預(yù)熱煙氣進(jìn)口、煙氣排出口和預(yù)熱原料油出口，所述預(yù)熱煙氣進(jìn)口連接所述廢熱鍋爐的廢熱煙氣出口，所述煙氣排出口連接所述炭黑過濾、造粒工段的炭黑煙氣入口。

上述的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還可包括添加劑噴槍，所述添加劑噴槍連通所述生成炭黑反應(yīng)爐的添加劑噴嘴。

上述的系統(tǒng)，所述懸浮床加氫工段前還可設(shè)有預(yù)處理工段。

本發(fā)明還提供一種采用上述系統(tǒng)生產(chǎn)炭黑的方法，所述方法包括步驟：將煤焦油在所述懸浮床加氫工段進(jìn)行加氫處理，得到輕質(zhì)化煤焦油；將所述輕質(zhì)化煤焦油在所述固定床切割餾分工段進(jìn)行餾分切割，得到輕油與重油；將所述輕油作為燃料油送入所述生成炭黑反應(yīng)爐進(jìn)行燃燒；將所述重油作為原料油送入所述生成炭黑反應(yīng)爐進(jìn)行裂解生成炭黑煙氣；將所述炭黑煙氣送入所述炭黑過濾、造粒工段得到炭黑產(chǎn)品。

上述的方法，所述方法還包括:利用所述炭黑煙氣對助燃空氣進(jìn)行預(yù)熱。

上述的方法，所述方法還包括:利用所述炭黑煙氣對所述原料油進(jìn)行預(yù)熱。

上述的方法，所述方法還包括:將添加劑碳酸鉀噴入所述生成炭黑反應(yīng)爐的燃燒段內(nèi)。

上述的方法，所述方法還包括將所述煤焦油進(jìn)行脫水、去雜質(zhì)的預(yù)處理過程。

本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明把快速熱解煤焦油經(jīng)懸浮床加氫裂化后，再利用切割餾分工段將裂化得到的輕質(zhì)化煤焦油餾分出輕油、重油；輕餾分即輕油，作為炭黑生產(chǎn)的燃料油，重餾分即重油，作為炭黑生產(chǎn)的原料油，實現(xiàn)了快速熱解煤焦油的高附加值利用，極大地提高了生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施方式的以煤焦油生產(chǎn)炭黑的工藝流程簡圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行更加詳細(xì)的說明，以便能夠更好地理解本發(fā)明的方案以及其各個方面的優(yōu)點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發(fā)明的限制。

本實施方式提供一種以快速熱解煤焦油生產(chǎn)炭黑的裝置，包括：快速熱解煤焦油儲槽、預(yù)處理工段、懸浮床加氫工段、固定床切割餾分工段、生成炭黑反應(yīng)爐、主供風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器、廢熱鍋爐、原料油預(yù)熱器、炭黑過濾、造粒工段。其中，快速熱解煤焦油儲槽、預(yù)處理工段、主供風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器、廢熱鍋爐、原料油預(yù)熱器為可選設(shè)置。該系統(tǒng)以快速熱解煤焦油生產(chǎn)炭黑的工藝流程簡圖如圖1所示。

需要說明的是，本發(fā)明的煤焦油不限于快速熱解煤焦油。

所述的預(yù)處理工段完成對快速熱解煤焦油脫水、脫除機(jī)械雜質(zhì)。

所述的懸浮床加氫工段完成對快速熱解煤焦油加氫裂化。

所述的固定床切割餾分工段完成對懸浮床加氫工段加氫后的輕質(zhì)化煤焦油餾分切割，分為輕油、重油及殘渣。

所述的固定床切割餾分工段切割出的輕油可作為生產(chǎn)炭黑反應(yīng)所需的燃料油。

所述的固定床切割餾分工段切割出的重油可作為生產(chǎn)炭黑反應(yīng)所需的原料油。

所述的炭黑反應(yīng)爐是炭黑生成的反應(yīng)設(shè)備。

所述的主供風(fēng)機(jī)提供燃料油在炭黑反應(yīng)爐內(nèi)燃燒所需的助燃空氣。

所述的空氣預(yù)熱器對主供風(fēng)機(jī)提供的助燃空氣進(jìn)行預(yù)熱。

所述的廢熱鍋爐回收炭黑反應(yīng)爐的煙氣余熱。

所述的原料油預(yù)熱器利用廢熱鍋爐的出口煙氣對原料油進(jìn)行預(yù)熱。該過程根據(jù)原料油的用量選擇合適量的煙氣余熱。

所述的炭黑過濾、造粒工段完成炭黑顆粒的過濾和造粒。

上述系統(tǒng)以熱解煤焦油生產(chǎn)炭黑的方法，包括：

快速熱解煤焦油儲罐內(nèi)的快速熱解煤焦油經(jīng)預(yù)處理工段進(jìn)行脫水、脫除機(jī)械雜質(zhì)。

脫水、脫除機(jī)械雜質(zhì)的熱解煤焦油在懸浮床加氫工段完成加氫裂化。

經(jīng)懸浮床加氫工段處理的熱解煤焦油進(jìn)入固定床切割餾分工段，把懸浮床加氫工段處理的輕質(zhì)化煤焦油餾分為：a.輕油餾分:作為生產(chǎn)炭黑反應(yīng)所需的燃料油；b.重油餾分:作為生產(chǎn)炭黑反應(yīng)所需的原料油；c.殘渣做固廢處理。

輕油餾分作為燃料油進(jìn)入燃料油罐，經(jīng)過濾器由燃料油泵送入反應(yīng)爐噴槍，由來自空壓站的壓縮空氣將燃料油霧化，再與被炭黑反應(yīng)爐的煙氣預(yù)熱后的空氣在反應(yīng)爐的燃燒室內(nèi)混合，完全燃燒，產(chǎn)生約1860℃的高溫燃燒氣流，隨后高速進(jìn)入反應(yīng)爐的喉管段。

重油餾分作為原料油進(jìn)入原料油罐，經(jīng)原料油過濾器，可由原料油泵送到原料油預(yù)熱器，預(yù)熱到200℃以后，經(jīng)原油噴槍噴入反應(yīng)爐的喉管段。在這里，原料油與來自燃燒段的高溫高速氣流充分混合氣化并裂解生成炭黑。

生產(chǎn)炭黑所需工藝的空氣可由大氣進(jìn)入主供風(fēng)機(jī)，經(jīng)升壓后送入空氣預(yù)熱器預(yù)熱到800℃左右，再送入反應(yīng)爐燃燒段。

為了調(diào)節(jié)和控制炭黑結(jié)構(gòu)，可在添加劑溶解罐內(nèi)用水溶解碳酸鉀，然后經(jīng)添加罐用泵送到添加劑噴槍，從添加劑噴槍的噴嘴孔噴入反應(yīng)爐燃燒段內(nèi)。

炭黑反應(yīng)爐出口的夾帶炭黑的高溫?zé)煔饨?jīng)空氣預(yù)熱器、廢熱鍋爐、原料油預(yù)熱器進(jìn)入炭黑過濾、造粒工段完成炭黑過濾、造粒，形成炭黑產(chǎn)品。

本發(fā)明把快速熱解煤焦油經(jīng)懸浮床加氫工段裂化后，再利用固定床餾分工段餾分，得到的輕餾分即輕油，作為炭黑生產(chǎn)的燃料油，得到的重餾分即重油，作為炭黑生產(chǎn)的原料油，實現(xiàn)了快速熱解煤焦油的高附加值利用利用，減小了以煤焦油生產(chǎn)炭黑的工藝能耗，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)一步可有效地利用快速熱解煤焦油。

實施例

按照上述實施方式中的系統(tǒng)進(jìn)行以煤焦油生產(chǎn)炭黑。

以長焰煤快速熱解所產(chǎn)出的快速熱解煤焦油為例，快速熱解煤焦油原料油理化數(shù)據(jù)如下表：

表1

首先對快速熱解煤焦油進(jìn)行預(yù)處理，處理后煤焦油含水0.5％、含機(jī)械雜質(zhì)5％。

懸浮床加氫工段：對預(yù)處理后的快速熱解煤焦油進(jìn)行懸浮床加氫處理，壓力16MPa，溫度450℃。

固定床切割餾分工段：對懸浮床加氫后的快速熱解煤焦油，先過濾機(jī)械雜質(zhì)，使機(jī)械雜質(zhì)含量低于0.5％。然后進(jìn)行餾分切割，270℃前的輕油餾分，作為炭黑生產(chǎn)的燃料油，270℃-450℃餾分作為炭黑生產(chǎn)的原料油。剩余殘渣做固廢處理。

270℃前的輕油餾分作為燃料油進(jìn)入燃料油罐，由燃料油泵加壓至2MPa,送入反應(yīng)爐噴槍，由來自空壓站的壓縮空氣將燃料油霧化，再與被生成炭黑反應(yīng)爐出口的煙氣預(yù)熱后的空氣在反應(yīng)爐的燃燒室內(nèi)混合，使之完全燃燒，產(chǎn)生約1860℃的高溫燃燒氣流，隨后氣流高速進(jìn)入反應(yīng)爐的喉管段。

270℃-450℃的重油餾分作為原料油進(jìn)入原料油罐，經(jīng)原料油過濾器后，由原料油泵送到原料油預(yù)熱器，經(jīng)生成炭黑反應(yīng)爐出口的煙氣預(yù)熱到200℃以后，經(jīng)原料油噴槍噴入反應(yīng)爐的喉管段。在這里，原料油與來自燃燒段的高溫高速氣流充分混合氣化并裂解生成炭黑，原料油的油壓為2.0-2.5Mpa。

生產(chǎn)炭黑所需工藝空氣由大氣進(jìn)入主供風(fēng)機(jī)，經(jīng)升壓后送入空氣預(yù)熱器預(yù)熱到800℃左右，再送入反應(yīng)爐燃燒段，可作為助燃?xì)狻?/p>

為了調(diào)節(jié)和控制炭黑結(jié)構(gòu)，在添加劑溶解罐內(nèi)用水溶解碳酸鉀，然后經(jīng)添加罐用泵送到添加劑噴槍，從噴嘴孔噴入反應(yīng)爐燃燒段內(nèi)。

生成炭黑反應(yīng)爐出口的夾帶炭黑的高溫?zé)煔饨?jīng)空氣預(yù)熱器、廢熱鍋爐、原料油預(yù)熱器進(jìn)入炭黑過濾、造粒工段完成炭黑過濾、造粒，生成炭黑產(chǎn)品。

最后應(yīng)說明的是：顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。