陳林東，黃敬彬 (茂名環(huán)星新材料股份有限公司，廣東 茂名 525024)
摘? 要：本文首先回顧了現(xiàn)有炭黑工藝中煙氣回路輸送與空氣開路輸送兩種炭黑撲集輸送的方法，比較了兩種方法 的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了集炭黑兩種撲集輸送方法優(yōu)點(diǎn)為一身的煙氣開路輸送。
關(guān)鍵詞：炭黑;煙氣開路輸送;煙氣回路輸送;空氣開路輸送
1? 引? 言
炭黑是烴類化合物經(jīng)熱氧化分解或熱裂解反 應(yīng)方法生成的黑色粉體物質(zhì)。反應(yīng)后炭黑存在于 氣溶膠態(tài)的炭黑煙氣中。經(jīng)一次水急冷，終止炭 黑反應(yīng);再經(jīng)空氣預(yù)熱器、原料油預(yù)熱器、余熱鍋 爐等炭黑煙氣余熱利用設(shè)備，炭黑煙氣被降溫到 后續(xù)的袋濾器濾袋能夠承受的溫度，含炭煙的氣 體進(jìn)入袋濾器，炭黑被阻留，氣體被排出，這一過(guò) 程稱為炭黑撲集。在袋濾器里炭黑被撲集，炭黑 由氣密閥排出，煙氣經(jīng)凈化由袋濾器頂部排出，經(jīng) 凈化的氣體稱為炭黑尾氣。
由袋濾器氣密閥排出炭黑，炭黑是以聚集體 或聚附體的形式和煙氣或空氣組成的混合氣體組 成輸送系統(tǒng)。當(dāng)氣流速度大于懸浮速度或沉降速 度時(shí)，物料顆粒被帶走，這就是輸送的基本原理。 混合氣體組成的不同，形成了三種不同的輸送方 法：煙氣回路輸送、空氣開路輸送以及煙氣開路輸 送，前兩種輸送方式是目前炭黑生產(chǎn)工藝中主要 的輸送方式，炭黑煙氣開路輸送是環(huán)星公司的提 出的集兩種撲集輸送方法優(yōu)點(diǎn)為一身的新型輸送 方式。本文對(duì)這三種方式進(jìn)行比較，并對(duì)煙氣開 路輸送進(jìn)行詳細(xì)的介紹。
2? 煙氣回路輸送
炭黑煙氣回路輸送，也稱為煙氣閉路輸送，其 工藝的示意圖見(jiàn)下圖1。在反應(yīng)爐生產(chǎn)的炭黑煙氣 經(jīng)過(guò)空氣預(yù)熱器和原料油預(yù)熱器進(jìn)行熱交換后， 一部分冷卻煙氣進(jìn)入袋濾器撲集，收集到的炭黑 由袋濾器底部的氣密閥排出，經(jīng)凈化的炭黑尾氣 由袋濾器頂部排出。由煙氣源引口引出一股炭黑 煙氣作為輸送氣源直接進(jìn)入氣力輸送管道，將炭 黑和煙氣經(jīng)微米粉碎機(jī)再由風(fēng)送風(fēng)機(jī)送至收集旋 風(fēng)分離器。
含有炭煙塵粒的氣流沿著切向進(jìn)入旋風(fēng)分離 器上部，受器壁約束而旋轉(zhuǎn)向下作螺旋運(yùn)動(dòng)，在慣 性離心力的作用下，顆粒被甩向器壁與氣流分離， 再沿壁面落至底部下灰口，經(jīng)凈化的氣流在中心 軸附近范圍內(nèi)由下而上做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，最后由頂部 排出。排出的氣體在回流風(fēng)機(jī)的作用下，與冷卻 煙氣混合后再進(jìn)入袋濾器撲集，如圖1所示，形成 一個(gè)閉路。
輸送氣源是進(jìn)入袋濾器前的來(lái)自炭黑反應(yīng)爐 的炭黑煙氣，與袋濾器氣密閥卸料時(shí)泄露的氣體同質(zhì)，且輸送系統(tǒng)是密閉的，不存在泄露空氣現(xiàn) 象，即不存在氣體爆炸可能。因此炭黑煙氣回路 輸送最大的優(yōu)點(diǎn)是在安全性高，但是也存在以下 的缺點(diǎn)：
(1)影響收集效率 從旋風(fēng)分離器回流的氣體再次進(jìn)入袋濾器撲 集，煙氣中的炭黑濃度受到稀釋，袋濾器的過(guò)濾速 度加快增加過(guò)濾阻力，導(dǎo)致濾袋的使用壽命變短， 影響收集效率。同時(shí)，氣密閥的壓力也增加，影響 其效率。
(2)影響造粒 從收集旋風(fēng)分離器底部落下的炭黑收集到粉 炭罐，氣流由下而上做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，容易造成氣壓的 不穩(wěn)定和波動(dòng)，給炭黑的造粒帶來(lái)了一定的影 響。
3? 空氣開路輸送
炭黑空氣開路輸送系統(tǒng)自 2001 年提出，后逐 步廣泛應(yīng)用到炭黑生產(chǎn)工藝中，其工藝的示意圖 見(jiàn)圖 2。
炭黑空氣開路輸送方式有如下優(yōu)點(diǎn)：
(1)簡(jiǎn)化了熱煙氣輸送系統(tǒng),取消了回風(fēng)調(diào)節(jié) 閥、控制回路、回流風(fēng)機(jī)和回流管道。
(2)用收集袋濾器(脈沖袋濾器)代替了收 集旋風(fēng)分離器，炭黑煙氣經(jīng)收集袋濾器凈化后可 直接排放，省去了收集旋風(fēng)分離器 撲集炭黑后煙 氣回流及其帶來(lái)的麻煩;
(3)炭黑空氣輸送，經(jīng)粉罐的隔絕，濕法造 粒廠房為非防爆區(qū)，濕法造粒機(jī)等設(shè)備動(dòng)力可不 采用防爆電機(jī)，電氣設(shè)備可不采用防爆設(shè)備。
但炭黑空氣開路輸送方式也存在以下的問(wèn) 題：
(1)引入了非系統(tǒng)的空氣作為輸送介質(zhì)，增 加了額外需過(guò)濾的氣體的過(guò)濾面積，帶來(lái)了設(shè)備 費(fèi)、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)、生產(chǎn)成本的增加;
(2)主袋濾器、排氣袋濾器和再處理袋濾器 的卸料氣密閥的規(guī)格和轉(zhuǎn)速須重新選用;炭黑品 種變化導(dǎo)致炭黑產(chǎn)量變化時(shí)，需用變頻器調(diào)整其 轉(zhuǎn)速，避免炭黑煙氣泄露到空氣輸送管道里。事 實(shí)上是很難做到的，煙氣泄漏量占輸送混合氣的 13% ～ 15%，因此引起炭黑煙氣損失及其帶來(lái)的 環(huán)境污染，嚴(yán)重者造成生產(chǎn)事故危及作業(yè)者人身 安全。據(jù)悉，脈沖袋濾器燒壞事故在炭黑同行生 產(chǎn)企業(yè)中時(shí)有發(fā)生，存在著較大的安全隱患。
4? 煙氣開路輸送
煙氣回路輸送和空氣開路輸送兩種輸送煙氣 方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，提出了集兩種輸送方式優(yōu)點(diǎn)的 煙氣開路輸送方式，其工藝的示意圖見(jiàn)下圖 3。
炭黑的煙氣開路輸送方法，如圖所示，經(jīng)過(guò)熱 交換后的炭黑煙氣進(jìn)入袋濾器前，由煙氣源引口 引出一股炭黑煙氣作為輸送氣源，進(jìn)入袋濾器氣 密閥下設(shè)置的氣力輸送管道;主袋濾器撲集來(lái)自 炭黑反應(yīng)爐的炭黑煙氣里的炭黑;排氣袋濾器撲 集經(jīng)排氣風(fēng)機(jī)送來(lái)的來(lái)自干燥機(jī)攜帶炭黑粉塵的 濕氣體;再處理袋濾器撲集來(lái)自吸塵風(fēng)機(jī)含有炭 黑粉塵的氣體，袋濾器撲集的炭黑經(jīng)氣密閥卸料 口進(jìn)入氣力輸送管道。在風(fēng)送風(fēng)機(jī)的作用下，炭 黑由風(fēng)送風(fēng)機(jī)進(jìn)口進(jìn)入，增壓后由風(fēng)送風(fēng)機(jī)出口 排出到收集袋濾器進(jìn)口，在收集袋濾器中撲集炭 黑，凈化后的炭黑尾氣由收集袋濾器出口排出，進(jìn) 入尾氣匯總管進(jìn)口，與主袋濾器的尾氣風(fēng)機(jī)輸送來(lái)的炭黑尾氣在尾氣匯總器匯合后送到尾氣燃燒 爐作為燃料，其余部分可作為電站鍋爐的燃料或 作為它用。
輸送氣源是進(jìn)入袋濾器前的來(lái)自炭黑反應(yīng)爐 的炭黑煙氣，與袋濾器氣密閥卸料時(shí)泄露的氣體 同質(zhì)，且輸送系統(tǒng)是密閉的，不存在泄露空氣現(xiàn) 象，即不存在氣體爆炸可能。
采用空氣開路輸送方式撲集炭黑，多數(shù)的炭 黑生產(chǎn)商是在風(fēng)送風(fēng)機(jī)出口輸送氣溫度 120℃情 況下運(yùn)行，即是在炭黑尾氣泄露到輸送氣里的量 占輸送氣量 30% 狀況下運(yùn)行。本文將空氣開路輸 送和煙氣開路輸送兩種不同的輸送方式，應(yīng)用在 生產(chǎn)硬質(zhì)炭黑 N339 的炭黑生產(chǎn)中撲集炭黑，進(jìn)行 對(duì)比。表1是炭黑尾氣泄露到輸送氣里的量占輸送 氣量30%的狀況下，硬質(zhì)炭黑N339的兩種輸送方 法各參數(shù)的詳細(xì)對(duì)比表。
由于空氣開路輸送方式的尾氣需要放空，因 此當(dāng)炭黑尾氣泄露到輸送氣里的量占輸送氣量 30%狀況下運(yùn)行時(shí)，這種條件下浪費(fèi)的尾氣各詳細(xì) 數(shù)據(jù)見(jiàn)下表 2。
采用空氣開路輸送方式撲集炭黑，少數(shù)的炭 黑生產(chǎn)商是在風(fēng)送風(fēng)機(jī)出口輸送氣溫度 93℃情況 下運(yùn)行，即是在炭黑尾氣泄露到輸送氣里的量占 輸送氣量15%狀況下運(yùn)行。表3是炭黑尾氣泄露到 輸送氣里的量占輸送氣量 15% 的狀況下，生產(chǎn)硬 質(zhì)炭黑 N339，空氣開路輸送和煙氣開路輸送，兩 種方式各參數(shù)的詳細(xì)對(duì)比表：
由于空氣開路輸送方式的尾氣需要放空，因 此當(dāng)炭黑尾氣泄露到輸送氣里的量占輸送氣量 15%狀況下運(yùn)行時(shí)，這種條件下浪費(fèi)的尾氣各詳細(xì) 數(shù)據(jù)見(jiàn)下表4。
通過(guò)上述的詳細(xì)對(duì)比可以總結(jié)出，煙氣開路 輸送方式存在以下的優(yōu)點(diǎn)：
(1)收集袋濾器的炭黑煙氣進(jìn)口為切向 1 個(gè) 或多個(gè)，收集袋濾器的尾氣出口連接的尾氣匯總 器，有效地解決了不同壓力流體的匯合問(wèn)題。
(2)輸送炭黑的氣源由空氣改為炭黑煙氣， 消除了空氣輸送過(guò)程中的空氣-尾氣混合氣帶來(lái) 超過(guò)尾氣爆炸下限運(yùn)行，以確保設(shè)備和人身安 全。
(3)杜絕了空氣 - 尾氣混合氣經(jīng)收集袋濾器 撲集炭黑后排入大氣造成能源浪費(fèi)和環(huán)境污染;
(4)減少了空氣輸送帶來(lái)的袋濾面積的增 加，節(jié)約了設(shè)備初投資、運(yùn)行成本，提高了經(jīng)濟(jì)效 益。
5? 結(jié)? 語(yǔ)
煙氣回路輸送和空氣開路輸送兩種輸送煙氣 方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)這兩種輸送方式，提出了煙 氣開路輸送方式。煙氣開路輸送有效地解決了不 同壓力流體的匯合問(wèn)題，具有安全性好、杜絕了浪 費(fèi)和環(huán)境污染、節(jié)約了設(shè)備初期投資、運(yùn)行成本， 提高了經(jīng)濟(jì)效益等優(yōu)點(diǎn)，是一種新型的、安全、環(huán) 保的高效炭黑煙氣輸送方式。
