趙寬明，王彥玲 (中昊黑元化工研究設(shè)計院有限公司，自貢 643000)

摘? 要：基于焦爐煤氣為燃料制備炭黑，實現(xiàn)了焦化聯(lián)產(chǎn)、資源綜合利用。詳細分析了焦爐煤氣為燃料導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量 不穩(wěn)定原因，據(jù)此提出相應(yīng)解決方法。

      關(guān)鍵詞：焦爐煤氣;炭黑質(zhì)量

1? 引? 言

焦爐煤氣是在煉焦爐中經(jīng)過高溫干餾后，產(chǎn) 出焦炭和焦油產(chǎn)品的同時所產(chǎn)生的一種可燃性氣 體，是煉焦工業(yè)的副產(chǎn)品。焦爐煤氣是混合物，其 產(chǎn)率和組成因煉焦用煤質(zhì)量和焦化過程條件不同 而有所差別。其主要成分為氫氣(55~65%)和甲 烷(18~27%)，另 外 還 含 有 少 量 的 一 氧 化 碳 (4~8%)、C2 以上不飽和烴(2~3%)、二氧化碳 (1.5~3%)、氧氣(0.3~0.8%))、氮氣(3~7%)。而煤焦 油正是炭黑生產(chǎn)的主要原料，而炭黑生產(chǎn)的燃料 一般采用煤焦油或天然氣。隨著炭黑生產(chǎn)向焦化 廠轉(zhuǎn)移，為了綜合利用能源，一般采用焦爐煤氣作 為燃料，但焦爐煤氣的組分和熱值不穩(wěn)定，熱值最 大相差12%，這是導(dǎo)致炭黑產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的因素 之一。因此，如何利用焦爐煤氣生產(chǎn)高品質(zhì)的炭 黑產(chǎn)品，實現(xiàn)焦化-炭黑聯(lián)產(chǎn)，是確保焦化企業(yè)、 炭黑企業(yè)經(jīng)濟效益持續(xù)增長的有效方式，是企業(yè) 可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

　　2? 穩(wěn)定燃燒的方法

炭黑生產(chǎn)有多種不同的生產(chǎn)方法，最常用的 方法是油爐法。原料油在襯有耐火材料的反應(yīng)爐 中以連續(xù)的方式反應(yīng)或裂解：經(jīng)預(yù)熱的空氣和燃 料油被送入到反應(yīng)爐燃燒段，產(chǎn)生高溫湍流環(huán)境， 然后在喉管段噴入原料油，使其迅速裂解，在1~2 毫秒內(nèi)轉(zhuǎn)化成炭黑;隨后，對爐內(nèi)的炭黑煙氣噴水 急冷，終止反應(yīng)。目前，國內(nèi)生產(chǎn)炭黑的反應(yīng)爐都 是三段爐，為了保證產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定，希望進入喉管 的燃燒氣流的溫度和氧氣量穩(wěn)定。

對于以煤焦油作為反應(yīng)爐的燃料，一般以理 論燃燒溫度作為目標值建立一個燃燒模型，從而 控制喉管入口處的溫度。根據(jù)生產(chǎn)線生產(chǎn)規(guī)模給 定一個風(fēng)量，燃燒模型根據(jù)風(fēng)量調(diào)整燃料油量。為 了保證燃料油的品質(zhì)相對穩(wěn)定，設(shè)置了工藝油罐 (原料油罐、燃料油罐)，以保證某一批次的質(zhì)量 穩(wěn)定。

對于以焦爐煤氣作為反應(yīng)爐的燃料，一般以 平均煤氣成分為依據(jù)，以理論燃燒溫度作為目標 值建立一個燃燒模型，達到控制喉管入口處溫度 的目的，為了保證煤氣品質(zhì)相對穩(wěn)定，增加了氣柜 來緩沖平衡氣體。但因氣柜投資較大，有些廠家 沒有增加氣柜，導(dǎo)致進入喉管的溫度和氧氣量都 有較大變化。我們從某廠焦爐煤氣組分中抽取具 有代表性成分，如表 1。

通過計算，焦爐煤氣組分1的理論燃燒溫度等 參數(shù)見表 2，焦爐煤氣組分 2 的理論燃燒溫度等參 數(shù)見表 3。

Z 對照表 2 和表 3 可以看出，相同風(fēng)量和煤氣 量，因其組分的差別，導(dǎo)致理論燃燒溫度、煙氣中 氧氣含量等參數(shù)都不相同。有些廠家在生產(chǎn)過程 中發(fā)現(xiàn)這個問題，在煤氣管道上增加了在線成分 測試儀，根據(jù)測量煤氣的成分，以理論燃燒溫度作 為目標值，穩(wěn)定喉管入口處的溫度，但喉管入口處 氧氣含量不一致?！惨姳? 1〕

針對上述存在問題，結(jié)合炭黑生產(chǎn)反應(yīng)的機 理提出理論燃燒溫度和過剩氧氣量作為目標值的 控制方法。

第一步：只考慮溫度調(diào)節(jié)(理論燃燒溫度保持 不變)氧氣量和燃氣量差異見表 4：

第二步：理論燃燒溫度和進喉管氧氣量雙參 數(shù)調(diào)節(jié)參數(shù)變化見表 4：

由表4和表5可以看出，理論燃燒溫度和進喉 管氧氣量雙參數(shù)調(diào)節(jié)，可以有效降低因焦爐煤氣 組分不同所帶來的生產(chǎn)波動，可以達到較好的效 果。

3? 實施方法

3.1 在 DCS 系統(tǒng)中，以某組分為依據(jù)，根據(jù)給定 理論燃燒溫度，得到空氣過剩系數(shù) α 和 V0。

3.2 根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)品種，用戶給定一個空 氣量。DCS系統(tǒng)根據(jù)燃燒模型計算得到煤氣量W。

3.3 在線檢成分測試儀測量一組實際參數(shù)以 0~20mA信號輸入到DCS系統(tǒng)。根據(jù)給定理論燃燒 溫度模型，計算實際空氣過剩系數(shù) αa 和 V0a。

3.4 DCS系統(tǒng)利用公式Wa=(α-1)*W/(αa-1)得到 實測成分數(shù)據(jù)需要煤氣量。

3.5 DCS 系 統(tǒng) 利 用 公 式 計 算 實 際 空 氣 量 Vna=Wa*αa*V0a。

　　4? 結(jié)束語

本文從理論上分析了采用焦爐煤氣為燃料導(dǎo) 致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的原因，并提出解決方案，希望 起到拋磚引玉的作用。按照上述技術(shù)方案，并根 據(jù)橫河煤氣色譜分析儀報價以及相關(guān)的配套設(shè)施 估計總投資在 60 萬元左右。