炭黑工业弹响节能减排“四重奏”

平常心

炭黑作为以高碳能源为原料的高耗能产业，其CO2排放量一直较高。经测算，在当前的工艺装备水平下，每生产1t炭黑，至少要排放2.8t CO2；2009年我国炭黑工业的CO2排放量至少为790万t。因此，炭黑工业面临着巨大的节能减排压力，未来的减排效果关系行业的长期发展，业内上下已积极行动，打响了节能减排的攻坚战。

& T  v* v4 l$ Y/ |! N一重奏  新工艺湿法造粒炭黑取代干法造粒炭黑
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　　2002年6月国家经贸委发布了《淘汰落后生产能力、工艺和产品的目录》，规定炭黑行业应在“2003年淘汰生产能力小于或等于1.0万t/a的落后干法造粒炭黑装置”。据统计，2002年我国炭黑产能为120万t/a，其中1.0万t/a以下的干法造粒炭黑占54%， 2003年以后湿法造粒炭黑生产能力得到快速增长，平均年增长率达到了15%以上，同时仅2003年新增湿法造粒炭黑生产能力约为38.5万t/a，淘汰干法造粒炭黑产能约为20万t/a。在国家产业政策的影响和子午线轮胎快速发展的带动下，炭黑行业优化产品结构、淘汰落后干法造粒炭黑成效显著。截至2009年，我国炭黑总产能为434万t/a，湿法造粒炭黑所占比例已经达到了94%，新工艺湿法造粒炭黑已完全取代干法造粒炭黑，单线产能装置大型化、生产操作系统现代化、工厂环境园林化的现代化炭黑企业已形成，昔日小作坊式的干法造粒、尘土飞扬的炭黑企业已不见踪影。
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; }! Y/ j' d0 i' |7 u$ k+ M　　在此期间，我国新工艺湿法造粒炭黑生产技术及关键设备也有了很大突破，单线生产能力已由原来的1.5万t/a提高到4.0万t/a；主要生产设备也达到和超过世界先进水平，空气预热器温度由原来的650℃提高到了950℃；炭黑收集系统采用了新型高温玻璃纤维针刺毡过滤材料；炭黑尾气综合利用，节能降耗；同时微米粉碎机、湿法造粒机、干燥机、耐火材料等都得到了进一步的提高和发展。
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二重奏  炭黑尾气发电

: q1 v, z, T2 p$ s　　湿法造粒炭黑生产装置大型化以后，产生大量的炭黑尾气，主要成分是CO2、少量的CH4及微量的N2O，同时还附着炭黑粉尘。在早期干法造粒的炭黑生产过程中，大量的炭黑尾气直接排入大气，是造成环境污染、能源浪费的根源，但现在却成为炭黑企业减少排放、增加效益的一大亮点。目前炭黑尾气有三种主要用途：一是配备尾气锅炉用于发电；二是设置急冷锅炉和余热锅炉，将所产生的蒸汽卖给所需企业；三是直接出售炭黑尾气，供应当地居民城市煤气。其中炭黑尾气发电效益可观。按照炭黑生产过程中产生的尾气量及其物理热和化学热的理论计算值，每万吨炭黑尾气产生的发电能力，可达1400kWh，每生产1t炭黑约可发电1120度，相当于减少CO2
排放量1.12t。按2009年全行业生产炭黑283万t，且全部配备尾气发电，满负荷运转计算，全行业当年约可发电31.7亿度，减少CO2排放量317万t。
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( D- y" w+ ~5 a! c+ Q　　据中国橡胶工业协会炭黑分会统计，2009年全行业拥有炭黑尾气发电能力约为27.8万kWh，按满负荷发电计算，2009年发电量约为22.2亿度,参照《企业能源审计方法大纲》的数据，节约1度电相当于减少CO2排放量1.0kg计算，2009年炭黑行业减少CO2排放量约为222万t。
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! ]. T- ?' Y8 y3 e三重奏  采用新型高温玻纤针刺毡过滤袋降粉尘

　　干法造粒炭黑是易飞扬的粉末状，加之收集系统及滤袋的不完善性，往往使当时的炭黑工厂漆黑一片，周围树木、庄稼多半被黑色覆盖，炭黑企业赔付周边污染费是一种普遍现象，为此炭黑行业从上世纪90年代就推出降低粉尘的一系列计划和措施。

0 Q) y7 V8 D9 U　　炭黑粉尘是环境污染的主要根源之一。湿法造粒炭黑在工艺上改变造粒方法，在第一阶段减少了炭黑粉尘，但要想彻底根治炭黑粉尘污染，炭黑滤袋及炭黑收集系统显得尤为重要。20世纪60年代初，美国及欧洲对玻纤针刺毡滤料有所研究，70年代进入工业化生产阶段。我国1990年由南京玻纤院生产的玻纤针刺毡滤料及膨体纱滤料正式鉴定投产，拉开了玻纤滤料的发展与进步。所谓玻纤滤料，是一种性能优良的新型高温玻璃纤维针刺毡过滤材料，毡层纤维呈单纤维三维微孔结构，孔隙率高，而且对气体的过滤阻力小，过滤效果能达到99.5%～99.8%，炭黑粉尘含量可控制在18mg/m3以内，肉眼看烟囱冒白烟即林格曼黑度在一级以下，达到国家环保标准规定值。而在20世纪80年代，当时普遍使用的Huyglas滤袋设计排放浓度只有50mg/m3。目前新型高温玻纤针刺毡过滤袋正在业内得到大范围推广和使用。
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四重奏  采用高温空气预热器降低原料油消耗
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　　空气预热器是炭黑生产的主要设备，它的主要用途是系统余热回收、强化反应条件、提高尾气热值、降低袋滤负荷、提高炭黑产量、提高炭黑收率，从而降低炭黑原料油消耗。理论上讲，空气预热器的温度越高越好，但是，由于受空气预热器材质的限制，如果空气预热器温度过高，会影响设备的使用寿命，20世纪80年代从国外引进的空气预热器温度是650℃，当时原料油的平均消耗约为2.2t/t。进入21世纪以后，我国能源供应日趋紧张，采用高效节能设备成为炭黑行业的迫切需要，经过技术攻关、改进材质等项措施，2004年由青岛德固特公司首次推出了950℃高温空气预热器，并投入运行，其各项指标在国际上占有领先地位（见表1），而国外空气预热器最高温度为900℃。

　　在近几年国内新建的炭黑生产线中，几乎全部采用了950℃高温空气预热器，在原有生产线中，通过技术改造也加装了950℃高温空气预热器，淘汰了650℃空气预热器。据不完全统计，目前有超过半数的炭黑生产线上配备了高温空气预热器，企业在生产过程中，通过工艺参数调整和试验，一般把温度控制在850℃，高温空气预热器的使用，不仅能提高炭黑收率，也同时提高了炭黑尾气的热值，生产成本大幅度下降，给企业带来了巨大经济效益。此外，炭黑行业还通过技术改造，用天然气或煤气替代炭黑燃料油，一般炭黑燃料油消耗占总原料油消耗的10%左右，上述两项主要节能降耗措施，使得炭黑行业平均原料油消耗逐年降低，行业平均单耗已由1985年的2.2t/t降低到2009年的1.776t/t。
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* [6 N7 H& x9 O2 `　　综上所述，通过采用先进生产工艺——新工艺湿法造粒、炭黑尾气综合利用——尾气发电、改善炭黑收集系统——采用玻纤针刺毡滤袋及高温空气预热器等主要措施，使得炭黑行业逐渐向一个节能、环保、低碳的现代化产业转型，并挤身世界第一炭黑大国。我国目前的炭黑尾气发电，高温空气预热器技术都领先于世界先进水平，行业重点要做的就是要进一步提高尾气发电装置和高温空气预热器的配备率，在“十二五”期间，达到炭黑生产线上全部配备尾气发电装置（尾气综合利用）和高温空气预热器，污水零排放，并努力拥用5～7个世界名牌炭黑产品。
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" R' \( Y; N& N, R% ~& P- u, i　　　　　　　　表1   高温空气预热器主要指标
% `1 y5 @8 g" o$ B3 x6 o     影响项目      变化方向      空气预热温度      空气预热温度
: m6 m3 }# \% p) y, e& I4 _                                              从650℃到950℃     每提高100℃
            收率            提高                    12%                  4%
吨炭黑总耗油量    降低                    12%                  4%
            产量            提高                    45%                 15%

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