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技术研究总结报告 一、项目研究的意义 该项目的研究是通过对鑫升焦化生产流程的深入研究和引伸，以焦炉产生的煤气做燃料，开发了新型油气路线炭黑反应炉，并在此基础上建成了3条2万吨/年的炭黑生产线，及一个煤焦油预处理装置，提取了煤焦油中的20%高附加值产品，同时剔除了水分和杂质，剩余的“炭黑油”作炭黑的生产原料，项目建成投产为焦化企业在节能环保产业链延伸及循环经济方面走出了一条科学发展、可持续发展和低碳经济的新路。 二、项目设计的依据和思路： 1、市场需求： 随着我国汽车工业快速发展带来的轮胎需求量的高速增长，作为橡胶补强剂——炭黑行业迎来了快速发展的局面。2000年以来我国炭黑年产量平均以20%的速度增长。 表一 2000年—2008年全国炭黑产量统计表
2008年的产量是2000年的3.5倍还多，市场对炭黑的需求促使我们下决心上马炭黑项目。 2、资源优势： 山西鑫升集团有限公司（以下称鑫升焦化）焦炉煤气可以替代燃料油用于炭黑生产，以6万吨/年产能规模计算，每吨炭黑消耗煤焦油1.8吨，年消耗炭黑原料油10.8万吨； 一般炭黑生产燃油和原油比在1：4至1：6之间，按中位值1：5计算，每年可用煤气代替燃油1.8万吨煤焦油。 河津地区焦炭产能约1,000万吨，年煤焦油产量在30万吨以上，采购半径不超过50公里，在原料供给方面具有得天独厚的优势。 3、技术优势： ⑴、焦炉煤气代替燃油：依据分析化验数据，煤气热值在17,653.83kJ/m3，理论燃烧温度可达2,000℃以上，完全可以满足炭黑生产对燃料的要求。 在鑫升焦化焦炉煤气原有化产装置净化处理外供管线上接入管线，加装煤气风机加压（采用变频调速控制）引到炭黑生产线，供炭黑生产使用。管线输送既方便又安全可靠。 ⑵、用炭黑油代替煤焦油生产炭黑：炭黑生产对原料油的要求：①没有水份、机械杂质小、黏度小；②高芳烃含量（一般不小70%）。 炭黑油是煤焦油经脱水除渣，加热分馏提出轻油、洗油、脱酚油、粗酚、工业萘等轻组份后剩余的蒽油和沥青等重组份（以下称炭黑油）。炭黑油料比重大、芳烃含量高、馏分均匀，是非常理想的炭黑原料油，用炭黑油代替煤焦油生产炭黑对提高收率、降低单耗、提高炭黑质量的稳定性非常有利。 ⑶、生产技术成熟：利用新工艺三段炉、湿法造粒生产炭黑在国内外已经是非常成熟的生产技术，本项目是针对油气路线和炭黑油做原料油在反应炉设计和生产工艺上进行了研究的改进，理论上是可行的，通过实践验证本项目也是非常成功的。 三、项目的技术内容 利用焦化系统的煤气做炭黑生产的燃料，焦化系统的煤焦油作炭黑生产用原料，炭黑生产产生的低热值尾气送发电锅炉做燃料，发电厂生产的蒸汽和电力再供给焦化生产和炭黑生产使用。 1、生产能力 三条2万吨/年湿法硬质炭黑生产线（其中一条配软质反应炉炉头，可根据市场需要生产2万吨/年湿法软质炭黑）；35吨、20吨次中压尾气锅炉各1台。 2、生产品种 可根据市场需求生产N100、N200、N300、N500、N600、N700六个系列品种的炭黑。 主要产品有：N115、N220、N234、N326、N330、N339、N375、N550、N660、N774、N762等。 3、产品的用途及技术特点 湿法造粒，橡胶用炭黑，广泛用于轮胎及其它橡胶制品，是橡胶工业不可缺少的补强材料。 4、产品质量及执行标准 执行GB3778—2003（附GB3778—2003“橡胶用炭黑”国家标准） 5、炭黑生产线工艺流程 ①使用的原料、燃料及辅助材料 燃料：煤气 原料：炭黑油和蒽油按不同比例的混合油（依据品种需求确定原料油的配方）。 辅助材料：添加剂用K2CO3 粘结剂用磺化木质素或糖密 ②工艺流程概述（附工艺流程图） 原料油是煤焦油预处理装置提供的炭黑油与蒽油按生产不同品种按比例配制的原料油。经混油泵送入原料油罐内进行搅拌，生产时经过滤器后进入高压旋转喷射泵将原料油加压至3.5MPa左右送到炉前，经过原料油预热器将油温加热到 燃料用煤气经煤气加压风机加压至70KPa左右并经过流量计、调节阀、止回阀后从反应炉的燃烧段前部轴向（软质炉从上切和下切两个方向）喷入炉内与经高温预热器（本公司三条硬质生产线的空气预热器都采用 在反应炉的燃烧室内，煤气与空气完全燃烧产生的含有过剩空气的高温气流（温度又达到 进入风送系统的炭黑经微米粉碎机，风送风机利用热烟气输送至收集旋风分离器，收集下来的炭黑进入粉态储罐，再经搅拌，炭黑进入炭黑下料泵和螺旋输送机定量送入湿法造粒机。从收集旋风分离器分离出来的含有少量炭黑的烟气通过回流风机再返回至主袋滤器入口形成风送循环系统。 进入湿法造粒机的炭黑与喷入含粘结剂的造粒水混合，经造粒机搅拌打碎形成小的颗粒，经下料口进入干燥机滚筒内，通过尾气炉提供的热量使湿炭黑粒子在筒内流动过程中逐步干燥。被干燥的炭黑由一次提升机送至筛选机，筛去不合格粒子，使其进入不合格品罐，粒子好的炭黑经螺旋输送机送至二次提升机后进入磁选机，除去磁性杂质后的炭黑通过产品分配器、螺旋输送机进入成品贮罐，在生产不正常时，产品可送至贮罐的不合格品仓。 包装时，成品炭黑进入振动筛、缓冲罐，由空气包装机进行自动称量包装，小包装 从干燥机前部抽出的含少量炭黑的热烟气经废气加压风机送到废气袋滤，炭黑从烟气中分离出来经反吹风机定期吹扫进入锥斗中，通过气密阀进入风送系统，净化后的废气经脱硫后由烟窗放空。 生产过程中不合格炭黑由不合格品罐气密阀和不合格仓的气密阀进入再处理管线，再经再处理风机送到再处理袋滤器，从吸尘风机和包装吸尘风机送来的含炭黑的气体也同时进入再处理袋滤器，附着在滤袋上的炭黑用压缩空气周期性吹扫使炭黑落入储斗中再通过螺旋输送机和气密阀进入风送系统，净化后的气体从烟窗放空。 6、在线检测点 本生产装置的自动控制系统采用了具有可靠性的集散控制系统（简称DCS），在控制室由DCS操作站对装置的工艺参数进行连续和顺序控制，实现最优化生产，并能对工艺参数实时显示，记录打印、报警和联锁，确保安全生产。 主要控制系统有： 1、对入炉原料油的压力、温度、流量的自动调节控制系统。 2、煤气和空气的双闭环比例调节系统，其比值根据所需燃烧温度建立的数学模型计算。 3、湿法造粒、干燥控制系统 ①造粒水流量与造粒机功率组成的串级调节系统； ②尾气炉燃烧的尾气流量和燃烧空气组成的双闭环比值调节系统； 4、顺序控制系统 主袋滤和废气袋滤器各箱体都需要定期轮换吹扫，轮换定时关闭各箱体之一的出口蝶阀，打开反吹蝶阀吹扫一定的时间后则关闭反吹蝶阀，打开出口蝶阀，接着进行下一个箱体的吹扫，使其周期性的吹扫；吹扫的时间和间隔时间由计算机设定，并可任意安排轮换顺序，在计算机画面上用颜色显示阀门的开关状态。 四、项目研究的特点：主要过程的进展，取得的成果。 1、特点： ①该装置能源综合利用水平高，利用鑫升公司原有的60万吨/年焦炉煤气做炭黑反应用燃料，节省了大量的燃料油，利用了国内专业设备制造厂家生产的主要设备。青岛德固特生产的850度高温预热器、余热锅炉、干燥机、造粒机、炭黑下料泵等，强化了反应条件，提高了产品质量和收率，降低了单位产品的消耗，使炭黑产品的平均原料单耗在国内同行业处于领先地位。 ②工艺流程完善，技术装备水平和自控水平高。微米粉碎机、磁选机、筛选机、振动筛等炭黑精制设备纳入流程，确保产品质量符合GB3778—2003标准。采用DCS控制系统，自动控制系统和调节重要工艺参数，并有安全联锁系统且操作安全，确保工艺稳定。 ③本项目的建成投产使鑫升公司产业链合理延伸，资源充分利用，在循环经济和降低低碳排放科学发展的道路上又向前跨了一大步。并且从某种程度上也扭转了集团公司焦炭生产和亏损，改善公司生产经营的被动局面，同时为焦化企业指明了一条节能减排增效的新路。 ④节能环保 生产线主要转动设备采用调频控制，即方便调整工艺又节电10%左右，低热值有毒炭黑尾气全部回收利用，一部分生产线尾气炉利用，另一部分送到尾气炉锅炉（新建的配套35吨尾气锅炉，另外由原来的烧煤气的20吨锅炉改造成烧尾气的锅炉）燃烧产生高压蒸汽推动汽轮机，汽轮机带动发电机发电，这样即回收了热能、节约了电源，又清除了污染、保护了环境。 ⑤增建煤焦油预处理装置，提取了煤焦油中的20%高附加值产品，同时消除了油中的水分和杂质。剩余的重组份“炭黑油”用于生产炭黑，使产品质量更加稳定，经济效益更加提高。采用焦炉煤气，不但延长反应炉使用寿命，同时对改善生成的炭黑表面完整性、不易结焦、质量优良，产品的优级率位于同行业的先进水平。 2、主要过程与进展及成果 鑫升焦化集团用于2008年3月份上2条2万吨／年的硬质湿法炭黑生产线和一条10万吨／年的焦油预处理装置，在装置与生产线施工建设前，公司聘请了多名炭黑生产、设备管理，焦油预处理生产方面的技术人员（其中有炭黑高级工程师张才森、设备管理人员亓王元，生产技术管理人员吴仕龙、陈福海、任山等）组建了工程指挥部，并组建了项目质量监察组，对装置的施工质量进行把关，装置的设计采用天津设计院的图纸，经过安装人员和全体指挥部人员的共同努力下，煤焦油预处理装置于2008年12月份建成投产，并达到了设计能力，质量稳定。两条炭黑生产线也相继建成投产，炭黑1#线于2009年2月份投产，2#线于2009年4月投产，经过生产的调试阶段、生产阶段，产能、质量全部达到了设计标准。 根据市场发展的需求和煤焦油预处理装置生产能力，大于两条炭黑生产线炭黑油用量的实际情况。为了解决炭黑油产出量与炭黑生产用油量达到平衡，公司决定再上一条2万吨／年的生产线（该生产线两个炉头，一条硬质炉头、一条软质炉头）2009年5月份动工，于2009年12月份建成投产，实现了当年施工当年投产。 目前的3条生产线先后生产了N326、N330、N220、N234、N375、N339、N550、N660、8个品种。 2009年实现产量33235.26吨；2010年前4个月生产炭黑20191.71吨。 3、下面列举几个品种的工艺条件及物理、化学指标说明。 （1）N330 油配比100%炭黑油 工艺卡
中间分析数据统计（化学指示）（1个月数据，每天12个结果）
根据上表数据统计显示，N330中间分析，吸碘值优级率为96.1%，吸油值优级率为96.66%。 成品检验数据结果（30天的数据每天1个）
根据上表统计显示，N330成品检验结果，除了吸油值优级率为93.33%，着色强度优级率为80%，其余项目优级率都为100%。 （2）N326、油配比、蒽油20%、炭黑油80% 工艺卡
中间分析数据统计（15天数据，每天12个结果）
根据上表数据统计显示，N326中间分析的吸碘值优级率为97.22%，吸油值优级率为95.56%。 成品检验数据结果（15天数据，每天1个）
根据上表数据统计显示，N326成品检验结果除了吸碘值优级率为93.33%，CTAB优级率为93.33%，着色强度优级率为53.33%，其余项目优级率都为100%。 （3）N660、油配比、蒽油20%、炭黑油80% 工艺卡
中间分析数据统计数据统计（1个月数据，每天12个结果）
根据上表数据统计显示，N660中间分析吸碘值优级率为96.11%，，吸油值优级率为97.22%。 成品检验数据结果（1个月数据，每天1个结果）
根据上表数据统计显示，N660成品检验结果除了吸碘值优级率为93.33%，45μm筛余物优级率为83.33%外，其余项目优级率都为100%。 以上通过N326、N330、N660三种品种的化学指标与成品检验指标数据统计显示，利用炭黑油生产的炭黑质量是稳定可靠的，全部符合GB3778——2003标准。 4、黑马炭黑市场调查，自黑马炭黑进入市场以来累计销售八个品种，49000余吨，市场反应良好，据河南风神、徐州徐轮、青岛双托、双星、威海三角、太原双喜、广州广橡等多家轮胎企业使用。我们的炭黑完全可以满足市场要求，很受市场欢迎（附用户意见调查表）。 五、创新点、与国内外同类研究的对比分析 本项目通过对鑫升公司焦化生产流程的深入研究，开发了新型新工艺油气路线炭黑反应炉，并建成3×2万吨/年炭黑生产项目，为焦化企业在减少碳排放、节能环保、产业链延伸发展循环经济方面，走出一条科学和可持续发展的新路。 本项目的主要特点是：①装置能源综合利用水平高。利用鑫升原有60万吨/年焦炉煤气做炭黑反应用燃料，节省了大量燃料油；利用在线高温空气预热器，可以将入炉风温提高到 综上所述，以炭黑油为主要原料及以焦炉煤气为燃料制取炭黑，并将炭黑尾气全部回收利用是本项目的主要创新特点。 与国内外同类研究对比分析： 1、与国内比，首先我们的开工率高，我国是世界上第一大炭黑生产国，到2009年全国炭黑总产能为434万吨（5万吨以上的企业有31家），2009年全国炭黑总产量为283万吨，总体开工率约为65%，而我们依托焦化生产平台一方面15——20%的燃料煤气节省燃油，另外我公司自产2万多吨/年原料油，有了充足原料保证，我们自装置建成投产以来的开工率基本是100%。其次是我们的产品单耗比国内同行业低，2009年全国平均产品单耗1.776吨油/吨炭黑，而我公司综合单耗在1.667吨/吨左右，平均生产1吨炭黑可节约原料油100公斤左右；再次我们的炭黑生产成本低，在市场销售上有很大的价格优势。2009年在全国炭黑行业普遍效益持续低迷的形式下我公司炭黑销售盈利4400多万元。 2、与国内炭黑行业比：国内普遍采用油——油路线，自2005年以来一些厂家在改用天然气和煤气，但不管油——油路线、油——汽路线，普遍采用煤焦油、蒽油、乙烯焦油的混合油作原料生产炭黑，虽然也有些厂家在试探使用炭黑配置油、低温煤焦油、但到目前看使用比例和效果都没有我们公司这么好。 3、与国外同行业比：国外公司生产炭黑普遍采用沥青质含量非常小的油如：乙烯焦油、蒽油、防腐油、石化产品生产过程的催化列化塔底渣油作原料。卡博特公司在上海建厂时要求原料油沥青质含量不超过12%，我国引进美国大陆炭1.5万吨/年炭黑生产线时要求原料油100%北京燕山乙烯焦油。近年来虽然也试探着配用一些煤焦油，但他们仍然对沥青含量控制非常严格；另外国外炭黑生产产能一般都集中在少数几家大公司且装置能力逐年向大型化发展。美国近400万吨的产能基本在：美国卡博特公司（具有炭黑产能230万吨占世界产能18.5%），美国科伦比恩公司（具有炭黑产能112万吨占世界产能9%），美国理査德逊公司（具有炭黑产能42.3吨占世界产能3.4%）三家公司；又如日本60万吨产能几乎是由东海碳公司、桥石公司两家共同平分。而我国炭黑厂家分散，产能在5万吨以上的厂家有31家公司，全国434.4万吨/年生产能力分散在上百家企业。此外国外企业炭黑生产装置总体装置能力大型化，单炉能力最高可达5万吨以上。而国内多数生产装置产能在1.5—2万吨左右。我们鑫升2——2.5万吨/年的生产装置也略显小了点。 六、（一）投资完成情况 山西黑马炭黑绿色环保高等级子午胎炭黑工程于2008年2月开工建设，2008年12月竣工；累计完成投资额15268万元，其中一、二号线投资12235万元（含焦油预处理）三号线完成投资额3033万元。形成焦油预处理深加工10万吨生产能力，炭黑6万吨生产能力。焦油预处理深加工于 （二）巨大的社会及生态效益 1、我国炭黑行业2009年实际生产炭黑283万吨，平均原料油单耗1.776吨，我公司每吨炭黑产品单耗1.44吨，加煤气作燃料，每吨炭黑综合单耗在1.68左右，如按每吨炭黑节省100公斤/吨原料油计算，每年全行业可节省28.3万吨原料油价值84900多万元，当然降低单耗节省原料就是减少碳排放，产生可观的社会和生态效益。 2、可给焦油加工行业带来的巨大的经济利益 据相关资料介绍2009年煤焦油产量（108家重点焦化企业）651.7万吨。煤焦油加工量（22家企业）320.5万吨，加工率52%。据炼焦行业协会统计，我国焦油加工厂已有106家，总加工能力1452万吨，已大大超过全国煤焦油总产量、焦油加工量远小于加工能力和产量，未加工的煤焦油主要被制炭黑（按2009年统计近300万吨）作原料消耗掉。一方面炭黑厂与焦油加工厂争资源，另一方面抬高了煤焦油的市场价格，还一个原因就是焦油加工产品占55%的沥青价格倒挂300—400元/吨，造成焦油加工行业亏损，如果象黑马公司一样将部分沥青配制成可以生产炭黑的原料油，我想将会给焦油加工企业带来巨大的经济效益。 3、用焦炉煤气代替焦油做燃料本身就是减少焦化企业温室气体排放的一个好工艺路径，炭黑生产燃料油占总油耗15—20%左右。如按2009年全国炭黑产量和单耗计算，消耗原料油502.6万吨，如按15%燃油计算，用煤气代替焦油生产可节省75.39万吨焦油。 综上所述，本项目的社会与生态效益是相当可观的，如果此项技术在全行业推广，将会产生巨大的经济和社会及生态效益 七、推广应用前景 1、据炭黑协会会员企业统计，2009年炭黑原料油消耗总量367万吨，目前煤焦油仍是生产炭黑第一大原料油。如果按照2009年全国炭黑产量283万吨计算，产品单耗1.776吨计算，全国炭黑炭黑原料油使用量约为503万吨。根据我国汽车工业发展和 轮胎行业发展需求，预计2010年我国产能（炭黑）将达到500万吨，炭黑产量将突破300万吨，预计达到328万吨、出口8万吨，按2009年产品单耗计算，全国炭黑原料油使用量约为583万吨。 根据权威部门预计2010年以后的3——5年内，我国汽车产量及汽车保有量将有大幅度增加，炭黑需求量将会保持两位数的增长趋势。 炭黑原料油使用量统计表
上表中蒽油也是煤焦油深加工提炼的部分产品，按煤焦油平均含蒽油组份25%计算，126——145.76万吨蒽油需消耗504——583.04吨煤焦油。 煤焦油产能、产量： 煤焦油资源量应是焦炭产量的约5%，由焦炭产量大致可推算煤焦油的产生量（资源量）即09年理论上限可达到1725万吨。（实际产量远远小于此数）。 2009年炼煤焦协会统计108家重点焦化企业产煤焦油615.7万吨（统计不完全）。煤焦油加工量为320.5万吨（22家）加工率52%；煤焦油加工能力:106家企业总加工能力1452万吨已大大超过了全国焦油总产量。加工量远小于产量，开工不足1/2.其中一个主要原因是有近300万吨（占1/2）的煤焦油被炭黑消费掉了；其次是大型装置采购原料困难（资源量不足，价格高）和占煤焦油总量55%的沥青产品销售困难，价格（普遍比原料低300——400元/吨）。倒挂造成焦油加工厂盈利状况不好。 利用炭黑油替代煤焦油生产炭黑前景广扩，意义重大。一是使煤焦油资源利用更加科学合理，避免炭黑厂与焦油加工企业争原料；二是降低炭黑产品单耗提高收率降低成本，增加炭黑企业利润率；三是为焦油加工企业沥青产品找出了一个更加宽广的出路，提高焦油加工企业效益。 鑫升公司黑马炭黑进入市后引起中国炭黑界高度重视很多企业都在效仿鑫升的做法，开始大量使用炭黑油生产炭黑，一些焦化企业也在效仿鑫升配套投资建设炭黑项目，如山西太兴集团，正在建设20万吨/年炭黑项目。所以现在焦化企业经营不景气，焦炭亏损的情况下，鑫升的炭黑项目投产，给企业增加新的盈利点，同时也为焦化行业企业发展延伸产业链发展循环经济，降低碳排放，提高企业经济效益指出一条新路。 用炭黑油取代煤焦油生产炭黑既符合产业政策，又有利于炭黑品级提升。具有十分可观的推广价值，可为企业和社会带来无可估量的经济和社会效益。 八、存在问题及改进思路 本项目存在问题主要是：原料预处理装置设计落后，产能小焦油除渣不好，另外为防止设备腐蚀，在煤焦油加工过程中加入0.3%左右的Na2CO3，造成炭黑油中机械杂质和钠离子含量较高，对炭黑生产影响大。就本项目而言：建议增设煤焦油三项分离机（脱水、除渣）降低炭黑油中渣质含量；二是选用耐腐蚀材质的塔设备，不加Na2CO3，降低炭黑油中钠离子含量，以利于炭黑品质提高。 就炭黑行业而言鑫升公司目前三条生产线6—7.5万吨/年产能，还是显得规模小了点，单炉能力小，应该在扩大单炉能力努力开发4万吨/年以上炉型上下功夫，在扩大企业规模上下功夫。一是自身建设求发展；二是对外联合求发展。以达到理想的经济规模。 对焦化与炭黑两个行业而言应该是加强合作共同发展：①共同贯彻产业政策：因势利导，炭黑行业把煤焦油加工产品炭黑油作为主要原料发展方向。资源量可靠、价格适当，利于生产高品级炭黑产品。 ②焦化行业提高焦油综合加工水平，选择先进工艺流程合理配置品种，在提高经济效益同时增产相对廉价的炭黑原料油，把炭黑油作为一个产品组织生产。③制定满足生产优质炭黑的炭黑油产品标准和技术指标。一方面增产了炭黑油，另一方面减少了经济效益差的沥青，一举两得。 我国市场经济发展到今天，炭黑与焦油加工目前都是利润较薄的企业，但是也蕴藏着巨大的增利潜力。两个行业的具体单位加强合作，开发技术和市场，挖掘出埋藏在行业交结中的潜力，一定能把各自的加工提到一个新水平，取得更大的经济效果。 |
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