專利名稱：煤干餾與等離子裂解制碳黑的組合工藝的制作方法
技術領域：
本發明煤干餾與等離子裂解制碳黑的組合工藝，涉及一種煤干餾與等離子裂解生產碳黑的組合工藝，屬于煤化工、等離子化工與碳黑生產領域。
背景技術：
炭黑和煤干餾的主要產品(包括冶金焦、鑄造焦、鐵合金焦、煤氣和煤焦油)，是現代國民經濟中不可缺少的化工原料，在許多基礎工業部門發揮著極其重要的作用。
炭黑原料油按來源分為三類一是澄清油(DC)，就是粗柴油流態催化裂化(FCC)生產汽油時產生的；二是乙烯焦油(ET)，是石腦油和粗柴油蒸汽裂解生產乙烯過程中產生的；三是煤焦油及其餾分油(CT)，包括雜酚油和蒽油等，是煤轉化過程中產生的。歐洲和美國的炭黑油以DC為主，尤其是美國95％以上為DC。我國是以煤焦油和乙烯焦油為主。
我國炭黑2003年消費量超過100萬噸，已突破了規劃2005年的預測，接近于2010年需求量的水平，橡膠等工業對碳黑的需求強勁，碳黑處于供不應求的狀態。我國2003年乙烯表觀消費量達600多萬噸，估算所產生的總的乙烯焦油量應在150～200萬噸，而實際上全部乙烯焦油的30％～50％可供炭黑生產，其余全部作為燃料，乙烯焦油短缺是現實問題。去年我國焦炭產量16000多萬噸，估算可提供的煤焦油為350萬噸，實際上相當一部分焦油在還沒有從干餾氣中冷卻析出時就已經隨干餾氣白白燒掉，既浪費資源又污染環境，此外煤焦油還有一部分用于生產萘等化工產品，真正用于生產碳黑的煤焦油同樣是短缺的。
由于以上原因炭黑原料油長期是賣方市場，且碳黑生產的主要成本是原料油，占碳黑總成本的70％～80％。可以說誰擁有了原料，誰就在炭黑生產中立于不敗之地。另一方面，煤干餾氣合理利用率嚴重不足，大量的干餾氣被浪費。
碳黑的傳統制造工藝有爐法、槽法、熱裂解法，等離子裂解法碳黑生產新工藝盡管碳黑質量好，污染小，但存在耗電比常規工藝高，熱效率低的問題。
在煤干餾工藝中，自干餾室導出的干餾氣含有CO、H2、CH4、揮發性含碳物質，經過冷卻、處理，得到煤氣和煤焦油；在碳黑生產工藝中，將煤焦油首先預熱，再送入碳黑反應爐中，發生反應生成碳黑。在此過程中干餾氣先被冷卻后被加熱，能量重復浪費，同時需要冷卻和加熱設備。干餾氣中揮發性含碳物質在冷卻加熱過程中易發生二次反應生成焦油渣和硬碳，形成資源浪費和環境污染。
發明內容
本發明煤干餾與等離子裂解制碳黑的組合工藝的目的是解決目前碳黑生產原料短缺，煤干餾氣利用率低下；煤干餾工藝與等離子裂解法生產碳黑工藝能量利用效率低的問題，并提供一種煤干餾與等離子裂解組合制碳黑的組合工藝。
本發明煤干餾與等離子裂解制碳黑的組合工藝其特征在于煤經過干餾生成焦碳、半焦產品，同時生成含有揮發性含碳物質的干餾氣直接進入等離子反應器，與等離子體作用生成碳黑、氫氣和其他副產品，實質上就是一種將煤干餾生產半焦、焦碳工藝和等離子裂解制碳黑工藝進行組合的工藝。
煤干餾與等離子裂解制碳黑的組合工藝，該工藝包含以下具體步驟I.將泥炭或褐煤或煙煤或他們的混合物輸入干餾系統，煤在干餾系統中受熱500～900℃，發生以熱解為主的反應，生成焦炭、半焦等低揮發分含碳固體物質和含有揮發性含碳物質的干餾氣；II.含有揮發性含碳物質的干餾氣進入等離子反應器中，含有揮發性含碳物質的干餾氣和等離子體作用，體系溫度上升至1500℃～3000℃，反應在常壓下進行，干餾氣裂解為碳黑和富氫氣體。根據使用的等離子發生器的工作氣體是H2、Ar、O2、N2、H2O、空氣等氣體不同，產物除碳黑和氫氣外，還有少量的CO、N2、CO2、CnHm、NH3等氣體；III.碳黑和富氫氣體進入分離系統，分離出碳黑和氣體混合物，收集碳黑造粒包裝成為產品。氣體混合物可作以下處理(1)直接作為燃氣、還原氣、合成氣使用；(2)燃氣發電供應等離子系統和整套工藝系統使用；(3)混合氣進一步分離出H2、C2H2等氣體作為產品氣。
上述等離子裂解制碳黑工藝中使用的等離子體由氣體放電方法產生。
本發明通過實施以上技術方案，可取得如下優點和積極效果1.煤干餾氣的熱量被充分利用，大大提高了煤干餾與等離子裂解制碳黑兩套工藝的能量利用效率。綜合能耗低于傳統的油爐法、接觸法、熱解裂解法及等離子裂解制碳黑生產工藝；2.縮短了兩套工藝流程，節省了部分設備投資；3.為干餾氣的利用開辟了新途徑；4.拓寬了碳黑生產原料的來源，大大降低了碳黑的生產成本，經濟效益顯著；5.碳黑收獲率高，可達90％以上，節約原料；6.等離子體加熱功率，等離子發生器工作氣體等參數調節極為簡單，可分別控制碳黑的某個特性或多個特性，生產出適合各種用途要求的碳黑材料；7.減少了煤干餾和碳黑生產過程中的環境污染；8.副產品氫氣、乙炔具有很高的經濟價值。
具體實施例方式
實施方式1氣肥煤、肥煤、焦煤、瘦煤的混合煤加入干餾室，火道內燃燒產生煤干餾所需要的熱量，由爐墻傳入。火道加熱用燃料由等離子碳黑生產系統的氣相副產物提供，煤料在干餾室內發生干燥、裂解生成半焦、焦碳，析出含揮發性含碳物質的干餾氣。干餾氣送入等離子碳黑反應器，和含有高活性粒子的等離子體作用，體系溫度上升至1800℃，干餾氣瞬間裂解生成碳黑和氫氣等副產物。帶有碳黑的煙氣在反應器底部噴水降溫，經過旋風分離器、袋濾器捕集碳黑，收集下來的碳黑經過輸送、篩分、造粒后包裝。袋濾器分離出的富氫氣體，部分供給干餾工藝加熱使用；部分發電供等離子系統和整個工藝系統使用；部分富氫氣體經過分離得到純的氫氣、乙炔等產品，少量氫氣作為等離子發生器工作氣。
實施方式2褐煤與固體熱載體(熱半焦)在干餾反應器內混合，煤料被迅速加熱，發生快速裂解，在干餾反應器后段完成干餾并析出。固體熱載體送入提升管以熱煙氣并流加熱，進入旋風分離器，煙氣排除，半焦進入半焦槽。部分半焦作為產品；部分半焦返回干餾反應器循環使用。含有揮發性含碳物質的干餾氣送入等離子裂解工藝系統，在等離子裂解反應器中，部分等離子化形成等離子體，反應器平均溫度上升至2800℃，揮發性含碳物質瞬間發生裂解生成碳黑和富氫副產物，高溫含碳黑煙氣在換熱器中預熱干餾工藝加熱所需的空氣和富氫氣體，然后以急冷水冷卻含碳黑煙氣，經過濾袋器捕集碳黑，碳黑進入粉狀碳黑貯罐，然后濕法造粒，產品包裝。富氫氣體部分供給干餾工藝加熱使用，部分發電供等離子系統和整個工藝系統使用。或部分富氫氣體經過分離得到純的氫氣、乙炔等產品。
權利要求
1.一種煤干餾與等離子裂解制碳黑的組合工藝，其特征在于煤經過干餾生成焦碳、半焦產品，同時生成含有揮發性含碳物質的干餾氣直接進入等離子反應器，與等離子體作用生成碳黑、氫氣和其他副產品，實質上就是一種將煤干餾生產半焦、焦碳工藝和等離子裂解制碳黑工藝進行組合的工藝，其具體工藝步驟為I.將泥炭或褐煤或煙煤或他們的混合物輸入干餾系統，煤在干餾系統中受熱500～900℃，發生以熱解為主的反應，生成焦炭、半焦等低揮發分含碳固體物質和含有揮發性含碳物質的干餾氣；II.含有揮發性含碳物質的干餾氣進入等離子反應器中，含有揮發性含碳物質的干餾氣與等離子體作用，體系溫度上升至1500℃～3000℃，反應在常壓下進行，干餾氣裂解為碳黑和富氫氣體。根據使用的等離子發生器的工作氣體是H2、Ar、O2、N2、H2O、空氣等氣體不同，產物除碳黑和氫氣外，還有少量的CO、N2、CO2、CnHm、NH3等氣體；III.碳黑和富氫氣體進入分離系統，分離出碳黑和氣體混合物，收集碳黑造粒包裝成為產品。氣體混合物可作以下處理(1)直接作為燃氣、還原氣、合成氣使用；(2)燃氣發電供應等離子系統和整套工藝系統使用；(3)混合氣進一步分離出H2、C2H2等氣體作為產品氣。
2.根據權利要求1所述的煤干餾與等離子裂解制碳黑的組合工藝，其特征在于所述的等離子裂解制碳黑工藝中使用的等離子體由氣體放電方法產生。
全文摘要
本發明煤干餾與等離子裂解制碳黑的組合工藝，屬于煤化工、等離子化工與碳黑生產領域，其特征在于煤經過干餾過程生成焦碳、半焦，及含有大量含碳揮發性物質的干餾氣，含有揮發性含碳物質的干餾氣直接進入等離子反應器，與等離子體作用生成碳黑和氫氣等產品，構成煤干餾與等離子裂解制碳黑的組合工藝。本發明是解決現有工藝能量利用率低下，生產碳黑原料緊缺的問題。該組合工藝具有能量利用效率高，流程短，節省設備投資，生產成本低，經濟效益顯著，環境污染小等特點。
文檔編號C10B57/00GK1644650SQ20041009242
公開日2005年7月27日 申請日期2004年12月16日 優先權日2004年12月16日
發明者呂永康, 申曙光, 鮑衛仁, 葉峻嶺, 曹青, 劉永梅, 謝克昌 申請人:太原理工大學