煤焦油制备炭黑的优化方法

炭黑主要用作橡胶补强剂，是仅次于生胶的第二大橡胶材料，在橡胶工业中的消耗量约占炭黑总产量的89.5%（其在轮胎中的消耗量约占炭黑总量的67.5%）。炭黑对橡胶具有显著的补强作用，同一炭黑补强剂在不同胶种中的的补强效果不同，炭黑对非结晶橡胶的补强作用尤为突出。此外，炭黑可用作着色剂、导电剂、抗静电剂及紫外线屏蔽剂等，广泛用于塑料、涂料、油墨和干电池等领域。

随着我国汽车和轮胎行业的迅速发展，我国炭黑产量在2006年开始超过美国，居世界第一位，2016年全国炭黑总产量超过500×104 t。

炭黑制造方法可分为不完全燃烧法炭黑和热裂解法炭黑两大类。不完全燃烧法炭黑包括油炉法炭黑、气炉法炭黑、灯烟法炭黑、喷雾法炭黑、槽法炭黑、滚筒法炭黑和混气法炭黑，热裂解法炭黑包括热裂法炭黑、乙炔法炭黑和等离子体法炭黑。不完全燃烧法炭黑产量占炭黑总产量的97%以上，而油炉法以其生产的品种多、效率高、消耗低等优点，是目前采用的主要方法，其产量占炭黑总产量的95%以上。其他方法因产品性能各有特色，其某些用途中不可缺少，仍然保持着少量生产。

油炉法生产炭黑的主要原材料为煤焦油、蒽油、乙烯焦油等。炭黑行业对原料油的质量要求是：芳烃含量要高，相关指数（BMCI）≥120，杂质、沥青类和胶质要少。一般来说，蒽油、防腐油和乙烯焦油是较理想的炭黑生产原材料。其中，煤焦油和蒽油为炼焦生成的副产品，乙烯焦油为石油精炼生成乙烯的副产品。国外炭黑生产企业基本用乙烯焦油作原料，国内炭黑生产企业则大多用煤焦油和蒽油作原料。

万吨级新工艺油炉法炭黑装置的工艺流程如图5-16所示。具体过程为：将燃料油（气）、结构抑制剂和预热空气一起送入反应炉燃烧段燃烧以生成高温燃烧气流（火焰），当高温燃烧气流进入反应炉喉管段（混合段）后，通过雾化喷嘴将预热原料油注入气流中，随后汽化的原料油和高温燃烧气流混合并进入反应炉的反应段裂解生成炭黑；急冷水在反应炉的急冷段喷入以终止裂解反应和冷却烟气。冷却烟气作为空气预热器和原料油预热器的热源进行热交换而进一步冷却后进入主袋滤器，经主袋滤器过滤分离炭黑后的净化尾气一部分送干燥机尾气燃烧炉燃烧（产生的燃烧排出气体作干燥湿法造粒炭黑的热源），其余部分送尾气锅炉作为燃料燃烧；主袋滤器分离出来的炭黑进入风送系统，经微米粉碎机再由风机送至收集旋风分离器。从收集旋风分离器出来的风送气体由回流风机送回主袋滤器，而分离出来的炭黑进入粉状炭黑贮罐，再进入湿法造粒机与造粒水混合。造粒后的湿炭黑颗粒先进入干燥机干燥，再进入斗式提升机。由干燥机排出的携带水分和炭黑粉尘的燃烧排出气体进入排气袋滤器，经排气袋滤器分离的炭黑进入风送系统。斗式提升机中干燥的炭黑颗粒经筛分机过筛，不合格的大颗粒炭黑进入不合格品贮罐，合格炭黑进入磁选机。磁选分离出的铁磁性物质和少量炭黑进入提升机底部，被装在其底部的永久磁铁进一步分离。产品炭黑经螺旋输送机送至产品贮罐。不合格品贮罐中的炭黑由再处理风机送至再处理袋滤器（图中未示出），经再处理袋滤器分离出的炭黑再进入生产系统。产品贮罐中的炭黑用槽车装载或由包装机装袋后发往用户。(www.xing528.com)

图5-16　油炉法炭黑的生产工艺流程示意

1-反应炉；2-主供风机；3-空气预热器；4-原料油预热器；5-急冷水泵；6-原料油泵；7-主袋滤器；8-尾气风机；9-微米粉碎机；10-风送风机；11-收集旋风分离器；12-回流风机；13-粉状炭黑贮罐；14-湿法造粒机；15-回转干燥机；16-排气袋滤器；17-斗式提升机；18-不合格品贮罐；19-筛分机；20-磁选机；21-螺旋输送机；22-产品贮罐；23-槽车

近些年来，国际原油价格持续上涨，乙烯焦油制炭黑的生产成本明显增加，使其十分有利于煤焦油法制炭黑的发展。随着国外乙烯焦油成本的上升，国内炭黑进口量将不断减少，出口量则受益于煤焦油法成本的下降而不断增加。目前，国内煤焦油法比乙烯焦油法制炭黑成本至少低200元／t，使得国内炭黑企业成本优势显现。特别是当国际原油价格高于80美元时，乙烯焦油制炭黑法已处于明显不利的地位。而当国际油价高于100美元时，乙烯焦油法将面临减产或停产的局面。由此将使全球炭黑供应趋紧张，炭黑价格也会出现明显的上涨，十分有利于煤焦油法制炭黑，当然也有利于国内煤焦油法制炭黑生产企业竞争力的提升。

除上述外，在中／低温煤焦油的深加工过程中，可从产物轻油、洗油、蒽油中进一步制取高附加值的有机化学产品，其相关内容可详见有关专著。低温煤焦油中含石蜡量相当多，特别是褐煤低温煤焦油，可通过冷冻过滤或抽提的方法分离出石蜡作为化工原料使用。