炭黑用设备的改进和选型的探讨.docx

1、炭黑用设备的改进和选型的探讨炭黑用设备的改进和选型的探讨6炭黑工业2005丘炭黑用设备的改进和选型的探讨冰赵宽明(中橡集团炭黑工业研究设计院,四川自贡643000)摘要:根据多年从事炭黑设备设计的经验,提出炭黑用设备的改进方法,并对炭黑设备选型提出探讨性的意见.关键词:炭黑;原料油泵;袋滤器;造粒机;空气预热器1引言炭黑生产装置中,设备投资约占30%左右,其中专用设备和定型设备各一半,即各50%左右.因炭黑生产的特殊性,需对一些定型产品和专用设备进行改进,以满足不断提高的环保和生产炭黑的品质要求.本文根据多年从事炭黑装置设计,制造及炭黑生产的经验,对炭黑生产设备存在的不足进行描述,并提出已经实

2、施的解决办法,以期抛石引玉.2原料油泵2.1使用要求?炭黑生产要求:原料油泵要求低流量(46m/h)高扬程(出口压力为3.5MPa4.OMPa).?环境要求:炭黑原料油粘度大,不易清除,要求无泄露.2.2目前现状?齿轮泵:由于齿轮泵价格便宜,在国内中小厂家还有部分使用,主要缺点是扬程低(2.5MPa),密封泄露.?旋转喷射泵:流量,扬程都满足生产要求,高压部分采用静密封,不泄露;低压部分采用机械密封,对石油系的原料油而言泄露量很小,对煤焦油系的原料油而言,低压处机械密封很容2004全国炭黑技术研讨会论文.易损坏,导致大量漏油,且维护不便.?多级离心泵:多级离心泵扬程和流量满足工艺要求,主要不足

3、还是密封问题.,填料密封.根据填料密封的结构特点,往往存在泄漏,在高压侧泄漏量通常很大.机械密封.开车初期基本上无泄漏;根据油品不同,密封寿命不定,一般为23个月,当机械密封损坏后,出现喷射性泄漏,整个泵房惨不忍睹.2.3解决办法根据几种泵存在的不足.我们的办法是选用多级离心泵,采用填料密封,在填料密封外再加一接料盒,然后和泵的进口相联,从而解决了此问题.3袋滤器3.1概况袋滤器是炭黑生产的又一关键设备,它的使用情况直接关系到环境保护和劳动强度.目前炭黑行业通用的袋滤器有两种,第一种为反吹风袋滤器,第二种为脉冲袋滤器.下面就二种袋滤器的优缺点及选型进行探讨.3.2反吹风袋滤器3.2.1主要优点

4、?箱体为封闭结构,密封性能好,尾气好利用;?每个箱体单独清灰,对炭黑烟气的气流分布要求不高.第5期赵宽明:炭黑用设备的改进和选型的探讨73.2.2主要缺点?更换袋滤器的劳动强度大,工人的操作环境差(在箱体内部操作),如不注意会出现安全事故;?吊挂滤袋的张力要求高,(用气压挂袋机挂滤袋时,对滤器尺寸精度要求高),否则会出现滤袋灌胀现象.3.2.3投资与15000t/a装置配套的反吹风袋滤器,总重约lOOt,下锥体采用不锈钢,其余为碳钢,采用该收集系统的总投资约137万元(不含滤袋),其中本体约100万元(含气密阀,不含滤器);反吹阀12台,约2O万元;反吹风机及管道约5万元.3.3脉冲袋滤器3.

5、3.1主要优点?更换滤袋方便,工作环境好,工作强度小;?便于检查破损滤袋的位置;?袋滤器过滤压降小.3.3.2主要缺点?对炭黑尾气的气流分布要求较高;?螺旋输送器的轴封密封要求高,否则易漏炭黑;?顶盖密封要求高,否则易漏炭黑尾气.3.3.3脉冲袋滤器的改进?对螺旋输送器两端轴封的改进(1)为了提高轴封的密封性,我们对轴封结构进行改进.采用双层密封结构,从而在结构上解决了轴封泄漏的问题,该结构正申报实用新型专利,且在多家生产厂使用,未出现轴封泄漏问题;(2)提高螺旋输送器的同轴度和直线度.?炭黑锥体结构的改进为了降低脉冲袋滤器对炭黑尾气的敏感性,我们根据料仓的设计原理对锥斗进行了改进.改成一边为

6、直边,一边为斜边,从而避免了袋滤器的架桥现象,降低了袋滤器对气流分布的敏感性.?顶盖密封结构的改进?提高小U型槽加工尺寸精度?采用新型的密封填料,压板结构经过改进后,袋滤器上盖门基本上无尾气泄漏.3.3.4投资对于15000t/a装置采用4台DMBFC2000-II袋滤器的投资如下:(1)全不锈钢(不含滤袋)约120万元;(2)锥体,螺旋输送器,小U型槽,隔板,花板为不锈钢,其余为碳钢约88万元.3.4袋滤器选型根据以上分析,从工人的劳动强度,操作环境及投资等因素综合考虑,建议选用脉冲袋滤器作为主袋滤器.4造粒机4.1造粒机造粒类型通常湿法造粒机由壳体,造粒轴,动力系统组成,造粒轴由带螺旋线布

7、置的搅齿焊接而成,通常采用的类型有:a)和1000015000t/a装置配套,采用5303000;b)和2000025000t/a装置配套,采用7502500.4.2粒子形成过程及影响造粒质量的因素4.2.1粒子形成过程炭黑的湿法造粒,是将粉状炭黑和含有一定数量粘结剂的水溶液,在造粒机内经搅齿的旋转对炭黑和水混合物进行搅拌分散,压实作用形成颗粒状炭黑的一种方法.粉炭在造粒机内形成粒子过程有以下几个阶段.(1)粉炭的输送阶段.粉炭经螺旋进入造粒机内,通常采用螺旋或搅齿螺旋对粉炭进行输送,以保证造粒过程连续稳定.(2)粉炭浸湿和粒子形成阶段.粉炭与具有一定比例的造粒水相遇时,在一定转速的搅拌齿作用

8、下,粉炭迅速排出表面所吸附的气体并受到造粒水的浸湿,使炭黑表面具有一定的粘结力,在离心力,壳体的磨擦力及搅齿的动力作用下,炭黑相互碰撞,形成大小不一,干湿不均的附聚体,这些附聚体就是最初形成的粒子.(3)粒子抛光匀化阶段.最初形成的粒子形状,密度,含湿量都不一致,粒子湿度也不大,8炭黑工业2005年在离心力和壳体的磨擦力及搅齿的动力作用下,粒子一边向后移动,一边进行破碎重新附聚,并得到进一步压实,匀化,从而形成粒径在12mm左右的球形颗粒.4.2.2影响造粒机造粒质量的因素(1)外部因素?粉状炭黑下料的均匀性.粉状炭黑下料量多少由气密阀转速来调整,由于气密阀,粉罐架桥原因,将影响造粒效果,甚至

9、使造粒无法进行.?再处理炭黑下料均匀性.再处理和回收袋滤器的收集炭黑因密度比粉状炭黑大,气密阀下料为定容排料,也会影响造粒效果和粒子质量的稳定.?DCS串级调节整定值的影响.整定值每个系统都不同,整定值太大,水量调节滞后.整定值太小,粒子将出现周期性大小不均匀现象.(2)内部结构对造粒质量的影响?颗粒在造粒机内的停留时间.搅齿在轴上呈螺旋布置,具有和螺旋相似的输送功能.为了保证粒子的质量,必须保证颗粒在造粒机内的停留时间,停留时越长造粒粒子质量越好.?影响造粒机停留时间的因素有:搅齿的布置,转速,处理量,造粒机的长度,料层厚度.4.3造粒机选型建议根据上述分析,为了提高造粒质量,我们对造粒机进

10、行多次改型设计,并根据多条生产线的实际使用情况,建议1000015000t/a装置采用30X3000三螺旋搅齿;2000025000t/a硬质装置采用+750X3000四螺旋搅齿,软质采用50X3000五螺旋搅齿造粒机.5空气预热器5.1引言利用换热器回收尾气显热来预热助燃空气,从而降低燃料油消耗,提高全油收率和炭黑产品产量,具有较高的经济效益和社会效益.但是,随着空气预热温度的提高,换热器需要的传热面增加,且换热器的制作需要更昂贵的耐高温材料.投资费用相应增加.因此,在空气预热器选型时,选择适宜的空气预热温度是一个重要的课题.下面我们从经济角度对此进行讨论.5.2预热空气温度与回收热量及燃料

11、油油量的关系5.2.1回收的热量Q=w2(t2一t2)(51)式中,t2进换热器前的空气温度,ot出换热器的空气温度.5.2.2空气回收的热量与节省燃料油量的关系W3=Q/kin(52)5.3换热器传热面积与空气预热温度的关系为了达到预期的预热温度,必须确定合适的传热面积.根据换热器的基本传热方程式,换热器所需传热面积nF=.(53)Ktm式中,F换热器的传热面积;Q炭黑烟气传递给空气的热流量W;K换热器的传热系数kcal/m?hr?oC.因空气预热器的进口温度最高可达炭黑终止反应温度,为了便于讨论,假设tm保持不变,则需要的换热面积和空气预热出口成线性关系.即F:(54)/Xtm5.4换热器

12、的价格与空气预热温度的关系由于换热器都采用钢材进行制作,随着预热器的温度提高,为了保证设备长周期运行,往往采用价格较为昂贵的高合金钢,导致设备的一次投资费用增加.由于空气预热温度不同,采用材料不同,费用也不一样.如:空气预热温度在350oC左右,烟气进口温度在550C左右,管材采用20g锅炉钢就可以.空气预热温度在600650C,烟气进口温度在750850C之间时,需要采用188系列钢或0Cr23Nil3钢.空气预热温度在800C,烟气进口温度在900950C,材料采用253MA(见表1).表1第5期赵宽明:炭黑用设备的改进和选型的探讨95.5空气预热的合适温度根据上面的讨论,为了求得经济效益

13、好的预热温度,我们以财务净现值(FNPV)作为目标函数,来讨论最佳温度.FNPV:(cIcO)(1+ic)一(55)式中,CI现金流人;CO现金流出;N设备使用年数;Ic财务内部收益率(15%).co0-QA=ACO.为第一年的设备投资.空气预热器的维修费用较低.为了便于计算,Cot=0.CitA油cit每年节省燃料油回收的资金,考虑空气预热器温度升高的综合效益,A油=A油实+200.根据以上讨论对(55)式整理得:FNPV=1Af$(1.15)一=QP(56)P值的计算如下:NAA油3170o80o5170o80o8170o80o31700100051700100o8170o1ooO3170

14、0120o5170o120o81700120o3170o14005170014008170014003170o160051700160o8170o1600317001800P一0.09270.0o230.10320.0420.07680.20290.0o880.15130.30270.05950.22580.40240.11030.30o30.50210.161170o170o310o310o3100310o310o31003100310o310o310o310o310o310o310o310o310o310o310o12oo012ooO12ooO12ooO120o01200o12000120

15、o01200o120001200012000120001200012000120001200012000180o180080o80080o1o0010o0100o120o12o0120o14001400140o160o160o160o180o1800180o80080o80o1000100010o01200120012001400140014001600160016001800180018000.37480.60180.33620.24120.14030.28540.16670.O4050.23470.09220.05920.1840.01770.15890.13320.05680.25860

16、.08250.13130.3583一1.8841.789一1.6881一1.83331.7145一1.58841.78251.641.48861.73181.5655一1.38891.6811.4911.28921.63031.41651.1895583583583583583583583583583583583583581O炭黑工业2005丘5.6讨论?P为正值,说明1项目内部收益率>15%,属于可投资项目,反之,经济效益不好.?设备的使用寿命越长,经济效益越好,越值得投资.?规模越大,净现值越大,越值得投资.?判定是否值得投资的标准为(设备寿命5年)./A/A./tm9000一<

17、;3一<3|即:堡生回皇焦垫量Q原油价格(A油),?从目前的油价和材料价格来看,空气预热温度为650C较为合适,还能满足油价上涨的需要.5.7选型探讨(1)根据目前的原料油价格和材料价格,使用650C级空气预热器为宜.(2)使用厂家应精心操作,尽可能延长空气预热器的使用寿命.(3)空气预热器生产厂家应抓紧研制空气预热温度高(800C,900C),成本低的空气预热器,以适应原料油不断上涨的形势,为使用厂家创造更好的经济效益.以上只是一点已见,供大家探讨斧正.哥伦比亚任命技术副总裁强化新产品开发据哥伦比亚公司报道,为了强化新产品开发和技术服务的能力,近日它任命R.莱穆巴(R.Lamba)为主

18、管炭黑技术的副总裁.他将专门负责该公司在全球各地的实验室服务中心以及新产品开发和技术服务部的业务工作.R.莱穆巴是在1997年以产品科学家的身份加盟哥伦比亚公司的,2000年11月提升为公司全球轮胎市场经理.他在加盟哥伦比亚公司之前,曾在哈里伯顿能源服务公司工作过,也作为副研究员在阿克隆大学执教.R.莱穆巴早年就读于印度孟买大学,曾获化学学士学位,后来又赴美国俄亥俄州阿克隆大学深造,获聚合物科学博士学位.目前,他还兼任美国化学学会学者委员会主席,美国化学学会橡胶分会主席和美国化学学会教育委员会委员.哥伦比亚公司主管炭黑市场,销售和技术工作的资深副总裁J.霍华德说,莱穆巴在炭黑技术和市场方面积累

19、有丰富的经验,是唯一有资格出任这一职位的人选.他的这些经验,有利于我们开发新的高附加值的产品,以满足客户的需要,并通过设在世界各地的技术中心,来证明哥伦比亚公司在炭黑技术开发方面的专长.(郭隽奎)卡博特公司注资河南世界炭黑业巨头美国卡博特公司与上海焦化公司,河南省金马焦化公司三方联手,打造国内最大的煤化工基地,共同出资3.8亿元在河南省济源市组建博海化工有限公司.卡博特公司拥有38个跨国工厂,年收人超过18亿美元,炭黑总产量为180万吨/年,占世界总产量的28%,居世界第一.河南省金马焦化有限公司是主要生产焦炭的大型炼焦企业,年产焦炭100万吨,焦油5万吨,日产煤气106万立方米.该合资公司将以金马焦化公司为依托,建设以焦油为原料进行深加工的煤化工循环经济利用项目.建成投产后可将煤焦油深加工成炭黑,洗油,酚油,蒽油等18种化工产品,每年可实现销售收人5.6亿元.-(明月)