赵宽明，王彦玲 (中昊黑元化工研究设计院有限公司，自贡 643000)
摘 要：基于焦炉煤气为燃料制备炭黑，实现了焦化联产、资源综合利用。详细分析了焦炉煤气为燃料导致产品质量 不稳定原因，据此提出相应解决方法。
关键词：焦炉煤气;炭黑质量
1 引 言
焦炉煤气是在炼焦炉中经过高温干馏后，产 出焦炭和焦油产品的同时所产生的一种可燃性气 体，是炼焦工业的副产品。焦炉煤气是混合物，其 产率和组成因炼焦用煤质量和焦化过程条件不同 而有所差别。其主要成分为氢气(55~65%)和甲 烷(18~27%)，另 外 还 含 有 少 量 的 一 氧 化 碳 (4~8%)、C2 以上不饱和烃(2~3%)、二氧化碳 (1.5~3%)、氧气(0.3~0.8%))、氮气(3~7%)。而煤焦 油正是炭黑生产的主要原料，而炭黑生产的燃料 一般采用煤焦油或天然气。随着炭黑生产向焦化 厂转移，为了综合利用能源，一般采用焦炉煤气作 为燃料，但焦炉煤气的组分和热值不稳定，热值最 大相差12%，这是导致炭黑产品质量不稳定的因素 之一。因此，如何利用焦炉煤气生产高品质的炭 黑产品，实现焦化-炭黑联产，是确保焦化企业、 炭黑企业经济效益持续增长的有效方式，是企业 可持续发展的必然选择。
2 稳定燃烧的方法
炭黑生产有多种不同的生产方法，最常用的 方法是油炉法。原料油在衬有耐火材料的反应炉 中以连续的方式反应或裂解：经预热的空气和燃 料油被送入到反应炉燃烧段，产生高温湍流环境， 然后在喉管段喷入原料油，使其迅速裂解，在1~2 毫秒内转化成炭黑;随后，对炉内的炭黑烟气喷水 急冷，终止反应。目前，国内生产炭黑的反应炉都 是三段炉，为了保证产品品质稳定，希望进入喉管 的燃烧气流的温度和氧气量稳定。
对于以煤焦油作为反应炉的燃料，一般以理 论燃烧温度作为目标值建立一个燃烧模型，从而 控制喉管入口处的温度。根据生产线生产规模给 定一个风量，燃烧模型根据风量调整燃料油量。为 了保证燃料油的品质相对稳定，设置了工艺油罐 (原料油罐、燃料油罐)，以保证某一批次的质量 稳定。
对于以焦炉煤气作为反应炉的燃料，一般以 平均煤气成分为依据，以理论燃烧温度作为目标 值建立一个燃烧模型，达到控制喉管入口处温度 的目的，为了保证煤气品质相对稳定，增加了气柜 来缓冲平衡气体。但因气柜投资较大，有些厂家 没有增加气柜，导致进入喉管的温度和氧气量都 有较大变化。我们从某厂焦炉煤气组分中抽取具 有代表性成分，如表 1。
通过计算，焦炉煤气组分1的理论燃烧温度等 参数见表 2，焦炉煤气组分 2 的理论燃烧温度等参 数见表 3。
Z 对照表 2 和表 3 可以看出，相同风量和煤气 量，因其组分的差别，导致理论燃烧温度、烟气中 氧气含量等参数都不相同。有些厂家在生产过程 中发现这个问题，在煤气管道上增加了在线成分 测试仪，根据测量煤气的成分，以理论燃烧温度作 为目标值，稳定喉管入口处的温度，但喉管入口处 氧气含量不一致。〔见表 1〕
针对上述存在问题，结合炭黑生产反应的机 理提出理论燃烧温度和过剩氧气量作为目标值的 控制方法。
第一步：只考虑温度调节(理论燃烧温度保持 不变)氧气量和燃气量差异见表 4：
第二步：理论燃烧温度和进喉管氧气量双参 数调节参数变化见表 4：
由表4和表5可以看出，理论燃烧温度和进喉 管氧气量双参数调节，可以有效降低因焦炉煤气 组分不同所带来的生产波动，可以达到较好的效 果。
3 实施方法
3.1 在 DCS 系统中，以某组分为依据，根据给定 理论燃烧温度，得到空气过剩系数 α 和 V0。
3.2 根据生产规模和生产品种，用户给定一个空 气量。DCS系统根据燃烧模型计算得到煤气量W。
3.3 在线检成分测试仪测量一组实际参数以 0~20mA信号输入到DCS系统。根据给定理论燃烧 温度模型，计算实际空气过剩系数 αa 和 V0a。
3.4 DCS系统利用公式Wa=(α-1)*W/(αa-1)得到 实测成分数据需要煤气量。
3.5 DCS 系 统 利 用 公 式 计 算 实 际 空 气 量 Vna=Wa*αa*V0a。
4 结束语
本文从理论上分析了采用焦炉煤气为燃料导 致产品质量不稳定的原因，并提出解决方案，希望 起到抛砖引玉的作用。按照上述技术方案，并根 据横河煤气色谱分析仪报价以及相关的配套设施 估计总投资在 60 万元左右。
