专利名称：炭黑与油加工联产方法及设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种炭黑与油加工联产方法及设备。
背景技术：
目前国内许多炭黑企业是焦化厂或煤焦油加工企业的下属企业、或者自己具有煤焦油加工的能力，还有一些炭黑企业是轮胎或者轮胎销售企业的附属企业。据不完全统计， 这种和上下游企业联合的炭黑企业2009年年末的炭黑产能已经达到169. 5万吨，占全国炭黑总产能的39%，并在继续较快发展。炭黑生产和煤焦油加工进行简单的物料联产，可以减少运输成本和采购成本，在一定程度上可以提高经济效益。根据油加工流程的要求，需要配置管式加热炉对蒸馏过程提供热量，传统管式炉一般都用煤气作燃料，通过燃料燃烧后产生热能来加热原料油和过热蒸汽。而炭黑生产所产生的含炭黑的高温烟气从反应炉出来后必须降温后才能进入高温空气预热器，通常高温烟气的降温是通入大量的急冷水汽化吸热实现的。这种降温方式不但消耗了水资源，使烟气中含水量达到45% (体积)左右，降低了尾气的化学热值，使尾气的后续应用加大了困难， 同时增大了尾气的流量，使得炭黑装置的收集和尾气输送加大了设备投资和功率消耗。
发明内容
本发明的发明目的在于针对上述存在的问题，提供一种可以充分利用热能且利于环保的炭黑与油加工联产的方法及设备。本发明采用的技术方案是这样的一种炭黑与油加工联产方法，在炭黑反应炉和空气预热器之间设置一在线管式炉，在线管式炉从下至上依次分为辐射段、过热段和对流段，来自油加工装置原料油泵的含水油在在线管式炉的对流段中与来自炭黑装置反应炉的烟气换热至需要的温度，进入一段蒸发器蒸发脱水至含水量0. 5%以下的无水油，再经溢流进入无水油泵，加压后返至在线管式炉的辐射段中，通过与炭黑烟气的换热，加热至更高的温度后进入二段蒸发器中蒸馏，二段蒸发器顶部蒸出的混合组分进入后续油加工流程，同时，油加工装置一段蒸发器顶部出来的含油脱出水可直接混入炭黑装置的急冷水中。作为优选还对如下环节进行调节控制
含水油加热温度调节，通过调节含水油进在线管式炉的流量来控制含水油加热温度； 一段蒸发器底部满流槽液位调节，通过调节泵出无水油的流量来保持液位； 过热蒸汽温度调节，通过调节饱和蒸汽进在线管式炉的流量来控制蒸汽的过热温度； 无水油加热温度调节，通过调节急冷水进炭黑反应炉的流量来控制无水油的加热温
度；
温度报警联锁系统空气预热器入口烟气温度超温联锁，通过检测空气预热器入口烟气温度，与预设的空气预热器安全操作的允用温度比较，当检测温度达到高限时，给出信号打开电磁阀，使在线管式炉入炉蒸汽阀门打开，通入蒸汽进行降温；当检测温度达到高高限时，给出炭黑装置停车信号，即炭黑反应炉进炉工艺空气阀、原料油阀、燃料阀的电磁阀关闭，使炭黑反应炉进炉工艺空气阀、原料油阀、燃料阀的电磁阀全部关闭，以确保空气预热器避免进一步超温。本发明还提供一种炭黑与油加工联产设备，包括依次连接的炭黑反应炉、空气预热器、余热锅炉和原料油预热器；还包括无水油泵、一段蒸发器、和二段蒸发器，在炭黑反应炉与空气预热器之间设置一在线管式炉，所述在线管式炉从下至上依次分为辐射段、过热段和对流段，每段均设有入口和出口，其中，辐射段入口与无水油泵相连，辐射段出口与二段蒸发器入口相连；过热段入口与饱和蒸汽输送管路相连，过热段出口与过热蒸汽输送管路相连；对流段入口与含水油输送管路相连，对流段出口与一段蒸发器入口相连。作为优选所述炭黑反应炉上连接有急冷水管路，所述一段蒸发器顶端设有出口， 该出口连接一冷凝分离器，所述冷凝分离器设有两出口，其中一出口与急冷水管路相连。作为优选还设置有自动调节系统，所述自动调节系统包括
在含水油输送管路上设置的含水油温度调节机构、在一段蒸发器与无水油泵之间设置的液位调节机构、在饱和蒸汽输送管路上设置的过热蒸汽调节机构和在急冷水管路上设置的无水油温度调节机构。作为优选所述炭黑反应炉还连接一燃料管路，所述在线管式炉还连接一蒸汽管路，所述空气预热器还连接一工艺空气管路。作为优选还设置有温度报警联锁系统，所述温度报警联锁系统包括
在蒸汽管路上设置的蒸汽阀门、在工艺空气管路上设置的工艺空气阀、在炭黑反应炉与原料油预热器之间设置的原料油阀以及在燃料管路上设置的燃料阀。作为优选所述在线管式炉为列管式换热器，筒体采用普通碳钢，内衬耐火材料， 管术采用耐高温钢，还具有一定的耐腐蚀性。通过技术改造，减少了炭黑尾气的量，原有的设备能力有富余，可以实现炭黑装置的扩产。在现有炭黑装置中反应炉与空气预热器之间加入在线管式炉，若油加工装置距离较近，加热后油和蒸汽用管道送入油加工装置的蒸馏设备；
若油加工装置距离较远，就近设置油加工的蒸馏设备，蒸馏后的组份送入油加工装置的后续设备。炭黑装置中反应炉系统和油加工装置的油蒸馏系统靠近建设，通过对炭黑装置的优化设计，在同等产能的情况，可减少设备的能力，从而减少设备投资和运行功耗。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是将高温炭黑烟气的物理热作为加热原料油的热源，使含水油和无水油加热至需求的温度，将饱和蒸汽过热至指定的温度，满足油加工装置的进料要求，同时油加工装置一段蒸发器顶部出来的含油脱出水可直接混入炭黑装置的急冷水中，解决了含油废水处理的难题。加热设备的加入并不影响炭黑生产的后续流程，但有效减少了急冷水的加入量， 使得尾气量减少，增加了尾气的化学热值，减少了尾气输送能耗和处理设备的需求能力。同时设置温度自动控制和报警联锁系统，通过调节急冷水的加入量来控制无水油的温度，调节含水油和饱和蒸汽的进入量来控制含水油和过热蒸汽的温度，设置空气预热器入口烟气温度报警联锁系统，当空气预热器入口烟气超温，发出报警并自动打开在线管式炉上蒸汽入口阀，当不能有效降温时，自动激活炭黑反应炉的停车连锁并传递型号至油加工装置的控制系统，实现安全操作。
图1是在线管式炉设备结构示意见图； 图2是本发明的联产方法流程示意图。图中标记1为炭黑反应炉，21为辐射段，22为过热段，23为对流段；3为空气预热器，4为余热锅炉，5为原料油预热器，6为无水油泵，7为一段蒸发器，8为二段蒸发器，9为冷凝分离器，TIC-201为含水油温度调节机构，LIC-202为液位调节机构，TIC-203为过热蒸汽调节机构，TIC-104为无水油温度调节机构，TLC-105为温度报警联锁系统，TV-201为含水油温度控制阀，LV-202为液压控制阀，TV-203为过热蒸汽控制阀，TV-104为急冷水控制阀，FVlOl为原料油阀，FV-102为燃料阀，FV-103为工艺空气阀，NKV-105为蒸汽阀门。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明作详细的说明。为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例1
如图1和图2所示，一种炭黑与油加工联产设备，包括依次连接的炭黑反应炉1、空气预热器3、余热锅炉4和原料油预热器5 ；还包括无水油泵6、一段蒸发器7、和二段蒸发器8， 在炭黑反应炉1与空气预热器3之间设置一在线管式炉，在线管式炉为列管式换热器，筒体采用普通碳钢，内衬耐火材料，管术采用耐高温钢，还具有一定的耐腐蚀性，该在线管式炉从下至上依次分为辐射段21、过热段22和对流段23，每段均设有入口和出口，其中，辐射段入口与无水油泵6相连，辐射段出口与二段蒸发器8入口相连；过热段入口与饱和蒸汽输送管路相连，过热段出口与过热蒸汽输送管路相连；对流段入口与含水油输送管路相连，对流段出口与一段蒸发器入口相连；
炭黑反应炉1上连接有急冷水管路，一段蒸发器7顶端设有出口，该出口连接一冷凝分离器9，冷凝分离器9设有两出口，分别为轻质油出口和脱出水出口，其中脱出水出口与急冷水管路相连；
还设置有自动调节系统，所述自动调节系统包括
在含水油输送管路上设置的含水油温度调节机构TIC-201、在一段蒸发器7与无水油泵6之间设置的液位调节机构LIC-202、在饱和蒸汽输送管路上设置的过热蒸汽调节机构TIC-203和在急冷水管路上设置的无水油温度调节机构TIC-104，含水油温度调节机构TIC-201设置有含水油温度控制阀TV-201，液位调节机构LIC-202设置有液压控制阀 LV-202，过热蒸汽调节机构TIC-203设置有过热蒸汽控制阀TV-203，无水油温度调节机构 TIC-104设置有急冷水控制阀TV-104 ；
炭黑反应炉1还连接一燃料管路，在线管式炉还连接一蒸汽管路，该空气预热器还连接一工艺空气管路，并设置有温度报警联锁系统TLC-105，温度报警联锁系统TLC-105包括
在蒸汽管路上设置的蒸汽阀门NKV-105、在工艺空气管路上设置的工艺空气阀 FV-103、在炭黑反应炉1与原料油预热器5之间设置的原料油阀FVlOl以及在燃料管路上设置的燃料阀FV-102。生产时，来自油加工装置原料油泵的含水油在在线管式炉的对流段23中与来自炭黑装置反应炉1的烟气换热至需要的温度，进入一段蒸发器7蒸发脱水至含水量0. 5%以下的无水油，再经溢流进入无水油泵6，加压后返至在线管式炉的辐射段22中，通过与炭黑烟气的换热，加热至更高的温度后进入二段蒸发器8中蒸馏，二段蒸发器8顶部蒸出的混合组分进入后续油加工流程，同时，油加工装置一段蒸发器7顶部出来的油水蒸汽经过冷凝分离后的脱出水可直接混入炭黑装置的急冷水中。并对如下环节进行调节控制
含水油加热温度调节，通过含水油温度调节机构TIC-201的含水油温度控制阀 TV-201，即通过调节含水油进在线管式炉的流量来控制含水油加热温度；
一段蒸发器底部满流槽液位调节，通过液位调节机构LIC-202的液压控制阀LV-202， 即通过调节泵出无水油的流量来保持液位；
过热蒸汽温度调节，通过过热蒸汽调节机构TIC-203的过热蒸汽控制阀TV-203，即通过调节饱和蒸汽进在线管式炉的流量来控制蒸汽的过热温度；
无水油加热温度调节，通过无水油温度调节机构TIC-104的急冷水控制阀TV-104，即通过调节急冷水进炭黑反应炉的流量来控制无水油的加热温度；
温度报警联锁系统TLC-105 空气预热器3入口烟气温度超温联锁，通过检测空气预热器入口烟气温度，与预设的空气预热器安全操作的允用温度比较，当检测温度TI-105 达到高限(H)时，给出信号打开蒸汽阀门NKV-105的电磁阀，使在线管式炉入炉蒸汽阀门 NKV-105打开，通入蒸汽进行降温；当检测温度TI-105达到高高限(H-H)时，给出炭黑装置停车信号，即炭黑反应炉进炉工艺空气阀FV-103、原料油阀FV-101、燃料阀FV-102的电磁阀关闭，使工艺空气阀FV-103、原料油阀FV-101、燃料阀FV-102全部关闭，以确保空气预热器避免进一步超温，实现空气预热器的安全操作。
权利要求
1.一种炭黑与油加工联产方法，其特征在于在炭黑反应炉和空气预热器之间设置一在线管式炉，在线管式炉从下至上依次分为辐射段、过热段和对流段，来自油加工装置原料油泵的含水油在在线管式炉的对流段中与来自炭黑装置反应炉的烟气换热至需要的温度， 进入一段蒸发器蒸发脱水至含水量0. 5%以下的无水油，再经溢流进入无水油泵，加压后返至在线管式炉的辐射段中，通过与炭黑烟气的换热，加热至更高的温度后进入二段蒸发器中蒸馏，二段蒸发器顶部蒸出的混合组分进入后续油加工流程，同时，油加工装置一段蒸发器顶部出来的含油脱出水可直接混入炭黑装置的急冷水中。
2.根据权利要求1所述炭黑与油加工联产方法，其特征在于还对如下环节进行调节控制含水油加热温度调节，通过调节含水油进在线管式炉的流量来控制含水油加热温度；一段蒸发器底部满流槽液位调节，通过调节泵出无水油的流量来保持液位；过热蒸汽温度调节，通过调节饱和蒸汽进在线管式炉的流量来控制蒸汽的过热温度；无水油加热温度调节，通过调节急冷水进炭黑反应炉的流量来控制无水油的加热温度；温度报警联锁系统空气预热器入口烟气温度超温联锁，通过检测空气预热器入口烟气温度，与预设的空气预热器安全操作的允用温度比较，当检测温度达到高限时，给出信号打开电磁阀，使在线管式炉入炉蒸汽阀门打开，通入蒸汽进行降温；当检测温度达到高高限时，给出炭黑装置停车信号，即炭黑反应炉进炉工艺空气阀、原料油阀、燃料阀的电磁阀关闭，使炭黑反应炉进炉工艺空气阀、原料油阀、燃料阀的电磁阀全部关闭，以确保空气预热器避免进一步超温。
3.权利要求1或2所述方法所采用的炭黑与油加工联产设备，包括依次连接的炭黑反应炉、空气预热器、余热锅炉和原料油预热器；还包括无水油泵、一段蒸发器、和二段蒸发器，其特征在于在炭黑反应炉与空气预热器之间设置一在线管式炉，所述在线管式炉从下至上依次分为辐射段、过热段和对流段，每段均设有入口和出口，其中，辐射段入口与无水油泵相连，辐射段出口与二段蒸发器入口相连；过热段入口与饱和蒸汽输送管路相连，过热段出口与过热蒸汽输送管路相连；对流段入口与含水油输送管路相连，对流段出口与一段蒸发器入口相连。
4.根据权利要求3所述的炭黑与油加工联产设备，其特征在于所述炭黑反应炉上连接有急冷水管路，所述一段蒸发器顶端设有出口，该出口连接一冷凝分离器，所述冷凝分离器设有两出口，其中一出口与急冷水管路相连。
5.根据权利要求4所述的炭黑与油加工联产设备，其特征在于还设置有自动调节系统，所述自动调节系统包括在含水油输送管路上设置的含水油温度调节机构、在一段蒸发器与无水油泵之间设置的液位调节机构、在饱和蒸汽输送管路上设置的过热蒸汽调节机构和在急冷水管路上设置的无水油温度调节机构。
6.根据权利要求5所述的炭黑与油加工联产设备，其特征在于所述炭黑反应炉还连接一燃料管路，所述在线管式炉还连接一蒸汽管路，所述空气预热器还连接一工艺空气管路。
7.根据权利要求6所述的炭黑与油加工联产设备，其特征在于还设置有温度报警联锁系统，所述温度报警联锁系统包括在蒸汽管路上设置的蒸汽阀门、在工艺空气管路上设置的工艺空气阀、在炭黑反应炉与原料油预热器之间设置的原料油阀以及在燃料管路上设置的燃料阀。
8.根据权利要求3所述的炭黑与油加工联产设备，其特征在于所述在线管式炉为列管式换热器。
全文摘要
本发明公开了一种炭黑与油加工联产方法及设备，在炭黑反应炉和空气预热器之间设置一在线管式炉，在线管式炉从下至上依次分为辐射段、过热段和对流段，还设置含水油加热温度调节、过热蒸汽温度调节、无水油加热温度调节、温度报警联锁系统等，将高温炭黑烟气的物理热作为加热原料油的热源，使含水油和无水油加热至需求的温度，将饱和蒸汽过热至指定的温度，满足油加工装置的进料要求，同时油加工装置一段蒸发器顶部出来的含油脱出水可直接混入炭黑装置的急冷水中，解决了含油废水处理的难题，有效减少了急冷水的加入量，使得尾气量减少，增加了尾气的化学热值，减少了尾气输送能耗和处理设备的需求能力，同时实现了安全操作。
文档编号C10G7/04GK102226044SQ20111014422
公开日2011年10月26日 申请日期2011年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者刘寒津, 汪文满, 王星明, 贺俊, 赵宽明 申请人:中橡集团炭黑工业研究设计院