О.А. Федяева
Промышленная экология
Конспект лекций. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. — 145 c.

Глава 5. Экологическая характеристика производств

5.3. Производство сажи

Сажей называется порошкообразный продукт неполного сгорания или термического разложения органических веществ, состоящий в основном из углерода. До двадцатого столетия сажу вырабатывали главным образом для производства чёрных красок и типографских чернил. В 1912 г. было установлено, что введение сажи в каучук резко влияет на свойства резины, получаемой из этой резиновой смеси, и с тех пор развитие производства сажи неразрывно связано с развитием резиновой промышленности.

Существуют три способа получения сажи: печной, канальный, при котором сажу получают извлечением из диффузного пламени и термический. В качестве сырья для получения сажи применяют жидкие масла нефтяного или каменноугольного происхождения и газы (природный, нефтяной пиролизный или коксовый).

В отходящих газах сажевых производств содержится до 0,1 объёмн. % сероводорода. Сероводород — ядовитое вещество, и выбрасывать его в атмосферу можно лишь на такой высоте, чтобы он не оказывал вредного влияния на население и природу местности, окружающей сажевый завод. Для сажевого завода, вырабатывающего 40000 — 50000 т сажи в год, необходимо сооружать дымовую трубу высотой 245 м, чтобы концентрация сероводорода в воздухе не превышала допустимой санитарными нормами. Возведение труб такой высоты требует значительных затрат.

Так как отходящие газы сажевых производств содержат горючие вещества (окись углерода, водород, метан, сероводород), более целесообразно вместо постройки высоких дымовых труб сжигать газы. При сжигании сероводорода получается значительно менее вредный газ — двуокись серы, которую можно выбрасывать в атмосферу через обычные дымовые трубы высотой 40-60 м. Отходящие газы сажевого производства сжигают в «свечах», специальных дожигательных установках и под паровыми котлами.

«Свеча» для сжигания газов. Наиболее простым сооружением для сжигания отходящих газов является так называемая свеча, представляющая собой металлическую трубу диаметром 1,2 м и высотой 40 м с расположенными в верхней части горелками для сжигания газов с низкой теплотворной способностью. Газы подводятся к нижней части свечи, проходят к горелкам и там сжигаются.

Устойчивое горение газов будет достигнуто, если они первоначально будут зажигаться в горелках с помощью газа, имеющего высокую теплотворную способность, например природного газа, который подводят к горелкам по отдельной трубе. Если к сажевому заводу не подведён природный газ, то при розжиге свечи к этому трубопроводу присоединяют баллон с сжиженным пропаном или бутаном.

Для устойчивого горения газов в свече необходимо, чтобы теплотворная способность их была не менее 650 ккал/м³ (при нормальных условиях). Поэтому до направления в свечу газы пропускают через скруббер или пенный уловитель, чтобы сконденсировать большую часть содержащихся в них паров воды.

Дожигательная установка. Вместо сжигания в свече отходящие газы можно сжигать в специальных горизонтальных топках, оборудованных горелками беспламенного сжигания газов. Необходимый для горения воздух подают дутьевым вентилятором, преимуществом такого способа сжигания является возможность использования для первоначального зажигания газов не только горючих газов с высокой теплотворной способностью, но и жидкого топлива. Для сжигания отходящих газов в дожигательных топках не требуется предварительного отделения их от паров воды, чтобы повысить теплотворную способность. При подаче в горелку небольшого количества газов с высокой теплотворной способностью или сжигании в топке некоторого количества жидкого топлива в дожигательных топках устойчиво горят отходящие газы с теплотворной способностью 400-450 ккал/м³, содержащие до 40 объемн. % водяного пара.

Продукты сгорания отходящих газов разбавляют для охлаждения воздухом и выбрасывают в атмосферу через дымовую трубу дожигательной установки.

Сжигание отходящих газов под паровыми котлами. Отходящие газы сажевого производства имеют теплотворную способность 650-800 ккал/м³ (при малом содержании водяных паров) и 400-450 ккал/м³ (при содержании паров воды 40 объемн. %). Такие газы можно сжигать под паровыми котлами в качестве топлива и, следовательно, получать пар, используя химическое тепло отходящих газов производства. В сажевой промышленности используется несколько вариантов утилизации отходящих газов для выработки пара. Наиболее простой из них — сжигание газов в собственной котельной и в топках сушилок в установках мокрого гранулирования сажи.

Если вблизи сажевого производства (на расстоянии до 3 км) находятся другие потребители пара, то на сажевом заводе строят котельную, обеспечивающую паром этих потребителей.

Котельную следует располагать как можно ближе к установкам для производства сажи, так как передача отходящих газов на расстояние более 300 м связана со значительными затратами электроэнергии. Кроме того, в газопроводах возможна конденсация паров воды, что также вызывает трудности при эксплуатации газопровода.

Отходящие газы с теплотворной способностью 650-800 ккал/м³ сжигают в паровых котлах общего назначения в горелках беспламенного сжигания газов. Для сжигания влажных отходящих газов имеются специальные паровые котлы, которые помещают в непосредственной близости к установкам по получению сажи.