Thermal Oxidation of Tail Gases from the Production of Oil-furnace Carbon Black

U radu je prikazana tehnologija proizvodnje uljno-pećne čađe i odabrano tehnološko rješenje u funkciji zaštite zraka. Prilikom industrijskog procesa proizvodnje uljno-pećne čađe osim glavnog proizvoda, kao sporedni proizvodi nastaju i otpadni procesni plinovi. Otpadni procesni plinovi nastali prilikom industrijskog procesa proizvodnje uljno-pećne čađe po kvalitativnom sastavu sastoje se od: ugljikovog (IV) oksida, ugljikovog(II) oksida, vodika, metana, sumporovodika, dušika, kisika i vodene pare. Ovisno o vrsti uljne sirovine za proizvodnju te samom proizvodnom tipu uljno pećne-čađe mijenja se kvantitativan sastav i donja kalorična vrijednost otpadnih procesnih plinova. Donja kalorična vrijednost otpadnih procesnih plinova relativno je mala i nalazi se u području od 1500 do 2300 kJ m–3. U konvencionalnom procesu proizvodnje uljno-pećne čađe pročišćeni otpadni procesni plinovi od čestica čađe ispuštaju se u atmosferu bez ikakve dodatne obrade. Na taj način otpadni procesni plinovi zagađuju atmosferu, jer njihove kvantitativne vrijednosti višestruko premašuju dopuštene granice emisije za sumporovodik i ugljikov(II) oksid, čime se znatno narušava kvaliteta lokalnog zraka grada Kutine. Logično tehnološko rješenje sprječavanja zagađivanja zraka je spaljivanje otpadnih procesnih plinova, odnosno njihova termalna oksidacija. Kao sredstvo za termalnu oksidaciju otpadnih procesnih plinova odabrana je posebno dizajnirana izvedba baklje. Sustav baklje dizajniran je tako da omogućuje termalnu oksidaciju otpadnih procesnih plinova male kalorične vrijednosti s 99%-tnom djelotvornošću uz minimalnu potrošnju prirodnog plina potrebnog za oksidaciju. Na taj način se štetne i zapaljive komponente (sumporovodik, vodik, ugljikov (II) oksid te metan i ostali ugljikovodici u tragovima) prevode u kvalitativno-kvantitativan ekološki prihvatljivij sastav otpadnih procesnih plinova (sumporov(IV) oksid, vodena para, ugljikov (IV) oksid, dušikov(IV) oksid), koji udovoljavaju propisanim graničnim vrijednostima emisije i kakvoće zraka (Uredbe NN 133/2005. i NN 21/2007.) Ispravnim tehnološkim radom sustava baklji u industrijskom postrojenju proizvodnje uljno-pećne čađe ostvareno je rješavanje problema onečišćavanja zraka grada Kutine, posebno prizemnih masenih koncentracija sumporovodika. Usporedo s razvojem sustava baklji uspostavlja se i sustav kontinuiranog praćenja onečišćujućih tvari u zrak (sumporovodik i ugljikov(II) oksid) te njegovo povezivanje s Agencijom za zaštitu okoliša.This paper describes the production technology of oil-furnace carbon black, as well as the selected solution for preventing the emissions of this process from contaminating the environment. The products of industrial oil-furnace carbon black production are different grades of carbon black and process tail gases. The qualitative composition of these tail gases during the production of oil-furnace carbon black are: carbon(IV) oxide, carbon(II) oxide, hydrogen, methane, hydrogen sulfide, nitrogen, oxygen, and water vapor. The quantitative composition and lower caloric value of process tail gases change depending on the type of feedstock used in the production, as well as the type of process. The lower caloric value of process tail gases is relatively small with values ranging between 1500 and 2300 kJ m–3. In the conventional production of oil-furnace carbon black, process tail gases purified from carbon black dust are freely released into the atmosphere untreated. In this manner, the process tail gases pollute the air in the town of Kutina, because their quantitative values are much higher than the prescribed emissions limits for hydrogen sulfide and carbon(II) oxide. A logical solution for the prevention of such air pollution is combustion of the process tail gases, i. e. their thermal oxidation. For this purpose, a specially designed flare system has been developed. Consuming minimum amounts of natural gas needed for oxidation, the flare system is designed to combust low caloric process tail gases with 99 % efficiency. Thus, the toxic and flammable components of the tail gases (hydrogen sulfide, hydrogen, carbon(II) oxide, methane and other trace hydrocarbons) would be transformed into environmentally acceptable components (sulfur(IV) oxide, water, carbon(IV) oxide and nitrogen(IV) oxide), which are in compliance with the emissions limit values prescribed by law. Proper operation of this flare system in the production of oil-furnace carbon black would solve the air pollution problem in the town of Kutina, especially the concentrations of hydrogen sulfide in the troposphere. Together with the development of this flare system, a continuous air-pollutant (hydrogen sulfide and carbon(II) oxide) monitoring system shall be established and linked with the Environmental Protection Agency