一、炭黑的主要生產(chǎn)原料

 

煤焦油，乙烯焦油，蒽油，天然氣，高爐煤氣等等。

 

二、炭黑的生產(chǎn)工藝

 

炭黑的生產(chǎn)工藝有爐法、噴霧法、燈煙法、槽法、滾筒法、混氣法、熱裂法、乙炔法和等離子體法，其中爐法、噴霧法、燈煙法、槽法、滾筒法、混氣法為不完全燃燒法，熱裂法、乙炔法和等離子體法為熱裂解法。目前燈煙法炭黑主要用作涂料著色劑，滾筒法和混氣法炭黑主要用于油漆和油墨用色素炭黑，乙炔法炭黑主要用于干電池生產(chǎn)，其他生產(chǎn)工藝方法均在生產(chǎn)橡膠用炭黑中應(yīng)用。

 

三、橡膠用炭黑的主要生產(chǎn)工藝

 

1. 爐法

 

爐法是在反應(yīng)爐內(nèi)，原料烴(液態(tài)烴、氣態(tài)烴或其混合物)與適量空氣形成密閉湍流系統(tǒng)，通過部分原料烴與空氣燃燒產(chǎn)生高溫使另一部分原料烴裂解生成炭黑，然后將懸浮在煙氣中的炭黑冷卻、過濾、收集、造粒成成品炭黑的方法。其中，以氣態(tài)烴(天然氣或煤層氣)為主要原料的制造方法稱為氣爐法(主要產(chǎn)品為軟質(zhì)炭黑)，以液態(tài)烴(芳烴重油，包括催化裂化澄清油、乙烯焦油、煤焦油餾出物等)為主要原料的制造方法稱為油爐法。

 

油爐法由于具有工藝調(diào)節(jié)方法多、熱能利用率高、能耗小及成本低等特點(diǎn)，已成為主要的炭黑制造方法。與油爐法相比，氣爐法的原料消耗量和綜合能耗較大，在天然氣漲價(jià)后，其主要產(chǎn)品已被油爐法產(chǎn)品取代。然而在天然氣廉價(jià)的地區(qū)，制造氣爐法炭黑仍然有利，且氣爐法炭黑還在很多橡膠制品中應(yīng)用。目前我國氣爐法炭黑年產(chǎn)量為3萬～4萬噸。

 

2.噴霧法

 

噴霧法的原料油是從反應(yīng)爐的上游端用機(jī)械霧化噴嘴噴入的，這種制造方法由前蘇聯(lián)開發(fā)。噴霧炭黑具有粒子大、結(jié)構(gòu)極高、填充膠料強(qiáng)度中等和永久變形很小的特點(diǎn)，特別適用于橡膠密封制品。目前我國噴霧炭黑年產(chǎn)量為幾千噸。

 

3.槽法

 

槽法是在自然通風(fēng)的火房內(nèi)，天然氣或煤層氣通過數(shù)以千計(jì)的瓷質(zhì)火嘴與空氣進(jìn)行不完全燃燒而形成魚尾形擴(kuò)散火焰，通過火焰還原層與緩慢往復(fù)運(yùn)動的槽鋼接觸使裂解生成的炭黑沉積在槽鋼表面，然后由漏斗上的刮刀將炭黑刮入漏斗內(nèi)，經(jīng)螺旋輸送器輸出、造粒而制成成品炭黑的方法。槽法炭黑補(bǔ)強(qiáng)性能優(yōu)異，特別適用于NR，曾在橡膠工業(yè)中大量應(yīng)用。但由于原料氣漲價(jià)及生產(chǎn)造成的環(huán)境污染問題嚴(yán)重，其已在2O世紀(jì)7O年代基本停產(chǎn)。但槽法炭黑是唯一可用于與食品接觸的橡膠用炭黑品種，目前在亞美尼亞還有一家工廠生產(chǎn)。

 

4. 熱裂法

 

熱裂法是一種不連續(xù)的炭黑制造方法，每條生產(chǎn)線設(shè)置2個(gè)內(nèi)襯耐火材料的反應(yīng)爐。生產(chǎn)時(shí)，先在一個(gè)反應(yīng)爐內(nèi)通入天然氣和空氣并燃燒，待反應(yīng)爐達(dá)到一定溫度后停止通入空氣，使天然氣在隔絕空氣的條件下熱裂解生成炭黑。在該反應(yīng)爐進(jìn)行裂解反應(yīng)時(shí)另一個(gè)反應(yīng)爐開始燃燒。每個(gè)反應(yīng)爐均在完成裂解反應(yīng)且溫度降到一定程度后再燃燒加熱，如此循環(huán)生產(chǎn)。生產(chǎn)出的炭黑與煙氣一起冷卻，然后將收集到的炭黑進(jìn)行造粒處理。

 

熱裂法炭黑是粒子最大、結(jié)構(gòu)最低的炭黑品種。熱裂法炭黑填充的膠料強(qiáng)伸性能較低，但彈性高、硬度和生熱低、電導(dǎo)率小，且熱裂法炭黑的填充量大，其適用于軌枕墊等要求彈性高、生熱低和絕緣性能好的橡膠制品。另外，熱裂法炭黑的碳含量大和純度高，可用于硬質(zhì)合金、碳素制品的生產(chǎn)。

 

5.等離子體法

 

等離子體法是用等離子體發(fā)生器加熱反應(yīng)爐，使其達(dá)到極高溫度來裂解原料烴(氣態(tài)烴、液態(tài)烴或固態(tài)烴)以連續(xù)生產(chǎn)炭黑的方法。該法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

 

·不用原料和燃料加熱反應(yīng)爐，原料烴的利用率高，且可以使用芳烴含量不高的油，能緩解燃料和原料短缺的問題。

 

·裂解產(chǎn)生的氫氣可作化工原料或汽車清潔燃料。

 

·不產(chǎn)生和排放一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、一氧化氮和二氧化氮等有害廢氣，有利于環(huán)境保護(hù)。

 

·裂解反應(yīng)生成的尾氣少，可以降低炭黑收集系統(tǒng)的投資和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。

 

·反應(yīng)爐可達(dá)到的溫度高且范圍寬，有利于產(chǎn)品的多樣化。

 

但等離子體法生成炭黑的氛圍和產(chǎn)品性質(zhì)與常規(guī)方法相差較大，此法尚處于研發(fā)階段。目前已開發(fā)出氮吸附比表面積為52×103～9O×1O3m2·kg-1、DBP吸收值為90×10-5～250×10-5m3·kg-1、表面沒有孔隙且填充膠料物理性能接近常規(guī)炭黑的等離子體法炭黑。等離子體法有可能成為炭黑制造的主要方法。