炭黑生產工藝
2021-06-11
一、炭黑的主要生產原料
煤焦油，乙烯焦油，蒽油，天然氣，高爐煤氣等等。
二、炭黑的生產工藝
炭黑的生產工藝有爐法、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，其他生產工藝方法均在生產橡膠用炭黑中應用。
三、橡膠用炭黑的主要生產工藝
1. 爐法
爐法是在反應爐內，原料烴(液態烴、氣態烴或其混合物)與適量空氣形成密閉湍流系統，通過部分原料烴與空氣燃燒產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(主要產品為軟質炭黑)，以液態烴(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節方法多、熱能利用率高、能耗小及成本低等特點，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，在天然氣漲價后，其主要產品已被油爐法產品取代。然而在天然氣廉價的地區，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用。目前我國氣爐法炭黑年產量為3萬～4萬噸。
2.噴霧法
噴霧法的原料油是從反應爐的上游端用機械霧化噴嘴噴入的，這種制造方法由前蘇聯開發。噴霧炭黑具有粒子大、結構極高、填充膠料強度中等和永久變形很小的特點，特別適用于橡膠密封制品。目前我國噴霧炭黑年產量為幾千噸。
3.槽法
槽法是在自然通風的火房內，天然氣或煤層氣通過數以千計的瓷質火嘴與空氣進行不完全燃燒而形成魚尾形擴散火焰，通過火焰還原層與緩慢往復運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，經螺旋輸送器輸出、造粒而制成成品炭黑的方法。槽法炭黑補強性能優異，特別適用于NR，曾在橡膠工業中大量應用。但由于原料氣漲價及生產造成的環境污染問題嚴重，其已在2O世紀7O年代基本停產。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。
4. 熱裂法
熱裂法是一種不連續的炭黑制造方法，每條生產線設置2個內襯耐火材料的反應爐。生產時，先在一個反應爐內通入天然氣和空氣并燃燒，待反應爐達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。在該反應爐進行裂解反應時另一個反應爐開始燃燒。每個反應爐均在完成裂解反應且溫度降到一定程度后再燃燒加熱，如此循環生產。生產出的炭黑與煙氣一起冷卻，然后將收集到的炭黑進行造粒處理。
熱裂法炭黑是粒子最大、結構最低的炭黑品種。熱裂法炭黑填充的膠料強伸性能較低，但彈性高、硬度和生熱低、電導率小，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，可用于硬質合金、碳素制品的生產。
5.等離子體法
等離子體法是用等離子體發生器加熱反應爐，使其達到極高溫度來裂解原料烴(氣態烴、液態烴或固態烴)以連續生產炭黑的方法。該法具有以下優點：
·不用原料和燃料加熱反應爐，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。
·裂解產生的氫氣可作化工原料或汽車清潔燃料。
·不產生和排放一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、一氧化氮和二氧化氮等有害廢氣，有利于環境保護。
·裂解反應生成的尾氣少，可以降低炭黑收集系統的投資和運轉費用。
·反應爐可達到的溫度高且范圍寬，有利于產品的多樣化。
但等離子體法生成炭黑的氛圍和產品性質與常規方法相差較大，此法尚處于研發階段。目前已開發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。
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