炭黑生產工藝

一、炭黑的主要生產原料
 
煤焦油(yóu),乙烯焦油(yóu),蒽(ēn)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(fǎ)、噴霧法、燈煙法、槽法(fǎ)、滾筒法、混氣法、熱裂法、乙炔(quē)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(fǎ)為不完全(quán)燃燒法,熱(rè)裂(liè)法、乙炔法和等離子體法為熱裂解法。目前燈煙法炭黑主要(yào)用作塗料著色劑,滾筒(tǒng)法和混(hún)氣法炭黑(hēi)主要用於油漆和油墨用色素炭黑,乙炔法炭黑主要用於幹電池生產,其他生產工(gōng)藝方法均在生產(chǎn)橡膠用炭黑(hēi)中應用。
 
三、橡膠用炭黑的主要生產工藝(yì)
 
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(mì)閉湍流係統,通過部分原料烴與空氣燃燒產生高溫使另(lìng)一部分原料烴裂(liè)解生成炭黑,然後(hòu)將懸浮(fú)在煙氣中的炭黑冷卻、過濾、收集、造粒成成品炭黑的方法(fǎ)。其(qí)中,以氣態烴(天(tiān)然氣或煤層(céng)氣)為主要原(yuán)料的製造方法稱為氣爐法(主(zhǔ)要產品為軟質炭黑),以(yǐ)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)為主要原料的製造方法稱(chēng)為油爐法(fǎ)。
 
油爐法由於具有工藝調節方法多、熱能利用率高、能耗小及成(chéng)本低等特點,已成為主要的炭黑製造方法。與油爐法相比,氣爐(lú)法(fǎ)的原料消耗量和綜合能耗較大,在天然氣漲價後,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(qū),製造氣爐法炭黑仍然有利,且氣爐法炭黑還在很多(duō)橡膠(jiāo)製品中應用。目前我國(guó)氣(qì)爐法炭黑年產量為3萬~4萬噸。
 
2.噴(pēn)霧法
 
噴霧法的原料油是從反應爐的上遊端(duān)用機械霧化噴(pēn)嘴噴入的,這種製造方法由前蘇聯開發。噴霧炭黑具(jù)有粒子大、結構(gòu)極高、填充膠料強度(dù)中等和永久變形很小的特點,特別適用於橡膠密(mì)封製(zhì)品。目前我國噴霧炭黑年產量為幾千噸(dūn)。
 
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(shāo)而形成魚尾形擴散火焰,通過火焰還原層與緩慢往複運動的槽鋼接觸使裂解生(shēng)成的炭黑沉積在槽鋼表麵,然後由漏鬥上的刮刀將炭黑刮(guā)入漏鬥(dòu)內,經螺旋輸送器輸出、造粒而製成成品(pǐn)炭(tàn)黑的方法。槽法炭黑補強性(xìng)能優異,特別適用於NR,曾在橡膠工(gōng)業中大量應用。但由於原料氣漲價(jià)及生產造成的環境汙染問題嚴重,其已在2O世紀7O年代基本停產。但槽法(fǎ)炭黑是唯一可(kě)用於與食品(pǐn)接觸的橡膠用炭黑品種,目前在亞(yà)美尼亞還有一家工廠(chǎng)生產。
 
4. 熱裂法(fǎ)
 
熱裂法是一種不連續的炭黑製造方法,每(měi)條生產線設置2個內襯耐(nài)火材料(liào)的反應(yīng)爐。生產時,先在(zài)一個反應爐內通入天然氣(qì)和空(kōng)氣並燃燒,待反應爐達到一(yī)定(dìng)溫度後停止通入空氣,使天然氣在隔(gé)絕空氣的條(tiáo)件(jiàn)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(yīng)爐均在完成裂解反應(yīng)且溫度(dù)降到一定程度後再(zài)燃(rán)燒(shāo)加熱,如此循環生產。生產出的炭黑與煙氣一起冷卻,然後(hòu)將收(shōu)集到的炭黑進行(háng)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(tián)充的膠料強伸性能較低,但彈性高、硬度和生熱低、電導率(lǜ)小,且熱裂(liè)法炭黑(hēi)的填充量大,其適用於軌枕墊等要求彈性高、生熱低和絕緣性能好的橡膠製(zhì)品。另外,熱裂法(fǎ)炭黑(hēi)的碳含量大和純度高,可用於(yú)硬(yìng)質合金、碳素製品(pǐn)的生產。
 
5.等離子體法
 
等(děng)離(lí)子體法是用(yòng)等離(lí)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(yè)態烴或固態烴)以連續生產炭黑的方法。該法具有以下優(yōu)點:
 
·不用原料和燃料加熱反應爐,原料烴(tīng)的利用(yòng)率高,且可以使用芳烴含量不高的油,能緩(huǎn)解燃料和原料短缺的問題(tí)。
 
·裂解產生的氫氣可作化工原(yuán)料或汽車清潔燃料。
 
·不產生和排放一氧化碳、二(èr)氧化碳、二氧化硫、一氧化氮和二氧化氮等有害廢氣,有利於環境保護。
 
·裂解反(fǎn)應生成的(de)尾氣少,可以降低炭黑收集係統的投資和運轉費用。
 
·反應(yīng)爐可(kě)達到的溫度高且範圍(wéi)寬,有利於(yú)產品的多(duō)樣化。
 
但等離子體法生成炭黑的(de)氛圍和產品性(xìng)質與常規方(fāng)法相差較大(dà),此法尚(shàng)處於研(yán)發(fā)階(jiē)段。目(mù)前(qián)已開發出氮吸附比表麵積為52×103~9O×1O3m2·kg-1、DBP吸收值為90×10-5~250×10-5m3·kg-1、表麵沒有孔隙且填充(chōng)膠料物理性能接近常規炭(tàn)黑的等離(lí)子體法炭黑。等離子(zǐ)體法有可能成為炭黑製造的(de)主要方法。

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