炭黑生產(chǎn)工藝
2021-06-11
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，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(chǎn)品已被油爐法產(chǎn)品取代。然而在天然氣廉價的地區(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(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)以千計的瓷質(zhì)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(fù)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(nèi)，經(jīng)螺旋輸送器輸出、造粒而制成成品炭黑的方法。槽法炭黑補強性能優(yōu)異，特別適用于NR，曾在橡膠工業(yè)中大量應(yīng)用。但由于原料氣漲價及生產(chǎn)造成的環(huán)境污染問題嚴重，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個內(nèi)襯耐火材料的反應(yīng)爐。生產(chǎn)時，先在一個反應(yīng)爐內(nèi)通入天然氣和空氣并燃燒，待反應(yīng)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(yīng)爐進行裂解反應(yīng)時另一個反應(yīng)爐開始燃燒。每個反應(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：
·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。
·裂解反應(yīng)生成的尾氣少，可以降低炭黑收集系統(tǒng)的投資和運轉(zhuǎn)費用。
·反應(yīng)爐可達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。
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