炭黑生产简介

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摘要:

一引言

炭黑是人类很早以前就知道并有着广泛应用的化学物质之一,距今大约有3000多年的历史我国是世界上最早应用和制造炭的国家之一,据有关资料记载从公元176-257就开始制取“炱”(即炭黑),直到1872年近代炭黑出现后,才有“炭黑”这一名称。炭黑英文名称叫“CARBON BLACK”.

炭黑的工业化生产是近百年的事,开始为槽法炭黑,发明于1872年并逐渐发展。直到第二次世界大战期间至1945年前后,法炭黑的生产一直处于主导地位。但是,由于槽法炭黑生产过程中的种种问题,(如,料的局限性,收率偏低,产量少。价格昂贵以及污染等)。于是1932年由克雷奇(JCKREJEI)研制成功了炉法炭黑。1944年生产出了高耐炉炭黑,20世纪50年代以后中超耐磨炉黑,通用炉黑等相继出现。从此,它以特有的方式得到迅速发展,并逐渐取代了槽法炭黑。

20世纪70年代初一种全新的新工艺方式又推动了炉法炭黑的发展,而又代替了传统炭黑。由于它具备了更合理的反应机理和强化了反应条件,很快在前世界得到推广和应用,产量不断扩大,到20世纪80年代末,全世界橡胶用炭黑达600万吨。其中新工艺占90以上.

我国油炉法炭黑的生产始于20世纪50年代,从无到有,从小到大。当时产量只有数百吨,品种也仅有耐磨炉黑等几种,由单一的灯烟炭黑,到成功研制高耐磨炉黑并相继制成了中超耐磨炉黑,快压出炉黑和通用炉黑。20世纪0年代初,由我国炭黑研制工业研究所开发了油-气新工艺炭黑和油-油新工艺炭黑。到1987年天津炭黑厂引进并投产美国大陆炭黑公司1.5万吨/年一条新工艺生产,随后上海、青岛也独资或合资方式建设投产了新工艺软、硬质炭黑生产线。还有部分厂家引进了单机设备,大大的推动了国内炭黑工业的发展。到20世纪90

年代,我国炉法炭黑生产水平无论在技术、产品质量品种及产量均获得较大发展。目前,,产品品种基本系列化、质量达到美国ASTM标准,基本实现微机自动化控制,年产量也超过40万吨。

油炉法炭黑是在气炉法炭黑基础上发展起来的。由于油炉法炭黑原料来源广,产品收率高,便于自动化,其可灵活地调整工艺参数,生产多品种的炭黑,环境污染问题也易于解决,因此也成为目前炭黑生产的主要方法。

20世纪70年代初发展起来的新工艺炭黑使油炉法炭黑得到进一步开拓,油炉法炭黑的生产特点是:

1、油炉法炭黑是用预混性火焰在还原的气氛中生成的;

2、为了提高炭黑收率和质量,通过选择各种可使用油料,而以富含芳烃油料最佳;

3、原料油在炉内燃烧裂解,可以大大提高原料油的利用率,并控制生产;

4、生产工艺技术的发展,自动化水平高,目前也采用计算机控制生产;

5=油炉法炭黑的生产是在密闭的容器中进行的,设备的布置较紧凑,环境污染问题也得到较为有效的控制

二油炉法炭黑的分类

(一)按制造方法分类

按照制造方法把炭黑分为三类:接触法炭黑、炉法炭黑和热解法炭黑。

1、接触法炭黑 ;包括槽法炭黑,滚筒类炭黑和圆盘法炭黑。其中槽法炭黑是一种比较老的、重要的炭黑品种之一,是典型接触法炭黑。

2、炉法炭黑 : 包括气炉法炭黑、油炉法炭黑和气-油炉法炭黑,其中油炉法炭黑是40年来发展较快的一种炭黑。

3、热解法炭黑:包括细粒子热裂解炭黑和粒子热裂解炭黑。

(二)、按用途和使用特点分类

按用途和使用特点把炭黑可分为三类:橡胶用炭黑、色素炭黑和导电炭黑。

1橡胶用炭黑在橡胶制品中,配合一定数量的炭黑可起到补偿和填充作用来改善橡胶制品的性能称橡胶用炭黑。它占炭黑总量的95%左右。在橡胶工业中,为了表示炭黑对橡胶的补强效果和在轮胎上的应用部位,也习惯把炭黑分成硬质炭黑和软质炭黑两大类。前者对橡胶用良好的补强作用,后者补强作用差,在很大程度上填充作用。油炉法炭黑的大部分(超耐磨炉黑、中超耐磨炉黑、高耐磨炉黑,细粒子炭黑)属于硬质炭黑;小部分油炉法炭黑(快压出炉炭黑,通用炭黑、半补强炉黑)、气炉黑和热烈炭黑属于软质炭黑。

2色素炭黑:色素炭黑color black 在油墨、油漆、涂料等制品中作着色颜料用的炭黑。按着色强度(或黑度)和粒子大小一般分为高色素炭黑、中色素炭黑、普通色素炭黑和低色素炭黑四种。主要由接触法和油炉法生产。

3导电炭黑:某些炭黑具有低电阻或高电阻性能,用于不同的制品,如干电池、导电橡胶、电缆料、无限电元件等。其中乙烯炭黑由于导电性能好,主要用于干电池。

三炭黑的生成过程及工艺流程简介

(一)炭黑的生成过程

炭黑的生成过程大致可分为五个阶段:初期反应、成核作用、粒子集聚、聚集体表面增长、氧化作用

典型炭黑生成的化学方程式:

CnHm ----nC+m1/2H2

大部分烃类的裂解反应是吸热过程。

1、初期反应:是炭黑生成的先兆和开始,包括分子体系向粒子体系的转换。

成核作用:是晶核生成和晶核长大的过程。

2、粒子集聚:在成核作用下生成直径为12细小粒子间的碰撞。

聚集体表面增长:聚集体表面聚积聚或吸附,生成的100至1000纳米长的链状物。

3、氧化作用:炭黑生成和增长之后,由于氧化过程,生成表面官能团。

4、聚集体表面增长:积聚体表面集聚或吸附,生成大约100至1000纳米的链状物。

5、氧化作用炭黑生成和增长之后,由于氧化过程,由于氧化作用生成表面官能能团。

(二)工艺流程

(三)简介

原料油经泵从储罐打入反应炉,油通过管式热交换器使油预热到260℃以上,原料油在喷入反应炉之前也经预热到130℃以上。空气和燃料在反应炉中燃烧,原料经雾化后喷入燃烧的火焰中,经高温热解生成炭黑。炭黑悬浮于燃余气中形成烟气。烟气经一次急冷和二次急冷,使炭黑终止反应并冷却到280℃以后送入袋滤器,收集下来的炭黑经气密阀进入风送系统,烟气进入脉冲式袋滤器,使炭黑和烟气分离。黑进入风送系统后,通过微米粉碎机,将硬炭和杂质粉碎成小于325目的粒子,再经风送系统送入主旋风分离器中,再经湿法造粒或干法造粒后,经一级提升机,磁选器筛选除去铁锈,风选器除去炭黑细分,合格后的炭黑进入产品分配螺旋,然后进入成品罐,待炭黑冷却到70℃以下用包装机包装。

四原料油的来源及几种常见原料油

(一)炭黑生产用原料油的来源

炭黑生产用原料油主要是煤焦油系和石油系原料。煤焦油系油料包括防腐油、蒽油和煤焦油,石油系油料主要有含有芳烃高的重油,包括来自炼油厂的焦化重柴油,催化裂化重柴油和润滑油提出油。乙烯焦油为乙烯装置裂解后分馏出C10以上馏分,通常用作装置本身的燃料,在我国石油化工行业上称之为燃料油。(二)几种常见的原料油介绍

1、抽出油

抽出油是用溶剂抽提法生产的一种炭黑原料油。溶剂抽提法是用某一溶剂对油品中各类烃类溶解度的不同,选择性地富集某些烃组分的方法。抽提加工炭黑用原料油,其目的就是富集芳烃。最常用的溶剂是糠醛和苯酚。

2、乙烯焦油