炭黑及其生產(chǎn)方法

炭黑是烴類在嚴(yán)格控制的工藝條件下經(jīng)氣相不完全燃燒或熱解而成的黑色 粉末狀物質(zhì)。其成分主要是元素碳，并含有少量氧、氫和硫等。炭黑粒子近似球 形，粒徑介于 10～500μm 間。許多粒子常熔結(jié)或聚結(jié)成三維鍵枝狀或纖維狀聚 集體。在橡膠加工中，通過混煉加入橡膠中作補(bǔ)強(qiáng)劑和填料。炭黑是最古老的工業(yè)產(chǎn)品之一。

炭黑

black carbon

煤、石油、生物質(zhì)燃料等不完全燃燒后所形成的細(xì)小顆粒。炭黑進(jìn)入大氣后，能吸收太陽光，減少到達(dá)地面的太陽輻射。

生態(tài)學(xué)（一級學(xué)科）；全球生態(tài)學(xué)（二級學(xué)科）

烴類在嚴(yán)格控制的工藝條件下經(jīng)氣相不完全燃燒或熱解而成的黑色粉末狀物質(zhì)。其成分主要是元素碳，并含有少量氧、氫和硫等。炭黑粒子近似球形，粒徑介于10～500μm 間。許多粒子常熔結(jié)或聚結(jié)成三維鍵枝狀或纖維狀聚集體。在橡膠加工中，通過混煉加入橡膠中作補(bǔ)強(qiáng)劑（見增強(qiáng)材料）和填料。炭黑是最古老的工業(yè)產(chǎn)品之一。

炭黑

烴類在嚴(yán)格控制的工藝條件下經(jīng)氣相不完全燃燒或熱解而成的黑色粉末狀物質(zhì)。其成分主要是元素碳，并含有少量氧、氫和硫等。炭黑粒子近似球形，粒徑介于10～500μm 間。許多粒子常熔結(jié)或聚結(jié)成三維鍵枝狀或纖維狀聚集體。在橡膠加工中，通過混煉加入橡膠中作補(bǔ)強(qiáng)劑（見增強(qiáng)材料）和填料。 炭黑是最古老的工業(yè)產(chǎn)品之一。早在公元前，中國就用植物油不完全燃燒制取顏料炭黑。1872年，美國首先以天然氣為原料用槽法生產(chǎn)炭黑。當(dāng)時，炭黑也仍主要用作著色劑。1912年S.C.莫特發(fā)現(xiàn)炭黑對橡膠的補(bǔ)強(qiáng)作用之后，炭黑工業(yè)才迅速發(fā)展起來。20世紀(jì)20年代，又出現(xiàn)了以天然氣為原料的氣爐黑和熱裂黑，R.D.斯諾于1937年開始研究高效的炭黑生產(chǎn)方法。后來，J.C.克雷奇致力于從液態(tài)烴生產(chǎn)炭黑，開發(fā)了油爐法工藝。1941年，試產(chǎn)出第一批油爐黑。1943年，世界上第一座工業(yè)化規(guī)模的油爐黑工廠在美國投產(chǎn)。當(dāng)今，油爐法是效率最高、經(jīng)濟(jì)效益最好的炭黑生產(chǎn)方法。油爐黑的產(chǎn)量已占炭黑總量的70%～90%。

生產(chǎn)方法

主要有爐法、槽法、熱裂法三種。

爐法

炭   黑

由天然氣或高芳烴油料在反應(yīng)爐中經(jīng)不完全燃燒或熱解生成炭黑，此種炭黑稱為爐黑，是炭黑品種中產(chǎn)量最大、品種最多的一類。爐黑與槽黑及熱裂黑的顯著區(qū)別是，其粒子的熔結(jié)或聚結(jié)程度可根據(jù)不同用途來調(diào)節(jié)。所以,同一粒徑范圍的爐黑,又分為若干不同結(jié)構(gòu)的衍生品種。另外，爐黑的含氧量通常比槽黑低（少于1%），表面呈中性或弱堿性。爐黑生產(chǎn)的特點(diǎn)是，燃料在反應(yīng)爐中燃燒，提供原料裂解所需的熱量。燃燒和裂解過程同時發(fā)生。根據(jù)所用原料形態(tài)的不同，爐黑生產(chǎn)可分為氣爐法和油爐法兩種。氣爐法所用原料和燃料均是天然氣。油爐法的燃料可以是天然氣、焦?fàn)t氣，也可以是液態(tài)烴，原料則選用高芳烴油料，如乙烯焦油和蒽油等。在爐黑生產(chǎn)工藝流程（見圖）中，反應(yīng)爐是核心設(shè)備。生產(chǎn)不同品種的爐黑需采用不同結(jié)構(gòu)尺寸的反應(yīng)爐。空氣和燃料在反應(yīng)爐中燃燒，原料經(jīng)霧化后噴入燃燒的火焰中，經(jīng)高溫?zé)峤馍商亢?。炭黑懸浮于燃余氣中形成煙氣。煙氣?jīng)急冷后送空氣預(yù)熱器、油預(yù)熱器進(jìn)一步降溫，最后送入袋濾器，分離出的炭黑送到造粒機(jī)中造粒，然后在干燥機(jī)中干燥。

槽法

以天然氣為主要原料，以槽鋼為火焰接觸面而生產(chǎn)炭黑，此種炭黑稱為槽黑。與爐黑及熱裂黑相比，其粒子較細(xì)而比表面積較大。同時，由于采用特定的生產(chǎn)方式，其表面受到氧化，含有較多的含氧官能團(tuán)而呈酸性。這類炭黑粒子的聚結(jié)程度較低。因含有較多的含氧官能團(tuán)，可延緩橡膠的硫化速度，提高聚烯烴的耐候性以及賦予油墨良好的流動性和印刷性能。

熱裂法

以天然氣、焦?fàn)t氣或重質(zhì)液態(tài)烴為原料，在無氧、無焰的情況下，經(jīng)高溫?zé)峤馍商亢?，稱為熱裂黑。它是炭黑品種中比表面積最低的一類，基本上以單個球形粒子存在,不熔結(jié)或聚結(jié)成聚集體,其表面含氧量亦很少(0.1%～0.3%)。熱裂黑主要有三個品種：中熱裂黑、不污染的中熱裂黑和細(xì)熱裂黑。中熱裂黑的氮吸附比表面積為6～10m2/g，細(xì)熱裂黑則為10～15m2g。