炭黑生产工艺及设备

共享知识 分享快乐 页眉内容 前言 一、炭黑的发展史 在近代石油化工原料中，炭黑是人类最早知道的重要产品之一，古时称为“炱”、“烟炱“或”松烟“，”炱“这一名称一直沿用至十九世纪末叶，自1872年近代炭黑工业出现之后，才逐渐被“炭黑”这一名词所代替。 我国是世界上生产炭黑最早的国家，距今三千年前殷代的甲骨文就是利用烟炱制墨记载的文字，我国古代的大量竹简也都是用墨写成的，魏代的韦诞（公元176-257年）就是从事炭黑制造（目的是用炭黑做制墨的优质原料）的能手。三国时，魏国的曹植（公元192-232年）就有“墨出青松之烟”的记载。到了公元三世纪的晋朝，制造松烟炭黑的手工业生产已经相当普遍，南唐时（公元十世纪），我国开始使用桐油及其他动植物油，在空气不足的情况下点灯，使油不完全燃烧，将炭黑凝聚在陶质的烟碗下收集，以制取优质的炭黑。 我国古代学者贾思勰、沈括、 贯之、宋应星等在他们的著作中，部分包括着并总结了我国古代劳动人民生产炭黑的丰富经验，也曾作出了很大贡献。【齐民要术】是公元六世纪以后贾思勰的的代表著作，是世界上最早记述炭黑性质、用途的科学史，在该书中对炭黑的性质和要求做了这样的描述：“此物至轻微，不宜露筛，喜失飞去，不可不慎。”这些同近代关于炭黑具有高度的散性、细小的胶体粒子的特点是相当吻合的。北宋杰出的学者沈共享知识 分享快乐 页眉内容 括，在【梦溪笔谈】一书中，首先提出了从石油制取炭黑的方法，并通过自己的亲自实践，证明这种由石油制取的炭黑所制成的墨，“墨光如漆松烟不及也”而且还科学的预见到石油制取炭黑的发展前途。这一精辟的见解已为近代油炉法炭黑的飞跃发展所证实，在宋代 贯之所著的【墨经】中不但对制造松烟的方法有详细记载，而且还对当时的技术经验做了概括的总结。名末的学者宋应星在1637年所著【天工开物】一书中，对炭黑生产设备和影响炭黑质量的因素都作了论述，宋应星所记述的烟窰上部是圆顶，“如舟中雨蓬式，每隔位数节，开有小孔出烟”这样的结构设计是十分科学的，可以说是近代炭黑制造装置的雉刑。 炭黑的制造，据日本及欧美各国文献记载，是由我国传入日本、东方各国，然后传到希腊、罗马，最后传入欧洲的。公元十六世纪后，德国、法国、英国等国家，开始以焦油、猪油、树脂等为原料制取炱。1864年美国开始以人造气体经过燃烧，以石板为收集面，用刮板刮下而获得优质炱，。这和我国古代所使用的方法基本上是相同的，直到1872年世界上才首次实现了炭黑规模生产，同时出现了“炭黑”这一术语，这就是近代墨工业的开端，1982年发明了槽法炭黑，1944年出现了高耐磨炭黑，五十年代后期，中超耐磨炉黑，通用炉黑等相继出现，到目前为止仅橡胶用炭黑的品种就已达四十余种。 二、炭黑及其种类 1、什么是炭黑 共享知识 分享快乐 页眉内容 在现实生活中，人们往往对炭黑缺乏了解，因为只有当炭黑配合于其他物质作为一种助剂而很少单独使用，如橡胶中，制成轮胎等制品才能显现出重要作用。其实炭黑、石墨、木炭等虽然同是由碳组成的黑色物质，但他们在内部结构上是不相同的，工业炭黑乃是由烃类（即碳氢化合物）不完全燃烧而制得的具有高度分散性的黑色粉末状物质，它主要有碳元素组成，其微晶具有准石墨结构。“炭黑”一词，实际上是包括着各类用途的炭黑产品 内的总称，每一种炭黑均有其特定的物理化学性质，这种性质与所使用的原料、燃烧裂解过程、生产方式和操作条件紧密相关，把炭黑在真空或惰性气体中经高温处理，其粒子的准石墨微晶结构趋向石墨晶体的有序排列，称为石墨化炭黑，这不但对炭黑粒子微观结构研究具有理论意义，而且在碳素工业中也有实际用途。2、炭黑的分类及命名 到目前为止尽管世界各国对炭黑的分类和命名进行了不少工作，但还没有一种被普遍采用的，以各种产品物理化学性质为基础的、统一的、合理的分类及命名法，炭黑的分类方法在我国按以往的习惯，大体上说来可归纳为两类：按制造方法分类及按用途和使用特点分类。 （1）、按制造方法分类 按制造方法可将炭黑分为接触法炭黑、炉法炭黑、和热解法炭黑三类，其接触法炭黑按原料和生产过程不同分为槽法炭黑、槽法混气炭黑（也称混气炭黑和粗 炭黑和滚筒法炭黑三种。 共享知识 分享快乐 页眉内容 （2）、按用途和使用特点分类 按用途和使用特点也可以把炭黑分为三类：橡胶用炭黑、色素炭黑和导电炭黑，其中橡胶用炭黑根据其使用特点，如：操作工艺性能、制品的耐磨和补强性等又可分为快压出炭黑、高空伸炉黑、半补强炉黑，通用炉黑等。 3、炭黑的用途 炭黑是现代国民经济中不可缺少的重要产品之一，目前全世界的炭黑年产量已高达四百余万吨，绝大部分用于橡胶工业，其余则用于油墨、涂料及其他国名经济的许多部门中，炭黑对交通运输业的发展、国防建设和农业机械化起着重要作用， （1）、在橡胶工业上的运用 橡胶工业所用的炭黑约占整个炭黑产量的90％以上，主要用于各种类型的轮胎，每制造一条普通的汽车轮胎就需要10公斤左右的炭黑。在橡胶用炭黑中，约有四分之三以上的炭黑用于轮胎的制造，其余则用于其它橡胶制品，如胶带、胶管、胶鞋等炭黑在橡胶中的用量之多，主要是由于它具有优异的所谓“补强”能力。 （2）、在油墨工业上的应用 炭黑是黑色印刷油墨的主要原料，近代的油墨多使用优质的色素炭黑，使用优质炭黑制成的印刷油墨字迹清晰，色泽鲜明，对各种报刊的印刷质量影响很大，直接与人民的文化生活紧密相关，用途广泛，其中新闻墨用炭黑占全部油墨用炭黑的70％左共享知识 分享快乐 页眉内容 右，新闻墨中合有11-13％的炭黑，每印刷一吨报纸要消耗约16公斤的新闻墨。油墨工业对炭黑的主要要求是黑度，色相、流动性、粘度、干燥性、触变性等，各种油墨由于使用目的不同，对炭黑的要求不尽相同。 （3）、在涂料工业上的应用 涂料就是我们通常所说的油漆，炭黑具有对化学物质、光、热的稳定性，这是其他的黑色无机原料和有机黑色染料不可比拟的。炭黑配合于涂料中，具有反应性小、黑度高，耐候性好，着色率高等特点。高级的色素炭黑用于合成树脂，漆中可以作为轿车的面漆，也可用于自行车，缝纫机，及仪表的装饰漆，具有导电性的炭黑可作为水溶性电泳涂漆的底漆。 4、在塑料工业上的应用 塑料中使用碳黑主要做炭黑的作色剂，填有炭黑的塑料，受热时变形小，制品的尺寸变化小，可提高其刚性、硬度、导电性、导热性及耐腐蚀作用等。更为突出的是，它具有防辐射、防紫外线和抗氧化的作用，塑料中炭黑的配合量，一般为1-2.75％ 5、其它应用 除了上述炭黑的主要用途之外，炭黑还用于干电池、电碳制品、电器及电子元件、硬质合金、高纯石墨、印染、静电摄影、感光胶片、火药、水泥、皮革、润滑脂、铸造农业等各部门中，在这些部门中，炭黑的用量虽少，往往作用很大。 炭黑的结构形态和生产工艺 共享知识 分享快乐 页眉内容 一、炭黑的结构形态 炭黑粒子内部结构是怎样的呢？对炭黑粒子内部结构的x射线衍射研究证明炭黑粒子中的炭黑原子是以三角平面构成二度有序的层平面的网状排列。对炭黑粒子内结构研究的重大进展，是近年来采用所谓相衬电子显微技术，应用这种技术，在电子显微镜的荧光屏上可直接观察到炭黑粒子内部结构细节，在炭黑的内部结构中，只有热裂炭黑呈球状，层平面围绕一个核心分布，其余的炭黑则是由层平面围绕多个核心分布在聚熔体中。一个旋转核心所形成的粒子犹如树干截面的年轮，一层层的展开来，但不是很规整，看上去存在着像弯曲的石墨层的连续网格。 炭黑的形态是近年来提出的新概念，早期虽然没有明确提出“形态”一词，实际上早已采用“粒径”和“结构”来表征炭黑的形态，我们日常见到的炭黑乃是许多炭黑粒子的聚集态，炭黑粒子是这样的小，以致我们用肉眼根本不能分辨出来， 甚至用最精密的光学显微镜也难于分辨，只是从1940年才首次用电子显微镜测得了炭黑的粒子大小和形态。 当用电子显微镜测定炭黑的粒子大小时，只是热烈炭黑的粒子较大，呈球状或像桔子那样的椭球状，并能够单独的分开来，具有清晰的轮廓，其它炭黑，尤其是炉法炭黑并非球形，而且单个的炭黑粒子也是罕见的，同一种炭黑，其粒子大小不相同，通常所指的炭黑粒径是用电子显微镜照片中粒子大小的统计平均值表示的。 共享知识 分享快乐 页眉内容 中超耐磨炉黑的生产工艺 由于炭黑种类繁多，但生产设备和工艺流程都大同小异，在此介绍中超耐磨炉黑的生产过程和主要设备。 一、工艺流程 经脱水和预热的原料油，呈汽化或半汽化状进入反应炉中，天然气或煤气经风机升压，输送至炭黑反应炉，由切向喷入，空气由空气风机升压，在空气预热器下，使其预热到350摄氏度进入反应炉，供雾化原料和助燃用，原料油雾滴在1500-1600摄氏度，高温燃余气中，经一系列换热设备，冷却至450摄氏度，送入旋风分离器和滤袋器中，以便炭黑和燃余气分离，从袋虑器排出的尾气，可用作锅炉燃料，产生蒸气或带动汽轮机发电，这样既节省了部分能源，也使生产效率得到提高。 往风分离器11和袋滤器12收集的炭黑，经风筛机除去杂质后，由风送系统送入造粒2段，粉状炭黑经造粒机13造粒后，由埋刮板输送机20和斗式提升机14经磁选机16后送入炭黑贮仓，贮仓中的炭黑，经自动称量机21称量，以纸袋方式包装。 1、操作要领 生产操作要领主要包括，开气前的准备、开气顺序、正常停气操作和故障处理等。 开汽前的准备 ⑴、新炉必须按条件升温到一定温度（1750摄氏度）左右，旧炉炉温要达1000-1200摄氏度以上。