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推荐关键词:导电炭黑  色素炭黑  乙炔炭黑  橡胶级导电炭黑
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国内炭黑产业如何在竞争中把握技术先机
来源:中国化工报 | 作者:德隆导电炭黑 | 发布时间: 2020-07-10 | 953 次浏览 | 分享到:
    随着世界经济快速发展,区域合作蓬勃推进,中国炭黑工业的国际影响力持续提升,结构性矛盾依然突出,节能、环保和低碳的压力越来越大。如何走出一条科技含量高、资源消耗低、环境污染少的绿色、可持续发展之路,是国内炭黑工业界面临的挑战,而技术优势和新产品开发能力则成为企业立足市场的关键。
    
    在中国炭黑展望会上,业内专家畅谈了国内外炭黑技术发展方向,梳理了创新热点,介绍了研究最新进展,以帮助炭黑企业在竞争中更好地把握技术先机。
    
    从基础入手研发导电炭黑
    
    导电炭黑由于其特殊的性能和发展前景,成为国内外大型炭黑公司竞相研发的重点产品。国际上著名的大炭黑公司均有导电炭黑产品,但各炭黑厂商对导电炭黑的开发生产和工艺技术实施严格保密并互相封锁。由于对导电炭黑认识深度不够导致开发滞后,国内动力锂电池、矿用管材、高压电缆行业用高品质导电炭黑被迫采用进口产品,导电炭黑的开发迫在眉睫。
    
    导电炭黑的微观结构决定其应用性能,通过对导电炭黑微观结构的剖析,建立其与调控技术之间的内在联系,对指导高品质导电炭黑的生产和应用具有重要意义。因此,要重视导电炭黑微观结构与调控技术的研究。我们研究团队借助多种现代先进分析技术对与导电炭黑应用性能密切相关的微晶结构、表面性质、粒子形貌、粒度分布和纯净度进行了系统研究,并提出了这些微观结构的调控方法,以期为指导高品质导电炭黑的生产和应用奠定理论基础。研究表明,通过生产工艺优化、活化剂的添加和高温纯化处理可以灵活地对导电炭黑微观结构进行调控,生产出高品质的导电炭黑。
    
    开发超大规模反应器
    
    随着控制技术的进步和能源价格的上涨,技术人员必须拓宽思路创新炭黑工程技术,超大规模炭黑反应器由此渐入视野。所谓超大规模炭黑反应器,是指年产30万吨以上的炭黑反应装置,它可以大大提升生产效率,改善制造环境,稳定产品质量,为用户和制造商带来良好收益。目前,国内超大规模炭黑反应器的研发尚在起步。
    
    超大规模炭黑反应器的开发难度主要集中在如何提高着色强度这一问题上,这是超大型炭黑生产装置开发成功与否的重要标志。我们目前正在开发一种提高着色强度的反应技术,包括产生高温的燃烧技术及设备,以及能实现炭黑单元形成到聚集体炭化过程的反应器,通过采用“组合燃烧+多管程技术”来实现这一技术构想。实现该技术的关键因素有多点燃烧、高效雾化以及特别的原料油枪插入方式。
    
    推进双相炭黑的应用研究
    
    “双相炭黑”是一种炭黑-白炭黑双相填料,对降低胶料的滚动阻力、改善牵引力、进而生产“绿色轮胎”具有较好功效。由于双相炭黑的生产成本较高,目前国内在这方面还鲜有研发。
    
    美国卡博特公司的双相炭黑作为一种新型原材料,目前还未正式商业化生产。我们对获得的其中一个规格样品进行了若干应用研究,以探讨其是否适用于绿色轮胎配方的开发。
    
    通过对双相炭黑CRX2125的化学成分、粒径分布、配方测试等方面的研究,我们对比了这种新型炭黑与N234、白炭黑在动态性能等物性方面差异。研究发现:CRX2125的pH值较低,会影响胶料的焦烧时间;CRX2125的粒径D50以下分布相对较窄,补强效果优于N234和白炭黑165G。在动态性能方面,CRX2125接近于N234,但湿抓地力不及白炭黑。
    
    双相炭黑作为一种橡胶补强剂, 特别适用于轮胎补强,已证明它比传统填料有很大的优势。此外,其优良的加工性能和相对少的胶料偶联剂用量,可产生较大的经济效益。随着对这种新材料认识的加深,它在胶料加工和轮胎使用性能方面的优越性会日趋明显,国内相关机构应加强其研发工作。
    
    主攻反应炉材质和能量回收
    
    当今炭黑行业的技术创新主要集中在改进反应炉和喉管段设计及材质,提升原料收率,提高燃烧空气温度、燃料温度和火焰温度,以及能量回收等方面。
    
    目前大部分炭黑反应炉衬里采用耐火材料制造,反应炉应用的苛刻性(高温、高流速)限制了耐火材料的寿命,频繁更换价格昂贵的耐火材料成为常态。为此,业界一直在努力提高耐火材料质量,开发诸如高铝、氧化锆和氧化铬之类新型耐火材料。作为炭黑制造大国,中国一直在围绕反应炉和喉段不使用耐火材料开展攻关,曾尝试开发出一种“全金属”反应炉。
    
    炭黑尾气的能量回收是炭黑行业创新的另一个主要方面。若将炭黑尾气脱水并除掉其中的腐蚀性成分如硫化氢,便可预热后用作燃气轮机的燃料;燃气轮机的排气进一步冷却回收蒸汽,可以产生发电厂蒸汽涡轮发电机所需的蒸汽。这样的联合循环运行将提高电力生产的效率,增加发电量,同时可减少炭黑企业使用外来的公用电力,还可帮助炭黑企业减排等量的大气污染物。
    
    推广循环流化床煤气化技术
    
    循环流化床煤气化技术采用廉价的劣质粉煤作为气化原料,工艺指标先进、装置运行稳定可靠,生产成本显著降低,其在炭黑行业的应用前景体现在两个方面:
    
    一是为气炉法炭黑生产提供原料。研究表明,气炉法炭黑装置具有规模较小,水、电用量和运输量少,投资低,建设时间短等特点。循环流化床煤气化技术为气炉法炭黑的生产提供原料,技术可行,具有推广前景。
    
    二是为炭黑生产提供燃料。近年来万吨级新工艺炭黑生产技术普遍推广、应用,并不断进行技术升级和创新,包括原料油品种的改变,以天然气、焦炉煤气为反应炉燃料,单炉生产能力的扩大,专用设备性能的改进和放大等。通过循环流化床煤气化技术可以生产高品质的工业燃气,可为炭黑生产提供燃料,这一举措符合我国的国情,具有重要的经济、环境效益和实际应用意义。
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