炭黑项目简介

碳黑项目介绍

简介

烃类在严格控制的工艺条件下经气相不完全燃烧或热解而成的黑色粉末状物质。其成分主要是元素碳，并含有少量氧、氢和硫等。炭黑粒子近似球形，粒径介于10～500μm 间。许多粒子常熔结或聚结成三维键枝状或纤维状聚集体。在橡胶加工中，通过混炼加入橡胶中作补强剂和填料。油炉法是效率最高、经济效益最好的炭黑生产方法，产量已占炭黑总量的70%～90%。

1生产方法

主要有炉法、槽法、热裂法三种。

1.1炉法

由天然气或高芳烃油料在反应炉中经不完全燃烧或热解生成炭黑，此种炭黑称为炉黑，是炭黑品种中产量最大、品种最多的一类。炉黑与槽黑及热裂黑的显著区别是，其粒子的熔结或聚结程度可根据不同用途来调节。根据所用原料形态的不同，炉黑生产可分为气炉法和油炉法两种。气炉法所用原料和燃料均是天然气。油炉法的燃料可以是天然气、焦炉气，也可以是液态烃，原料则选用高芳烃油料，如乙烯焦油和蒽油等。在炉黑生产工艺流程（见图）中，反应炉是核心设备。生产不同品种的炉黑需采用不同结构尺寸的反应炉。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。烟气经急冷后送空气预热器、油预热器进一步降温，最后送入袋滤器，分离出的炭黑送到造粒机中造粒，然后在干燥机中干燥。

1.2槽法

以天然气为主要原料，以槽钢为火焰接触面而生产炭黑，此种炭黑称为槽黑。与炉黑及热裂黑相比，其粒子较细而比表面积较大。同时，由于采用特定的生产方式，其表面受到氧化，含有较多的含氧官能团而呈酸性。这类炭黑粒子的聚结程度较低。因含有较多的含氧官能团，可延缓橡胶的硫化速度，提高聚烯烃的耐候性以及赋予油墨良好的流动性和印刷性能。

1.3热裂法

以天然气、焦炉气或重质液态烃为原料，在无氧、无焰的情况下，经高温热解生成炭黑，称为热裂黑。它是炭黑品种中比表面积最低的一类，基本上以单个球形粒子存在,不熔结或聚结成聚集体,其表面含氧量亦很少(0.1%～0.3%)。

2理化性质

各种炭黑的差异主要在表面积（或粒子大小）、聚集体形态、粒子和聚集体的质量分布和化学组成等方面。

2.1表面积

用来鉴别和分类命名炭黑的重要性质之一。表面积用气相或液相吸附法测得。

2.2结构

炭黑的第二个重要性质。炭黑的结构取决于聚集体尺寸、形状以及每个聚集体的粒子数和平均质量。上述这些特性均影响聚集体的堆积状态和粉末的空隙容积。通常，炭黑的结构用DBP （dibutyl phthalate，邻苯二甲酸二丁酯）吸油值表示。压缩吸油值更真实地反映炭黑聚集体在胶料中的状态。

2.3密度

炭黑的密度有两种，一种是真密度，即由组成炭黑的元素及结构(或晶体结构)确定，在没有特别说明的情况下，炭黑的密度指真密度；另一种是倾注密度或视密度，其随炭黑的加工条件变化而不同，需经常测定。视密度主要为工程设备以及包装、贮运等容器的容积计算提供依据。

2.4导电性

炭黑的导电性与其结构(尤其是石墨微晶结构)、表面性质和粒径密切相关。炭黑在橡胶中的导电原理主要有导电通道和场致发射等机理。根据这些导电机理得出，炭黑粒子越小，即单位体积胶料的炭黑粒子越多，炭黑粒子间接触的几率越大或粒子间间距越小，电阻越小，导电性越好。

2.5着色强度

表征炭黑性质的指标。将一定量的炭黑和白色颜料（通常是氧化锌或钛白）混于油类展色剂中，制成灰色墨浆，然后测定该墨浆对可见光的散射能力。高着色强度的炭黑，光吸收系数高而反射率低。着色强度主要反映聚集体的平均体积及其尺寸分布。

绝大多数炭黑的碳含量高于97%，只有少数色素用炭黑的碳含量低于90%。炭黑表面上除了化学结合的氧以外，还有水分、溶剂抽出物、硫、氢和无机盐。

3分类

各种炭黑的分类常常涉及其生产方式，如槽黑、炉黑和热裂黑等。也可按用途分类，如橡胶用炭黑和色素用炭黑等。美国试验和材料学会(ASTM)颁布了一种命名系统，主要规定了橡胶用炭黑的命名原则。目前，ASTM命名系统已被世界各国所接受。它是由一个字母和三个数字组成，字母表明炭黑表面性质对橡胶加工过程的影响，以N表示正常硫化的品种，以S表示缓慢硫化的品种。字母后面的第一个数字表示炭黑的粒子大小。把所有炭黑的粒径范围分为10个等级，最细的为0而最粗的为9。其余后两个数字用以区别炭黑结构和使用性能方面的差异。如超耐磨炉黑可表示为SAF或N110；高耐磨炉黑表示为HAF或N330；高耐磨高结构炉黑表示为HAF-HS或N347；半补强炉黑为SRF或N770等。易混槽黑则表示为EDC或S300。

4应用

主要用作橡胶的补强剂和填料，其消耗量约为橡胶消耗量的一半，橡胶用炭黑占炭黑总量的94%，其中约60%用于轮胎制造。此外，也用作油墨、涂料和塑料的着色剂以及塑料制品的紫外光屏蔽剂。在许多其他制品，如电极、干电池、电阻器、炸药、化妆品及抛光膏中，它也是重要的助剂。

炭黑主要用于橡胶制品，炭黑的粒径越细，其补强性能越优越；炭黑结构度越高，其定伸应力及模量越高。细粒径的补强性品种主要用于轮胎胎面，赋予轮胎优良的耐磨性能。轮胎的其他部位，如胎侧、帘布层、带束缓冲层和内衬层，要求胶料耐曲挠

龟裂、耐臭氧氧化、具有良好的回弹性和较低的生热性能，一般选用较粗粒径的半补强型（比表面积低于40m2/g）炉黑。

色素用槽黑广泛用于油墨、涂料和塑料中。油墨、特别是新闻油墨主要使用中色素槽黑。在涂料制造过程中,高色素槽黑赋予高级汽车面漆极好的黑度和光泽,中色素槽黑用于一般工业涂料。此外，中色素槽黑也常用作聚烯烃的紫外光屏蔽剂，用于提高塑料制品的耐候性。橡胶用槽黑主要用于轮胎特别是越野及工程轮胎的胎面胶，它赋予胎面较高的强度及良好的耐磨性能。

热裂黑主要用于橡胶制品。因粒径粗而补强性能差，仅用于要求最大限度填充增量的场合，如用于制造胶垫、胶管、海绵制品、密封圈、轮胎内衬层、胎圈胶以及绝缘制品等。

5全球炭黑工业现状

5.1橡胶工业形势

由于全球炭黑需求的91%与其作为橡胶填料的用途有着密切的联系，所以炭黑市场的走势与橡胶和轮胎工业休戚相关。全世界范围内，每100份橡胶要消耗43份炭黑。除了全世界使用的橡胶总量外，对炭黑的需求还受到橡胶制品结构的影响，特别是轮胎用橡胶与非轮胎用橡胶的百分比，归根结底，机动车产量和机动车保有量（即在用车辆数）是轮胎、橡胶和配合材料领域的主要拖动力。其它重要的宏观影响因素包括工业、建筑业消费和消费者的消费状况（尤其是像家用电器之类的耐用品）。

2008年，全世界橡胶消耗总量为2260万吨，从2000年的1800万吨起每年递增2.9%。由于全球经济衰退，在经历2008年下降3.6%和2009年下降5.8%之后，预计从2010年到2015年橡胶消耗量会每年递增2.7%，达到2720万吨。

5.2 主要炭黑生产国概况

到2008年为止，十二大炭黑生产国排名依次是：中国、美国、日本、俄罗斯、印度、韩国、巴西、泰国、德国、法国、意大利和埃及。2008年，这十二个国家总共生产了800万吨炭黑，占全球产量的82%。2009年中国的产量超出美国产量约40%。美国产量下降是由于在面临轮胎工业重组以及科伦比恩、卡博特和伊沃尼克(Eyonik)等公司生产能力减小的情况下国内需求不旺。相反中国炭黑工业持续扩张和实现现代化，大部分的增长都是为了满足中国轮胎生产快速增长。2009年，卡博特公司在中国天津建成了第一流的新厂，同时科伦比恩化学品公司完成了2006年末收购的潍坊炭黑厂的扩建工程。中国的几大炭黑生产厂家也已经扩能，包括黑猫炭黑公司、山西远征化工公司和新星化碳公司等在内。

日本仍然是世界上第三大炭黑生产国，2008年产量总计达814500吨。

在希马德里(Himadri)化工、菲利普炭黑(PCB)、高技术碳和大陆碳等公司近期的和计划的扩产工程的基础上，印度的炭黑产量在顺利增长，超过全球平均增长率。由于科伦比恩、伊沃尼克和卡博特等公司扩大生产能力，巴西的炭黑产量近年来已经大幅度

增长。由于泰国炭黑、泰国东海碳产品和普利司通等公司扩大生产，泰国作为全球主要的炭黑生产国正在崛起。

5.3炭黑工业展望

从2000年到2008年，全世界炭黑需求量每年递增3.2%，而从2008年到2015年预计每年递增2.3%。在经历了2008年第四季度和2009年前两季度的非常疲软之后，全球炭黑市场在2009年七月开始复苏，尽管中国市场在2009年三月已经开始强劲反弹。复苏过程主要是被轿车轮胎（特别是高性能和超高性能领域的）行业拖动，另一方面又受到货车轮胎和橡胶工业制品的持续衰减的负面影响。特种炭黑产品市场仍然相当萧条，尤其是在受建筑业和汽车工业影响较大的那些领域，例如塑料、油漆和涂料等行业。

由于橡胶市场将从经济危机低谷中反弹，2010年出现7.3%的增长，再加上随之而来的从2010年到2015年的3.6%的长期增长，预测2015年全世界炭黑消耗量将达到1150万吨。进展将来自于亚洲，特别是中国、印度、印度尼西亚和泰国的拉动。Notch咨询集团目前预测，中国的炭黑需求总量在2015年将达到370万吨。随

着轿车子午线轮胎产量增大正在成为主要拖动力，中国市场的各个领域正在扩张。由于全球对添加炭黑填料的主要产品的需求不旺，特种炭黑产品市场已经有所滞后。

6产品方案及生产规模

6.1产品名称：橡胶用硬质、软质工艺炭黑系列产品。

6.2产品质量：国家橡胶用炭黑质量标准（GB3778-2003），出口产品质量执行国际标准ASTM标准。

6.3 生产规模：4万吨/年。

目前国内炭黑生产装置单系列能力达到4万吨/年，采用850℃高温空气预热器，2000℃炭黑反应工艺，非夹套式五段炭黑反应炉，湿法造粒，散装或吨包运输。

6.4原料及配比：

6.4.1 硬质炭黑原料：乙烯焦油（或蒽油）50%、煤焦油50% 。6.4.2 软质炭黑原料：乙烯焦油（或蒽油）60%、煤焦油40% 。

4万吨/年炭黑产品、原辅材料及能耗一览表

7 环保

7.1 本装置尾气不直接排放，80%炭黑尾气做为燃料经燃烧后50米高空排放，20%尾气送尾气燃烧炉经能量回收后30米高空排放。

7.2 本装置工艺用水闭路循环，无常态性生产废水排放。

7.3 固体废弃物为废炭黑、油渣等，可作为固体燃料外卖。

8 运输

本产品为松软材质，运距过长铁路及公路运输均较为困难。

9 原料情况：

9.1 独山子乙烯焦油现状：

独山子大小乙烯年产乙烯焦油约18万吨，其中经营销调运处外卖约2万吨/年。其余16万吨/年以互供料形式供天利实业20万吨/年石油萘装置，经该装置抽出约15%轻组分做为溶剂油或其调和组分外卖。剩余约13万吨/年的重组分（油浆）以重组分油的方式外卖。重组分原方案做为淬火油、炭黑、古马隆树脂的原料。乙烯焦油互供料价格2500元/吨、外卖3000元/吨，天利实业重组分油销售价格约

2700元/吨.

9.2 北疆地区煤焦油现状：

煤焦油是煤焦化企业或煤制天然气等煤化工企业的副产品。以煤制天然气为例：年产20亿标方天然气副产约10万吨煤焦油。目前在伊犁建设的庆华和新汶煤制天然气项目一期约可生产约16万吨/年煤焦油，但据了解伊犁地区已在配套建设煤焦油加氢精制项目。

10 产品价格：橡胶用硬质、软质工艺炭黑系列产品历史均价约在7000元/吨左右。

11 投资估算：4万吨/年炭黑项目投资约在1.5亿元（不含征地等前期费用、公用工程等外配套项目），其中土建工程0.5亿元、设备投资0.7亿元、流动资金0.3亿元。