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隨著世界經(jīng)濟快速發(fā)展，區(qū)域合作蓬勃推進，中國炭黑工業(yè)的國際影響力持續(xù)提升，結(jié)構性矛盾依然突出，節(jié)能、環(huán)保和低碳的壓力越來越大。如何走出一條科技含量高、資源消耗低、環(huán)境污染少的綠色、可持續(xù)發(fā)展之路，是國內(nèi)炭黑工業(yè)界面臨的挑戰(zhàn)，而技術優(yōu)勢和新產(chǎn)品開發(fā)能力則成為企業(yè)立足市場的關鍵。
在近日于昆明召開的2014年中國炭黑展望會上，業(yè)內(nèi)專家暢談了國內(nèi)外炭黑技術發(fā)展方向，梳理了創(chuàng)新熱點，介紹了研究最新進展，以幫助炭黑企業(yè)在競爭中更好地把握技術先機。
中橡炭黑院李兵紅博士：
從基礎入手研發(fā)導電炭黑
導電炭黑由于其特殊的性能和發(fā)展前景，成為國內(nèi)外大型炭黑公司競相研發(fā)的重點產(chǎn)品。國際上著名的大炭黑公司均有導電炭黑產(chǎn)品，但各炭黑廠商對導電炭黑的開發(fā)生產(chǎn)和工藝技術實施嚴格保密并互相封鎖。由于對導電炭黑認識深度不夠?qū)е麻_發(fā)滯后，國內(nèi)動力鋰電池、礦用管材、高壓電纜行業(yè)用高品質(zhì)導電炭黑被迫采用進口產(chǎn)品，導電炭黑的開發(fā)迫在眉睫。
導電炭黑的微觀結(jié)構決定其應用性能，通過對導電炭黑微觀結(jié)構的剖析，建立其與調(diào)控技術之間的內(nèi)在聯(lián)系，對指導高品質(zhì)導電炭黑的生產(chǎn)和應用具有重要意義。因此，要重視導電炭黑微觀結(jié)構與調(diào)控技術的研究。我們研究團隊借助多種現(xiàn)代先進分析技術對與導電炭黑應用性能密切相關的微晶結(jié)構、表面性質(zhì)、粒子形貌、粒度分布和純凈度進行了系統(tǒng)研究，并提出了這些微觀結(jié)構的調(diào)控方法，以期為指導高品質(zhì)導電炭黑的生產(chǎn)和應用奠定理論基礎。研究表明，通過生產(chǎn)工藝優(yōu)化、活化劑的添加和高溫純化處理可以靈活地對導電炭黑微觀結(jié)構進行調(diào)控，生產(chǎn)出高品質(zhì)的導電炭黑。
廣北炭黑高工郭玉亮：
開發(fā)超大規(guī)模反應器
隨著控制技術的進步和能源價格的上漲，技術人員必須拓寬思路創(chuàng)新炭黑工程技術，超大規(guī)模炭黑反應器由此漸入視野。所謂超大規(guī)模炭黑反應器，是指年產(chǎn)30萬噸以上的炭黑反應裝置，它可以大大提升生產(chǎn)效率，改善制造環(huán)境，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，為用戶和制造商帶來良好收益。目前，國內(nèi)超大規(guī)模炭黑反應器的研發(fā)尚在起步。
超大規(guī)模炭黑反應器的開發(fā)難度主要集中在如何提高著色強度這一問題上，這是超大型炭黑生產(chǎn)裝置開發(fā)成功與否的重要標志。我們目前正在開發(fā)一種提高著色強度的反應技術，包括產(chǎn)生高溫的燃燒技術及設備，以及能實現(xiàn)炭黑單元形成到聚集體炭化過程的反應器，通過采用“組合燃燒+多管程技術”來實現(xiàn)這一技術構想。實現(xiàn)該技術的關鍵因素有多點燃燒、高效霧化以及特別的原料油槍插入方式。
雙錢集團總工蔣琦：
推進雙相炭黑的應用研究
“雙相炭黑”是一種炭黑-白炭黑雙相填料，對降低膠料的滾動阻力、改善牽引力、進而生產(chǎn)“綠色輪胎”具有較好功效。由于雙相炭黑的生產(chǎn)成本較高，目前國內(nèi)在這方面還鮮有研發(fā)。
美國卡博特公司的雙相炭黑作為一種新型原材料，目前還未正式商業(yè)化生產(chǎn)。我們對獲得的其中一個規(guī)格樣品進行了若干應用研究，以探討其是否適用于綠色輪胎配方的開發(fā)。
通過對雙相炭黑CRX2125的化學成分、粒徑分布、配方測試等方面的研究，我們對比了這種新型炭黑與N234、白炭黑在動態(tài)性能等物性方面差異。研究發(fā)現(xiàn)：CRX2125的pH值較低，會影響膠料的焦燒時間;CRX2125的粒徑D50以下分布相對較窄，補強效果優(yōu)于N234和白炭黑 165G。在動態(tài)性能方面，CRX2125接近于N234，但濕抓地力不及白炭黑。
雙相炭黑作為一種橡膠補強劑,特別適用于輪胎補強，已證明它比傳統(tǒng)填料有很大的優(yōu)勢。此外，其優(yōu)良的加工性能和相對少的膠料偶聯(lián)劑用量，可產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益。隨著對這種新材料認識的加深，它在膠料加工和輪胎使用性能方面的優(yōu)越性會日趨明顯，國內(nèi)相關機構應加強其研發(fā)工作。
美國Ganpads前副總裁Natarajan：
主攻反應爐材質(zhì)和能量回收
當今炭黑行業(yè)的技術創(chuàng)新主要集中在改進反應爐和喉管段設計及材質(zhì)，提升原料收率，提高燃燒空氣溫度、燃料溫度和火焰溫度，以及能量回收等方面。
目前大部分炭黑反應爐襯里采用耐火材料制造，反應爐應用的苛刻性(高溫、高流速)限制了耐火材料的壽命，頻繁更換價格昂貴的耐火材料成為常態(tài)。為此，業(yè)界一直在努力提高耐火材料質(zhì)量，開發(fā)諸如高鋁、氧化鋯和氧化鉻之類新型耐火材料。作為炭黑制造大國，中國一直在圍繞反應爐和喉段不使用耐火材料開展攻關，曾嘗試開發(fā)出一種“全金屬”反應爐。
炭黑尾氣的能量回收是炭黑行業(yè)創(chuàng)新的另一個主要方面。若將炭黑尾氣脫水并除掉其中的腐蝕性成分如硫化氫，便可預熱后用作燃氣輪機的燃料;燃氣輪機的排氣進一步冷卻回收蒸汽，可以產(chǎn)生發(fā)電廠蒸汽渦輪發(fā)電機所需的蒸汽。這樣的聯(lián)合循環(huán)運行將提高電力生產(chǎn)的效率，增加發(fā)電量，同時可減少炭黑企業(yè)使用外來的公用電力，還可幫助炭黑企業(yè)減排等量的大氣污染物。
中科院物理所副研究員朱治平：
推廣循環(huán)流化床煤氣化技術
循環(huán)流化床煤氣化技術采用廉價的劣質(zhì)粉煤作為氣化原料，工藝指標先進、裝置運行穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)成本顯著降低，其在炭黑行業(yè)的應用前景體現(xiàn)在兩個方面：
一是為氣爐法炭黑生產(chǎn)提供原料。研究表明，氣爐法炭黑裝置具有規(guī)模較小，水、電用量和運輸量少，投資低，建設時間短等特點。循環(huán)流化床煤氣化技術為氣爐法炭黑的生產(chǎn)提供原料，技術可行，具有推廣前景。
二是為炭黑生產(chǎn)提供燃料。近年來萬噸級新工藝炭黑生產(chǎn)技術普遍推廣、應用，并不斷進行技術升級和創(chuàng)新，包括原料油品種的改變，以天然氣、焦爐煤氣為反應爐燃料，單爐生產(chǎn)能力的擴大，專用設備性能的改進和放大等。通過循環(huán)流化床煤氣化技術可以生產(chǎn)高品質(zhì)的工業(yè)燃氣，可為炭黑生產(chǎn)提供燃料，這一舉措符合我國的國情，具有重要的經(jīng)濟、環(huán)境效益和實際應用意義。
中國炭黑展望會是與世界炭黑會議、亞太炭黑展望會比肩的三大國際炭黑盛會之一。本屆會議由中國化工學會橡膠專業(yè)委員會炭黑分會、全國橡膠工業(yè)信息信息中心炭黑分中心主辦，中橡集團炭黑工業(yè)研究設計院(CCBI)承辦。圖為會議現(xiàn)場。
炭黑研發(fā)新動向
2013年對炭黑行業(yè)不是個好年景。這一年，炭黑行業(yè)步入困境，全年企業(yè)利潤大幅度下滑。為應對這一不利形勢，國內(nèi)外炭黑生產(chǎn)商在技術創(chuàng)新上投入了更大精力，近期在炭黑原材料、生產(chǎn)工藝、新品開發(fā)及尾氣利用等方面取得諸多進展。
●卡博特公司推出了兩款全新的炭黑產(chǎn)品。其中，PROPELE7炭黑能在不降低輪胎耐磨性能的情況下夠降低輪胎滾動阻力，提升車輛燃油經(jīng)濟性;PROPELD11炭黑能夠提供高水平的橡膠補強作用，增強輪胎胎面的抗切割、抗撕裂及耐磨性能，從而延長輪胎的使用壽命，非常適用于短途卡車和工程車輪胎。
●日本三菱化學公司成功開發(fā)出一種利用植物中提取的可再生油品為原料生產(chǎn)高性能炭黑的新技術，該技術在黑崎工廠進行了試驗研究，已開始向客戶提供樣品試用。目前，工業(yè)化生產(chǎn)的炭黑大都以煤焦油系或石油系的重餾分如雜酚油、乙烯焦油或蒽油等油品為原料。而植物油由于芳烴含量低，一般認為不適合大量生產(chǎn)炭黑。
●張家口旭光化工公司開發(fā)出多級組合式超導炭黑新工藝。該工藝生產(chǎn)的超導炭黑是一種極微小的黑色粒子，具有質(zhì)輕、比重小、比表面積大、吸附性能強的特點，化學性質(zhì)穩(wěn)定，不易和酸、堿、水發(fā)生化學反應，熱穩(wěn)定性好，廣泛用于航天、電子、導電橡膠、傳導體、電纜屏蔽料、涂料、潤滑油等行業(yè)。
●甘肅省建成首條利用炭黑尾氣自備發(fā)電項目。炭黑尾氣是一種有毒的低熱值可燃氣體，嘉峪關大友企業(yè)公司炭黑尾氣自備發(fā)電項目是甘肅省首條利用炭黑生產(chǎn)工程中外排尾氣進行發(fā)電的項目，不僅可充分利用尾氣攜帶熱量，減少有害氣體排放，還可為生產(chǎn)提供充足電能，降低生產(chǎn)成本。
●墨西哥合成橡膠生產(chǎn)商尼哥若麥克斯工業(yè)公司(INSA)計劃推出白炭黑母煉膠產(chǎn)品。這種母煉膠由該公司與美國固鉑輪胎橡膠公司合作開發(fā)。由這種胎面膠生產(chǎn)的輪胎，其牽引力更高，耐磨性能更好，滾動阻力更低。另外，使用這種母煉膠，明顯提高了生產(chǎn)效率，也提升了產(chǎn)品競爭力。
●烏克蘭炭黑生產(chǎn)商——克列明秋克(Kremenchug)炭黑廠生產(chǎn)的一系列汽車橡膠制品用超純炭黑開始投放市場。該新品種炭黑的純度很高，其篩余物含量低于10ppm。這類新產(chǎn)品是克列明秋克炭黑廠與德國一家炭黑分銷商PentaCarbon公司聯(lián)合開發(fā)的，特別適用于對表面質(zhì)量要求極高的橡膠制品，如汽車的雨刷及門窗密封條等。
