1 炭黑生產用原料油

　　目前我國炭黑生產用原料油主要有二類。

　　1.1 乙烯焦油

　　乙烯焦油是乙烯裂解裝置產品中C10以上的渣油(Ethylene Tar 簡稱ET，在國內乙烯工廠中被稱為裂解燃料油或乙烯渣油)，ET的質量隨裂解所用原料而變，裂解原料包括柴油、石腦油和輕烴等，裂解原料密度越大則收率越高，芳烴含量也越高。乙烯焦油的芳烴含量較高，但瀝青質也較高。

　　1.2 煤焦油及其餾出油

　　煤焦油是煤經高溫干餾的產品之一，是煉焦廠的副產品。煤焦油的餾出油(Coal Tar 簡稱CT)主要有蒽油(包括一蒽油和二蒽油)、防腐油(雜酚油)等，其芳烴含量高于ET。

　　我們通常提到及目前使用的煤焦油是煉焦廠經過深加工后剩余的產品，屬于粗煤焦油。蒽油和防腐油是煤焦油經蒸餾后制得的，芳烴含量高，是的炭黑原料油。

　　在國內，炭黑原料油以煤焦油為主(包括蒽油和防腐油)。

　　2 對原料油的質量要求

　　炭黑原料油基本上是由烷烴、芳烴和瀝青等組成，其性質在很大程度上影響炭黑的質量和收率。炭黑生產對原料油的主要要求是芳烴含量要高，瀝青質和雜質要少。對原料油的評價主要考慮如下幾個方面。

　　2.1 芳烴含量

　　芳烴含量是衡量炭黑原料油重要的質量指標之一，通常用相關指數和氫碳比來表征評價炭黑原料油的芳烴含量的高低。一般要求炭黑原料油的芳烴含量要高，理想的是在70%以上為好。

　　芳烴原料油是由一個至多個環(huán)組成的環(huán)狀烴，在受熱反應時不易分解，但在高溫下容易發(fā)生脫氫和縮聚反應，因而生成炭黑經歷的過程短，時間也短。而烷烴、烯烴等烴類在生成炭黑前，必須經歷一個芳烴化的過程，因而轉化為炭黑的過程(與芳烴)較長。所以可以說芳烴是生成炭黑的主要成分。

　　一般乙烯焦油的芳烴含量隨所用原料的不同，約為45～70%。煤焦油、蒽油和防腐油除了瀝青質以外，基本都是芳烴;現在質量較好的煤焦油的芳烴含量約為50%左右，蒽油的芳烴含量約為70%左右，防腐油芳烴含量約為80%左右。

　　2.2 瀝青質和膠質

　　瀝青質不易氣化，當加熱到高于300℃時會分解成焦炭性物質，導致原料油在反應爐、管道中產生結焦。乙烯焦油中的瀝青質通常為25%左右，煤焦油中的瀝青質也比較高。因此，生產用原料油(經處理的)中的瀝青質在8%以內。

　　膠質是低縮合不飽和的含氧、含氮、含硫的環(huán)烷--芳烴化合物，經長時間氧化和加熱后會變?yōu)闉r青質及不溶于溶劑油的焦粒。炭黑原料油中一般會有1%～10%的膠質。

　　瀝青質和膠質是炭黑生產過程中不希望含有的，瀝青質和膠質在高溫反應條件下易生成微細(50～150 μm)的焦粒，混雜在炭黑產品中，降低炭黑對硫化膠的補強性能。因此，要求瀝青質和膠質的含量要盡可能地低。

　　2.3 游離碳含量

　　原料油中的游離碳是煤在焦化過程中產生的，其粒度較細(一般為50～100 μm)不易在焦化過程中清除干凈，以致在煤焦油中形成懸浮物。在炭黑生產中基本不起變化，混入炭黑制品中將使橡膠的機械物理性能顯著降低。一般要求不大于10%。

　　2.4 硫含量

　　硫在油品中以有機硫化物形式存在，在炭黑反應過程中可生成SO2、SO3和H2S等硫化物，硫含量偏高時，一是使加快生產設備腐蝕和損壞，二是會導致炭黑產量下降，三是會導致炭黑中游離硫含量高，引起膠料早期硫化，降低膠料的使用性能。再就是硫化物排放超標破壞環(huán)境。從炭黑生產應用角度考慮，一般要求不大于2%;從環(huán)保的角度考慮，不應超過0.5%。

　　2.5 堿金屬含量

　　主要是鈉、鉀離子。堿金屬含量偏高時，一是會導致炭黑產品的灰份增加，二是會降低炭黑產品的結構。鉀降低炭黑結構的作用是鈉的10倍。一般要求鈉離子含量不大于10.0 ppm，鉀離子含量不大于1.0 ppm。

　　2.6 水分

　　水分高會使反應爐溫降低，燃燒和反應不正常，從而影響炭黑生產裝置和工藝的正常運行，影響產品質量和收率，同時會增加油的處理成本。一般要求不大于2.0%，按現代生產的工藝要求，是低于0.5%。

　　2.7 密度

　　密度是炭黑原料中簡單但又是一個比較重要的物理性質指標。由密度可以判斷油的品種，還可以大致了解油的質量。依品種的不同，一般要求在1.0～1.2 g/ cm3之間。一般說來，油品的密度愈高，則芳烴含量愈高，但熱值較低，燃燒、裂解時需要的工藝熱量愈多;如果油品的密度過高，則瀝青質含量會偏高，粘度也高。

　　2.8 餾程和平均沸點

　　當油料蒸餾時，流出滴油的氣相溫度為“初餾點”，蒸餾后達到的氣相溫度為“干點”。初餾點到干點之間的溫度范圍為油料的餾程。理想的餾程范圍應該較窄，我國煤焦油系油料和乙烯焦油的餾程范圍約為200～400℃，一般要求在180～500℃之間。餾程這項指標在評價原料油時有很大的意義。通過分析不但可以知道餾程的寬窄，還可以算出油品的體積平均沸點，用于計算相關指數。

　　所謂平均沸點就是油品餾出10%、30%、50%、70%、90%等5個餾出溫度的平均值，在餾出體積小于90%時，則采用全餾程各餾分溫度的平均值。

　　2.9 相關指數及氫碳比

　　相關指數是評價炭黑原料油的芳烴含量高低的指標。當油品中的瀝青質和膠質含量不太高時，相關指數與炭黑原料油的芳烴含量成正比。相關指數在120～155之間為宜。如果相關指數過低，則生產時的產品收率和結構會降低;若相關指數過高，則油品中的瀝青質和膠質偏多，在反應過程中容易產生結焦，從而導致產品中篩余物偏高。

　　氫碳比是油品中氫原子數與碳原子數的比值。烷烴的H/C為.1～4，環(huán)烷烴的H/C為1.6～2.0，芳烴的H/C為0.7～1.5，因此油品中的氫碳比愈低時，芳烴含量愈高，氫碳比較低時適于做炭黑原料。

　　2.10 粘度

　　粘度也是衡量炭黑原料油質量的重要指標之一，是評價油品在管道輸送和燃燒時的重要性能。如果粘度高，則油料的流動性差，難以輸送，會增加能量消耗;而且霧化性較差。一般要求在4.0(E804)。

　　3 原料油與炭黑質量的關系

　　原料油的質量與炭黑質量存在密切關系，不僅對炭黑的生產影響顯著，更是決定炭黑質量的主要的因素之一。

　　3.1 原料油質量對炭黑基本性能的影響

　　由于我們所用于炭黑生產的原料油是由種種不同的、各種原料油所構成的。各種原料油的烴類組成不同，裂解的過程和生成炭黑所需的時間不同。而原料油中混合烴種類越多，炭黑生成反應過程也越復雜，對炭黑質量(性質)影響也越大，特別是對炭黑粒徑大小的均勻性、炭黑的結構性都是沒有益處的，很難達到炭黑粒子和結構的均一性。

　　混合烴原料油對炭黑粒徑大小的均勻性影響很大，混合烴種類越多，炭黑粒徑的均勻性越差?？梢?，使用單一烴類原料油和餾程較窄的原料油是炭黑生產的選擇。

　　如前所述，原料油中的芳烴是生成炭黑的主要成分，芳烴含量高的原料油生成炭黑的速度快，時間短，生成的炭黑粒徑均勻、結構高，炭黑的收率也隨之提高;相反，當原料油中的烷烴含量增加時，炭黑的結構性下降，炭黑的收率也隨之降低;而且，當原料油中的瀝青質和膠質含量較高時，也會引起炭黑的結構性下降。

　　3.2 原料油質量對炭黑硫化膠性能的影響

　　炭黑對硫化膠的補強作用取決于炭黑的基本性能，即炭黑的粒徑大小和結構性。炭黑粒徑分布均勻適度，則硫化膠的補強性好，如用混合烴原料油和餾程分布寬的原料油生產炭黑是很難達到提高硫化膠補強性能的目的的。

　　無論是選用哪一種原料油，生產什么品種，都希望原料油中的瀝青質和膠質含量越少越好。瀝青質和膠質在反應過程中易生成微小

　　(50～150 μm)的焦粒。實踐證明，這些微小的焦粒混雜在炭黑中每增加1%時，炭黑對硫化膠的補強性能可降低5%，炭黑的DBP吸收值下降1個單位數值。

　　經考證，用的粗煤焦油生產N330和N660炭黑，盡管通過工藝調節(jié)使產品質量達到了標準規(guī)定的質量指標，但在使用中表現出來的應用性能非常差，主要表現為：生熱高、焦燒快、強伸性能低、耐磨性差等。

　　4 炭黑原料油的選擇

　　目前，我國炭黑行業(yè)的原料油供給還沒有向美國那樣形成專門的炭黑原料油生產廠家，炭黑原料油來源比較雜，并且市場供應量也不足，所以原料油的質量復雜，以“粗”代 “精”的現象比較普遍。所以，我們所購進的原料油來自不同的地區(qū)、不同的生產廠及加工工藝，以及由不同的原料所制得，我們所用于炭黑生產的原料油就是由這些種種不同的、各種原料油所構成的。

　　由于我國生產炭黑用原料油是以煤焦油及其加工油為主的，煤焦油系原料油占炭黑原料油總量的85%以上，特別是隨著焦化工藝的進步，煤焦油深加工后剩余的重餾份，所謂的“粗”煤焦油的質量已不同于早先的煤焦油，其密度基本上都接近1.2甚至達到1.2以上，所含的組分很大部分是瀝青油和軟瀝青，嚴格地說，這種油是不適合作為炭黑生產用原料油的。

　　理想的炭黑原料油是芳烴(C10～C14)，特別是三環(huán)以上的多環(huán)芳烴是比較理想的炭黑原料。因此，在選擇煤焦油系原料油作為炭黑原料油時，為保證炭黑質量的可靠性，尤其是應用性能，應盡量選用煤焦油的加工油如防腐油、蒽油和二蒽油，盡量少用“粗”煤焦油，尤其是密度基本上接近或大于1.2的“粗”煤焦油不用。

　　同盛碳黑，做啥都美!