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隨著世界經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，區(qū)域合作蓬勃推進(jìn)，中國炭黑工業(yè)的國際影響力持續(xù)提升，結(jié)構(gòu)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(shù)優(yōu)勢(shì)和新產(chǎn)品開發(fā)能力則成為企業(yè)立足市場的關(guān)鍵。
在近日于昆明召開的2014年中國炭黑展望會(huì)上，業(yè)內(nèi)專家暢談了國內(nèi)外炭黑技術(shù)發(fā)展方向，梳理了創(chuàng)新熱點(diǎn)，介紹了研究最新進(jìn)展，以幫助炭黑企業(yè)在競爭中更好地把握技術(shù)先機(jī)。
中橡炭黑院李兵紅博士：
從基礎(chǔ)入手研發(fā)導(dǎo)電炭黑
導(dǎo)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(diǎn)產(chǎn)品。國際上著名的大炭黑公司均有導(dǎo)電炭黑產(chǎn)品，但各炭黑廠商對(duì)導(dǎo)電炭黑的開發(fā)生產(chǎn)和工藝技術(shù)實(shí)施嚴(yán)格保密并互相封鎖。由于對(duì)導(dǎo)電炭黑認(rèn)識(shí)深度不夠?qū)е麻_發(fā)滯后，國內(nèi)動(dòng)力鋰電池、礦用管材、高壓電纜行業(yè)用高品質(zhì)導(dǎo)電炭黑被迫采用進(jìn)口產(chǎn)品，導(dǎo)電炭黑的開發(fā)迫在眉睫。
導(dǎo)電炭黑的微觀結(jié)構(gòu)決定其應(yīng)用性能，通過對(duì)導(dǎo)電炭黑微觀結(jié)構(gòu)的剖析，建立其與調(diào)控技術(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)指導(dǎo)高品質(zhì)導(dǎo)電炭黑的生產(chǎn)和應(yīng)用具有重要意義。因此，要重視導(dǎo)電炭黑微觀結(jié)構(gòu)與調(diào)控技術(shù)的研究。我們研究團(tuán)隊(duì)借助多種現(xiàn)代先進(jìn)分析技術(shù)對(duì)與導(dǎo)電炭黑應(yīng)用性能密切相關(guān)的微晶結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)、粒子形貌、粒度分布和純凈度進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并提出了這些微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控方法，以期為指導(dǎo)高品質(zhì)導(dǎo)電炭黑的生產(chǎn)和應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。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(duì)導(dǎo)電炭黑微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控，生產(chǎn)出高品質(zhì)的導(dǎo)電炭黑。
廣北炭黑高工郭玉亮：
開發(fā)超大規(guī)模反應(yīng)器
隨著控制技術(shù)的進(jìn)步和能源價(jià)格的上漲，技術(shù)人員必須拓寬思路創(chuàng)新炭黑工程技術(shù)，超大規(guī)模炭黑反應(yīng)器由此漸入視野。所謂超大規(guī)模炭黑反應(yīng)器，是指年產(chǎn)30萬噸以上的炭黑反應(yīng)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(yīng)器的研發(fā)尚在起步。
超大規(guī)模炭黑反應(yīng)器的開發(fā)難度主要集中在如何提高著色強(qiáng)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(biāo)志。我們目前正在開發(fā)一種提高著色強(qiáng)度的反應(yīng)技術(shù)，包括產(chǎn)生高溫的燃燒技術(shù)及設(shè)備，以及能實(shí)現(xiàn)炭黑單元形成到聚集體炭化過程的反應(yīng)器，通過采用“組合燃燒+多管程技術(shù)”來實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)構(gòu)想。實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的關(guān)鍵因素有多點(diǎn)燃燒、高效霧化以及特別的原料油槍插入方式。
雙錢集團(tuán)總工蔣琦：
推進(jìn)雙相炭黑的應(yīng)用研究
“雙相炭黑”是一種炭黑-白炭黑雙相填料，對(duì)降低膠料的滾動(dòng)阻力、改善牽引力、進(jìn)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(duì)獲得的其中一個(gè)規(guī)格樣品進(jìn)行了若干應(yīng)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(duì)雙相炭黑CRX2125的化學(xué)成分、粒徑分布、配方測試等方面的研究，我們對(duì)比了這種新型炭黑與N234、白炭黑在動(dòng)態(tài)性能等物性方面差異。研究發(fā)現(xiàn)：CRX2125的pH值較低，會(huì)影響膠料的焦燒時(shí)間;CRX2125的粒徑D50以下分布相對(duì)較窄，補(bǔ)強(qiáng)效果優(yōu)于N234和白炭黑 165G。在動(dòng)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(bǔ)強(qiáng)劑,特別適用于輪胎補(bǔ)強(qiáng)，已證明它比傳統(tǒng)填料有很大的優(yōu)勢(shì)。此外，其優(yōu)良的加工性能和相對(duì)少的膠料偶聯(lián)劑用量，可產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著對(duì)這種新材料認(rèn)識(shí)的加深，它在膠料加工和輪胎使用性能方面的優(yōu)越性會(huì)日趨明顯，國內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)其研發(fā)工作。
美國Ganpads前副總裁Natarajan：
主攻反應(yīng)爐材質(zhì)和能量回收
當(dāng)今炭黑行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新主要集中在改進(jìn)反應(yīng)爐和喉管段設(shè)計(jì)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(yīng)爐襯里采用耐火材料制造，反應(yīng)爐應(yīng)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(jià)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(yīng)爐和喉段不使用耐火材料開展攻關(guān)，曾嘗試開發(fā)出一種“全金屬”反應(yīng)爐。
炭黑尾氣的能量回收是炭黑行業(yè)創(chuàng)新的另一個(gè)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(yù)熱后用作燃?xì)廨啓C(jī)的燃料;燃?xì)廨啓C(jī)的排氣進(jìn)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(jī)所需的蒸汽。這樣的聯(lián)合循環(huán)運(yùn)行將提高電力生產(chǎn)的效率，增加發(fā)電量，同時(shí)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(shù)
循環(huán)流化床煤氣化技術(shù)采用廉價(jià)的劣質(zhì)粉煤作為氣化原料，工藝指標(biāo)先進(jìn)、裝置運(yùn)行穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)成本顯著降低，其在炭黑行業(yè)的應(yīng)用前景體現(xiàn)在兩個(gè)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(yùn)輸量少，投資低，建設(shè)時(shí)間短等特點(diǎn)。循環(huán)流化床煤氣化技術(shù)為氣爐法炭黑的生產(chǎn)提供原料，技術(shù)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(jí)新工藝炭黑生產(chǎn)技術(shù)普遍推廣、應(yīng)用，并不斷進(jìn)行技術(shù)升級(jí)和創(chuàng)新，包括原料油品種的改變，以天然氣、焦?fàn)t煤氣為反應(yīng)爐燃料，單爐生產(chǎn)能力的擴(kuò)大，專用設(shè)備性能的改進(jìn)和放大等。通過循環(huán)流化床煤氣化技術(shù)可以生產(chǎn)高品質(zhì)的工業(yè)燃?xì)?，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(jì)、環(huán)境效益和實(shí)際應(yīng)用意義。
中國炭黑展望會(huì)是與世界炭黑會(huì)議、亞太炭黑展望會(huì)比肩的三大國際炭黑盛會(huì)之一。本屆會(huì)議由中國化工學(xué)會(huì)橡膠專業(yè)委員會(huì)炭黑分會(huì)、全國橡膠工業(yè)信息信息中心炭黑分中心主辦，中橡集團(tuán)炭黑工業(yè)研究設(shè)計(jì)院(CCBI)承辦。圖為會(huì)議現(xiàn)場。
炭黑研發(fā)新動(dòng)向
2013年對(duì)炭黑行業(yè)不是個(gè)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(yīng)對(duì)這一不利形勢(shì)，國內(nèi)外炭黑生產(chǎn)商在技術(shù)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(jìn)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(dòng)阻力，提升車輛燃油經(jīng)濟(jì)性;PROPELD11炭黑能夠提供高水平的橡膠補(bǔ)強(qiáng)作用，增強(qiáng)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(xué)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(shù)，該技術(shù)在黑崎工廠進(jìn)行了試驗(yàn)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(rèn)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(jí)組合式超導(dǎo)炭黑新工藝。該工藝生產(chǎn)的超導(dǎo)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(qiáng)的特點(diǎn)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不易和酸、堿、水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，熱穩(wěn)定性好，廣泛用于航天、電子、導(dǎo)電橡膠、傳導(dǎo)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(xiàng)目。炭黑尾氣是一種有毒的低熱值可燃?xì)怏w，嘉峪關(guān)大友企業(yè)公司炭黑尾氣自備發(fā)電項(xiàng)目是甘肅省首條利用炭黑生產(chǎn)工程中外排尾氣進(jìn)行發(fā)電的項(xiàng)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(jì)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(dòng)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(duì)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。
