碳黑項(xiàng)目介紹

簡介

燒類在嚴(yán)格控制的工藝條件下經(jīng)氣相不完全燃燒或熱解而

成的黑色粉末狀物質(zhì)。其成分重要是元素碳，并具有少量氧、氫和

硫等。炭黑粒子近似球形，粒徑介于10?500km間。許多粒子常

熔結(jié)或聚結(jié)成三維鍵枝狀或纖維狀聚集體。在橡膠加工中，通過混

煉加入橡膠中作補(bǔ)強(qiáng)劑和填料。油爐法是效率最高、經(jīng)濟(jì)效益最

佳的炭黑生產(chǎn)方法，產(chǎn)量已占炭黑總量的70%?90%。

1生產(chǎn)方法

重要有爐法、槽法、熱裂法三種。

1.1爐法

由天然氣或高芳燒油料在反映爐中經(jīng)不完全燃燒或熱解生

成炭黑，此種炭黑稱為爐黑，是炭黑品種中產(chǎn)量最大、品種最多的

一類。爐黑與槽黑及熱裂黑的顯著區(qū)別是，其粒子的熔結(jié)或聚結(jié)限

度可根據(jù)不同用途來調(diào)節(jié)。根據(jù)所用原料形態(tài)的不同，爐黑生產(chǎn)可

分為氣爐法和油爐法兩種。氣爐法所用原料和燃料均是天然氣。

油爐法的燃料可以是天然氣、焦?fàn)t氣，也可以是液態(tài)燒，原料則選

用高芳煌油料，如乙烯焦油和蔥油等。在爐黑生產(chǎn)工藝流程（見圖）

中，反映爐是核心設(shè)備。生產(chǎn)不同品種的爐黑需采用不同結(jié)構(gòu)尺寸

的反映爐。空氣和燃料在反映爐中燃燒，原料經(jīng)霧化后噴入燃燒的

火焰中，經(jīng)高溫?zé)峤馍商亢凇Ｌ亢趹腋∮谌加鄽庵行纬蔁煔釩煙

氣經(jīng)急冷后送空氣預(yù)熱器、油預(yù)熱器進(jìn)一步降溫，最后送入袋濾器,

分離出的炭黑送到造粒機(jī)中造粒，然后在干燥機(jī)中干燥。

1.2槽法

以天然氣為重要原料，以槽鋼為火焰接觸面而生產(chǎn)炭黑，此

種炭黑稱為槽黑。與爐黑及熱裂黑相比，其粒子較細(xì)而比表面積較

大。同時(shí)，由于采用特定的生產(chǎn)方式，其表面受到氧化，具有較多

的含氧官能團(tuán)而呈酸性。這類炭黑粒子的聚結(jié)限度較低。因具有

較多的含氧官能團(tuán)，可延緩橡膠的硫化速度，提高聚烯好的耐候

性以及賦予油墨良好的流動(dòng)性和印刷性能。

1.3熱裂法

以天然氣、焦?fàn)t氣或重質(zhì)液態(tài)燒為原料，在無氧、無焰的情況

下，經(jīng)高溫?zé)峤馍商亢?，稱為熱裂黑。它是炭黑品種中比表面積

最低的一類，基本上以單個(gè)球形粒子存在，不熔結(jié)或聚結(jié)成聚集體,

其表面含氧量亦很少（0.1%?0.3%）。

2理化性質(zhì)

各種炭黑的差異重要在表面積（或粒子大?。?、聚集體形態(tài)、

粒子和聚集體的質(zhì)量分布和化學(xué)組成等方面。

2.1表面積

用來鑒別和分類命名炭黑的重要性質(zhì)之一。表面積用氣相或

液相吸附法測得。

2.2結(jié)構(gòu)

炭黑的第二個(gè)重要性質(zhì)。炭黑的結(jié)構(gòu)取決于聚集體尺寸、形

狀以及每個(gè)聚集體的粒子數(shù)和平均質(zhì)量。上述這些特性均影響聚

集體的堆積狀態(tài)和粉末的空隙容積。通常，炭黑的結(jié)構(gòu)用DBP

（dibutylphthalate,鄰苯二甲酸二丁酯）吸油值表達(dá)。壓縮吸油值

更真實(shí)地反映炭黑聚集體在膠料中的狀態(tài)。

2.3密度

炭黑的密度有兩種，一種是真密度，即由組成炭黑的元素及

結(jié)構(gòu)（或晶體結(jié)構(gòu)）擬定，在沒有特別說明的情況下，炭黑的密度指

真密度；另一種是傾注密度或視密度，其隨炭黑的加工條件變化而

不同，需經(jīng)常測定。視密度重要為工程設(shè)備以及包裝、貯運(yùn)等容器

的容積計(jì)算提供依據(jù)。

2.4導(dǎo)電性

炭黑的導(dǎo)電性與其結(jié)構(gòu)（特別是石墨微晶結(jié)構(gòu)）、表面性質(zhì)和粒

徑密切相關(guān)。炭黑在橡膠中的導(dǎo)電原理重要有導(dǎo)電通道和場致發(fā)

射等機(jī)理。根據(jù)這些導(dǎo)電機(jī)理得出，炭黑粒子越小，即單位體積膠

料的炭黑粒子越多，炭黑粒子間接觸的幾率越大或粒子間間距越

小，電阻越小，導(dǎo)電性越好。

2.5著色強(qiáng)度

表征炭黑性質(zhì)的指標(biāo)。將一定量的炭黑和白色顏料（通常

是氧化鋅或鈦白）混于油類展色劑中，制成灰色墨漿，然后測定該

墨漿對(duì)可見光的散射能力。高著色強(qiáng)度的炭黑，光吸取系數(shù)高而反

射率低。著色強(qiáng)度重要反映聚集體的平均體積及其尺寸分布。

絕大多數(shù)炭黑的碳含量高于97%,只有少數(shù)色素用炭黑的碳

含量低于90%。炭黑表面上除了化學(xué)結(jié)合的氧以外，尚有水分、溶

劑抽出物、硫、氫和無機(jī)鹽。

3分類

各種炭黑的分類經(jīng)常涉及其生產(chǎn)方式，如槽黑、爐黑和熱裂黑等。

也可按用途分類，如橡膠用炭黑和色素生炭黑等。美國實(shí)驗(yàn)和材料

學(xué)會(huì)(ASTM)頒布了一種命名系統(tǒng)，重要規(guī)定了橡膠用炭黑的命名

原則。目前,ASTM命名系統(tǒng)已被世界各國所接受。它是由一個(gè)字

母和三個(gè)數(shù)字組成，字母表白炭黑表面性質(zhì)對(duì)橡膠加工過程的影

響，以N表達(dá)正常硫化的品種，以S表達(dá)緩慢硫化的品種。字母后

面的第一個(gè)數(shù)字表達(dá)炭黑的粒子大小。把所有炭黑的粒徑范圍分

為10個(gè)等級(jí)，最細(xì)的為。而最粗的為9。其余后兩個(gè)數(shù)字用以區(qū)別

炭黑結(jié)構(gòu)和使用性能方面的差異。如超耐磨爐黑可表達(dá)為SAF或

N110;高耐磨爐黑表達(dá)為HAF或N330;高耐磨高結(jié)構(gòu)爐黑表達(dá)

為HAF-HS或N347;半補(bǔ)強(qiáng)爐黑為SRF或N770等。易混槽黑則

表達(dá)為EDC或S300o

4應(yīng)用

重要用作橡膠的補(bǔ)強(qiáng)劑和填料，其消耗量約為橡膠消耗量的

一半，橡膠用炭黑占炭黑總量的94%,其中約60%用于輪胎制造。

此外，也用作油墨、涂料和塑料的著色劑以及塑料制品的紫外光屏

蔽劑。在許多其他制品，如電極、干電池、電阻器、炸藥、化妝品

及拋光膏中，它也是重要的助劑。

炭黑重要用于橡膠制品，炭黑的粒徑越細(xì)，其補(bǔ)強(qiáng)性能越優(yōu)

越；炭黑結(jié)構(gòu)度越高，其定伸應(yīng)力及模量越高。細(xì)粒徑的補(bǔ)強(qiáng)性品

種重要用于輪胎胎面，賦予輪胎優(yōu)良的耐磨性能。輪胎的其他部位,

如胎側(cè)、簾布層、帶束緩沖層和內(nèi)襯層，規(guī)定膠料耐曲撓龜裂、耐

臭氧氧化、具有良好的回彈性和較低的生熱性能，一般選用較粗粒

徑的半補(bǔ)強(qiáng)型(比表面積低于40m2/g)爐黑。

色素用槽黑廣泛用于油墨、涂料和塑料中。油墨、特別是新

聞?dòng)湍匾褂弥猩夭酆?。在涂料制造過程中，高色素槽黑賦予

高級(jí)汽車面漆極好的黑度和光澤，中色素槽黑用于一般工業(yè)涂料。

此外，中色素槽黑也常用作聚烯燒的紫外光屏蔽劑，用于提高塑

料制品的耐候性。橡膠用槽黑重要用于輪胎特別是越野及工程輪

胎的胎面膠，它賦予胎面較高的強(qiáng)度及良好的耐磨性能。

熱裂黑重要用于橡膠制品。因粒徑粗而補(bǔ)強(qiáng)性能差，僅用于規(guī)定最

大限度填充增量的場合，如用于制造膠墊、膠管、海綿制品、密封

圈、輪胎內(nèi)襯層、胎圈膠以及絕緣制品等。

5全球炭黑工業(yè)現(xiàn)狀

5.1橡膠工業(yè)形勢(shì)

由于全球炭黑需求的91%與其作為橡膠填料的用途有著密切

的聯(lián)系，所以炭黑市場的走勢(shì)與橡膠和輪胎工業(yè)休戚相關(guān)。全世界

范圍內(nèi)，每100份橡膠要消耗43份炭黑。除了全世界使用的橡膠

總量外，對(duì)炭黑的需求還受到橡膠制品結(jié)構(gòu)的影響，特別是輪胎

用橡膠與非輪胎用橡膠的比例，歸根結(jié)底，機(jī)動(dòng)車產(chǎn)量和機(jī)動(dòng)車

保有量（即在用車輛數(shù)）是輪胎、橡膠和配合材料領(lǐng)域的重要拖

動(dòng)力。其它重要的宏觀影響因素涉及工業(yè)、建筑業(yè)消費(fèi)和消費(fèi)者

的消費(fèi)狀況（特別是像家用電器之類的耐用品）。

2023年，全世界橡狡消耗總量為226（）萬噸，從2023年的1800萬噸

起每年遞增2.9%。由于全球經(jīng)濟(jì)衰退，在經(jīng)歷2023年下降3.6%和

2023年下降5.8%之后，預(yù)計(jì)從2023年到2023年橡膠消耗量會(huì)每年

遞增2.7%,達(dá)成2720萬噸。

5.2重要炭黑生產(chǎn)國概況

到2023年為止，十二大炭黑生產(chǎn)國排名依次是：中國、美

國、日本、俄羅斯、印度、韓國、巴西、泰國、德國、法國、意

大利和埃及。2023年，這十二個(gè)國家總共生產(chǎn)了800萬噸炭黑，占

全球產(chǎn)量的82%o2023年中國的產(chǎn)量超過美國產(chǎn)量約40%o美國

產(chǎn)量下降是由于在面臨輪胎工業(yè)重組以及科倫比恩、卡博特和伊

沃尼克(Eyonik)等公司生產(chǎn)能力減小的情況下國內(nèi)需求不旺。相反

中國炭黑工業(yè)連續(xù)擴(kuò)張和實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化，大部分的增長都是為了滿

足中國輪胎生產(chǎn)快速增長。2023年，卡博特公司在中國天津建成了

第一流的新廠，同時(shí)科倫比恩化學(xué)品公司完畢了2023年末收購的

濰坊炭黑廠的擴(kuò)建工程。中國的幾大炭黑生產(chǎn)廠家也已經(jīng)擴(kuò)能，涉

及黑貓?zhí)亢诠?、山西遠(yuǎn)征化工公司和新星化碳公司等在內(nèi)。

日本仍然是世界上第三大炭黑生產(chǎn)國，2023年產(chǎn)量總計(jì)達(dá)

814500噸。

在希馬德里(Himadri)化工、菲利普炭黑(PCB)、高技術(shù)碳和大陸碳

等公司近期的和計(jì)劃的擴(kuò)產(chǎn)工程的基礎(chǔ)上，印度的炭黑產(chǎn)量在順

利增長，超過全球平均增長率。由于科倫比恩、伊沃尼克和卡博特

等公司擴(kuò)大生產(chǎn)能力，巴西的炭黑產(chǎn)量近年來已經(jīng)大幅度增長。由

于泰國炭黑、泰國東海碳產(chǎn)品和普利司通等公司擴(kuò)大生產(chǎn)，泰國作

為全球重要的炭黑生產(chǎn)國正在崛起。

5.3炭黑工業(yè)展望

從2023年到2023年，全世界炭黑需求量每年遞增3.2%,而從

2023年到2023年預(yù)計(jì)每年遞增2.3%。在經(jīng)歷了2023年第四季度

和2023年前兩季度的非常疲軟之后，全球炭黑市場在2023年七月

開始復(fù)蘇，盡管中國市場在2023年三月已經(jīng)開始強(qiáng)勁反彈。復(fù)蘇

過程重要是被轎車輪胎(特別是高性能和超高性能領(lǐng)域的)行業(yè)

拖動(dòng)，另一方面又受到貨車輪胎和橡膠工業(yè)制品的連續(xù)衰減的負(fù)

面影響。特種炭黑產(chǎn)品市場仍然相稱蕭條，特別是在受建筑業(yè)和汽

車工業(yè)影響較大的那些領(lǐng)域，例如塑料、油漆和涂料等行業(yè)。

由于橡膠市場將從經(jīng)濟(jì)危機(jī)低谷中反彈，2023年出現(xiàn)7.3%的增長,

再加上隨之而來的從2023年到2023年的3.6%的長期增長，預(yù)測

2023年全世界炭黑消耗量將達(dá)成1150萬噸。進(jìn)展將來自于亞洲，特

別是中國、印度、印度尼西亞和泰國的拉動(dòng)。Notch征詢集團(tuán)目前

預(yù)測，中國的炭黑需求總量在2023年將達(dá)成37()萬噸。隨著轎車

子午線輪胎產(chǎn)量增大正在成為重要拖動(dòng)力，中國市場的各個(gè)領(lǐng)域

正在擴(kuò)張。由于全球?qū)μ砑犹亢谔盍系闹匾a(chǎn)品的需求不旺，特種

炭黑產(chǎn)品市場已有所滯后。

6產(chǎn)品方案及生產(chǎn)規(guī)模

6.1產(chǎn)品名稱：橡膠用硬質(zhì)、軟質(zhì)工藝炭黑系列產(chǎn)品。

6.2產(chǎn)品質(zhì)量：國家橡膠用炭黑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3778-2023）,出口產(chǎn)品

質(zhì)量執(zhí)行國際標(biāo)準(zhǔn)ASTM標(biāo)準(zhǔn)。

6.3生產(chǎn)規(guī)模：4萬噸/年。

目前國內(nèi)炭黑生產(chǎn)裝置單系列能力達(dá)成4萬噸/年，采用850℃高

溫空氣預(yù)熱器，2023℃炭黑反映工藝，非天套式五段炭黑反映爐：濕

法造粒，散裝或噸包運(yùn)送。

6.4原料及配比：

6.4.1硬質(zhì)炭黑原料：乙烯焦油（或懣:油）50%、煤焦油50%o

6.4.2軟質(zhì)炭黑原料：乙烯焦油（或;t油）60%、煤焦油40%o

4萬噸/年炭黑產(chǎn)品、原輔材料及能耗一覽表

序名稱單耗（t/t產(chǎn)品）年耗（萬噸/年）、產(chǎn)量（萬

號(hào)噸/年）

1硬質(zhì)炭黑2

2軟質(zhì)炭黑2

3乙烯焦油0.873.47

4煤焦油0.722.87

5天然氣355標(biāo)方/噸產(chǎn)品1420萬標(biāo)方/年

6電耗360Kwh/噸產(chǎn)品288萬Kwh/年

7新水35萬噸/年

8粘結(jié)劑（木質(zhì)素）400噸/年

9添加劑8噸/年

10包裝袋100萬條/年

11單位產(chǎn)品能耗69()()()MJ/噸產(chǎn)品

7環(huán)保

7.1本裝置尾氣不直接排放，80%炭黑尾氣做為燃料經(jīng)燃燒后50米高

空排放,20%尾氣送尾氣燃燒爐經(jīng)能量回收后30米高空排放。

7.2本裝置工藝用水閉路循環(huán)，無常態(tài)性生產(chǎn)廢水排放°

7.3固體廢棄物為廢炭黑、油渣等，可作為固體燃料外賣。

8運(yùn)送

本產(chǎn)品為松軟材質(zhì)，