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炭黑生產中雜質的產生及預防炭黑研發廠家


作者:深夜释放自己草莓app无限观看精細化工小編  |  來源:深夜释放自己草莓app精細化工  |  查看次數:


炭黑是橡膠製品行業的主要原材料之一,近90%用於汽車輪胎,10%左右用於其它製品。炭黑的質量好壞對橡膠製品的性能起很重要的作用。與任何一種化工產品一樣,炭黑也有雜質要求,雜質是炭黑產品標準中最基礎、最重要的一項指標,它若不合格,其它指標再好也沒什麽意義。在炭黑生產過程中,幾乎每項工序都有可能產生雜質;局部可能很微小,人們容易忽略,但累加起來就會非常明顯,稍不注意就可能造成產品不合格。本文結合雜質的構成,從炭黑生產過程中的幾個主要方麵,包括:原料、輔料、設備、工藝控製和操作上逐一分析,找出可能產生雜質的具體原因,采取相應措施,進一步提高產品質量,滿足各類用戶的要求。

1、雜質的分類和構成

    從廣義上來講,凡是與產品組成不同、對產品的性能

    有影響的物質都可以稱為雜質。雜質越多產品的純度就越低,其使用性能就越差。根據這個說法,炭黑的雜質主要分為物理性雜質和化學性雜質。

1.1物理性雜質

    包括水份、焦粒、耐火材料掉下的渣子及設備腐蝕後產生的鐵鏽等。除水份以液體形式存在外,其它都以固態形式存在於炭黑中。這些雜質有的與原料、生產工藝有關,如焦粒;有的與設備有關,如反應爐及一些鐵質設備會產生碴子和鐵鏽;還有的與工藝控製和操作有關,如水份。水份指標在炭黑產品標準中已明確給出,隻要深夜释放自己草莓app下载嚴格按工藝要求做就會很好地控製。而焦粒、耐火材料渣子及鐵鏽在標準中雖沒有明確規定,但是以篩餘物、機械雜質或灰份的項目來要求和控製。正常的炭黑產品機械雜質(指超過20目的物質)應不存在,篩餘物越低越好,其中325目是一個重要的指標。

1.2化學性雜質

    包括一些金屬元素、硫、H元素、O元素及一些鹽類。它們的含量雖不高,但其作用較大,金屬元素過高會影響炭黑的結構,其主要與原料有關。硫是一個很不好的物質,它的來源也是原料,據統計,原料中的硫50%進入炭黑中,另外50%以氧化物的形式進入尾氣中,除腐蝕設備,還會汙染大氣形成酸雨。H和O元素主要是構成炭黑的表麵物質,是炭黑使用性能的表征;不同品種,表麵H和O元素含量不同,造成成膠特性不同。它們與炭黑生產時的反應溫度和終止反應的急冷位置有關。一些鹽類的主要來源是原料油、急冷水、造粒水和造粒添加物。

2、雜質對炭黑使用性能的影響

   前麵說過,炭黑主要用於橡膠製品,其雜質的多少會對成膠的加工和產品性能,有重要的影響。

2.1水份

    橡膠製品加工時,其混煉和硫化均在較高溫度下進行,水份過大會產生氣泡,有炭黑粘輥現象,造成硫化不均勻,降低成膠性能。另外,水份過大使炭黑稱量時的實際重量降低,使炭黑比例減少,也會造成成膠性能下降。炭黑中水份越低越好,國標規定 ≤2.5%,一般炭黑生產廠其內控指標≤1%.

2.2機械性雜質

    包括:焦粒,耐火材料爐渣和鐵鏽,這些雜質摻入到炭黑中,影響製品表麵光潔度,大大降低成膠性能.炭黑加入到橡膠中改善其性能的主要因素是炭黑表麵有活性基團.這些雜質表麵無活性物,無法與橡膠分子結合,反而會起破壞作用,具體表現為拉伸強度低,耐曲撓性、抗龜裂性下降.在一些製品行業,機械雜質造成表麵粗糙,強度下降,如高級密封條,電纜外皮,還有會降低膠囊的使用周期等.

2.3 硫含量

   硫的存在使炭黑在成膠加工過程中容易產生早期硫化(或引起焦燒),使塑性→彈性的變化提前造成成膠後期拉伸強度和定伸強度下降.

2.4 金屬雜質和鹽類

    其含量過高會造成橡膠製品表麵龜裂,加速老化,縮短使用壽命.另外,金屬元素含量過高使炭黑的結構降低,補強性下降,降低成膠產品的耐磨性和硬度.順便提一下,在非橡膠用炭黑如導電炭黑,若金屬雜質或鹽類含量過大,會影響信息材料的電磁特性.在一些電子器件中對導電炭黑中的氯離子還有嚴格的要求.

2.5 炭黑表麵H和O元素含量

    可以用PH值或揮發份來定性。O元素含量高,PH值下降,揮發份上升,在成膠加工過程中易造成延遲硫化或縮短焦燒時間,使成膠後拉伸強度、定伸強度、硬度下降。

    對於導電炭黑來說,揮發份上升,導電性下降。

    對於色素炭黑來說,揮發份上升會增加流動性和分散性。

3 雜質的產生及預防

3.1 原料油

    受成本和來源的影響,目前,國內炭黑生產廠家主要以煤焦油係原料為主,少數幾個大的企業使用乙烯焦油。在原料油中煤焦油比例最大,約60%~80%。其它為蒽油或乙烯焦油。煤焦油由於重質餾份包括四環以上芳烴和雜環成份高,其瀝青含量大,在炭黑生產過程中也使灰份和金屬雜質較高。這些因素都直接影響炭黑的雜質。下麵表1中列出了煤焦油與炭黑生產所要求的原料油中有關項目的成份對比:

表一:

原料油分類         瀝青含量%  灰份%  K+ppm  Na+ppm

日本炭黑原料油        <10     <0.1    <2     <6

美國炭黑原料油        <11     <0.1  <2 <15

我廠原引進生產線原料油 <11     <0.07   <2     <20

煤焦油              25-35   0.1-0.3  3-10  20-200

70%煤焦油+30%蒽油    20-25   0.1-0.2   2-5   10-50

    從表一可以看出,煤焦油各項指標明顯高於規定的原料油,隻是由70%煤焦油+30%蒽油的混合油中部分指標能達到要求,但瀝青含量仍明顯高出2-3倍。上述的指標基本上是產生雜質的主要因素。

    目前,國內的炭黑企業對原料油的處理除加強對原料供應的控製外,大部分仍為簡單的方式。常用方法是靜止放水、強製脫水、逐級過濾和定期清罐,還有采取混配方式來降低產生雜質的成份,如煤焦油+蒽油或煤焦油+乙烯焦油。脫水可以將部分可溶性金屬鹽類去除,降低K+、Na+等金屬雜質含量。過濾和清罐可以除去部分瀝青和沉積物,減少焦粒產生。原料油的混配也有一定作用,有過統計,50%蒽油+50%煤焦油比20%蒽油+80%煤焦油生產出的炭黑其篩餘物和灰份能下降30-50%。

3.2 輔助材料

    包括:工藝用水(造粒和急冷用)、結構抑製劑、造粒添加物。

    工藝用水在炭黑生產過程中是必需的,但會帶入一些無機鹽類,影響炭黑的灰份。對水質有一定的要求,如PH值、總蒸發固形物、總鹽類。對工藝用水的控製包括以下幾個方麵:

(1)對於急冷用水,在保證冷卻溫度前提下,盡量提高水的霧化效果,可以減少水量。還可以加強廢熱回收,如提高空氣預熱溫度、建廢熱鍋爐或急冷鍋爐,這些都可減少急冷水量。

(2)對於造粒用水,在保證造粒效果的前提下可以少用水。也可以給造粒水加溫,加強工藝調整,都可以控製造粒用水。

    炭黑結構抑製劑常用是碳酸鉀水溶液,一般加量很少。對於個別炭黑品種如N326、N219加量較多,但一般在原料油的0.1%以下。

    造粒添加物包括粘合劑和表麵活性物,應控製加入量,一般小於炭黑量的0.1%,否則會增加炭黑灰份。在造粒效果不好的時候,不應光考慮增加添加物來提高造粒,應更多考慮更換更好的粘合劑或采取其它措施。

3.3設備

    由於設備的原因產生的雜質主要包括耐火材料渣子,膠粒和鐵鏽。

    ①反應爐:由於新築爐子烤爐不徹底,耐火材料本身質量造成下降,抗衝刷、抗氧化性下降;爐子使用後期,耐火材料脫落;局部霧化不好,使溫度過高耐火材料燒熔及頻繁開停車等係列原因,都會使耐火材料以固態渣子的形式進入到炭黑中。

    在反應爐內裂解產生炭黑過程中,由於原材料的霧化不好,喉管流速不穩,入爐壓力過大而使油滴打到爐壁;原料油中原有的結焦物如硬炭、膠質、雜物等大顆粒進入到反應爐中;開停車過多造成反應溫度波動等會使爐中產生膠粒。有的沉積在停留段,有的沉積在空氣預熱器入口處,較多部分進入到炭黑中。

    在實際生產中,首先應保證:耐火材料材質和爐體砌築要合乎要求,新爐子燒製過程應按規定程序嚴格執行。其次,在反應爐運行中,應盡量減少開停車,減少爐體的急冷和急熱。正常的開停車要按程序操作,減少更換噴嘴,勤觀察,保證好油的霧化。一旦爐體損壞,應急時停產更換,盡量不勉強開車,如澆水、降低負荷等。

    ②原料油預熱器:原料油在線預熱設計的初衷是回收煙氣廢熱,提高原料油入爐溫度,降低粘度,有利於提高炭黑性能和產率。但它對原料油的質量要求較高,尤其是瀝青要低,否則很容易結焦。在實際生產中,盡量使用瀝青含量低的原料油,控製好預熱溫度和殼程進口溫度。原料油預熱器應定期清洗,減少焦粒。例如,原料油預熱溫度控製在150℃以下結焦量大大減少。

    ③風送係統和袋濾器:這部分主要是炭黑的收集和固氣分離,設備材質多為鐵質,容易產生鐵鏽。

    在袋濾器入口的錐體部位,在開停車過程以及由於炭黑堆積使溫度下降,易凝結水和硫化物的酸類物質而產生腐蝕,會產生大量鐵鏽進入風送係統與炭黑混合。

    風送係統管道由於流速較大,一般在35-40m/s,也衝刷產生鐵鏽。雖然風送係統有微米粉碎機,但它的處理能力有限而隻是將雜質打碎,但不能分開,如果雜質太多,超出其處理能力,仍會造成產品的篩餘物和雜質超標。

    為減少設備腐蝕,應減少開停車次數,保證正常生產。開停車應按程序進行,如風送係統溫度大於200℃才可投料。對袋濾器錐體材質的改進和重新設計安歇角也是一個辦法。調整十字閥轉速或加大風送風機能力,同樣可以減少炭黑的堆積。微米粉碎機應定期檢查轉錘、篩板和齒板,一旦發現篩餘物有增大趨勢,應急時更換相應部件。一般情況下轉錘刀口磨圓後半徑大於2.0mm,應更換。

    ④造粒機:在炭黑生產設備中,造粒機是除反應爐外的另一個重要設備。炭黑造粒的好壞直接影響其使用,已有用戶反應由於造粒問題而堵塞管道。炭黑標準中有幾項指標對造粒有要求,如粒子強度、細粉含量。造粒機本身除攪齒磨損物可能進入炭黑中,基本上對炭黑雜質沒有太大影響。但是,造粒機有問題,使造粒效果變差,會需要加大造粒添加物來保持。因此從間接方麵看,保持好造粒機的運行效果也可以控製炭黑的雜質。

3.4工藝控製和操作

    進廠原料油水份是帶來金屬和無機鹽類的重要因素,應嚴格控製進廠原料油水份,不合格不能卸。進廠後的原料油應加強放水和脫水,水份應控製在0.5%以下。

   為了降低原料油中的固態沉積物,其過濾設備的選擇很重要,如內濾式和外濾式應符合具體要求。過濾級數和濾網目數應按工藝要求做定期更換,盡可能減少產生焦粒的因素。

   在炭黑反應過程中,工藝控製一定要嚴格,對原料油預熱溫度,入爐的壓力、噴嘴型號的選擇應按要求執行。開停車操作按程序走,不能私自更改,這些都可以減少或避免膠粒的產生和耐火材料渣子的形成。

   通過選擇合適的急冷水噴嘴和提高水壓的方法來控製急冷水量,使其在保證終止反應的前提下減少急冷水用量,在減少水中鹽類帶入的同時也可以提高尾氣的熱值。

   在炭黑分離及輸送係統中,應注意袋濾器錐體溫度和風送係統的壓力變化,如有異常說明有堵塞和係統不暢,時間一長使係統溫度下降產生凝結水和高濃度的酸。應急時處理保證暢通。

   在造粒方麵,加強工藝控製,定期定時檢查粒子狀況,及時調整水量,保證下貨流量穩定,在保證造好粒的前提下,控製好造粒水和添加物,以減少雜質的帶入。

   在炭黑幹燥上,應保證總體熱量的平衡,保持好幹燥爐溫度和轉筒出口溫度,使炭黑的水份不超標。





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