炭黑生产用原料油知识

1炭黑生产用原料油

目前我国炭黑生产用原料油主要有二类。

1.1乙烯焦油

乙烯焦油是乙烯裂解装置产品中Go以上的渣油（Ethylene Tar简 称巳T,在国内乙烯工厂中被称为裂解燃料油或乙烯渣油），ET的质 量随裂解所用原料而变，裂解原料包括柴油、石脑油和轻姪等，裂解 原料密度越大则收率越高，芳姪含量也越高。乙烯焦油的芳姪含量较 高，但沥青质也较髙。

1.2煤焦油及其憎出油

煤焦油是煤经高温干憎的产品之一，是炼焦厂的副产品。煤焦油 的憎出油（Coal Tar简称CT）主要有蔥油（包括一蔥油和二蔥油）、 防腐油（杂酚油）等，其芳怪含量高于ET。

我们通常提到及目前使用的煤焦油是炼焦厂经过深加工后剩余 的产品，属于粗煤焦油。蔥油和防腐油是煤焦油经蒸憎后制得的，芳 姪含量高，是优质的炭黑原料油。

在国内，炭黑原料油以煤焦油为主（包括蔥油和防腐油）。

2对原料油的质量要求

炭黑原料油基本上是由烷怪、芳姪和沥青等组成，其性质在很大 程度上影响炭黑的质量和收率。炭黑生产对原料油的主要要求是芳姪 含量要高，沥青质和杂质要少。对原料油的评价主要考虑如下几个方 面。

2.1芳姪含量

芳姪含量是衡量炭黑原料油最重要的质量指标之一，通常用相关 指数和氢碳比来表征评价炭黑原料油的芳怪含量的高低。一般要求炭 黑原料油的芳怪含量要高，理想的是在70%以上为好。

芳怪原料油是由一个至多个苯环组成的环状姪，在受热反应时不 易分解，但在高温下容易发生脱氢和缩聚反应，因而生成炭黑经历的 过程最短，时间也最短。而烷姪、烯怪等姪类在生成炭黑前，必须经

历一个芳姪化的过程，因而转化为炭黑的过程（与芳怪）较长。所以 可以说芳姪是生成炭黑的主要成分。

一般乙烯焦油的芳怪含量随所用原料的不同，约为45〜7()%。煤 焦油、蔥油和防腐油除了沥青质以外，基本都是芳姪；现在质量较奸 的煤焦油的芳焰含量约为5()%左右，蔥油的芳姪含量约为70%左右, 防腐油芳姪含量约为&)%左右。

2.2沥青质和胶质

沥青质不易气化，当加热到髙于3()()°C时会分解成焦炭性物质， 导致原料油在反应炉、管道中产生结焦。乙烯焦油中的沥青质通常为

25%左右，煤焦油中的沥青质也比较高。因此，生产用原料油(经处 理

的)中的沥青质最好在8%以内。

胶质是低缩合不饱和的含氧、含氮、含硫的环烷-芳姪化合物， 经长时间氧化和加热后会变为沥青质及不溶于溶剂油的焦粒。炭黑原 料油中一般会有1 %〜10%的胶质。

沥青质和胶质是炭黑生产过程中不希望含有的，沥青质和胶质在 高温反应条件下易生成微细(5()〜15()呵)的焦粒，混杂在炭黑产品 中，降低炭黑对硫化胶的补强性能。因此，要求沥青质和胶质的含量 要尽可能地低。

2.3游离碳含量

原料油中的游离碳是煤在焦化过程中产生的，其粒度较细(一般 为

5()〜1()() 不易在焦化过程中清除干净，以致在煤焦油中形成悬 浮物。在

炭黑生产中基本不起变化，混入炭黑制品中将使橡胶的机械 物理性能显著降低。一般要求不大于10% O

2.4硫含量

硫在油品中以有机硫化物形式存在，在炭黑反应过程中可生成 SO?、

SO?和H?S等硫化物，硫含量偏高时，一是使加快生产设备腐 蚀和损坏，

二是会导致炭黑产量下降，三是会导致炭黑中游离硫含量 高，引起胶料早期硫化，降低胶料的使用性能。再就是硫化物排放超 标破坏环境。从炭黑生产应用角度考虑，一般要求不大于2%；从环 保的角度考虑，最大

不应超过()・5%。

2.5碱金属含量

主要是钠、钾离于。碱金属含量偏高时，一是会导致炭黑产品的 灰份增加，二是会降低炭黑产品的结构。钾降低炭黑结构的作用是钠 的1()倍。一般要求钠离于含量不大于10.0 ppm,钾离于含量不大于 1.()

ppm。 2.6水分

水分高会使反应炉温降低，燃烧和反应不正常，从而影响炭黑生 产装置和工艺的正常运行，影响产品质量和收率，同时会增加油的处 理成本。一般要求不大于2.0%,按现代生产的工艺要求，最奸是低 于

0.5 % o 2.7密度

密度是炭黑原料中最简单但又是一个比较重要的物理性质指标。 由密度可以判断油的品种，还可以大致了解油的质量。依品种的不同, 一般要求在l.()〜1.2g/cn?之间。一般说来，油品的密度愈髙，则芳 姪含量愈高，但热值较低，燃烧、裂解时需要的工艺热量愈多；如果 油品的密度过高，则沥青质含量会偏高，粘度也髙。

2.8憎程和平均沸点

当油料蒸憎时，流出第一滴油的气相温度为“初憎点”，蒸憎最 后达到的气相温度为“干点”。初憎点到干点之间的温度范围为油料 的憎程。理想的憎程范围应该较窄，我国煤焦油系油料和乙烯焦油的 憎程范围约为20()〜400°C , 一般要求在18()-500°C之间。憎程这项指 标在评价原料油时有很大的意义。通过分析不但可以知道憎程的宽 窄，还可以算出油品的体积平均沸点，用于计算相关指数。

所谓平均沸点就是油品憎出10%、3()%、5()%、7()%、90%等5 个憎出温度的平均值，在憎出体积小于90%时，则采用全憎程各憎 分温度的平均值。

2.9相关指数及氢碳比

相关指数是评价炭黑原料油的芳烽含量髙低的指标。当油品中的 沥青质和胶质含量不太高时，相关指数与炭黑原料油的芳怪含量成正 比。

相关指数在12()〜155之间为宜。如果相关指数过低，则生产时 的产品收率和结构会降低；若相关指数过高，则油品中的沥青质和胶 质偏多，在反应过程中容易产生结焦，从而导致产品中筛余物偏髙。

氢碳比是油品中氢原于数与碳原于数的比值。烷姪的H/C为

2.1〜4,环烷姪的H/C为1.6〜2.(),芳烽的H/C为0.7〜1.5,因此油 品中的氢

碳比愈低时,芳姪含量愈髙，氢碳比较低时适于做炭黑原料。 2.10粘度

粘度也是衡量炭黑原料油质量的重要指标之一，是评价油品在管 道输送和燃烧时的重要性能。如果粘度高，则油料的流动性差，难以 输送，会增加能量消耗；而且雾化性较差。一般要求在4.()(已彎)。 3原料油与炭黑质量的关系

原料油的质量与炭黑质量存在密切关系，不仅对炭黑的生产影响 显著，更是决定炭黑质量的最主要的因素之一。

3.1原料油质量对炭黑基本性能的影响

由于我们所用于炭黑生产的原料油是由种种不同的、各种原料油 所构成的。各种原料油的姪类组成不同，裂解的过程和生成炭黑所需 的时间不同。而原料油中混合疑种类越多，炭黑生成反应过程也越复 杂，对炭黑质量(性质)影响也越大，特别是对炭黑粒径大小的均匀 性、炭黑的结构性都是没有益处的，很难达到炭黑粒于和结构的均一 性。

混合姪原料油对炭黑粒径大小的均匀性影响很大，混合姪种类越 多，炭黑粒径的均匀性越差。可见，使用单一姪类原料油和憎程较窄 的原料油是炭黑生产的最佳选择。

如前所述，原料油中的芳怪是生成炭黑的主要成分，芳怪含量高 的原料油生成炭黑的速度快，时间短，生成的炭黑粒径均匀、结构髙, 炭黑的收率也随之提髙；相反，当原料油中的烷姪含量增加时，炭黑 的结构性下降，炭黑的收率也随之降低；而且，当原料油中的沥青质 和胶质含量较高时，也会引起炭黑的结构性下降。

3.2原料油质量对炭黑硫化胶性能的影响

炭黑对硫化胶的补强作用取决于炭黑的基本性能，即炭黑的粒径 大小和结构性。炭黑粒径分布均匀适度，则硫化胶的补强性好，如用 混合姪原料油和憎程分布宽的原料油生产炭黑是很难达到提高硫化 胶补强性能的目的的。

无论是选用哪一种原料油，生产什么品种，都希望原料油中的沥 青质和胶质含量越少越奸。沥青质和胶质在反应过程中易生成微小 ⑸〜15()呵)的焦粒。实践证明，这些微小的焦粒混杂在炭黑中每 增加

1 %时，炭黑对硫化胶的补强性能可降低5%,炭黑的DBP吸收 值下降1个

单位数值。

经考证，用1()0%的粗煤焦油生产N330和N660炭黑，尽管通过 工艺调节使产品质量达到了标准规定的质量指标，但在使用中表现出 来的应用性能非常差，主要表现为：生热高、焦烧快、强伸性能低、 耐磨性差等。

4炭黑原料油的选择

目前，我国炭黑行业的原料油供给还没有向美国那样形成专门的 炭黑原料油生产厂家，炭黑原料油来源比较杂，并且市场供应量也不 足，所以原料油的质量复杂，以“粗”代“精”的现象比较普遍。 所以，我们所购进的原料油来自不同的地区、不同的生产厂及加工工 艺，以及由不同的原料所制得，我们所用于炭黑生产的原料油就是由 这些种种不同的、各种原料油所构成的。

由于我国生产炭黑用原料油是以煤焦油及其加工油为主的，煤焦 油系原料油占炭黑原料油总量的85%以上，特别是随着焦化工艺的 进步，煤焦油深加工后剩余的重谓份，所谓的“粗”煤焦油的质量已 不同于早先的煤焦油，其密度基本上都接近1.2甚至达到1.2以上， 所含的组分很大部分是沥青油和软沥青，严格地说，这种油是不适合 作为炭黑生产用原料油的。

理想的炭黑原料油是芳姪(G。〜C14),特别是三环以上的多环芳 姪是比较理想的炭黑原料。因此，在选择煤焦油系原料油作为炭黑原 料油时，为保证炭黑质量的可靠性，尤其是应用性能，应尽量选用煤 焦油的加工油如防腐油、蔥油和二蔥油，尽量少用“粗”煤焦油，尤 其是密度墓本上接近或大于1.2的“粗”煤焦油最奸不用。