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三菱化学与美企合作开发轮胎用新型炭材料

2022-08-0800

炭黑产业网据中国炭黑网消息,日前,日本三菱化学控股集团与美国奥瑞金材料公司(Origin Materials)合作,以奥瑞金公司的专利技术为基础,共同开发新式化学品及新型炭材料。

为此,奥瑞金公司和三菱化学集团的炭材料业务部门之间签署了一项联合开发协议(JDA)。作为战略合作的一部分,三菱化学把奥瑞金生产的水热炭(hydrothermal carbon,HTC)转化为类似于特种炭黑的高性能材料;然后,再把这些高性能材料送给大型轮胎制造商进行测试和进一步开发。此项合作将充分利用三菱化学的技术创新能力和全球供应链优势,借此这些渠道让这种新型炭材料进入日本和国际市场。

奥瑞金的专利技术,可以将木材残渣中的碳元素转化成有用的炭材料,与用油炉法炭黑制造的轮胎相比,可以显著降低轮胎产品的碳足迹,让轮胎制造过程发生革命性变化。

这种伙伴关系,反映出三菱化学在新材料开发中利用生物质来达到碳中和,同时实现炭黑材料的可持续发展。

所谓的“水热炭”,是湿生物质历经一种热化学转化过程,利用热量和压力将其转化成的一种含水炭材料。这种热化学转化过程,亦称作“水热炭化过程(Hydrothermal Carbonization)”;该过程通常是在反应器中进行,温度范围在180至250°C之间,在自生的压力下,原料在反应器中的停留时间为0.5至8小时。它与高温热解等其他高温热化学转化技术相比,其主要优势在于,用这种工艺处理的湿废物料,无需预干燥即可进行炭化。除木材残渣之外,多种原料包括水生生物质、农作物残留物以及工业废弃物,都适用于这种转化过程。

水在整个转化过程中是良好的传热介质,但如果原料颗粒尺寸分布太宽,且反应时间太短的话,则可能导致传质不充分。因此,原料的颗粒尺寸应该是均匀的,以确保均匀的传热和传质。将送入反应器的原料加热到设定温度并保持指定的停留时间。在热转化期间会产生气体(主要是 CO2)和含水糊浆(主要是水和少量有机物和固体)。含水糊浆经离心分离或过滤分离之后,湿滤饼再经干燥,以产生富含碳元素的水热炭,也称作水炭(hydrochar)。

在水热炭化过程中会发生多种反应,如水解(与水反应)、脱水(除去水)、脱羧(除去羧基导致释放出 CO2)和芳构化(形成芳族化合物)。上述这些反应在高温和一定的压下发生,而且也降低了含水糊浆的氢碳比(H/C)和氧碳比(O/C),在生成富碳水炭方面发挥重要作用。