天然气热裂解炭黑

热裂法是一种不连续的炭黑制造方法，每条生产线设置2个内衬耐火材料的反应炉。生产时，先在一个反应炉内通入天然气和空气并燃烧，待反应炉达到一定温度后停止通入空气，使天然气在隔绝空气的条件下热裂解生成炭黑。在该反应炉进行裂解反应时另一个反应炉天然气开始燃烧预热。每个反应炉均在完成裂解反应且温度降到一定程度后再燃烧加热，如此循环生产。生产出的炭黑与烟气混合物经喷水冷却，然后将收集到的炭黑进行造粒处理。以天然气、焦炉气或重质液态烃为原料，在无氧、无焰的情况下，经高温热解生成炭黑，称为热裂黑。它是炭黑品种谱系中比表面积最低的一类，氮吸附比表面积6～14m2/g，粒径130～470nm。其含氧量和结构都很低。这类炭黑实际上没有结构。基本上以单个球形粒子存在。

热裂黑主要有三个品种：中热裂黑、不污染的中热裂黑和细热裂黑。中热裂黑的氮吸附比表面积为6～10m2/g，细热裂黑则为10～14m2/g。

热裂法炭黑是粒子最大、结构最低的炭黑品种。热裂法炭黑填充的胶料强伸性能较低，但弹性高、硬度和生热低、电导率小，且热裂法炭黑的填充量大，其适用于轨枕垫等要求弹性高、生热低和绝缘性能好的橡胶制品。另外，热裂法炭黑的碳含量大和纯度高，可用于硬质合金、碳素制品的生产。

天然气热裂解法炭黑是天然气隔绝空气加热到1300℃裂解生成，是由大量球形、椭圆形炭和少量熔接粒子组成，具有粒径大、比表面积小、结构低、容易分散、流动性好、高填充量等特点。因其表面活性低，故也称为非补强性炭黑，是一种在轮胎气密层、胶管、胶带、油封、氟胶制品中应用较为广泛的炭黑品种之一。

根据比表面积,热裂解法炭黑分成N800或N900系列炭黑,而炉法炭黑则是从N100至N700系列。热裂解法炭黑在炭黑中具有最大的粒子尺寸(平均直径为240-320NM),其比表面积最低,仅为7-11m2 /G。相对而言,炉法炭黑粒径比热裂解法炭黑小三至二十倍(其平均直径为15-80NM), 其比表面积为27-145m2 /G。

热裂解法炭黑对邻苯二甲酸二丁酯(DBPA)吸收值在各种炭黑中是最小的,数值在32-47ml/100G之间,这表明其粒子的聚集度很小或者说结构很低。热裂解法炭黑在电子显微图上显示为许多单独的球形炭黑粒子,聚集度很小,由为数不多的熔接粒子组成。

生产热裂解法炭黑的反应时间要比炉法炭黑的长,再加上天然气热裂解所需要的高温(1300℃),使得热裂解法炭黑的石墨层平面变得十分有序,以致只有层平面的表面才露在粒子表面。层平面边缘的不饱和炭键没有暴露在外,因此热裂解法炭黑就没有与高弹体发生反应的反应部位,且不象炉法炭黑含有增加表面活性的有机官能团。

全世界的热裂解炭黑生产厂家有加拿大肯卡伯有限公司(CANCARB LIMITED)，美国赢创集团(EVONIC)和俄罗斯的GAZPROM公司的子公司。其中最大的一家是，加拿大肯卡伯公司产能为45000吨/年，质量稳定，技术先进，THERMAX FLOFORM N990和其它超纯热裂解炭黑的全球市场总占有率在80%以上。

目前我国生产中粒子热裂解法炭黑(MT)的技术还不成熟。一些对性能要求不高的橡胶制品厂家多采用进口或国产天然气半补强炭黑或喷雾炭黑填充，但由于粒径和结构的原因，应用效果与MT炭黑有较大差别。所以，在对压缩永久变形性能、抗渗透性能、耐燃油和化学介质性能、动态性能要求苛刻的密封、流体输送和减震领域，世界橡胶行业通常使用中粒子热裂解法炭黑(MT)来进行填充应用。