กระบวนการผลิตคาร์บอนแบล็ค

วัตถุดิบสำหรับการผลิตเม็ดสีคาร์บอนแบล็ค ได้แก่ ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมและผลิตภัณฑ์น้ำมันดินจากถ่านหินบิทูมินัส เกิดจากการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์หรือไพโรไลซิสของไฮโดรคาร์บอนที่อุณหภูมิสูง

1) กระบวนการผลิตโคมดำ

วิธีการผลิตคาร์บอนแบล็คที่เก่าแก่ที่สุดในประวัติศาสตร์คือกระบวนการผลิตโคมแบล็ค ในกระบวนการนี้ วัตถุดิบจะถูกเผาบนแผ่นเหล็กที่เผาไหม้แบบแบนซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 1.5 ม. เก็บฮูดแก๊สแล้วถึงอุปกรณ์สะสมผ่านข้อศอก (งอ 1/4) และท่อดับเพลิง เพื่อควบคุมคุณลักษณะของคาร์บอนแบล็คที่ผลิตขึ้น ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าวัตถุดิบส่วนใหญ่เผาไหม้ไม่สมบูรณ์ใกล้กับช่องว่างระหว่างแผ่นเผาไหม้กับช่องระบายอากาศ แต่ในท่อที่เข้าไปในท่อเล็กน้อย การเผาไหม้จะถูกย่อยสลายด้วยความร้อนภายใต้การขาดออกซิเจน ทำให้เกิดอนุภาคคาร์บอนแบล็คขนาดใหญ่ขึ้น ด้วยเหตุผลเหล่านี้ องค์ประกอบจึงมีการกระจายขนาดอนุภาคที่หลากหลาย และคุณสมบัติหลักคืออนุภาคหยาบ เนื่องจากมีเพียงส่วนเล็ก ๆ ของอนุภาคที่เกิดขึ้นระหว่างจานเผาไหม้และท่อไอเสียเท่านั้นที่สามารถสัมผัสกับออกซิเจนในอากาศ คาร์บอนแบล็กเหล่านี้จึงมีออกไซด์ที่พื้นผิวเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ค่า pH ที่สอดคล้องกันจึงเป็นกลาง และสารระเหยมีค่ามาก เล็ก.

2) กระบวนการผลิตก๊าซดำ

ชื่อของแก๊สแบล็กมาจากกระบวนการผลิต: เมื่อวัตถุดิบไฮโดรคาร์บอนถูกทำให้ร้อน ก๊าซจะถูกทำให้เป็นแก๊สในตอนแรก จากนั้นก๊าซที่เผาไหม้เอง (สำหรับพลังงาน) จะถูกลำเลียงเข้าสู่เตาในฐานะพาหะ คาร์บอนแบล็กจำนวนมากที่ปล่อยออกมาจากหัวเผารูปค้างคาวเหล่านี้ สร้างขึ้นจากเปลวไฟรูปพัด เนื่องจากเปลวไฟแต่ละดวงมีขนาดเล็กและเผาไหม้ในอากาศ การก่อตัวของคาร์บอนแบล็คจึงแตกต่างจากกระบวนการผลิตหลอดไฟสีดำมาก (การเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์) ที่นี่อนุภาคคาร์บอนแบล็คนั้นละเอียดมาก ตามประเภทที่แตกต่างกัน ขนาดอนุภาคเฉลี่ยอยู่ระหว่าง 10 ถึง 30 นาโนเมตร และขนาดอนุภาคเฉลี่ยของก๊าซสีดำคือ 13 นาโนเมตร บนเปลวไฟที่กำลังลุกไหม้มีถังน้ำที่หมุนช้าๆ คาร์บอนแบล็คถูกสะสมบนดรัม เมื่อขูดออก คาร์บอนแบล็คจะถูกขูดออก เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น คาร์บอนแบล็กที่สร้างขึ้นใหม่จะสัมผัสกับออกซิเจนในอากาศ เป็นผลให้เกิดออกซิเดชันบางส่วน ก่อตัวเป็นกลุ่มกรดจำนวนมาก และค่า pH ของแก๊สสีดำที่สอดคล้องกันอยู่ในช่วงที่เป็นกรด และสามารถรับสารระเหยได้ประมาณ 6% ซึ่งแสดงถึงปริมาณออกไซด์ของพื้นผิว

3) ขั้นตอนการผลิตช่องดำ

กระบวนการผลิตนี้ใช้ก๊าซธรรมชาติเป็นวัตถุดิบ กระบวนการแชนเนลแบล็กคล้ายกับกระบวนการเผาไหม้ก๊าซของกระบวนการผลิตแก๊สแบล็ก ก๊าซธรรมชาติจะเผาไหม้และปล่อยเปลวไฟรูปพัดออกมาจำนวนมาก ผลิตภัณฑ์ที่ได้นั้นคล้ายกับแก๊สแบล็ก แต่ความแตกต่างคือใช้การระบายความร้อนด้วยน้ำแบบเรียบ ร่องรูปตัวยูใช้เป็นร่องทับถมสำหรับคาร์บอนแบล็ค เนื่องจากเหตุผลทางนิเวศวิทยาและเศรษฐกิจ การใช้วิธีนี้จึงถูกยกเลิกไปเมื่อหลายปีก่อน การผลิตแก๊สแบล็กจะไม่ส่งผลกระทบต่อสภาพแวดล้อมทางนิเวศวิทยา และยังคงใช้กระบวนการแก๊สแบล็กอยู่

4) กระบวนการผลิตเตาดำ

ก๊าซสีดำผลิตขึ้นในบรรยากาศเปิด แต่กระบวนการผลิตสีดำของเตาหลอมจะดำเนินการในเตาปิดภายใต้สภาวะที่ขาดออกซิเจน แทนที่จะใช้ไฟเล็กๆ หลายครั้ง จะใช้เปลวไฟขนาดใหญ่แทน น้ำมันถูกใช้เป็นวัตถุดิบและเติมก๊าซที่ติดไฟได้เพื่อให้ถึงอุณหภูมิที่ต้องการในเตาเผา โดยการเปลี่ยนเงื่อนไขกระบวนการผลิตสีดำของเตาหลอม สามารถรับสีดำของเม็ดสีที่ต้องการได้ ตัวอย่างเช่น ภายใต้สภาวะที่แตกต่างกัน คาร์บอนแบล็คสามารถเข้าถึงขนาดอนุภาคเฉลี่ยได้หลากหลาย ตั้งแต่ 80 นาโนเมตรไปจนถึงขนาดเล็กถึง 15 นาโนเมตร และแม้แต่ขนาดเล็กเท่าแก๊สแบล็ค แต่สำหรับขนาดอนุภาคเดียวกัน ยังคงมีความแตกต่างระหว่างสีดำแก๊สและสีดำของเตาหลอม สาเหตุหลักมาจากความแตกต่างในเคมีพื้นผิว ผลิตภัณฑ์เตาหลอมสีดำค่อนข้างหยาบ โดยมีขนาดอนุภาคเฉลี่ย 40 นาโนเมตร นอกจากนี้ เมื่อใช้กระบวนการผลิตสีดำของเตาหลอม คุณสามารถเพิ่มสารประกอบพื้นฐานหรือสารเติมแต่งอื่นๆ จำนวนเล็กน้อยเพื่อเปลี่ยนระดับและประเภทของมวลรวม เพื่อให้ได้คาร์บอนแบล็คที่มีโครงสร้างสูงหรือโครงสร้างต่ำ

เนื่องจากเตาหลอมสีดำถูกผลิตขึ้นภายใต้สภาวะที่เกือบต่ำกว่าความดันบรรยากาศและอากาศไม่เพียงพอ ดังนั้นส่วนใหญ่ไม่มีออกไซด์ของพื้นผิวที่เป็นกรด แต่พบว่าโครงสร้าง pyrone ที่กล่าวถึงข้างต้นเป็นปฏิกิริยาอัลคาไลน์ สำหรับค่า pH ที่เป็นด่างของเตาหลอมสีดำนั้น เป็นเพราะการเติมอัลคาไลน์เอิร์ธในสเปรย์ดับน้ำเย็นเมื่อการก่อตัวคาร์บอนแบล็คสิ้นสุดลง และการเติมเกลืออัลคาไลน์เพื่อลดโครงสร้าง นอกจากนี้ หากเตาหลอมสีดำไม่อยู่ภายใต้การบำบัดหลังการเกิดออกซิเดชันอีกต่อไป เนื้อหาที่ระเหยได้ของเตาหลอมจะลดลง