Производство технического углерода из природного газа и газового конденсата

10.1. Назначение и основные физико-химические свойства технического углерода

Технический углерод (старое название - сажа) является продуктом неполного сгорания или термического разложения органических веществ, состоящий в основном из углерода (90-99 %), водорода (0,3-0,5 %) и кислорода (0,1-7,0 %). В состав технического углерода могут также входить сера (до 1,5 %) и зола (до 0,5 %). Технический углерод состоит из частиц размером от 9 до 600 мкм, образующих разветвленные цепочки, форма каждой из которых близка к сферической.

Технический углерод – полидисперсное вещество, содержащее частицы различной величины. Средний арифметический диаметр частиц D_ч определяется по формуле:

D_ч = , (10.1)

где n_i - число измеренных частиц одинакового диаметра D_i .

Технический углерод характеризуется так называемым средним поверхностным диаметром частиц:

D_а = , (10.2)

где D_а - средний диаметр частиц технического углерода, мкм;

 - плотность технического углерода, г/м³;

А - удельная поверхность, м²/г.

Размер частиц D_а и удельная поверхность технического углерода составляют соответственно 9-600 мкм и 12-250 м²/г. Удельная поверхность характеризует степень дисперсности: чем меньше размер частиц, тем больше ее удельная поверхность. Высокодисперсный технический углерод имеет более черный цвет и обладает большей красящей способностью.

Истинная плотность различных марок технического углерода составляет 1800-2000 кг/м³, а насыпная плотность – 100-350 кг/м³.

Различают два вида структур технического углерода: первичную (очень прочную) и вторичную (менее прочную).

В России технический углерод классифицируют по определенным признакам:

- способу производства;

- типу сырья, из которого получают технический углерод;

- величине удельной поверхности;

- структурности;

- отрасли, в которой используется технический углерод.

Технический углерод используется в резинотехнической и шинной промышленности (80% от общего объема его производства), в электротехнической, лакокрасочной, полиграфической и других отраслях промышленности.

Технический углерод для резинотехнической промышленности подразделяют на активный, среднеактивный, полуактивный и малоактивный. Так, стандартные резины на основе бутадиен-стирольного каучука имеют сопротивление разрыву (МПа): с активным техническим углеродом – более 20; со среднеактивным – около 19; с полуактивным – 1418, с малоактивным – менее 14. Название технического углерода для производства резины состоит из нескольких букв и числа. Так, ПМ - 100 – это технический углерод, полученный печным способом (П) с использованием в качестве сырья масла (М) и имеющий удельную поверхность 100 м²/ч. Если разные марки технического углерода разделяются структурностью, то после цифр стоят буквы: В – высокоструктурная и Н – низкоструктурная.

Для резинотехнической промышленности технический углерод должен иметь большую удельную поверхность (чем больше, тем лучше), высокое значение рН на поверхности частиц (положительно влияет на ускорение вулканизации резины) и быть высокоструктурным для увеличения механической прочности резины. Кроме того, в техническом углероде нормируются адсорбционная способность, содержание летучих, серы, посторонних включений, зольность, а также для некоторых марок оценивается тепло- и электрофизические свойства (теплопроводность, электрическое сопротивление и др.).