ХИМИЯ НЕФТИ

Технический углерод

Технический углерод (сажа) - это разновидность углеродного материала, представляющего собой полидисперсный порошок черного цвета, получаемый при неполном сгорании или при термическом разложении углеродсодержащих веществ, преимущественно углеводородов, в интервале температур от 1200 до 1700°С. Технический углерод может получаться и при более высоких температурах, например, в низкотемпературной плазме.

Состав технического углерода

• углерод - 95-99,5%;
• водород - 0,2-0,9%;
• кислород - 0,1-5%;
• зола - до 0,3%.

Доля и соотношение компонентов зависит от состава сырья и технологии получения.

Получение технического углерода

Частицы технического углерода в зависимости от способа получения (прежде всего от температуры и продолжительности процесса) имеют размеры в диапазоне от 9 до 300 нм и более. Частицы химически связаны между собой в цепочки и образуют агрегаты, которые, в свою очередь, могут связываться в рыхлые цепные образования - агломераты. Линейные размеры агрегатов в зависимости от структурности технического углерода могут достигать нескольких сотен и тысяч нанометров. По строению агрегатов, по плотности упаковки судят о структурности технического углерода, количественно оцениваемой абсорбцией дибутилфталата. Частицы слагаются из кристаллитов (до 60-80%) и структурно-неупорядоченного углерода. Краевые атомы кристаллитов насыщены водородом или углеводородными радикалами и функциональными группами. В зависимости от типа технического углерода размеры кристаллитов определяются набором значений:

• в направлении, параллельном слою, в пределах 1,5-3,0 нм;
• перпендикулярном слою - 1,0-2,0 нм.

Печной способ получения технического углерода

Наиболее распространенным способом получения ТУ является печной (свыше 90%), осуществляемый в реакторах в течение нескольких миллисекунд. Процесс заключается в испарении и горении углеводородного сырья и топлива, их термическом разложении и последующем взаимодействии частиц ТУ с газообразными продуктами реакций.

Термический способ получения технического углерода

Менее распространенным является термический способ, в котором происходит разложение углеводородов без доступа воздуха (окислителя). Выход технического углерода в зависимости от сырья и технологии составляет до 70% (масс.) на сырье.

Сырьё для получения технического углерода

Сырьем для производства технического углерода служат:

• высокоароматизованные фракции переработки нефти и коксохимии;
• природные и попутные газы.

Основным жидким сырьем являются:

• газойли термического и каталитического крекинга;
• смолы пиролиза;
• ароматические экстракты;
• продукты переработки угля:
• антраценовая и хризеновая фракции;
• антраценовое масло;
• пековые дистилляты.

Процесс удается существенно интенсифицировать, а свойства технического углерода модифицировать использованием различных присадок и добавок.

Свойства и применение технического углерода

Основные показатели технического углерода:

• размер частиц (оцениваемых дисперсностью);
• структурность;
• химические свойства поверхности.

Свойства технического углерода

Свойства технического углерода в первую очередь определяются параметрами процесса и сырьевыми факторами:

• С увеличением ароматизованности сырья (числа ароматических колец и содержания углерода в циклических структурах) возрастает выход и повышается качество технического углерода.
• Дисперсность технического углерода является функцией температуры, с повышением которой увеличивается дисперсность и снижается выход. Технический углерод с повышенной дисперсностью (до определенного предела) обладает большим усиливающим действием, что используется при производстве резин.

Применение технического углерода

В настоящее время в мире производится более 7000000 тонн в год технического угдерода различного назначения.

Основными потребителями являются резиновая промышленность и промышленность пластических масс (свыше 90%).

Остальное приходится на использование:

• в качестве пигмента в полиграфической, лакокрасочной промышленности;
• в копировальной и множительной технике;
• для получения бумаги специальных сортов;
• в производстве сплавов;
• в производстве электроугольных изделий;
• в производстве гальванических элементов, карандашей, взрывчатых веществ и др.