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 углерода 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.
Если статья была вам интересной и полезной, ставьте лайк, а если хотите ежедневно получать новые статьи и узнавать больше о нефтепереработке, то подписывайтесь на канал.