طرق إنتاج الكربون الأسود

هناك ثلاثة أنواع رئيسية: طريقة الفرن، وطريقة الخزان، وطريقة التكسير الحراري.
طريقة الفرن
يتم توليد الكربون الأسود من الغاز الطبيعي أو الزيت العطري للغاية من خلال الاحتراق غير الكامل أو التحلل الحراري في المفاعل. يسمى هذا النوع من الكربون الأسود بالكربون الأسود الفرني. إنه النوع ذو أكبر إنتاج وأكثر أنواع الكربون الأسود تنوعًا. الفرق الكبير بين الكربون الأسود الفرني والكربون الأسود القنوي والكربون الأسود الحراري هو أنه يمكن تعديل درجة التلبيد أو التكتل لجزيئاته وفقًا لاستخدامات مختلفة. لذلك، يتم تقسيم الكربون الأسود الفرني في نفس نطاق حجم الجسيمات إلى عدة مشتقات ذات هياكل مختلفة. بالإضافة إلى ذلك، يكون محتوى الأكسجين في الكربون الأسود الفرني أقل عادةً من الكربون الأسود القنوي (أقل من 1٪)، والسطح محايد أو قلوي ضعيف. تتمثل سمة إنتاج الكربون الأسود الفرني في حرق الوقود في المفاعل لتوفير الحرارة اللازمة لتكسير المواد الخام. تحدث عمليتا الاحتراق والتكسير في وقت واحد. وفقًا للأشكال المختلفة للمواد الخام المستخدمة، يمكن تقسيم إنتاج الكربون الأسود الفرني إلى نوعين: طريقة فرن الغاز وطريقة فرن الزيت. المواد الخام والوقود المستخدمان في طريقة فرن الغاز هي الغاز الطبيعي. يمكن أن يكون وقود طريقة فرن الزيت هو الغاز الطبيعي أو غاز فرن الكوك أو الهيدروكربونات السائلة، والمواد الخام هي زيوت عطرية عالية، مثل قطران الإيثيلين وزيت الأنثراسين. في تدفق عملية إنتاج أسود الفرن (انظر الشكل)، يكون فرن التفاعل هو المعدات الأساسية. يتطلب إنتاج أنواع مختلفة من أسود الفرن استخدام مفاعلات بأحجام هيكلية مختلفة. يتم حرق الهواء والوقود في المفاعل، ويتم ذر المواد الخام ورشها في لهب الاحتراق، حيث يتم تحللها حرارياً عند درجة حرارة عالية لتوليد أسود الكربون. يتم تعليق أسود الكربون في غاز الاحتراق لتكوين الدخان. بعد التبريد السريع، يتم إرسال غاز المداخن إلى سخان الهواء وسخان الزيت لمزيد من التبريد، وأخيرًا يتم إرساله إلى مرشح الكيس. يتم إرسال أسود الكربون المنفصل إلى المحبب للحبيبات، ثم يجفف في المجفف.
طريقة الفتحة
يتم إنتاج الكربون الأسود باستخدام الغاز الطبيعي كمادة خام رئيسية والصلب القنوي كسطح اتصال للهب. يسمى هذا النوع من الكربون الأسود بالكربون الأسود القنوي. بالمقارنة مع الكربون الأسود الفرني والكربون الأسود الحراري، فإن جزيئاته أدق ومساحته السطحية المحددة أكبر. في الوقت نفسه، وبسبب طريقة الإنتاج المحددة، فإن سطحه مؤكسد ويحتوي على المزيد من المجموعات الوظيفية المحتوية على الأكسجين وهو حمضي. هذا النوع من جزيئات الكربون الأسود لديه درجة منخفضة من التكتل. لأنه يحتوي على المزيد من المجموعات الوظيفية المحتوية على الأكسجين، فإنه يمكن أن يؤخر سرعة الفلكنة للمطاط، ويحسن مقاومة الطقس للبولي أوليفين، ويعطي الحبر سيولة جيدة وأداء طباعة.
التكسير الحراري
باستخدام الغاز الطبيعي أو غاز فرن الكوك أو الهيدروكربونات السائلة الثقيلة كمواد خام، يتم إنتاج أسود الكربون من خلال التحلل الحراري عالي الحرارة في غياب الأكسجين واللهب، والذي يسمى الأسود الحراري. لديه أقل مساحة سطح محددة بين أنواع أسود الكربون. يوجد في الأساس كجسيم كروي واحد ولا يتصلب أو يندمج في مجموعات. محتوى الأكسجين على سطحه صغير جدًا أيضًا (0.1٪ إلى 0.3٪). هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الأسود الحراري: الأسود الحراري المتوسط ​​والأسود الحراري المتوسط ​​غير الملوث والأسود الحراري الناعم. تبلغ مساحة السطح المحددة لامتصاص النيتروجين للأسود الحراري المتوسط ​​6 ~ 10 م 2 / جم، ومساحة السطح المحددة للامتصاص للنيتروجين للأسود الحراري الناعم 10 ~ 15 م 2 جم.
تحويل ثاني أكسيد الكربون
تقوم التقنية التي طورها معهد هندسة العمليات الحرارية في معهد كارلسروه للتكنولوجيا (KIT) باستخراج ثاني أكسيد الكربون مباشرة من الغلاف الجوي وتحويله إلى الكربون الأسود.