炭黑中多环芳烃含量在工艺中的控制

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1、炭黑中多环芳烃含量在工艺中的控制第1章前言炭黑原料油中较高的多环芳烃含量更有利于炭黑生产，炭黑生成机理表明炭黑生成的前驱物是多环芳烃物质，所以炭黑中残留一定量的多环芳烃是不可避免的问题。而这些物质有致癌性，所以降低炭黑中多环芳烃含量的研究是有必要的。表1.1几种主要炉法炭黑的多环芳烃含量炭黑品种N472N376N375N326N330N351N660N762LCF-4抽出物含量（ppm）400210014002502901300310800700另外，由于炭黑产品中多环芳烃很难脱附，只能在甲苯、丙酮之类的的溶剂作用下才能提取出多环芳烃，但是如果

2、用这种方法对炭黑产品深加工以降低其多环芳烃含量，不仅增加成本，而且会增加甲苯或丙酮对炭黑产品的污染。所以结合生产经验以及相关理论来看，通过合理调整工艺条件来控制炭黑中多环芳烃含量的方法是最为可行的方法。《炉法炭黑生产》提到，风油比的高低、原料油的雾化好坏、高温区停留时间（即反应时间）是否恰当是影响炭黑中多环芳烃含量的主要因素。所以，通过调整工艺条件控制炭黑中多环芳烃含量可以通过对反应时间、原料油雾化质量、反应温度（包括风油比）等工艺参数的调节来实现。第2章生产工艺对炭黑中多环芳烃含量的影响2.1反应时间对炭黑中多环芳烃含量的影响表2.18份N6

3、60试样的基本生产参数编号原料油燃料油空气炉温℃急冷水枪位置入炉压力MPa流量kg/h温度℃流量kg/h温度℃流量m3/h温度℃11.351550661897738001811439.95后21.771550561807338001881394.2031.851550721807838001781386.7741.461550691897138002231471.14前51.641550691896638002141464.4661.621550721807738001971400.8871.661550751808038002091409.7

4、98参数不明表2.1中8份产品均为N660产品，后5份为正常生产条件下（QTD=4.5m）的产品，前3份为工艺调整后（QTD=9.5m）时的产品，比色法初步实验结果如图2.1所示。图2.18份N660试样的甲苯抽出物由此可见，延长反应时间可以降低炭黑中多环芳烃含量。下面列出产品鉴定法得到的8份N660试样甲苯抽出物透光率。10图2.28份N660试样甲苯抽出物透光率图由图2.2中数据可以得到：急冷水枪置于后排时N660甲苯抽出物透光率在40%左右，而急冷水枪置于前排时N660甲苯抽出物透光率主要集中在30%左右，但也存在4号样品这样甲苯抽出物透

5、光率明显偏低的特例，这个问题在后面将会详细分析，在此不深入讨论。反应时间对炭黑中多环芳烃含量的影响是明显的，当QTD从4.5m调整到9.5m时，N660甲苯抽出物透光率从40%左右下降到30%左右。另外从1、2、3号（特别是1、2号）试样的试验结果来看，延长反应时间以降低炭黑中多环芳烃含量的调控能力也是有限的，当达到某一值时，再延长反应时间并不会对炭黑中多环芳烃含量有明显的影响，不仅如此，当超过这个极限值时，其他的调控手段（如原料油入炉压力及其预热温度等）也不会有很大作用，即：当反应时间达到一定时间时，反应已经趋于饱和，所以工艺调控手段已经失效

6、。这也说明通过工艺条件的调整来控制炭黑中多环芳烃含量的方法仅在反应未饱和之前是有效的，而在反应饱和之后是无效的（准确来说是作用不大）。关于反应饱和的问题在后文中将会具体分析，在此不深入讨论。2.2原料油雾化质量对炭黑中多环芳烃含量的影响影响原料油雾化质量的主要因素在于原料油入炉压力和预热温度，关于其预热温度对炭黑中多环芳烃含量的研究前人已有涉及，在此不再讨论，仅以原料油入炉压力为代表进行讨论。由于1、2、3号试样可能存在反应饱和的问题，这会导致某些工艺条件失去对炭黑中多环芳烃含量调控的性能，所以在此讨论入炉压力对炭黑中多环芳烃含量的影响的问题时

7、仅限于急冷水枪置于前排时得到的试样进行分析，而在此仅以比较有代表性的4、5号试样的实验结果与生产参数作为代表进行分析。由表2.1中的生产参数可以看出，二者风油比相同，原料油预热温度也相同，炉温也相近（相差不足7℃），差别最大的是入炉压力：生产4号试样时原料油入炉压力为1.46MPa，生产5号试样时原料油入炉压力为1.64MPa，而4号试样的甲苯抽出物透光率为16.28%，5号试样的甲苯抽出物透光率为30.34%。图2.34号试样和5号物耗试样生产时的原料油入炉压力及其甲苯透光率（甲苯透光率数据经除以10处理）10但是，原料油入炉压力对炭黑中多环

8、芳烃含量的影响也是有限的，5、6、7、8号试样的甲苯抽出物透光率结果在一定程度上说明这个问题，究其根本原因是，原料油的雾化质量也有其极限，当入炉压力达