I metodi di produzione del carbon black

Ne esistono tre tipi principali: metodo del forno, metodo del serbatoio e metodo del cracking termico.
Metodo della fornace
Il carbon black è generato da gas naturale o olio altamente aromatico tramite combustione incompleta o pirolisi in un reattore. Questo tipo di carbon black è chiamato furnace black. È il tipo con la maggiore produzione e la maggior varietà tra i tipi di carbon black. La differenza significativa tra furnace black, channel black e thermal black è che il grado di sinterizzazione o agglomerazione delle sue particelle può essere regolato in base a diversi utilizzi. Pertanto, furnace black nello stesso intervallo di dimensioni delle particelle è suddiviso in diversi derivati ​​con strutture diverse. Inoltre, il contenuto di ossigeno del furnace black è solitamente inferiore a quello del channel black (meno dell'1%) e la superficie è neutra o debolmente alcalina. La caratteristica della produzione di furnace black è che il combustibile viene bruciato nel reattore per fornire il calore necessario per la rottura delle materie prime. I processi di combustione e rottura avvengono simultaneamente. In base alle diverse forme di materie prime utilizzate, la produzione di furnace black può essere suddivisa in due tipi: metodo del forno a gas e metodo del forno a olio. Le materie prime e il combustibile utilizzati nel metodo del forno a gas sono gas naturale. Il combustibile del metodo del forno a olio può essere gas naturale, gas di cokeria o idrocarburi liquidi e le materie prime sono oli altamente aromatici, come catrame di etilene e olio di antracene. Nel flusso del processo di produzione del nero di forno (vedere figura), il forno di reazione è l'attrezzatura principale. La produzione di diversi tipi di nero di forno richiede l'uso di reattori con diverse dimensioni strutturali. Aria e combustibile vengono bruciati nel reattore e le materie prime vengono atomizzate e spruzzate nella fiamma di combustione, dove vengono pirolizzate ad alta temperatura per generare nero di carbonio. Il nero di carbonio viene sospeso nel gas di combustione per formare fumo. Dopo un rapido raffreddamento, il gas di combustione viene inviato al preriscaldatore dell'aria e al preriscaldatore dell'olio per un ulteriore raffreddamento e infine inviato al filtro a maniche. Il nero di carbonio separato viene inviato al granulatore per la granulazione e quindi essiccato nell'essiccatore.
Metodo slot
Il carbon black viene prodotto utilizzando gas naturale come materia prima principale e acciaio a canale come superficie di contatto con la fiamma. Questo tipo di carbon black è chiamato channel black. Rispetto al furnace black e al thermal black, le sue particelle sono più fini e la sua area superficiale specifica è maggiore. Allo stesso tempo, a causa dello specifico metodo di produzione, la sua superficie è ossidata e contiene più gruppi funzionali contenenti ossigeno ed è acida. Questo tipo di particelle di carbon black ha un basso grado di agglomerazione. Poiché contiene più gruppi funzionali contenenti ossigeno, può ritardare la velocità di vulcanizzazione della gomma, migliorare la resistenza agli agenti atmosferici della poliolefina e conferire all'inchiostro una buona fluidità e prestazioni di stampa.
Cracking termico
Utilizzando gas naturale, gas di cokeria o idrocarburi liquidi pesanti come materie prime, il carbon black viene prodotto tramite pirolisi ad alta temperatura in assenza di ossigeno e fiamma, che viene chiamata carbon black termico. Ha la più bassa area superficiale specifica tra le varietà di carbon black. Fondamentalmente esiste come una singola particella sferica e non sinterizza o si fonde in aggregati. Anche il suo contenuto di ossigeno superficiale è molto piccolo (0.1% a 0.3%). Esistono tre principali varietà di carbon black termico: carbon black medio, carbon black medio non inquinante e carbon black termico fine. L'area superficiale specifica di adsorbimento dell'azoto del carbon black medio è 6~10m2/g, e quella del carbon black termico fine è 10~15m2g.
Conversione dell'anidride carbonica
La tecnologia sviluppata dall'Istituto di ingegneria dei processi termici del Karlsruhe Institute of Technology (KIT) estrae l'anidride carbonica direttamente dall'atmosfera e la converte in carbon black.