爐法炭黑就是將氣態(tài)烴、液態(tài)烴或其混合物作為原料，供以適量的空氣，在反應(yīng)爐內(nèi)形成密閉的湍流系統(tǒng)，將一部分原料烴和空氣燃燒產(chǎn)生高溫，使另一部分裂解產(chǎn)生炭黑。生成的炭黑懸浮在煙氣中，經(jīng)冷卻、過濾、收集、造粒為產(chǎn)品。這種生產(chǎn)方法稱為爐法。其中，使用氣態(tài)烴為主要原料的稱為氣爐法，使用液態(tài)烴為主要原料的稱為油爐法。天然氣半補(bǔ)強(qiáng)爐法炭黑生產(chǎn)工藝流程圖如下：
天然氣半補(bǔ)強(qiáng)爐法炭黑生產(chǎn)工藝流程
1-鼓風(fēng)機(jī) 2-火嘴箱 3-反應(yīng)爐 4-冷卻塔 5-排風(fēng)扇 6-袋濾器
7-收集器 8-篩選機(jī) 9-精制風(fēng)機(jī) 10-風(fēng)送旋風(fēng)分離器
11-造粒機(jī) 12-吸塵袋濾器 13-排風(fēng)機(jī)
油爐法和其他的炭黑制造方法相比，具有工藝調(diào)節(jié)手段多、能制造性能各異的許多炭黑品種，熱能利用率高、原料消耗和綜合能耗低、成本低等特點(diǎn)，因此已經(jīng)成為炭黑制造的主導(dǎo)方法。目前95%以上的炭黑都是采用油爐法制造的。
氣爐法的產(chǎn)品曾經(jīng)是橡膠用軟質(zhì)炭黑的主要品種，但是和油爐法相比，原料消耗和綜合能耗都較高，在天然氣價(jià)格提高以后，已經(jīng)被油爐法的產(chǎn)品取代。然而在有廉價(jià)天然氣的地區(qū)，制造氣爐法炭黑還是有利的，在我國(guó)仍然保留著每年約(3～4)萬噸的氣爐法炭黑生產(chǎn)，并在許多橡膠制品中被應(yīng)用。
爐法炭黑是烴類在嚴(yán)格控制的工藝條件下經(jīng)氣相不完全燃燒或熱解而成的黑色粉末狀物質(zhì)，其主要成分是元素碳，并含有少量氧、氫、硫等。炭黑粒子近似球形，粒徑10-500μm。炭黑產(chǎn)品用在橡膠加工中，通過混煉加入橡膠中作補(bǔ)強(qiáng)劑和填料。
爐法炭黑生產(chǎn)工藝是 20 世紀(jì) 20年代在美國(guó)開發(fā)出來的，經(jīng)過多年的發(fā)展，目前爐法工藝已經(jīng)成為各原料在密閉的反應(yīng)爐內(nèi)、在精確控制條件下進(jìn)行的連續(xù)快速反應(yīng)。
爐法工藝的核心部件是反應(yīng)器。在反應(yīng)器中，高速噴入霧化的原料油在1200-1900℃高溫下不完全燃燒裂解生成炭黑。反應(yīng)所需的溫度是由二次燃料(如天然氣或燃料油)燃燒所提供。反應(yīng)通過噴水冷卻及時(shí)終止3反應(yīng)產(chǎn)物炭黑及炭黑尾氣經(jīng)換熱冷卻后送入過濾系統(tǒng)將炭黑與尾氣分離。由于分離出的粉狀炭黑堆積密度很低(20-60g/L)，不利于運(yùn)輸供給下游客戶，通常需對(duì)其造粒加以壓實(shí)。
干法造粒工序較簡(jiǎn)單，主要通過轉(zhuǎn)筒將粉狀炭黑機(jī)械碾壓成為球狀的炭黑小顆粒，以便后續(xù)運(yùn)輸。
濕法造粒則需通過將水、炭黑和少量粘結(jié)劑混合在一起，加入造粒機(jī)進(jìn)行造粒。濕法造粒后的炭黑顆粒仍含有約50%左右的水分，需進(jìn)一步干燥處理后才能成為成品。
