炭黑原料油的纯化方法、导电炭黑及其应用与流程

本发明涉及炭黑制备领域，特别是涉及一种炭黑原料油的纯化方法、导电炭黑及其应用。

背景技术：

1、炭黑是烃类(通常称为炭黑原料油)在严格控制的工艺条件下经气相不完全燃烧或热解而成的黑色粉末状物质，其成分主要是元素碳，并含有少量氧、氢和硫等。为了使半导电屏蔽料具有良好的加工性能和物理机械性能，导电物质应选用具有良好导电性能的导电炭黑，它们必须具有特殊的石墨化结构，因此要选用吸油值和比表面大的炭黑。炭黑吸油值的大小代表了炭黑聚集体结构的高低，一般说来，吸油值越高，炭黑的结构性越高，支链越发达，越有利于导电炭黑形成导电连通网络。

2、炭黑的结构是指炭黑基本粒子的聚集状态和程度，也是一次结构和二次结构的总称。大部分炭黑品种的粒径处于纳米尺寸范围(<100nm)以内，它们的表面又富含活性基团，因此粒子间不可避免或多或少存在着结聚倾向。炭黑制造过程始终处于高温条件之下，相邻粒子同时生成，互熔成链状，并占有三度空间，这被称为一次结构。而在后加工阶段，一次结构之间由于物理吸附或范德华力或静电而形成的结构，称为二次结构。二次结构较为松散，很容易被破坏，而炭黑的结构对于炭黑性能具有至关重要的影响，提高炭黑的一次结构具有重要意义。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种炭黑原料油的纯化方法，能够制备高纯炭黑原料油，该炭黑原料油能够用于制备导电炭黑，且能提高导电炭黑的一次结构。

2、本发明是通过如下技术方案实现的：

3、一种炭黑原料油的纯化方法，包括如下步骤：

4、对所述炭黑原料油进行预处理，制备炭黑原料油粗品；

5、对所述炭黑原料油粗品进行电场处理。

6、在其中一些实施方式中，电场处理的步骤包括：

7、对所述炭黑原料油粗品施加电场，使所述炭黑原料油粗品中的碱金属离子定向移动。

8、在其中一些实施方式中，所述碱金属离子包括钾离子和钠离子中的一种或多种，1ppm所述碱金属离子对应的电场强度≥10v/m。

9、在其中一些实施方式中，所述碱金属离子为钾离子和钠离子的混合离子，1ppm所述碱金属离子对应的电场强度≥50v/m。

10、在其中一些实施方式中，所述炭黑原料油包括煤焦油、炭黑油、蒽油和乙烯焦油中的一种或几种。

11、在其中一些实施方式中，所述煤焦油的灰分≤0.1％。

12、在其中一些实施方式中，所述煤焦油的水分≤4.0％。

13、在其中一些实施方式中，所述煤焦油的甲苯不溶物≤6.0％。

14、在其中一些实施方式中，所述煤焦油在20℃下密度为1.16g/cm3～1.19g/cm3。

15、在其中一些实施方式中，所述炭黑油的灰分≤0.1％。

16、在其中一些实施方式中，所述炭黑油的水分≤0.5％。

17、在其中一些实施方式中，所述炭黑油的甲苯不溶物≤6.0％。

18、在其中一些实施方式中，所述炭黑油在20℃下密度为1.19g/cm3～1.21g/cm3。

19、在其中一些实施方式中，所述蒽油来自煤焦油300℃～360℃馏分。

20、在其中一些实施方式中，所述蒽油的灰分≤0.02％。

21、在其中一些实施方式中，所述蒽油的水分≤0.5％。

22、在其中一些实施方式中，所述蒽油的甲苯不溶物≤0.2％。

23、在其中一些实施方式中，所述蒽油在20℃下密度为1.12g/cm3～1.14g/cm3。

24、在其中一些实施方式中，所述乙烯焦油的灰分≤0.03％。

25、在其中一些实施方式中，所述乙烯焦油的水分≤0.5％。

26、在其中一些实施方式中，所述乙烯焦油的甲苯不溶物≤0.3％。

27、在其中一些实施方式中，所述乙烯焦油在20℃下密度为1.06g/cm3～1.10g/cm3。

28、在其中一些实施方式中，所述原料油包括蒽油和乙烯焦油的混合液，所述蒽油和所述乙烯焦油的的质量比≥7:3。

29、在其中一些实施方式中，预处理包括如下步骤：

30、将所述原料油加热至80℃～90℃，通过沉降处理和固液分离处理制备所述炭黑原料油粗品。

31、本发明还提供了一种导电炭黑的制备方法，包括如下步骤：

32、提供炭黑原料油，按照上述的炭黑原料油的纯化方法对所述炭黑原料油进行纯化，制备原料油纯品；

33、对所述原料油纯品施加电场进行裂解处理、造粒处理、脱附处理以及精制处理，制备所述导电炭黑。

34、在其中一些实施方式中，通过裂解处理制备炭黑粗品，裂解的条件包括：空气与天然气的体积比值为(17～20)：1。

35、在其中一些实施方式中，裂解处理的条件包括：反应炉燃烧段燃烧温度提高至1600℃～1800℃。

36、在其中一些实施方式中，裂解处理的条件包括：原料油流量为3000kg/h～3500kg/h。

37、在其中一些实施方式中，裂解处理的条件包括：反应炉内烟气流速为90m/s～110m/s。

38、在其中一些实施方式中，裂解处理的条件包括：反应时间为30ms～60ms。

39、本发明还提供了一种导电炭黑，采用上述的制备方法制得。

40、本发明还提供一种半导电屏蔽料，包括上述导电炭黑。

41、本发明具有如下有益效果：

42、本发明通过施加外电场将原料油中碱金属离子限制在预热器底部，使其不参与炭黑生成过程，从而减少了碱金属离子对炭黑结构的影响。

43、本发明的方法只提高炭黑的一次结构，而不影响炭黑的二次结构。

44、本发明的方法不限制原料油种类，原料油中碱金属离子浓度越高多，本发明对提高结构的作用越大。

45、针对设备腐蚀或氧化后产生的铁锈进入油中产生杂质金属离子，本发明同样能对其进行限制。

技术特征：

1.一种炭黑原料油的纯化方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的纯化方法，其特征在于，电场处理的步骤包括：

3.根据权利要求2所述的纯化方法，其特征在于，所述碱金属离子包括钾离子和钠离子中的一种或多种，1ppm所述碱金属离子对应的电场强度≥10v/m。

4.根据权利要求3所述的纯化方法，其特征在于，所述碱金属离子为钾离子和钠离子的混合离子，1ppm所述碱金属离子对应的电场强度≥50v/m。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的纯化方法，其特征在于，所述炭黑原料油包括煤焦油、炭黑油、蒽油和乙烯焦油中的一种或几种。

6.根据权利要求5所述的纯化方法，其特征在于，所述煤焦油满足如下(1)～(4)中的一项或几项：

7.根据权利要求5所述的纯化方法，其特征在于，所述炭黑油满足如下(1)～(4)中的一项或几项：

8.根据权利要求5所述的纯化方法，其特征在于，所述蒽油满足如下(1)～(5)中的一项或几项：

9.根据权利要求5所述的纯化方法，其特征在于，所述乙烯焦油满足如下(1)～(4)中的一项或几项：

10.根据权利要求1～4、8～9任意一项所述的纯化方法，其特征在于，所述原料油包括蒽油和乙烯焦油的混合液，所述蒽油和所述乙烯焦油的质量比≥7:3。

11.根据权利要求1～4任意一项所述的纯化方法，其特征在于，预处理包括如下步骤：

12.一种导电炭黑的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

13.根据权利要求12所述的导电炭黑的制备方法，其特征在于，通过裂解处理制备炭黑粗品，裂解处理的条件包括如下(1)～(5)中的一项或几项：

14.一种导电炭黑，其特征在于，采用如权利要求12～13任意一项所述的制备方法制得。

15.一种半导电屏蔽料，其特征在于，包括权利要求14所述的导电炭黑。

技术总结本发明涉及炭黑制备领域，特别是涉及一种炭黑原料油的纯化方法、导电炭黑及其应用。其中炭黑原料油的纯化方法包括如下步骤：对所述炭黑原料油进行预处理，制备炭黑原料油粗品；对所述炭黑原料油粗品进行电场处理。本发明通过施加外电场将原料油中碱金属离子限制在预热器底部，使其不参与炭黑生成过程，从而减少了碱金属离子对炭黑结构的影响。技术研发人员：展云鹏,侯帅,何文,洪浚轩,惠宝军,傅明利,何浩辉,冯宾,朱闻博,李欢,罗鑫洪,贾磊,陈喜鹏,陈小琼,黄罡受保护的技术使用者：南方电网科学研究院有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/2/21