炭黑產業規劃建議報告人：黃正宏清華大學材料科學與工程系2011.1.9主要內容國內外情況炭黑產業發展建議大力開展新工藝與新品種的研究走節能環保的發展道路發展炭黑強勢企業，樹立國產大品牌走國際化發展的道路延伸產業鏈加大科研經費投入，建設科技平臺重點項目建議截至2009年1月的世界各地區炭黑生產能力（萬噸）國外炭黑市場現狀據SRI咨詢公司（SRIConsulting）2009年1月的分析和預測，全球2007年的炭黑需求量為940萬噸，其中，亞洲占50%（僅日本就占10%），北美占19%，西歐占15%，中東歐占8%，中南美占5%，中東和非洲占3%。然而，由于2008年第四季度起全球經濟形勢惡化，2009年的炭黑需求增長也受到影響，美國和日本的炭黑市場將呈現疲軟態勢。西歐的炭黑需求將一改近年來的下降局面，呈現出復蘇態勢，然而其需求增長率仍大大低于全球平均水平。發達國家的炭黑裝置開工率將保持在95%以上。國內炭黑市場現狀我國目前擁有430萬噸的生產能力，世界最大的炭黑生產國，但卻有120多家炭黑生產企業。美國最小的炭黑生產企業是大陸炭公司，其年生產能力為30萬噸，占有15%的市場份額。我國最大的外資控股炭黑生產企業是上海卡博特化工有限公司，所占市場份額不到10%。投資分散、企業規模小、科技投入的經費較少，盈利能力偏低是我國炭黑行業普遍存在的問題。除提高生產裝備水平，加快技術進步外，優勝劣汰、整合重組將會是未來數年間中國炭黑行業應當演繹的主題。2009年，國內炭黑產量和銷售量最終實現兩位數增長，但總體產能過剩，開工率不足，高檔非橡膠用炭黑仍然依賴進口。河北沙河地區炭黑產業沙河是新興的工業城市，以采礦、建材、醫藥化工、紡織、畜牧養殖等主導的特色產業具有較強的競爭力，是全國知名的炭黑、玻璃、飼料生產基地。沙河地處河北、山西、山東、河南四省接壤地帶，是承東啟西、溝通南北的重要通道和支點。京廣鐵路、京珠高速、107國道三條國家交通大動脈均從市內穿過，交通運輸條件十分優越。目前，全國10萬規模以上的炭黑企業共有8家，其中兩家在沙河市，炭黑產業已成為沙河市的支柱產業之一。在炭黑原料日益緊缺和漲價的今天，沙河地區能夠保證著充足的炭黑原料：煤焦油和蒽油，從而也就造就了優質的性價比炭黑產品。2009年國內主要炭黑企業產能（萬噸）

高附加值特種炭黑輪胎工業仍是炭黑的主要用戶，其需求量占炭黑總量的60%；全球輪胎用炭黑的年均增長率為4.2%，到2011年的耗用量將達到1100萬噸。世界特種炭黑需求量的年均增長率為4.8%，到2011年全球的需求量將達到l10萬噸。盡管從消費總量來看，特種炭黑需求量占炭黑總需求量不到10%，但其價格卻遠比通用爐法炭黑產品高，因此炭黑制造商將繼續把更多的資金投向特種炭黑產品的研發。發展方向在國內外炭黑市場日趨激烈、世界石油和炭黑原料油價格不斷上漲和環保要求日益嚴格的形勢下，我國炭黑工業必須依靠科技進步，在強化技術創新基礎上，進一步實現裝置大型化、技術集約化和節能環保化為主要內容的技術改造。在此基礎上，優化產品結構，研究開發高性能、專用化和節能環保型的新品種，才能提高在全球市場的競爭力，更好地滿足國內橡膠工業發展子午線輪胎、汽車用橡膠制品和其他用戶行業的需要。大力開展新工藝與新品種的研究1.炭黑生產新工藝油爐法炭黑生產技術的改進

改進反應爐的結構、工藝，提高反應溫度，以增加品種、提高產品質量和收率；

采用富氧空氣，在原料油或者反應過程中添加結構調節劑、活化劑或其它成分，以顯著改變產品性能和提高收率；

擴大單臺反應爐的生產能力，采用高溫空氣預熱器、在線鍋爐和尾氣鍋爐，以充分利用煙氣的物理和化學熱，達到節能降耗的目的；

采用高效袋濾器和新型濾袋、炭黑尾氣燃燒廢氣脫硫裝置，使排放氣體的粉塵含量和硫含量符合環保要求；

改進包裝設備和包裝方式，消除在運輸和使用時可能產生的污染。等離子體法炭黑生產技術的預研等離子體法是利用等離子電弧產生的高溫，以裂解油或其他含碳的原料生產炭黑，該項技術對原料的適應性非常好，任何能夠放出足夠能量的碳氫化合物（如廢油、植物油等）均可考慮作為原料使用，顯然這將有助于減緩炭黑行業目前所承受的與日俱增的原料短缺壓力。該法生產的炭黑具有以下優點：①沒有燃燒過程，原料碳的收率高；②產生的氫氣可作化工原料，或清潔的汽車燃料；③生產過程中，不產生和排放CO、CO2、SO2、NOx等有害廢氣，有利于環境保護；④等離子體的溫度高，原料多樣，有利于產品炭黑品種的多樣化。炭黑的改性處理采用對炭黑表面進行改性（氣相、液相、伽馬射線法），如氧化改性的方法來增加炭黑表面的含氧極性基團以減小炭黑粒子間吸附力、增大炭黑粒子與基質的結合力來提高炭黑的分散性。這些表面改性技術包括在炭黑生成期間或生成之后，用表面活性劑處理炭黑表面、對炭黑表面進行化學改性、以及沉積其他相。表面氧化處理過的色素炭黑，在油墨和涂料中的分散性和流動性明顯提高，黑度和色相也有改進。在填充氧化炭黑的膠料中，炭黑表面含氧基團會抑制硫化體系中的交聯，減緩膠料焦燒的趨勢，改善橡膠材料的疲勞性能；氯化炭黑具有延遲硫化的作用，同時提高硫化膠的物理性能和炭黑的分散性。2.開發炭黑新產品

低滯后炭黑、反向炭黑、低吸碘值高耐磨炭黑（輪胎工業）保持良好的耐磨性及牽引性，延長使用壽命并降低油耗

色素炭黑

應用于特別光滑的塑料薄膜、電纜的絕緣護套、接觸食品的塑料制品、以及細旦的化纖、電子器件制品的著色等用途。又如液晶顯示器濾色器用黑色基膜專用炭黑，可以滿足遮光性優異、表面平滑、膜層極薄、導電性低等特殊要求導電炭黑

導電性和分散性好，表面光滑、容易剝離，適用于高壓電纜屏蔽料的新品種；導電性適中、分散性好、加工性好，適用于抗靜電塑料薄膜或制品的新品種儲能材料具有高強度、高模量、高結晶取向度、高導電、高導熱等性能的纖維狀新型納米炭黑。這種新型納米碳黑可用于生產高附加值的功能性材料，如吸附材料、鋰離子電池、燃料電池電極材料、雙電層電容器電極、儲氫材料催化劑等走節能環保的發展道路從低碳經濟角度看炭黑生產，印證了炭黑生產能耗觀點的另外一種表述：即炭黑生產主要是碳→炭黑的轉化，而不是碳→二氧化碳的轉化，后者才是能源消耗的確切體現。減少溫室氣體排放、遏制氣候變暖，是全人類共同的使命，作為二氧化碳排放量較多的炭黑工業，必須努力降低二氧化碳排放量，才有可能持續發展。據中投顧問發布的《2010-2015年中國輪胎行業投資分析及前景預測報告》顯示，在汽車行駛過程中，30%以上的油耗來自輪胎。其中，輪胎滾動阻力是影響碳排放的主要因素之一，例如，滾動阻力每減少20%，行駛100千米的二氧化碳排放量就可減少400克。據測算，如果所有輪胎燃料效率級別達到A級，則到2020年全球可減少二氧化碳排放量5000萬噸。由此可見，使用可以降低輪胎滾動阻力的輪胎不僅可以減少油耗，還可以達到減少汽車尾氣排放的目的，具有一定的環保效益。我國相關的輪胎生產企業需要通過技術創新，調整產品結構，在研發環保或低污染的綠色輪胎方面加大投入力度，以適應汽車工業等領域對低碳化的要求，促進我國低碳經濟的發展。與之相適應的炭黑研發進一步研究開發能降低輪胎滾動阻力又保持輪胎綜合性能的炭黑新品種，以適應綠色輪胎發展的需求，降低汽車油耗和二氧化碳排放量研究開發能強化炭黑生成反應的催化劑，提高炭黑收率；在采用富氧空氣為助燃劑的基礎上，全用或者部分使用尾氣作反應爐燃料，降低燃料消耗；在采用富氧空氣為助燃劑的基礎上，全用或者部分使用尾氣的燃氣輪機發電，提高發電過程的熱效率；利用炭黑尾氣處理DDNP（二硝基重氮酚）廢水、高濃度COD廢水等，沉淀下來的炭黑等物質摻拌到原料煤或其他燃料中燃燒，達到脫硫、除塵的目的。進行余熱和尾氣的綜合利用，發展循環經濟，在流程中增添了空氣預熱器、油預熱器、在線鍋爐，并采用尾氣燒鍋爐產生蒸汽發電，在保證正常生產的條件下實現高效生產，不僅創造了利潤，也減少了對環境的污染資源回收利用我國絕大部分廢輪胎大量堆放在公路兩旁或者簡單加以焚燒，廢舊輪胎的有效回收利用率只50%左右。發展廢輪胎熱解技術不僅能夠很好地減少廢輪胎的數量和體積，而且還可以回收燃料油、炭黑等高附加值化學品，真正做到無害化、資源化發展炭黑強勢企業，樹立國產大品牌小炭黑不僅質量低劣、污染嚴重，而且低價銷售對整個國內炭黑市場造成很大沖擊，對有一定規模的炭黑企業也帶來較大影響。取締小炭黑和淘汰落后能力，仍然是最近幾年內的重要工作。炭黑行業發展到今天，產量及產能已居世界首位，如何培育中國炭黑知名品牌，乃至培育世界炭黑知名品牌，是我們迫在眉睫的工作，也是我們下一步的工作重點。走國際化發展的道路推動我國經濟又好又快發展，必須堅持內外協調，統籌利用好國內國際兩個市場、兩個資源，努力促進我國經濟發展，準確把握世界經濟走勢，這是目前炭黑行業走對外發展道路的方向我們應該去效仿發達國家或臺灣的一些作法，如美國卡博特公司、臺灣中橡公司等都是國外投資建廠成功的典范。到國外去投資建廠，利用國外的資源和國外的市場來發展自己，走國際化發展的道路，是目前我們炭黑行業發展的一條出路，延伸產業鏈以煤為原料加工制成的高技術含量、高附加值的煤炭深加工產品。由于煤基活性炭具有獨特的孔隙結構和優良的吸附性能，因此同樣被廣泛應用于國防、航天、醫藥衛生、環境保護及人們日常生活等各個領域，特別是近年來隨著工業生產的發展，煤基活性炭在環境保護領域發揮著越來越重要的作用，國內外需求量越來越大，成為人類改善自身生存環境不可缺少的吸附材料。據預測，在未來幾年內，活性炭市場需求量增長速度較快的產品是：汽車回收汽油活性炭、煙氣凈化活性炭及家庭飲用水凈化活性炭等。加大科研經費投入，聯合科研單位建設科技平臺當今世界炭黑行業競爭十分激烈，競爭的焦點是科學技術的競爭。國際上各大炭黑公司都在加大科技投資力度，努力開發新產品和新技術。例如美國的卡博特公司2003年用于研究開發的資金為6400萬美元，相當于其當年銷售額的3.6%；德國的德固薩公司在上海投入1000萬美元建立研發中心。我國炭黑生產總量目前已居世界前列，但在科技和新產品開發方面和國外相比仍有很大差距。對炭黑基本性質和應用的研究不夠,是影響高性能炭黑品種研究開發的主要原因。為此，我們應當從國內炭黑企業規模較小、技術和經濟實力較弱的實際出發，一方面要在優化企業結構、擴大企業規模基礎上，鼓勵企業開展新技術和新產品研究開發工作；另一方面，應當聯合高校或實驗室組建科技研究平臺，在國家及有關企業的共同支持下，在炭黑改性處理、提高炭黑復合材料性能，以炭黑為原料制造新型碳材料等方面進行大量研究，不斷開發、創新，使我國的炭黑工業在激烈的競爭中實現可持續發展。重點項目建議新型環保輪胎用炭黑產品的開發（納米結構炭黑）特種炭黑及表面改性關鍵技術（增強復合材料的性能）電池用高品質導電炭黑的開發（用于電動車的電池、超級電容器中）廢輪胎熱解回收技術（回收炭黑、燃料油）

新型環保輪胎用炭黑產品的開發

（納米結構炭黑）隨著環保綠色輪胎的發展，對補強作用的炭黑填料的品質提出了更高的要求。納米結構炭黑，可以滿足載重車胎對提高胎面耐磨、降低滾動阻力和改善抗切口抗掉塊性能的日益增長的需求。這種新型填料，在改善膠料滯后性能的同時，其良好的耐磨性能得到了保持甚至還有所提高。產業化項目：4萬噸/年新型環保輪胎用炭黑產品的開發投資及效益：總投資1億元產品銷售價：炭黑4800元/噸測算分析結果年銷售收入：1.92億元/年年平均利潤總額：3000萬元/年投資利潤率：29%

特種炭黑及表面改性關鍵技術

（增強復合材料的性能）炭黑由于具有著色、耐候、補強、導電、孔隙率大等優點而廣泛用作高分子材料的補強劑、醫藥載體、催化劑載體及用于油墨、涂料的制造等。炭黑是疏水性的，潤濕性極低，所以在水中要實現高濃度下穩定分散及其困難，另外對于炭黑與高聚物混合的領域，炭黑粒子間容易團聚，在高分子基體中的分散性差，削弱了炭黑的作用效果。因此需要對炭黑表面進行物理化學改性，以得到滿足使用要求的改性炭黑，并賦予炭黑新的功能。產業化項目：2萬噸/年特種炭黑及表面改性關鍵技術

投資及效益：總投資7000萬元產品銷售價：炭黑8000元/噸測算分析結果年銷售收入：1.6億元/年年平均利潤總額：2000萬元/年投資利潤率：29%

電池用高品質導電炭黑的開發

（用于電動車的電池、超級電容器）電動汽車，是國家七大戰略性新興產業之一。電動汽車產業鏈中動力鋰電池材料屬于關鍵領域，其中高品質導電炭黑作為導電添加劑是動力電池材料中的一個重要組分，是一種高附加值材料。技術要求：高結構、超高導電能力、碳黑粒度細，比表面積大。產業化項目：2萬噸/年高品質導電炭黑投資及效益：總投資7000萬元產品銷售價：炭黑8000元/噸測算分析結果年銷售收入：1.6億元/年年平均利潤總額：2000萬元/年投資利潤率：29%

廢輪胎