炭黑产业规划revised

炭黑产业规划建议报告人：黄正宏清华大学材料科学与工程系2011.1.9主要内容国内外情况炭黑产业发展建议大力开展新工艺与新品种的研究走节能环保的发展道路发展炭黑强势企业，树立国产大品牌走国际化发展的道路延伸产业链加大科研经费投入，建设科技平台重点项目建议截至2009年1月的世界各地区炭黑生产能力（万吨）国外炭黑市场现状据SRI咨询公司（SRIConsulting）2009年1月的分析和预测，全球2007年的炭黑需求量为940万吨，其中，亚洲占50%（仅日本就占10%），北美占19%，西欧占15%，中东欧占8%，中南美占5%，中东和非洲占3%。然而，由于2008年第四季度起全球经济形势恶化，2009年的炭黑需求增长也受到影响，美国和日本的炭黑市场将呈现疲软态势。西欧的炭黑需求将一改近年来的下降局面，呈现出复苏态势，然而其需求增长率仍大大低于全球平均水平。发达国家的炭黑装置开工率将保持在95%以上。国内炭黑市场现状我国目前拥有430万吨的生产能力，世界最大的炭黑生产国，但却有120多家炭黑生产企业。美国最小的炭黑生产企业是大陆炭公司，其年生产能力为30万吨，占有15%的市场份额。我国最大的外资控股炭黑生产企业是上海卡博特化工有限公司，所占市场份额不到10%。投资分散、企业规模小、科技投入的经费较少，盈利能力偏低是我国炭黑行业普遍存在的问题。除提高生产装备水平，加快技术进步外，优胜劣汰、整合重组将会是未来数年间中国炭黑行业应当演绎的主题。2009年，国内炭黑产量和销售量最终实现两位数增长，但总体产能过剩，开工率不足，高档非橡胶用炭黑仍然依赖进口。河北沙河地区炭黑产业沙河是新兴的工业城市，以采矿、建材、医药化工、纺织、畜牧养殖等主导的特色产业具有较强的竞争力，是全国知名的炭黑、玻璃、饲料生产基地。沙河地处河北、山西、山东、河南四省接壤地带，是承东启西、沟通南北的重要通道和支点。京广铁路、京珠高速、107国道三条国家交通大动脉均从市内穿过，交通运输条件十分优越。目前，全国10万规模以上的炭黑企业共有8家，其中两家在沙河市，炭黑产业已成为沙河市的支柱产业之一。在炭黑原料日益紧缺和涨价的今天，沙河地区能够保证着充足的炭黑原料：煤焦油和蒽油，从而也就造就了优质的性价比炭黑产品。2009年国内主要炭黑企业产能（万吨）

高附加值特种炭黑轮胎工业仍是炭黑的主要用户，其需求量占炭黑总量的60%；全球轮胎用炭黑的年均增长率为4.2%，到2011年的耗用量将达到1100万吨。世界特种炭黑需求量的年均增长率为4.8%，到2011年全球的需求量将达到l10万吨。尽管从消费总量来看，特种炭黑需求量占炭黑总需求量不到10%，但其价格却远比通用炉法炭黑产品高，因此炭黑制造商将继续把更多的资金投向特种炭黑产品的研发。发展方向在国内外炭黑市场日趋激烈、世界石油和炭黑原料油价格不断上涨和环保要求日益严格的形势下，我国炭黑工业必须依靠科技进步，在强化技术创新基础上，进一步实现装置大型化、技术集约化和节能环保化为主要内容的技术改造。在此基础上，优化产品结构，研究开发高性能、专用化和节能环保型的新品种，才能提高在全球市场的竞争力，更好地满足国内橡胶工业发展子午线轮胎、汽车用橡胶制品和其他用户行业的需要。大力开展新工艺与新品种的研究1.炭黑生产新工艺油炉法炭黑生产技术的改进

改进反应炉的结构、工艺，提高反应温度，以增加品种、提高产品质量和收率；

采用富氧空气，在原料油或者反应过程中添加结构调节剂、活化剂或其它成分，以显著改变产品性能和提高收率；

扩大单台反应炉的生产能力，采用高温空气预热器、在线锅炉和尾气锅炉，以充分利用烟气的物理和化学热，达到节能降耗的目的；

采用高效袋滤器和新型滤袋、炭黑尾气燃烧废气脱硫装置，使排放气体的粉尘含量和硫含量符合环保要求；

改进包装设备和包装方式，消除在运输和使用时可能产生的污染。等离子体法炭黑生产技术的预研等离子体法是利用等离子电弧产生的高温，以裂解油或其他含碳的原料生产炭黑，该项技术对原料的适应性非常好，任何能够放出足够能量的碳氢化合物（如废油、植物油等）均可考虑作为原料使用，显然这将有助于减缓炭黑行业目前所承受的与日俱增的原料短缺压力。该法生产的炭黑具有以下优点：①没有燃烧过程，原料碳的收率高；②产生的氢气可作化工原料，或清洁的汽车燃料；③生产过程中，不产生和排放CO、CO2、SO2、NOx等有害废气，有利于环境保护；④等离子体的温度高，原料多样，有利于产品炭黑品种的多样化。炭黑的改性处理采用对炭黑表面进行改性（气相、液相、伽马射线法），如氧化改性的方法来增加炭黑表面的含氧极性基团以减小炭黑粒子间吸附力、增大炭黑粒子与基质的结合力来提高炭黑的分散性。这些表面改性技术包括在炭黑生成期间或生成之后，用表面活性剂处理炭黑表面、对炭黑表面进行化学改性、以及沉积其他相。表面氧化处理过的色素炭黑，在油墨和涂料中的分散性和流动性明显提高，黑度和色相也有改进。在填充氧化炭黑的胶料中，炭黑表面含氧基团会抑制硫化体系中的交联，减缓胶料焦烧的趋势，改善橡胶材料的疲劳性能；氯化炭黑具有延迟硫化的作用，同时提高硫化胶的物理性能和炭黑的分散性。2.开发炭黑新产品

低滞后炭黑、反向炭黑、低吸碘值高耐磨炭黑（轮胎工业）保持良好的耐磨性及牵引性，延长使用寿命并降低油耗

色素炭黑

应用于特别光滑的塑料薄膜、电缆的绝缘护套、接触食品的塑料制品、以及细旦的化纤、电子器件制品的着色等用途。又如液晶显示器滤色器用黑色基膜专用炭黑，可以满足遮光性优异、表面平滑、膜层极薄、导电性低等特殊要求导电炭黑

导电性和分散性好，表面光滑、容易剥离，适用于高压电缆屏蔽料的新品种；导电性适中、分散性好、加工性好，适用于抗静电塑料薄膜或制品的新品种储能材料具有高强度、高模量、高结晶取向度、高导电、高导热等性能的纤维状新型纳米炭黑。这种新型纳米碳黑可用于生产高附加值的功能性材料，如吸附材料、锂离子电池、燃料电池电极材料、双电层电容器电极、储氢材料催化剂等走节能环保的发展道路从低碳经济角度看炭黑生产，印证了炭黑生产能耗观点的另外一种表述：即炭黑生产主要是碳→炭黑的转化，而不是碳→二氧化碳的转化，后者才是能源消耗的确切体现。减少温室气体排放、遏制气候变暖，是全人类共同的使命，作为二氧化碳排放量较多的炭黑工业，必须努力降低二氧化碳排放量，才有可能持续发展。据中投顾问发布的《2010-2015年中国轮胎行业投资分析及前景预测报告》显示，在汽车行驶过程中，30%以上的油耗来自轮胎。其中，轮胎滚动阻力是影响碳排放的主要因素之一，例如，滚动阻力每减少20%，行驶100千米的二氧化碳排放量就可减少400克。据测算，如果所有轮胎燃料效率级别达到A级，则到2020年全球可减少二氧化碳排放量5000万吨。由此可见，使用可以降低轮胎滚动阻力的轮胎不仅可以减少油耗，还可以达到减少汽车尾气排放的目的，具有一定的环保效益。我国相关的轮胎生产企业需要通过技术创新，调整产品结构，在研发环保或低污染的绿色轮胎方面加大投入力度，以适应汽车工业等领域对低碳化的要求，促进我国低碳经济的发展。与之相适应的炭黑研发进一步研究开发能降低轮胎滚动阻力又保持轮胎综合性能的炭黑新品种，以适应绿色轮胎发展的需求，降低汽车油耗和二氧化碳排放量研究开发能强化炭黑生成反应的催化剂，提高炭黑收率；在采用富氧空气为助燃剂的基础上，全用或者部分使用尾气作反应炉燃料，降低燃料消耗；在采用富氧空气为助燃剂的基础上，全用或者部分使用尾气的燃气轮机发电，提高发电过程的热效率；利用炭黑尾气处理DDNP（二硝基重氮酚）废水、高浓度COD废水等，沉淀下来的炭黑等物质掺拌到原料煤或其他燃料中燃烧，达到脱硫、除尘的目的。进行余热和尾气的综合利用，发展循环经济，在流程中增添了空气预热器、油预热器、在线锅炉，并采用尾气烧锅炉产生蒸汽发电，在保证正常生产的条件下实现高效生产，不仅创造了利润，也减少了对环境的污染资源回收利用我国绝大部分废轮胎大量堆放在公路两旁或者简单加以焚烧，废旧轮胎的有效回收利用率只50%左右。发展废轮胎热解技术不仅能够很好地减少废轮胎的数量和体积，而且还可以回收燃料油、炭黑等高附加值化学品，真正做到无害化、资源化发展炭黑强势企业，树立国产大品牌小炭黑不仅质量低劣、污染严重，而且低价销售对整个国内炭黑市场造成很大冲击，对有一定规模的炭黑企业也带来较大影响。取缔小炭黑和淘汰落后能力，仍然是最近几年内的重要工作。炭黑行业发展到今天，产量及产能已居世界首位，如何培育中国炭黑知名品牌，乃至培育世界炭黑知名品牌，是我们迫在眉睫的工作，也是我们下一步的工作重点。走国际化发展的道路推动我国经济又好又快发展，必须坚持内外协调，统筹利用好国内国际两个市场、两个资源，努力促进我国经济发展，准确把握世界经济走势，这是目前炭黑行业走对外发展道路的方向我们应该去效仿发达国家或台湾的一些作法，如美国卡博特公司、台湾中橡公司等都是国外投资建厂成功的典范。到国外去投资建厂，利用国外的资源和国外的市场来发展自己，走国际化发展的道路，是目前我们炭黑行业发展的一条出路，延伸产业链以煤为原料加工制成的高技术含量、高附加值的煤炭深加工产品。由于煤基活性炭具有独特的孔隙结构和优良的吸附性能，因此同样被广泛应用于国防、航天、医药卫生、环境保护及人们日常生活等各个领域，特别是近年来随着工业生产的发展，煤基活性炭在环境保护领域发挥着越来越重要的作用，国内外需求量越来越大，成为人类改善自身生存环境不可缺少的吸附材料。据预测，在未来几年内，活性炭市场需求量增长速度较快的产品是：汽车回收汽油活性炭、烟气净化活性炭及家庭饮用水净化活性炭等。加大科研经费投入，联合科研单位建设科技平台当今世界炭黑行业竞争十分激烈，竞争的焦点是科学技术的竞争。国际上各大炭黑公司都在加大科技投资力度，努力开发新产品和新技术。例如美国的卡博特公司2003年用于研究开发的资金为6400万美元，相当于其当年销售额的3.6%；德国的德固萨公司在上海投入1000万美元建立研发中心。我国炭黑生产总量目前已居世界前列，但在科技和新产品开发方面和国外相比仍有很大差距。对炭黑基本性质和应用的研究不够,是影响高性能炭黑品种研究开发的主要原因。为此，我们应当从国内炭黑企业规模较小、技术和经济实力较弱的实际出发，一方面要在优化企业结构、扩大企业规模基础上，鼓励企业开展新技术和新产品研究开发工作；另一方面，应当联合高校或实验室组建科技研究平台，在国家及有关企业的共同支持下，在炭黑改性处理、提高炭黑复合材料性能，以炭黑为原料制造新型碳材料等方面进行大量研究，不断开发、创新，使我国的炭黑工业在激烈的竞争中实现可持续发展。重点项目建议新型环保轮胎用炭黑产品的开发（纳米结构炭黑）特种炭黑及表面改性关键技术（增强复合材料的性能）电池用高品质导电炭黑的开发（用于电动车的电池、超级电容器中）废轮胎热解回收技术（回收炭黑、燃料油）

新型环保轮胎用炭黑产品的开发

（纳米结构炭黑）随着环保绿色轮胎的发展，对补强作用的炭黑填料的品质提出了更高的要求。纳米结构炭黑，可以满足载重车胎对提高胎面耐磨、降低滚动阻力和改善抗切口抗掉块性能的日益增长的需求。这种新型填料，在改善胶料滞后性能的同时，其良好的耐磨性能得到了保持甚至还有所提高。产业化项目：4万吨/年新型环保轮胎用炭黑产品的开发投资及效益：总投资1亿元产品销售价：炭黑4800元/吨测算分析结果年销售收入：1.92亿元/年年平均利润总额：3000万元/年投资利润率：29%

特种炭黑及表面改性关键技术

（增强复合材料的性能）炭黑由于具有着色、耐候、补强、导电、孔隙率大等优点而广泛用作高分子材料的补强剂、医药载体、催化剂载体及用于油墨、涂料的制造等。炭黑是疏水性的，润湿性极低，所以在水中要实现高浓度下稳定分散及其困难，另外对于炭黑与高聚物混合的领域，炭黑粒子间容易团聚，在高分子基体中的分散性差，削弱了炭黑的作用效果。因此需要对炭黑表面进行物理化学改性，以得到满足使用要求的改性炭黑，并赋予炭黑新的功能。产业化项目：2万吨/年特种炭黑及表面改性关键技术

投资及效益：总投资7000万元产品销售价：炭黑8000元/吨测算分析结果年销售收入：1.6亿元/年年平均利润总额：2000万元/年投资利润率：29%

电池用高品质导电炭黑的开发

（用于电动车的电池、超级电容器）电动汽车，是国家七大战略性新兴产业之一。电动汽车产业链中动力锂电池材料属于关键领域，其中高品质导电炭黑作为导电添加剂是动力电池材料中的一个重要组分，是一种高附加值材料。技术要求：高结构、超高导电能力、碳黑粒度细，比表面积大。产业化项目：2万吨/年高品质导电炭黑投资及效益：总投资7000万元产品销售价：炭黑8000元/吨测算分析结果年销售收入：1.6亿元/年年平均利润总额：2000万元/年投资利润率：29%

废轮胎