8月1日,工业和信息化部等三部门联合发布《工业领域碳达峰实施方案》。其中提到,实施废钢铁、废有金属、废纸、废塑料、废旧轮胎等再生资源回收利用行业规范管理,加强再生资源循环利用。
我国已经是世界第一大轮胎生产和消费国,数据显示,2023年我国废旧轮胎产生量约为1300万吨,居世界首位,且每年以8%至10%的比例递增。因为橡胶的耐热性、耐老化、防水、抗生物降解、抗机械破坏性,废旧轮胎几十年甚至很长时间都不会自然消失,对环境和人体健康产生极其严重的危害。所以,废轮胎在业内被称为“黑污染”,其回收处理一直是一个世界性的环保课题。
《废旧轮胎综合利用行业规范条件(2023年本)》中提到废旧轮胎资源再利用的几种方式:旧轮胎翻新、废轮胎生产再生橡胶、热裂解等。其中,废轮胎热解具有处理量大、经济效益高、环境污染小等特点,具有极高的经济和环境效益,而炭黑就是废轮胎热裂解的最重要产物。本期,汇融研究院就带大家一起认识这从“黑污染”中浴火重生的“黑黄金”。
01认识炭黑一一人类最早开发的纳米材料
炭黑是一种轻、松而极细的黑粉末,表面积非常大,由煌类裂解和不完全燃烧制得,主要由碳元素组成,其微晶具有准石墨结构,且呈同心取向,由近乎球形或其他不规则形状的粒子构成,基本粒子尺寸为10~100nm,是人类最早开发、应用和目前产量最大的纳米材料,被国际化学品领域列为二十五种基本化工产品及精细化工产品之一。
目前,ASTMD1765《橡胶用炭黑分类命名系统》作为炭黑品种划分的依据,已被各国普遍认可并广泛采用。ASTM标准按照炭黑粒径从小到大的顺序,将其划分成N100-N900共9个系列,每一系列又按照炭黑粒径的分子结构差异划分为多个品种。比如N200系列的主要品种包括N220、N234等,N300系列的主要品种包括N326、N375、N339等。
图表炭黑的分类
系列名称
粒径(nm)
N1OO
11-19
N200
20-25
N300
26-30
N400
31-39
N500
40-48
N600
49-60
N700
61-100
N800
101-200
N900
201-500
(二)炭黑工业的发展历史
炭黑的历史非常悠久,据记载,中国是世界上最早生产炭黑的国家之一。在古时候,人们焚烧动植物油、松树枝,收集火烟凝成的黑灰,用来调制墨和黑颜料。炭黑在古时称为“禽'、"烟食”或“松烟”。
1821年,人们在北美地区首次用天然气为原料生产炭黑;1872年,世界上实现了炭黑的工业规模生产,同时出现了“炭黑”这一术语,大片油气田相继开采,源源不断的原料供应推动了炭黑生产由手工操作迈入大规模工业化时代;1904年,英国人莫特(Mote)发现炭黑用作橡胶补强剂,比当时用氧化锌的效果好得多;1912年,美国固特异(Goodyear)公司首先把炭黑用作轮胎的补强材料,使用炭黑之后,轮胎的行驶里程从原来的3,OOOkm提升至超过60,000km;炭黑在补强上面的优势大大推动了其大规模工业化生产。
我国在20世纪50年代首先在抚顺、四川开始生产槽法炭黑,60年代开始生产炉法炭黑。80-90年代由天津炭黑厂在1985年引入美国大陆炭黑1.5万吨硬质线。之后由天津炭黑厂、抚顺化工厂、炭黑研究院对引进生产线进行了吸收改造。
02炭黑的市场需求一一“黑黄金”的八方神通
(-)炭黑的产业链情况
炭黑生产的主要原材料为煤焦油、葱油、乙烯焦油等原料油以及废旧轮胎的裂解;中游是不同类型的炭黑;下游则是炭黑的应用领域,其中轮胎是炭黑第一大应用领域,其次炭黑也作为着剂、紫外光屏蔽剂或导电剂,广泛用于塑料、油墨、涂料和干电池等制品中。
图表2,炭黑产业链示意图
(二)炭黑的市场需求情况
1橡胶工业
炭黑约有94%用于橡胶工业,包括各种的橡胶制品,例如:胶带、胶鞋、胶管等。其中轮胎行业占到60%以上,其可应用于各种类型的轮胎中,如:汽车轮胎、自行车胎、飞机轮胎、力车胎、越野轮胎等。资料显示,一个轮胎约含28%至
轮胎寿命 固特异
30%的炭黑。炭黑在橡胶工业中主要发挥两大作用,即补强填充,具有增加橡胶制品耐磨性及延长使用寿命,节约成本的优势。
2.油墨、涂料行业
中国在古代便掌握了素炭黑的生产工艺方法,以用来制造墨汁及黑颜料,作为黑印刷油墨的重要原料,现代油墨的种类繁多,炭黑的应用也及其广泛,据了解,新闻油墨占全部油墨的70%左右,每印刷一吨报纸便要消耗16公斤的新闻油墨。
3.塑料工业
塑料是炭黑非橡胶领域内应用最广的,不仅发挥着及调作用,还能起到防止紫外线老化、抗静电、导电等作用。为提高炭黑在塑料中的分散性,一般将其制成母粒的形式。
4.水泥建材制品
炭黑可在水泥或石棉水泥中发挥着作用,常被用于屋面材料、石棉水泥板、水泥建筑板材,以及高速公路的混凝土路面等。
03炭黑的政策环境一一将在长期维度实现格局优化
我国炭黑产能阶段还存在结构性过剩的问题,即传统炭黑产能过剩,部分特种炭黑则依靠
进口。因此,国家出台了一系列有关炭黑方向性指导政策,提高行业进入门槛,着力淘汰落后产能,优化行业格局,提升企业国际竞争力。而对于功能性炭黑、专业用炭黑等缺口较大产品,国家则出台鼓励政策。未来,随着政策的逐步落地,我国炭黑行业尾部企业有望逐步进行产能清退,在长期维度上实现格局优化。