Устройство и способ преобразования углеродсодержащего сырья в углеродсодержащие материалы, имеющие заданную наноструктуру

Есть еще 3 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ получения технического углерода или углеродсодержащих соединений путем преобразования углеродсодержащего сырья, содержащий следующие стадии:

а) ионизация плазменного газа с помощью электроэнергии в зоне генерирования плазмы;

б) подача ионизированного газа через трубку Вентури в зону реакции;

в) вдувание сырья в ионизированный газ в зоне реакции;

г) извлечение продуктов реакции из зоны реакции и

д) отделение технического углерода или углеродсодержащих соединений от других продуктов реакции, при этом в зоне реакции поддерживают условия, при которых не происходит значительной рециркуляции сырья или продуктов в зону генерирования плазмы.

2. Способ по п.1, в котором плазму генерируют путем направления плазменного газа через электрическую дугу, предпочтительно составную дугу, создаваемую по меньшей мере тремя электродами.

3. Реактор для реализации способа по п.1 или 2, содержащий проточно сообщающиеся источник газа; головную часть (3), имеющую по меньшей мере два электрода (8) для создания электрической дуги между ними, в которую подается плазменный газ из источника газа для ионизации плазменного газа; дроссель (11) в форме трубки Вентури; зону (10) реакции и по меньшей мере один инжектор (3) для вдувания газообразного сырья в зону реакции.

4. Реактор по п.3, имеющий внутри по существу цилиндрическую форму.

5. Реактор по п.3 или 4, в котором подверженные воздействию высоких температур поверхности выполнены из графитсодержащего материала, обладающего высокой жаростойкостью.

6. Реактор по любому из пп.3, 4 и 5, который включает в себя камеру высотой от 1,5 до 5 м и диаметром от 20 до 150 см.

7. Технический углерод, имеющий отрицательную разность между удельной площадью поверхности, определенной по адсорбции азота (УПП(N2)), и удельной площадью поверхности, определенной по адсорбции СТАВ (УПП(СТАВ)), а также собственную плотность от 1,5 до 1,8 г/см3.

8. Технический углерод по п.7, имеющий УПП(N2) от 5 до 150 м2/г и абсорбцию DBP от 30 до 300 мл/100 г.

9. Технический углерод по п.7 или 8, имеющий пористость, заданную следующим диапазоном: -20 м2/г _УПП(N2)-УПП(СТАВ) <0 м2/г.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

007663 Настоящее изобретение относится к способу и устройству для преобразования углеродсодержащего сырья в технический углерод (углеродную сажу) или иные углеродсодержащие материалы, в частности,обладающие заданной наноструктурой. В настоящее время более 99% технического углерода получают с помощью процессов неполного сжигания; наиболее распространенным является печной процесс, разработанный 60 лет назад. Другими процессами являются канальный, термический и ламповый. Для всех этих промышленных процессов характерно сжигание примерно 40-60% сырья или исходного материала для генерирования тепла, необходимого для крекинга (разложения) остальной части сырья. Хотя в настоящее время промышленность предлагает более 100 различных сортов технического углерода, причем каждый сорт обладает различными техническими свойствами и характеристиками и предназначен для определенных сфер применения, производство новых материалов ограничивается химией процесса (химическим составом,получаемой энергией). Во всем мире ежегодно производят около 6 млн м.т (метрических тонн, 1 м.т = 1000 кг) технического углерода. В качестве сырья для получения низкокачественного материала (производство шин) используется нефтяной отстой, подвергнутое пиролизу жидкое топливо (PFO) и дистилляты каменноугольной смолы. Объем выбросов загрязняющих веществ, образующихся при переработке 12 млн. м.т. нефти, используемых для производства технического углерода, составляет 22 млн м.т СО 2 и миллионы тонн SOx иNOx. При производстве высококачественного технического углерода (40000 м.т), применяемого главным образом при производстве аккумуляторов, выполняется саморазложение ацетилена. Альтернативная технология, основанная на использовании в качестве главного источника энергии электрической плазмы, была разработана в промышленных масштабах на основе плазменного генератора постоянного тока с графитовым электродом. В заявках PCT/No92/00196 и PCT/No96/00167 описаны такие плазменные реакторы. Согласно этим документам водород является первичным продуктом, а углеродный материал - вторичным. Отсутствуют свидетельства того, что этот способ позволяет получать технический углерод, представляющий промышленный интерес. В заявке РСТ/ЕР 94/00321 описан плазменный реактор с тремя электродами, создающий сложную дугу путем приложения к электродам переменного тока. Сырье загружают в реактор, пропуская его через зону дуги. Согласно этому техническому решению зона реакции, в которой происходит превращение сырья в соединения углерода, имеющие заданную наноструктуру, а именно - в технический углерод,располагается непосредственно под зоной дуги и рядом с ней. Сырье, по меньшей мере, частично циркулирует через зону дуги. Технический углерод, получаемый этим способом, представляет собой смесь углеродсодержащих материалов, образующихся при различных видах термообработки. Этот процесс позволяет получать различные виды технического углерода. Таким образом, цель, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в создании способа и устройства для получения технического углерода с четко заданными свойствами, допускающих сквозной контроль условий и параметров технологического процесса с целью достижения высокой эффективности превращения сырья и воспроизводимого качества продукции. Согласно изобретению эта цель достигается с помощью способа и устройства, описанных в формуле изобретения. Кроме того, еще одним объектом изобретения является новый технический углерод (углеродная сажа). Предпочтительные варианты реализации изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения. Признаки изобретения, комбинации и субкомбинации которых представляют собой дополнительные варианты его реализации, описаны ниже и на конкретных примерах, а также на чертежах. Изобретение делает возможным контроль условий технологического процесса при производстве технического углерода с четко заданными свойствами и не допускает циркуляции сырья и любых других продуктов в зоне дуги, позволяя получать таким образом материалы в виде технического углерода с четко заданными и устойчиво воспроизводимыми свойствами. В частности, применение трубки Вентури позволяет лучше контролировать температуру реакции и получать более эффективную смесь в области низких температур зоны реакции, где получается технический углерод. Важным преимуществом изобретения является возможность использования практически любого углеродсодержащего сырья. В качестве сырья, в частности, могут использоваться материалы с низкой энтальпией (теплотворностью) горения, например, ниже 80 BMCI (от англ. US Bureau of Mines Correlation Index), включая повторно используемые нефтепродукты пиролиза шин. В настоящем изобретении предложен способ получения технического углерода или углеродсодержащих соединений путем преобразования углеродсодержащего сырья, содержащий следующие стадии: а) ионизации плазменного газа с помощью электроэнергии в зоне генерирования плазмы; б) подачи ионизированного газа через трубку Вентури в зону реакции; в) вдувания сырья в ионизированный газ в зоне реакции; г) извлечения продуктов реакции из зоны реакции; и д) отделения технического углерода или углеродсодержащих соединений от других продуктов реакции, при этом в зоне реакции поддерживают условия, при которых не происходит значительной рециркуляции сырья или продуктов в зону генерирования плазмы.-1 007663 В предпочтительном варианте реализации способа плазму генерируют путем направления плазменного газа через электрическую дугу, предпочтительно составную дугу, создаваемую по меньшей мере тремя электродами. Другие предпочтительные варианты реализации способа отличаются одним или несколькими из следующих признаков:b) дугу создают путем соединения источника переменного тока с электродами;c) частота тока составляет от 50 Гц до 10 кГц;d) трубка Вентури содержит графит на своей внутренней поверхности;e) трубка Вентури выполнена сплошной на ступенчатом конусе;f) используют трубку Вентури, нижний по ходу потока конец которой резко расширяется за горловиной трубки Вентури;g) сырье выбирают из числа одного или нескольких веществ, к которым относятся метан, этан, этилен, ацетилен, пропан, пропилен, мазут, нефтяные отходы, подвергнутое пиролизу жидкое топливо, причем сырье подают вместе с газом-носителем или без него и с использованием предварительного нагрева или без него;h) сырье представляет собой твердый углеводородный материал, вдуваемый вместе с газомносителем и выбранный из числа одного или нескольких веществ, к которым относятся технический углерод, ацетиленовая сажа, термический графит, кокс или любой твердый углеродный материал;i) к сырью добавляют металлический катализатор, предпочтительно Ni, Co, Fe;j) плазменный газ вдувают в осевом направлении над центром электродов, чтобы пропустить его непосредственно через дугу в зоне дуги;k) газ, предназначенный для получения плазменного газа, содержит или состоит из одного или нескольких веществ, к которым относятся водород, азот, аргон, монооксид углерода, гелий;l) сырье представляет собой углеводород, а температура в зоне реакции составляет от 900 до 3000 С;m) сырье представляет собой твердый углерод, а температура в зоне реакции составляет от 3000 до 5000 С;n) расход плазменного газа регулируют в зависимости от природы плазменного газа и электрической мощности в пределах от 0,001 до 0,3 нм 3/ч в расчете на 1 кВт электрической мощности;o) часть отходящего газа, образующегося в ходе реакции, подвергают рециркуляции в качестве по меньшей мере части газа, предназначенного для генерирования плазменного газа;p) сырье вдувают через по меньшей мере один инжектор, предпочтительно через 2-5 инжекторов;q) сырье вдувают по направлению к центру потока плазменного газа;r) сырье вдувают с тангенциальной и/или радиальной и/или с осевой составляющей во внешнюю зону потока плазменного газа;s) способ осуществляют в отсутствие кислорода или в присутствии небольшого количества кислорода, предпочтительно при атомном отношение кислород/углерод менее 1/6;t) способ осуществляют в присутствии добавленной щелочи с целью измельчения структуры;u) извлекают один или несколько из следующих продуктов: технический углерод; фуллерены; водород; одностенные нанотрубки; многостенные нанотрубки; В настоящем изобретении предложен также реактор для реализации описанного выше способа, содержащий проточно сообщающиеся: источник газа; головную часть (3), имеющую по меньшей мере два электрода (8) для создания электрической дуги между ними, в которую подается плазменный газ из источника газа для ионизации плазменного газа; дроссель (11) в форме трубки Вентури; зону (10) реакции; и по меньшей мере один инжектор (3) для вдувания газообразного сырья в зону реакции. В предпочтительном варианте реализации реактор имеет внутри по существу цилиндрическую форму. В еще одном предпочтительном варианте реализации реактора подверженные воздействию высоких температур поверхности выполнены из графитсодержащего материала, обладающего высокой жаростойкостью. В еще одном предпочтительном варианте реализации реактор включает в себя камеру высотой от 1,5 до 5 м и диаметром от 20 до 150 см. В настоящем изобретении предложен также технический углерод, имеющий отрицательную разность между удельной площадью поверхности, определенной по адсорбции азота (УПП(N2, и удельной-2 007663 площадью поверхности, определенной по адсорбции СТАВ (УПП(СТАВ, а также собственную плотность от 1,5 до 1,8 г/см 3. В одном предпочтительном варианте технический углерод имеет УПП(N2) от 5 до 150 м 2/г и абсорбцию DBP от 30 до 300 мл/100 г. В еще одном предпочтительном варианте технический углерод имеет пористость, заданную следующим диапазоном: -20 м 2/гУПП(N2)-УПП(СТАВ) 0 м 2/г. Предпочтительный способ включает в себя следующие стадии: создание плазмы путем направления плазменного газа (т.е. газа, в котором генерируется плазма) через электрическую дугу, пропускание или направление плазменного газа через зону трубки Вентури, диаметр которой сужается к горловине в направлении потока плазменного газа, пропускание или направление плазменного газа в зону реакции,имеющую больший диаметр, чем горловина зоны трубки Вентури, вдувание сырья в плазменный газ в зоне реакции за зоной трубки Вентури по ходу потока (после прохождения им горловины зоны трубки Вентури), отвод продуктов реакции из зоны реакции и извлечение технического углерода. Можно также вдувать сырье в горловину трубки Вентури и/или несколько выше трубки Вентури. Технический углерод, отделенный от других продуктов реакции, обладает заданной (определенной) наноструктурой. Морфология и текстура наноструктуры зависит от условий технологического процесса. Вдувание плазмы в пространство реактора необязательно производится через плазменную дугу. В предпочтительном варианте реализации электрическая дуга является составной или сложной дугой, созданной по меньшей мере тремя электродами. Предпочтительно, электроды представляют собой электроды на основе графита, а дугу получают путем подключения к электродам достаточно мощного источника переменного тока. Частота тока может быть равной частоте электросистемы с использованием обычного источника питания (50-60 Гц), или же ее можно повысить путем переключения на более высокочастотный источник. Повышение частоты позволяет улучшить стабильность дуги, в особенности при использовании в качестве плазменного газа водорода. В этом случае частота тока предпочтительно составляет от 500 Гц до 10 кГц. Трубку Вентури предпочтительно изготавливают из графитсодержащего материала и придают ей форму конуса. Нижнюю сторону трубки Вентури предпочтительно выполняют в форме кромки, за которой находится резко расширяющаяся зона. Кромка между горловиной и резко расширяющейся зоной вызывает резкое расширение объема плазменного газа. Это является предпочтительным средством, позволяющим не допустить обратного потока углеродсодержащего материала в область, находящуюся выше выхода из зоны трубки Вентури по ходу потока, в особенности в область образования плазмы, т.е. в дугу или дуги. Зона расширения создает также зону высокой турбулентности в потоке, которая используется для повышения эффективности перемешивания потока плазмы и сырья и получения однородной смеси, а также улучшения контроля температуры реакции. Сырье может содержать или состоять из метана, ацетилена, этилена, пропилена, бутанов, включая бутадиен, легкие и тяжелые нефтепродукты, подвергнутого пиролизу жидкого топлива (pyrolysis fuel oil,PFO), а также любого другого материала, содержащего углерод. Предпочтительно, в реактор загружают материалы, практически или совершенно не содержащие кислорода, и не подают сам кислород. Возможно использование сырья, содержащего в молекуле ограниченное количество кислорода, например при атомном отношении кислорода к углероду до 1/6. К сырью могут быть также добавлены металлические катализаторы, предпочтительно Ni, Co, Fe. Предпочтительно, плазменный газ вдувают в осевом направлении выше электродов, чтобы пропустить его непосредственно через дугу. Плазменный газ сам может предпочтительно содержать или состоять из водорода, азота, монооксида углерода, аргона, гелия или любого другого подходящего газа, а также из любой смеси предшествующих материалов, например, смеси до 50 об.% СО и водорода. Отходящий газ содержит в дополнение к компонентам плазменного газа по существу исключительно водород,метан, ацетилен и этилен и, таким образом, относительно не зависит от углеводородного сырья. При использовании соединений кислорода в отходящем газе содержится некоторое количество СО и очень незначительное количество CO2. Предпочтительно часть отходящего газа рециркулируют и используют в качестве плазменного газа. Это особенно удобно в том случае, когда рециркулируемый отходящий газ состоит по существу исключительно из водорода с незначительной примесью углеводородов. Температура в зоне реакции контролируется предпочтительно в пределах от 900 до 3000 С путем регулирования расхода плазменного газа, электроэнергии и расхода сырья. Сырье вдувают через по меньшей мере через один инжектор, предпочтительно через 2-5 инжекторов. Эти инжекторы могут быть размещены через одинаковые промежутки по окружности (периферии) зоны реакции. Вдувание сырья может осуществляться радиально по направлению к центру потока плазменного газа, или со значительным тангенциальным и/или осевым компонентом во внешнюю зону потока плазменного газа или зоны реакции с целью создания вихревого потока. Интенсивность (скорость) вдувания регулируют вплоть до получения нужной температуры реакции, зависящей от расхода горячего плазменного газа и характера или природы сырья. Предпочтительный расход энергии плазменного газа составляет от 1 до 10 кВтч в расчете на 1 кг углерода в сырье.-3 007663 Продукты реакции обладают особенно высоким качеством в том случае, когда процесс осуществляется без применения кислорода. В одном варианте реализации способа, являющегося предметом изобретения, в качестве полезных продуктов получают технический углерод и водород. Способ, являющийся предметом изобретения, допускает производство разнообразных продуктов. Способ, являющийся предметом изобретения, предпочтительно реализуется в реакторе, предназначенном для преобразования в плазме углеродсодержащего сырья в соединения углерода, обладающие заданной наноструктурой, который содержит камеру с:(a) головным участком, содержащим по меньшей мере два электрода и источник плазменного газа,для создания электрической дуги между электродами при подаче достаточно большой электрической мощности, образуя таким образом зону дуги;(c) реакционной камерой, включающей в себя по меньшей мере один инжектор сырья,в которой трубка Вентури расположена между зоной дуги и инжектором сырья и сужается в направлении реакционной камеры. Реактор предпочтительно имеет цилиндрическую форму. Сама камера, или по меньшей мере ее внутренняя поверхность, может быть предпочтительно выполнена из графитсодержащего материала. При производстве наноструктурного углеродного материала способом, являющимся предметом настоящего изобретения, можно обнаружить, что структура и качество продуктов реакции полностью зависят от параметров процесса, главным образом от температуры реакции и времени пребывания, однако,как это ни удивительно, совершенно не зависят от сырья. Это является причиной, по которой даже метан или нефтяные отходы можно использовать для получения высококачественных углеродных материалов с заданной наноструктурой. Изобретение предлагает также новый технический углерод (углеродную сажу). Этот технический углерод характеризуется наличием отрицательной разности (которую обычно называют пористостью) между удельной площадью поверхности, определенной по адсорбции азота УПП (N2) или BET, и удельной площадью поверхности, определенной по адсорбции бромида цетилтриметиламмония УПП (СТАВ),а также собственной плотностью менее 1,9, предпочтительно менее 1,8 и в особенности от 1,5 до 1,9 г/см 3. Таким образом, УПП (N2) УПП (СТАВ), в частности: -20 м 2/г УПП (N2) - УПП (СТАВ) 0 м 2/г. У предпочтительного технического углерода удельная площадь поверхности по адсорбции азота составляет от 5 до 100 м 2/г при абсорбции дибутилфталата (DBP) от 30 до 300 мл/100 г. Преимущество нового вида технического углерода заключается в его низкой плотности. При использовании его, например, для производства шин это ведет к уменьшению требующейся массы технического углерода и к снижению общей массы конечного резинового продукта. Другой сферой применения нового вида технического углерода являются электроды сухих батарей. Различные свойства заявленного и проиллюстрированного здесь технического углерода измеряются с помощью процедур, указанных в следующих стандартах: Другие предпочтительные признаки и варианты реализации настоящего изобретения описаны ниже со ссылкой на чертежи, где на фиг. 1 и 2 показан предпочтительный вариант реализации реактора, являющегося предметом изобретения; на фиг. 1 схематически показана вся структура реактора, предназначенного для реализации заявленного способа; на фиг. 2 показано детальное изображение верхней части реактора с фиг. 1. На фиг. 1 показан реактор 1, включающий в себя камеру 2 реактора цилиндрической формы, внутренние стенки которой выполнены из графита. Головная секция 3 реактора образует верхний конец. Три-4 007663 электрода 8, установленные в головной секции 3, соединены с источником 4 питания, способным подавать трехфазный переменный ток. Частота тока может соответствовать частоте сети (от 50 до 60 Гц) или любой другой более высокой частоте. Нижний конец камеры 2 реактора соединен с извлекающим средством 5, через которое из реактора производится отбор продуктов реакции. Их направляют в стандартное средство 6 сепарации, например, циклоны и/или фильтры, в котором технический углерод отделяют от водорода и других продуктов реакции. Более детальное изображение верхней части реакционной камеры 2 показано на фиг. 2. Плазменный газ, предпочтительно водород, азот, монооксид углерода, аргон или их смесь, подают в реакционную камеру 2 в центре головной секции 3 через входное отверстие 7. Расход плазменного газа регулируют в зависимости от природы плазменного газа и электрической мощности в пределах от 0,001 до 0,3 нм 3/ч в расчете на 1 кВт электрической мощности. В головной секции 3 установлены три графитовых электрода 8 (на фиг. 2 показаны два), соединенные с источником 4 питания. Рабочие концы этих электродов располагаются достаточно близко между собой для зажигания составной (сложной) дуги в присутствии плазменного газа при подключении к электродам достаточно мощного источника питания. В результате этого в зоне 9 дуги образуется плазма. Температура этой плазмы определяется потоком плазменного газа и электроэнергией, поступающей на электроды 8. Оптический контроль зоны дуги может осуществляться через отверстие 15. Это позволяет автоматически контролировать (управлять) температуру и/или количество плазменного газа, поступающего в зону реакции. Ниже зоны 9 дуги внутри реактора 1 располагается элемент 11 в форме трубки Вентури, выполненный из графита. Скорость потока плазменного газа возрастает при прохождении узкого прохода или горловины 20 элемента 11 в форме трубки Вентури. Затем плазма поступает в зону 10 реакции, резко расширяясь после прохождения элемента 11 в форме трубки Вентури, поскольку нижний конец трубки Вентури выполнен в форме острой кромки, а не постепенно расширяющегося участка. В зону 10 реакции через инжектор 13 расположенный в стенке 12 камеры 2 реактора непосредственно ниже элемента 11 в форме трубки Вентури, вдувают сырье. Вдувание сырья после трубки Вентури способствует перемешиванию плазменного газа и сырья. Предпочтительно, сырье вдувают через 2-5 инжекторов 13 непосредственно или радиально по направлению к центру зоны 10 реакции. В другом варианте сырье может вдуваться в большей степени по касательной, поступая таким образом в зону 10 реакции в стороне от ее центра или под определенным углом по направлению потока или против него. Энергия, необходимая для управления, зависит от процесса реакции, расхода и природы сырья, а управление осуществляется посредством температуры плазменного газа и/или потока плазменного газа, а также энергии, подаваемой на электроды 8 от источника 4 питания. Давление предпочтительно слегка превышает атмосферное давление, чтобы не допустить просачивания кислорода. Выход годного углерода может достигать 100% при достаточно высоком уровне подводимой энергии (поток плазмы плюс электроэнергия). Измельчения структуры технического углерода можно добиться за счет вдувания небольших количеств щелочных солей. Обычно возможно также использование зоны охлаждения, в которую могут вводиться, например, метан или другие подходящие охлаждающие материалы. В дополнение к преобразованию углеродсодержащих материалов в углерод с заданной наноструктурой, полезным продуктом реакции является также водород высокого качества в тех случаях, когда процесс осуществляется без вдувания кислорода. Этот водород можно поэтому отделить. Особо привлекательными видами сырья при производстве соединений углерода, в особенности технического углерода,когда предусмотрено также получение водорода, являются метан или природный газ. Другими примерами полезного сырья являются этан, этилен, пропан, пропилен бутаны и бутилены. В приведенных ниже примерах проиллюстрированы дополнительные предпочтительные признаки,сочетания признаков и варианты реализации настоящего изобретения. Примеры реализуются в реакторе, структура которого по существу соответствует показанной на фиг. 1 и 2. Для получения плазмы использовали источник трехфазного электрического тока частотой до 666 Гц при максимальной мощности 263 кВА и силе тока до 400 А, подающий электропитание на три графитовых электрода, рабочие концы которых расположены в вершинах равнобедренного треугольника. Пример 1. В описанном реакторе генерирование плазмы выполняли в потоке азота с расходом 9 нм 3/ч. Плазма применялась при силе тока 200 А. В качестве углеводородного сырья применяли подвергнутое пиролизу жидкое топливо при расходе 2 кг/ч. Подвергнутое пиролизу жидкое топливо (PFO) подавали в реактор вместе с используемым в качестве газа-носителя аргоном под давлением 0,5 бар из резервуара, давление в котором составляет от 0,75 до 1 бара. Инжектор был заглублен на 2 см в графитовую стенку реактора. Образовавшийся технический углерод отделяли на первичном и вторичном фильтрах. Пример 2. В этом примере в качестве сырья использовали этилен при расходе 0,56 нм 3/ч. В качестве плазмы и в этом случае использовали плазму из газообразного азота с расходом 9 нм 3/ч при силе тока 200 А. Вду-5 007663 вание сырья осуществлялось циклами по 5 мин; на фильтре было получено 290 г технического углерода. Пример 3. В этом примере условия были сходны с предыдущим примером при непрерывном вдувании этилена при расходе 0,56 нм 3/ч в течение 30 мин. Пример 4. И в этом примере условия выполнения процесса соответствуют условиям в предыдущих примерах. В этом эксперименте этилен при расходе 0,56 нм 3/ч вдували в течение 16 мин. В качестве плазменного газа использовали азот при расходе 9 нм 3/ч. Пример 5. И в этом примере условия выполнения процесса соответствуют условиям в предыдущих примерах. В этом эксперименте метан при расходе 0,6 нм 3/ч вдували в течение 90 мин. В качестве плазменного газа использовали азот при расходе 12 нм 3/ч и силе тока 250 А. Технический углерод, полученный в ходе опытов согласно примерам 1-5, подвергли испытаниям в отношении обычных свойств. Полученные результаты показаны в табл. 1. Во всех примерах выход углерода был высоким; он всегда мог достигать 100%, например, за счет регулирования расхода энергии и потока сырья. Таблица 1 Технический углерод, заявленный в настоящем изобретении и полученный путем реализации заявленного способа с использованием заявленного устройства, был испытан в стандартных составах резиныASTM 3191, и кроме того, в типичной сфере применения - в электродах аккумуляторов. В табл. 2-6 показаны данные, полученные в ходе этих испытаний. Марки технического углерода IRB7, N-234 и Ensaco 250 являются стандартными видами технического углерода. Их характеристики представлены также для того, чтобы выполнить сопоставление с видами технического углерода, являющимися предметом настоящего изобретения. Они представлены в качестве примеров от А до D, где примером D является тот же технический углерод, как представленный в примере 1 табл. 1. Технический углерод из примеров от А до С получен при небольших изменениях осуществления процесса. Аккумуляторная батарея типа R20 имеет следующий химический состав:-8 007663 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения технического углерода или углеродсодержащих соединений путем преобразования углеродсодержащего сырья, содержащий следующие стадии: а) ионизация плазменного газа с помощью электроэнергии в зоне генерирования плазмы; б) подача ионизированного газа через трубку Вентури в зону реакции; в) вдувание сырья в ионизированный газ в зоне реакции; г) извлечение продуктов реакции из зоны реакции и д) отделение технического углерода или углеродсодержащих соединений от других продуктов реакции, при этом в зоне реакции поддерживают условия, при которых не происходит значительной рециркуляции сырья или продуктов в зону генерирования плазмы. 2. Способ по п.1, в котором плазму генерируют путем направления плазменного газа через электрическую дугу, предпочтительно составную дугу, создаваемую по меньшей мере тремя электродами. 3. Реактор для реализации способа по п.1 или 2, содержащий проточно сообщающиеся источник газа; головную часть (3), имеющую по меньшей мере два электрода (8) для создания электрической дуги между ними, в которую подается плазменный газ из источника газа для ионизации плазменного газа; дроссель (11) в форме трубки Вентури; зону (10) реакции и по меньшей мере один инжектор (3) для вдувания газообразного сырья в зону реакции. 4. Реактор по п.3, имеющий внутри по существу цилиндрическую форму. 5. Реактор по п.3 или 4, в котором подверженные воздействию высоких температур поверхности выполнены из графитсодержащего материала, обладающего высокой жаростойкостью. 6. Реактор по любому из пп.3, 4 и 5, который включает в себя камеру высотой от 1,5 до 5 м и диаметром от 20 до 150 см. 7. Технический углерод, имеющий отрицательную разность между удельной площадью поверхности, определенной по адсорбции азота (УПП(N2, и удельной площадью поверхности, определенной по адсорбции СТАВ (УПП(СТАВ, а также собственную плотность от 1,5 до 1,8 г/см 3. 8. Технический углерод по п.7, имеющий УПП(N2) от 5 до 150 м 2/г и абсорбцию DBP от 30 до 300 мл/100 г. 9. Технический углерод по п.7 или 8, имеющий пористость, заданную следующим диапазоном: -20 м 2/г УПП(N2)-УПП(СТАВ) 0 м 2/г.

МПК / Метки

МПК: C01B 31/02, B01J 19/26, B01J 19/08, B01J 19/02, C09C 1/56, C09C 1/48

Метки: наноструктуру, имеющие, заданную, способ, преобразования, устройство, углеродсодержащие, углеродсодержащего, материалы, сырья

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/11-7663-ustrojjstvo-i-sposob-preobrazovaniya-uglerodsoderzhashhego-syrya-v-uglerodsoderzhashhie-materialy-imeyushhie-zadannuyu-nanostrukturu.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Устройство и способ преобразования углеродсодержащего сырья в углеродсодержащие материалы, имеющие заданную наноструктуру</a>

Похожие патенты