EA007663B1 - Устройство и способ преобразования углеродсодержащего сырья в углеродсодержащие материалы, имеющие заданную наноструктуру - Google Patents

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

Info

Publication number
EA007663B1
EA007663B1 EA200300389A EA200300389A EA007663B1 EA 007663 B1 EA007663 B1 EA 007663B1 EA 200300389 A EA200300389 A EA 200300389A EA 200300389 A EA200300389 A EA 200300389A EA 007663 B1 EA007663 B1 EA 007663B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
carbon black
plasma
plasma gas
carbon
gas
Prior art date
Application number
EA200300389A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200300389A1 (ru
Inventor
Фредерик Фабри
Эзебию Гривей
Николя Пробст
Ришар Смет
Жан-Ив Перуа
Жилль Фламан
Лоэн Фюльшери
Патрик Леру
Франсис Фишер
Original Assignee
Тимкал Са
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Тимкал Са filed Critical Тимкал Са
Publication of EA200300389A1 publication Critical patent/EA200300389A1/ru
Publication of EA007663B1 publication Critical patent/EA007663B1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/02—Apparatus characterised by being constructed of material selected for its chemically-resistant properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/087—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J19/088—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/26—Nozzle-type reactors, i.e. the distribution of the initial reactants within the reactor is effected by their introduction or injection through nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/22—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/22—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
    • C01B3/24—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons
    • C01B3/26—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons using catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44—Carbon
    • C09C1/48—Carbon black
    • C09C1/485—Preparation involving the use of a plasma or of an electric arc
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/02—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties
    • B01J2219/0204—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties comprising coatings on the surfaces in direct contact with the reactive components
    • B01J2219/0227—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties comprising coatings on the surfaces in direct contact with the reactive components of graphite
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/02—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties
    • B01J2219/0204—Apparatus characterised by their chemically-resistant properties comprising coatings on the surfaces in direct contact with the reactive components
    • B01J2219/0236—Metal based
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
    • B01J2219/0809—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes employing two or more electrodes
    • B01J2219/0811—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes employing two or more electrodes employing three electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
    • B01J2219/0837—Details relating to the material of the electrodes
    • B01J2219/0839—Carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0869—Feeding or evacuating the reactor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0881—Two or more materials
    • B01J2219/0883—Gas-gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0881—Two or more materials
    • B01J2219/0884—Gas-liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0881—Two or more materials
    • B01J2219/0886—Gas-solid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0892—Materials to be treated involving catalytically active material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0894—Processes carried out in the presence of a plasma
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0894—Processes carried out in the presence of a plasma
    • B01J2219/0898—Hot plasma
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0266—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a decomposition step
    • C01B2203/0277—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a decomposition step containing a catalytic decomposition step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0861—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by plasma
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • C01B2203/1047—Group VIII metal catalysts
    • C01B2203/1052—Nickel or cobalt catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235—Hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/1695—Adjusting the feed of the combustion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/19—Oil-absorption capacity, e.g. DBP values

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

Устройство и способ для получения технического углерода или углеродсодержащих соединений путем преобразования углеродсодержащего сырья, включающий в себя следующие стадии: генерирование плазмы с помощью электроэнергии; направление плазмы через трубку Вентури, диаметр которой сужается в направлении потока плазмы; направление плазмы в область реакции, в которой при преобладающий условиях потока, создаваемых аэродинамическими и электромагнитными силами, не происходит значительной рециркуляции сырья в плазму в области реакции; извлечение продуктов реакции из области реакции и отделение технического углерода или углеродсодержащих соединений от других продуктов реакции.

Description

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 (РРО) 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 СО2 и миллионы тонн 8Ох и ΝΟΧ. 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 ΡΟΤ/Νο92/00196 и ΡΟΤ/Νο96/00167 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/ЕР94/00321 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 ВМС1 (от англ. И8 Вигеаи о£ Мшек Согге1аΐίοη 1пбех), 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:
a) плазму генерируют с помощью электродов, содержащих графит;
b) дугу создают путем соединения источника переменного тока с электродами;
c) частота тока составляет от 50 Гц до 10 кГц;
й) трубка Вентури содержит графит на своей внутренней поверхности;
е) трубка Вентури выполнена сплошной на ступенчатом конусе;
ί) используют трубку Вентури, нижний по ходу потока конец которой резко расширяется за горловиной трубки Вентури;
д) 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;
11) 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;
ί) к сырью добавляют металлический катализатор, предпочтительно N1, Со, Ре;
_)) 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;
т) сырье представляет собой твердый углерод, а температура в зоне реакции составляет от 3000 до 5000°С;
п) расход плазменного газа регулируют в зависимости от природы плазменного газа и электрической мощности в пределах от 0,001 до 0,3 нм3/ч в расчете на 1 кВт электрической мощности;
о) часть отходящего газа, образующегося в ходе реакции, подвергают рециркуляции в качестве по меньшей мере части газа, предназначенного для генерирования плазменного газа;
р) сырье вдувают через по меньшей мере один инжектор, предпочтительно через 2-5 инжекторов;
с.|) сырье вдувают по направлению к центру потока плазменного газа;
г) сырье вдувают с тангенциальной и/или радиальной и/или с осевой составляющей во внешнюю зону потока плазменного газа;
§) способ осуществляют в отсутствие кислорода или в присутствии небольшого количества кислорода, предпочтительно при атомном отношение кислород/углерод менее 1/6;
ΐ) способ осуществляют в присутствии добавленной щелочи с целью измельчения структуры;
и) 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(№)). и удельной
- 2 007663 площадью поверхности, определенной по адсорбции СТАВ (УПП(СТАВ)), а также собственную плотность от 1,5 до 1,8 г/см3.
В одном предпочтительном варианте технический углерод имеет УПП(Ы2) от 5 до 150 м2/г и абсорбцию ΌΒΡ от 30 до 300 мл/100 г.
В еще одном предпочтительном варианте технический углерод имеет пористость, заданную следующим диапазоном: -20 м 2/г< У1III (Ν2)-У1III (СТАВ) <0 м2/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 (руто1у8к £ие1 ой, ΡΡΘ), 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 N1, Со, Ре.
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 СО2.
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 кВт-ч 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;
(b) участком с трубкой Вентури; и (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 (Ν2) или ВЕТ, 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/см3. Таким образом, УПП (Ν2) <УПП (СТАВ), в частности: -20 м2/г< УПП (Ν2) - УПП (СТАВ) <0 м2/г.
У предпочтительного технического углерода удельная площадь поверхности по адсорбции азота составляет от 5 до 100 м2/г при абсорбции дибутилфталата (ΏΒΡ) 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:
УПП (Ν2):
УПП (СТАВ):
Абсорбция ОВР:
Абсорбция ϋΒΡ на прессованных образцах (СОРВ):
Собственная плотность по ксилолу:
А8ТМ 03037-93
Α8ΤΜ 03765-92
А8ТМ 02414-93
А8ТМ Ό3493 ϋΙΝ12797 (2,5 г технического углерода при давлении 15 торр)
Иодное число:
ΑδΤΜϋ 1510
Содержание серы: А8ТМ 0 1619
Содержание золы: А8ТМЭ1506
рН: А8ТМШ512
Обесцвечивание толуола: А8ТМЭ1618
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 нм3/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 нм3/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 (РРО) 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 нм3/ч. В качестве плазмы и в этом случае использовали плазму из газообразного азота с расходом 9 нм3/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 нм3/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 нм3/ч вдували в течение 16 мин. В качестве плазменного газа использовали азот при расходе 9 нм3/ч.
Пример 5.
И в этом примере условия выполнения процесса соответствуют условиям в предыдущих примерах. В этом эксперименте метан при расходе 0,6 нм3/ч вдували в течение 90 мин. В качестве плазменного газа использовали азот при расходе 12 нм3/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
Пример 1 Пример 2 Пример 3 Пример 4 Пример 5
ВЕТ (м2/г) 69 75,1 74,6 76 69
СТАВ (м2/г) 95,7 90,9
12 (м2/г) 95,2 91,9
ϋΒΡ (мл/100 г) 218 210 224 206 221
СОВР (мл/100 г) 94 125 124 127 121
рн 7,5 8,98 8,96 8,86 7,76
Зола(%) 0,08 0,32 0,28
Выход углерода 100 80 75 85 60
Обесцвечивание толуола 72 80 87
Сера 0,04 0,036 0,074
Технический углерод, заявленный в настоящем изобретении и полученный путем реализации заявленного способа с использованием заявленного устройства, был испытан в стандартных составах резины Л8ТМ 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 1КБ№7, N-234 и Епзасо 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 Ώ, где примером Ώ 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.
- 6 007663
Таблица 2
Технический углерод 1КВ№7 Ν-234 Епзасо 250 Пример А Пример В Пример С Пример ϋ (пример 1 из табл.1)
Процесс Печной МММ Плазменный Плазменный Плазменный Плазменный
Сырье Отстой, РРО, каменноугольная смола РРО СНд с8н8 С2Н4 РРО
Таблица 3
Технический углерод 1КВ№7 Ν-234 Епзасо 250 Пример А Пример В Пример С Пример О
ΥΠΠ(Ν2), м7г 80 125 65 65 52 80 69
Абсорбция ЭВР (мл/100 г) 102 125 190 157 153 232 218
Таблица 4
Технический углерод 1КВ№7 Ν-234 Епзасо 250 Пример А Пример В Пример С Пример ϋ
МЬ 1+4, 100°С 83,6 98,3 103,4 85 73,4 107
Показания реометра при 160°С
Мин. крутящий . /„и, л мимси ι гм у 2,91 3,71 4,11 3,03 2,36 4,34 2,77
Макс, крутящий момент (дНм) 21,27 26,62 23,42 22,61 19,48 26,59 22,37
Разность крутящего момента (ДНм) 18,36 22,91 19,31 19,58 17,12 22,25 19,60
Т90 (минут) 14,5 14,96 20 9,34 15,56 9,57 14,21
- 7 007663
Таблица 5
Технический углерод 1КВ№7 Ν-234 Епзасо 250 Пример А Пример В Пример С Пример ϋ
Растяжение-сжатие образца 82 при скорости 500 мм/мин
Прочность на разрыв, МПа 28,5 31,5 25 23,8 20,4 24,7 21,4
Модуль упругости 100%, МПа 3,6 3,5 з,з 3,3 2,6 3,9 3,2
Модуль упругости 200%, МПа 10,5 10,3 7,9 8,7 6,4 9,8 7,8
Модуль упругости 300%, МПа 19,4 19,8 12,8 14,8 10,9 15,9 13,1
Относительное удлинение при разрыве,% 426 443 571 490 551 508 499
ΐν|7νΐυΐνΐ!Ιΐν Λ *. 70 72 70 69 64 73 67
Упругость по отскоку, % 46,2 41,4 41 47,4 51,3 42,9 51,8
Удельное электрическое сопротивление, Ом. см 600· 103 240-103 12,5 1,4-103 106 165-103
Таблица 6
Характеристики аккумулятора* Технический углерод пример 4 Аккумуляторный технический углерод - 8ирег Р
Напряжение в разомкнутой цепи, В 1,652 1,654
Сила тока при коротком замыкании, А 9 10,7
Время до достижения напряжения 1,1 В, час 7,42 8,53
Время до достижения напряжения 0,9 В, час 11,63 12,63
* Аккумуляторная батарея типа К20 имеет следующий химический состав: МпО2 - 50,73%
ΝΗ£1 - 1,92%
Технический углерод - 10,79%
ΖηΟ - 0,64%
Ζηϋ12 - 9,27%
Н2О - 26,63%
НуС12 - 0,03%

Claims (9)

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^)), 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(И2) от 5 до 150 м2/г и абсорбцию ΌΒΡ от 30 до 300 мл/100 г.
9. Технический углерод по п.7 или 8, имеющий пористость, заданную следующим диапазоном: -20 м2/г <УПП(И2)-УПП(СТАВ) <0 м2/г.
EA200300389A 2000-09-19 2001-09-19 Устройство и способ преобразования углеродсодержащего сырья в углеродсодержащие материалы, имеющие заданную наноструктуру EA007663B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP00120115A EP1188801B1 (en) 2000-09-19 2000-09-19 Device and method for converting carbon containing feedstock into carbon containing materials, having a defined structure
PCT/EP2001/010835 WO2002024819A1 (en) 2000-09-19 2001-09-19 Device and method for converting carbon containing feedstock into carbon containing materials, having a defined nanostructure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200300389A1 EA200300389A1 (ru) 2003-12-25
EA007663B1 true EA007663B1 (ru) 2006-12-29

Family

ID=8169847

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200300389A EA007663B1 (ru) 2000-09-19 2001-09-19 Устройство и способ преобразования углеродсодержащего сырья в углеродсодержащие материалы, имеющие заданную наноструктуру

Country Status (16)

Country Link
US (2) US7452514B2 (ru)
EP (1) EP1188801B1 (ru)
JP (1) JP2004510014A (ru)
KR (1) KR100529514B1 (ru)
CN (1) CN1458966A (ru)
AT (1) ATE310054T1 (ru)
AU (2) AU1393802A (ru)
BR (1) BR0113976A (ru)
DE (1) DE60024084T2 (ru)
DK (1) DK1188801T3 (ru)
EA (1) EA007663B1 (ru)
ES (1) ES2254089T3 (ru)
MY (1) MY137071A (ru)
TW (1) TWI285666B (ru)
UA (1) UA77162C2 (ru)
WO (1) WO2002024819A1 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MD3963C2 (ru) * 2008-05-08 2010-04-30 Владимир ШКИЛЁВ Способ нанесения несъёмной идентификационной нанометки
MD3956C2 (ru) * 2008-05-08 2010-04-30 Владимир ШКИЛЁВ Устройство для плазменного изготовления идентификационной нанометки

Families Citing this family (63)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2385802C (en) 2002-05-09 2008-09-02 Institut National De La Recherche Scientifique Method and apparatus for producing single-wall carbon nanotubes
DE10312494A1 (de) * 2003-03-20 2004-10-07 Association pour la Recherche et le Développement des Méthodes et Processus Industriels (Armines) Kohlenstoff-Nanostrukturen und Verfahren zur Herstellung von Nanoröhren, Nanofasern und Nanostrukturen auf Kohlenstoff-Basis
JP2006527656A (ja) * 2003-06-16 2006-12-07 セリオンクス・インコーポレイテッド プローブ、カニューレ、ピンツール、ピペット、スプレーヘッドの表面を洗浄及び殺菌するための大気圧非熱的プラズマ装置
KR100583500B1 (ko) * 2003-11-14 2006-05-24 한국가스공사 마이크로웨이브 플라즈마 반응기를 이용한 카본블랙 및수소의 제조공정
EP1995360A3 (en) * 2003-11-21 2009-02-25 Statoilhydro ASA Process for the preparation of fibrous carbon.
JP4379247B2 (ja) * 2004-04-23 2009-12-09 住友電気工業株式会社 カーボンナノ構造体の製造方法
JP5071895B2 (ja) * 2004-05-18 2012-11-14 株式会社還元溶融技術研究所 カーボン微粒子の製造方法及び製造装置
JP2005330125A (ja) * 2004-05-18 2005-12-02 Kangen Yoyu Gijutsu Kenkyusho:Kk カーボン微粒子の製造方法及び製造装置
JP4873213B2 (ja) * 2004-05-18 2012-02-08 株式会社還元溶融技術研究所 カーボン微粒子の製造方法及び製造装置
JP4494942B2 (ja) * 2004-11-19 2010-06-30 積水化学工業株式会社 プラズマ処理装置
US20060127285A1 (en) * 2004-12-10 2006-06-15 Von Drasek William A Method and apparatus for flameless carbon black deposition
US7750270B2 (en) * 2004-12-28 2010-07-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Nanoparticle generator
JP2006224066A (ja) * 2005-02-21 2006-08-31 Kanken Techno Co Ltd プラズマ除害機の制御方法および該方法を用いた装置
US20100119435A1 (en) * 2005-03-15 2010-05-13 David Herbert Roach Processes for growing carbon nanotubes in the absence of catalysts
TWI354649B (en) * 2005-04-06 2011-12-21 Cabot Corp Method to produce hydrogen or synthesis gas and ca
DE102005019301A1 (de) * 2005-04-26 2006-11-02 Timcal Sa Verfahren zur Weiterverarbeitung des bei der Fulleren- und Kohlenstoff-Nanostrukturen-Herstellung anfallenden Rückstandes
KR100684933B1 (ko) 2005-05-09 2007-02-20 재단법인서울대학교산학협력재단 도전성 탄소 나노물질의 제조를 위한 열플라즈마 반응기 및그 방법
US8911596B2 (en) 2007-05-18 2014-12-16 Hope Cell Technologies Pty Ltd Method and apparatus for plasma decomposition of methane and other hydrocarbons
WO2011022761A1 (en) * 2009-08-25 2011-03-03 Hope Cell Technologies Pty Ltd Method and apparatus for plasma decomposition of methane and other hydrocarbons
US7582265B2 (en) * 2007-06-28 2009-09-01 Plasma Waste Recycling, Inc. Gas conduit for plasma gasification reactors
KR100973305B1 (ko) * 2008-02-29 2010-07-30 주식회사 엑스에프씨 활성탄소의 기공조절방법 및 이에 의해 처리된 활성탄소를포함하는 수소저장장치
AU2010286322B2 (en) * 2008-05-16 2014-03-06 Hope Cell Technologies Pty Ltd Method and apparatus for plasma decomposition of Methane and other hydrocarbons
FR2941942B1 (fr) * 2009-02-12 2012-08-24 Armines Procede pour la fabrication de fuels de synthese par action de decharges electriques a haute pression sur des melanges gazeux
CA2689855C (en) * 2009-03-24 2011-01-04 Recycling International Petroleum Products Inc. Method of reclaiming carbonaceous materials from scrap tires and products derived therefrom
CN102086537B (zh) * 2010-04-12 2012-01-25 北京化工大学 一种工业化生产纳米碳纤维的工艺方法及装置
WO2012015313A1 (en) * 2010-07-26 2012-02-02 Agroplas As Soil conditioner, system and method for the manufacturing of a soil conditioner
RU2448768C2 (ru) * 2010-07-28 2012-04-27 Вячеслав Геннадьевич Певгов Способ плазмохимической переработки сырья органического или растительного происхождения и устройство для плазмохимической переработки сырья органического или растительного происхождения
RU2538252C2 (ru) * 2011-09-15 2015-01-10 Вячеслав Геннадьевич Певгов Способ плазмохимической переработки угля и устройство для плазмохимической переработки угля
CN103084129B (zh) * 2011-10-28 2014-11-26 北京低碳清洁能源研究所 多段等离子体裂解碳质材料反应器及用其生产乙炔的方法
CN102557012B (zh) * 2012-03-12 2013-10-16 天津大学 无载气条件下化学气相法连续制备少壁碳纳米管的方法
DE102012105796B4 (de) * 2012-06-29 2016-01-21 Pyrolyx Ag Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Hybrid - Carbon Black - Teilchen
US9908095B2 (en) 2012-07-18 2018-03-06 Atlantic Hydrogen Inc. Electromagnetic energy-initiated plasma reactor systems and methods
DE102013016660A1 (de) 2013-10-09 2015-04-09 Ralf Spitzl Verfahren und Vorrichtung zur plasmakatalytischen Umsetzung von Stoffen
CN103646842A (zh) * 2013-11-26 2014-03-19 苏州市奥普斯等离子体科技有限公司 一种炭黑表面大气等离子体处理装置
US10100200B2 (en) 2014-01-30 2018-10-16 Monolith Materials, Inc. Use of feedstock in carbon black plasma process
US10370539B2 (en) * 2014-01-30 2019-08-06 Monolith Materials, Inc. System for high temperature chemical processing
US11939477B2 (en) 2014-01-30 2024-03-26 Monolith Materials, Inc. High temperature heat integration method of making carbon black
US10138378B2 (en) 2014-01-30 2018-11-27 Monolith Materials, Inc. Plasma gas throat assembly and method
CA2937909C (en) 2014-01-31 2023-09-19 Monolith Materials, Inc. Plasma torch design
US9574086B2 (en) 2014-01-31 2017-02-21 Monolith Materials, Inc. Plasma reactor
US11987712B2 (en) 2015-02-03 2024-05-21 Monolith Materials, Inc. Carbon black generating system
PL3253904T3 (pl) 2015-02-03 2021-01-11 Monolith Materials, Inc. Urządzenia i sposób chłodzenia regeneracyjnego
BR112017023407B1 (pt) 2015-04-30 2023-02-07 Cabot Corporation Processo para a preparação de partículas revestidas de carbono, as referidas partículas, composição de borracha ou artigo de borracha compreendendo as mesmas e equipamento para a preparação das referidas partículas
JP7053270B2 (ja) * 2015-07-09 2022-04-12 イメリス グラファイト アンド カーボン スイッツァランド リミティド 低粘度の高導電性カーボンブラック
MX2018001259A (es) 2015-07-29 2018-04-20 Monolith Mat Inc Aparato y método de diseño de energía eléctrica para soplete de plasma cc.
CN108350281A (zh) * 2015-08-24 2018-07-31 巨石材料公司 制造炭黑的高温热集成方法
KR102385213B1 (ko) 2015-09-14 2022-04-08 모놀리스 머티어리얼스 인코포레이티드 천연 기체로부터 제조된 카본 블랙
CN105314633A (zh) * 2015-11-12 2016-02-10 厦门大学 一种活性炭的制备方法
CN109642090A (zh) 2016-04-29 2019-04-16 巨石材料公司 炬针方法和设备
WO2017190045A1 (en) 2016-04-29 2017-11-02 Monolith Materials, Inc. Secondary heat addition to particle production process and apparatus
DE102016014362A1 (de) * 2016-12-02 2018-06-07 CCP Technology GmbH Plasmareaktor und Verfahren zum Betrieb eines Plasmareaktors
WO2018165483A1 (en) 2017-03-08 2018-09-13 Monolith Materials, Inc. Systems and methods of making carbon particles with thermal transfer gas
KR20190138862A (ko) 2017-04-20 2019-12-16 모놀리스 머티어리얼스 인코포레이티드 입자 시스템 및 방법
EP3700980A4 (en) 2017-10-24 2021-04-21 Monolith Materials, Inc. PARTICULAR SYSTEMS AND PROCEDURES
JP2021528554A (ja) * 2018-05-25 2021-10-21 カーボンエックス・アイピー・４・ビー．ブイ．Ｃａｒｂｏｎｘ Ｉｐ ４ Ｂ．Ｖ． カーボンナノファイバー含有カーボンネットワークの使用
CN110451481B (zh) * 2019-08-12 2023-03-03 昆明理工大学 一种利用等离子体制备纳米碳粉的方法
JP2023530298A (ja) * 2020-06-15 2023-07-14 カンザス ステイト ユニバーシティ リサーチ ファウンデーション 粒子状材料を大量生産するための装置及び方法
FR3112767B1 (fr) * 2020-07-27 2023-05-12 Plenesys Production optimisée d’hydrogène à partir d’un hydrocarbure.
KR102508756B1 (ko) * 2020-11-02 2023-03-10 재단법인 한국탄소산업진흥원 플라즈마 처리와 열분해 복합화를 이용한 아세틸렌 블랙 제조장치
KR20220060043A (ko) * 2020-11-02 2022-05-11 재단법인 한국탄소산업진흥원 개선된 반응원료 주입 구조를 갖는 아세틸렌 블랙 제조장치
WO2023147235A1 (en) * 2022-01-28 2023-08-03 Cabot Corporation Methods of producing carbon blacks from low-yielding feedstocks and products made from same utilizing plasma or electrically heated processes
CN114604859B (zh) * 2022-04-06 2024-03-22 昆明理工大学 一段式热解煤焦油连续制备石墨烯的方法及装置
WO2023235486A1 (en) * 2022-06-01 2023-12-07 Monolith Materials, Inc. Recycled feedstocks for carbon and hydrogen production

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3288696A (en) * 1963-03-12 1966-11-29 Ashland Oil Inc Production of carbon black
US5110576A (en) * 1989-05-23 1992-05-05 Cabot Corporation Carbon black having a high specific surface area
WO1993020154A1 (en) * 1992-04-07 1993-10-14 Kvaerner Engineering A.S Production of carbon black
WO1994017908A1 (de) * 1993-02-05 1994-08-18 Armines Umwandlung von kohlenstoff oder kohlenstoffhaltigen verbindungen im plasma
JPH06322615A (ja) * 1993-05-14 1994-11-22 Nec Corp 炭素繊維とその製造方法
FR2764280A1 (fr) * 1997-06-06 1998-12-11 Yvan Alfred Schwob Procede pour la fabrication de carbone 60

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3408164A (en) * 1966-07-08 1968-10-29 Phillips Petroleum Co Plasma treatment of carbon blacks
US4056602A (en) * 1975-08-20 1977-11-01 Thagard Technology Company High temperature chemical reaction processes utilizing fluid-wall reactors
NO175718C (no) 1991-12-12 1994-11-23 Kvaerner Eng Fremgangsmåte ved spalting av hydrokarboner samt apparat for bruk ved fremgangsmåten
NO176969C (no) * 1992-12-23 1995-06-28 Kvaerner Eng Fremgangsmåte til styring av fremstillingen av karbon og hydrogen ved pyrolyse av hydrokarboner, samt anordning for bruk ved fremgangsmåten
NO302242B1 (no) 1995-07-07 1998-02-09 Kvaerner Eng Fremgangsmåte for å oppnå en öket ordning av nanostrukturen i et karbonmateriale
US6395197B1 (en) * 1999-12-21 2002-05-28 Bechtel Bwxt Idaho Llc Hydrogen and elemental carbon production from natural gas and other hydrocarbons

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3288696A (en) * 1963-03-12 1966-11-29 Ashland Oil Inc Production of carbon black
US5110576A (en) * 1989-05-23 1992-05-05 Cabot Corporation Carbon black having a high specific surface area
WO1993020154A1 (en) * 1992-04-07 1993-10-14 Kvaerner Engineering A.S Production of carbon black
US5527518A (en) * 1992-04-07 1996-06-18 Kvaerner Engineering A.S Production of carbon black
WO1994017908A1 (de) * 1993-02-05 1994-08-18 Armines Umwandlung von kohlenstoff oder kohlenstoffhaltigen verbindungen im plasma
JPH06322615A (ja) * 1993-05-14 1994-11-22 Nec Corp 炭素繊維とその製造方法
FR2764280A1 (fr) * 1997-06-06 1998-12-11 Yvan Alfred Schwob Procede pour la fabrication de carbone 60

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN. vol. 1995, no. 02, 31 March 1995 (1995-03-31) & JP 06322615 A (NEC CORP), 22 November 1994 (1994-11-22), abstract *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MD3963C2 (ru) * 2008-05-08 2010-04-30 Владимир ШКИЛЁВ Способ нанесения несъёмной идентификационной нанометки
MD3956C2 (ru) * 2008-05-08 2010-04-30 Владимир ШКИЛЁВ Устройство для плазменного изготовления идентификационной нанометки

Also Published As

Publication number Publication date
BR0113976A (pt) 2003-07-29
WO2002024819A1 (en) 2002-03-28
DE60024084T2 (de) 2006-08-03
KR100529514B1 (ko) 2005-11-22
AU2002213938B2 (en) 2006-03-30
EP1188801A1 (en) 2002-03-20
KR20030046455A (ko) 2003-06-12
JP2004510014A (ja) 2004-04-02
UA77162C2 (en) 2006-11-15
US20040045808A1 (en) 2004-03-11
TWI285666B (en) 2007-08-21
AU1393802A (en) 2002-04-02
US7452514B2 (en) 2008-11-18
EA200300389A1 (ru) 2003-12-25
EP1188801B1 (en) 2005-11-16
DK1188801T3 (da) 2006-04-03
DE60024084D1 (de) 2005-12-22
ATE310054T1 (de) 2005-12-15
CN1458966A (zh) 2003-11-26
US20090142250A1 (en) 2009-06-04
MY137071A (en) 2008-12-31
ES2254089T3 (es) 2006-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EA007663B1 (ru) Устройство и способ преобразования углеродсодержащего сырья в углеродсодержащие материалы, имеющие заданную наноструктуру
AU2002213938A1 (en) Device and method for converting carbon containing feedstock into carbon containing materials, having a defined nanostructure
JP7399903B2 (ja) カーボンブラック生成システム
Fulcheri et al. Plasma processing: a step towards the production of new grades of carbon black
KR20190138862A (ko) 입자 시스템 및 방법
CN102108216A (zh) 一种等离子体技术制备导电炭黑和氢气的方法
KR100583500B1 (ko) 마이크로웨이브 플라즈마 반응기를 이용한 카본블랙 및수소의 제조공정
EA008269B1 (ru) Способ переработки угля в моторные топлива
WO2023235486A1 (en) Recycled feedstocks for carbon and hydrogen production
RU2349545C2 (ru) Установка для получения технического углерода и водорода
US20140069011A1 (en) Hydrogen sulfide and carbonyl sulfide removal apparatus using microwave plasma, and method thereof
BR112020011060A2 (pt) método para a produção de gás de síntese
CN104056829B (zh) 一种热等离子体反应器的连续清焦方法
RU2440925C1 (ru) Способ получения водорода с помощью плазменного генератора
EP1043367B1 (en) Method and plant for manufacturing carbon black
Popov et al. Electric arc plasma pyrolysis of natural gas by a high-voltage AC plasma torch
CN113272246B (zh) 用于生产合成气的方法和等离子体反应器
JPH0734001A (ja) カーボンブラックの製造方法
Aleknaviciute Plasma assisted decomposition of methane and propane and cracking of liquid hexadecane
KR20240095675A (ko) 열 플라즈마 발생장치를 이용하는 메탄 분해 장치 및 방법
RU2075437C1 (ru) Способ получения углеродного материала
JP2004161879A (ja) カーボンブラックの製造装置及び製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PC1A Registration of transfer to a eurasian application by force of assignment
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AZ KZ KG TJ TM RU