RU2487081C1 - Method of producing carbon material - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to a method of producing carbon material, which involves pyrolysis of hydrocarbons on a catalyst while heating in a reactor, removing the obtained carbon material with the catalyst from the reactor and separating the carbon material, which is carried out by high-temperature treatment thereof in a rarefied neutral medium at 1400…1600°C and holding for 5…60 at absolute pressure of 1…200 Pa.

EFFECT: high heat-resistance and reliability of the carbon material.

1 tbl

Description

Изобретение относится к технологии получения углеродных материалов и может быть использовано в технике.The invention relates to a technology for producing carbon materials and can be used in technology.

Известен способ получения углеродного материала, включающий пиролиз углеводородов на катализаторе при нагревании в реакторе, вывод полученного углеродного материала с катализатором из реактора и отделение углеродного материала от катализатора - патент RU №2258031 С1 на «Способ получения углеродного материала», опубликовано 10.08.2005.A known method of producing carbon material, including the pyrolysis of hydrocarbons on a catalyst when heated in a reactor, the withdrawal of the obtained carbon material with a catalyst from the reactor and the separation of the carbon material from the catalyst - patent RU No. 2258031 C1 to "Method for producing carbon material", published on 10.08.2005.

По своим признакам и достигаемому результату этот способ наиболее близок к заявленному и принят за прототип.According to its characteristics and the achieved result, this method is the closest to the claimed and adopted as a prototype.

В известном способе отделение углеродного материала от катализатора выполняют путем растворения последнего в разбавленной соляной или азотной кислоте с последующей многократной промывкой углеродного материала в дистиллированной воде до полной нейтрализации.In the known method, the separation of the carbon material from the catalyst is performed by dissolving the latter in dilute hydrochloric or nitric acid, followed by repeated washing of the carbon material in distilled water until completely neutralized.

Недостаток такого способа заключается в загрязнении получаемого углеродного материала хемосорбированным кислородом из катализатора, что снижает жаропрочность и надежность материала.The disadvantage of this method is the contamination of the resulting carbon material with chemisorbed oxygen from the catalyst, which reduces the heat resistance and reliability of the material.

Указанный технический результат достигается в способе получения материала, включающего пиролиз углеводородов на катализаторе при нагревании в реакторе, вывод полученного углеродного материала с катализатором из реактора и отделение углеродного материала от катализатора, согласно изобретению отделение углеродного материала от катализатора выполняют путем их высокотемпературной обработки в разреженной нейтральной среде при 1400…1600°С с выдержкой в течении 5…60 минут при абсолютном давлении 1…200 Па.The specified technical result is achieved in a method for producing a material including pyrolysis of hydrocarbons on a catalyst when heated in a reactor, withdrawing the obtained carbon material with a catalyst from the reactor and separating the carbon material from the catalyst, according to the invention, the separation of the carbon material from the catalyst is performed by high-temperature processing in a rarefied neutral medium at 1400 ... 1600 ° С with holding for 5 ... 60 minutes at an absolute pressure of 1 ... 200 Pa.

Предлагаемый способ получения углеродного материала включает пиролиз углеводородов с общей формулой С_хН_у, например метана или природного газа, или пропан-бутановой смеси, или пропилена, или попутного нефтяного газа (используются на нашем предприятии), или других углеводородных газов, при их непрерывной подаче в реактор с катализатором, например смесью металлических кобальта и молибдена с оксидом магния или смесью металлического никеля и оксида магния (см., например, Ткачев А.Г., Золотухин И.В. Аппаратура и методы синтеза твердотельных наноструктур. М.: «Издательство машиностроение - 1». 2007 г. гл.6.), при температуре 500…1000°С, охлаждение реактора, вывод полученного углеродного материала с катализатором из реактора и отделение углеродного материала от катализатора.The proposed method for producing carbon material includes the pyrolysis of hydrocarbons with the general formula C _x H _y , for example methane or natural gas, or a propane-butane mixture, or propylene, or associated petroleum gas (used at our enterprise), or other hydrocarbon gases, if they are continuous feeding into the reactor with a catalyst, for example, a mixture of metallic cobalt and molybdenum with magnesium oxide or a mixture of metallic nickel and magnesium oxide (see, for example, Tkachev A.G., Zolotukhin I.V. Apparatus and methods for synthesizing solid-state Anostructures. M.: Publishing House Engineering - 1. 2007, Ch.6.), at a temperature of 500 ... 1000 ° C, cooling the reactor, removing the obtained carbon material with the catalyst from the reactor and separating the carbon material from the catalyst.

Отделение углеродного материала от катализатора выполняют путем их высокотемпературной обработки в разреженной нейтральной среде, например азота, аргона или гелия, при 1400…1600°С с выдержкой 5…60 минут при абсолютном давлении 1…200 Па (чем обеспечивается ускоренная высококачественная очистка углеродного материала от катализатора и примесных частиц другого химического состава (см. Приложение, таблица 1) возгонкой последних с использованием общедоступного оборудования, например лабораторного) и последующее охлаждение в разреженной нейтральной среде.The carbon material is separated from the catalyst by high-temperature treatment in a rarefied neutral medium, such as nitrogen, argon or helium, at 1400 ... 1600 ° C with a holding time of 5 ... 60 minutes at an absolute pressure of 1 ... 200 Pa (which ensures accelerated high-quality cleaning of carbon material from catalyst and impurity particles of a different chemical composition (see Appendix, table 1) by sublimation of the latter using publicly available equipment, such as laboratory equipment) and subsequent cooling in a diluted neutral noy environment.

Способ получения углеродного материала по сравнению с прототипом обеспечивает его повышенные жаропрочность (см. Приложение, таблица 1) и, следовательно, надежность.The method of producing carbon material in comparison with the prototype provides its increased heat resistance (see Appendix, table 1) and, therefore, reliability.

Приложениеapplication

Способ получения углеродного материала (результаты экспериментовThe method of obtaining carbon material (experimental results

Таблица 1.Table 1. № п/пNo. p / p Параметры синтезаSynthesis Parameters Параметры очисткиCleaning Options Параметры испытанийTest parameters Исп.газUse gas Температура, °СTemperature ° C Давление абс., ПаPressure abs., Pa Температура, °СTemperature ° C Время, мин.Min time Температура, °СTemperature ° C Время, мин.Min time Содержание примесей, % масс.The content of impurities,% mass. 1one Природный газNatural gas 800800 1⁺⁵ 1 ⁺⁵ 14001400 6±16 ± 1 590590 480480 <0,1<0.1 22 100±5100 ± 5 15001500 38±238 ± 2 468468 0,10.1 33 200±10200 ± 10 16001600 55±555 ± 5 462462 0,110.11 4four МетанMethane 800800 1⁺⁵ 1 ⁺⁵ 14001400 6±16 ± 1 480480 <0,1<0.1 55 100±5100 ± 5 15001500 38±238 ± 2 480480 <0,1<0.1 66 200±10200 ± 10 16001600 55±555 ± 5 468468 0,10.1 77 Пропан-бутанPropane butane 720720 1⁺⁵ 1 ⁺⁵ 14001400 6±16 ± 1 468468 0,10.1 88 100±5100 ± 5 15001500 38±238 ± 2 462462 0,110.11 99 200±10200 ± 10 16001600 55±555 ± 5 450450 0,150.15 1010 Пропи
ленPropi
linen 700700 1⁺⁵ 1 ⁺⁵ 14001400 6±16 ± 1 486486 <0,1<0.1 11eleven 100±5100 ± 5 15001500 38±238 ± 2 480480 <0,1<0.1 1212 200±10200 ± 10 16001600 55±555 ± 5 468468 0,10.1 * - Испытания на окислительную стойкость проводили выдержкой в муфельной печи на воздухе.* - Tests for oxidative stability were carried out by exposure in a muffle furnace in air. ** - Содержание примесей оценивали по дифференциально-термическому анализу.** - The content of impurities was evaluated by differential thermal analysis.

На нашем предприятии был также получен углеродный материал по способу, описанному в прототипе, содержание примесей в котором оказалось в несколько раз больше, чем в предлагаемом нами. Кроме того, данный углеродный материал не выдержал испытания на окислительную стойкость при заданной температуре, его устойчивость составляет приблизительно 60 минут.At our enterprise, carbon material was also obtained by the method described in the prototype, the impurity content of which turned out to be several times higher than in our proposed one. In addition, this carbon material did not pass the oxidation resistance test at a given temperature; its stability is approximately 60 minutes.

Claims (1)

Способ получения углеродного материала, включающий пиролиз углеводородов на катализаторе при нагревании в реакторе, вывод полученного углеродного материала с катализатором из реактора и отделение углеродного материала от катализатора, отличающийся тем, что отделение углеродного материала от катализатора выполняют путем их высокотемпературной обработки в разреженной нейтральной среде при 1400…1600°С с выдержкой в течение 5…60 мин при абсолютном давлении 1…200 Па. A method of producing a carbon material, including pyrolysis of hydrocarbons on a catalyst when heated in a reactor, withdrawing the obtained carbon material from the catalyst from the reactor and separating the carbon material from the catalyst, characterized in that the carbon material is separated from the catalyst by high-temperature treatment in a rarefied neutral medium at 1400 ... 1600 ° С with holding for 5 ... 60 min at an absolute pressure of 1 ... 200 Pa.