Способ получения ацетиленовой сажи Советский патент 1980 года по МПК C09C1/54 

Изобретение относится к получению ацетиленовой сажи, используемой,глав ным образом, при изготовлении гальва нических элементов. Известен способ получения ацетиленовой сажи, включающий сжигание ацетилена с воздухом при мольном отношении кислорода к ацетилену 0,250,9 при давлении выше атмосферного Однако по этому способу нельзя получить сажу с высокой электропроводностью и структурностью. Наиболее близким к предлагаемому является способ получения ацетиленовой сажи, включающий предварительный нагрев потока кислорода до 320°С и углеводородного газа ( , С.Н(,) до температуры, близкой к температуре их термического распада, и последующее неполное сжигание углеводорода в печи при молярном отноше нии кислорода к углеводороду менее 1 (0,4-0,5) при давлении ниже атмос ферного . Недостатком данного способа явля ется получение сажи только с удельным электросопротивлением не ниже 0,4 ОмСМ и структурностью (козффициент ДБФ) не более 320 мл на 100 г сажи. Цель изобретения - повышение структурности и электропроводности сажи. Указанная цель достигается тем, что в предложенном способе, включающем предварительный нагрев потоков углеродного и кислородсодержащего газа и последующее неполное сжигание углеводорода в печи при давлении ниже атмосферного и выделение сажи, в качестве углеводорода используют ацетилен, в качестве кислородсодержащего газа - воздух, предварительно нагретый до 600-850°С, и сжигание ведут при молярном отношении кислорода к ацетилену 0,08-0,20, ацетилен предварительно нагревают до температуры не более 100°С и стенки печи нагревают до 1500°С. Предлагаемым способом получают ацетиленовую сажу с более высокими характеристиками, то есть, с удельным электросопротивлением, замеренным при давлении 6,3 бар, меньше 0,3 Ом-см и с коэффициентом ДВР,большим 320 мл на 100 г сажи. Неполное сгорание осуществляется . следующим образом: ацетилен предварительно подогретый в печи (стенки которой снаружи нагреты или нет) вводится в контакт с предварительно подогретым до температуры выше или равной 600°С воздухом, причем молярное соотношение вводимого ацетилена и воздуха равно 0,08-0,20.

Температура предварительного подогрева ацетилена не превьлшает , а воздуха - .

Стенки печи обычно не подогреты снаружи. Предпочтительно поддерживат стенки печи в зоне, где образуется ацетиленовая сажа при температуре выше или равной 1500°С путем подвода тепла извне. Температура, при которо поддерживают стенки печи, не превышает 20000с (вы1ие 2300°С) .

Поток воздуха вводят в печь в зону, непосредственно прилегающую к зоне введения потока ацетилена, к периферии и тангенциально к ней.

Неполное сгорание ацетилена происходит в верхней части вертикальной печи, стенки которой нагреты или нет электрически. Аэрозоль, образованный частицами газовой сажи и остаточными газами реакции, направляется по линии, в которой аэрозоль охлаждается естественной конвекцией, и через вентилятор в циклоны - отделители, а сажа собирается в бункере.

При непрерывном протекании процесса ток ацетилена прерывается время от времени на очень короткое время (от нескольких секунд до минуты) и в течение этого прерывания в печь вводят ток сжатого воздуха, чтобы отделить газовую сажу, которая фиксируется на стенках печи.

Температура сажеобразования 2000°С. Ацетиленовая сажа, полученная по предложенному способу, обладает высокой кристаллической упорядоченностью и высокоразвитой структу- . рой.

Свойства ацетиленовых саж {средний диаметр частиц и удельная поверхность (или поверхность определенная по методу БЕТ) определяются соответственно путем исследования под электронным микроскопом и по адсорбции азота.

Электрическое удельное сопротивление определяется следующим образом

Сажу помещают в. цилиндрическую, неприводящую трубку, содержащую в своей нижней части металлическую заглушку, образующую электрод. Над сажей помещают металлический поршень, конец которого образует другой элекрод. На этот поршень воздействуют давлением 6,3 бар. Количество сажи, введенное в цилиндр, под давлением занимает высоту 1,5 см. Два электрода связаны с мостом Уитстона и измеряют электрическое сопротивление : столба сажи. Удельное сопротивление р сажи .определяют по формуле

(S/J), где R - выражено в омах;

S - представляет собой .сечение столба (колонны), выраженное в см , г

3 .- означает высоту столба (колонны) , выраженную в см.

Абсорбционная способность по отношению к жидкостям, которая представляет собой до некоторой степени меру структуры сажи, характеризуется данными различных показателей (коэффициентов), в частности показателем фильтрации и показателем ДБФ.

Показатель фильтрации определяется следующим образом.

Сажу предварительно пропускают через сито, отверстия ячеек которог составляет 0,074 мм, 5 г просеянной сажи смачивают смесью вода-ацетон, содержащей 3 вес.% ацетона, для получения кашицы. Кашицу фильтруют на воронке Бюхнера под вакуумом 200 мм вод.ст. Слой сажи , образовавшийся на дне воронки Бюхнера, после удаления большей части воды отжимают, оставляя его на 20 мин на воронке Бюхнера, поддерживая все время вакуум 200 мм вод. ст. Затем определяют путем взвешивания вес водноацетоновой смеси, абсорбированной 5 г сажи. Этот вес называют показателем фильтрации.

ПоказательДБФ определяют по методу французской нормы NF Т 45-122, видоизмененному следующим образом;

Для каждого образца ацетиленовой сажи делается по 7 измерений показателя ДБФ, соответственно взятым для испытания 1,2,3,4,5,6 и 7 г сажи, и чертят кривую показателя ДБФ (выраженного в мл на 100 г сажи) f (взятый вес) ; эта кривая имеет точку перегиба; предпочтительной величиной показателя ДБФ является величина, соответствующая точке перегиба.

В табл. 1 представлены сравнительные характеристики известной и предлагаемой ацетиленовой сажи.

Свойства Содержание углерода, % Средний диаметр частиц, А 250-300 Удельная поверхность, Удельное сопротивление. Ом-см Показатель фнльтрации Показатель ДВР {мл. на 100 г сажи) Пример 1. В вертикальную печь через форсунку вводят 40 норм. ацетилена, предваритель но не подогретого, и.40 нЪрм. предварительно подогретого до 800°С воздуха (при отношении О tCjHj 0,2). Стенки верхней части печи электрически не нагреты. Каждые 30 мин прерывают ток ацетилена на 1 мин и в печь направляют ток воздуха при комнатной температуре, сжатого под давлением 2 бар. Затем снова пускают ток ацетилена. Реакция снова начинается во время этого восстановления процесса. Давление в печи составляет 200 мм вод. ст. Таким образом получают 34 кг/ч ацетиленовой сажи,обладающей электри ческим удельным сопротивлением 0,295 Ом-см и показателем ДБФ 460 мл на 100 г сажи. Кристаллические параметры кристаллической решетки (средняя высота L кристаллических наслоений,средний диаметр L слоев, расстояния С/2 между двумя плоскостями решетка полученной ацетиленовой сажи определяются по дифракции рентгеновских лучей (Х-лучей). В табл. 2 представлены параметры кристаллической решетки. Таб.лица Параметры Предлагаемая саж Кристаллическая структура предла гаемой сажи приближается к таковой графита (для графита С/2 3,41 S). , Пример 2. Проводят аналоги но примеру 1, за исключением того.

Таблица 1

Предлагаемая сажа Известная

сажа 100-120 0,270-0, 100-120 400-500 99 50-200 85-115 ,400-0,700 80-85 что в печь через форсунку вводят 50 норм. ацетилена, предварительно подогретого до и 20 норм. воздуха, предварительного подогретого до (при отношении Оп:СпНп 0,08) . Получают 49 кг/час ацетиленовой сажи, имеющей показатель ДБФ 400 мл на 100 г сажи и электрическое удельное сопротивление 0,250 Ом.см. Пример 3. В вертикальную печь через форсунку вводят 50 норм.м/ч ацетилена, предварительно не подогретого и 20 норм.мЗ/ч воздуха, предварительно подогретого до 700С (при соотношении C2H,j, 0,08). Стенки верхней части печи поддерживаются путем электронагрева при температуре, близкой к . Каждые 30 мин ток ацетилена прерывают на 10 сек и в печь вводят сжатый под давление 2 бар и при комнатной температуре воздуха. Затем снова пускают ток ацетилена. Получают 49 кг/ч ацетиленовой сажи, имеющей показатель ДБФ 500 мл на 100 г сажи и электрическое удельное сопротивление 0,270 Ом-см. Формула изобретения 1. Способ получения ацетиленовой сажи, включающий предварительный нагрев потоков углеводородного и кислородсодержащего газа и последующее неполное сжигание углеводорода в печи при давлении ниже атмосферного и выделение сажи, отличающийся тем, что, с целью повьошения структурности и электропроводности, в Качестве углеводородного газа используют ацетилен, в качестве кислородсодержащего газа - воздух,предварительно нагретый до 600-850°С, и 7 791 сжигание ведут при молярном отнршеНИИ кислорода к ацетилену 0,08-0,20. 2.Способ по п.1,отличаюЩ и и с я тем, что ацетилен предварительно нагревают до температуры не более . 3.Способ по пп. 1 и 2, о т л ичающийся тем, что стенки печи нагреваются до 1500с. 2558 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент Великобритании 1149908, кл. С 09 С 1/48 (СЭД), опублик. 23.04.69. 2. Заявка Франции № 2229744, кл. С 09 С 1/54, опублик. 13.12.74 (прототип).