專利名稱:低灰分導電炭黑的制造方法
本發(fā)明是關于用液體燃料和含氧氣體在反應器里進行部分燃燒和熱分解而制取低灰份導電炭黑的方法。本發(fā)明也涉及該方法使用的設備。
炭黑基本上含元素碳，它們以六角形分布在一個平面上。其相互粘著力比在石墨中小，還有微量的氧、氫和烴原料的殘余組織。工業(yè)上，根據炭黑使用范圍作初步分類。
炭黑制造方法巳公開，該方法是在燃燒反應器里以高溫氣一空氣焰產生的，然后注入液態(tài)烴。炭黑是以吸熱解理反應生成，在反應區(qū)的尾部以水冷卻，然后分離。產量一般約為油中碳含量的50%。
具有導電性質的炭黑的制造，包括特別困難和昂貴的方法。巳發(fā)現，類似石墨結構可提供這種用途，它只能得到大體改進的質量。尤其這種方法一般采用終止化學反應，而不必用恒定的支持火煥，也不必用水冷卻熱的反應產物。
我們現在發(fā)現，按照本發(fā)明的方法，在反應器里留置時間對炭黑的質量起決定性影響。與突冷卻(聚冷)相反，本發(fā)明以逐步冷卻取得質量的改進。
按照本發(fā)明制造低灰份導電炭黑的方法，是由部分燃燒和液體燃料與含氧氣體在反應器里進行吸熱解理，這包括預熱液體烴并在壓力下與比烴溫度更高的含氧氣體通入反應器，當送進氣-空氣時，在反應物脫離反應器入口點的位置上引入上述反應。隨著至少約10秒的留置時間而產生部分燃燒和及吸熱反應，然后在反應器外側，間接和逐步地冷卻反應產物。使烴和含氧氣體之間的溫差在150℃以上，對反應更有利。我們做過的一些實驗還表明，如果烴熱至約120℃并在至少15巴壓力下和熱至約300℃的氧氣通入反應器，特別有利于反應。
用水注入反應室代替突然冷卻，脫離反應的反應產物的溫度約800-1200℃，按照本發(fā)明停止反應的方法是通過至少分兩個階段進行熱交換直至過濾溫度為150至300℃。
用這種方法可以生產工業(yè)上各種用途的高質量的低份導電產品。這種制取的炭黑尤其可用作橡膠和塑料的增強劑、增損保護劑;作為塑料的顏料添加劑，電池里傳導靜電荷的添加劑。
適用于所提出方法的設備包括一個長/直徑的比值至少為2的反應器。這反應器在加壓下加溫烴和加熱含氧氣體的設備之后。而且，反應器至少要再接一個熱交換器以間接、逐步地冷卻反應產物。
建議的直徑比率可取得更長更為有利的留置時間，而其他尺寸保證了上述優(yōu)點和方法的特色。
具有特別優(yōu)點的設備，具體為燃燒器，該燃燒器帶有分布于各區(qū)的冷卻管，這些冷卻管安裝在套筒里，以便接收冷介質的反向循環(huán)。而且加熱含氧氣體的熱氣體的熱交換器是置于反應器之前。
對于提出的設備的圖解說明如附圖所示，附圖也說明本發(fā)明方法。在附圖中圖1為有立式反應器的設備示意圖;
圖2為反應器蓋的橫截面。
在圖1中，1表示反應器，它具有圓柱體2，半球形蓋3和錐形出口4。均勻分布于反應器蓋3的三個進料裝置5，還有安裝在蓋3中心的進料裝置6。各個進料裝置5有一烴(例如油)導管7把進料裝置5和熱交換器相連接。熱交換器是蒸氣熱，為此，有一蒸氣接頭9。供應熱交換器8是通過管10，該管帶有輸送泵11。進入各個進料裝置5之內再開一空氣管12，它以同園心圍繞著在進料管5區(qū)域內的管7，因此兩管入口的連結點設有注射器裝置。這樣，烴流通過管7帶入含氧氣體，例如空氣;通過管12，混合物從而通入反應室13里。
中心進料裝置6與氣一空氣裝置14相連接，火焰在這設備中生成，以便在反應之前，預熱反應室13。所說的1裝置6是由進料裝置中立體地分開來，并對反應加以預熱，因此，反應過程中，支持火焰不再出現。
考慮到物流的方向，圓柱體2里用以間接，逐步地冷卻反應產物的熱交換器是一個接一個的分布。熱交換器包括直立冷卻管15，它們被安裝在圓柱體2的套管里，作為接受逆反應產物方向而循環(huán)的冷介質。冷卻管的連接點標有16和17。這些冷卻管可能形成冷卻盤管，當然，這提供了一些相互獨立的冷卻盤管而形成不同的冷卻區(qū)。
重要的是在反應開始之前，在操作設備時，烴的溫度至少應比含氧氣體溫度低150℃。最好當使烴與溫度約為300℃的含氧氣體接觸時，烴的壓力至少為15巴，溫度約120℃。在這種狀態(tài)下，地反應物送進燃燒器里。在反應器出口處，反應產物的溫度為800-1200℃，然后再用熱交換器冷卻至過濾溫度為150-300℃。
熱交換器是用廢氣和(或)給氧氣加熱的熱氣來加熱。
假定液態(tài)烴里的低沸點成份，由于噴咀突然降壓，與此同時與大體上更熱的氧氣接觸，由噴霧狀的烴以急速分散的方式噴出，立即燃燒，由此產生放熱反應。因此，有利于氧氣和烴在燃燒器里形成實質上的相互立即接觸。
含低沸點成份的烴液滴(如果烴噴霧不是太細的話，對實際完成木方法是很有用的)，首先進行短暫的上述低沸點成份的蒸發(fā)而達到最低限度的冷卻。估計上述液滴稍微增加了穩(wěn)定性并和反應器合理的冷卻區(qū)一起有助于反應混合物提高留置時間。
上述提出的方法的兩個操作實例說明如下，但并不代表本發(fā)明的任何特殊的最佳實施方案。
在兩個實例里都使用高7.4米，直徑1.8米的反應器。
例1方法資料100/25級生產空氣(標米3/時) 600烴(公斤/時) 200生產空氣溫度，℃ 350烴溫度，℃ 120平均計留置時間，秒 91溫度分布0℃測量點1 1，1002 ……3 ……4 400冷卻器入口，0℃ 930冷卻器出口，0℃ 280過濾溫度，0℃ 250產品資料(按上述方法資料制得產品)BET(表面積測定)，米2/克 120DBP(酞酸二丁酯)，米2/100克 196Tint(IRB-E) 85揮發(fā)，超過5分鐘的損失%于900℃ 1.5PH 7
篩滯留物，45微米，% 0.05灰渣，% 0.5可提取二甲苯，% 0.05電阻，厘米50%與BDP混合時 1.0水含量，% 0.5AS數值，米1/5克 23.5松密度，稠化后克/升 160例2方法資料生產空氣(標米3/時) 18，50烴(公斤/時) 500生產空氣溫度，℃ 300烴溫度，℃ 75平均計留置時間，秒 44溫度分布0℃測量點1 1，1502 ……3 ……4 680冷卻器入口 950冷卻器出口，0℃ 265過濾溫度，0℃ 230產品資料(按上述方法資料制得產品)BET，米2/克 67
DBP，米1/100克 210Tint(IRB-5) 84揮發(fā)，超過5分鐘的損失%于900℃ 1.5PH 7篩滯留物，45微米，% 0.05灰渣，% 0.5可提取二甲苯，% 0.05電阻，厘米50%與BDP混合時 0.7水含量，% 1.5AS數值，米1/5克 24.5松密度，稠化后 克/升 125接著按下述方法測定上述方法平均留置時間和50%炭黑與DBP混合時的電阻在反應器里留置時間Ev體積Ev-……物料通過量實際計算反應器體積(米3)反應器為圓柱體，6米高，體積為VR= (1.822×3.14)/4 ×(6.00+0.40)=16.64米物料通過量(混合物)2，800標米3/時
2，800標米3/時+ 280 ″ (+10%)計算值＝3，080標米3/時＝0.86米3/秒Ev= (16.7米3秒)/(0.86米3) ＝19.4秒下面制定的方法是用以測定炭黑的電阻率(導電率)準確稱出2-4克炭黑置于玻璃盤中，加入酞酸二丁酯，混合至糊狀。酞酸二丁酯是用滴定管量取，因此可以準確知道消耗的體積。一般，糊的正確稠度是由相當于DBP值+10%的酞酸二丁酯量取得。
炭黑在糊中的含量(克/克)計算如下g炭黑＝以克表示的炭黑重量VDBP＝以毫升表示的酞酸二丁酯;密度＝1.06炭黑含量＝ (g炭黑)/(g炭黑＋VDBP×1.06)接著，在內徑5毫米，長50毫米的玻璃管兩端壓入糊，并各塞入直徑5毫米，長約15厘米的鋼壓實桿。玻璃管和兩個塞用架子和夾子垂直固定，而上部塞子載重約1公斤。然后連續(xù)測量壓實糊的電阻電阻值隨著時間逐漸減小，在2 1/2 至4小時之后便顯示一個穩(wěn)定值。此電阻值以Rp(歐姆)表示。
測量糊塞的長度L(厘米)Rp＝Sp× (L)/(S) 而L＝以厘米表示的長度S＝玻璃管的橫截面，平方厘米由上式可以計算出Sp(Ω厘米)。
方法的重現性在±10%之內。
本方法的優(yōu)點在于不需要高壓而且施加的壓力對結果只有微小的影響。
權利要求
1.一種制造低灰份導電炭黑的方法是用液體燃料和含氧氣體在反應器里進行部分燃燒和熱分解，其特征在于其中的液態(tài)烴經預熱并在加壓下聯同溫度比烴高的含氧氣體通入反應室，當送進氣-空氣時，在反應物脫離反應器入口點的位置上引入上述反應，隨著至少約10秒的留置時間而產生部分燃燒和吸熱反應，然后在反應器外側，間接和逐步地冷卻反應產物。
2.按照權利要求
1的方法，其特征在于其中烴和含氧氣體之間的溫差至少150℃。
3.按照權利要求
1或2的方法，其特征在于其中烴熱至約120℃并在至少15巴壓力下和熱至約300℃的氧氣通入反應器。
4.按照權利要求
1至3的方法，其特征在于脫離反應的反應產物的溫度為800-1200℃，是通過至少分兩個階段進行熱交換直至過濾溫度為150至300℃。
5.用液體燃料和一種含氧氣體作為反應物進行部分燃燒和熱分解制造低灰份導電炭黑的設備，其特征在于具有一個長-直徑比值至少為2的反應器，反應器置于加壓加熱烴和加熱含氧氣體裝置之后，接著至少有一個用以逐步冷卻反應產物的熱交換器。
6.按照權利要求
5的設備，其特征在于其中的燃燒反應器提供以區(qū)分布的冷卻管，這些管安裝在套管里，以便接收冷介質的反向循環(huán)。
7.按照權利要求
5的設備，其特征在于其中的反應器置于加熱含氧氣體的熱氣體的熱交換器之后。
8.低灰份導電炭黑是按權利要求
1的方法制造。
專利摘要
本發(fā)明是關于制造低灰分導電炭黑的方法，它既不采用支持火焰也不用驟冷的方法，而是把不分層的烴在加壓下加熱至120℃以上，氧氣加熱至150℃或更高溫的燃料。在維持反應的平均留置時間至少10秒。炭黑在反應器里形成后，接著分兩階段冷卻至過濾溫度。
文檔編號C09C1/44GK86104761SQ86104761
公開日1987年2月25日 申請日期1986年7月16日
發(fā)明者H·J·厄特爾, J·艾福爾特 申請人:貝拉學院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan