專(zhuān)利名稱(chēng)：將含碳原料轉(zhuǎn)變?yōu)橛星逦{米結(jié)構(gòu)含碳材料的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將含碳原料轉(zhuǎn)變?yōu)樘亢诨蚱渌疾牧?、尤其是具有清?defined)納米結(jié)構(gòu)含碳材料的方法和裝置。
目前，超過(guò)99％的炭黑通過(guò)不完全燃燒方法制得，迄今為止最主要的方法是六十年前發(fā)展起來(lái)的“爐法”，其它方法有“通道法”、“熱法”和“燈法”。所有這些工業(yè)方法的特征是有大約40-60％的原料或原材料的燃燒產(chǎn)生裂解剩余原料所需的熱量。即便生產(chǎn)廠(chǎng)家目前提供了超過(guò)100種等級(jí)的炭黑，每種等級(jí)具有不同的供特定用途的規(guī)格和性能，但是新材料的生產(chǎn)仍受到工藝化學(xué)(化學(xué)組成、可獲得的能量方面)的限制。
全球每年生產(chǎn)大約6百萬(wàn)MT(公噸)的炭黑。用作原料的原材料是用于低質(zhì)量材料(輪胎生產(chǎn))的潷析油(decant oil)、裂解燃料油(pyrolysis fuel oil，PFO)和煤焦油餾出物。一千兩百萬(wàn)公噸用來(lái)制造炭黑的油所得的污染物排放為兩千兩百萬(wàn)公噸CO2和數(shù)百萬(wàn)公噸的SOx和NOx。進(jìn)行乙炔的自分解來(lái)生產(chǎn)高等級(jí)炭黑(40 000 MT)，主要用于電池制造。
還開(kāi)發(fā)了另一種工業(yè)規(guī)模上基于電等離子體為主要能源的技術(shù)，該技術(shù)以直流(DC)碳電極等離子體發(fā)生器為基礎(chǔ)。PCT/NO92/00196和PCT/NO96/00167揭示這樣的等離子體反應(yīng)器。根據(jù)所揭示的內(nèi)容，主要產(chǎn)物是氫，次要產(chǎn)物是碳材料。但是，無(wú)證據(jù)表明該方法能夠生產(chǎn)有商業(yè)價(jià)值的炭黑。
PCT/EP94/00321揭示了具有三個(gè)電極的等離子體反應(yīng)器，通過(guò)向電極施加交流電來(lái)產(chǎn)生復(fù)合弧。將原料經(jīng)過(guò)弧區(qū)加入反應(yīng)器中。根據(jù)該現(xiàn)有技術(shù)，反應(yīng)區(qū)位于弧區(qū)的正下方且與其相鄰，在該反應(yīng)區(qū)中原料轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂星逦{米結(jié)構(gòu)的碳化合物(即轉(zhuǎn)變?yōu)樘亢?。原料至少是部分循環(huán)經(jīng)過(guò)弧區(qū)。該方法制得的炭黑是由多種熱處理得到的碳材料的混合物。該方法使得能制備不同的炭黑材料。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種制備具有完好性能的炭黑的方法和裝置，使得通過(guò)控制操作條件和工藝參數(shù)而獲得原料的高轉(zhuǎn)化效率和可再現(xiàn)的產(chǎn)品質(zhì)量。
本發(fā)明通過(guò)權(quán)利要求書(shū)中限定的方法和裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)該發(fā)明目的。另外，一種新炭黑是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案。本發(fā)明的較佳實(shí)施方案由從屬權(quán)利要求限定。下文和具體實(shí)施例以及附圖將說(shuō)明本發(fā)明的特征，這些特征的組合或次組合構(gòu)成另一些實(shí)施方案。
本發(fā)明可以控制操作條件來(lái)制造具有明確性能的炭黑，并防止原料和任何產(chǎn)物循環(huán)經(jīng)過(guò)弧區(qū)，由此制得具有明確且可恒定再現(xiàn)的性能的炭黑材料。特別是文丘里管使得能更好地控制反應(yīng)溫度，并在“低溫區(qū)域”即制備炭黑的反應(yīng)區(qū)內(nèi)獲得更有效的混合物。
本發(fā)明的一大優(yōu)點(diǎn)是可以使用幾乎所有的含碳原料。更具體而言，燃燒焓低(例如低于80 BMCI)的材料，包括輪胎熱解得到的再循環(huán)油也可用作原料。
較佳的方法包括以下步驟使等離子體氣體經(jīng)過(guò)電弧產(chǎn)生等離子體，讓等離子體氣體經(jīng)過(guò)或引導(dǎo)等離子體氣體經(jīng)過(guò)文丘里管區(qū)(該區(qū)的直徑在等離子體氣體流動(dòng)方向的喉部變窄)，將等離子體氣體通入或?qū)敕磻?yīng)區(qū)(該區(qū)的直徑大于文丘里管區(qū)的喉部)，(在等離子體氣體經(jīng)過(guò)文丘里管區(qū)喉部之后)將原料注入位于在文丘里管區(qū)后面的反應(yīng)區(qū)內(nèi)的等離子體氣體中，從反應(yīng)區(qū)中提取反應(yīng)產(chǎn)物并回收炭黑。也可以將原料注入文丘里管的喉部和/或文丘里管稍上方的位置。
與其它反應(yīng)產(chǎn)物分離的炭黑具有清晰的納米結(jié)構(gòu)。該納米結(jié)構(gòu)的形態(tài)和織構(gòu)取決于操作條件。
將等離子體氣體注入反應(yīng)區(qū)空間中，不一定要通過(guò)等離子體弧。在一個(gè)較佳實(shí)例中，電弧是一種由至少三個(gè)電極產(chǎn)生的復(fù)合弧。優(yōu)選是，電極是以石墨為基的電極，電弧是將電極接到足夠的交流電源上而產(chǎn)生的。電流頻率可以是使用常規(guī)電源(50-60Hz)的柵極(grid)的頻率，也可以通過(guò)使用高頻功率切換電源而更高。升高頻率適合于提高電弧穩(wěn)定性，尤其是當(dāng)使用氫氣作為等離子體氣體時(shí)。這時(shí)，電流頻率優(yōu)選是在500Hz至10kHz之間。
文丘里管較好是由石墨基材料制得，成形為錐形。文丘里管的出口段優(yōu)選是成形為陡的邊緣(edge)，從而形成一個(gè)突然擴(kuò)張的區(qū)域。喉部和該突然擴(kuò)張的區(qū)域之間的邊緣導(dǎo)致等離子體氣體體積急劇膨脹。這一手段較好地防止了含碳材料回流到文丘里管區(qū)入口前面的區(qū)域，尤其是防止含碳材料回流到等離子體形成區(qū)(如弧區(qū))中。同時(shí)，擴(kuò)張區(qū)還在物流中產(chǎn)生一高湍流區(qū)，用來(lái)提高等離子體流和原料之間的混合效率，從而實(shí)現(xiàn)均勻混合且更好地控制反應(yīng)溫度。
原料可以含有甲烷、乙炔、乙烯、丙烯、C4-烴(包括丁二烯)、輕油或重油、甚至是廢油和/或裂解燃料油(PFO)，以及任何其它含碳材料，或者原料可以是由上述材料組成。優(yōu)選是，基本上不將氧氣或含氧材料加入弧中和反應(yīng)器中?？梢允褂梅肿又泻邢蘖垦醯脑?，例如氧/碳的原子比最多為1/6。
較好是，等離子體氣體在電極上方軸向注入，為的是使等離子體氣體直接經(jīng)過(guò)弧。等離子體氣體本身可以?xún)?yōu)選包含下列氣體或者由這些氣體組成氫氣、氮?dú)?、一氧化碳、氬氣、氦氣或其它合適氣體，以及上述氣體的混合物，例如最多50％(體積)CO和氫氣的混合氣。尾氣中所含的除等離子體氣體以外的其它組分主要只是氫、甲烷、乙炔和乙烯，因此相對(duì)獨(dú)立于烴原料。若使用氧化合物，則尾氣中含有一些CO和非常少量的CO2。
優(yōu)選是一部分尾氣再循環(huán)用作等離子體氣體。若再循環(huán)的尾氣主要只由氫氣和痕量烴組成，那就特別好。
優(yōu)選是通過(guò)調(diào)節(jié)等離子體氣體的流量、電能和原料流量來(lái)將反應(yīng)區(qū)中的溫度控制在900℃至3000℃的范圍內(nèi)。
用至少一個(gè)注射器，優(yōu)選是用兩個(gè)至五個(gè)注射器注入原料。這些注射器可以環(huán)繞反應(yīng)區(qū)周邊等分配置。原料的注射可以是朝等離子體氣體流中心呈徑向，或者有相當(dāng)大切向和/或軸向的分量流(component)進(jìn)入等離子體氣體流外部區(qū)或反應(yīng)區(qū)，用來(lái)產(chǎn)生渦流狀流動(dòng)。將注射量調(diào)節(jié)至所需的反應(yīng)溫度，這取決于熱等離子體氣體的流動(dòng)和原料性質(zhì)。優(yōu)選的范圍是等離子體氣體中1-10kWh，以原料中每1千克的碳計(jì)。
當(dāng)此方法不用氧氣進(jìn)行時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物具有特別良好的質(zhì)量。
在本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)例中，制得有用的產(chǎn)物炭黑和氫氣。本發(fā)明的方法能制備多種產(chǎn)物。
本發(fā)明方法優(yōu)選是在一個(gè)用來(lái)將含碳原料在等離子體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂星逦{米結(jié)構(gòu)的碳化合物的反應(yīng)器中進(jìn)行，該反應(yīng)器包括一個(gè)室，該室具有(a)頭部，該頭部包括至少兩根電極和等離子體氣體源，用來(lái)當(dāng)施加足夠電能時(shí)在電極之間產(chǎn)生電弧，從而產(chǎn)生弧區(qū)，(b)文丘里管部分，(c)反應(yīng)室，包括至少一個(gè)原料注射器，所述文丘里管部分位于弧區(qū)和原料注射器之間，朝反應(yīng)室方向變窄。
所述反應(yīng)器較好是圓柱形的。所述室本身，至少是其內(nèi)表面宜由含石墨的材料制得。
在用本發(fā)明方法制備納米結(jié)構(gòu)的碳材料時(shí)，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量完全取決于工藝參數(shù)，主要是反應(yīng)溫度和停留時(shí)間，但是與原料關(guān)系不大，這一點(diǎn)出乎意料。這也就是為何即便是甲烷或廢油都可用來(lái)產(chǎn)生具有清晰納米結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量碳材料的原因。
本發(fā)明還提供了一種新炭黑。該炭黑的特征是在氮吸附法表面積(nitrogensurface area)和CTAB表面積之間有負(fù)差(通常被稱(chēng)作“孔隙率”)，固有密度(intrinsic density)低于1.9，較好是低于1.8，特別好是1.5-1.9g/cm3。即，N2SA＜CTAB SA特別是-20m2/g≤N2SA-CTAB SA＜0m2/g。
優(yōu)選是，炭黑的氮吸附法表面積為5-100m2/g，DBP吸收量為30-300毫升/100克。
此新炭黑的優(yōu)點(diǎn)是密度低。這在例如輪胎用途中，使得炭黑的所需重量減少，從而使得最終橡膠產(chǎn)品的總重量減少。此新炭黑的另一個(gè)用途是作為干電池電極。
本文所述和所說(shuō)明的炭黑的各種性能用以下標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)得。
氮吸附法表面積(N2SA) ASTM D3037-93CTAB SAASTM D3765-92DPB吸收ASTM D2414-93CDBP吸收量 ASTM D3493用二甲苯測(cè)得的固有密度 DIN 12797(2.5克炭黑，15乇)碘值 ASTM D1510硫含量 ASTM D1619灰分含量 ASTM D1506pH ASTM D1512甲苯褪色 ASTM D1618下文結(jié)合


本發(fā)明的一些優(yōu)選特征和實(shí)施方案。
圖1至圖2示出了本發(fā)明反應(yīng)器的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案。
圖1是進(jìn)行本發(fā)明方法的一套完整反應(yīng)器的示意圖，圖2是圖1反應(yīng)器上部的詳細(xì)視圖。
圖1示出反應(yīng)器1，該反應(yīng)器包括圓柱形反應(yīng)室2，其內(nèi)壁用石墨制得。反應(yīng)器的頭部3形成了反應(yīng)器上端。三根電極8位于頭部3，與能輸出三相交流電的電源4連接。電流頻率可以是電網(wǎng)頻率(50-60Hz)或者任何更高的頻率。反應(yīng)室2的下端與提取裝置5連接，通過(guò)該提取裝置從反應(yīng)器中取出反應(yīng)產(chǎn)物。這些反應(yīng)產(chǎn)物輸入到標(biāo)準(zhǔn)的分離裝置6(例如旋風(fēng)分離器和/或過(guò)濾器)中，在該分離裝置中炭黑與氫和其它反應(yīng)產(chǎn)物分離。
反應(yīng)室2上部更詳細(xì)的視圖見(jiàn)圖2。使等離子體氣體(優(yōu)選是氫氣、氮?dú)狻⒁谎趸?、氬氣或者它們的混合氣體)由入口7經(jīng)過(guò)頭部3的中央加入到反應(yīng)室2中。根據(jù)等離子體氣體的性質(zhì)和電功率，將等離子體氣體流量在每kW電功率0.001至0.3Nm3·h-1之間調(diào)節(jié)。將連接在電源4上的三根石墨電極8(圖2中示出兩根)安放在頭部3。這些電極的尖端足夠靠近在一起，使得當(dāng)足夠的電源與電極連接時(shí)，在等離子體氣體的存在下能觸發(fā)復(fù)合電弧。結(jié)果在弧區(qū)9內(nèi)產(chǎn)生等離子體。該等離子體的溫度通過(guò)等離子體氣體流量和施加到電極8上的電功率來(lái)控制?；^(qū)可以通過(guò)開(kāi)孔15用光學(xué)高溫計(jì)來(lái)檢測(cè)。這樣就能自動(dòng)控制流入反應(yīng)區(qū)的等離子體氣體的溫度和/或量。
在弧區(qū)9下方，用石墨制得的文丘里管部件11位于反應(yīng)器1的內(nèi)部。當(dāng)?shù)入x子體氣體流經(jīng)過(guò)文丘里管部件11的窄通道即喉部20時(shí)其速度增加。
等離子體氣體在經(jīng)過(guò)文丘里管部件11之后突然擴(kuò)張進(jìn)入反應(yīng)區(qū)10，文丘里管的下端成形為陡的邊緣(sharp edge)而不是連續(xù)加寬的段(continuouswidening section)。用注射器13將原料注入反應(yīng)區(qū)10，注射器13位于反應(yīng)室2的壁12內(nèi)，文丘里管11的正下方。在文丘里管之后注入原料有助于等離子體氣體和原料之間的混合。
優(yōu)選是，通過(guò)2個(gè)至5個(gè)注射器13將原料正對(duì)著反應(yīng)區(qū)10的中央注入或者朝著反應(yīng)區(qū)10的中央徑向注入。原料也可以以朝接近相切的方向注入，使得原料偏心地進(jìn)入反應(yīng)區(qū)10，或者與流動(dòng)方向同向或逆向成一定角度地進(jìn)入反應(yīng)區(qū)10。
需要控制的能量視反應(yīng)過(guò)程、原料的流量和性質(zhì)而定，能量可以通過(guò)等離子體氣體溫度和/或等離子體氣體流量和通過(guò)電源4施加到電極8上的電功率來(lái)控制。
壓力優(yōu)選是稍高于大氣壓力，以防氧氣的泄漏進(jìn)入。當(dāng)輸入能量(等離子體流加上電功率)足夠高時(shí)，碳的產(chǎn)率甚至可以達(dá)到100％?？赏ㄟ^(guò)注入少量堿性鹽來(lái)減少炭黑結(jié)構(gòu)。通常還可以使用淬冷區(qū)，該區(qū)中可加入諸如甲烷或其它合適的淬冷材料。
在不注入氧氣的情況下進(jìn)行本發(fā)明過(guò)程，除了可以將含碳材料轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂星逦{米結(jié)構(gòu)的碳以外，高質(zhì)量的氫氣也是有用的反應(yīng)產(chǎn)物。因而還可以分離氫氣。在設(shè)想生產(chǎn)碳化合物(具體是炭黑)和生產(chǎn)氫氣時(shí)，甲烷或天然氣是特別有吸引力的原料。可用的原料例如還有乙烷、乙烯、丙烷、丙烯、丁烷和丁烯。
以下一些實(shí)施例中將說(shuō)明本發(fā)明的較佳特點(diǎn)、這些特點(diǎn)的組合以及實(shí)施方案。
這些實(shí)施例在一套基本上如圖1和圖2所示的反應(yīng)器中進(jìn)行。用等離子體電源向三根石墨電極供電，該等離子體電源使用高達(dá)666Hz的三相電源，其最大功率為263kVA，電流范圍最大為400A，所述三根石墨電極的末端位于等腰三角形的頂點(diǎn)上。
實(shí)施例1在所述反應(yīng)器中，以9Nm3·h-1的氮?dú)饬鳟a(chǎn)生等離子體，該等離子體的工作電流為200A。使用流量為2kg·h-1的裂解燃料油作為烴原料。將該裂解燃料油(PFO)與來(lái)自處于0.75-1巴壓力下的儲(chǔ)罐中的壓力為0.5巴的氬氣載氣一起加入反應(yīng)器中。注射器位于石墨反應(yīng)器壁內(nèi)2厘米處。
用初級(jí)過(guò)濾器和次級(jí)過(guò)濾器取出形成的炭黑。
實(shí)施例2在本實(shí)施例中，用0.56Nm3·h-1的乙烯作為原料。所用的等離子體還是9Nm3·h-1的氮?dú)猓?00A條件下產(chǎn)生的等離子體。注入原料的周期為5分鐘，在過(guò)濾器中獲得290克炭黑。
實(shí)施例3在本實(shí)施例中，反應(yīng)條件與先前一個(gè)實(shí)施例相同，不同的是以0.56Nm3/h的流量連續(xù)注入乙烯30分鐘。
實(shí)施例4本實(shí)施例的工藝條件相當(dāng)于先前實(shí)施例。在本實(shí)施例中，以0.56Nm3·h- 1的流量注入乙烯16分鐘。等離子體氣流是9Nm3·h-1的氮?dú)狻?br> 實(shí)施例5本實(shí)施例的工藝條件相當(dāng)于先前實(shí)施例。在本實(shí)施例中，以0.6Nm3·h-1的流量注入甲烷90分鐘。等離子體氣流是12Nm3·h-1的氮?dú)猓娏鳛?50A。
按照實(shí)施例1-5得到的炭黑，測(cè)試其常規(guī)性能，結(jié)果示于表1。在所有實(shí)施例中，碳產(chǎn)率高，例如通過(guò)調(diào)節(jié)能量和原料流總可能達(dá)到100％。
表1炭黑性能
此外，用本發(fā)明裝置按本發(fā)明方法獲得的本發(fā)明炭黑進(jìn)行了在標(biāo)準(zhǔn)橡膠組合物ASTM 3191和典型電池電極用途中的試驗(yàn)。表2至表6示出了這些試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)。
炭黑IRB#7、N-234和Ensaco 250是標(biāo)準(zhǔn)炭黑，下表中也示出了這些炭黑的性能用來(lái)與本發(fā)明炭黑進(jìn)行比較。本發(fā)明炭黑以實(shí)施例A至D表示，其中實(shí)施例D的炭黑與表1中實(shí)施例1的炭黑相同。實(shí)施例A至C的炭黑用略有不同的工藝條件獲得。
表2
表3
粘度和流變數(shù)據(jù)表4
表5
表6
*R20型電池具有以下組成-MnO2- 50.73％-NH4Cl- 1.92％-炭黑- 10.79％-ZnO- 0.64％-ZnCl2- 9.72％-H2O- 26.63％-HgCl2- 0.03％
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)轉(zhuǎn)變含碳原料制造炭黑或含碳化合物的方法，該方法包括以下步驟·用電能產(chǎn)生等離子體氣體，·引導(dǎo)所述等離子體氣體經(jīng)過(guò)文丘里管，該管的直徑沿等離子體氣體流動(dòng)方向變窄，·將所述等離子體氣體導(dǎo)入反應(yīng)區(qū)，在反應(yīng)區(qū)占優(yōu)勢(shì)的空氣動(dòng)力和電磁力產(chǎn)生的流動(dòng)條件下，原料或產(chǎn)物未明顯地發(fā)生再循環(huán)進(jìn)入等離子體產(chǎn)生區(qū)的現(xiàn)象，·在反應(yīng)區(qū)中將原料注入等離子體氣體，·從反應(yīng)區(qū)回收反應(yīng)產(chǎn)物，·將炭黑或含碳化合物與其它反應(yīng)產(chǎn)物分離。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過(guò)引導(dǎo)等離子體氣體經(jīng)過(guò)電弧，較好是至少三根電極產(chǎn)生的復(fù)合電弧，來(lái)產(chǎn)生所述等離子體氣體。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于該方法還具有以下特征中的一個(gè)或多個(gè)(a)用包含石墨的電極產(chǎn)生等離子體；(b)通過(guò)在電極上連接交流電源來(lái)產(chǎn)生電弧；(c)電流頻率在50Hz至10kHz之間；(d)文丘里管在其內(nèi)表面包含石墨；(e)文丘里管的形狀是連續(xù)的分級(jí)錐形；(f)所用的文丘里管的出口端從文丘里管的喉部陡然擴(kuò)張；(g)原料選自以下物質(zhì)的一種或多種甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、重油、廢油、裂解燃料油，所述原料可以與載氣一起加入，也可以不用載氣加入，可以經(jīng)預(yù)熱后加入，也可以不經(jīng)預(yù)熱加入；(h)原料是一種固態(tài)碳材料，與載氣一同注入，所述固態(tài)碳材料選自以下物質(zhì)的一種或多種炭黑、乙炔黑、熱炭黑石墨、焦炭或任何固態(tài)碳材料；(i)向所述原料中加入金屬催化劑，較好是Ni、Co、Fe；(j)將所述等離子體氣體從電極中央上方沿軸向注入，為的是正好通過(guò)弧區(qū)中的電??；(k)產(chǎn)生所述等離子體氣體的氣體包含以下物質(zhì)中的一種或多種或者由其組成氫氣、氮?dú)?、氬氣、一氧化碳、氦氣?l)所述原料是烴，所述反應(yīng)區(qū)中的溫度在900℃至3000℃之間；(m)所述原料是固態(tài)碳，所述反應(yīng)區(qū)中的溫度在3000℃至5000℃之間；(n)按照所述等離子體氣體的性質(zhì)和電功率，在每kW電功率0.001Nm3/h至0.3Nm3/h之間調(diào)節(jié)等離子體氣體的流量；(o)將反應(yīng)尾氣的一部分再循環(huán)，作為用來(lái)產(chǎn)生等離子體氣體的至少一部分氣體；(p)將所述原料通過(guò)至少一個(gè)注射器，較好是2個(gè)至5個(gè)注射器注入；(q)將所述原料朝著所述等離子體氣體流的中央注入；(r)將所述原料以切向和/或徑向和/或軸向分量流進(jìn)入所述等離子體氣體流外部區(qū)的方式注入；(s)該方法在不存在氧氣的情況下進(jìn)行，或者有少量氧氣存在的情況下進(jìn)行，較好是氧/碳的原子量比小于1/6；(t)該方法在外加堿的存在條件下進(jìn)行，以減少結(jié)構(gòu)；(u)回收下列一種或多種產(chǎn)物- 炭黑；- 富勒烯；- 氫；- 單壁納米管；- 多壁納米管。
4.一種實(shí)施方法權(quán)利要求之一所述方法的裝置，該裝置包括流體連通的以下部件·頭部(3)，包含- 至少兩根電極(8)，和- 氣體源，用于當(dāng)施加足夠電功率時(shí)在電極之間產(chǎn)生電弧從而產(chǎn)生弧區(qū)，來(lái)自氣體源的氣體可加入該弧區(qū)中產(chǎn)生等離子體氣體，·文丘里管形狀的限制管(11)·反應(yīng)段(10)，和至少一個(gè)原料注射器(3)，用于將原料氣體注射進(jìn)入反應(yīng)區(qū)，所述文丘里管朝反應(yīng)段方向變窄。
5.如權(quán)利要求4所述的反應(yīng)器，其特征在于所述反應(yīng)器大致為內(nèi)部圓柱形。
6.如權(quán)利要求4或5所述的反應(yīng)器，其特征在于所述暴露于高溫的表面用含石墨的耐高溫材料制得。
7.如權(quán)利要求4、5或6所述的反應(yīng)器，其特征在于該反應(yīng)器包括高度為1.5-5米、直徑為20-150厘米的室。
8.一種炭黑，它在氮吸附法表面積和CTAB表面積之間有負(fù)差，其固有密度小于1.9g/cm3，較好為1.5-1.8g/cm3。
9.如權(quán)利要求8所述的炭黑，其特征在于其氮吸附法表面積為5-150m2/g，其DBP吸收量為30-300ml/100g。
10.如權(quán)利要求8或9所述的炭黑，其特征在于該炭黑的孔隙率確定在以下范圍內(nèi)-20m2/g≤N2SA-CTAB SA＜0m2/g。
全文摘要
公開(kāi)了通過(guò)轉(zhuǎn)變含碳原料制造炭黑或含碳化合物的裝置和方法，該方法包括以下步驟用電能產(chǎn)生等離子體氣體，引導(dǎo)所述等離子體氣體經(jīng)過(guò)文丘里管，該管的直徑沿等離子體氣體流動(dòng)方向變窄，將所述等離子體氣體導(dǎo)入反應(yīng)區(qū)，在反應(yīng)區(qū)占優(yōu)勢(shì)的空氣動(dòng)力和電磁力產(chǎn)生的流動(dòng)條件下，原料沒(méi)有明顯的再循環(huán)，在反應(yīng)區(qū)中將原料注入等離子體氣體，從反應(yīng)區(qū)回收反應(yīng)產(chǎn)物，將炭黑或含碳化合物與其它反應(yīng)產(chǎn)物分離。
文檔編號(hào)B01J19/26GK1458966SQ01815791
公開(kāi)日2003年11月26日 申請(qǐng)日期2001年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月19日
發(fā)明者F·法布里, E·格里維, N·普羅布斯特, R·斯梅特, J－Y佩羅埃, G·福拉蒙特, L·法徹里, P·雷洛克斯, F·菲舍爾 申請(qǐng)人:埃勒凱姆歐洲股份有限公司