Способ получения ацетиленовой сажи

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

<и791255 (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 070378 (21) 2588152/23-26 (51)М. Кл. (32) 09.03.77 (33) Франция (23) Приоритет (31) 7706894

С 09 С 1/54

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 231280. Бюллетень ¹ 47

Дата опубликования описания 231280 (53) УДК 661. 666. .4(088.8) Иностранец

Клод Жие (Франция) (72) Автор изобретения

Иностранная фирма

"Продюи Шимик Южин Кюльман" (Франция) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЦЕТИЛЕНОВОЙ САЖИ

Изобретение относится к получению ацетиленовой сажи, используемой, главным образом, при изготовлении гальванических элементов.

Известен способ получения ацети- 5 леновой сажи, включающий сжигание ацетилена с воздухом при мольном отношении кислорода к ацетилену 0,250,9 при давлении выше атмосферногоЯ.

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 320ОС и углеводородного газа (СН4, СоН4, С Нб) до температуры, бли"êîé к тем- 2П пературе их термического распада, и последующее неполное сжигание углеводорода в печи при молярном отношении кислорода к углеводороду менее

1 (0,4-0,5) при давлении ниже атмос- 25 ферного (2j .

Недостатком данного способа является получение сажи только с удельным электросопротивлением не ниже

0,4 Ом см и структурностью (коэффи- 30 циент ДБФ) не более 320 мл на 100 r 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 600-850оС 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 1500оC°.

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 предва791255 рительно 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 превышает 100ОС, а воздуха — 850ОС.

Стенки печи обычно не подогреты снаружи. Предпочтительно поддерживать стенки печи в зоне, где образуется ацетиленовая сажа при температуре выше или равной 1500ОC путем подвода тепла извне. Температура, при которой поддерживают стенки печи, не превышает 2000ОС (выше 2300оС) .

Поток воздуха вводят в печь в зону, непосредственно прилегающую к зоне введения потока ацетилена, к периферии и тангенциально к ней. 20

Неполное сгорание ацетилена происходит в верхней части вертикальной печи, стенки которой нагреты или нет электрически. Аэрозоль, образованный частицами газовой сажи и остаточ- д ными газами реакции, направляется по линии, в которой аэрозоль охлаждается естественной конвекцией, и через вентилятор в циклоны — отделителч, 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 сажеобраэования

2000ОC. Ацетиленовая сажа, получен- 40 ная по предложенному способу, обладает высокой кристаллической упорядоченностью и высокоразвитой структу- . рой.

Свойства ацетиленовых саж (сред- 4 ний 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 электрод. 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 «эмеряют электрическое сопротивление столба сажи. Удельное сопротивление

Р сажи .определяют по формуле

p =X (5/л), где R — выражено в омах, S — представляет собой, сечение столба (колонны), выражен7. ное в см

Д - 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 которого составляет 0,074 мм, 5 г просеянной сажи смачивают смесью вода-ацетон, содержащей 3 вес.Ъ 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 r сажи. Этот вес называют показателем фильтрации.

Показатель ДБФ определяют по методу французской нормы МГ 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) (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.

791255

Таблица 1

1 Предлагаемая сажа "звестнаЯ сажа

Свойства

99..o

Средний диаметр частиц, A 250-300

150-200

100-120

85-115

Удельное сопротивление, Ом.см

0,270-0,350

100-120

0,400-0,700

80-85

400-500

Пример 1. В вертикальную печь через форсунку вводят

40 норм.м /ч ацетилена, предварительно не подогретого, и.40 норм.мЗ/ч предварительно подогретого до 800 С 2 воздуха (при отношении О ..СОН вЂ” 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 электрическим удельным сопротивлением

0,295 Ом см и показателем ДБФ

460 мл на 100 r сажи. 40

Кристаллические параметры кристаллической решетки (средняя высота кристаллических наслоений, средний диаметр L+ слоев, расстояния

С/2 между двумя плоскостями решетка) 45 полученной ацетиленовой сажи определяются по дифракции рентгеновских лучей (Х-лучей).

В табл. 2 представлены параметры кристаллической решетки. 50

T a 6 л и ц а 2

Формула изобретения

Параметры о

L в А о в A о

С/2, в A

95 55

3,46

Кристаллическая структура предлагаемой сажи приближается к таковой графита (для графита С/2 = 3,41 Х).

Пример 2. Проводят аналогично примеру 1, за исключением того, 65

Содержание углерода, Ъ

Удельная поверхность, м /г

Показатель фильтрации

Показатель ДВР (мл. на

100 r сажи) что в печь через форсунку вводят

50 норм.м /ч ацетилена, предварительно подогретого до 100оС и 20 норм.м= ч воздуха, предварительного подогретого до 700 С (при отношении 0>..СоН =

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.м3/ч воздуха, предварительно подогретого до 700ОC (при соотношении 0 . СоНд=

0,08). Стенки верхней части печи поддерживаются путем электронагрева при температуре, близкой к 1500ОС.

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.

1. Способ получения ацетиленовой сажи, включающий предварительный нагрев потоков углеводородного н кислородсодержащего газа и последующее неполное сжигание углеводорода в печи при давлении ниже атмосферного и выделение сажи, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения структурности и электропроводности, в качестве углеводородного газа используют ацетилен, в качестве кислородсодержащего газа - воздух, предварительно нагретый до 600-850оС, и

791255

Редактор T. Киселева Техред М,Табакович Корректор й. Гриценко

Заказ 9113/74 Тираж 725 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 сжигание ведут при молярном отношении кислорода к ацетилену 0,08-0,20.

2. Способ. по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что ацетилен предварительно нагревают до температуры не более 100аС.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что стенки печи нагреваются до 1500оС °

Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе

1. Патент Великобритании

9 1149908, кл. С 09 С 1/48 (C A) опублик. 23.04.69.

2. Заявка Франции Р 2229744, кл. С 09 С 1/54, опублик. 13.12.74 (прототип).