专利名称:从碳质材料制取低灰分碳黑的方法
目前，石油或天然气通常作为工业上生产碳黑的原材料，众所周知，碳黑能够以碳质材料例如煤中制取，正象Johnson在美国专利3，424，556号和Cheng在3，975，504号中所叙述的煤生产碳黑的方法那样。
然而，商品化的碳黑迄今还未能从煤或其它碳质材料生产出来，因为得到的产物中灰分过高且从碳黑中分离灰分的工艺过于困难和不经济，但如果灰分能够降低的话以经济观点来看这种方法还是可行的。
依据以前以煤生产碳黑的方法，灰分总会生成且灰分的分离程序极其困难，所以，那不是生产所含灰分低于百分之一的碳黑的可行方法，这一点构成了商业所要求的标准。
依据本项发明，在以煤或其它碳质材料中生产碳黑时，依靠控制操作条件，灰分在实际上不能从煤中消除，但可被捕集在炭中的方法所取代，这就使满足商业用途的灰分低于百分之一的碳黑生产成为可行。除了众所周知的正常的温度，压力和停留时间等条件外，还必须控制氧与煤的重量比和煤颗粒的大小，控制最后提到的那两点的变化，仅有煤的挥发部分被转变的碳黑，而全部灰和一些碳仍保留在原煤基中，我们称其为炭。炭的大小至少要大于碳黑的大小一个数量级，那样可较容易的利用重力或旋风分离器把它从碳黑中分离出来。
本发明的目的在于提供一个从碳质材料例如煤、褐煤、焦油砂、沥青、油页岩和柏油物质中生产灰分含量少于百分之一的碳黑的方法。
本发明的目的还在于提供一个从碳质材料生产碳黑的方法，其中仅挥发部份转化成碳黑，而使全部灰分和一些碳仍保留在原煤质基中。
本发明更重要的目的在于为这类产品提供一个具有竟争力的价格。
本项发明的所有目的及权益将在以下的详述中予以表明。
由于本发明还适用于煤以外的其它碳质材料例如褐煤、焦油砂、沥青、油页岩和柏油物质，本发明对煤的适用情况在下面将作详述。
在本发明方法的实施中，重要的问题在于对氧煤重量比和煤的颗粒大小的控制。本发明可仅把煤的挥发部分转化成碳黑而使全部灰分和一些碳仍保留在原来的煤质基中。亦有合成气生成。炭与合成气是可燃物，这两种产品可用作反应过程中的能源，剩余物质可作为燃料出售。
在本发明的实施中，煤与氧在华氏2200～3000度时发生反应，留滞时间及其短促，通常不到一秒。
至于煤，原材料的平均颗粒大小为75～1700微米，氧与煤的重量比为0.4或更低。令人满意的氧与煤重量比为0.1～0.3，较好的原材料颗粒的大小为150～850微米。如果氧煤重量比的比值过高，碳黑的产量会急剧减少，形成灰分含量超过要求限度的结果。如果氧煤重量比的比值过低，碳黑产量也会降低，即使灰分含量百分之一。
如果碳质材料的颗粒大小过小，尽管碳黑3产量令人满意，然而灰分含量过高。
如果碳质材料的颗粒大小过大，碳黑产量则将减少，尽管灰分含量在商业要求的限度之内。
以下面的例子中可以看到上述的情况，在全部例子中，均采用含灰分为百分之十二的标准烟煤，立式拖流反应器可用于本法，烟煤可以热反应器壁上间接受热或将煤与热的燃烧气混合直接受热。热燃烧气可同时或切向输入反应器，在不到一秒钟内，碳黑、合成气和炭便在反应器的反应层中生成，随后利用重力分离器将炭从碳黑和合成气中分离出来，再利用任一种常用装置例如袋滤器、撞击分离器或静电沉淀器将合成气和带出的碳黑分开。
实施例1
在此例中，煤的颗粒大小为150～425微米，按每分钟1磅煤通过反应器，就要每分钟0.8磅氧和每分钟0.3磅蒸气，每分钟生成的合成气中含有1.4磅一氧化碳和0.1磅氢气，实际上并无碳黑和相当多的灰分生成。尽管煤的粒度在合适的范围之内，但由于氧与煤的重量比过高，因而碳黑的产量不能测量，故形成了灰分过高的结果。
实施例2在此例中，煤的大小为75～150微米，按每分钟1磅煤、0.2磅氧的量通过反应器，每分钟生成的合成气中含有0.2磅一氧化碳和少量的氢气，碳黑的产量为每分钟0.2磅，以经济观点来看这是令人满意的，事实上，由于煤的大小限制在供选范围的低限上，故形成了灰分含量稍高于百分之一的结果。
实施例3在此例中，煤的大小为150～425微米，按每分钟1磅煤、0.2磅氧、0.1磅蒸气的量通过反应器，每分钟生成的合成气中含有0.5磅一氧化碳和少量氢气，同时生成0.2磅灰分低于百分之一的碳黑。在此实施例中，氧与煤的重量比以及煤的颗粒尺寸均在供选范围之内。
实施例4在此例中，煤的大小为150～425微米，按每分钟1磅煤、0.2磅氧的量通过反应器，不输入蒸汽，每分钟生成的合成气中含有0.1磅的一氧化碳和少量的氢气，同时生成0.2磅灰分低于百分之一的碳黑。同样，本例中煤的颗粒大小以及氧煤的重量比均在供选范围之内。
实施例5在此例中，煤的粒度为425～850微米，按每分钟1磅煤、0.3磅氧的量通过反应器，每分钟生成的合成气中含有0.3磅一氧化碳和0.1磅的氢气，同时生成0.2磅灰分含量低于百分之一的碳黑。在此例中，煤的颗粒大小在供选范围之内，氧与煤的重量比在供选值的高限上。
实施例6在此例中，煤的粒度为150～5425微米，不输入氧气和蒸气，每分钟所利用的每1磅煤所生成的合成气中含有0.1磅的一氧化碳，但同时生成的碳黑产量却从0.2磅减少到0.1磅，尽管灰分含量是令人满意的，但碳黑产量则显著减少。
实施例7在此例中，煤的粒度为850～1700微米，按每分钟1磅煤、0.1磅氧的量通过反应器，每分钟生成的合成气中含有0.1磅一氧化碳和少量氢气再者，碳黑的产率为每分钟0.1磅，而灰分含量低于百分之一，此例说明了本发明中煤粒度的最大值和氧煤重量比的最低值，由于灰分含量低于百分之一，所以可得到优质碳黑，但碳黑产量则降低了二分之一。
至此，本项发明已在供选实例中得以详述，应予重视的是氧与煤的重量比以及煤的颗粒大小在不违反本发明实际范围和意旨的情况下可以有细微变化。
权利要求
1.一种从碳质材料生产灰分含量低于百分之一的碳黑的方法，其特征在于它包括所说的碳质材料与氧在华氏2200～3000度时发生反应；所说碳质材料的平均颗粒大小为75～1700微米；氧与煤的重量比为0.4或更低些。
2.根据权项1所述的方法，其特征在于其中所说的碳质材料平均粒度为150～850微米，氧与碳质材料的重量比为0.1～0.3。
3.根据权项1或2所述的方法，其特征在于其中所说的碳质材料是指煤、褐煤、焦油砂、沥青、油页岩或柏油物质。
4.根据权项1或2所述的方法，其特征在于其中所说的炭和合成气是与所说的碳黑同时生成的。
5.根据权项4所述的方法，其特征在于其中所说的炭是用重力方法与所说的合成气和碳黑分开的。
6.根据权项5所述的方法，其特征在于其中所说的碳黑和合成气是利用过滤器与所说的炭分开的。
专利摘要
依靠控制氧与煤重量比低于0.4和以颗粒大小在75～1700微米之间的煤或其它碳质材料为原料的方法，能够从煤或其它碳质材料生产出灰分含量保持在接近低于百分之一以下水平的符合商业要求的碳黑。
文档编号C09C1/50GK85106251SQ85106251
公开日1986年8月27日 申请日期1985年8月19日
发明者温亚·R·陈, 罗伯特·L·萨瓦格 申请人:俄亥俄州大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan