专利名称:低灰分导电炭黑的制造方法
本发明是关于用液体燃料和含氧气体在反应器里进行部分燃烧和热分解而制取低灰份导电炭黑的方法。本发明也涉及该方法使用的设备。
炭黑基本上含元素碳，它们以六角形分布在一个平面上。其相互粘着力比在石墨中小，还有微量的氧、氢和烃原料的残余组织。工业上，根据炭黑使用范围作初步分类。
炭黑制造方法巳公开，该方法是在燃烧反应器里以高温气一空气焰产生的，然后注入液态烃。炭黑是以吸热解理反应生成，在反应区的尾部以水冷却，然后分离。产量一般约为油中碳含量的50%。
具有导电性质的炭黑的制造，包括特别困难和昂贵的方法。巳发现，类似石墨结构可提供这种用途，它只能得到大体改进的质量。尤其这种方法一般采用终止化学反应，而不必用恒定的支持火焕，也不必用水冷却热的反应产物。
我们现在发现，按照本发明的方法，在反应器里留置时间对炭黑的质量起决定性影响。与突冷却(聚冷)相反，本发明以逐步冷却取得质量的改进。
按照本发明制造低灰份导电炭黑的方法，是由部分燃烧和液体燃料与含氧气体在反应器里进行吸热解理，这包括预热液体烃并在压力下与比烃温度更高的含氧气体通入反应器，当送进气-空气时，在反应物脱离反应器入口点的位置上引入上述反应。随着至少约10秒的留置时间而产生部分燃烧和及吸热反应，然后在反应器外侧，间接和逐步地冷却反应产物。使烃和含氧气体之间的温差在150℃以上，对反应更有利。我们做过的一些实验还表明，如果烃热至约120℃并在至少15巴压力下和热至约300℃的氧气通入反应器，特别有利于反应。
用水注入反应室代替突然冷却，脱离反应的反应产物的温度约800-1200℃，按照本发明停止反应的方法是通过至少分两个阶段进行热交换直至过滤温度为150至300℃。
用这种方法可以生产工业上各种用途的高质量的低份导电产品。这种制取的炭黑尤其可用作橡胶和塑料的增强剂、增损保护剂;作为塑料的颜料添加剂，电池里传导静电荷的添加剂。
适用于所提出方法的设备包括一个长/直径的比值至少为2的反应器。这反应器在加压下加温烃和加热含氧气体的设备之后。而且，反应器至少要再接一个热交换器以间接、逐步地冷却反应产物。
建议的直径比率可取得更长更为有利的留置时间，而其他尺寸保证了上述优点和方法的特色。
具有特别优点的设备，具体为燃烧器，该燃烧器带有分布于各区的冷却管，这些冷却管安装在套筒里，以便接收冷介质的反向循环。而且加热含氧气体的热气体的热交换器是置于反应器之前。
对于提出的设备的图解说明如附图所示，附图也说明本发明方法。在附图中图1为有立式反应器的设备示意图;
图2为反应器盖的横截面。
在图1中，1表示反应器，它具有圆柱体2，半球形盖3和锥形出口4。均匀分布于反应器盖3的三个进料装置5，还有安装在盖3中心的进料装置6。各个进料装置5有一烃(例如油)导管7把进料装置5和热交换器相连接。热交换器是蒸气热，为此，有一蒸气接头9。供应热交换器8是通过管10，该管带有输送泵11。进入各个进料装置5之内再开一空气管12，它以同园心围绕着在进料管5区域内的管7，因此两管入口的连结点设有注射器装置。这样，烃流通过管7带入含氧气体，例如空气;通过管12，混合物从而通入反应室13里。
中心进料装置6与气一空气装置14相连接，火焰在这设备中生成，以便在反应之前，预热反应室13。所说的1装置6是由进料装置中立体地分开来，并对反应加以预热，因此，反应过程中，支持火焰不再出现。
考虑到物流的方向，圆柱体2里用以间接，逐步地冷却反应产物的热交换器是一个接一个的分布。热交换器包括直立冷却管15，它们被安装在圆柱体2的套管里，作为接受逆反应产物方向而循环的冷介质。冷却管的连接点标有16和17。这些冷却管可能形成冷却盘管，当然，这提供了一些相互独立的冷却盘管而形成不同的冷却区。
重要的是在反应开始之前，在操作设备时，烃的温度至少应比含氧气体温度低150℃。最好当使烃与温度约为300℃的含氧气体接触时，烃的压力至少为15巴，温度约120℃。在这种状态下，地反应物送进燃烧器里。在反应器出口处，反应产物的温度为800-1200℃，然后再用热交换器冷却至过滤温度为150-300℃。
热交换器是用废气和(或)给氧气加热的热气来加热。
假定液态烃里的低沸点成份，由于喷咀突然降压，与此同时与大体上更热的氧气接触，由喷雾状的烃以急速分散的方式喷出，立即燃烧，由此产生放热反应。因此，有利于氧气和烃在燃烧器里形成实质上的相互立即接触。
含低沸点成份的烃液滴(如果烃喷雾不是太细的话，对实际完成木方法是很有用的)，首先进行短暂的上述低沸点成份的蒸发而达到最低限度的冷却。估计上述液滴稍微增加了稳定性并和反应器合理的冷却区一起有助于反应混合物提高留置时间。
上述提出的方法的两个操作实例说明如下，但并不代表本发明的任何特殊的最佳实施方案。
在两个实例里都使用高7.4米，直径1.8米的反应器。
例1方法资料100/25级生产空气(标米3/时) 600烃(公斤/时) 200生产空气温度，℃ 350烃温度，℃ 120平均计留置时间，秒 91温度分布0℃测量点1 1，1002 ……3 ……4 400冷却器入口，0℃ 930冷却器出口，0℃ 280过滤温度，0℃ 250产品资料(按上述方法资料制得产品)BET(表面积测定)，米2/克 120DBP(酞酸二丁酯)，米2/100克 196Tint(IRB-E) 85挥发，超过5分钟的损失%于900℃ 1.5PH 7
筛滞留物，45微米，% 0.05灰渣，% 0.5可提取二甲苯，% 0.05电阻，厘米50%与BDP混合时 1.0水含量，% 0.5AS数值，米1/5克 23.5松密度，稠化后克/升 160例2方法资料生产空气(标米3/时) 18，50烃(公斤/时) 500生产空气温度，℃ 300烃温度，℃ 75平均计留置时间，秒 44温度分布0℃测量点1 1，1502 ……3 ……4 680冷却器入口 950冷却器出口，0℃ 265过滤温度，0℃ 230产品资料(按上述方法资料制得产品)BET，米2/克 67
DBP，米1/100克 210Tint(IRB-5) 84挥发，超过5分钟的损失%于900℃ 1.5PH 7筛滞留物，45微米，% 0.05灰渣，% 0.5可提取二甲苯，% 0.05电阻，厘米50%与BDP混合时 0.7水含量，% 1.5AS数值，米1/5克 24.5松密度，稠化后 克/升 125接着按下述方法测定上述方法平均留置时间和50%炭黑与DBP混合时的电阻在反应器里留置时间Ev体积Ev-……物料通过量实际计算反应器体积(米3)反应器为圆柱体，6米高，体积为VR= (1.822×3.14)/4 ×(6.00+0.40)=16.64米物料通过量(混合物)2，800标米3/时
2，800标米3/时+ 280 ″ (+10%)计算值＝3，080标米3/时＝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测定炭黑的电阻率(导电率)准确称出2-4克炭黑置于玻璃盘中，加入酞酸二丁酯，混合至糊状。酞酸二丁酯是用滴定管量取，因此可以准确知道消耗的体积。一般，糊的正确稠度是由相当于DBP值+10%的酞酸二丁酯量取得。
炭黑在糊中的含量(克/克)计算如下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)接着，在内径5毫米，长50毫米的玻璃管两端压入糊，并各塞入直径5毫米，长约15厘米的钢压实杆。玻璃管和两个塞用架子和夹子垂直固定，而上部塞子载重约1公斤。然后连续测量压实糊的电阻电阻值随着时间逐渐减小，在2 1/2 至4小时之后便显示一个稳定值。此电阻值以Rp(欧姆)表示。
测量糊塞的长度L(厘米)Rp＝Sp× (L)/(S) 而L＝以厘米表示的长度S＝玻璃管的横截面，平方厘米由上式可以计算出Sp(Ω厘米)。
方法的重现性在±10%之内。
本方法的优点在于不需要高压而且施加的压力对结果只有微小的影响。
权利要求
1.一种制造低灰份导电炭黑的方法是用液体燃料和含氧气体在反应器里进行部分燃烧和热分解，其特征在于其中的液态烃经预热并在加压下联同温度比烃高的含氧气体通入反应室，当送进气-空气时，在反应物脱离反应器入口点的位置上引入上述反应，随着至少约10秒的留置时间而产生部分燃烧和吸热反应，然后在反应器外侧，间接和逐步地冷却反应产物。
2.按照权利要求
1的方法，其特征在于其中烃和含氧气体之间的温差至少150℃。
3.按照权利要求
1或2的方法，其特征在于其中烃热至约120℃并在至少15巴压力下和热至约300℃的氧气通入反应器。
4.按照权利要求
1至3的方法，其特征在于脱离反应的反应产物的温度为800-1200℃，是通过至少分两个阶段进行热交换直至过滤温度为150至300℃。
5.用液体燃料和一种含氧气体作为反应物进行部分燃烧和热分解制造低灰份导电炭黑的设备，其特征在于具有一个长-直径比值至少为2的反应器，反应器置于加压加热烃和加热含氧气体装置之后，接着至少有一个用以逐步冷却反应产物的热交换器。
6.按照权利要求
5的设备，其特征在于其中的燃烧反应器提供以区分布的冷却管，这些管安装在套管里，以便接收冷介质的反向循环。
7.按照权利要求
5的设备，其特征在于其中的反应器置于加热含氧气体的热气体的热交换器之后。
8.低灰份导电炭黑是按权利要求
1的方法制造。
专利摘要
本发明是关于制造低灰分导电炭黑的方法，它既不采用支持火焰也不用骤冷的方法，而是把不分层的烃在加压下加热至120℃以上，氧气加热至150℃或更高温的燃料。在维持反应的平均留置时间至少10秒。炭黑在反应器里形成后，接着分两阶段冷却至过滤温度。
文档编号C09C1/44GK86104761SQ86104761
公开日1987年2月25日 申请日期1986年7月16日
发明者H·J·厄特尔, J·艾福尔特 申请人:贝拉学院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan