Способ получения ацетиленовой сажи

Союз Советских Социалистических Республик(31) 7706894 С 09 С 1/54 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(72) Автор изобретения фЛтМф 1 Щ .( Иностранная фирма(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АЦЕТИЛЕНОВОЙ САЖИ 10 Изобретение относится к получению ацетиленовой сажи, используемой, главным образом, при изготовлении гальванических элементов.Известен способ получения ацети леновой сажи, включающий сжигание ацетилена с воздухом при мольном отношении кислорода к ацетилену 0,25- 0,9 при давлении выше атмосферногоЯ,Однако по этому способу нельзяполучить сажу с высокой электропроводностью и структурностью.Наиболее близким к предлагаемому 15является способ получения ацетиленовой сажи, включающий предварительныйнагрев потока кислорода до 320 ОС иуглеводородного газа (СН 4, СоН 4,С 6 Нз) до температуры, близкой к тем Опературе их термического распада, ипоследующее неполное сжигание углеводорода в печи при молярном отношении кислорода к углеводороду менее1 (0,4-0,5) при давлении ниже атмосферного 121,Недостатком данного способа является получение сажи только с удельным электросопротивлением не ниже0,4 Ом см и структурностью (коэффи циент ДБФ) не более 320 мл на 100 гсажи.Цель изобретения - повышениеструктурности и электропроводностисажи,Указанная цель достигается тем,что в предложенном способе, включающем предварительный нагрев потоковуглеродного и кислородсодержащегогаза и последующее неполное сжигание углеводорода в печи при давлении ниже атмосферного и выделениесажи, в качестве углеводорода используют ацетилен, в качестве кислородсодержащего газа - воздух, предварительно нагретый до 600-850 оС, и сжигание ведут при молярном отношениикислорода к ацетилену 0,08-0,20;ацетилен предварительно нагревают дотемпературы не более 100 дС и стенкипечи нагревают до 1500 оС.Предлагаемым способом получаютацетиленовую сажу с более высокимихарактеристиками, то есть, с удельным электросопротивлением, замеренным при давлении 6,3 бар, меньше0,3 Ом см и с коэффициентом ДВР,большим 320 мл на 100 г сажи.Неполное сгорание осуществляется .следующим образом: ацетилен предварительно подогретый в печи (стенкикоторой снаружи нагреты или нет)вводится в контакт с предварительноподогретым до температуры выше илиравной 600 С воздухом, причем молярное соотношение вводимого ацетиленаи воздуха равно 0,08-0,20.5Температура предварительного подогрева ацетилена не превышает 100 ОС,а воздуха - 850 ОС.Стенки печи обычно не подогретыснаружи. Предпочтительно поддерживатьстенки печи в зоне, где образуетсяацетиленовая сажа при температуре выше или равной 1500 ОС путем подводатепла извне. Температура, при которойподдерживают стенки печи, не превышает 2000 ОС (выше 2300 оС) .Поток воздуха вводят в печь в зону, непосредственно прилегающую кзоне введения потока ацетилена, кпериферии и тангенциально к ней. 20Неполное сгорание ацетилена происходит в верхней части вертикальнойпечи, стенки которой нагреты или нетэлектрически. Аэрозоль, образованный частицами газовой сажи и остаточ- дными газами реакции, направляется полинии, в которой аэрозоль охлаждается естественной конвекцией, и черезвентилятор в циклоны - отделители,а сажа собирается в бункере,При непрерывном протекании процесса ток ацетилена прерывается время от времени ка 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 2000 ОС, Ацетиленовая сажа, получен 40 ная по предложенному способу, обладает высокой кристаллической упорядоченностью и высокоразвитой структу- . рой.Свойства ацетиленовых саж (средний 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, кеприводящую трубку, содержащую в своей нижней части металлическую заглушку, образующую электрод. Над сажей помещают металлический поршень,конец которого образует другой электрод. На этот поршень воздействуютдавлением 6,3 бар. Количество сажи,введенное в цилиндр, под давлениемзанимает высоту 1,5 см, Два электрода связаны с мостом Уитстона и эмеряют электрическое сопротивлениестолба сажи. Удельное сопротивлениеЯ сажи .определяют по формулеР=Х (Ь 3),где К - выражено в омах,5 - представляет собой,сечениемстолба (колонны), выраженЕное в смД - означает высоту столба (колонны), выраженную в см.Абсорбционная способность по отношению к жидкостям, которая представляет собой до некоторой степенимеру структуры сажи, характеризуется данными различных показателей(коэффициентов), в частности показателем фильтрации и показателемДБФ,Показатель фильтрации определяется следующим образом.Сажу предварительно пропускаютчерез сито, отверстия ячеек которогосоставляет 0,074 мм, 5 г просеяннойсажи смачивают смесью вода-ацетон,содержащей 3 вес.Ъ ацетона, дляполучения кашицы. Кашицу фильтруютна воронке Бюхнера под вакуумом200 мм вод,ст. Слой сажи, образовавшийся на дне воронки Бюхнера, послеудаления большей части воды отжимают, оставляя его на 20 мик на воронке Бюхнера, поддерживая все времявакуум 200 мм вод. ст. Затем определяют путем взвешивания вес водноацетоновой смеси, абсорбированной5 г сажи. Этот вес называют показателем фильтрации,ПоказательДБФ определяют по методу французской кормы МГ Т 45-122,видоизмененному следующим образом;Для каждого образца ацетиленовой сажи делается по 7 измерений показателя ДБФ, соответственно взятымдля испытания 1,2,3,4,5,6 и 7 г сажи, и чертят кривую показателя ДБФ(взятый вес); эта кривая имеетточку перегиба; предпочтительной величиной показателя ДБФ является величина, соответствующая точке перегиба.В табл, 1 представлены сравнительные характеристики известной ипредлагаемой ацетиленовой сажи.791255 Таблица 1Предлагаемая сажа ИзвестнаЯсажа Свойства 99 99.оСредний диаметр частиц, А 250-300 150-200 100-120 85-115 Удельное сопротивление, Ом см 0,270-0,350100-120 0,400-0,700 80-85 400-500 П р и м е р 1, В вертикальную печь через форсунку вводят40 норм.мо/ч ацетилена, предварительно не подогретого, и.40 норм,мЗ/ч предварительно подогретого до 800 С 25 воздуха (при отношении О ,СН - 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 г сажи. 40Кристаллические параметры кристаллической решетки (средняя высотакристаллических наслоений, средний диаметр д 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. 50Т а б.л и ц а 2 Формула изобретения Параметры о9555 22 3,46 40 Кристаллическая структура предлагаемой сажи приближается к таковой графита (для графита С/2 = 3,41 А).П р и м е р 2. Проводят аналогично примеру 1, за исключением того, 65 Содержание углерода, Ъ Удельная поверхность,м/г Показатель фильтрации Показатель ДВР (мл. на100 г сажи) что в печь через форсунку вводят 50 норм.м/ч ацетилена, предварительно подогретого до 100 оС и 20 норм.м 7 ч воздуха, предварительного подогретого до 700 оС (при отношении 02.СДН=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. П р и м е р 3. В вертикальную печь через форсунку вводят 50 норм.м/ч ацетилена, предварительно не подогретого и 20 норм.мЬ/ч воздуха, предварительно подогретого до 700 ОС (при соотношении О. СИ=0,08). Стенки верхней части печи поддерживаются путем электронагрева при температуре, близкой к 1500 ОС. 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 и кислородсодержащего газа и последующее неполное сжигание углеводорода в печи при давлении ниже атмосферного и выделение сажи, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения структурности и электропроводнос" ти, в качестве углеводородного газа используют ацетилен, в качестве кислородсодержащего газа - воздух, предварительно нагретый до 600-850 оС, и791255 Редактор Т. 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, Раушская наб., д. 4/5Филиал 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 ющ и й с я тем, что ацетилен предварительно нагревают до температуры не более 100 ОС.3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что стенки печи нагреваются до 1500 оСИсточники инФормации,принятые во внимание при зкспертизе1. Патент Великобритании9 1149908, кл. С 09 С 1/48 (СЭА),опублик. 23.04.69.32. Заявка Франции Р 2229744,кл. С 09 С 1/54, опублик. 13.12,74