NO862853L - Fremgangsmaate for fremstilling av askefattig og elektrisk ledende sot. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av askefattig og elektrisk ledende sot ved delvis forbrenning og pyrolyse av flytende brensel med en oxygenholdig gass i en reaktor. Videre angår oppfinnelsen en anordning for å utføre fremgangsmåten.

Sot består i det vesentlige av elementært carbon som foreligger hexagonalt anordnet i plan som oppviser mindre gjensidig vedhengning enn grafitt. Ytterligere bestanddeler i minimale konsentrasjoner er oxygen, hydrogen og reststruk-turer av utgangshydrocarbonene. Disse sotkvaliteter blir teknisk ordnet fremfor alt i henhold til deres anvendelses-områder .

En fremgangsmåte er kjent for fremstilling av sot, hvor en gass-luft-flamme med høy temperatur dannes i en forbrenn-ingsreaktor, og i denne flamme blir så flytende hydrocarboner sprøytet inn. Soten som dannes under den derved"endotermt forløpende spaltningsreaksjon, blir ved slutten av reaksjons-linjen bråkjølt med vann og derefter utvunnet. Utbyttet ligger vanligvis ved ca. 50% av det anvendte oljehydrocarbon.

Fremstilling av sot som oppviser elektrisk ledende egenskaper, byr på spesielle vanskeligheter og omstendelige prosesser. En grafittlignende struktur blir tilstrebet for slik sot, og denne struktur kan bare oppnås ved hjelp av en vesentlig kvalitetsforbedring. Ved den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte som utføres uten en stadig støtteflamme og ved hvilken de varme reaksjonspro-dukter heller ikke blir bråkjølt med vann ved hjelp av hvilket den kjemiske reaksjon ellers bringes til opphør.

Det har ifølge oppfinnelsen vist seg at sotkvaliteten påvirkes i avgjørende grad av oppholdstiden i reaktoren. En ytterligere kvalitetsforbedring blir oppnådd ved hjelp av en trinnvis avkjøling som står i motsetning til en plutselig bråkjøling.

Den foreliggende fremgangsmåte for fremstilling av askefattig og elektrisk ledende sot ved delvis forbrenning og. pyrolyse av flytende brensel med en oxygenholdig gass i en reaktor er særpreget ved at det flytende hydrocarbon forvarmes og at den oxygenholdige gass med en høyere temperatur

enn hydrocarbonet sammen med dette og under trykk ledes inn

i reaktoren, mens tilførselen av en gass-lufttilførsel som går forut for reaksjonen, finner sted i reaktoren på et annet sted enn reaksjonskomponentenes innløpssted, og videre ved at den delvise forbrenning og pyrolyse utføres i løpet av en oppholdstid som er minst 10 sekunder, hvorpå reaksjonsproduktene blir avkjølt indirekte og trinnvis utenfor reaktoren.

Det er ifølge oppfinnelsen gunstig at temperaturfor-skjellen mellom hydrocarbonet og den oxygenholdige gass er minst 150°C. Utførte forsøk har dessuten vist at det er spesielt fordelaktig å oppvarme hydrocarbonene til ca. 120°C ved et trykk av minst 15 bar og oxygengass til ca. 300°C

for innføring i reaktoren.

Istedenfor den plutselige bråkjøling ved hjelp av vann som sprøytes inn i reaksjonsrommet, blir ifølge oppfinnelsen reaksionsoroduktene som ved reaksjonens avslutning har en temperatur av 800-1200°C, avkjølt i minst to trinn ved varmeveksling til en flltreringstemperatur på 150-300°C.

På denne måte blir et høyverdig, elektrisk ledende produkt med minimalt askeinnhold oppnådd som innen industrien kan anvendes for en rekke formål. Den på denne måte ut-vundne sot kan spesielt anvendes som forsterkningsmiddel og abrasjonsbeskyttelse i kautsjuk og plaster og som pigment og/ eller som elektrostatisk ledende tilsetning i plaster såvel som i batterier.

For utførelse av den foreliggende fremgangsmåte er en anordning egnet som omfatter en reaktor som har et forhold mellom lengde og diameter av minst 2. Midler for å oppvarme hydrocarbonene under trykk og for å oppvarme den oxygenholdige gass er innkoblet foran reaktoren. Dessuten er minst én varmeveksler innkoblet efter reaktoren for trinnvis indirekte avkjøling av reaksjonsproduktene.

På grunn av det angitte diameterforhold oppnås en for-lenget, spesielt gunstig oppholdstid, mens de øvrige for-holdsregler sikrer at de ovennevnte fordeler og særtrekk ved den foreliggende fremgangsmåte oppnås.

Ifølge en spesielt fordelaktig utførelsesform av an ordningen er forbrenningsreaktoren forsynt med sonevis fordelte kjølerør som er anordnet i foringen og innrettet for å motta et kjølemiddel som sirkulerer i motstrøm. Dessuten er en gassoppvarmet varmeveksler innkoblet foran reaktoren for å oppvarme den oxygenholdige gass.

Et utførelseseksempel på anordningen ifølge oppfinnelsen er vist på de vedføyede tegninger, og den foreliggende fremgangsmåte vil bli nærmere beskrevet under henvisning til disse.

Fig. 1 viser en skjematisk tegnet anordning med vertikal

reaktor, og

Fig. 2 et tverrsnitt gjennom reaktorlokket.

På Fig. 1 er en reaktor 1 vist som har et sylindrisk legeme 2, et halvkuleformig lokk 3 og et kjegleformig utløp 4. Tre påmatningsenheter 5 er jevnt fordelt anordnet i reaktorlokket 3, mens en ytterligere påmatningsenhet 6 er anordnet i midten av lokket 3. En ledning 7 for hydrocarbon, f.eks. for olje, fører til hver påmatningsenhet 5, og denne ledning 7 forbinder påmatningsenheten 5 med en varmeveksler 8. Varmeveksleren 8 oppvarmes med damp og har for dette formål en damptilkobling 9. Tilførselen til varmeveksleren

8 skjer via en ledning 10 med matepumpe 11.

I hver påmatningsenhet 5 munner en luftledning 12 ut som innen området for påmatningsenheten 5 omslutter ledningen 7 konsentrisk, slik at en injektorvirkning oppstår ved de to ledningers felles munningssted. På denne måte blir en oxygenholdig gass, f.eks. luft, via en ledning 12 drevet med av hydrocarbonet som strømmer gjennom ledningen 7, hvorved blandingen kommer inn i reaksjonsrommet 13.

Til den midtre påmatningsenhet 6 er en gass-lufttil-førselsinnretning 14 tilkoblet ved hjelp av hvilken en flamme for å forvarme reaksjonsrommet 13 før reaksjonen blir dannet. Den beskrevne påmatningsenhet 6 er følgelig anordnet slik at den plassmessig er skilt fra påmatningsen-hetene 5, og den blir før reaksjonen anvendt for forvarming, slik at en støtteflamme ikke lenger er tilstede under reaksjonen .

For indirekte og trinnvis avkjøling av reaksjonspro duktene anvendes varmevekslere som i anordningens sylindriske legeme 2 og sett i strømningsretningen er anordnet efter hverandre. Varmevekslerne kan bestå av vertikalt forløpende kjølerør 15 som er innleiret i det sylindriske legemes 2 foring og tjener til å motta et kjølemiddel som sirkulerer i motstrøm til reaksjonsproduktenes strømningsretning. Kjøle-rørenes tilkoblingssteder er betegnet med 16 og 17. Kjøle-rørene danner kjøleslanger, idet selvfølgelig flere kjøle-slanger kan være anordnet som er uavhengige av hverandre og danner forskjellige kjølesoner.

Det er av vesentlig betydning at hydrocarbonene ved an-vendelse av anordningen før reaksjonen begynner oppviser en temperatur som ligger minst 150°C under temperaturen for den oxygenholdige gass. Fortrinnsvis blir hydrocarbonene bragt i berøring med den oxygenholdige gass ved et trykk av minst 15 bar og ved en temperatur av ca. 120°C, idet den oxygenholdige gass har en temperatur av ca. 300°C. I denne tilstand blir reaksjonskomponentene derefter innført i brenneren. Ved reaktorens utløp har reaksjonsproduktene en temperatur av 800-1200°C og blir ved hjelp av varmevekslerne avkjølt til en filtreringstemperatur av 150-300°C.

For å oppvarme oxygengassen kan en varmeveksler anvendes som oppvarmes med avgass og/eller varmgass.

Det antas at de komponenter i det flytende hydrocarbon som har lavere kokepunkt, forlater det forstøvede hydrocarbon ved en eller annen form for flashdiffusjon ved den plutselige trykkreduk-sjon ved dysen og ved den samtidige kontakt med den vesentlig varme oxygengass, og at disse laverekokende komponenter straks antennes og dermed gir den varmeavgivende reaksjon. For dette formål er det gunstig at oxygengassen og hydrocarbonet om mulig straks kommer i kontakt med hverandre ved brenneren.

De små dråper som inneholder de mer høyerekokende komponenter av hydrocarbonet, idet en ikke for fin forstøvning av hydrocarbonet er gunstig ved den praktiske utførelse av den foreliggende fremgangsmåte, blir på grunn av den ovenfor beskrevne fordampning av de laverekokende andeler først minimalt avkjølt i kort tid. Derved blir antagelig de nevnte små dråpers bestandighet noe øket, og dette bidrar sammen med den sonevise avkjøling av reaktoren til å øke reaksjonsblandingens oppholdstid.

Nedenfor er to utførelseseksempler av den foreliggende fremgangsmåte beskrevet, men disse utgjør ingen spesielt foretrukken utførelsesform av den foreliggende fremgangsmåte.

Begge ganger ble en reaktor med en høyde av 7,4 og en diameter av 1,8 m anvendt.

Eksempel 1

Prosessdata:

Kvalitet 100/ 25

Produktdata:

(Produkt fra prosess med de ovenstående data)

Eksempel 2 Prosessdata:

Nedenfor er bestemmelsesmetodene for de ovenfor angitte midlere oppholdstider og for sotens elektriske motstand i 50% DBP-blanding angitt.

' Midlere oppholdstid Ey i reaktoren

Praktisk beregning:

3

Reaktorens volum ( i m )

Reaktoren er en 6 m høy sirkelsylinder med

For å bestemme den elektriske motstand (ledningsevne) for soten er følgende metode blitt utviklet: 2-4 g sot, nøye innveid, blir dråpevis påført på en glassplate sammen med dibutylfthalat og blandet for dannelse av en pasta. Dibutylfthalatet blir dosert med en byrette slik at det forbrukte volum er nøyaktig kjent. Vanligvis blir med en dibutylfthalatmengde svarende til DBP-verdien + 10% den riktige pastakonsistens oppnådd.

Sotkonsentrasjonen i pastaen (g/g)

ggot= innveid sotmengde, g

V^n-n = volum dibutylf thalat, ml, densitet = 1,06

Et glassrør med en innvendig diameter av 5 mm og en lengde av 50 mm fylles nu med pastaen, og denne blir fra begge sider presset med et stålstempel med en diameter av 5 mm og en lengde av ca. 15 cm. Glassrøret og de to stempler blir ved hjelp av et stativ med klemmer festet loddrett, og det øvre stempel blir belastet med en vekt av ca. 1 kg. Den sammenpressede pastas elektriske motstand blir nu kontinuerlig målt:

Motstandsverdien avtar løpende med tiden, og efter

2,5-4 timer fås en stabil verdi. Denne motstandsverdi RP (ohm) blir notert.

Pastadråpens lengde (cm) måles.

Derfra kan S (JVcm) beregnes.

P

Metodens reproduserbarhet ligger innenfor +/-10%.

Fordelen med metoden beror på at intet høyt trykk er nødvendig og at det utøvede trykk har liten innvirkning på resultatet.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av askefattig og elektrisk ledende sot ved delvis forbrenning og pyrolyse av flytende brensel med en oxygenholdig gass i en reaktor,karakterisert vedat flytende hydrocarbon forvarmes og under trykk sammen med oxygenholdig gass med en høyere temperatur enn hydrocarbonet ledes inn i reaktoren, mens en før reaksjonen anvendt tilførsel av gass-lufttil-førsel til reaktoren foretas stedsmessig adskilt fra reaksjonskomponentenes innløpssted, og at delforbrenningen og pyrolysen finner sted ved en oppholdstid som er minst 10 sekunder, hvorpå reaksjonsproduktene avkjøles indirekte og trinnvis utenfor reaktoren.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat det mellom hydrocarbonet og den oxygenholdige gass opprettholdes en tempera-turforskjell av minst 150°C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat hydrocarbonene oppvarmes til ca. 120°C ved et trykk av minst 15 bar og at oxygengassen oppvarmes til ca. 300°C før de innføres i reaktoren.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3,karakterisert vedat reaksjonsproduktene som ved utløpet fra reaktoren har en temperatur av 8 0 0-12 0 0°C, avkjøles i minst to trinn ved hjelp av varmeveksling til en filtreringstemperatur av 150-300°C.

5. Anordning for fremstilling av askefattig og elektrisk ledende sot ved delvis forbrenning og pyrolyse av flytende brensel med en oxygenholdig gass som reaksjonskomponenter,karakterisert vedat den omfatter en reaktor som har et forhold mellom lengde og diameter av minst 2, og at midler for å oppvarme hydrocarbon under trykk og for å oppvarme den oxygenholdige gass er innkoblet foran reaktoren, mens minst én varmeveksler med trinnvis indirekte avkjøling av reaksjonsproduktet er innkoblet efter reaktoren.

6. Anordning ifølge krav 6, karakterisert vedat forbrenningsreaktoren har sonevis fordelte kjølerør som er anordnet i foringen og innrettet for å motta et kjølemiddel som sirkulerer i mot-strøm.

7. Anordning ifølge krav 5, karakterisert vedat en med gass oppvarmet varmeveksler er innkoblet før reaktoren for å oppvarme den oxygenholdige gass.