一种炭黑及其制备方法和制备装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种炭黑及其制备方法和制备装置。炭黑制备方法包括：(A)将碳质材料与高温等离子体接触以在1400-1800℃进行裂解反应，得到富含乙炔的裂解产物；(B)使步骤(A)得到的裂解产物进行乙炔分解反应，得到炭黑。该方法可以实现以煤、燃料油和天然气中的至少一种作为碳质材料，生产炭黑。该方法节俭了乙炔净化提纯的步骤，缩短了炭黑的生产流程，降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种炭黑的制备方法，该方法制得的炭黑以及使用该方法制备炭黑的装置。
技术介绍
乙炔炭黑作为一种导电炭黑，已被广泛应用于电池工业中，这是基于乙炔炭黑的粒径居中等，结构发达，孔隙体积大，灰分和挥发分含量很低，故电阻率极低，且吸收液体能力强等良好性能。现有技术以煤等为原料生产乙炔炭黑一般先由煤生产焦炭，再由焦炭与氧化钙生产电石(碳化钙)，碳化钙与水蒸汽接触生成乙炔气。此过程污染较大，且得到的乙炔气需要先经净化提纯后，再通入分解炉中在高温下进行分解得到乙炔炭黑。首先，该生产过程中，乙炔气生产和乙炔分解得炭黑是完全分开并独立的两个阶段。其次，碳化钙生产乙炔气的方法中，得到的产物气体成分复杂，除了乙炔外，还含有过量的饱和水蒸气。而如果将水蒸气带入后续进行乙炔分解的分解炉，则会有以下影响：1、水蒸气在高温下会分解成氢气和氧气，会吸收大量热量，造成热量损失；2、水蒸气热解产生的氧在高温下会与乙炔炭黑发生反应，产生一氧化碳和二氧化碳，影响整工艺中乙炔炭黑的产量，造成乙炔炭黑的损失。也正因为此，现有技术一定要将碳化钙生产的乙炔气进行净化提纯，两个阶段分别各自进行，无法使乙炔炭黑一体化生产制备。现行的乙炔气脱水方法为分子筛吸附法，但该法价格昂贵，使乙炔炭黑生产成本居高不下。另外，现有技术还存在高污染和高排放的问题，为非清洁生产工艺。因此，生产乙炔炭黑需要开发一种新的低污染、低排放且能一体化连续获得乙炔炭黑的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术生产炭黑时必须净化提纯乙炔气，必须将乙炔气生产与乙炔分解各自独立实施，且存在高污染和高排放的缺陷，提供了一种炭黑及其制备方法和制备装置。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种炭黑的制备方法，该方法包括：(A)将碳质材料与高温等离子体在1400-1800℃下接触进行裂解反应，得到富含乙炔的裂解产物；(B)将步骤(A)得到的裂解产物进行乙炔分解反应，得到炭黑。本专利技术还提供了一种由本专利技术提供的方法制备的炭黑，其中，所述炭黑的粒径为5-50nm，所述炭黑的比表面积为300-950m2/g。本专利技术还提供了一种制备炭黑的装置，该装置包括：等离子体发生器1，用于产生等离子体；裂解反应段2，用于碳质材料和来自等离子体发生器的等离子体进行裂解反应；和乙炔分解反应段4，用于将来自裂解反应段的裂解产物进行分解以获得炭黑。本专利技术提供的方法可以以煤和/或燃料油作为碳质材料，生产炭黑。该方法利用高温等离子体对碳质材料进行裂解，得到的裂解产物经分离得到裂解气。由于该裂解气的组成富含乙炔气体适合于直接进行乙炔分解得到炭黑，而不需净化提纯其中的乙炔气体。该方法节俭了乙炔净化提纯的步骤，缩短了炭黑的生产流程，降低了生产成本。而且得到的裂解气组成中，含有少量的甲烷，可以抑制炭黑与氢气发生反应产生甲烷，增加炭黑的产率。本专利技术提供的方法中，乙炔分解反应优选利用经等离子体裂解得到的产物具有的高温，而直接作为乙炔分解反应的热源，实现乙炔的分解，而无需其他外部热源，从而可以实现减少能耗。另外，本专利技术提供的方法中，优选对裂解产物进行淬冷，可以有助于平衡裂解反应的乙炔收率和分解反应的炭黑收率。如果不淬冷，裂解得到的乙炔在裂解室中就发生快速分解，但此时得到的炭黑将混杂在其他颗粒物中而难以被收集、提纯。采取淬冷，可以阻止刚经裂解得到的乙炔进行快速分解，从而得到更多的乙炔。进一步地将这些乙炔在降低的温度下进行分解反应，反应速率降低，可以慢速分解乙炔为炭黑和氢气，得到纯度高的炭黑。因而，在本专利技术的一个实施方式中，裂解产物无需完全淬冷(淬冷到200℃以下)，只要降温到适宜发生慢速分解反应的温度(600℃～900℃)即可。以本专利技术提供的方法可以获得品质提高的炭黑，相比电石法制得的炭黑粒径更细，比表面积更是大幅提升。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是根据本专利技术一种优选实施方式的生产炭黑的装置示意图；图2是根据本专利技术另一种优选实施方式的生产炭黑的装置示意图；图3是根据本专利技术一种优选实施方式的乙炔分解反应段的示意图，其中曲线为分解气在乙炔分解反应段中流动示意图：a图为乙炔分解反应段的正视的示意图，b图为乙炔分解反应段的俯视的示意图；图4是实施例1的炭黑25,000x扫描电镜照片；图5是实施例1的炭黑100,000x扫描电镜照片；图6是实施例1的炭黑照片。附图标记说明1、等离子体发生器2、裂解反应段20、等离子体入口21、原料入口22、产物出口23、淬冷剂入口3、裂解气分离器30、产物入口31、裂解气出口32、排渣口4、乙炔分解反应段40、裂解气入口41、乙炔分解产物出口5、炭黑分离器50、分解产物入口51、尾气出口6、乙炔定量仪具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供一种炭黑的制备方法，该方法包括：(A)将碳质材料与高温等离子体在1400-1800℃下接触进行裂解反应，得到富含乙炔的裂解产物；(B)将步骤(A)得到的裂解产物进行乙炔分解反应，得到炭黑。其中，作为高温等离子体的工作气体可以为氢气和氩气的混合气体，对1kg/min的碳质材料，高温等离子体的功率为10kW-200kW。本专利技术利用高温等离子体对碳质材料进行裂解。以氢气和氩气的混合气体作为工作气体，可以更好地实现将碳质材料进行裂解，优选情况下，工作气体中氢气和氩气的体积比为(1-4)：1；工作气体的流量为50-100L/min。本专利技术中，所述工作气体输送到等离子体发生器中，获得高温等离子体，然后裂解所述碳质材料。高温等离子体的温度可以达到1800℃以上，所述碳质材料在此高温等离子体中裂解并产生富有乙炔的裂解产物。根据本专利技术，将所述裂解产物作为所述乙炔分解反应的热源以提供所述乙炔分解反应的温度。此方法中可以通过控制所述裂解产物的温度在乙炔分解反应所需的温度范围内。可以无需为乙炔分解反应提供外部热源，例如以电加热等方式加热乙炔分解段。根据本专利技术，该方法还包括对步骤(A)得到的裂解产物进行降温处理。本专利技术中，所述降温处理可以为将裂解产物完全淬冷至200℃以下，也可以控制所述裂解产物的温度为600-900℃。优选地，所述降温处理为向所述裂解产物加入淬冷剂，所述淬冷剂为氩气、氮气和水中的至少一种；所述淬冷剂的加入量使步骤(B)中所述乙炔分解反应的温度为600-900℃。根据本专利技术，步骤(A)还包括对所述裂解产物进行气-固分离，以除去所述裂解产物中的固体颗粒物，得到的裂解气进行所述乙炔分解反应。本专利技术中，所述降温处理可以在对所述裂解产物进行气-固分离之前进行，即对所述裂解产物进行所述处理；还可以在对所述裂解产物进行气-固分离之后进行，如向所述裂解气中加入淬冷剂进行所述降温处理。优选地，所述降温处理在对所述裂解产物进行气-固分离之前进行。本专利技术中，当以将裂解产物完全淬冷至200℃以下的方式进行所述降温处理时，可以在进行乙炔分解反应时通过燃烧部分裂解气以保持乙炔分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种炭黑的制备方法，该方法包括：(A)将碳质材料与高温等离子体在1400‑1800℃下接触进行裂解反应，得到富含乙炔的裂解产物；(B)将步骤(A)得到的裂解产物进行乙炔分解反应，得到炭黑。

【技术特征摘要】
1.一种炭黑的制备方法，该方法包括：(A)将碳质材料与高温等离子体在1400-1800℃下接触进行裂解反应，得到富含乙炔的裂解产物；(B)将步骤(A)得到的裂解产物进行乙炔分解反应，得到炭黑。2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述裂解产物作为所述乙炔分解反应的热源以提供所述乙炔分解反应的温度。3.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括对步骤(A)得到的裂解产物进行降温处理。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述降温处理为向所述裂解产物加入淬冷剂，所述淬冷剂为氩气、氮气和水中的至少一种；所述淬冷剂的加入量使步骤(B)中所述乙炔分解反应的温度为600-900℃。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，步骤(A)还包括对所述裂解产物进行气-固分离，以除去所述裂解产物中的固体颗粒物，得到的裂解气进行所述乙炔分解反应。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，所述碳质材料为煤和/或燃料油。7.一种由权利要求1-6中任意一项所述的方法制备的炭黑，其特征在于，所述炭黑的粒径为5-50nm，所述炭黑的比表面积为300-950m2/g。8.一种制备炭黑的装置，该装置包括：等离子体发生器(1)，用于产生等离子体；裂解反应段(2)，用于碳质材料和来自等离子体发生器的等离子体接触进行裂解反应；和乙炔分解反应段(4)，用于将来自裂解反应段的裂解产物进行分解以获得炭黑。9.根据权利要求8所述的装置，其中，在裂解反应段(2)的上部设有等离子体入口(20)，在所述等离子体入口下方设有原料入口(21)，以及在裂解反应段(2)的底部设有产物出口(22)，其中，原料入口(21)与产物出口(22)之间形成裂解反应区域；在所述裂解...

【专利技术属性】
技术研发人员：李轩，矫卫东，
申请(专利权)人：神华集团有限责任公司，北京低碳清洁能源研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11