[发明专利]晶体碳结构网状物的制备

说明书

本发明涉及在包含反应区3b和终止区3c的反应器3中制备结晶碳结构网状物的方法，所述方法通过以下步骤进行：将热力学稳定的包含金属催化剂纳米颗粒的微乳液c注入反应区3b中，反应区3b中温度高于600℃、优选高于700℃、更优选高于900℃、甚至更优选高于1000℃、更优选高于1100℃、优选至多3000℃、更优选至多2500℃、最优选至多2000℃，以产生结晶碳结构网状物e，将这些网状物e转移至终止区3c，并在终止区中通过喷雾水d使结晶碳结构网状物的形成淬灭或停止。

本申请是申请日为2017年6月28日，申请号为201780047595.8，发明名称为“晶体碳结构网状物的制备”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明属于制造具有改进性能的结晶碳结构网状物的领域，并且涉及制造这种结构网状物的新方法。本发明尤其是属于炭黑制造领域。

背景技术

炭黑工业的重点是提供主要在物理排列方面不同于石墨和无定形碳的碳的同素异形体，其用于制造橡胶制品例如轮胎等，用于印刷、电子器件和电缆涂料，以及用于生产清漆和涂料，包括在对于炭黑的补强性能和/或颜料性能方面具有需求的应用。

本领域已知用于生产炭黑的各种不同的方法或技术。炭黑主要通过部分燃烧法产生，从含碳气体如甲烷或乙炔起始。该方法有时被称为炉法炭黑生产工艺，它采用具有燃烧器或燃烧室的炉子，其后为反应器。炉法工艺的特征通常在于低氧含量、低密度、短停留时间和高温。作为炉法炭黑生产工艺的第一步，将烃在常用的1200℃至1900℃温度下雾化，如Ullmanns Encyklopadie der technischen Chemie，第14卷，第637-640页(1977)中所记载的。为此，通过用氧气或空气燃烧燃料气体或液体燃料来产生具有高能量密度的区域，并且向其中注入炭黑原料。炭黑给料在这些热燃烧条件下雾化；氧气水平平均以两体积的炭黑给料比约一体积氧气的比率供应，以实现在燃烧过程中氧气的完全消耗。炭黑最终产品的结构和/或孔隙率可能受到炭黑形成过程中存在的碱金属或碱土金属离子的影响，因此这些添加剂通常以水溶液的形式加入，使其喷雾在炭黑原料附聚物上。该反应仅通过注入水(淬火)终止，并且在约200-250℃温度下收集炭黑，通过常规分离器或过滤器将炭黑与废气分离。由于其堆积密度低，因此随后将所得的炭黑造粒，例如在造粒机中通过添加水进行，可以向其中添加少量的造粒助剂。按时间顺序以及目前限制的炉法炭黑技术领域的方式，US2672402、US4292291、US4636375、WO2000/032701和US 2004/0248731提供了传统或常规的炭黑生产的描述。它们的内容以引用的方式纳入本说明书。值得注意的是，还有替代工艺，例如灯黑工艺，热裂法炭黑、乙炔黑和槽黑工艺，它们都是上述工艺的变型，最终产生某种类型的炭黑。最具创新性的是等离子体法黑碳工艺，其有利地避免二氧化碳直接排放，并减少化石燃料消耗。实质上，这些贫氧炭黑制造方法非常相似，不同的是找到了产生热解温度条件的不同方式。然而，迄今为止，该行业仍在努力通过贫氧还原工艺使用与通过传统部分燃烧生产的炭黑的参数相当的参数制备炭黑。

GB1514130(1976年)也公开了一种由液态烃制备炭黑的方法，其通过在炉式设备(furnace plant)中使烃部分燃烧并裂解而进行。将水和液态烃的乳液引入炉的燃烧区，其目的在于使用水以优化烃的雾化。液态烃本身仅能够部分蒸发，其“热”雾化过程是由于在乳液进入热燃烧区时的那一刻水的爆炸式蒸发造成的。该方法导致更高的炭黑产率和更短的反应时间。但没有记载可以使用的乳液类型。未报道不同的结构。

US3494740(1970年)也讨论了通过向炭黑炉的反应区中引入含有选自镍、钒、铁、钴及其混合物的金属的添加剂来制备炭黑，其量为1-80重量份每百万重量份的加入所述炉中的烃给料。金属可以以水、油或乳液形式提供，以实现在烃进料中的均匀分散。表1中提及炭黑性质。未记载可以使用的乳液类型。未报道不同的结构。

US2015/064099涉及使用具有污垢控制的预热给料制备炭黑的方法。使用水淬灭。

发明内容