HU220125B - Eljárás szénanyagok hőkezelésére - Google Patents

Eljárás szénanyagok hőkezelésére Download PDF

Info

Publication number
HU220125B
HU220125B HU9802130A HUP9802130A HU220125B HU 220125 B HU220125 B HU 220125B HU 9802130 A HU9802130 A HU 9802130A HU P9802130 A HUP9802130 A HU P9802130A HU 220125 B HU220125 B HU 220125B
Authority
HU
Hungary
Prior art keywords
plasma
carbon black
heat treatment
carbon
carbon particles
Prior art date
Application number
HU9802130A
Other languages
English (en)
Inventor
Ketil Hox
Jan Hugdahl
Steinar Lynum
Nicolas Probst
Richard Smet
Original Assignee
Erachem Europe S.A
Kvaerner Technology And Research Limited
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Erachem Europe S.A, Kvaerner Technology And Research Limited filed Critical Erachem Europe S.A
Publication of HUP9802130A1 publication Critical patent/HUP9802130A1/hu
Publication of HUP9802130A3 publication Critical patent/HUP9802130A3/hu
Publication of HU220125B publication Critical patent/HU220125B/hu

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C3/00—Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
    • C09C3/04—Physical treatment, e.g. grinding, treatment with ultrasonic vibrations
    • C09C3/048—Treatment with a plasma
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44—Carbon
    • C09C1/48—Carbon black
    • C09C1/56—Treatment of carbon black ; Purification
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0894—Processes carried out in the presence of a plasma
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/60—Compounds characterised by their crystallite size
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
    • C01P2002/78—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by stacking-plane distances or stacking sequences
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/32—Thermal properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Pigments, Carbon Blacks, Or Wood Stains (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Catching Or Destruction (AREA)
  • Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)
  • Apparatus For Disinfection Or Sterilisation (AREA)
  • Working-Up Tar And Pitch (AREA)

Description

A találmány tárgya eljárás szénanyagok, különösen korom hőkezelésére plazmaeljárással, a koromrészecskék nanostruktúrája fokozott mértékű rendezettségének biztosítása, vagyis a grafitizáció mértékének javítása céljából. Az eljárással javítjuk a kereskedelemben kapható szénfajták minőségét. A hőkezelést plazmazónában hajtjuk végre, és a tartózkodási időt, valamint a betáplált energiát oly módon szabályozzuk, hogy a szénanyag nem szublimál, tehát megakadályozzuk, hogy a szén elpárologjon és új termékké alakuljon.
A koromrészecskék mikrostruktúrája turbostratikus, vagyis a c tengely körül elforgatott, de nem rendezett párhuzamos rétegeket alkotó kicsiny kristálysávokból áll. A grafitrétegek a részecske felülete felé haladva koncentrikusan, azaz egymással párhuzamosan vannak elrendezve, és a rendezetlenség! fok a részecske középpontja felé haladva nő.
A krisztallit méreteit az Le, La és d 002 értékek határozzák meg. Az Le érték a c irányú méret, vagyis a magasság, amely a grafitrétegek átlagos halmozási magassága. Az La érték a rétegek mérete vagy szórása, és a rétegek átlagos átmérőjét reprezentálja. A d 002 érték a grafitrétegek közötti távolságot jelenti.
Az ismert, hagyományos módszerekkel előállított korom röntgendiffrakciós úton mért krisztallit méreteit az 1. táblázat tartalmazza.
1. táblázat
Különféle koromfajták röntgendiffrakciós úton meghatározott szerkezeti jellemzői (nm)
Minőség La Le d 002
Grafit mint referencia 0,335
Termikus korom 2,8 1,7 0,350
Alagútkorom 1,9 1,4 0,353
Gázkorom 2,0 1,7 0,355
Acetilénkorom 2,7 2,6 0,343
Ismeretes, hogy a hőkezelés a koromrészecskék nanostruktúrájában megváltoztatja a rendezettség mértékét. A grafitrétegek átlagos átmérőjének (La) növekedésével és az átlagos rétegmagasság (Le) növekedésével megnő a krisztallitméret. A grafitrétegek közötti távolság (d 002) viszont csökken.
A korom kevéssel 1000 °C fölötti hőmérsékleten történő hőkezelése a nanostruktúrát és a morfológiát befolyásolja. Ha a hőmérsékletet 2700 °C értékre vagy az fölé emelik, ez nagymértékben befolyásolja a grafitrétegek rendezettségi fokát, és a krisztallitok növekedése eléri az acetilénkorom adatainak megfelelő szintet.
Ismeretesek olyan hőkezelési eljárások, amelyeket indukciós kemencében és inért gáz atmoszférában 1100 °C és 2400 °C közötti hőmérséklet mellett néhány perctől több óráig terjedő tartózkodási idő mellett hajtanak végre.
Az US-PS 4 351 815 számú szabadalmi leírás szerinti eljárás esetében a kormot olyan kemencében hőkezelik, amelynek két hevítőzónája van. Az első zónában 565 és 760 °C közötti hőmérsékletre hevítik a kormot, hogy az esetleg jelenlevő oxigén szén-dioxiddá alakuljon. A második zónában 1400 és 2400 °C közötti hőmérsékletre hevítik a kormot. A hőkezelés ideje 9 másodperc és 10 perc között változik.
A DD 292 920 jelű publikáció olyan eljárást ismertet, amelynek során közönséges koromból plazmareaktorban jó minőségű kormot állítanak elő. A kezelendő anyagba 0,1 és 1 s közötti reakcióidő mellett legalább 3 kWh/kg entalpiát visznek be, miáltal a szénanyag teljes mértékben vagy részlegesen szublimál. Mivel a szén gáz alakúvá válik, ez az ismert eljárás a kezelendő anyag átalakításának minősül és nem hőkezelésnek.
A WO 94/17908 jelű publikáció nem megfelelő nanostruktúrájú szénanyag, például korom és grafit plazmareaktorban történő átalakítására szolgáló eljárást ismertet. A nyersanyagba 40 és 150 kW/h mennyiségű energiát visznek be. A reakciótérben való tartózkodás ideje 2 és 10 s között van. Ez az eljárás is a kezelt anyag átalakításának minősül és nem hőkezelésnek.
A jelen találmány célja olyan javított eljárás létrehozása szénanyagok, különösen koromféleségek hőkezelésére a nanostruktúra rendezettségének fokozása céljából, amely hatékonyan hasznosítja a hőenergiát és könnyen szabályozható. A nanostruktúra rendezettségi foka szabványos módszerekkel (például mikroszkópos vagy röntgendiffrakciós vizsgálattal) határozható meg.
A találmány további célja a közönséges korom minőségének javítása. Célunk továbbá a nem grafitizált (például elektródanyagként alkalmazott) szénanyagok minőségének javítása.
Célunk a találmánnyal továbbá olyan minőség biztosítása, amely az ismert módszerekkel eddig vagy egyáltalán nem vagy csak különleges kiindulási anyagok (például acetilén) alkalmazásával volt elérhető.
Célunk az is, hogy olyan eljárást hozzunk létre, amellyel rövid idő alatt nagy mennyiségű kiindulási anyag kezelhető, tehát amely eljárás igen gazdaságos.
A fenti célkitűzéseket a szabadalmi igénypontokban rögzített ismérvekkel érjük el.
Az ismert, hagyományos hőkezelési módszereknél a kezelendő anyagnak a kemencében való tartózkodási ideje 10 s és több óra között van. Ezekkel a módszerekkel nem lehet rövid idő alatt nagy mennyiségű anyagot hőkezelni, ezért nem gazdaságosak. A találmány alapja az a felismerés, hogy a szénrészecskék (például korom) hőkezelésének ideje meglepő módon drasztikus mértékben csökkenthető, ha a hőkezelést plazmaeljárással, vagyis plazmazónában hajtjuk végre. Ezáltal a grafitrétegek hasonlóképpen rendeződnek, mint ha a hőkezelést kemencében végeznénk. A plazmazónában azonban a nanostruktúra fokozott mértékű rendezettsége már 0,1 s vagy még rövidebb idő alatt kialakul. Azt tapasztaltuk, hogy még 0,05 s alatti tartózkodási idő mellett is kielégítően rendezett nanostruktúra hozható létre. Ily módon igen gazdaságos hőkezelési eljárást tudunk biztosítani, mivel rövid idő alatt nagy mennyiségű kiindulási anyag kezelésére van lehetőség.
Ez a hőkezelés elektródák között égő villamos ív által alkotott plazmafáklya segítségével előállított vagy indukciós hevítés útján, például valamely gáz nagyfrek2
HU 220 125 Β venciás hevítésével létrehozott plazmazónában hajtható végre. Különféle szénanyagok (szén, koksz stb.) hőkezelhetők, de az eljárás előnyei legfőképp a koromanyagok minőségének javításánál mutatkoznak meg. A hőkezelést ebben az esetben oly módon valósítjuk meg, hogy a koromszemcséket valamely vivőgáz segítségével juttatjuk be a plazmazónába. A vivőgáz lehet maga a plazmagáz is.
Vivőgázként (plazmagázként) például inért gázt (Ar, N2) alkalmazhatunk. Redukáló gáz (H2) vagy termékgáz (H2, CH4, CO és CO2 keveréke) is alkalmazható. Felhasználható továbbá a fenti gázok kombinációja is.
A találmányt a következőkben kiviteli példa kapcsán ismertetjük. Az
1. ábra olyan plazmafáklya felépítésének elvi vázlata, amelynél kezelendő anyagot juttatunk a plazmazónába; és a
2. ábra a szénrészecskék, illetve gázok plazmazónán belüli hőmérsékletének időbeli alakulását mutató diagram.
A bemutatott példa a plazmafáklya elvét oly módon szemlélteti, hogy ennek alapján az adott terület szakembere ismert eszközök alkalmazásával létre tudja hozni a megfelelő műszaki megoldásokat.
A plazmafáklya szokványos kialakítású lehet. Az egyik kialakítás a 174450 számú norvég szabadalom szerinti lehet (lásd PCT/N092/00195-WO 93/12633), amelynek jogosultja azonos a jelen bejelentés bejelentőjével. Az ilyen plazmafáklya célja energia betáplálása kémiai folyamatokba.
Az 1. ábra szerinti plazmafáklyának külső 1 elektródája és központi 2 elektródája van. Az elektródák cső alakúak, és egymással koaxiálisán vannak elrendezve. Az elektródák merev, magas olvadáspontú, jó villamos vezetőképességű anyagból, például grafitból készülnek. Fémből készült, hűtött elektródák is alkalmazhatók. Az elektródák mind egyenárammal, mind váltakozó árammal táplálhatok. Az elektródák körül a villamos ív működésének tartományában egyenárammal táplált 3 tekercs van elrendezve, amely axiális irányú mágneses teret hoz létre.
A plazmagáz az elektródák közötti gyűrűs 4 téren át vezethető be. A plazmagáz a szénrészecskéket hordozó gáz (vivőgáz) is lehet.
A szénrészecskék tehát áthaladnak a villamos íven, és ily módon egyenletes kezelést kapnak a 9 plazmazónában. A koromrészecskéknek a 9 plazmazónában való tartózkodási idejét a plazmagáz áramoltatási sebességének változtatásával állítjuk be.
A szénrészecskéket tartalmazó hordozógáz a központi 2 elektróda 5 furatán vagy a központi 2 elektróda belsejében koaxiálisán elrendezett külön 6 bevezetőcsövön át juttatható be. Ilyen bevezetőcsövet ismertet a 174 180 számú norvég szabadalom (lásd PCT/N092/00198-WO 93/12634), amelynek jogosultja azonos a jelen bejelentés jogosultjával. A 6 bevezetőcső axiális irányban mozgatható, tehát a belépési hely változtatható a 9 plazmazónához képest. A koromszemcsék 9 plazmazónában való tartózkodásának ideje tehát egyrészt a hordozógáz áramlási sebességének, másrészt a 6 bevezetőcső és az elektromos plazmaív kölcsönös helyzetének változtatásával állítható be.
Harmadik lehetőségként a szénrészecskéket tartalmazó hordozógáz a 9 plazmazóna tartományában, illetve az alatt elrendezett egy vagy több 7 bevezetőcsövön át juttatható be. A 8 reaktorkamra kerülete mentén, a plazmafáklya 1, 2 elektródáitól növekvő távolságra levő különféle szinteken több bevezetőcső helyezhető el. Ily módon a koromrészecskék 9 plazmazónában való tartózkodásának ideje azáltal állítható be, hogy mely 7 bevezetőcsöveket használjuk.
Az 1,2 elektródák között égő villamos ív által felhevített gáz magas hőmérsékletű plazmát alkot. Az ily módon létrehozott 9 plazmazónában igen magas, 3000 és 20 000 °C közötti hőmérséklet alakul ki. Ebben a zónában hajtjuk végre a hőkezelést.
A plazmafáklya 8 reaktorkamrában jön létre, amelyben a hőkezelt anyagot például hideg plazmagáz (hordozógáz) betáplálásával hűtjük. Az ily módon felmelegedett gázt recirkuláltatjuk energia-visszanyerés céljából. A hűtőgázon kívül vagy annak részeként speciális anyagokat is bejuttathatunk abból a célból, hogy bizonyos funkcionális vegyi csoportok alakuljanak ki a szénrészecskék felületén. Ezeket az anyagokat célszerű olyan zónákban bejuttatni, ahol a hőmérséklet már lecsökkent a megfelelő szintre. Arra is mód van, hogy ezeket az anyagokat egy csatlakozó kamrában juttassuk be.
A berendezés további része ismert, hagyományos típusú hűtőt és szeparálóberendezést tartalmaz, amely utóbbi például a szénrészecskéket leválasztó ciklon vagy szűrő lehet. Ilyen berendezést ismertet például a 176 968 számú norvég szabadalom (lásd PCT/N093/00057-WO 93/20153), amelynek jogosultja azonos a jelen bejelentésjogosultjával.
Az eljárás igen jó hatásfokú, és igen tiszta terméket eredményez. Megvalósítható mind folyamatos, mind szakaszos üzemmódban. Alkalmazható meglevő eljárások kiegészítéseképpen is, például olajkemencés eljáráshoz vagy plazmaeljáráshoz kapcsolódóan. Ugyancsak alkalmazható például a 175 718 számú norvég szabadalom szerinti korom-előállítási plazmaeljáráshoz kapcsolva (lásd PCT/N092/00196-WO 93/12030), amelynek jogosultja azonos a jelen bejelentés jogosultjával. Ennél az eljárásnál szénhidrogéneket bontunk le szénre és hidrogénre plazmafáklya energiája segítségével, és a termékeket különféle hőmérsékleti zónájú reaktorkamrába vezetjük a kapott termékek minőségének szabályozása és ellenőrzése végett. A reaktorban egy vagy több további plazmafáklya alkalmazható, amelyek a jelen találmány szerinti hőkezelési eljárást hajthatják végre a kapott koromanyagon.
A plazmazónában 0,1 s-nál rövidebb ideig - célszerűen 0,07 s ideig - tartózkodó koromrészecskékbe 1-10 kWh/kg entalpiát - előnyösen 2-6 kWh/kg entalpiát viszünk be. Ennek következtében a koromrészecskék hőmérséklete egészen a szén szublimációs hőfokáig (3700 °C) emelkedik, de azt nem haladja meg.
HU 220 125 Β
A bevitt entalpia megnöveli a rendszer teljes energiáját. A teljes egyenlegbe azonban beletartozik a korom, a plazmagáz és a hordozógáz hevítésére fordított energia, valamint a hőveszteség is. Annak érdekében, hogy a korom ne szublimálódjon, nem szabad azt 3700 °C fölé hevíteni.
A koromrészecskének átadott teljes energia a következő egyenlettel fejezhető ki:
AG=AH-TAs ahol
AG=Gibbs-féle szabad energia=teljes átadott energia ΔΗ=entalpia=hőenergia T=hőmérséklet (°K)
AS=entrópia
A szén entalpia adatai azt mutatják, hogy ΔΗ értéke legfeljebb 2 kWh/kg körüli lehet, ha a hőmérsékletet 3700 °C alatt akarjuk tartani. Hogy a növelt mértékű energiabevitel nem eredményez elpárolgást, annak az az oka, hogy a hőkezelés hatására rendezettebbé válik a struktúra, aminek következtében csökken a részecskék entrópiája. Ily módon a fenti egyenletben ΔΗ értéke 2 kWh/kg alatt lehet abban az esetben is, ha a betáplált AG energia értéke nagyobb 2 kWh/kg-nál.
Tartózkodási időnek azt az időt tekintjük, amíg a koromrészecske a villamos ívzónában vagy a plazmazónában ki van téve az energiaelnyelés kezdeti átviteli fázisának. A szénrészecskék emisszivitása igen nagy (e>0,9), és igen rövid idő (néhány ms) alatt 3000 °C fölötti hőmérsékletre hevülnek a villamos ív, valamint feltehetőleg - az elektródák hősugárzásának következtében. A szénrészecskék az elnyelt energia nagy részét hősugárzás és hővezetés útján igen rövid idő alatt átadják a plazmagáznak és/vagy a hordozógáznak. A plazmagáznak és a hordozógáznak kicsi az emisszivitása (e<0,l), így a koromrészecskék, valamint a plazmagáz, illetve hordozógáz eredő hőmérséklete 2000 °C alatt marad. Az indukált entalpia és a tartózkodási idő értékét úgy állítjuk be, hogy a szénrészecskék ne érjék el a szublimálódási hőmérsékletet, tehát a hőmérséklet értékét 3700 °C alatt tartjuk.
A 2. ábra az idő függvényében mutatja a szénrészecskék és a plazmagáz, illetve hordozógáz hőmérsékletét a plazmazónában. A folytonos vonal a szénrészecskék hőmérsékletét mutatja az idő függvényében, a szaggatott vonal pedig a plazmagáz, illetve hordozógáz hőmérsékletét mutatja az idő függvényében 5 kWh/kg körüli teljes entalpiájú korom esetén.
A 2. táblázat különféle koromtípusokra mutatja La, Le és d 002, valamint a tartózkodási idő értékét a fenti paraméterek mellett plazmazónában végzett hőkezelés előtt és után, különféle plazmagázok alkalmazása esetén.
A hőkezelés során a szénrészecskék felületéhez tapadó vagy kötődő funkcionális vegyi csoportok és szennyeződések részben elbomlanak, részben eltávoznak. A hőkezelés eredményeképpen nagy mértékben csökken a felületi aktivitás, mivel a kémiailag megkötött hidrogén felszabadul, és mennyisége 2500 ppm értékről 100 ppm értékre vagy az alá csökken.
Annak érdekében, hogy a szénrészecskék felületén speciális funkcionális vegyi csoportok alakuljanak ki, speciális anyagokat adhatunk hozzá a plazmagázhoz és/vagy a hordozógázhoz. Oxidálóanyagként például CO2, CO, O2, levegő és H2O adagolható, redukálóanyagként H2, különféle halogének, savak stb.
2. táblázat
Különféle koromfajták strukturális jellemzői röntgendiffrakcióval mérve (Á) (CNRS - Centre de Recherche Paul Pascal, 1994)
Koromfajta Előállítás után (A) Hőkezelés után (A) Plazmagáz Tartózkodási idő (s) Teljes entalpia (kWh/kg CB)
^002 L,2 Lc A)02 La 2 Lc
Sevacarb MT 3,51 35 16 3,39 75 76 h2
Fumex N-765 3,57 30 18 3,41 71 57 ,,
StatexN-550 3,55 32 17 3,42 77 71
0,03 4-6
Corax N-220 3,54 30 16 3,40 71 59 ,,
Condutex 975 3,56 39 20 3,41 76 60
Condutex SC 3,56 33 16 3,45 67 41
Ensaco 3,55 40 22 3,43 65 48 Ar 0,06 10
Ensaco 3,55 40 22 3,44 66 48 termékgáz 0,02 0,06 3-5
Kvaemer LC 3,48 60 40 3,43 89 134 h2 0,03 8
Kvaemer HC 3,46 52 44 3,41 102 127 0,03 10
La 2 a Scherrer-képlet szerint.
A találmány szerinti eljárással hőkezelt korom egyenértékű azzal a korommal, amelyet indukciós kemencében több órán át hőkezeltek. A 3. táblázat indukciós kemencében hőkezelt korom La, Le és d 002 értékeit mutat- 60 ja hőkezelés előtt és után, illetve a találmány szerinti plazmaeljárással hőkezelt korom megfelelő adatait, ugyancsak hőkezelés előtt és után.
HU 220 125 Β
3. táblázat
Különféle koromféleségek röntgendiffrakció útján meghatározott strukturális jellemzői (nm)
La Le d002
Kezeletlen korom 4,0 2,2 0,355
Indukciós kemencében hőkezelt korom 7 5 0,341
Plazmazónában hőkezelt korom 8,2 8 0,341
A plazmazónában végrehajtott hőkezelési eljárás adatai:
Az alkalmazott plazmagenerátor és reaktorkamra a leírtnak megfelelő.
Betáplált anyag: korom 10 kg/h
Hordozógáz: Ar 3 Nm3/h
Plazmagáz: termékgáz 3 Nm3/h
Reaktomyomás: 2 bar
Indukált entalpia: 2,9-4,8 kWh/kg
Tartózkodási idő: 0,09 s
A termékgáz összetétele: 49% H2,1,5% CH4,48% CO és 1, 5% CO2.
A szénrészecskék által a plazmazónában elért hőmérséklet 3700 °C alatt van, és a korom, valamint a gázok eredő hőmérséklete mintegy 2000 °C.
A 4. táblázat egy, a találmány szerinti módon plazmazónában hőkezelt jó minőségű korom La, Le és d 002 értékeit mutatja két különféle plazmagáz alkalmazása esetén.
4. táblázat
Korom röntgendiffrakció útján meghatározott strukturális jellemzői (nm)
La Le d002 Plazma- gáz
Hőkezelés előtt 4 2,2 3,55
Hőkezelés után 6,5 4,8 3,43 Ar
Hőkezelés után 6,6 4,8 3,44 termék- gáz
A hőkezelés eredményeképpen javulnak azoknak az anyagoknak a tulajdonságai, amelyekben a kormot adalékanyagként alkalmazzuk. A következőkben különféle termékekre hivatkozunk, amelyekben a találmány szerinti hőkezeléssel nyert korom speciális tulajdonságait használjuk ki.
Szárazelemek
A hagyományos szárazelemeknél acetilénkormot vagy „speciális konduktív kormot” alkalmaznak. Az utóbbit a hagyományos „olajkemencés eljárással” és azt követő ismert oxidáló vagy hőkezelő lépéssel állítják elő. A speciális minőségű korom alkalmazása következtében megnő az elektrolitikus kapacitás, javulnak a kisülési jellemzők stb. Ily módon ennek a koromfajtának a jellemzői megközelítik (de nem érik el) az acetilénkorom által biztosítható szintet.
A hagyományos módon előállított koromnak a találmány szerinti módon plazmazónában végzett hőkezelésével tovább javul a nanostruktúra rendezettsége. Ezáltal olyan értékek érhetők el, amelyek megfelelnek az acetilénkorom jellemzőinek vagy meg is haladják azokat.
Villamosán vezető korom
Különféle speciális alkalmazások céljára „konduktív”, „szuperkonduktív” és „extra konduktív” koromfajtákat fejlesztettek ki. Ezek még kis mennyiségben adagolva is villamosán vezetővé és antisztatikussá teszik a polimer keverékeket. Ezek a koromfajták azért eredményeznek optimális konduktivitást, mivel igen jók a strukturális jellemzőik, igen porózusak, kicsik a részecskeméreteik, felületük pedig vegyileg tiszta. Ezen koromfajtáknál a találmány szerinti hőkezelés alkalmazása még jobb konduktivitást eredményez.
A hagyományos - például a gumigyártás során adalékanyagként alkalmazott - koromfajták hasonló módon szintén „konduktív korommá” alakíthatók. A találmány szerinti módon plazmazónában végrehajtott hőkezelés megtisztítja a felületet az oxidoktól, valamint a szennyeződésektől, és a grafitizáció mértékének fokozásával lényegesen javítja a koromrészecskék belső konduktivitását.
A találmány szerinti eljárással nem-grafitos szénanyagok (antracit, petróleumkoksz, kátránykoksz stb.) is kezelhetők. Ilyen szénanyagokat gyakran alkalmaznak elektródákként például tűzálló termékek kalcinációs kemencében végzett hőkezelést magában foglaló grafitizációs eljárást követő előállításánál. A találmány szerinti hőkezelés a hagyományos kalcinációs eljárás helyett alkalmazva a grafitrétegek közötti d 002 átlagos távolság értékét 0,344-ről a grafitnak megfelelő 0,335re csökkenti.
A tüzelőanyag-cellák előállításánál az elektróda anyagát hőkezelésnek vetik alá. A foszforsavas tüzelőanyag-cellák (PAFC) és a szilárd polimer tüzelőanyagcellák (SPFC) esetében anódként és katódként grafitot alkalmaznak platinakatalizátorral. Ebben a tekintetben fontos, hogy az elektródáknak jó legyen a villamos vezetőképességük. A szénanyagoknak a találmány szerinti módon végzett hőkezelésével fokozható a grafitizáció mértéke, mivel javul a nanostruktúra rendezettsége. Következésképpen megnő az anyag villamos vezetőképessége is.
Termikusán vezető korom
A polimer keverékeknél a fel-, illetve túlmelegedés elkerülése érdekében kívánatos a jó termikus vezetőképesség, és a jó hővezetési képességgel bíró koromnak lényeges szerepe van ennek az elérésében. Ismeretes, hogy ebben a tekintetben a korom nagyfokú strukturális rendezettsége, vagyis grafitizációja jelenti a legfőbb meghatározó paramétert. Ezért az acetilénkorom felel meg leginkább a fenti követelményeknek.
A találmány szerinti, plazmazónában végzett hőkezelés alkalmazásával valamennyi ismert, hagyományos koromfajta a fenti célra alkalmassá tehető.

Claims (4)

1. Eljárás szénrészecskék, különösen korom nanostruktúrája rendezettségi fokának növelésére, amelynek során a szénrészecskéket hordozógáz segítségével plazmazónába vezetjük, a szénrészecskéket plazmazónában végzett hőkezeléssel utókezeljük, és 1-10 kWh/kg entalpiát viszünk be a szénrészecskékbe, azzal jellemezve, hogy 0,01-0,1 s közötti tartózkodási időt alkalmazunk, és a tartózkodási idő, valamint az entalpia viszonyát a plazmazónában (9) oly módon szabályozzuk, hogy a szénrészecskék a nanostruktúra rendezettségi fokának növekedését eredményező hőmérsékletre melegedjenek, de ne hevüljenek a szublimációt eredményező 3700 °C-ot meghaladó hőmérsékletig.
2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szénrészecskék plazmazónában (9) való tartózkodásának ideje rövidebb 0,07 s-nál.
3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szénrészecskék plazmazónában (9) való tartózkodásának idejét a plazmagáz és/vagy a hordozógáz áramlási sebességének szabályozásával vagy a hordozógáz áramlási sebességének és a bevezetőcső (6) plazmazónához viszonyított helyzetének szabályozásával vagy a szénrészecskéket és a hordozógázt betápláló csövek (7) megválasztásával állítjuk be.
4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az utókezelést valamely termékelőállítási eljárással összekötve végezzük.
HU9802130A 1995-07-07 1996-07-05 Eljárás szénanyagok hőkezelésére HU220125B (hu)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NO952725A NO302242B1 (no) 1995-07-07 1995-07-07 Fremgangsmåte for å oppnå en öket ordning av nanostrukturen i et karbonmateriale
PCT/NO1996/000167 WO1997003133A1 (en) 1995-07-07 1996-07-05 Heat treatment of carbon materials

Publications (3)

Publication Number Publication Date
HUP9802130A1 HUP9802130A1 (hu) 1999-01-28
HUP9802130A3 HUP9802130A3 (en) 1999-09-28
HU220125B true HU220125B (hu) 2001-11-28

Family

ID=19898374

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
HU9802130A HU220125B (hu) 1995-07-07 1996-07-05 Eljárás szénanyagok hőkezelésére

Country Status (27)

Country Link
EP (1) EP0861300B1 (hu)
JP (1) JPH11513051A (hu)
KR (1) KR100404809B1 (hu)
CN (1) CN1082071C (hu)
AT (1) ATE197810T1 (hu)
AU (1) AU691760B2 (hu)
BG (1) BG63263B1 (hu)
BR (1) BR9609596A (hu)
CA (1) CA2226277C (hu)
CZ (1) CZ292640B6 (hu)
DE (1) DE69611100T2 (hu)
DK (1) DK0861300T3 (hu)
EG (1) EG20987A (hu)
ES (1) ES2154410T3 (hu)
GR (1) GR3035491T3 (hu)
HU (1) HU220125B (hu)
MA (1) MA23931A1 (hu)
MX (1) MX211049B (hu)
MY (1) MY120503A (hu)
NO (1) NO302242B1 (hu)
PL (1) PL184547B1 (hu)
PT (1) PT861300E (hu)
RO (1) RO118880B1 (hu)
RU (1) RU2163247C2 (hu)
SA (1) SA96170380B1 (hu)
SK (1) SK282609B6 (hu)
WO (1) WO1997003133A1 (hu)

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000268828A (ja) * 1999-03-18 2000-09-29 Asahi Glass Co Ltd 固体高分子型燃料電池
DE60024084T2 (de) 2000-09-19 2006-08-03 Timcal Sa Vorrichtung und Verfahren zur Umwandlung eines kohlenstoffhaltigen Rohstoffs in Kohlenstoff mit einer definierten Struktur
SG106651A1 (en) * 2001-11-27 2004-10-29 Univ Nanyang Field emission device and method of fabricating same
CN100436549C (zh) * 2003-08-05 2008-11-26 三菱化学株式会社 炭黑
WO2005012438A1 (ja) 2003-08-05 2005-02-10 Mitsubishi Chemical Corporation カーボンブラック
US7531271B2 (en) 2004-03-18 2009-05-12 The Gillette Company Wafer alkaline cell
US7820329B2 (en) 2004-03-18 2010-10-26 The Procter & Gamble Company Wafer alkaline cell
US7413828B2 (en) 2004-03-18 2008-08-19 The Gillette Company Wafer alkaline cell
DE102005019301A1 (de) * 2005-04-26 2006-11-02 Timcal Sa Verfahren zur Weiterverarbeitung des bei der Fulleren- und Kohlenstoff-Nanostrukturen-Herstellung anfallenden Rückstandes
WO2007116924A1 (ja) 2006-03-29 2007-10-18 Cataler Corporation 燃料電池用導電性カーボン担体、燃料電池用電極触媒、及びこれを備えた固体高分子型燃料電池
HUE034878T2 (hu) * 2011-12-22 2018-03-28 Cabot Corp Korom és annak alkalmazása ólom-sav akkumulátorokhoz
CN102585565B (zh) * 2012-03-19 2014-03-19 苏州宝化炭黑有限公司 一种色素炭黑制造方法及装置
US10138378B2 (en) 2014-01-30 2018-11-27 Monolith Materials, Inc. Plasma gas throat assembly and method
US10370539B2 (en) 2014-01-30 2019-08-06 Monolith Materials, Inc. System for high temperature chemical processing
US10100200B2 (en) 2014-01-30 2018-10-16 Monolith Materials, Inc. Use of feedstock in carbon black plasma process
US11939477B2 (en) 2014-01-30 2024-03-26 Monolith Materials, Inc. High temperature heat integration method of making carbon black
CN110505745A (zh) 2014-01-31 2019-11-26 巨石材料公司 等离子体炬的设计
US9574086B2 (en) 2014-01-31 2017-02-21 Monolith Materials, Inc. Plasma reactor
CA2975731C (en) 2015-02-03 2024-01-02 Monolith Materials, Inc. Carbon black generating system
PL3253904T3 (pl) 2015-02-03 2021-01-11 Monolith Materials, Inc. Urządzenia i sposób chłodzenia regeneracyjnego
CN108292826B (zh) 2015-07-29 2020-06-16 巨石材料公司 Dc等离子体焰炬电力设计方法和设备
US10808097B2 (en) 2015-09-14 2020-10-20 Monolith Materials, Inc. Carbon black from natural gas
PL240918B1 (pl) 2016-02-01 2022-06-27 Cabot Corp Mieszanka kauczukowa o ulepszonej wymianie ciepła
CA3013027C (en) 2016-02-01 2020-03-24 Cabot Corporation Thermally conductive polymer compositions containing carbon black
MX2018013162A (es) 2016-04-29 2019-07-04 Monolith Mat Inc Adicion de calor secundario para el proceso y aparato de produccion de particulas.
WO2017190015A1 (en) 2016-04-29 2017-11-02 Monolith Materials, Inc. Torch stinger method and apparatus
MX2019010619A (es) 2017-03-08 2019-12-19 Monolith Mat Inc Sistemas y metodos para fabricar particulas de carbono con gas de transferencia termica.
CN115637064A (zh) 2017-04-20 2023-01-24 巨石材料公司 颗粒系统和方法
WO2019016322A1 (en) 2017-07-19 2019-01-24 Imerys Graphite & Carbon Switzerland Ltd. THERMALLY CONDUCTIVE POLYMERS COMPRISING CARBON BLACK MATERIAL
EP3700980A4 (en) 2017-10-24 2021-04-21 Monolith Materials, Inc. PARTICULAR SYSTEMS AND PROCEDURES
CN112812588A (zh) * 2021-01-22 2021-05-18 丰城黑豹炭黑有限公司 富氢气气体助产的热裂法炭黑生产工艺
KR102620381B1 (ko) * 2021-10-20 2024-01-03 오씨아이 주식회사 고결정성 카본블랙 및 이의 제조방법
KR102634889B1 (ko) * 2023-11-27 2024-02-08 한국화학연구원 혼합 폐플라스틱의 열분해 잔사물로부터 제조된 다공성 탄소 소재

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD292920A5 (de) * 1990-03-22 1991-08-14 Leipzig Chemieanlagen Verfahren zur herstellung eines hochwertigen russes
FR2701267B1 (fr) * 1993-02-05 1995-04-07 Schwob Yvan Procédé pour la fabrication de suies carbonées à microstructures définies.
GB2275017B (en) * 1993-02-10 1997-03-12 Courtaulds Packaging Ltd Coextruded multilayer sheet and tube made therefrom

Also Published As

Publication number Publication date
GR3035491T3 (en) 2001-05-31
NO302242B1 (no) 1998-02-09
MX211049B (es) 2002-10-28
AU691760B2 (en) 1998-05-21
PL184547B1 (pl) 2002-11-29
DE69611100T2 (de) 2001-06-13
CZ292640B6 (cs) 2003-11-12
CN1148065A (zh) 1997-04-23
MY120503A (en) 2005-11-30
MX9800038A (es) 1998-08-30
BG63263B1 (bg) 2001-07-31
AU6370596A (en) 1997-02-10
RU2163247C2 (ru) 2001-02-20
CA2226277C (en) 2008-03-11
CA2226277A1 (en) 1997-01-30
RO118880B1 (ro) 2003-12-30
SK282609B6 (sk) 2002-10-08
SK2198A3 (en) 1998-09-09
ES2154410T3 (es) 2001-04-01
MA23931A1 (fr) 1997-04-01
EP0861300B1 (en) 2000-11-29
HUP9802130A1 (hu) 1999-01-28
CZ2998A3 (cs) 1998-06-17
PT861300E (pt) 2001-05-31
NO952725L (no) 1997-01-08
BG102232A (en) 1999-02-26
SA96170380B1 (ar) 2006-04-25
CN1082071C (zh) 2002-04-03
EP0861300A1 (en) 1998-09-02
JPH11513051A (ja) 1999-11-09
DE69611100D1 (de) 2001-01-04
HUP9802130A3 (en) 1999-09-28
ATE197810T1 (de) 2000-12-15
NO952725D0 (no) 1995-07-07
PL324395A1 (en) 1998-05-25
KR100404809B1 (ko) 2005-06-16
WO1997003133A1 (en) 1997-01-30
EG20987A (en) 2000-08-30
BR9609596A (pt) 2005-05-03
DK0861300T3 (da) 2001-03-05
KR19990028749A (ko) 1999-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
HU220125B (hu) Eljárás szénanyagok hőkezelésére
JP2711368B2 (ja) 炭化水素の分解方法
JP2018510231A (ja) カーボンブラック生成システム
WO2010143585A1 (ja) カーボンナノチューブおよびその製造方法
KR101290659B1 (ko) 열플라즈마를 이용한 산화규소분말의 제조방법 및 이에 의하여 제조되는 산화규소분말
US3369871A (en) Preparation of metallurgical carbon
US20030141179A1 (en) Method for manufacturing carbon nanotubes
CN109686982A (zh) 一种制备负载型碳氮化物的方法
KR20070012780A (ko) 나노결정 구조 탄소층으로 코팅된 나선형 탄소 및 적외선방사체로 사용되는 나선형태의 탄소를 제조하는 방법
JPH10292126A (ja) カーボンブラックの製造方法
Fernández et al. Functionalization of carbon nanofibres obtained by floating catalyst method
KR101704470B1 (ko) 탄화텅스텐-탄소 복합입자, 탄화텅스텐-탄소 복합입자와 중공형 탄화텅스텐의 제조방법
JPH10168337A (ja) カーボンブラックの製造方法
JP2003512192A (ja) ナノ構造体、その応用、およびその製造方法
JPS61275114A (ja) グラフアイトの製造方法
US20040124093A1 (en) Continuous production and separation of carbon-based materials
JPH07257916A (ja) フラーレン類の製造方法および装置
CN118027711A (zh) 一种热裂解烃制备碳黑与氢气的装置及其方法
JP3885710B2 (ja) カーボンナノチューブの製造方法及び装置
KR101517717B1 (ko) 헤마타이트 함유 철나노입자 제조방법
FR2474043A1 (fr) Procede et dispositif de fabrication de noir de carbone et noir de carbone obtenu
RU2448809C2 (ru) Способ получения порошка вольфрама
WO2006120789A1 (ja) 触媒によるカーボンナノチューブの製造方法、電界放出電子源の製造方法、電界放出電子源及び電界放出型ディスプレイ
JPH07109114A (ja) カーボンクラスターの製造方法
WO2009040256A2 (en) System and method for preparing single-wall carbon nanotubes

Legal Events

Date Code Title Description
HPC4 Succession in title of patentee

Owner name: KVAERNER TECHNOLOGY AND RESEARCH LIMITED, GB

Owner name: ERACHEM EUROPE S.A, BE

MM4A Lapse of definitive patent protection due to non-payment of fees