KR860000467B1 - 고전도성 카아본의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고전도성 카아본의 제조방법

도면은 본 발명의 방법의 공정도를 간략히 나타낸 것이다.

본 발명은 고전도성 카아본의 제조방법, 더욱 상세히 말하자면 유류의 부분 산화공정, 즉 액체 탄화수소를 원료로 하여 일산화탄소와 수소를 주성분으로 하는 가스를 제조할 때 부생되는 카아본을 처리하고 고전도성 카아본을 제조하는 방법에 관한 것이다.

원래, 이러한 용도에 사용되는 카아본, 즉 카아본 블랙에는 아세틸렌 블랙(acetylene black)및 파아넥스 블랙(furnace black)이 있다. 아세틸렌 블랙은 아세틸렌의 불완전 연소법, 폭발 분해법, 열분해법 등에 의하여 제조되고, 파아네스 블랙은 천연 가름, 기륨 등의 혼합물을 고온로 내에서 연속적으로 부분 연소, 또는 주기적으로 가열 분해시켜 제조되는 것이지만, 아세틸렌 블랙의 제조법은 어느 것이나 공해 문제로 오늘날 거의 채용되지 않는 실정에 있으며, 대부분의 카아본 블랙 제품은 파아네스 블랙 제품으로 이루어지고 있다.

그러나, 본 발명은 상기 기존의 카아본 블랙의 제조 방법을 대체하기 위한 새로운 공정을 도입하려는 것이 아니라, 기존의 유류 산화 공정의 부생물을 이용하여 카아본 블랙을 얻으려는 데 그 발명의 의도가 있다는 사실을 먼저 이해하여야 한다.

현재 이용되고 있는 나프타, 중유, 잔사유 등의 액체 탄화수소를 수증기 존재하에 산소로 부분 산화시키는 부분 산화공정으로서는 텍사코 공정, 쉘 공정 등이 있는데, 이러한 부분 산화 공정들로부터는 유리 카아본이 부생된다. 그러나 이 유리 카아본의 생성은 그 생성량만큼 가스의 생성량을 감소시킬 뿐만 아니라 더 나아가 공해 발생의 원인이 된다.

따라서, 본 발명자들은 이와 같은 유리 카아본을 유효하게 처리하여 그 활용치를 발견함으로써 공해 발생요인을 제거하자는 데 착안하여 장기간 연구하여 온 결과, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 그리하여, 본 발명자들은 본 발명의 방법에 의하여 처리한 카아본을 건전지, 비대전성 고무 또는 수지 등에 유용하게 사용할 수 있다는 사실을 발견하게 되었다.

건전지용 카아본은 감극제, 전해질 등과 혼합하였을 때 낮은 전기 저항을 나타내어야 하며, 감극제를 소모시키는 일이 없이 상당한 양의 전해질을 흡수 및 보지할 수 있어야 하고, 압축성과 탄성이 양호하여야 한다. 그 밖에 건전지를 만들었을 때 자기 방전에 의한 열화가 적고 지장성능이 떨어지지 않는 등의 성질을 가져야 한다. 고무 및 수지용의 고전도성 카아본은 고무 및 수지에 혼합하였을 때 높은 전기 전도도를 나타내어야 하며, 고무나 수지의 탄성모듈을 향상시키는 능력을 가져야 한다.

그러므로, 본 발명의 목적은 유류의 부분 산화 공정에서 부생되는 탄소를 전술한 용도에 적합하도록 적절히 처리하여 고전도성 카아본을 얻는 방법을 제공하고자 함에 그 주목적이 있다.

이러한 본 발명의 목적은 액체 탄화수소를 원료로 하여 일산화탄소와 수소를 주성분으로 하는 가스를 제조할 때 부생되는 카아본을 무기 강산으로 처리한 다음 물로 세척하여 건조시키는 것이 특징인 본 발명의 방법에 의하여 달성된다.

본 발명의 방법에 의하면, 피처리 카아본을 그의 건조 질량 kg당 총량이 0.1-100kg몰에 해당하는 염산, 황산 또는 질산으로 혼합처리 후 매회 카아본 건조 질량의 5-50배의 물로 1-10회 세척하여 건조시킨다.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 상기 산 처리된 카아본 또는 산 처리에 이어 물 세척을 거친 카아본은 카아본 건조질량 1kg당 총량이 0.1-100kg몰에 해당하는 암모니아수로 혼합처리 후 직접 건조시키거나 또는 매회 카아본 건조 질량의 5-50배의 물로 1-10회 세척하여 건조된다.

또한, 본 발명의 또다른 관점에 의하면, 상기 암모니아수 처리 카아본 또는 암모니아수 처리와 물 세척을 거친 카아본은 카아본 건조 질량 1kg당 탄소 원자 수가 1-8개인 알코올 10-100kg으로 처리하여 건조된다.

본 발명의 또 한가지 관점에 따르면, 이상의 방법으로 처리한 카아본은 산소 분률이 5%미만인 질소 또는 기타 불활성 기체 존재하에 300-900℃의 온도로 30초 내지 3시간 가열된다.

이상에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 부분 산화 공정에서 부생되는 카아본으로 하여금 이러한 건전지용 카아본과 고무 및 수지용 고전도성 카아본의 성질을 갖도록 처리하는 과정에서, 산, 알칼리 또는 유기용매를 사용하여 조카아본에 포함된 불순물을 제거시킴으로써 본 발명이 추구하는 목적이 달성될 수 있는 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 방법을 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하겠다.

본 발명의 방법을 수행하기 위한 공정은 도면에 도시한 바와 같다. 이들 공정은 회분식(배치식) 또는 연속식으로 조업할 수 있고, 산 처리 공정, 알칼리 처리 공정, 알코올 처리 공정으로 대별되는데, 이들 단계별로 설명하면 다음과 같다.

(가). 먼저 원료 카아본은 교반기가 장비된 혼합조(1)에 그 카아본의 크기에 따라 필요하다면 분쇄하여, 투입하고, 염산, 황산, 또는 질산 중에서 선택된 무기 강산을 0.1-10N의 농도로 카아본의 건조 질량 1kg당 총량이 0.1-100kg몰이 되게 가하여 25-150℃의 온도를 유지하여 10분-2시간 교반시킨다. 생성된 혼합물을 원심 분리 여과기, 가압 여과기, 농축기 또는 기타 적절한 여과 수단을 사용하여 탈수시키고 고형성분만 남긴다. 이 경우, 혼합 조작과 탈수 조작을 분리하지 않고, 적절한 여과기를 사용하여 연속식으로 행할 수도 있다.

(나). 분리된 고형 성분은 다시 혼합 장치가 갖추어진 혼합조(2)에서 5-50배 질량의 물과 혼합하고, 원심 분리기, 가압 여과기, 농축기나 기타 여과 수단을 사용하여 액체를 제거하고 고형 성분만 남긴다. 이 때에도 혼합 조작과 탈수 조작을 분리하지 않고 적절한 여과기의 선택에 따라 연속식으로 행할 수 있다. 이 과정을 1-10회 실시한다.

(다). 위의 (가)의 과정 또는 (나)의 과정에서 분리된 고형 성분을 카아본 건조 질량 1kg당 총량이 0.1-100kg몰이 되는 0.1-10N 농도의 암모니아수와 교반기가 장비된 혼합조 (3)에서 10분-2시간 동안 혼합하여 수소 이온 농도를 떨어뜨린다. 그 혼합물을 원심분리 여과기, 농축기 또는 기타 여과 수단을 사용하여 액체 성분을 제거하고 고형 성분만 남긴다. 이 과정도 적절한 여과 수단의 채용에 의하여 연속식으로 행할 수 있다.

(라). 위의(다) 과정에서 분리된 고형분을 혼합조 (4)를 사용하여 (나)의 과정을 거치도록 한다.

(마). 위의 (나) 과정 또는 (라)의 과정에서 분리된 고형분을 교반기가 장비된 혼합조 (5)에서 카아본 건조 질량의 10-1,000배 무게의 탄소 원자 수가 1-8개인 알코올과 10분-2시간 혼합시킨 다음, 그 혼합물을 원심 분리 여과기 가압 여과기, 농축기 또는 다른 여과기를 사용하여 액체 성분을 제거하고 고형분만 남긴다. 이 경우에도, 혼합-탈수 조작을 분리하지 않고 적절한 여과 수단에 의하여 연속식으로 행할 수 있다.

고액 분리 후의 오염된 알코올은 증류 장치로 회수하여 재사용할 수 있다.

(바). 위의 (나), (다), (라) 또는 (마)의 과정에서 분리된 카아본은 스팀 등에 의한 간접 가열 방식에 의하여 건조시킨다.

(사). 위의 (나), (다), (라) 또는 (마)의 과정에서 처리된 카아본을 산소의 분율이 5% 미만인 질소 또는 불활성 기체분위기 중에서 300-900℃의 온도로 30초-3시간 가열한다. 이 때의 가열 방법은 전기로, 적외선 가열 및 기타 적절한 가열 방식을 채택할 수 있다.

(아). 위의 (바) 또는 (사)의 과정에서 처리된 카아본은 필요에 따라 분쇄 하거나 과립(펠렛)으로 만든다.

이상과 같은 공정을 거쳐 유류의 부분 산화 공정에서 부생되는 카아본으로부터 건전지용 카아본 또는 고무 및 수지용 고전도성 카아본을 제조하는 본 발명은 다음과 같은 장점이 있다. 첫째로, 교반, 분리, 건조 등 간단한 단위 조작에 의하여 건전지용 카아본 또는 고무 및 수지용 고전도성 카아본을 제조할 수 있다. 둘째로, 사용하는 알코올은 회수하여 재사용할 수 있으므로, 알코올의 소모량이 적다. 세째로, 종래에 사용되어 온 아세틸렌 블랙 혹은 고무 및 수지용 고전도성 카아본과 비교할 때에, 건전지의 성능이나 전도성 고무 및 수지의 성능에 큰 차이가 없다. 네째로, 부분 산화 공정에서는 카아본이 필연적으로 부생되므로 부분 산화 공정을 가지고 있는 공정에서 이 공정을 채택할 경우 수익성이 증대되며 전반적 에너지 사용 효율이 향상된다.

이하, 본 발명을 실시예로서 더욱 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 발명이 이들 실시예의 예시에만 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

벙커-씨 오일 1톤당 730N㎥의 산소와 550kg의 수증기를 주입하여 1,320℃에서 반응시키는 쉘 부분 산화 공정에서 부생된 카아본 슬러리를 건조기에서 말린 후 분쇄하여, 카아본 100g(건조 질량)에 3l의 비로 1N황산을 가하여 95-100℃의 온도를 유지하며 30분간 교반했다. 카아본을 침강 시킨 후 상층액을 제거하였다. 증류수를 가하여 혼합하고 카아본을 침강시켜 상층액을 제거하는 세척 조작을 3회 반복 실시하였다. 카아본 100g(건조 질량)에 1.5의 비로 1N 암모니아수를 가하여 상온에서 30분간 교반하였다. 카아본을 침강시킨 후 상층액을 제거하였다. 증류수를 제거하여 혼합하고 카아본을 침강시켜 상층액을 제거하는 세척 조작을 3회 반복하였다. pH가 6-8이 되었을 때 여과시켰다. 고형 성분을 120℃에 방치하여 충분히 건조되도록 하였다. 이러한 과정을 거쳐 제조된 카아본의 분석 결과는 다음의 표 1과 같았다.

[표 1] 카아본의 분석

[실시예 2]

실시예 1과 같은 방법으로 처리하였으나, 건조시키지 않은 카아본을 카아본 100g(건조 질량)에 6l의 비로 메탄올과 혼합하여 상온에서 30분간 교반시킨 후 여과하였다. 이러한 메탄올 세척 조작을 6회 반복 실시하였다. 여과된 고형 성분을 120℃에 방치하여 충분히 건조되도록 하였다. 이와 같이 하여 제조된 카아본의 분석 결과는 다음의 표 2와 같았다.

[표 2] 카아본의 분석

[실시예 3]

실시예 1과 같은 방법으로 처리한 카아본을 600℃에서 질소를 2l/min의 속도로 불어 넣으며 전기로에서 30분간 가열하여 얻은 카아본의 분석 결과는 표 3과 같았다.

[표 3] 카아본의 분선

[실시예 4]

실시예 2와 같은 방법으로 처리하여 얻은 카아본을 600℃에서 질소를 2l/min의 속도를 불어 넣으며 전기로에서 30분간 가열하고, 그 결과 얻은 카아본의 분석값은 다음의 표 4와 같았다.

[표 4] 카아본의 분석

Claims (3)

1. 액체 탄화 수소를 원료로 하여 일산화탄소와 수소를 주성분으로 하는 가스를 제조할 때에 부생되는 카아본을 무기 강산으로 처리하는 데에 있어서, 산처리 이후에 암모니아수 처리 공정과 물 또는 알코올 세척에 이은 건조 공정이 후속되는 것이 특징인 고전도성 카아본의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 알코올이 메탄올, 에탄올 또는 포로판올인 것이 특징인 방법.
3. 제1항에 있어서, 건조 과정을 거침에 관계 없이 산소 분률이 5%미만인 질소 존재하에 가열시키는 것이 특징인 방법.

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