用于獲得含硫量減少的炭黑粉末的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于獲得含硫量小于0.07%的炭黑粉末的方法。所述方法包括以下步驟:使含硫量為1%至2%的炭黑粉末與堿金屬或堿金屬的鹽在流體介質中、在100℃至350℃范圍內的溫度下以及在10psig至500psig范圍內的壓力下反應。已發(fā)現(xiàn)的是,利用根據(jù)本發(fā)明的方法,含硫量大體上從約1.25%的含硫量減少至0.05%的含硫量,從而引起約96%的脫硫。
【專利說明】用于獲得含硫量減少的炭黑粉末的方法
【技術領域】
[0001] 本公開涉及用于制備炭黑粉末的方法。
[0002] 更具體地說,本公開涉及一種用于獲得含硫量低的炭黑粉末的方法。
【背景技術】
[0003] 炭黑是碳的細分形式,是通過如FCC焦油、煤焦油、乙烯裂解焦油的重質石油產品 的不完全燃燒而產生,并且少量地從植物油中產生。炭黑主要包含呈半球形膠體顆粒形式 的元素碳,所述元素碳相互聚結并且主要形成顆粒聚集體。炭黑是無定形碳的形式,所述無 定形碳具有高的表面積與體積比。炭黑(CB)粉末具有各種各樣的應用,范圍為從輪胎到電 極、顏料、化妝品、塑料、涂料等。然而,這些應用中的每一種應用所要求的粉末級別在結構 和組成方面都是不同的。專業(yè)應用的一個首要的必需條件是在含硫量以及其它金屬離子污 染方面炭黑粉末的高純度。炭黑制造所固有的問題之一是原材料中的總含硫量,這使得不 但在油的燃燒過程中會產生環(huán)境危害物,而且這些環(huán)境危害物被最終的炭黑粉末攜帶。最 終產品中硫的存在對品質是不利的,特別是對于專業(yè)應用而言是不利的。
[0004] 炭黑原料或炭黑原材料通常含有約1 %至4%的硫。這種硫的約40%在制造過程 中被保留到最終的炭黑產品中,總計達約1. 0%至1. 5%的硫。這種高含硫雜質對特別是作 為顏料、工業(yè)電極、底涂層、導電涂料等的應用不利。在絕緣塑料工業(yè)中,存在對于含硫低的 炭黑的需要,以便提高物質的絕緣能力并且使物質的表面更均勻?;旧?,根據(jù)工業(yè)標準, 所要求的含硫量小于〇. 75%。
[0005] 現(xiàn)有技術公開了用于除硫的各種方法,如加氫脫硫、吸附、溶劑萃取、生物酶處理、 氧化等。然而,這些方法一般適用于對石化油和液體燃料的除硫。
[0006] 用于從石油除硫的方法是基于由堿金屬,特別是作為脫硫劑的金屬鈉對油的處 理。在這種方法中,硫主要是作為金屬硫化物去除,而不是去除整個含硫分子。金屬鈉通 常以純金屬或合金形式來使用,負載于惰性物質上或溶解于氨中。在一些方法中,使用如 NaHS、NaNH 2的其它鈉基化合物來脫硫。然而,這些鈉基脫硫方法與如下的限制相關聯(lián):已 脫硫的進料油的低產量、大量不溶性淤渣的形成、氫的需求以及安全問題。重油和石油殘渣 的固有高粘度使得在脫硫過程之前和之后難以進行加工和分離操作。因此,在所述過程中, 特別是在過濾或分離期間,存在大量的進料油損失。此外,許多用于油處理的基于金屬鈉的 方法使用處于高壓下的氫與金屬鈉的組合來脫硫。
[0007] 在文獻提及的用于減少含硫量的以上方法是針對原油或目標在于重油升級。然 而,這些方法都未曾嘗試對如炭黑粉末的固體材料脫硫。迄今為止,還未曾探究到使用鈉基 脫硫對如炭黑的固體粉末材料進行除硫。
[0008] 因此,迫切需要開發(fā)一種用于使用鈉基脫硫技術來減少炭黑粉末中的硫的方法。
[0009] 發(fā)明目的
[0010] 本文中至少一個實施方案所滿足的本公開的目的中的一些如下:
[0011] 本公開的一個目的在于,提供一種用于獲得含硫量小于0.07%的炭黑粉末的可行 方法。
[0012] 本公開的另一個目的在于,提供一種用于獲得含硫量小于0.07%的炭黑粉末的方 法,其中所述方法是在不存在氫和外部壓力條件的情況下進行。
【發(fā)明內容】
[0013] 根據(jù)本公開,提供一種用于獲得含硫量小于0.07%的炭黑粉末的方法,所述方法 包括:
[0014] 在預定的溫度和壓力下,使含硫量在1 %至2%范圍內的炭黑粉末與堿金屬或堿 金屬的鹽在流體介質中反應,以便形成含有堿金屬硫化物衍生物和含硫量小于〇. 07%的炭 黑粉末的反應后混合物;以及
[0015] 從所述混合物分離堿金屬硫化物衍生物,從而獲得含硫量小于0. 07 %的炭黑粉 末。
[0016] 在本公開的優(yōu)選實施方案中,堿金屬或堿金屬的鹽在與炭黑粉末反應之前分散在 流體介質中。
[0017] 通常,反應在連續(xù)攪拌下進行。
[0018] 通常,堿金屬是金屬鈉。
[0019] 通常,堿金屬鹽是氫氧化鈉。
[0020] 通常,流體介質由選自由以下各項組成的組的至少一種化合物組成:甲苯、二甲 苯、己燒、庚燒、汽油、煤油、原油、殘油、氨、氫氣以及氮氣。
[0021] 通常,流體介質由二甲苯組成。
[0022] 通常,預定壓力是在IOpsig至500psig、更優(yōu)選14psig至50psig的范圍內。
[0023] 通常,預定溫度是在50°C至500°C,更優(yōu)選250°C至350°C的范圍內。
[0024] 通常,堿金屬硫化物衍生物通過在30°C至KKTC范圍內的溫度下用水處理所述混 合物而從所述混合物分離。
【具體實施方式】
[0025] 在以下描述中參照非限制性實施方案來解釋本文中的實施方案以及其各種特征 和優(yōu)點。省略了對眾所周知的組分和加工技術的描述,以免不必要地模糊本文中的實施方 案。本文中所使用的實施例僅僅是為了便于理解可用來實踐本文中的實施方案的方式,并 且進一步使得本領域的技術人員能夠實踐本文中的實施方案。因此,實施例不應解釋為限 制本文中的實施方案的范圍。
[0026] 下文中對特定實施方案的描述將十分完全地揭示本文中的實施方案的一般性質, 以便于在不背離一般概念的情況下,其他人員可通過應用現(xiàn)有知識來容易地修改和/或改 編這些特定實施方案,從而用于不同的應用,并且因此,此類改編和修改應當并且意圖理解 為在所公開實施方案的等效物的含義和范圍內。應當理解,本文中所采用的措辭或術語是 出于描述而不是限制的目的。因此,雖然已在優(yōu)選實施方案方面對本文中的實施方案進行 了描述,但本領域的技術人員將認識到,本文中的實施方案可利用在如本文中所描述的實 施方案的精神和范圍內進行修改來實踐。
[0027] 如本公開中所公開,術語"流體介質"定義一種用于進行如本文中所公開的方法的 介質,所述介質是液體、氣體或兩者的混合物。
[0028] 本公開提供一種用于減少炭黑粉末中的硫的方法,以便提高所述粉末的品質和適 用性。所述方法涉及使具有含硫量為1%至2%的炭黑粉末與堿金屬或堿金屬的鹽在流體 介質中接觸以便形成分散體,并且進一步將分散體加熱到在250°C至350°C范圍內的溫度。 炭黑中的硫與喊金屬反應以形成喊金屬硫化物鹽。隨后可借助于將喊金屬硫化物鹽溶解于 水中來使所述鹽從系統(tǒng)中去除。所述方法是在高壓釜中并且在劇烈攪拌下進行。
[0029] 本公開的方法可用于減少碳納米管、碳纖維、石墨、活性碳以及焦炭中的含硫量。
[0030] 本公開描述用于炭黑粉末(例如:N234級)的硫減少的基于金屬鈉的技術的發(fā) 展。
[0031] 流體可以是液體、氣體或液體與氣體的混合物。流體可以是對炭黑具有親和力的 任何有機基溶劑。應注意,炭黑粉末是高度疏水性的,并且因此可以使用低極性溶劑,如二 甲苯、甲苯、己烷、庚烷;或混合石油,如汽油、煤油、原油、殘油;液氨等。氣體可以是氨氣、 氫氣或氮氣。
[0032] 在本公開中,流體介質由選自由以下各項組成的組的至少一種化合物組成 :甲苯、 二甲苯、己烷、庚烷、汽油、煤油、原油、殘油、氨、氫氣以及氮氣。
[0033] 在本公開的一個實施方案中,所述方法是通過以下方式進行:將炭黑粉末分散在 流體介質中;將呈固體塊形式的堿金屬添加至所述流體介質;并且使炭黑粉末與堿金屬 在流體介質中,在l〇〇°C至400°C范圍內、優(yōu)選在250°C至350°C范圍內、更優(yōu)選在250°C至 325°C范圍內的溫度下,以及在IOpsig至500psig范圍內、優(yōu)選在IOpsig至30psig范圍內、 更優(yōu)選在14psig至20psig范圍內的壓力下反應。
[0034] 在本公開的另一個實施方案中,所述方法是通過以下方式執(zhí)行:將堿金屬或堿金 屬的鹽分散在流體介質中以形成分散體;將炭黑粉末添加至所述分散體;并且使炭黑粉末 與所分散的堿金屬在流體介質中,在l〇〇°C至400°C范圍內、優(yōu)選在250°C至350°C范圍內、 更優(yōu)選在250°C至325°C范圍內的溫度下,以及在IOpsig至500psig范圍內、優(yōu)選在IOpsig 至30psig范圍內、更優(yōu)選在14psig至20psig范圍內的壓力下反應。
[0035] 在本公開的又一個實施方案中,用于從炭黑粉末中除硫的方法是通過使炭黑粉末 與如氫氧化鈉的堿金屬鹽反應來進行。所述方法涉及:將氫氧化鈉溶解于水中以形成堿金 屬溶液;將所述溶液添加至炭黑在流體介質中的分散體;并且使炭黑粉末與堿金屬鹽溶液 在流體介質中,在100°C至400°C范圍內、優(yōu)選在250°C至350°C范圍內、更優(yōu)選在250°C至 325°C范圍內的溫度下,以及在IOpsig至500psig范圍內、優(yōu)選在IOpsig至30psig范圍內、 更優(yōu)選在14psig至20psig范圍內的壓力下反應。
[0036] 在本公開的又一個實施方案中,所述方法涉及:使含硫量為1%至2%的炭黑粉末 與堿金屬或堿金屬的鹽在流體介質中,在與250°C至300°C范圍內的溫度下,在IOpsig至 500psig范圍內、優(yōu)選200psig至300psig范圍內的壓力下,在氫存在下反應。
[0037] 本公開借助于以下實施例來進行進一步說明,所述實施例不應被解釋為以任何方 式限制本公開。
[0038] 實施例-1
[0039] 在1升高壓帕爾反應器中,將約IOgm的炭黑粉末添加至400ml二甲苯以形成分散 體。將0.5gm的呈小塊形式的金屬鈉添加至分散體。然后使用IOOpsig的氫對系統(tǒng)加壓。 將系統(tǒng)保持在不斷攪拌(600rpm至800rpm)下并加熱至300°C的溫度持續(xù)3小時。在3小 時的停留時間之后,將系統(tǒng)冷卻,將反應后混合物過濾,并在50°C至KKTC溫度下用水洗滌 3小時,以便去除存在于混合物中的硫化鈉(Na 2S),從而產生脫硫的炭黑粉末。將粉末干燥 并通過CHNS分析來分析含硫量。粉末的初始含硫量是約1. 25%。在所述方法之后,凈含硫 量達0. 83 %,從而表明約34 %的脫硫。
[0040] 實施例-2
[0041] 在1升高壓帕爾反應器中,將約IOgm的炭黑粉末添加至400ml二甲苯以形成分散 體。將2gm的金屬鈉塊添加至分散體。在鈉添加之后,使用IOOpsig的氫對系統(tǒng)加壓。然 后,將系統(tǒng)保持在不斷攪拌(600rpm至800rpm)下并加熱至300°C的溫度持續(xù)3小時。在3 小時的停留時間之后,將系統(tǒng)冷卻,將反應后混合物過濾,并在50°C至100°C溫度下用水洗 滌3小時,以便去除存在于混合物中的硫化鈉(Na 2S),從而產生脫硫的炭黑粉末。將粉末干 燥并通過CHNS分析來分析含硫量。粉末的初始含硫量是約1. 25%。在所述方法之后,凈含 硫量達0. 43 %。實施例-2中的脫硫是約65 %,這是由于使用了更大量的鈉。
[0042] 實施例-3:
[0043] 首先,將約2gm金屬鈉分散在400ml二甲苯中。然后,在壓力反應器中,將炭黑粉 末(IOgm)添加至分散體。然后使用約200psig氫吹掃系統(tǒng)。然后,將系統(tǒng)保持在不斷攪拌 (600rpm至800rpm)下并加熱至300°C的溫度持續(xù)3小時。在3小時的停留時間之后,將系 統(tǒng)冷卻,將反應后混合物過濾,并在50°C至KKTC溫度下用水洗滌3小時,以便去除存在于 混合物中的硫化鈉(Na 2S),從而產生純化的炭黑粉末。在所述方法之后,純化的炭黑粉末中 的凈含硫量達〇. 054%。脫硫是約96 %,這很可能是由于使用了鈉-二甲苯分散體和更高 的壓力。
[0044] 實施例-4
[0045] 首先,將約Igm金屬鈉分散在400ml二甲苯中。然后,在壓力反應器中,將炭黑粉 末(IOgm)添加至分散體。在大氣壓力下進行反應。然后,將系統(tǒng)保持在不斷攪拌(600rpm 至800rpm)下并加熱至300°C的溫度持續(xù)1小時。在1小時的停留時間之后,將系統(tǒng)冷卻, 將反應后混合物過濾,并在50°C至KKTC溫度下用水洗滌3小時,以便去除存在于混合物中 的硫化鈉(Na 2S),從而產生純化的炭黑粉末。在所述方法之后,凈含硫量達0.045%。觀察 到脫硫是96%。這表明所述方法即使在不存在氫和任何外部壓力條件的情況下也可以很好 地進行。
[0046] 實施例-5
[0047] 首先,將約0? 5gm金屬鈉分散在400ml二甲苯中。然后,在壓力反應器中,將炭黑粉 末(IOgm)添加至分散體。在大氣壓力下進行反應。然后,將系統(tǒng)保持在不斷攪拌(600rpm 至800rpm)下并加熱至300°C的溫度持續(xù)3小時。在3小時的停留時間之后,將系統(tǒng)冷卻, 將反應后混合物過濾,并在50°C至KKTC溫度下用水洗滌3小時,以便去除存在于混合物中 的硫化鈉(Na 2S),從而產生純化的炭黑粉末。在所述方法之后,凈含硫量達0.16%。觀察 到脫硫是87%。
[0048] 實施例-6
[0049] 將約4gm的氫氧化鈉溶解于水(200ml)中,然后,在壓力反應器中,將溶液添加至 分散在二甲苯中的炭黑粉末(IOgm分散在400ml中)。在大氣壓力下進行反應。然后,將系 統(tǒng)保持在不斷攪拌(600rpm至800rpm)下并加熱至300°C的溫度持續(xù)2小時。在2小時的 停留時間之后,將系統(tǒng)冷卻,將反應后混合物過濾,并在50°C至KKTC溫度下用水洗滌3小 時,以便去除存在于混合物中的硫化鈉(Na 2S),從而產生純化的炭黑粉末。觀察到實現(xiàn)了約 64%的脫硫。
[0050] 以上實驗的細節(jié)在表-1中列出
[00511
【權利要求】
1. 一種用于獲得含硫量小于0. 07%的炭黑粉末的方法,所述方法包括: ?使含硫量在1 %至2%范圍內的炭黑粉末與堿金屬或堿金屬的鹽在流體介質中、在預 定的溫度和壓力下反應,以便形成含有堿金屬硫化物衍生物和含硫量小于〇. 07%的炭黑粉 末的反應后混合物;以及 ?從所述混合物分離堿金屬硫化物衍生物,從而獲得含硫量小于0. 07%的炭黑粉末。
2. 如權利要求1所述的方法,其中所述堿金屬或所述堿金屬的鹽在與所述炭黑粉末反 應之前分散在所述流體介質中。
3. 如權利要求1所述的方法,其中所述反應在連續(xù)攪拌下進行。
4. 如權利要求1所述的方法,其中堿金屬是金屬鈉。
5. 如權利要求1所述的方法,其中堿金屬鹽是氫氧化鈉。
6. 如權利要求1所述的方法,其中所述流體介質由選自由以下各項組成的組的至少一 種化合物組成:甲苯、二甲苯、己烷、庚烷、汽油、煤油、原油、殘油、氨、氫氣以及氮氣。
7. 如權利要求1所述的方法,其中所述流體介質由二甲苯組成。
8. 如權利要求1所述的方法,其中所述預定壓力是在lOpsig至500psig范圍內。
9. 如權利要求1所述的方法,其中所述預定壓力是在14psig至50psig范圍內。
10. 如權利要求1所述的方法,其中所述預定溫度是在50°C至500°C范圍內。
11. 如權利要求1所述的方法,其中所述預定溫度是在250°C至350°C范圍內。
12. 如權利要求1所述的方法,其中所述堿金屬硫化物衍生物通過在30°C至100°C范圍 內的溫度下用水處理所述混合物而從所述混合物分離。
【文檔編號】C09C1/56GK104334650SQ201380020228
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年3月28日 優(yōu)先權日:2012年3月30日
【發(fā)明者】扎凡·桑迪普·瓦桑特, 奇尼·哈沙德·拉文答臘, 古普塔·修比特 申請人:埃迪亞貝拉科技有限公司