Método de producción de fibra de carbono por crecimiento en fase de vapor
Descripción general
 El uso de gas ciudad (gas natural) como materia prima, para proporcionar un nuevo procedimiento para la preparación de fibras VGCF (crecimiento vapor fibra de carbono) en un proceso de lecho fluidizado usando citrato de amonio férrico como catalizador. ] Un gas de hidrocarburo y un catalizador se descomponen térmicamente en una porción de fase gaseosa en un tubo de reacción para obtener fibra de carbono por crecimiento en fase de vapor, y se usa citrato férrico de amonio como catalizador.
Campo técnico
La presente invención se refiere a un método para producir fibras de carbono por crecimiento en fase de vapor.
Antecedentes de la técnica
Convencionalmente, se han conocido un método de obtención de una fibras de carbono directos de la fase gaseosa, la fibra de carbono es vapor crecido de fibra de carbono (Vapor Grown fibra de carbono) o fibras VGCF corto (en adelante, referido como fibras VGCF en esta memoria descriptiva) se dice que es Lo ha hecho. Este VGCF es una fibra corta en la cual el carbono obtenido por la descomposición térmica de hidrocarburos crece con las partículas de catalizador como núcleos. Ambos hidrocarburos pueden usarse como hidrocarburos de partida, pero el benceno, que es una sustancia de bajo peso molecular, se usa comúnmente. El catalizador, hierro, níquel, metales de transición tales como cobalto se utiliza como para la fibras VGCF preparado para no eficaz como la nucleación a menos que las partículas finas son un compuesto que contiene un catalizador de metal de transición (material catalítico), una atmósfera de reducción con hidrógeno se Y se descompone en partículas finas por descomposición térmica.
El método de producción de VGCF tiene un método de sustrato y un método de lecho fluidizado (también denominado método flotante) debido a la diferencia en la ubicación nuclear, es decir, el lugar donde crecer. En general, como un aparato de reacción, se usa un tubo de reacción horizontal para el método de sustrato, y se usa un tubo de reacción vertical para el método de lecho fluidizado. método de sustrato, (material común cerámica) líquido primero, un tubo de reacción, un sustrato se secó después de pintado obtenida disolviendo el catalizador se encuentra en la superficie de recubrimiento superior en el tubo de reacción. Posteriormente, el calentamiento se realiza en una atmósfera de hidrógeno para generar partículas finas de catalizador sobre el sustrato, y los hidrocarburos para ser una materia prima de VGCF se suministran para cultivar VGCF en el sustrato. En este caso, el ferroceno ((C 5 H 5) 2 Fe) es el catalizador más común, pero también se usan el nickelococeno y el nitrato férrico. Dado que el método del sustrato es el procesamiento por lotes y utiliza solo una porción limitada en el tubo de reacción, tiene una baja eficiencia de producción y no es adecuado como un medio para producir VGCF industrialmente.
Por otro lado, el proceso de lecho fluidizado está creciendo fibras VGCF en un tubo de reacción de la misma manera como el método de sustrato es un método de cultivo de fibras VGCF sin un sustrato en una porción de fase de gas del tubo de reacción. Específicamente, el catalizador y el hidrógeno y los hidrocarburos alimentados simultáneamente en el tubo de reacción, la generación de núcleos antes de que se sustancia mueve fase gas tubo de reacción, para llevar a cabo el crecimiento de las fibras VGCF, la fibras VGCF en la salida de tubo de reacción Y está coleccionado Dado que este método genera continuamente VGCF y utiliza efectivamente el espacio del tubo de reacción, la eficiencia de producción es alta y atrae la atención como un medio para producir VGCF industrialmente. Además, este método está casi establecido como un método de producción de VGCF utilizando benceno como materia prima y ferroceno que es una sustancia sublimable como catalizador.
Sin embargo, existe un problema en la producción de tal manera que el benceno es una sustancia que puede causar carcinogénesis, el ferroceno no se ha confirmado lo suficiente como dañino y costoso. Sin embargo, no hay informes de que se use un catalizador distinto de ferroceno en el proceso de lecho fluidizado. La razón de esto es, ferroceno que el ajuste fácil de la cantidad de disolución de benceno, también, los otros catalizadores se cree debido no es fácil de dispersar de manera uniforme en el tubo de reacción, ya no hay ninguna propiedad de sublimación.
Tarea de solución
Sin embargo, con el método convencional, el ferroceno es caro, lo que plantea el problema de aumentar el coste de fabricación del VGCF obtenido. Por lo tanto, la presente [inventor] En vista de este problema, el propósito de y la producción de fibras VGCF barato sin afectar el medio ambiente en el método de lecho fluidizado, se han estudiado para la obtención de un catalizador fresco (sustancia catalizador). Como resultado, el uso de materia prima como un riesgo carcinogénico sin gas ciudad fácilmente disponible (gas natural), como en algunos informes poco costosos y sencillos, sin embargo, compuestos que comprenden un metal de transición, pero anteriores catalizadores son específicamente que nunca se utiliza sido pulverizados citrato de amonio férrico, también, mientras se forma por la descomposición térmica del catalizador de núcleo de micropartículas dispersadas en una corriente de hidrógeno en dicho precalentamiento significa porción del tubo de reacción, los núcleos finas del catalizador Al usar un método de contacto con un gas de hidrocarburo en una parte del medio de calentamiento dentro del tubo, se resolvió el problema anterior y se logró la presente invención.
Es decir, un objeto de la presente invención se ha realizado para utilizar los resultados de la presente [inventor], utilizando un hidrocarburo tal como gas ciudad (gas natural) como materia prima, segunda citrato es un compuesto común como catalizador un amonio hierro añadido un giro adicional al método de suministro de materia prima y el catalizador, para proporcionar un nuevo procedimiento para la preparación de fibras VGCF en un proceso de lecho fluidizado.
se obtiene Otro objeto de la presente invención a bajo coste la fibras VGCF como un citrato de amonio férrico barato catalizador en comparación con ferroceno, realizado fácilmente, es proporcionar un método para la producción de fibras VGCF.
Solución
Para conseguir el objeto mencionado anteriormente, la invención de la reivindicación 1 se piroliza gas de hidrocarburo y un catalizador en una porción de fase de gas del tubo de reacción, a la obtención de las fibras de carbono mediante deposición de vapor, citrato férrico como catalizador Se usa amonio
A continuación, la invención de la reivindicación 2, en la reivindicación 1, pirólisis de un gas de hidrocarburo en presencia de un catalizador, que realiza un tubo de reacción vertical provisto de medios de calentamiento y medios de precalentamiento, de hidrógeno mientras que el catalizador se dispersa en el flujo de aire se descompone térmicamente por la porción de unidad de precalentamiento del tubo formado por el núcleo partículas finas, y caracterizado porque el núcleo de partículas del catalizador en el medio de calentamiento sitios del mismo tubo, se pone en contacto con un hidrocarburo .
El hierro citrato de amonio citrato férrico de amonio [Fe {C6 H4O7 (FeO) (NH4) 2} 2 (OH2) 2] reactivo 3 C6 H5 O7 XH2 tal como O o disponibles comercialmente. Se puede usar un cuerpo cilíndrico apropiado hecho de un material magnético como el tubo de reacción. Para los hidrocarburos, son adecuadas las sustancias de bajo peso molecular como el metano y el benceno, pero se prefiere el metano sobre el benceno cuando se considera el impacto ambiental al manipularlo. El metano es el componente principal del gas natural y el gas natural es conveniente porque se puede obtener fácilmente como gas de la ciudad. La descomposición térmica es de 1000 a 1200ºC, deseablemente alrededor de 1100ºC. Los medios para dispersar el catalizador en una corriente de hidrógeno, por ejemplo, después de la cámara de agitación del dispersor de polvo equipada con una cuchilla de agitación y una atmósfera de hidrógeno, la alimentación de un polvo del catalítica continua en una cantidad predeterminada en la agitación 拌 室, la pala de agitación Se puede hacer girando a alta velocidad.
En la obtención de VGCF, el citrato de amonio férrico cataliza. En la reivindicación 1, VGCF se obtiene por crecimiento en fase de vapor. El catalizador se descompone térmicamente en partículas finas en los medios de precalentamiento del tubo de reacción. gas de hidrocarburo se descompone por alto calor de los medios de calentamiento del tubo de reacción en contacto con las partículas finas del catalizador, el vapor fibras VGCF crecido.
A continuación, se describirá una realización de la presente invención con referencia a los dibujos. La figura 1 muestra un aparato para obtener VGCF en este ejemplo. En el aparato de este ejemplo, VGCF1 se produce mediante el método de lecho fluidizado, el tubo de reacción 2 está dispuesto en la dirección vertical. Es decir, el tubo de reacción 2 hecho de un tubo magnético estar soportado verticalmente por el miembro de soporte (no mostrada) en la circunferencia exterior superior del precalentamiento tubo de reacción 2 está dispuesto significa 3, presente en la porción periferia exterior central del tubo de reacción 2 Se dispone un medio de calentamiento 4 para calentar.
catalizador en polvo la proximidad de una porción de extremo superior del tubo de reacción 2 en polvo alimentador 5 y polvo de dispersor 8 está dispuesto apoyado 6 colocado en el alimentador de polvo 5 es cuantitativamente través del primer conducto 7 Y puede ser suministrado continuamente a la máquina de dispersión de polvo 8. Se proporciona una sección de suministro de nitrógeno (gas) 9 en una parte del primer conducto 7, y se puede suministrar nitrógeno gaseoso. La máquina 8 de dispersión de polvo incorpora unas paletas de agitación 8B giradas a alta velocidad por un motor 8A. La máquina 8 de dispersión de polvo también está conectada a un segundo conducto 10 y a un miembro de conexión 11 para alimentar el catalizador 6 en la misma máquina a la parte superior del tubo de reacción 2. Se proporciona una unidad de suministro de hidrógeno (gas) 12 en una parte del segundo conducto 10, y se puede suministrar gas de hidrógeno. Mediante la cuchilla de agitación 8 B del dispersor de polvo 8, el catalizador 6 se dispersa uniformemente en la fase gaseosa de gas hidrógeno.
Un tubo interior delgado 13 se inserta a través del elemento de conexión 11 y se soporta sobre la parte superior del tubo de reacción 2, y se puede suministrar gas urbano (gas natural) 14 al tubo interno 13. Debe observarse que la punta del tubo interno 13 dentro del tubo de reacción 2 se extiende a la proximidad del nivel del extremo superior de los medios de calentamiento 4. Por otro lado, la parte del extremo inferior del tubo de reacción 2 se inserta en el tanque de recogida 15, y el medio de recogida 15 está provisto de los medios de evacuación 16.
La producción de VGCF1 se llevó a cabo de la siguiente manera. En primer lugar, medios de hidrógeno y en un estado de detener el suministro del gas ciudad 14, el primer conducto 7, mientras que un flujo de nitrógeno desde la parte superior a la dispersor de polvo 8 y el segundo conducto 10 a través del interior del tubo de reacción 2, de precalentamiento 3 y se calienta La temperatura del tubo de reacción 2 se eleva por los medios 4, y la porción central del tubo de reacción 2 se calienta a una temperatura uniforme de 1100ºC. Cuando la temperatura del tubo de reacción 2 alcanza 1100ºC, se inicia el suministro de hidrógeno y se detiene el suministro de nitrógeno. Después de eso, el interior del tubo de reacción 2 se mantiene a una temperatura predeterminada de 1100ºC, y el gas urbano 14 se suministra al tubo de reacción 2 por el tubo interior 13. fase gas Al mismo tiempo, el catalizador 6 se agitó está asociado al flujo de aire hidrógeno reducción en agitación cuchilla 8B del dispersor de polvo 8, y suministra la porción superior del tubo de reacción 2 a través del segundo conducto 10.
amonio férrico catalizador citrato 6 que se suministra a la porción superior del tubo de reacción 2 se descompone térmicamente a las partículas de hierro en el tubo de reacción parte de la fase 2 de vapor en el entorno de la precalentamiento significa 3. Mientras que este núcleo de micropartículas de hierro desciende la zona de temperatura uniforme de 1100ºC en la parte central del tubo de reacción 2, VGCF 1 entra en contacto con el gas de ciudad 14 y crece. El VGCF 1 crecido cae en el tubo de reacción 2 y se recoge en el tanque de recogida 15. Al continuar este estado, VGCF 1 se obtuvo continuamente en la parte inferior del tanque de recolección 15.
Por lo tanto, VGCF1 de este ejemplo se obtuvo en el recipiente de recogida 15, como se muestra en fotomicrografía en la Tabla 1 y la Figura 2, un diámetro de aproximadamente 0,1 0,5 [mu] m, relación de Arupekuto 100 o más fibras, ferroceno como un catalizador Era equivalente a VGCF (diámetro: aproximadamente 0,1-0, 5 μm) obtenido mediante el método de lecho fluidizado convencional utilizando benceno como materia prima (véase la micrografía de VGCF convencional de la figura 3). Además, como resultado del análisis elemental de VGCF 1 de este ejemplo con un microanalizador de rayos X, se reconoció que está compuesto de carbono como en el VGCF convencional.
Fibras VGCF de la presente realización, puesto que la relación de aspecto es 100 o más, se puede utilizar de manera similar a la fibras VGCF convencional como una serie de material de refuerzo y el compuesto de intercalación tal como FRP.
Realización descrita anteriormente es un ejemplo de la obtención de un fibras VGCF, cambiando las condiciones de producción, tales como el cambio de la cantidad de suministro de hidrocarburos tales como gas natural, puede ser controlado diámetro de fibra de fibras VGCF, la longitud de fibra.
Efecto de la invención
La invención de la reivindicación 1, ya que el citrato de amonio férrico utilizado como catalizador, en comparación con la preparación de fibras VGCF convencional usando ferroceno, se puede obtener fibras VGCF seguro y barato, y la invención de la reivindicación 1 De acuerdo con la presente invención, es conveniente obtener una VGCF que tenga la misma relación de aspecto que la convencional. Un segundo aspecto de la presente invención, mientras que la formación de un catalizador fino núcleo dispersado en una corriente de hidrógeno por descomposición térmica a los medios de precalentamiento del tubo de reacción, y los núcleos de partículas de gases de hidrocarburos del catalizador en el medio de calentamiento sitios en el tubo de reacción Para que puedan lograrse los mismos efectos que los del primer aspecto de la invención. Además, dado que las invenciones de las reivindicaciones 1 y 2 no requieren ningún proceso complicado especial, son fáciles de implementar.
Breve descripción de los dibujos
Breve descripción de los dibujos La figura 1 es un diagrama de dispositivo para obtener un VGCF de acuerdo con una realización de la presente invención.
Figura 2 Microfotografía electrónica de VGCF obtenida en este ejemplo.
Fig. 3 Microfotografía electrónica de VGCF obtenida por el método de lecho fluidizado convencional.
1 VGCF
2 tubo de reacción
3 Medios de precalentamiento
4 medios de calefacción
6 catalizador
13 tubería interna
14 gas ciudad
15 tanque de recogida
Reclamo
El gas de hidrocarburo reivindicación 1 y el catalizador se descompone térmicamente en una porción de fase de gas del tubo de reacción, a la obtención de las fibras de carbono mediante deposición de vapor de fibras de carbono que se caracterizan por el uso de un citrato de amonio férrico como la producción catalizador Ley.
En la reivindicación 2 según la reivindicación 1, pirólisis de un gas de hidrocarburo en presencia de un catalizador, que realiza un tubo de reacción vertical provisto de medios de calentamiento y medios de precalentamiento, dispersado en una corriente de catalizador de hidrógeno Se descompone térmicamente en los medios de precalentamiento en el tubo para formar núcleos de grano fino, y los núcleos de grano fino del catalizador se ponen en contacto con hidrocarburos en los medios de calentamiento en el tubo .
Dibujo :
Application number :1994-002222
Inventors :東邦瓦斯株式会社
Original Assignee :石田鋼太郎、盛興昌勝、遠藤守信