一种氟碳黑的生产方法及生产系统与流程

本发明属于氟工业，具体涉及一种氟碳黑的生产方法，以及其生产系统。

背景技术：

1、氟碳黑全称为氟化碳黑，实验式为(cfx)n，x表示f/c比例，n表示宏观上该结构的重复单元数量。氟碳黑作为一种新型功能材料，具有比表面积大、颗粒粒径小且均匀、自润滑性好、低表面自由能及良好的热稳定和化学稳定性等特点。

2、氟碳黑可应用于高能电池活性材料(li/cfx电池一次性材料、锂锰电池正极复合材料)、固体润滑剂或润滑添加剂、防水疏油材料、防腐涂料、粉末冶金脱模剂、色谱柱填料及核反应堆(减速剂、反射材料或涂敷材料)等。例如作为一次性锂电池正极材料使用，电池(li/cfx)具有较高的能量密度、较低的自放电率、-60～180℃超宽的电池使用温度范围、电压稳定和寿命长等特点。采用氟碳黑作为sbr橡胶的填充材料，具有比通用炭黑更高的机械强度，在橡胶应用领域具有广阔前景。

3、目前氟碳黑合成方法主要有氟气内循环高温合成法、金属氟化物催化合成法、立式振动反应器合成法、电解合成法等，这些方法均采用炭黑作为载体氟化制备氟碳黑，存在工艺技术复杂、制备效率低、品质参差不齐及废液废气处理困难等问题。

4、上述问题制约了氟碳黑工业化规模生产，导致氟碳黑价格昂贵，限制了氟碳黑推广与应用。因此，实现高效、可控且环保地制备氟炭黑，将具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种氟碳黑的生产方法，同时还提供了氟碳黑的生产系统，本发明提供的方法生产成本低，工艺简单，制备效率高，产品品质好，可用于氟碳黑的工业化规模生产。

2、为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种氟碳黑的生产方法，所述生产方法包括：将含氟有机物等离子裂解处理，得到氟碳黑；其中，所述含氟有机物为含氟有机残液，优选为有机氟行业生产全氟丙烯或四氟乙烯单体副产的含氟有机残液。

4、作为本发明一种实施方案，所述含氟有机物成分包括全氟-1-丁烯、全氟-2-丁烯、八氟环丁烷、双戊烯和全氟异丁烯中的至少一种。

5、作为本发明一种优选的实施方案，所述含氟有机物中全氟-1-丁烯和全氟-2-丁烯的质量百分比含量为5～15％、八氟环丁烷的质量百分比含量为2～8％、全氟异丁烯的质量百分比含量为80～90％。

6、作为本发明一种具体的实施方案，所述含氟有机物中全氟-1-丁烯和全氟-2-丁烯的质量百分比含量为8.06％、八氟环丁烷的质量百分比含量为4.02％、全氟异丁烯的质量百分比含量为87.92％。

7、作为本发明一种实施方案，所述含氟有机物与水蒸汽混合进行等离子裂解处理。

8、优选地，所述含氟有机物与所述水蒸汽以摩尔比(1～10)：1混合，进一步优选以摩尔比(3～6)：1混合，例如可以以摩尔比3：1、4：1、5：1或6：1混合。通过将所述含氟有机物与所述水蒸汽以特定的配比混合，控制等离子裂解原料气中c、h、o、f元素的比例，一方面通入少量水蒸气作为氧化剂获得更高有机氟转化率，另一方面减少f2的产生，保护裂解装置，制备得到氟碳黑产物。

9、作为本发明一种实施方案，所述等离子裂解处理在等离子裂解炉中进行；其中，所述等离子裂解炉的炉温为500～1200k，进一步优选650～950k；和/或，所述等离子裂解炉的压力为-150～-700pa，进一步优选-200～-350pa。

10、作为本发明一种实施方案，所述含氟有机物加热气化后与所述水蒸汽混合，形成混合气后进料至所述等离子裂解炉中进行处理。

11、优选地，所述混合气进料温度为400～600k，进一步优选为450～500k；和/或，所述混合气进料流量为50～150kg/h，进一步优选为70～100kg/h。

12、作为本发明一种优选的实施方案，所述等离子裂解处理在保护气体环境中进行，进一步优选所述保护气体为氮气，可以为工业氮气，更优选为高纯氮气。

13、作为本发明一种实施方案，本发明提供的氟碳黑的生产方法，包括步骤：

14、(1)将所述含氟有机物加热气化，之后与水蒸汽混合，制成混合气；

15、(2)所述混合气导入等离子裂解炉中进行等离子裂解处理，生成含固体氟碳黑的气固混合物；

16、(3)对所述气固混合物分离，收集固相得到氟碳黑粗品，之后经冷却、纯化，得到成品氟碳黑。

17、作为本发明一种实施方案，所述混合气在等离子裂解炉中的停留时间为0.6～1.2s。

18、作为本发明一种实施方案，所述纯化处理包括：将所述氟碳黑粗品用微波烘炉加热干燥处理，之后冷却、筛分，得到所述成品氟碳黑。

19、优选地，所述微波烘炉的温度为400～650k，进一步优选450～600k。

20、所述微波烘炉的压力为-5～-20kpa，优选-10kpa。

21、所述微波烘炉的处理时间为10～50min，进一步优选15～35min。

22、所述筛分采用筛网的目数为12～24目，进一步优选14～20目。

23、优选采用的筛网为不锈钢金属筛网。

24、第二方面，本发明提供了一种用于实现所述生产方法的氟碳黑生产系统，所述生产系统包括依次连接的含氟有机物贮存装置、含氟有机物气化装置、气体混合器、电加热装置、等离子裂解装置、气固分离收集装置、固体冷却装置和纯化装置，所述气体混合器还连接有蒸汽缓冲罐。

25、作为本发明一种实施方案，所述生产系统还包括气相处理系统，所述气相处理系统包括急冷塔，所述急冷塔通过气体管道与所述气固分离收集装置连接，所述急冷塔之后依次串接有水吸收装置、碱中和吸收装置，所述碱中和吸收装置通过气体管道串接有负压风机系统，所述水吸收装置、碱中和吸收装置还通过热回收装置与所述急冷塔连接。

26、作为本发明一种实施方案，所述等离子裂解装置包括等离子裂解炉和设置在等离子裂解炉内的等离子炬组成，等离子炬用于产生等离子体。

27、优选地，所述气固分离收集装置为旋风分离器，分离出的固相为氟碳黑粗品。

28、优选地，所述固体冷却装置为间壁式换热器。

29、优选地，所述纯化装置为微波烘炉，对氟碳黑粗品进行加热干燥处理。

30、本发明提供的氟碳黑的生产方法，采用等离子裂解技术对含氟有机物进行等离子裂解处理制备氟碳黑。等离子裂解技术具有能量集中，温度高、裂解彻底的优点，可以将含氟有机物短时间内彻底分解为原子，氟、碳原子在贫氧状态下重新结合生成目标产物氟碳黑(cfx)n，产生的气体尾气经水洗回收、碱洗处理后达标排放。

31、本发明采用的原料含氟有机物是有机氟生产过程中副产的含氟有机残液，本身具有极强毒性，且属于持久性有机污染物(pops)，结构稳定难以分解和降解。本发明利用其分子结构中富含氟原子的特点，对其进行了无害化处理，并同时实现了氟战略资源的最大化、高值化利用。

32、本发明采用等离子裂解方法，通过对物料进行衡算，精准控制c、h、o、f等元素的比例，结合精确控制等离子裂解处理的温度、压力、物料流量等工艺参数，制备得到了氟碳黑产品。本发明方法具有原料易得，生产工艺简单，制备效率高，产品品质好等优点。本发明方法可用于氟碳黑的工业化规模生产，有效降低了氟碳黑的生产成本，在环保方面和经济效益上均具有重要意义。