Спосіб одержання технічного вуглецю або вуглецевмісних сполук, які мають задану наноструктуру, пристрій для його здійснення та технічний вуглець, одержаний цим способом

1. Спосіб одержання технічного вуглецю або вуглецевмісних сполук, які мають задану наноструктуру, який відрізняється тим, що містить такі стадії:

- генерують плазму з плазмового газу за допомогою електроенергії;

- спрямовують плазмовий газ через трубку Вентурі, діаметр якої звужується у напрямку потоку плазмового газу;

- спрямовують плазмовий газ в зону реакції, що має більший діаметр, ніж горловина трубки Вентурі, що спричиняє різке розширення об'єму плазмового газу, при цьому в зоні реакції при переважних умовах потоку, створюваних аеродинамічними та електромагнітними силами, не відбувається значної рециркуляції сировини або продуктів у зону генерування плазми;

- вдувають сировину у плазмовий газ в зоні реакції;

- вилучають продукти реакції з зони реакції;

- відділяють технічний вуглець або вуглецевмісні сполуки від інших продуктів реакції.

2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що плазму генерують шляхом спрямування плазмового газу через електричну дугу, переважно складену дугу, яку утворюють щонайменше три електроди.

3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що характеризується одною або декількома з наступних ознак:

а) плазму генерують за допомогою електродів, що містять графіт;

b) дугу утворюють шляхом з'єднання джерела змінного струму з електродами;

с) частота струму становить від 50 Гц до 10 кГц;

d) трубка Вентурі містить графіт на своїй внутрішній поверхні;

e) трубка Вентурі виконана суцільною на східчастому конусі;

f) використовують трубку Вентурі, нижній за ходом потоку кінець якої різко розширений за горловиною трубки Вентурі;

g) сировину вибирають з однієї або декількох речовин, до яких належать метан, етан, етилен, ацетилен, пропан, пропілен, мазут, нафтові відходи, піддане піролізу рідке паливо, причому сировину подають разом із газом-носієм або без нього і з використанням попереднього нагрівання або без нього;

h) сировина являє собою твердий вуглеводневий матеріал, що вдувають разом із газом-носієм, вибраний з однієї або декількох речовин, до яких належать технічний вуглець, ацетиленова сажа, термічний графіт, кокс або будь-який твердий вуглецевий матеріал;

і) до сировини додають металевий каталізатор, переважно Ni, Co, Fe;

j) плазмовий газ вдувають в осьовому напрямку над центром електродів, щоб пропустити його безпосередньо через дугу в зоні дуги;

k) газ, призначений для одержання плазмового газу, містить або складається з однієї або декількох речовин, до яких належать водень, азот, аргон, монооксид вуглецю, гелій;

l) сировина являє собою вуглеводень, а температура в зоні реакції становить від 900°С до 3000°С;

m) сировина являє собою твердий вуглець, а температура в зоні реакції становить від 3000°С до 5000°С;

n) витрату плазмового газу регулюють у залежності від природи плазмового газу та електричної потужності в межах від 0,001 нм3/година до 0,3 нм3/година з розрахунку на 1 кВт електричної потужності;

о) частину відхідного газу, що утворений в ході реакції, піддають рециркуляції як щонайменше частину газу, призначеного для генерування плазмового газу;

р) сировину вдувають через щонайменше один інжектор, переважно через два - п'ять інжекторів;

q) сировину вдувають у напрямку до центра потоку плазмового газу;

r) сировину вдувають з тангенціальної і/або радіальної, і/або з осьової складової в зовнішню зону потоку плазмового газу;

s) спосіб здійснюють за відсутності кисню або в присутності невеликої кількості кисню, переважно при атомному відношенні кисень/вуглець менше 1/6;

t) спосіб здійснюють у присутності доданих лужних солей з метою здрібнювання структури;

u) вилучають один або декілька з таких продуктів: технічний вуглець, фулерени, водень, одностінні нанотрубки, багатостінні нанотрубки.

4. Реактор для реалізації способу за будь-яким з пунктів 1-3, який відрізняється тим, що містить камеру та проточно сполучені головну частину (3), що містить щонайменше два електроди (8) і джерело газу, для створення електричної дуги між електродами при подачі достатньої електричної потужності і створення в такий спосіб зони дуги, у яку подається газ із джерела газу для генерування плазмового газу; дросель (11) у формі трубки Вентурі; секцію (10) реакції; щонайменше один інжектор (3) для вдування газоподібної сировини в зону реакції; при цьому трубка Вентурі звужена у напрямку до секції реакції, а нижній кінець трубки Вентурі виконаний у вигляді кромки, за якою знаходиться секція реакції, діаметр якої більше, ніж горловина зони трубки Вентурі, що забезпечує можливість різкого розширення об'єму плазмового газу.

5. Реактор за п. 4, який відрізняється тим, що має усередині по суті циліндричну форму.

6. Реактор за п. 4 або 5, який відрізняється тим, що поверхні, які піддають впливу високих температур виконані з графітовмісного матеріалу, що має високу жаростійкість.

7. Реактор за будь-яким з пп. 4, 5 або 6, який відрізняється тим, що містить у собі камеру висотою від 1,5 до 5 м і діаметром від 20 до 150 см.

8. Технічний вуглець, одержаний способом за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що має негативну різницю між питомою площею поверхні, визначеної по адсорбції азоту, ППП (N2), і питомою площею поверхні, визначеної по адсорбції броміду цетилтриметиламонію, ППП (СТАВ).

9. Технічний вуглець за п. 8, який відрізняється тим, що має ППП (N2) від 5 до 150 м2/г та абсорбцію дибутилфталату (DВР) від 30 до 300 мл/100 г.

10. Технічний вуглець за п. 8 або 9, який відрізняється тим, що має пористість, задану таким діапазоном: -20 м2/г <ППП (N2) - ППП (СТАВ) < 0 м2/г.