富勒烯的燃烧合成方法

摘要

公开一种燃烧方式和实现此燃烧方式的复合反应器，通过燃烧生产富勒烯和富勒烯类物质。此方式使火焰的氧化区与后火焰区脱离联系，从而获得对操作参数如当量比、温度和压力的更大控制；可获得传统方法不易获得的燃烧反应操作参数条件；和提供更容易稳定燃烧反应允许燃料和氧化剂的通过量更高的能力。还公开了复合反应器主区的几种实施方案。所述主区作为氧化区，按照使反应燃烧混合物循环的原则操作，可以近似充分混合反应器形式操作。还公开了次区，它提供更多的反应停留时间和控制操作参数的能力，按照减少反应燃烧混合物的循环的原则操作。所述次区可以近似活塞流反应器形式操作。所述主区和次区可一起或单独操作。

权利要求

1.一种生产富勒烯产品的方法，包括：

在引入位置向主室引入含碳燃料和氧化剂，使得所述燃料与所述氧化剂反应产生第一燃烧产物，所述第一燃烧产物和未反应残余与进入的含碳燃料和氧化剂和/或任何新生成的燃烧产物和/或未反应残余利用非湍流混合和反应，从而生成燃烧混合物；和将所述燃烧混合物引入次室以生产富勒烯产品，其中所述主室有至少一个区域，在该区域中压力、温度或物质浓度中的至少一个是近似恒定的。

2.权利要求1的方法，其中所述燃烧混合物包含富勒烯和/或富勒烯中间体和其它物质。

3.权利要求1的方法，其中所述主室的至少10％处于所述区域。

4.权利要求1的方法，其中所述混合是通过循环所述的第一燃烧产物和/或未反应残余以及在主室将所述循环的物质与所述的进入的含碳燃料和氧化剂和/或任何新生成的燃烧产物和/或未反应的残余混合而完成的。

5.权利要求1的方法，其中所述含碳燃料和氧化剂是作为射流而引入的。

6.权利要求5的方法，其中所述混合是通过喷射流而完成的。

7.权利要求1的方法，其中所述含碳燃料和所述氧化剂在多个引入位置引入所述主室。

8.权利要求7的方法，其中所述多个引入位置的布置要使得所述进入的含碳燃料和氧化剂以垂直或斜冲方式与所述第一燃烧产物和未反应残余流相交。

9.权利要求7的方法，其中所述多个引入位置布置在所述主室的相对侧面，以便所述的进入的含碳燃料和氧化物与所述第一燃烧产物和未反应残余流不直接相对。

10.权利要求1的方法，其中所述含碳燃料包含不饱和烃。

11.权利要求10的方法，其中所述不饱和烃选自乙炔，聚乙炔，芳烃物质及其组合。

12.权利要求1的方法，其中所述含碳燃料包含苯或甲苯。

13.权利要求1的方法，还包括向所述主室引入惰性气体、含卤素的化合物、含碱金属或碱土金属的化合物、含金属锰、铁或钡的化合物、含环状芳族酸酐的化合物、和含钴、铁或镍的化合物、及其组合。

14.权利要求1的方法，其中所述主室的压力在10-400托的范围内。

15.权利要求1或14的方法，其中所述燃料和所述氧化剂被引入到所述主室以有一个总当量比，其在1.8-4.0的范围内。

16.权利要求15的方法，其中所述主室的温度在1500-2500K的范围内。

17.权利要求16的方法，其中在所述主室中的停留时间在2-500ms的范围内。

18.权利要求1的方法，另外包括：

使所述燃烧混合物的成分在所述次室内在促进富勒烯生产的条件下经历一定停留时间的反应，以产生包含富勒烯产品和其它物质的第二燃烧产物，其中所述第二燃烧产物流过所述次室以致在所述次室内来自不同区域的对应于不同停留时间的物质之间的混合和反应最少。

19.权利要求18的方法，其中所述主室的至少10％处于所述区域，在该所述区域中压力、温度或物质浓度中的至少一个是近似恒定的。

20.权利要求18的方法，其中所述混合是通过循环所述的第一燃烧产物和/或未反应残余以及在主室将循环的物质与所述的进入的含碳燃料和氧化剂和/或任何新生成的燃烧产物和/或未反应的残余混合而完成的。

21.权利要求18的方法，其中所述含碳燃料和氧化剂是作为射流而引入的。

22.权利要求21的方法，其中所述混合是通过喷射流而完成的。

23.权利要求18的方法，其中所述含碳燃料和所述氧化剂在多个引入位置引入所述主室。

24.权利要求23的方法，其中所述多个引入位置的布置要使得所述进入的含碳燃料和氧化剂以垂直或斜冲方式与所述第一燃烧产物和未反应残余的流相交。

25.权利要求23的方法，其中所述多个引入位置布置在所述主室的相对侧面，以便所述的进入的含碳燃料和氧化物与所述第一燃烧产物和未反应残余的流不直接相对。

26.权利要求18的方法，其中所述含碳燃料还包含非富勒烯生成燃料。

27.权利要求26的方法，其中所述含碳燃料含有不饱和烃。

28.权利要求26的方法，其中所述不饱和烃选自乙炔，聚乙炔，芳烃物质及其组合。

29.权利要求26的方法，其中所述含碳燃料包含苯。

30.权利要求18的方法，还包括向所述次室引入添加剂。

31.权利要求30的方法，其中所述添加剂选自含卤素的化合物，含碱金属或碱土金属的化合物，含金属锰，铁或钡的化合物，含环状芳族酸酐的化合物，和含钴，铁或镍的化合物、及其组合。

32.权利要求18的方法，其中所述主室的压力在10-400托的范围内。

33.权利要求32的方法，其中所述燃料和所述氧化剂被引入到所述主室以有一个总当量比，其在1.8-4.0的范围内。

34.权利要求33的方法，其中所述主室的温度在1500-2500K的范围内。

35.权利要求34的方法，其中所述次室的温度在1500-2500K的范围内。

36.权利要求35的方法，其中在所述主室中的停留时间在2ms-500ms的范围内。

37.权利要求36的方法，其中在所述次室中的停留时间在5ms-10s的范围内。

38.一种通过燃烧生产富勒烯产品的方法，包括：

在多个引入位置向主室引入含碳燃料和氧化剂，使得所述燃料与所述氧化剂反应产生第一燃烧产物，从而生成燃烧混合物；

将所述燃烧混合物引入次室；和

使所述燃烧混合物的成分在所述次室内在促进富勒烯生产的条件下经历一定停留时间的反应，以产生包含富勒烯产品和其它物质的第二燃烧产物，其中所述第二燃烧产物流过所述次室以致在所述次室内来自不同区域的对应于不同停留时间的物质之间的混合和反应最少。

39.权利要求38的方法，其中所述含碳燃料和氧化剂是作为射流而引入的。

40.权利要求38的方法，其中所述多个引入位置的布置要使得所述进入的含碳燃料和氧化剂以垂直或斜冲方式与所述第一燃烧产物和未反应残余的流相交。

41.权利要求38的方法，其中所述多个引入位置布置在所述主室的相对侧面，以便所述的进入的含碳燃料和氧化物与所述第一燃烧产物和未反应残余的流不直接相对。

42.权利要求38的方法，其中所述含碳燃料还包含非富勒烯生成燃料。

43.权利要求42的方法，其中所述含碳燃料包含不饱和烃。

44.权利要求43的方法，其中所述不饱和烃选自乙炔，聚乙炔，芳烃物质及其组合。

45.权利要求42的方法，其中所述含碳燃料含有苯。

46.权利要求38的方法，还包括向所述次室引入添加剂。

47.权利要求46的方法，其中所述添加剂选自含卤素的化合物，含碱金属或碱土金属的化合物，含金属锰，铁或钡的化合物，含环状芳族酸酐的化合物，和含钴，铁或镍的化合物、及其组合。

48.权利要求38的方法，其中所述主室的压力在1.3-53kPa的范围内。

49.权利要求48的方法，其中所述燃料和所述氧化剂被引入到所述主室以有一个总当量比，其在1.8-4.0的范围内。

50.权利要求49的方法，其中所述主室的温度在1500～2500K的范围内。

51.权利要求50的方法，其中所述次室的温度在1500～2500K的范围内。

52.权利要求51的方法，其中在所述主室中的停留时间在2～500ms的范围内。

53.权利要求52的方法，其中在所述次室中的停留时间在5ms-10s的范围内。

54.权利要求1或19的方法，其中至少60％的所述主室在所述区域内，在该所述区域中压力、温度或物质浓度中的至少一个是近似恒定的。

55.权利要求1或19的方法，其中至少80％的所述主室在所述区域内，在该所述区域中压力、温度或物质浓度中的至少一个是近似恒定的。

说明书

富勒烯的燃烧合成方法

[0001] 相关申请

[0002] 本申请要求2001年8月31日申请的美国临时申请号60/316550的权益，其全文引入本文供参考。

[0003] 发明背景

[0004] Nature，352，139-141，1991和US 5273729中描述了富勒烯的燃烧合成，均引入本文供参考。给出在不同的压力、进料速度(因而温度，它取决于进料速度)、稀释剂本性和分压、碳/氧比、和与燃烧器的距离或停留时间条件下操作的由低于一大气压的预混层流苯-氧火焰合成富勒烯的收率数据。可根据燃烧器设计和可有许多变化的其它工艺特征预见同一基本方法的不同方案。一般地，所述方法涉及在低于大气的压力和为适合生产富勒烯所选的其它条件如碳/氧比、进料速度、和惰性稀释气的浓度下操作烟灰火焰(sooting flame)。从火焰或流出气体中收集含富勒烯的可冷凝物。继涉及使用预混焰的燃烧合成富勒烯的原著之后，已发现使用非预混焰或扩散焰也是有效的。

[0005] 本领域已知的燃烧合成富勒烯的方法利用适用于实验室规模研究的燃烧器稳定火焰。用于合成富勒烯的常规燃烧方法典型地用低压层流预混焰燃烧器，其中在水冷炉板上稳定火焰。通常在燃烧器上游使燃料和氧化剂预混，通过钻孔或烧结金属板中的开孔供入。某些情况下，通过炉板中交替的燃料/氧化剂开孔分开地供入燃料和氧化剂，在板出口下游立即混合在一起，或者在进入火焰之前混合从而得到预混焰或者部分在进入火焰之前混合而部分在进入火焰之后混合从而得到部分预混而部分非预混的或扩散火焰。所有这些情况下，都在距炉板表面的短距离内使火焰稳定，而水冷燃烧器的热消耗使火焰温度下降以致火焰速度(定义为火焰向未燃烧燃料-氧化剂混合物传播的速度)刚 好与供给火焰的混合物输入速度匹配。在燃烧器内的热消耗刚好是使温度下降至火焰速度与输入速度匹配所需量的特定短距离使火焰稳定显著地约束进料速度和实现并保持稳定火焰所需其它条件，从而严格限制可针对富勒烯合成中所要求的性能设定和优化火焰的自由度。而且可供入燃烧器的燃料/氧化剂混合物的比例，因而所述系统的生产量，严格地受混合物的火焰速度限制。使火焰稳定作用与产物形成脱离联系从而使操作和优化所述过程的灵活性更大同时还使生产量更大的不同设计是非常理想的。

[0006] 还已用低压非预混或扩散火焰形成富勒烯。这些火焰中，燃料和氧化剂通过燃烧器内的不同管道或通路分开供入，在两气流之间保持稳定的火焰带内混合在一起。这些火焰的层流和湍流型式都已用于形成富勒烯。虽然可在火焰带内找到富勒烯，但它们趋于在富勒烯通过火焰带的氧气侧排出的火焰中被氧化破坏。在富勒烯通过火焰带的氧气侧排出的火焰中，它们在高浓度的烟灰和多环芳烃存在下形成并与之反应。因此非预混或扩散火焰类型都未证明对于实际富勒烯生产有任何益处。

[0007] 有许多改进可使这些类型的火焰可用于经济有效地生产工业量的富勒烯。值得注意的是常规形成富勒烯的火焰限制流速，对于给定燃料/氧化剂体系和温度的最大流速由火焰速度决定，而温度由火焰的热消耗决定。反应变量特别是温度的控制有限，因为设定流速和热消耗决定温度及游离(radical)火焰中间体浓度和燃料在氧化区内的时间。确定关键中间体浓度中氧化区是重要的。氧化反应所需温度和停留时间未必是形成富勒烯的最优条件，希望对反应条件有一定的控制度以利于富勒烯的形成，也不受火焰稳定的需要所约束。现有方法还优选实现较高生产量的反应器，因为未来富勒烯类产品的需要量较大。 [0008] 本文所用“富勒烯类产品”意指包括以下三类物质、结构或粒子之一或多种的物质：(1)富勒烯分子如C60、C70、C84等，包含在富勒烯笼之内或之外的另外一或多个原子或一或多个官能团的富勒烯分子；(2)有至少一个纳米尺度的由五元和六元(某些情况下七元)碳环组 成的富勒烯类纳米结构或闭笼结构，例如但不限于US5985232第3和4栏中定义的单或多层纳米管和纳米粒子；和(3)具有基本富勒烯类特征的由弯曲碳片或层构成的碳的球体或小球体组成的富勒烯类烟灰。所述小球体有类似常规炭黑和热裂法炭黑的尺度，即在5～1000nm的范围内。富勒烯类特征表示在六元和有时七元环中存在五元碳环形成弯曲的碳片。

[0009] 富勒烯的工业生产的另一重要要求是对于给定的作为燃料供应的碳量提高富勒烯类产品的收率。目前，所报告的最高收率为供给总碳量的～0.5％。对燃烧反应的控制度较大而且更好地保持有利于或促使富勒烯收率较大的条件的燃烧反应器将优于常规系统。 [0010] 从Longwell(Ind.Eng.Chem.，47，1634，1955)开始，实验室燃烧操作中一直广泛使用近似充分混合燃烧反应器的喷射搅拌反应器，但从未在充分混合燃烧反应器中合成过富勒烯。Nenniger(Proceedings ofthe Combustion Institute 20：473-479，1984)和Dagaut等(J.Phys.E.，Sci.Instrum.19，207-209，1986)是最近的设计。目前用于燃烧的喷射搅拌反应器设计用于有湍流气体从喷嘴流出的常压条件和反应器内的湍流条件。湍流使扩散速度显著提高，从而强化微观混合。湍流强化的微观混合是在现有喷射搅拌反应器内创造充分混合条件所依靠的主要方法。实际上仅在低压条件(10-100torr)中发现大量燃烧产生的富勒烯，以前的喷射搅拌反应器设计由于在形成富勒烯的低压下密度很低因而雷诺数较低导致混合和循环量不足，所以湍流不足以作为返混或循环的主要方法。需要能在低压下达到充分循环或返混而不主要依靠湍流强化微观混合的喷射搅拌反应器。 [0011] Lam(Proceedings of the Combustion Institute 22：323-332，1988)描述一种喷射搅拌反应器/活塞流反应器系统。该系统作为常压研究主要用乙烯作燃料的多环芳烃和烟灰形成的实验设备。该系统内的总停留时间是在喷射搅拌反应器中约5ms，在活塞流反应器中15ms。由于流速高而停留时间短，活塞流段的流动是湍流，由于停留时间短，假定活塞流段是等温的则不需外部加热。此联合的充分混合/活塞流反应 器系统尚未在低压或大于20ms的停留时间下使用，因而迄今从未用充分混合/活塞流反应器构型合成富勒烯。 [0012] 发明概述

[0013] 本发明涉及一种克服传统方法限制的燃烧方式和实现此燃烧方式的复合反应器。本发明方法能大规模地生产富勒烯，可以比传统方法更高的收率生产富勒烯。

[0014] 本发明的一方面用称为主区的反应室完成燃烧合成富勒烯类产品的初始阶段或整个过程。在主区内，通过使较长(later)停留时间的燃烧产物(“第一燃烧产物”)与燃料和/或氧化剂、和/或较短(earlier)停留时间的燃烧产物(“新生成的燃烧产物”)和/或未反应残余混合和反应实现循环或返混。

[0015] 所述主区可和次区一起操作。在次区内，较长停留时间的燃烧产物不与较短停留时间的燃烧产物混合或反应。

[0016] 本发明的目的之一是提供一种通过燃烧生产富勒烯的方法，包括在引入位置向主区引入含碳燃料和氧化剂使所述燃料与所述氧化剂反应产生第一燃烧产物，所述第一燃烧产物和未反应残余与进入的含碳燃料和氧化剂和/或任何新生成的燃烧产物和/或未反应残余混合和反应，从而生成燃烧混合物；将所述燃烧混合物引入次区进行收集或进一步处理。

[0017] 本发明的另一目的是提供一种通过燃烧生产富勒烯的方法，包括在引入位置向主区引入含碳燃料和氧化剂使所述燃料与所述氧化剂反应产生第一燃烧产物，所述第一燃烧产物和未反应残余与进入的含碳燃料和氧化剂和/或任何新生成的燃烧产物和/或未反应残余混合和反应，从而生成燃烧混合物；将所述燃烧混合物引入次区；和使所述燃烧混合物的成分在所述次区内在促进和/或有利于富勒烯生产的条件下经历一定停留时间的反应产生包括第二燃烧产物的物流，所述第二燃烧产物包含富勒烯和其它物质，其中所述物流这样流过所述次区以致在所述次区内来自不同区域的对应于不同停留时间的物质之间的混 合和反应最少。在所述次区的某一位置可引入燃料和/或氧化剂和/或添加剂以促进和/或有利于形成富勒烯类产品。

[0018] 本发明的另一目的是提供一种通过燃烧生产富勒烯的方法，包括在引入位置向主区引入含碳燃料和氧化剂使所述燃料与所述氧化剂反应产生第一燃烧产物，从而生成燃烧混合物；将所述燃烧混合物引入次区；和使所述燃烧混合物的成分在所述次区内在促进和/或有利于富勒烯生产的条件下经历一定停留时间的反应产生包括第二燃烧产物的物流，所述第二燃烧产物包含富勒烯和其它物质，其中所述物流这样流过所述次区以致在所述次区内来自不同区域的对应于不同停留时间的物质之间的混合和反应最少。在所述次区的某一位置可引入燃料和/或氧化剂和/或添加剂以促进和/或有利于形成富勒烯类产品。 [0019] 本发明另一目的是提供一种燃烧器，包括一个室，有用于向室内引入第一进料的第一引入口和用于向室内引入第二进料的第二引入口，所述第一引入口这样设置以致引入所述第一进料与所述第二进料部分重叠从而使所述第二进料的较长停留时间物质与所述第一进料的较短停留时间物质混合和反应。

[0020] 本发明另一目的是提供一种燃烧器，包括一个室，有用于向室内引入第一进料的第一引入口和用于向室内引入第二进料的第二引入口，所述第一引入口相对于所述第二引入口这样设置以供应所述第一进料使较长停留时间物质被带入所述第二进料的较短停留时间物质中、较短停留时间物质被带入所述第二进料的较长停留时间物质中、和中等停留时间物质被带入第二进料的中等停留时间物质中。所述第一引入口还可这样设置以致所述第一进料的流动使所述第二进料的夹带量提高。

[0021] 附图简述

[0022] 图1示出一种主区反应器，其中通过物理循环回路实现第一燃烧产物(来自B)与进入的燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余的混合和反应(在A处)。

[0023] 图2示出一种主区反应器，其中主要通过射流夹带实现第一燃烧产物与进入的燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余的混合和反应。来自C的主区第一燃烧产物在A处与进入的燃料和/或氧化剂混合和反应，在B处与新生成的燃烧产物和未反应残余混合和反应。

[0024] 图3示出一种主区反应器，其中主要通过大规模循环模型实现第一燃烧产物与进入的燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余的混合和反应。来自B的主区第一燃烧产物在A处与进入的燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余组分混合和反应。

[0025] 图4示出一种主区反应器，其中主要通过交叉射流实现第一燃烧产物与进入的燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余的混合和反应。来自B的主区第一燃烧产物在A处与进入的燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余组分混合和反应。

[0026] 图5示出一种主区反应器，其中通过射流夹带、大规模循环模型、和交叉射流实现第一燃烧产物与进入的燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余的混合和反应。来自B的主区第一燃烧产物与A处进入的组分混合和反应。

[0027] 图6示出一种主区反应器，其中主要通过非喷射交叉流动实现第一燃烧产物与进入的燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余的混合和反应。来自B的主区第一燃烧产物在A处与进入的燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余组分混合和反应。

[0028] 图7示出一种主区反应器，其中主要通过交叉射流实现第一燃烧产物与进入的燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余的混合和反应，其效率足以使循环区域是一或多种状态变量近似恒定的区域而且占主区总体积的至少10％、优选至少60％、最优选至少80％。来自B的主区第一燃烧产物在A处与进入的燃料和/或氧 化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余组分混合和反应。

[0029] 图8示出一种主区反应器和一种次区反应器。在主区反应器内，通过射流夹带、大规模循环模型、和交叉射流实现第一燃烧产物与进入的燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余的混合和反应。来自B的主区第一燃烧产物与A处进入的组分混合和反应。来自主区的流出物进入所述次区，其中来自D的燃烧产物不与C处进入的组分混合或反应。

[0030] 图9是按传统方法和本发明方法的游离中间体的摩尔分数--停留时间的曲线图。 [0031] 图10是按传统方法和本发明方法的富勒烯中间体的摩尔分数--停留时间的曲线图。

[0032] 图11是按传统方法和本发明方法的C60富勒烯的摩尔分数--停留时间的曲线图。 [0033] 图12是按传统方法和实施例2中所述方法的C60富勒烯的摩尔分数--停留时间的曲线图。

[0034] 图13示出一种主区反应器，在两个轴向位置A-A/A’-A’和B-B/B’-B’有两组注射管。A-A/A’-A’截面中的管均与筒的辐射线成约30度角与筒的纵轴成约45度角。从A-A/A’-A’截面内的管中排出的进料与从截面B-B/B’-B’内的管中排出的进料相对而且偏置。 [0035] 发明详述

[0036] 描述本发明中使用的一些术语定义如下：

[0037] 本文所用“第一燃烧产物”意指氧化作用的中间体如CO、CO2、H2O、O、OH和其它光稳定的和游离的气体物质如CH4、C2H2、C2H4、C3H4、C4H2、C4H4、C5H6、CHO、CH3、C2H、HCCO、C3H3、C3H2、CH2CO、C4H3、C5H5以及其它小的烃和含氧基团和稳定分子；稳定和游离的聚乙炔或聚炔(CnH2，n＝5，6，...)和芳族物质如C6H5、C6H6、C6H5O、C6H5OH、C6H5CH2和C6H5CH3，和多环化合物如茚、萘、菲、荧蒽、和更大的此类物质以及这些和相关物质的基团，及烟灰和烟灰前体；第一燃烧产物是成富勒烯或不成富勒烯燃料的燃烧产物。

[0038] 本文所用“未反应残余”意指未反应燃料、未反应的第一或早期燃烧产物和由所述燃料或由第一或早期燃烧产物产生的烃或部分氧化的烃类产物。未反应残余可包括分子量在所述燃料和所述第一和早期燃烧产物的分子量至更高分子量范围内的脂族、芳族、多环芳族、和含氧分子和颗粒物质。

[0039] “新生成的燃烧产物”可以是前面定义第一燃烧产物中提及的任何或所有化合物，但在浓度和比例方面相应于比第一燃烧产物更长的燃烧停留时间。

[0040] 本文所用“氧化剂”意指供入燃烧器的氧化剂。一旦在燃烧器内，则可假定所述氧化剂直接即作为反应物参与氧化反应或者可转化成其它氧化物质再作为反应物参与氧化反应。通过燃烧合成富勒烯中最优选的氧化剂是分子氧或O2，可以纯O2形式、空气形式、与一或多种惰性气体混合的O2形式、富O2空气形式、其原有氮气部分贫化的空气形式、或在其它混合物中提供。所述O2可在燃烧器中用作氧化反应物，或者可在一定程度上转化成OH、O、HO2、H2O、CO2或其它含氧物质再在氧化反应中作为反应物。在一定条件下作为合成富勒烯的燃烧器的进料有些价值的其它氧化剂是过氧化氢(H2O2)、臭氧(O3)、及其与惰性气体和/或一或多种OH、O、HO2、H2O、CO2、或其它含氧基团或稳定分子。

[0041] “成富勒烯燃料”定义为在文献中已知的适用于在火焰中形成富勒烯的燃烧条件下富勒烯C60和C70的总收率为燃料碳的至少0.00001％的燃料。成富勒烯燃料包括芳族和其它高度不饱和烃例如但不限于以下烃：苯、甲苯、二甲苯、萘、联苯、菲、蒽、芘和其它单环芳烃和多环芳烃；仅有五元环的化合物如在环戊二烯中、或有与六元环组合的五元环如在茚、苊、富勒烯、荧蒽、环戊二烯并菲等中；含四元环的化合物如联苯；含氧芳烃、乙炔和聚乙炔或聚炔烃(CnH2，n＝2，3，4，...)；上述有官能团或附加官能团如甲基、乙烯基、乙炔基、炔丙基、苯基、萘基等的任何燃料；重石油、油母质、沥青、煤和芳烃含量相当高的其它矿物燃料；轻油、中间油品、重油或焦油、碳、焦炭、炭黑、和由矿物燃料和生物燃料产生的烟灰；及烃热解和部分或不完全燃烧产物包括稳定物质和游离基。

[0042] “不成富勒烯燃料”定义为在文献中已知的适用于在火焰中形成富勒烯的燃烧条件下富勒烯C60和C70的总收率低于燃料碳的0.00001％的燃料。不成富勒烯燃料包括但不限于饱和、部分不饱和和非芳族烃如甲烷、乙烷、丙烷、乙烯等。

[0043] 本发明提供一种通过燃烧生产富勒烯的方法，包括在引入位置向主区引入含碳燃料和氧化剂使所述燃料与所述氧化剂反应产生第一燃烧产物，所述第一燃烧产物和未反应残余混合并与进入的含碳燃料和氧化剂和/或任何新生成的燃烧产物和/或未反应残余反应，从而生成燃烧混合物；将所述燃烧混合物引入次区；和使所述燃烧混合物的成分在所述次区内在促进富勒烯生产的条件下经历一定停留时间的反应产生包括第二燃烧产物的物流，所述第二燃烧产物包含富勒烯和其它物质，其中所述物流这样流过所述次区以致在所述次区内来自不同区域的对应于不同停留时间的物质之间的混合和反应最少。在所述次区的某一位置可引入燃料和/或氧化剂和/或添加剂以促进和/或有利于形成富勒烯类产品。真空泵连接在次区下游位置以保持压力低于大气压。

[0044] 所述主区可用于(1)使第一燃烧产物与燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余的单个或多个相似流混合和反应，或(2)实现一种类型的第一燃烧产物(例如不成富勒烯燃料的燃烧中间体)与燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或另一类型的未反应残余如成富勒烯燃料的混合和反应，反之亦然。不同的输入物流可以是成富勒烯燃料或不成富勒烯燃料的未反应燃料、或燃烧的中间产物如另一燃烧器的流出物。

[0045] 所述主区的必要方面在于主区内或可通过氧化进行燃烧的其它地方的成富勒烯燃料和富勒烯中间体和富勒烯中碳的比例使得可通过使成富勒烯燃料或其产物与燃烧中间体混合和反应经由更直接的路线进行至富勒烯中间体从而进行至富勒烯，这些中间体由相同的成富勒烯 燃料、另一成富勒烯燃料流、或不成富勒烯燃料流形成。

[0046] 主区的另一必要方面在于可使成富勒烯燃料与燃烧中间体如游离基混合和反应，从而更有效地通过控制燃料氧化区更好地控制火焰的稳定。这可使火焰稳定性及燃料和氧化剂的通过量比用于合成富勒烯类产品的常规火焰系统如燃烧器稳定火焰或喷嘴型火焰更高。

[0047] 通过更好地控制氧化区，还可更容易获得促进和/或有利于形成富勒烯类产品的条件。在此意义上，促进形成富勒烯类产品意指富勒烯类产品的形成速率提高，有利于形成富勒烯类产品意指副产物或副产物形成速率降低。

[0048] 进入主区的物流可以是燃料和氧化剂的预混物流、分开的燃料和氧化剂物流、或预混或分开加入的不同燃料、与预混或分开加入的氧化剂。还可使用惰性稀释剂或添加剂，与任何燃料和/或氧化剂物流预混或分开加入。

[0049] 能抑制烟灰的添加剂可用于提高燃烧中富勒烯的生成量。此类添加剂的例子是含有金属锰、铁或钡的化合物。

[0050] 含有这些金属的某些化合物例如五羰基合铁既阻止形成烟灰又促进形成可作为富勒烯前体的多环芳烃结构。更通常地，周期表第I和II族金属及过渡金属可作为提高富勒烯生成量的添加剂。

[0051] 在所述次区可加入含有低电离电位的金属如碱金属和碱土金属的添加剂。使用这些添加剂可增加烟灰前体和烟灰粒子的电离和减少烟灰前体和烟灰粒子的凝聚，从而使否则将在形成烟灰中消耗的一些碳有更多的机会贡献于形成富勒烯。

[0052] 可用于提高火焰中富勒烯生成量的另一类添加剂是火焰抑制剂例如但不限于HBr、SF6和含卤素的化合物包括但不限于CXxYyZz，其中x+y+z＝4，X、Y和Z可以是H、F、Cl、Br或I。这些和其它火焰抑制剂可作为促进形成富勒烯的添加剂，因为它们降低关键火焰传播基团如H和OH的浓度。这些基团通过侵蚀和破坏成富勒烯中间体阻止形成富勒烯，因而用添加剂脱除这些基团提高富勒烯生成量。

[0053] 适用的另一类添加剂是促进形成富勒烯前体的添加剂。例子是促 进形成富勒烯中所需多环芳族结构中五元环形成的环状芳族酸酐。

[0054] 已知某些金属添加剂如钴、铁和镍提高其它富勒烯类产品(别处定义的)包括单壁纳米碳管的生成量。这些添加剂在这里是适用的，因为不仅可通过本发明方法生产富勒烯而且可生产其它有价值的富勒烯类产品。

[0055] 可在主区内形成富勒烯类产品或富勒烯类产品中间体，以后收集所述富勒烯类产品(例如用美国临时申请号60/393494中所述方法，引入本文供参考)或在用于在相同或不同条件下进一步反应的另一反应器例如在不同温度和压力或停留时间下操作的另一主区或另一类型的反应区内处理所述富勒烯类产品和/或富勒烯类产品中间体。或者，在主区内用不成富勒烯燃料生产适用于形成富勒烯的中间体，然后在形成上述富勒烯中间体的主区后面的区域内使这些中间体与成富勒烯燃料混合和反应。或者，用常规火焰系统为所述主区提供燃料中间体，向其中加入成富勒烯燃料，使之与所述燃烧中间体混合和反应。所述主区既使给定的进入物流有一定程度的循环或返混，又使不同的物流如一种燃料的中间体与另一种输入燃料流混合。

[0056] 在用于生产富勒烯而不使用不成富勒烯燃料的情况下实现循环和返混的区有几个作用：(1)通过使进入的燃料和/或氧化剂与第一燃烧产物中存在的活性火焰中间体接触更有效地稳定火焰，此安排克服了限制燃烧器稳定火焰或喷嘴型火焰中物料通过量的火焰速度限度；(2)在成富勒烯燃料可以(至少)两种不同路径反应其中一种产生氧化产物(CO、CO2、H2O、OH、H、和其它产物)而另一种通过中间体产生富勒烯的情况下，希望提高所述富勒烯路径而非所述氧化路径中耗用的燃料量。进入的燃料和/或氧化剂和新生成的燃烧产物和未反应残余与第一燃烧产物中存在的燃烧中间体和/或富勒烯混合和反应可提高这些形成富勒烯的路径相对于氧化和副产物反应的速率。

[0057] 在所述主区用于使不成富勒烯燃料与成富勒烯燃料混合和反应的情况下，所述主区起火焰稳定和混合室的作用，从而所述成富勒烯燃料可加入活性燃烧中间体中而用于形成富勒烯的路径，用于保持可燃 混合物的燃料损失较少，转化成使火焰稳定所需氧化产物如H、OH、O等的成富勒烯燃料损失减少。

[0058] 包括在本发明范围内从而使第一燃烧产物与燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余混合和反应以致所述主区内占主区总体积至少10％的区域有一或多种状态变量近似恒定，从而所述主区的至少10％接近充分搅拌反应器是理想的但不是必要的。状态变量包括但不限于：物质浓度、温度和压力。充分搅拌反应器是化学工程中常用的近似法，意指理想的零维反应器，即其中各处所有状态变量都恒定的反应器。由充分搅拌反应器状态产生的反应条件的改进之一是根据动力学速率定律中的反应级数一组产品路径比另一组优先。例如，如果燃料浓度中形成富勒烯的级数比形成CO高，则提高燃料浓度将有利于形成富勒烯超过产生CO。或者，如果富勒烯中间体中形成副产物或消耗富勒烯的路径比形成富勒烯的级数更高，则稀释此富勒烯中间体将有利于富勒烯路径超过富勒烯消耗或形成副产物路径。不必为保持接近所述充分混合而使反应器内不同区域强烈混合，因为高速循环使循环物与进料充分混合接近充分搅拌反应器((如图1中所示)。在图1所示主区内，燃料、氧化剂、稀释剂和/或其它添加剂在位置100处进入，排气在位置101处排出。通过物理循环回路实现第一燃烧产物(来自B)与进入的燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余的混合和反应(在A处)。

[0059] 其中使进入的燃料和/或氧化剂与第一燃烧产物混合和反应的此类循环反应器在本发明范围内。本领域知道充分搅拌反应器是在任何实际的具体实施中无法完美实现的理想数学构造。而且这里所述区域内的状态变量不必高精度地接近恒定，而仅在一般来说实际或实用的程度上接近恒定。

[0060] 为获得其它优点，希望这样构造所述主区使之由有一或多股进入物流的容纳室组成。这提供一种使火焰稳定的有效方法，可利用高速流动输入流动物流。在这样的室内稳定时可利用喷射(喷射意指从孔至足以使流动扩展的大空间的流动；参见图2)，因为可克服决定输入燃料和/或氧化剂的可能速度的由火焰速度决定的常规限制。在图2所示主区内，燃料、氧化剂、稀释剂和/或其它添加剂在位置200处进入，排气在位置203处排出。箭头201是没有周围流体被夹带时的流动途径(非射流)。箭头202是因夹带周围流体所致流动途径(射流)。主要通过射流夹带实现第一燃烧产物与进入的燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余的混合和反应。来自C的主区第一燃烧产物在A处与进入的燃料和/或氧化剂混合和反应，在B处与新生成的燃烧产物和未反应残余混合和反应。

[0061] 如果用喷嘴作为输入燃料和/或氧化剂的来源，则通过增强射流夹带效应，可用喷射实现每股输入物流与主区内存在的第一燃烧产物的混合和反应。由于在形成富勒烯所需低压下，流体密度低导致雷诺数低，湍流更难实现，夹带是用于实现混合的有用机理。这里描述为循环或返混机理的射流中的流动可以是层流或湍流，因为每种情况下都发生夹带。

[0062] 所述喷嘴还可在主区内这样布置以形成大规模的循环(参见图3)，也可这样布置以致输入物流交会交叉流使输入组分与主区内存在的第一燃烧产物混合和反应(参见图4)。在图3所示主区内，燃料、氧化剂、稀释剂和/或其它添加剂在位置300处进入，排气在位置302处排出。箭头301表示大循环流型。主要通过大规模循环模型实现第一燃烧产物与进入的燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余的混合和反应。
来自B的主区第一燃烧产物在A处与进入的燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余组分混合和反应。在图4所示主区内，燃料、氧化剂、稀释剂和/或其它添加剂在位置400处进入，排气在位置401处排出。主要通过交叉射流实现第一燃烧产物与进入的燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余的混合和反应。
来自B的主区第一燃烧产物在A处与进入的燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余组分混合和反应。

[0063] 通过以这样的方式布置喷嘴以致一个喷嘴与另一个喷嘴相对但不直接相对导致射流的动量损失太大，增强夹带，强化输入物流和早期燃料产物与后期燃烧产物的混合和反应(参见图5)。在图5所示主区内，燃料、氧化剂、稀释剂和/或其它添加剂在位置500处进入，排气在位置501处排出。通过射流夹带、大规模循环模型、和交叉射流实现第一燃烧产物与进入的燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余的混合和反应。来自B和C的主区第一燃烧产物与A处进入的组分混合和反应。

[0064] 采用如图5所示相对而且偏置喷嘴的反应室利用大规模循环、增强的射流夹带和较长和较短停留时间物质的交叉流动。图13示出反应室内相对、偏置喷嘴的另一构型。 [0065] 还可这样布置流动使一股气流交会另一股气流，后一气流由第一燃烧产物组成，第一股气流由新生成的燃烧产物、燃料和/或氧化剂、和/或未反应残余组成，但所述气流都不是射流(参见图6)。在大规模循环和/或流动交叉足够的情况下，可能不必使用射流。在图6所示主区内，燃料、氧化剂、稀释剂和/或其它添加剂在位置600处进入，排气在位置
601处排出。主要通过非喷射交叉流动实现第一燃烧产物与进入的燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余的混合和反应。来自B的主区第一燃烧产物在A处与进入的燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余组分混合和反应。

[0066] 为获得至少10％有近似恒定的状态变量的主区，可能优选在反应器内布置许多交叉或其它流动(参见图7)。在图7所示主区内，燃料、氧化剂、稀释剂和/或其它添加剂在位置700处进入，排气在位置702处排出。区域701是主区内状态变量(例如浓度、压力、温度)近似恒定的区域。这些区域占主区总体积的至少10％。主要通过交叉射流实现第一燃烧产物与进入的燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余的混合和反应，其效率足以使循环区域是一或多种状态变量近似恒定的区域而且占主区总体积的至少10％、优选至少60％、最优选至少80％。来自B的主区第一燃烧产物在A处与进入的 燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余组分混合和反应。 [0067] 以前获得充分混合燃烧器的方法主要依靠高流速使反应器内总流动为湍流以实现高度微观混合，这在实现通过燃烧形成富勒烯所需低压下不是那样有效，使上述方法不适用。但本发明包括有一定程度的湍流或也主要依靠湍流体系的用于燃烧合成富勒烯类产品的混合反应器系统。

[0068] 通过这样构造主室使室体积的大部分有效混合，可用不气化燃料或添加剂。必须使任何注射燃料或添加剂与第一燃烧产物有效地混合以获得最有利的反应。作为例子，流入主区的一些物流是以气态形式与氧化剂和液态成富勒烯燃料预混的不成富勒烯燃料，以与预混的不成富勒烯燃料和氧化剂的燃烧产物混合和反应。

[0069] 在有效地起容纳室作用的封闭主区内实现循环或返混使表面区域可接触火焰，从而可比在冷却燃烧器上稳定的不接触热表面的常规火焰更有效地实现传热。本发明可比传统富勒烯类产品合成系统中更容易地通过外源和使用保温实现加热或冷却。通过用主区稳定火焰和减小通过主区的有效保温或主区的外部加热所致热损失可容易获得维持热损失所需条件如用空气作氧化剂。这样，还可在用常规火焰不易获得的条件下有效控制温度。例如，考虑给定的实际情况中使成富勒烯燃料和氧化剂的反应保持2100K恒定温度达300ms停留时间的需要。由于常规火焰在不同停留时间或距燃烧器的不同距离处有不同的放热速率，所以常规系统需要根据停留时间或距燃烧器的距离的函数关系改变加热速率的方法。在氧化区加热速率应较低而在后火焰区加热速率应较高。用常规火焰很难实现此控制，但本发明很容易提供。

[0070] 由于所述主区起稳定反应性火焰系统的有效方法的作用，所以可与其它反应器类型一起使用，起稳定区作用和用于通过使火焰游离基与输入的燃料和氧化剂混合和反应维持火焰自由基链反应。其中加入成富勒烯燃料和任何其它供入成分如氧化剂、稀释剂或添加剂的燃烧产物混合物有效地起连续点火源的作用，使燃料和氧化剂的通过量可 高得多。 [0071] 某些情况下希望控制游离中间体的浓度，因为它们极大地影响或甚至控制富勒烯中间体和产品和其它富勒烯类产品的形成和破坏。使用主区可使氧化区(它是高游离基浓度的区域和决定关键中间体浓度的区域)与后火焰区脱离联系，通过使氧化反应在更长的停留时间或不同的恒温下发生，用不同的停留时间或可变的加热或冷却速率控制游离基浓度。在燃烧合成富勒烯类产品的传统方法中，氧化区的环境由火焰稳定的需要决定。这样构造所述主区使循环或返混足以使所述全部体积接近充分搅拌反应器时，主区内游离基的浓度充分降低从而避免高峰浓度(参见图8)。图8中，主区800与次区801相连。在主区800内，燃料、氧化剂、稀释剂和/或其它添加剂在位置802处进入。区域803是主区内状态变量(例如浓度、压力、温度)近似恒定的区域。次区组分沿箭头804所示方向移动至收集处。在主区反应器内，通过射流夹带、大规模循环模型和交叉射流实现第一燃烧产物与进入的燃料和/或氧化剂、和/或新生成的燃烧产物、和/或未反应残余的混合和反应。来自B的主区第一燃烧产物与A处进入的组分混合和反应。来自主区的流出物进入所述次区，其中来自D的燃烧产物不与C处进入的组分混合或反应。

[0072] 而且，可提高富勒烯中间体的浓度并比常规系统保持更长的停留时间(参见图9)。控制游离基和富勒烯中间体浓度可有利于形成富勒烯类产品的路径超过竞争路径，并促进形成富勒烯类产品。

[0073] 而且，由于氧化区的温度和停留时间受合成富勒烯类产品的传统燃烧法的火焰稳定极限约束，用传统合成方法不可能使促进形成富勒烯类产品的条件与稳定火焰系统所需条件脱离联系。随着温度升高，火焰速度显著增加，在火焰速度较低的低温下，可供给火焰的燃料和氧化剂少得多。氧化所需停留时间取决于温度和其它条件。使用主区使得可用反应器体积和加热或冷却速率作为可变参数独立地改变温度、停留时间、和氧化区的燃料和氧化剂加料速度。从而对于给定加料速度，可改变反应器体积和加热或冷却速度获得促进和/或有利于形 成富勒烯类产品的条件。

[0074] 本发明另一方面是采用富勒烯类产品或主区产物的收集装置(如美国临时申请号60/393494)或使主区的流出物进一步反应的反应器段组成的次区。

[0075] 在优选进一步反应的情况下，希望避免来自次区内不同区域的对应于不同停留时间的物质相互混合和反应。实际上可通过使流动充分地湍流和有足够高的速度以致所述次反应器近似活塞流反应器而无轴向混合、或保持层流以致关键中间体或富勒烯类产品的轴向扩散速度不足以产生大量返混实现。实际上，次区内由浓度梯度引起的轴向扩散或返混速度相对于反应速率而言很低足以被忽略，甚至在有充分成型(不平)的速度分布图的层流情况下也可假定为活塞流。本发明包括所述次区有层流或湍流的情况。在所述次区的某一位置可引入燃料和/或氧化剂和/或添加剂以促进和/或有利于形成富勒烯类产品。所述次区优选具体表现为管段，优选有保温且能根据需要被加热或冷却，在次区的起始端有用于注射燃料和/或氧化剂和/或添加剂的区域如提高流速的窄喉管段。所述次区可使燃烧器的气态流出物在可控制的温度下流动要求的停留时间。

[0076] 所述次区可使用于发生形成富勒烯反应的停留时间比用于合成富勒烯产品的常规系统所提供的长得多。典型地，用于合成富勒烯产品的常规系统有100-300ms的总反应停留时间，然后因热损失导致温度降至无法支持反应的低水平。所述次区可用次区的保温、加热或冷却使燃烧混合物无限期地维持在足以支持反应的温度，优选在1至10s的范围内。也可用常规火焰系统给所述次区供应燃烧和富勒烯中间体，使之可在一定温度下反应要求的停留时间。

[0077] 操作参数的优选范围如下：在主区内的停留时间优选在2～500ms的范围内，在次区内的停留时间在5ms～10s的范围内，总当量比优选在1.8～4.0的范围内，压力在10～400torr的范围内、优选在20～200torr的范围内、最优选在20～80torr的范围内，主区和次区的温度在1500～2500K的范围内。苯是优选的成富勒烯燃料。任何不成富 勒烯燃料均可使用，因成本和可用性优选使用甲烷。

[0078] 以下实施例用于说明本发明的精神但不限制其范围。例如，可使用不同的当量比、压力、停留时间、燃料、加料方法、收集方法等，仍在本发明范围内。

[0079] 实施例

[0080] 实施例1：

[0081] 使用与次区相连的主区，其流出物送入美国临时申请号60/393494中所述收集装置。主区由短的圆筒形室组成，其中所述圆筒的相对端或面设置有34个允许加入气体的0.02”开孔从而形成喷嘴，每个喷嘴都指向另一面。每面的喷嘴这样布置使之与对面相邻喷嘴的中心等距，换言之偏离对面喷嘴的中心线，以减小进入流体的动量损失和增强相对射流的夹带。使用当量比为2.4的预混苯(成富勒烯燃料)、O2、Ar混合物(Ar＝总进入物流的10％)，在90℃的温度和40torr的压力下以133m/s的速度离开喷嘴。主区的体积为
460cc，从而在主区内的平均停留时间为约30ms。用外部加热使主区的温度保持在1700K。 [0082] 射流的流动状态是层流，主区的总体积使主区的雷诺数小于2000。但夹带程度足以使主区内有足够的恒定状态变量的区域以致可近似为充分搅拌反应器。

[0083] 燃烧在主区内进行，形成燃烧中间体和一定量的富勒烯类产品。主区的流出物进入次区，次区由直径2”、长4”的保温喉管段组成，与直径6”、长4’的保温管相连，加热以保持1700K的恒温。由富勒烯产品和燃烧副产物组成的次区流出物进入美国临时申请号60/393494中所述收集装置。收集之前燃烧反应的总停留时间为约1s。图10示出该系统及传统燃烧合成法的C60浓度随停留时间变化函数的研究结果。可见该实施例中富勒烯浓度远远超过传统合成方法。此改进是因主区的充分混合特性和在控制温度下更长的停留时间所致。

[0084] 实施例2：

[0085] 采用与实施例1中所述相同的系统和条件，但用US 5273729中 所述火焰系统代替所述主区。图11示出该系统的C60浓度随停留时间变化函数的研究结果。可见该实施例中富勒烯的浓度远远超过传统合成方法。此性能改进是由在控制温度下保持更长停留时间的能力带来的。由于进入次区的常规火焰的稳定性限制，该实施例限于比实施例1更低的物料通过量。

[0086] 实施例3：

[0087] 使用与实施例1中所述相同的系统，但主区的流出物进入美国临时申请号60/393494中所述收集装置。

[0088] 实施例4：

[0089] 使用与实施例1中所述相同的系统，但主区在2.0的当量比下操作，在喉管段加入附加的气态苯使系统的总当量比为2.4。

[0090] 实施例5：

[0091] 使用与实施例1中所述相同的系统，但用常规燃烧器在1.0的当量比和1atm的压力下稳定甲烷/O2/Ar火焰，产生不含富勒烯的燃料中间体，供入主区。苯以气态加入主区使主区的总当量比为2.4。

[0092] 实施例6：

[0093] 使用与实施例3中所述相同的系统，但用#6燃料油代替苯，以液态供入。 [0094] 实施例7：

[0095] 使用与实施例1中所述相同的系统，但在喉管段引入卤化物质以提高次区的富勒烯生成量。

[0096] 实施例8：

[0097] 使用与实施例1中所述相同的系统，但用空气代替O2。

[0098] 实施例9：

[0099] 使用与实施例1中所述相同的系统，但使卤化物质与所述苯、O2、Ar混合物一起预混。

[0100] 实施例10：

[0101] 使用与实施例1中所述相同的系统，但苯、O2、Ar通过不同的喷嘴分开地供入主区。 [0102] 实施例11：

[0103] 使用与实施例1中所述相同的系统，但主区由一个向保持在100torr的室内加料的喷嘴组成，来自喷嘴的气流产生夹带周围流体的层流射流，从而造成循环，所述周围流体含有第一燃烧产物。主区内的流动是层流。在此情况下该主区不能准确地近似为充分混合，但此布置使预混燃料和氧化剂的流速比主区内不设置喷嘴时高。流速高是因主区的第一燃烧产物中存在的活性火焰中间体循环所致。

[0104] 实施例12：

[0105] 用有端部稳定的甲烷/O2/Ar(甲烷是不成富勒烯燃料)火焰的开式管组成喷嘴型火焰系统生产燃烧中间体，供入由室组成主区，所述室有用于以层状射流引入上述燃烧中间体的开口和用于引入煤焦油(成富勒烯燃料)的另一开口。所述煤焦油以液态供入主区。在主区内形成燃烧产物和富勒烯类产品。然后将主区的流出物供入由过滤器组成的收集系统。所述甲烷火焰在1atm下操作，主区在100torr的压力下操作。

[0106] 实施例13：

[0107] 用有端部稳定的甲烷/O2/Ar(甲烷是不成富勒烯燃料)火焰的开式管组成喷嘴型火焰系统生产燃烧中间体，供入由室组成主区，所述室有用于以层状射流引入上述燃烧中间体的开口和用于引入石油衍生的中间油品(成富勒烯燃料)的另一开口。所述石油衍生的中间油品以液态供入主区。在主区内形成燃烧产物和富勒烯类产品。然后将主区的流出物供入由过滤器组成的收集系统。所述甲烷火焰在1atm下操作，主区在100torr的压力下操作。

[0108] 实施例14：

[0109] 使用与实施例12中相同的系统，但由甲烷火焰形成的燃烧中间体和煤焦油通过同一开口进入主区。

[0110] 实施例15：

[0111] 使用与实施例12中所述相同的系统，但主区的流出物进入由管段组成的次区，在其中进一步反应，停留时间为1s，然后次区的流出物进入过滤器收集装置。