Разработка новых технологических решений при получении печного техуглерода

• Автор: Лапшин, Михаил Петрович
• Шифр специальности: 05.17.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. Перспективы совершенствования процессов производства техуглерода

1.1 Механизм образования дисперсного углерода

1.2 Основные характеристики техуглерода и методы исследования

1.3 Перспективы развития сырьевой базы техуглерода

1.4 Коксообразование в процессах получения техуглерода

1.5 Структура производства и потребления печного техуглерода в России

1.6 Направления совершенствования технологии получения техуглерода

1.7 Выводы из обзора литературы и обоснование направлений исследования

2. Объекты и методы исследования

2.1 Объекты исследования
2.2 Методы анализа сырья и продуктов
2.3 Основы технологии получения печного техуглерода и методика эксперимента
3. Закономерности образования печного техуглерода
3.1 Закономерности процесса получения техуглерода П1 2
3.2 Некоторые закономерности минерализации техуглерода П1 2
3.3 Материальный и тепловой балансы производства техуглерода П1 2 из
природного газа
4. Направления совершенствования процесса производства техуглерода
П1 2
4.1 Производство техуглерода П1 2 из газожидкостного сырья
4.1.1 Материальный и тепловой балансы производства техуглерода П1 2
4.1.2 Интенсификация сажеобразования распылом жидкого сырья
4.2 Научное обоснование интенсификации производства техуглерода П1 2
при неполном горении природного газа
4.3 Испытание образцов техуглерода в эластомерах
4.4 Экономическая оценка способов совершенствования процесса производства
техуглерода П1 2
5. Выводы
Приложение
Список использованных источников


Критическое значение отношения топливо/воздух всегда меньше стехиометрического, которое достигается, когда атом углерода присоединяет один атом кислорода с образованием окиси углерода. В диффузионном пламени существуют зоны, где отношение Пс/По достаточно высокое (из-за недостаточного смешения), где происходит пиролиз топлива при достаточно высокой температуре с образованием сажи, которая попадая в зону сгорания, обогащённую СС>2 и Н газифицируется с образованием СО. Если в молекуле топлива содержатся атомы кислорода, то это также влияет на критическое отношения Лс/п0. Качество техуглерода, как продукта, и его выход определяются не только соотношением топливо/воздух, но и степенью смешения (гомогенизации) воздуха с углеводородами сырья [], а также составом сырья []. На процесс сажеобразования влияет подвод физического тепла в систему. Предварительный подогрев топлива или воздуха увеличивает степень разложения углеводородного сырья и, соответственно, выход продукта [-]. Давление оказывает незначительное влияние на величину соотношения Пс/п0. Образование дисперсного углерода, как правило, происходит при температурах > К. При пониженных температурах (до К) и продолжительном времени протекания реакций происходит карбонизация углеродсодержащих соединений, и в этом случае образуются не сажевые частицы, а кокс. Несколько слов о механизме сажеобразования. Под механизмом сажеобразования понимают совокупность реакций, которые позволяют пройти путь от исходной молекулы углеводородного сырья с несколькими атомами углерода до твёрдой частицы сажи, содержащей от десятков до нескольких миллионов атомов углерода [9,]. Механизм должен включить описание стадий пиролиза, дегидрирования, нук-леации исходных углеводородов, возникновения и развития новой фазы, включая агломерацию промежуточных образований и их карбонизацию (рис. Существует ряд гипотез, правильнее сказать, схем и моделей возникновения твёрдой фазы из углеводородов при пиролизе и неполном горении. Краткий обзор механизмов и схем образования сажи приведен в работе Битнера и Ховарда []. В моделях рассматриваются различные аспекты экспериментальных данных, поэтому каждая модель имеет недостатки, а выводы моделей иногда противоречивые. Сложность обобщения заключается в том, что экспериментальные работы выполнены авторами в разное время, на различном экспериментальном оборудовании. Иногда интерпретация одинаковых результатов различными авторами приводит к противоречивым выводам, подтверждая сложность рассматриваемой проблемы. Рисунок 1. Поскольку внутреннее строение сажи мало зависит от состава исходного сырья, то принципиальные различия в сажевой структуре определяются условиями начальных стадий. Некоторые авторы считают, что сажа образуется из исходных углеводородов по радикальному механизму (рис. Рядом авторов высказано предположение, что ацетилен, дифенил, полицик-лические ароматические углеводороды (ПАУ), радикалы этих углеводородов и углеводородные ионы являются промежуточными соединениями или предшественниками сажевых частиц, на которых далее идет гетерогенный рост. Рисунок 1. Не отдавая предпочтения ни одному из многочисленных взглядов, ограничимся ссылкой на обзоры [, ], где подробно рассмотрены две основные схемы, каждая из которых имеет свою область применения и подтверждена экспериментальными исследованиями. Первая схема основывается на ацетилене, как необходимом промежуточном продукте при образовании сажи. Вторая схема базируется на важной роли ПАУ. Есть все основания считать, что это две ветви одного процесса, вероятно разной продолжительности. Следует признать, что в настоящее время нет модели, которая могла бы адекватно описать процесс сажеобразования при неполном горении углеводородов, и расчётные результаты которой можно было бы сопоставить с экспериментальным материалом, накопленным в промышленной практике. Однако, разработаны методы, позволяющие с достаточной точностью определять концентрацию частиц, скорости зародышеобразования и гетерогенного роста сажи, период индукции и использовать эти данные в технологических расчётах для промышленных процессов [].