- •Дипломная работа
- •Введение.
- •2. Литературный обзор.
- •2.1 Технический углерод.
- •2.1.1 Строение и свойства технического углерода.
- •2.1.1.1 Строение частиц. Методы исследования [18,19].
- •Рентгеноструктурный анализ.
- •Электронная микроскопия высокого разрешения.
- •Исследование окисленных саж.
- •2.1.1.2 Дисперсность и методы ее определения [19].
- •Методы определения дисперсности.
- •2.1.1.3 Адсорбционные свойства. Методы исследования.
- •2.1.1.4 Структурность [19].
- •Метод комплексного анализа саж (метод ''КомпАс'').
- •2.1.2 Получение саж. [19, 63].
- •2.1.2.1 Печной способ.
- •2.1.2.2 Канальный способ [18].
- •2.1.2.3 Термический способ [19].
- •2.1.2.4 Ацетиленовые сажи [19].
- •2.1.3. Способы получения ацетиленсодержащих газов и сажи [19].
- •2.1.3.1. Термоокислительный пиролиз природного газа.
- •2.1.3.2. Электрокрекинг природного газа.
- •2.1.3.3. Разложение жидких углеводородов в различных видах электрических разрядов [19,71].
- •2.2 Волокнистый углерод.
- •3. Экспериментальная часть
- •3.1. Постановка задачи исследования.
- •3.2 Характеристика объектов исследования.
- •Характеристики волокнистого углерода.
- •3.3 Описание лабораторной установки и методик проведения экспериментов.
- •3.3.1 Описание лабораторной установки.
- •3.3.2 Методика проведения исследований.
- •3.3.2.1 Газохроматографическое определение адсорбционной поверхности.
- •3.3.2.2 Получение углеродных композиционных материалов.
- •3.3.2.3 Окисление углеродных композиционных материалов.
- •3.4 Полученные результаты и их обсуждение.
- •3.4.1. Обсуждение результатов процесса окисления исходных углеродных матриц.
- •3.4.2. Обсуждение результатов исследования процесса получения углеродных композиционных материалов путем разложения газа электрокрекинга на поверхности исходных матриц.
- •4. Технологическая часть.
- •Описание блок схемы.
- •Блок – схема исследований.
- •5.Экономическая часть. Введение.
- •5.1. Сетевой график исследования.
- •5.2. Смета затрат на проведение исследования.
- •5.2.1 Расчет заработной платы.
- •5.2.2 Затраты на сырье, материалы и реактивы (табл. 5.3.).
- •5 .2.3 Расчет затрат на электроэнергию для технологических целей (табл 5.5.).
- •Расчет затрат на электроэнергию
- •5.2.4 Расчет амортизации приборов и оборудования.
- •5.2.5 Накладные расходы
- •5.2.6 Суммарные затраты на проведение исследования .
- •5.3 Оценка эффективности работы [96, 97].
- •6. Охрана труда и промышленная экология.
- •6.1 Промышленная экология.
- •6.2 Охрана труда.
- •6.2.1 Токсические и пожароопасные свойства веществ.
- •6.2.2 Обобщенный анализ потенциальных опасностей.
- •6.2.3 Обоснование мер безопасности при проведении потенциально опасных операций.
- •6.2.4. Электробезопасность.
- •6.2.5. Санитарно-гигиенические условия в лаборатории.
- •6.2.6 Пожарная безопасность в лаборатории и средства пожаротушения.
- •7. Выводы.
- •8. Список литературы.
2.1.3.1. Термоокислительный пиролиз природного газа.
Наиболее распространенный способ переработки природного газа в ацетилен. При работе по этому методу часть газа сжигается в токе кислорода с получением тепла, необходимого для конверсии оставшейся части сырья до ацетилена. Исходные продукты – метан и кислород – предварительно нагревают до температуры 550-6000С и направляют в реактор, состоящий из смесителя (СН4:О2 – 1:0,65), диффузора, горелки, реакционной камеры и закалочного устройства. Закалка способствует предотвращению разложения ацетилена на элементы. На 1 кг С2Н2 расходуется: природного газа – 4,5-6,5 кг; кислорода – 4,9 кг; водяного пара – 4 кг, электроэнергии - 1,5-2,0 кВт.ч. Выход сажи составляет - 3%, (такой же порядок, как при канальном способе ее производства). Состав газа (% объемные): С2Н2 – 7-9 %, Н2 – 45-55 %, СН4 – 5-25 %, СО – 26-27 %, СО2 – 3-4 % [65].
Сажи, получаемые в этом процессе, имеют довольно высокие значения удельной поверхности (60-120 м2/г), являются низкоструктурными (0,65-0,85 см3ДБФ/г).
2.1.3.2. Электрокрекинг природного газа.
Осуществляется в стальных охлаждаемых водой реакторах, в которых между двумя электродами, подключенными к высоковольтному (8000 В) источнику постоянного тока, возбуждается электрическая дуга. В зону ее действия, где средняя температура поддерживается на уровне 16000С, вихревым потоком со скоростью 100 м/с подается природный газ. Выводимые из этой области продукты реакции, проходя через водоохлаждаемую трубу, остывают до температуры 600оС, а затем, впрыскиванием воды, резко охлаждаются до 150оС. После выделения сажи в нескольких последовательно установленных циклонах, пенном аппарате и электрофильтре, реакционные газы поступают на разделение. Их состав (% объемные): С2Н2 - 11-13 %, СН4 (неразложившийся) – 28-30 %, Н2 – 56-58 %, N2 – 3-7 %. Расход электроэнергии составляет 13000 кВт.ч/тонну С2Н2.. На тонну С2Н2 в зависимости от исходного состава газа получается от 60 до 180 кг сажи.
Сажи электрокрекинга метана имеют высокие значения удельной поверхности и являются высокоструктурными [65].
2.1.3.3. Разложение жидких углеводородов в различных видах электрических разрядов [19,71].
Общим для всех рассмотренных выше способов получения саж является то, что их реакционные устройства имеют высокотемпературную область, в которой происходит превращение сырья и образование целевых продуктов, направляемых далее в зону, где производится их закалка. Вся образовавшаяся сажа находится в объеме реакционных газов.
При разложении жидких углеводородов в электрических разрядах образующиеся газы мгновенно вытесняются в окружающую жидкую среду, где происходит их мгновенная закалка. Затем реакционные газы, пройдя слой сырья, удаляются из реактора, а сажа почти полностью в диспергированном виде остается в жидком продукте.
Исследования с использованием высоковольтной дуги [67], возбуждаемой от источника напряжением 15000 В промышленной частоты, позволили установить, что характер перерабатываемого сырья оказывает существенное влияние на составы и выходы продуктов распада. Из парафиновых углеводородов получается газ, содержащий (в объемных %) : С2Н2 – 31-33 %, С2Н4 - 9 %, СН4 - 2 %, Н2 – 57-58 %. Выход сажи составил - 14%, а расход электроэнергии – 9 кВт.ч/кг С2Н2. Из бензола получено: С2Н2 – 41,4 %, С2Н4 - 0,8 %, СН4 - 0,2 %, Н2 – 58%. Выход сажи составил 53,7%, а расход электроэнергии – 9,3 кВт.ч/кг С2Н2. При использовании высоковольтных дуговых разрядов можно работать под давлением до 0,5 МПа [68], осуществлять совместное разложение тяжелых и легких фракций нефтепродуктов, подавая последние в испаренном виде между электродами, находящимися в окружении высококипящего сырья [69].
Разложению в электрической дуге могут быть подвергнуты различные фракции углеводородов. Состав образующихся газов и выход сажи зависит от природы сырья, что иллюстрируется данными, приведенными в табл. 2.2. [71].
Таблица 2.2.
Составы и выходы продуктов, полученных при электрокрекинге нефтепродуктов и пиролизных смол [71].
Фракции
|
Состав газа % об.
|
Выход газа % масс.
|
Выход сажи, % масс.
|
||||||||||
C2H2 |
CnH2n |
CnH2n+2 |
H2 |
C2H2 |
CnH2n |
CnH2n+2 |
H2 |
||||||
Бензиновая Керосиновая Дизельная Сырая нефть Пиролизная смола |
25,9 28,3 27,5 28 27,3
|
11,0 9,7 10,8 8,4 3,7
|
4,8 4,5 4,5 6,2 4,0
|
58,3 57,5 57,2 57,4 65,0
|
46,8 45,6 39,7 38,3 26,9
|
19,7 16,8 15,1 12,3 3,9
|
4,4 4,4 4,0 5,2 2,5
|
7,9 7,2 6,0 6,1 5,0
|
21,2 25,9 35,1 38,1 61,7 |
||||
Таким образом, в процессе электрокрекинга жидких углеводородов в качестве исходного сырья может быть использована широкая гамма нефтепродуктов, начиная от низкокачественных бензинов, заканчивая тяжелыми остатками нефтепереработки.