4. Технологическая часть.
Программа исследований предполагала постановку следующих экспериментов: окисление в токе СО2 исходных матриц, получение углеродных композиционных материалов на основе газа электрокрекинга, окисление в токе СО2 полученных материалов. В качестве исходных матриц применялись: волокнистый углерод (ВУ), деметаллизированный волокнистый углерод (ДВУ), неорганическая составляющая волокнистого углерода, остающаяся после его полного окисления, ТУ марки N330.
В качестве сырья использовался газ электрокрекинга дизельной фракции нефти (начало кипения 165ºС, конец кипения 346ºС), получаемый в экспериментальном реакторе при разложении нефтепродукта в низковольтных прерывистых микродугах, образующихся между токоподводящими графитовыми электродами и промежуточным контактом. Достоинством данного метода является возможность использования низкого напряжения (напряжение, подаваемое на электроды в ходе эксперимента, составляло 80 В), а также простота аппаратурного оформления.
Блок – схема проводимых исследований представлена на рисунке 4.1.
Описание блок схемы.
В качестве исходных матриц в процессе получения дисперсных углеродных структур использовались волокнистый углерод (ВВУ), деметаллизированный волокнистый углерод (ДВУ), неорганическая составляющая волокнистого углерода (НОВУ) и технический углерод марки N330. ДВУ получали деметаллизацией – обработкой волокнистого углерода раствором соляной кислоты. НОВУ получали в результате полного окисления ВВУ в токе СО2. ВВУ, ДВУ, НОВУ направляли на химический анализ для определения содержания и состава неорганического включения. Перед началом окисления материалов или синтеза на их поверхности новых углеродных образований образцы материалов выдерживали в токе инерта при 1000˚С в течение 10 мин и проводили аналитические измерения (определение адсорбционной поверхности, массы, объема образца). Первая часть исследования состояла в изучении закономерностей процесса окисления углеродных материалов. Определялся характер протекания процесса, изменение свойств материалов. Во второй части исследования осуществлялся синтез углеродных композиционных материалов путем разложения газа электрокрекинга дизельной фракции нефти на поверхности исходных матриц. Исследовались закономерности образования УКМ, проводилось определение их свойств. Полученные УКМ направлялись на химический анализ и подвергались окислению в токе СО2.
Важнейшей особенностью композиционных материалов является возможность целенаправленного изменения их свойств. Это достигается с использованием таких приемов
Блок – схема исследований.
как: выбор исходных матриц, варьирование параметров сырья и условий проведения процесса, изменение соотношения массовых концентраций различных по структуре и свойствам фаз, входящих в УКМ, комбинация различных методов модификации материалов. На рис. 4.2. представлена схема возможных направлений модификации УКМ.
Рис. 4.2. Схема возможных направлений модификации УКМ.
5.Экономическая часть. Введение.
Высокодисперсные углеродные материалы находят широкое применение в различных отраслях современной промышленности. Обладая высокой удельной адсорбционной поверхностью, они являются эффективными носителями катализаторов, адсорбентами для разделения газообразных и жидких смесей, наполнителями полимеров. Чтобы представить масштабы потребления этих продуктов достаточно сказать, что содержание технического углерода в резиновых смесях, используемых для получения автомобильных шин, составляет 30 % масс.. С развитием техники появляется потребность в новых высокодисперсных материалах, обладающих улучшенными основными свойствами, такими как структурность, адсорбционная емкость, дисперсность, механическая прочность, химическая стабильность, а также специальными свойствами: химический состав, магнитные характеристики. Это в свою очередь ставит перед исследователями задачи по поиску эффективных методов получения новых материалов.
В последнее время появилась информация о новом виде высокодисперсных углеродных материалов – волокнистом углероде [8]. Это композиционный материал, который содержит в своей структуре микрочастицы исходного катализатора – реагента, что дает возможность получать продукт с заданными свойствами. ВУ применяется в качестве носителя катализаторов, адсорбента для разделения газообразных и жидких смесей, красящего вещества тонеров, наполнителя полимерных матриц для производства электропроводящих, антистатических, магнитных материалов, материалов для защиты объектов от ЭМИ [1-6, 16-17]. Перспективным может быть использование ВУ в качестве аккумулятора водорода при создании водородных топливных элементов [89-94]. В связи с этим становятся актуальными вопросы разработки технологии получения ВУ, выбора оборудования, поиска сырья.
В ранее опубликованных исследованиях указывалось на возможность образования данного продукта из газообразных углеводородов [8]. Задачей данной работы было выявление возможности использования для этой цели в качестве сырья газообразных продуктов электрокрекинга тяжелых фракций нефти.
Проведенные исследования показали что газ, образующийся при электрокрекинге в низковольтной рвущейся дуге тяжелых нефтепродуктов, может выступать в качестве сырья для процесса получения углеродных композиционных материалов, в частности, волокнистого углерода. Установлены некоторые закономерности процесса образования УКМ, изменения их свойств. Следующим этапом исследования может быть поиск оптимального режима процесса получения УКМ (температура, давление, время контакта, расход и состав сырья).