Технология утилизации жидких органических отходов в электрической дуге с получением углеродных материалов, страница 8

Контроль температуры в печи осуществлялся хромель-алюмелевой термопарой вкомплекте с прибором марки ТРМ. Температуру регулировали изменением напряжения,подаваемого на клеммы печи.Подсушенную пасту формовали под давлением 50,6 кПа. Для этого использовалсялабораторный пресс марки ПЛГ–20. Материалу придавали форму цилиндра диаметром 5,0 мм ивысотой 10,0 мм.2.2.2.2. Коксование сажесодержащей пастыКоксование пасты проводили на установке, схема которой представлена на рисунке 20.Перед пуском установки в реактор загружалась навеска исходной или формованнойсажесодержащей пасты массой ~ 3÷5 г.

Установка герметизировалась и продувалась инертнымгазом в количестве, превышающем объем реактора в 3÷5 раз.Реактор коксования представляет собой вертикальный металлический цилиндр, сднищем и крышкой, снабженной штуцерами. Нагрев реактора осуществлялся электрическойспиралью, находящейся в кожухе реактора, изолированной от контакта с его поверхностью.Мощность нагрева регулировали варьированием напряжения, подаваемого на клеммы спирали.Образующийся паро-газовый поток направлялся в водяной холодильник.

Сконденсировавшиесяжидкие продукты поступали в приемную коническую колбу, а газ через газовый счетчиксбрасывался под тягу.Параметры процесса коксования контролировались и регулировались каждые 10 минут.Контроль температуры обеспечивался хромель-алюмелевой термопаройв комплекте сприбором марки ТРМ. Давление в реакторе фиксировали манометром. Анализ отходящего газаосуществлялся не реже, чем через 30 мин.Эксперимент продолжался ~ 2 часа (30 мин.

после прекращения выделения жидких игазообразных продуктов). После этого реактор охлаждался до комнатной температуры, образцыкокса выгружались и хранились в эксикаторе в закрытых бюксах481 – реактор; 2 – водяной холодильник; 3 – газовый баллон; 4 – коническая колба;5 – газовый счетчик марки ГСБ-400; 6 – хромель-алюмелевая термопара;7 – лабораторный автотрансформатор; 8 – прибор марки ТРМ; 9- манометр.I - инертный газ (азот); II - вода.Рисунок 20.

Схема лабораторной установки коксования сажесодержащей пастыэлектрокрекинга органического сырья.2.2.2.3 Методы анализа исходного сырья и продуктов процессовХарактеристики, определяющие структурность и дисперсность агрегатов техническогоуглерода и сажи, рассчитывались по формулам метода КомпАС [49].Зависимость изменения массы образца пасты от температуры (дериватограмма) былаполучена на приборе марки «ТЕРМОСКАН-2». Данный прибор объединяет в одномдвесистемы: термовесы и дифференциальный термический анализатор (ДТА). Температурныйдиапазон анализа до 1000 С, скорость нагрева 5 град/мин, погрешность определениятемпературы ±1 С, точность определения изменения веса образца 0,02 г, объем навескиисходного образца 0,5 см3.Микроструктура углеродного материала определялась в соответствии с методикой ГОСТ26132-84 «Коксы нефтяные и пековые.

Метод оценки микроструктуры». При определении49микроструктуры использовалсяинвертированный металлографический микроскоп AxioObserver A1m.2.3. Обсуждение экспериментальных результатов коксования пастыэлектрокрекинга УВ-6 и УВ-122.3.1Получение формированных заготовок из пасты электрокрекингаПолучение углеродного материала из пасты электрокрекинга возможно термообработкойисходной пасты или формированных изделий, полученных на ее основе. В ряде случаев второйвариант может оказаться более предпочтительным. Поэтому было необходимо исследоватьвозможность формования заготовок из сажевой пасты.Заготовки формовали методом экструзии или прессованием при давлении 50,6 кПа.Низкое содержание углеродных составляющих в исходной пасте (~10 % масс.) не позволялополучить изделия устойчивой формы.

Для увеличения содержания углеродной составляющей впасте её обрабатывали на воздухе или в инертной среде при температурах 130 °С, 150 °С и 180°С, а также компаундировали с техническим углеродом (ТУ).Изменение содержания углерода в пасте электрокрекинга УВ-6 в процессе её сушкипоказано на рисунке 21. Обработку проводили в токе аргона или воздуха, (расход 60 мл/мин.)при 130 °С.Видно, что по мере увеличения продолжительности термообработки пасты содержание вней дисперсного углерода увеличивается.Подсушенные образцы пасты направлялись на формовку.

Было установлено, что формусохраняли только изделия, полученные из пасты, термообработанной на воздухе, при этомсодержание углерода в пасте должно было быть не менее 14 % масс. (экспозиция 4 часа иболее).Достичь указанной концентрации углерода в пасте возможно обработкой при различныхусловиях: при больших расходах газа или при более высокой температуре обработки. И тот идругойвариант представляют определенный интерес, так как позволяют сократить времяобработки. Были проведены дополнительные исследования по обработке пасты в среде воздухапри температурах 150 °С и 180 °С и при расходе воздуха 60мл/мин, и при температуре 130 °Срасход воздуха 30 мл/мин и 100 мл/мин.501 и 2 – среда аргон и воздух соответственно. Расход газа 60 мл/мин, температураобработки 130 °С.Рисунок 21.

Изменение концентрации углерода в пасту электрокрекингаУВ-6, в процессе её сушкиДругим способом повышения содержания углерода в пасте является более глубокийотбор жидкой фазы на стадии фильтрации. В работе это моделировалось введением в пастуэлектрокрекинга ТУ в количестве 0.5, 1.0, 2.0, 7.0 и 10.0 %. Характеристики ТУ,использованных в качестве добавок, приведены в таблице 15.Условия обработки исходной пасты, время, необходимое для повышения концентрацииуглерода в пасте до 14 %, и возможность последующей формировки показаны в таблице 16.Несмотря на одинаковое содержание сажи в образцах ~ 14 % масс, возможность ихформования достигалась не во всех случаях. Очевидно, формуемость пасты обусловлена неабсолютным содержанием сажи в пасте, а химическими реакциями, которые протекают впроцессе низкотемпературной обработки углерода на воздухе.51Таблица 16 – Влияние условий предварительной обработки пасты на её последующуюформуемостьУсловия обработкиТемпература,°ССредаРасходВремягаза,обработки,мл/мин.минСодержаниекислородсодерДобавка Формуемость жащих соединенийв пасте,ТУ% масс.130Аргон60240–Нет–130Воздух60240–Есть21,9150Воздух6020–Нет15,1180Воздух6010–Нет13,1130Воздух30480–Есть23,7130Воздух10060Нет5,9–––––П–803Нет6,0––––П–513Нет5,8––––П–323Нет5,9Как уже указывалось, при термообработке в токе воздуха возможно частичное окислениевысокомолекулярных углеводородов пасты.

При этом возможна их поликонденсация,приводящая к увеличению молекулярной массы и вязкости, что обеспечивает последующуюформуемость.В этом плане уместно указать на одну из стадий производства углеродных волокон изпековых или полиакрилонитрильных волокон [77]. Она проводится при температурах ~ 150 °Сна воздухе, после чего волокна сохраняют форму при нагреве до температур 800÷1000 °С.Протекание процессов окисления подтверждается результатами группового анализавысокомолекулярных углеводородов пасты, свидетельствующими об увеличении содержания вней кислородсодержащих соединений.Аналогичные результаты были получены при формовании пасты, образовавшейся впроцессе электрокрекинга УВ-12. Концентрация сажи в исходной пасте была также 10 %.Обработка пасты на воздухе и повышение концентрации углерода до 14 % позволила получитьформуемый образец.

Использование сырья с большим молекулярным весом и большейвязкостью для получения пасты позволило поднять температуру обработки до 280 °С. Времяобработки 2 часа и расход 60 мл/мин. При 130 °С время обработки возрастало до 10 часов.522.3.2. Высокотемпературная обработка сажевой пастыПроцесс коксования пасты – политермический и протекает в диапазоне температур откомнатной до конечной температуры обработки. Одним из способов исследования такихпроцессов является дериватография.На рисунке 22 приведены дериватограммы, полученные для паст УВ-6 и УВ-12.

На нихможно выделить 3 температурных участка: от начала нагрева до ~ 450 °С; 450 °С÷550 °С, ивыше 550 °С. Видно, что основные изменения массы образцов происходят на 1 и 3 этапах, а винтервале 450 °С÷550 °С масса практически не меняется. Сопоставляя это с основами теорииобразования кокса [69], можно заключить, что именно в этом температурном диапазонепротекает процесс коксообразования.