Способ получения пиролитического углерода

 

Сущность изобретения: пиролитический углерод получают путем термического разложения метана при воздействии акустических колебаний с уровнем звукового давления 130-146 дБ и частотой 4-15 кГц. Количество выделившегося углерода возросло на 8,1-17,7% по сравнению с прототипом , степень использования метана - на 13,7-16,3%. 1 з.п. ф-лычЗтабл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1 (21),4907218/26 (22) 31.01.91 (46) 30.01.93. Бюл. N.. 4 (71) Казахский политехнический институт им. B,È.Ëåíèíà и Оскольский электрометал-! лур ический комбинат (72) Ю.П,Романтеев, В.E.Ïîïoâ, А,М.Ереметов С.А,Пчелкин, Г.А.Зинягин, Н,O.Äæàáàев С.С.Гончаров (56) Воскобойников В.T. и др, Общая металлур ия. M.: 1985, с. 126-136, Изобретение атно<:ится к химической тех ологии и может быть использовано в мет ллургических процессах, например в бес оксовом способе производства железа.

В современном способе бескоксового пол чения железа после восстановления жел зорудных окатышей требуется науглеро ивание свежевосстановленного железа ока ышей для облегчения последующего эле тротермического переплава их. Науглеро ивание производится выделяемым в про ессе пиролиза подаваемого в печь природ ого газа (метана) или монооксида углерода углеродом. Процесс разложения углеродсодержэщего газа ускоряется в присутствии катализатора.

Известный способ разложения углеродсодержащих газов имеет недостаточно высок е показатели по скорости разложения и кол честву выделяемого сажистого углерода при повышенных те лпературах. елью изобретен я является интенсификация процесса и повь>шение степени использования метана. ! (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИРОЛИТИЧЕСКОГО УГЛ Е РОДА (57) Сущность изобретения: пиролитический углерод получают путем термического разложения метана при воздействии акустических колебаний с уровнем звукового давления 130 — 146 дБ и частотой 4 — 15 кГц.

Количество выделившегося углерода возросло на 8,1 — 17,7% по сравнению с прототипом, степень использования метана — на

13,7 — 16 3%. 1 з,п. ф-лы,„3 табл.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения углерода из углеродсодержащих газов пиролизом для увеличения количества получаемого углерода и степени использования газа в реакционной зоне возбуждают акустические колебания с уровнем звукового давления 130 — 145 дБ и частотой 4 — 15 к Гц.

Известно, что скорости физико-химических превращений, протекающих на границе газ-твердое, газ-жидкость, определяются самой медленной стадией, связанной с подводом вещества к реагирующей поверхности и отводом образующих компонентов.

Эта стадия происходит в пограничном слое диффузионно на молекулярном уровне, где скорости конвективных потоков спадают до нуля. Один из методов увеличения массопередачи в газообразных средах является увеличение скорости потока с помощью интенсивных звуковых колебаний, В звуковом поле толщина пограничного слоя уменьшается, сни:кение толщины пбграничного слоя в звуковом поле ускоряет тепломассообменные процессы эа счет уве1791375

450 С (через 50 С) при продолжительности пропускания газа 30 мин, за.опыт в среднем при озвучивании среды количества выделенного в минуту сажистого углерода возросло на 8.1 922,74 х 10 вместо 21,04 х 55 х 10 г/мин), Изменение температуры с 800 до

1000 С (табл.1) при продолжительности пропускания газа 30 мин за опыт в среднем личения градиента концентрации веществ или температуры в пограничном слое.

Способ был испытан на примере разложения метана, которое проводилось как без катализатора, так и в его присутствии, в качестве катализатора использовались металлизованные железорудные окатышы.

Пример 1. Озвученный или неозвученный метан при расходе 4,8 л/ч пропускался через реакционную кварцевую трубку, помещенную в электрическую печь, последняя нагревалась до 1000 С со скоростью 5 /мин, Показано, что в акустическом поле выделение сажистого углерода эа счет пиролиза метана начинается при более низких температурах (на 50 — 70 С), т.е. при

800 — 810 С в акустическом поле вместо 860—

870 С без такового. Исследования в акустическом поле проводились при уровне звукового давления 120 — 155 дБ и частоте

2,5 — 16,5 кГц. Выделение сажистого углерода начинается при уровне звукового давления 130 дБ и частоте 4 кГц, При уровне звукового давления более 145 дБ и частоте более 15 кГц количество выделенного сажистого углерода оставалось практически постоянным, Пример 2. На описанной в примере 1 установке в качестве катализатора использавались дробленые металлизованные железорудные окатышы (крупностью 0,14—

0,65 мм), массой 1,0-1,5 г. Расход природного газа поддерживался постоянным и составлял 4,8 л/ч. Исследования проводили в интервале температур 300 — 450 С и 800—

1000 C продолжительностью 20 — 60 мин. Накладываемые звуковые колебания имели частоту 4,6 кГц и уровень звука 140 дБ. Степень разложения метана определяли по количеству выделенного углерода весовым методом, Изменение продолжительности пропускания газа через реакционную зону в присутствии катализатора при температуре

450 С от 20 до 60 мин показало, что в среднем при озвучивании среды количество выделенного в минуту сажистого углерода возросло на 11,4 (17.66 х 10 вместо

15,85 х 10 г/мин), Изменение температуры от 300 до

50 при озвучивании среды количество выделенного в мин. сажистого углерода возросло на 17,7 (207,94 х 10 вместо 176 х х10 г/мин).

Проведенное исследование показывает, что при наложении акустических колебаний в зоне разложения метана скорость реакции значительно увеличивается (8,1—

11,4 ). С ростом температуры эффект возрастает (17,7 ).

Исследование влияния частоты колебаний и уровня звукового давления на процесс пиролиза метана проведено при 900 С, частота колебаний изменялась от 0 до 16,5 кГц, уровень звукового давления — от 120 до

150 дБ, B табл,2 приведены средние количества выделенного углерода при пиролизе метана в зависимости от частоты колебаний. Видно, что наиболее интенсивное выделение углерода происходит при частоте колебаний 4—

15 кГц, B табл. 3 приведены средние количества выделенного углерода при пиролизе метана в зависимости от уровня звукового давления. Наибольшее выделение углерода наблюдается при уровне звукового давления 130 — 145 дБ. При этом повышается степень использования метана на 13,7—

16,3 .

Таким образом, наложение акустических колебаний в углеродсодержащем газе способствует его разложению с выделением углерода, В акустическом поле разложение углеродсодержащего газа начинается при более низких температурах, Так, пиролиз озвученного метана происходит при 800810 С вместо 860 — 870"С для неозвученного, количество выделенного углерода при озвучивании метана возрастает в среднем на

8,1-17,7 (в зависимости от температуры пиролиза). Наибольшее выделение углерода в акустическом поле наблюдается при уровне звукового давления 130-145 дБ и частоте колебаний 4-15 кГц. Степень использования метана в акустическом поле возрастает на 13,7-16,3 / .

Формула изобретения

1; Способ получения пиролитического углерода путем термического разложения метана, о тл и ч а ю шийся тем. что. с целью интенсификации процесса и повышения степени использования метана. разложение ведут при воздействии акустических колебаний.

2. Способ по п,1, отличающийся тем, что акустические колебания имеют уровень звукового давления 130-145 дБ и частоту 4 — 15 кГц.

1791375

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

15

Составитель Романтеев

Техред М,Моргентал Корректор Н. Бучок

Редактор

Производственно-изд тельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 130 Тираж Подписное

Bt ИИПИ Государс гвен ого комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5