Способ получения пиролитического углерода

(56)лур В,И,Ле ически Ю,П,Р С.А,П С.С.Го Воско ия, М. М.ЕремеО.Джабатал 3, Бюл. М. 4кий политехническийнина и Оскольский элей комбинатмантеев, В,Е.Попов, Аелкин, Г,А.Зинягин, Ннчаровойников В.Т, и др, Общ1985, с. 126-136,Изобретение относится 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 переп лава их, Науглеро ивание производится выделяемым в про ессе пиролиза подаваемого в печь природ ого газа (метана) или монооксида углерода углеродом, Процесс разложения углеродсодержащего газа ускоряется в присутствии катализатора.Известный способ разложения углерод- содержащих газов имеет недостаточно высок е показатели по скорости разложения и кол честву выделяемого сажистого углерода при повышенных те лпературах.Целью изобретенья является интенсификация процесса и повьшение степени использования метана.(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПИРОЛИТИЧЕСКО ГО 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 - 16,30/,. 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 кГц,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 уве 1791375450 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 8,1922,74 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.П р и м е р 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 эасчет 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 уровнезвукового 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 сажи- стого углерода оставалось практически постоянным.П р и м е р 2. На описанной в примере 1 установке в качестве катализатора использавались дробленые металлизованные железорудные окаты шы (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 С 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 5 101520 2530 3540 4550 при озвучивании среды количество выделенного в мин, сажистого углерода возросло на 17,7(207,94 х 10 вместо 176 х х 10 г/мин).Проведенное исследование показывает, что при наложении акустических колебаний в зоне разложения метана скорость реакции значительно увеличивается (8,1 - 11,4 ф ). С ростом температуры эффект возрастает (17,7 ф),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,В 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,В 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 ф .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 800- 810 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 щ и й с я тем. что. с целью интенсификации процесса и повышения степени использования метана, разложение ведут при воздействии акустических колебаний,2. Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что акустические колебания имеют уровень звукового давления 130-145 дБ и частоту 4 - 15 кГц,1791375 Таблица 1 Таблица Таблица оставитель Романтеехред М,Моргентал едактор Корре учо изводственно.издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 аказ 130 Тираж В ИИПИ Государсгвеного комите 113035, МоскваПодписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ СС