Введение к работе
Актуальность проблемы. Ожидаемое в ближайшее десятилетие снижение добычи нефти при одновременном росте доли сернистых и высокосернистых нефтей требует поиска принципиально новых технических решений и совершенствования существующих процессов, направленных на углубление переработки нефти, организацию производств новых продуктов, рационального использования остатков, эффективной утилизации отходов, решения вопросов экологической защиты районов. Большое внимание уделяется нефтеполимерным материалам.
Производство углеродных волокон представляет собой быстро развивающуюся отрасль химической промышленности. Углеродные волокна обладают уникальными свойствами. Перспективным, доступным и дешевым сырьём для их получения являются мезофазные и изотропные нефтяные пеки. Поэтому разработки процессов получения пеков различного назначения на основе остаточных и дистиллятных продуктов нефтепереработки приобретают важное значение. Технико-экономичекие показатели этих процессов определяются физико-химическими свойствами нефтяных остатков. В последние годы для исследования нефтяных остатков всё чаще используются приёмы коллоидной химии и физико-химической механики.
Пеки являются многокомпонентными гетерогенными и термодинамически неустойчивыми системами. Надмолекулярные структуры присутствуют в аморфных пеках и сохраняются в расплавах, а также растворах пеков в термодинамически плохих растворителях. Надмолекулярные образования с сольватнои оболочкой определяют не только структуру и реологические свойства пеков, но и физико-механические свойства формируемых на их основе изделий, в частности углеродво-
локнистых материалов. Следовательно, изучение таких систем, разработка технологических приёмов регулирования их структурно-механических свойств, является важным этапом на пути улучшения качества углеродных волокон.
Цель работы. Исследование состава и физико-химических свойств дисперсных систем на основе высокомолекулярных соединений нефтяных остатков. Установление закономерностей изменения реологических свойств этих систем в объёмных и граничных слоях при изменении температуры и состава смеси.
Научная новизна. Для дисперсий высокомолекулярных соединений в углеводородной среде установлены значения параметров состояния (температура, концентрация, скорость и напряжение сдвига), характеризующие границу перехода от связнодисперсных к свободно-дисперсным системам и молекулярным растворам.
Показано, что зависимость вязкости асфальтенонаполненных модельных систем от концентрации и среднечисловой молекулярной массы асфальтенов имеет сложный нелинейный характер, предложены уравнения, связывающие эти величины.
Обнаружено, что энергия активации вязкого течения нефтяных дисперсных систем близка к подобной величине для расплавов полимеров, хотя вязкость последних на пять-семь порядков выше.
В результате исследования реологических свойств тонких граничных слоев предложены уравнения кинетики изменения толщины фаничного слоя, методика определения её равновесного значения и уравнение для описания зависимости этой величины от напряжения сдвига, возникающего под действием нормальной нагрузки на плоскопараллельные диски.
Практическая ценность. Данные исследования физико-химических свойств дисперсных систем на основе высокомолекуляр-
5 ных соединений нефтяных остатков использованы для интенсификации процессов производства волокнообразуюших пеков методом сольвентного фракционирования. По предложенной технологической схеме получены высокоплавкие нефтяные пеки и испытаны в качестве сырья для получения углеродволокнистого материала с положительными результатами.
Апробация работы. Отдельные разделы диссертационной работы докладывались на 8-ом и 9-ом отраслевом совещании "Проблемы и перспективы развития Томского нефтехимического комбината'", Томск, 1995, 1996 гг.
Публикации. По результатам работы опубликовано 5 статей в научно-технических журналах и сборниках. Материалы диссертации использовались при разработке технико-экономического обоснования и регламента производства волокноооразующего пека и пеков другого назначения при выполнении договора но теме № П24-96 хозрасчётного научного комплекса "Технология, ресурс и прочность" кафедры "Машины и аппараты химических производств" УГНТУ.
Объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и приложения. Работа изложена иа 120 стр. машинописного текста и содержит 14 таблиц, 32 рисунка и список литературы из 120 наименований.
