Содержание к диссертации
Введение
1. Разложение жидких углеводородов в электрической дуге 6
1.1. Теоретические основы процесса электрокрекинга 6
1.2. Разложение жидких органических продуктов в электрических разрядах 10
1.2.1. Характеристика объектов исследования 10
1.2.2. Методики проведения экспериментов и анализа продуктов 13
1.2.2.1. Методика проведения электрокрекинга органического сырья 13
1.2.2.2. Методика получения пасты и сажи электрокрекинга органического сырья 15
1.2.2.3. Методы анализа исходного сырья и продуктов процессов 17
1.3. Обсуждение результатов 22
1.3.1. Влияние сырья и продолжительности процесса на состав образующегося газа 22
1.3.2. Влияние продолжительности процесса электрокрекинга на характеристики жидкой фазы 25
1.3.3. Влияние продолжительности процесса на характеристики сажи 29
1.3.4. Влияние продолжительности процесса на выход и характеристики пасты 37
1.3.5. Электрокрекинг отходов химических производств 39
Заключения к главе 1 42
2. Получение углеродных материалов из пасты электрокрекинга 43
2.1 Теоретические основы получения углеродных материалов коксованием углеводородов 43
2.2. Получение углеродного материала коксованием сажесодержащих паст 46
2.2.1. Характеристика объектов исследования 46
2.2.2. Методики проведения экспериментов и анализа продуктов 47
2.2.2.1. Подготовка сажевой пасты 47
2.2.2.2. Коксование сажесодержащей пасты 48
2.2.2.3 Методы анализа исходного сырья и продуктов процессов 49
2.3. Обсуждение экспериментальных результатов коксования пасты электрокрекинга 50
2.3.1 Получение формированных заготовок из пасты электрокрекинга 50
2.3.2. Высокотемпературная обработка сажевой пасты 53
2.3.3 Характеристики полученных углеродных материалов 58
Заключения к главе 2 62
3. Модификация углеродных материалов 63
3.1. Теоретические основы процесса получения углеродных материалов 63
3.2. Методика проведения исследований 69
3.2.1. Характеристика объектов исследования и используемых материалов 69
3.2.2. Методики проведения экспериментов и анализа продуктов 69
3.3. Обсуждение экспериментальных результатов 71
Заключения к главе 3 85
4. Рекомендации по аппаратурному оформлению процессов 86
Заключение 94
Список литературы 95
- Методики проведения экспериментов и анализа продуктов
- Получение углеродного материала коксованием сажесодержащих паст
- Характеристики полученных углеродных материалов
- Методики проведения экспериментов и анализа продуктов
Введение к работе
Актуальность темы исследования: В процессах нефтепереработки и нефтехимического синтеза образуется большое количество побочных продуктов, которые не всегда находят применение и часто рассматриваются как отходы, утилизация которых становится всё более актуальной задачей. Для её решения необходимо искать не только пути снижения выхода побочных продуктов, но и методы их переработки, что позволит снизить нормы расхода углеводородного сырья на тонну готовой продукции и улучшить экологическую обстановку. Поэтому создание новых технологий переработки отходов в востребованные продукты является важнейшей проблемой химическим и нефтехимическим промышленности. В основу разработки технологии положен метод электрокрекинга, позволяющий превращать жидкие органические углеводороды в газ, содержащий ацетилен и водород, и сажу.
Электрокрекинг ранее уже рассматривался как метод утилизации отходов, но не получил развития в связи с большим выходом сажи, который был различен для разных видов сырья.
Цель и задачи исследования: Разработка технологии получения высокопористых углеродных материалов на основе продуктов электрокрекинга жидких органических отходов химической и нефтехимической промышленности.
Выбранная цель потребовала решения следующих задач:
-
Исследования влияния степени разложения сырья на характеристики жидкой фазы, закономерности протекания процесса электрокрекинга и свойства образующихся продуктов.
-
Определения влияния условий коксования продуктов электрокрекинга на выход углеродного остатка.
-
Определения характеристик полученных коксов и материалов, образующихся при их модификации.
Научная новизна работы:
-
Установлено, что в процессе электрокрекинга в жидкой фазе накапливаются полиядерные ароматические углеводороды.
-
Определено влияние природы исходного сырья и степени его разложения на физико-химические характеристики образующихся продуктов.
-
Показано, что в присутстствии сажи увеличивается выход кокса из жидкой составляющей пасты электрокрекинга, а кокс при этом становится более однородным.
4. Показана возможность получения высокопористых углеродных материалов пиро-уплотнением и активацией коксов, полученных из пасты электрокрекинга.
Практическая значимость работы:
-
Предложена принципиальная процессуальная схема утилизации жидких органических отходов методом электрокрекинга и получения на основе образовавщихся продуктов углеродных композиционных материалов.
-
Определены оптимальные условия процесса получения кокса с максимальными выходом.
-
Установлено, что предварительная подсушка пасты электрокрекинга на воздухе позволяет повысить выход кокса.
-
Установлены условия пироуплотнения коксов газом электрокрекинга, при которых осаждение пироуглерода происходит в порах образца с высокой скоростью.
-
Определены условия активации материала, приводящие к формованию мезопор.
-
Даны рекомендации по аппаратурному оформлению отдельных стадий разрабатываемой технологии.
Методология и методы исследования: базировались на системном анализе научно-технической литературы по теме диссертаций, выдвижении гипотез и их проверке натурным экспериментом.
На защиту выносятся: результаты экспериментов по разложению жидких углеводородов в электрической дуге и коксованию образующейся пасты и получению высокопористых углеродных материалов; приципиальная схема получения углеродных материалов из продуктов электрокрекинга жидких органических отходов.
Степень достоверности работы:
Исследования проводились с применением апробированного в научной практике исследовательского и аналитического аппарата (лабораторные установки электрокрекинга и коксования в обогреваемом кубе, хроматографический анализ газа, масс-спектрометрия жидких продуктов, анализ жидких и твердых продуктов по методикам, рекомендованным ГОСТ). Результаты, полученные автором, хорошо согласуются между собой, не противоречат литературным данным, и могут быть объяснены на основании этих данных.
Апробация результатов работы:
Основные результаты диссертационной работы доложены на XIII Международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии – 2010» Иваново, 2010; Молодежной научно-технической конференции “Современные проблемы катализа и
нефтепереработки”, посвященной 100-летию Натана Сауловича Печуро – Москва, 2010; Конференции молодых учёных Уральского региона «Участие молодых ученых в фундаментальных, поисковых и прикладных исследования по созданию новых углеродных и на-ноуглеродных материалов», Пермь, 2011; V молодёжной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии – 2013», Москва, 2013.
Публикации. По результатам работы опубликовано 9 печатных работ, в том числе 4 статьи в российских и зарубежном журналах, из них 3 в журналах, рекомендованных ВАК.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 107 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырёх глав, содержащих обзор литературы и экспериментальные результаты, выводов и списка цитируемой литературы из 162 наименований. Работа проиллюстрирована 36 рисунками и содержит 36 таблиц.
Методики проведения экспериментов и анализа продуктов
Процесс электрокрекинга проводили в реакторе с ННР, схема которого представлена на рисунке 1.
С помощью лабораторного автотрансформатора по электрододержателям на неподвижные электроды подавался электроток. В результате соприкосновения подвижного контакта со стационарными электродами образовывался дуговой разряд, при этом подвижный контакт подбрасывался вверх образующимся газом и парами испарившегося сырья, что приводило к обрыву дуги. При последующем падении контакта на неподвижные электроды происходил очередной разряд. Таким образом, разложение сырья в реакторе осуществлялось нестационарными дуговыми разрядами. Образующийся паро-газовый поток выводился через один из штуцеров крышки, другой использовался для присоединения к реактору манометра. Хромель-алюмелевая термопара устанавливалась в карман реактора.
Перед пуском установки реактор электрокрекинга заполнялся необходимым сырьем (350 мл). После герметизации установка продувалась инертным газом (азотом) из газового баллона в количестве, превышающем объем реактора в 35 раз. В рубашку реактора и водяной холодильник подавалась вода.
Далее, на лабораторном автотрансформаторе устанавливали необходимое напряжение электротока. Образующийся в результате разложения паро-газовый поток выходил из реактора и направлялся в водяной холодильник. В холодильнике пары сырья и жидких продуктов конденсировались и самотеком возвращались в реактор. В верхней части водяного холодильника, на ватном фильтре, оседала сажа, уносимая газовым потоком из реактора. Далее газ электрокрекинга направлялся в газовый счетчик марки ГСБ-400. Схема лабораторной установки электрокрекинга представлена на рисунке 2.
1 – Параметры процесса контролировались и регулировались каждые 15 минут. Контроль температуры обеспечивался хромель-алюмелевой термопарой, устанавливаемой в карман реактора и подключаемой к прибору марки ТРМ. Регулирование температуры проводили, варьируя подачу воды в рубашку водяного охлаждения реактора. Давление измеряли манометром и поддерживали в пределах 2 10-34 10-3 МПа, объем отходящего газа контролировали газовым счетчиком марки ГСБ-400. Отбор отходящего газа на анализ проводился не реже, чем через 40 мин.
По окончании эксперимента осуществляли дегазацию установки продувкой ее инертным газом из газового баллона, отработанное сырье сливалось, определялся его объем.
В качестве показателя, характеризующего продолжительность процесса, т.е. глубину (степень разложения) сырья, использовали выход газа, выделившегося при крекировании 1 л сырья (лгаза/лсырья). Такой показатель нивелировал влияние количества промежуточных контактов и вязкости сырья на интенсивность газовыделения.
Отработанное сырье электрокрекинга является сажесодержащей суспензией. Пасту получали фильтрацией суспензии. Фильтрация проводилась на установке фильтрования под вакуумом, схема которой представлена на рисунке 3. Суспензия подавалась в воронку Бюхнера порциями по мере фильтрации. Фильтрование останавливали после прекращения выделения фильтрата. Сажу из пасты выделяли экстракцией по Сокслету (рисунок 4). Процесс экстракции предварительно взвешенной навески пасты осуществляли в течение 24 часов, с использованием растворителя марки 646, заливавшимся в колбу объемом 500 мл на 2/3 ее объема. Оставшаяся после экстрагирования жидких веществ сажа взвешивалась и помещалась в сушильный шкаф марки SNOL 24/200, где выдерживалась при температуре 150 С до прекращения изменения массы. 1 – колба для кипячения растворителя; 2 – сифон; 3 – патрон с образцом; 4 - обратный холодильник. Рисунок 4. Установка для экстракций по Сокслету
Анализ газов Определение содержания в газах углеводородов проводилось методом газо-адсорбционной хроматографии на хроматографе марки 3700, снабженным детектором по теплопроводности. Для повышения чувствительности, упрощения калибровки и обработки хроматограмм в газовой линии хроматографа, между хроматографической колонкой и детектором, устанавливали обогреваемую реакционную колонку для конверсии углеводородов до водорода. Регистрацию сигнала детектора и обработку хроматограмм проводили с помощью аппаратно-программного комплекса «ЭКОХРОМ».
Условия проведения анализа газов: ток моста детектора 90 мА; газ-носитель – азот с расходом 25 мл/мин; температура термостата колонок 70 оС; длина колонки 7 м, диаметр 2 мм; хроматографическая фаза - Al2O3 фракцией 0,150,25 мм, промотированный 5% раствором NaOH; температура реакционной колонки 850 оС; длина реакционной колонки 0,2 м, диаметр 5 мм; насадка реакционной колонки – окись меди и железная стружка (расположены последовательно). Определение содержания в газах оксидов углерода, водорода и метана, проводили методом газо-адсорбционной хроматографии на хроматографе марки «БИОХРОМ», снабженного детектором по теплопроводности. Регистрацию сигнала детектора и расчет хроматограмм методом относительной калибровки по монооксиду углерода осуществляли с помощью аппаратно-программного комплекса «ЭКОХРОМ». Условия проведения анализа газов: ток моста детектора 90 мА; температура термостата колонок 100 оС; газ-носитель – аргон с расходом 30 мл/мин; длина колонки 2 м, диаметр 2 мм; хроматографическая фаза - активированный уголь марки СКТ фракцией 0,20,3 мм. Для газов, в составе которых одновременно присутствуют газообразные углеводороды и оксиды углерода, за основу принималась хроматограмма, полученная на хроматографе марки 3700. Площадь пиков веществ, полученных на хроматографе марки «БИОХРОМ», умножалась на поправочный коэффициент (А), учитывающий различные условия анализа
Получение углеродного материала коксованием сажесодержащих паст
Объектами исследования были выбраны пасты электрокрекинга образцов УВ-6 и УВ-12, полученные при выходе газа 60 лгаза/лсырья. Их физико-химические характеристики представлены в таблице 14. Также в работе использовался технический углерод марок П323, П513 и П803, характеризующийся, согласно ГОСТ 7885-86 «Углерод технический для производства резины. Технические условия», следующими показателями (таблица 15).Подготовка сажевой пасты к коксованию заключалась в повышении концентрации в ней сажи путем сушки и последующего формования. Схема лабораторной установки сушки сажесодержащей пасты электрокрекинга органического сырья представлена на рисунке 19.
В реактор загружалась предварительно взвешенная навеска сажесодержащей пасты массой 35 г, обеспечивалась герметичность установки, после чего система продувалась инертным газом в количестве, превышающим объем печи в 35 раз. В токе газа (инертного газа или воздуха) осуществлялся нагрев печи до необходимой температуры (130180 С). Расход газа поддерживался на уровне 30100 мл/мин, чтобы не происходило уноса частиц сухого вещества.
При термообработке в токе воздуха возможно частичное окисление высокомолекулярных углеводородов пасты. При этом возможна их поликонденсация, приводящая к увеличению молекулярной массы и вязкости.
Параметры процесса сушки контролировались и регулировались каждые 20 минут. Расход газа устанавливался перед началом нагрева печи по показаниям газового счетчика марки ГСБ-400. Контроль температуры в печи осуществлялся хромель-алюмелевой термопарой в комплекте с прибором марки ТРМ. Температуру регулировали изменением напряжения, подаваемого на клеммы печи.
Подсушенную пасту формовали под давлением 50,6 кПа. Для этого использовался лабораторный пресс марки ПЛГ–20. Материалу придавали форму цилиндра диаметром 5,0 мм и высотой 10,0 мм.
Коксование пасты проводили на установке, схема которой представлена на рисунке 20.
Перед пуском установки в реактор загружалась навеска исходной или формованной сажесодержащей пасты массой 35 г. Установка герметизировалась и продувалась инертным газом в количестве, превышающем объем реактора в 35 раз.
Реактор коксования представляет собой вертикальный металлический цилиндр, с днищем и крышкой, снабженной штуцерами. Нагрев реактора осуществлялся электрической спиралью, 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. Сконденсировавшиеся жидкие продукты поступали в приемную коническую колбу, а газ через газовый счетчик сбрасывался под тягу. Параметры процесса коксования контролировались и регулировались каждые 10 минут. Контроль температуры обеспечивался хромель-алюмелевой термопарой в комплекте с прибором марки ТРМ. Давление в реакторе фиксировали манометром. Анализ отходящего газа осуществлялся не реже, чем через 30 мин. Эксперимент продолжался 2 часа (30 мин. после прекращения выделения жидких и газообразных продуктов). После этого реактор охлаждался до комнатной температуры, образцы кокса выгружались и хранились в эксикаторе в закрытых бюксах Характеристики, определяющие структурность и дисперсность агрегатов технического углерода и сажи, рассчитывались по формулам метода КомпАС [49]. Зависимость изменения массы образца пасты от температуры (дериватограмма) была получена на приборе марки «ТЕРМОСКАН-2». Данный прибор объединяет в одном две системы: термовесы и дифференциальный термический анализатор (ДТА). Температурный диапазон анализа до 1000 С, скорость нагрева 5 град/мин, погрешность определения температуры ±1 С, точность определения изменения веса образца 0,02 г, объем навески исходного образца 0,5 см3. Микроструктура углеродного материала определялась в соответствии с методикой ГОСТ 26132-84 «Коксы нефтяные и пековые. Метод оценки микроструктуры». При определении микроструктуры использовался инвертированный металлографический микроскоп Axio Observer A1m.
Получение углеродного материала из пасты электрокрекинга возможно термообработкой исходной пасты или формированных изделий, полученных на ее основе. В ряде случаев второй вариант может оказаться более предпочтительным. Поэтому было необходимо исследовать возможность 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 позволяло получить изделия устойчивой формы. Для увеличения содержания углеродной составляющей в пасте 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 сушки показано 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 в ней дисперсного углерода увеличивается.
Подсушенные образцы пасты направлялись на формовку. Было установлено, что форму сохраняли только изделия, полученные из пасты, термообработанной на воздухе, при этом содержание углерода в пасте должно было быть не менее 14 % масс. (экспозиция 4 часа и более).
Характеристики полученных углеродных материалов
Влияние условий получения (температуры, давления, предварительного формования) на характеристики образующегося углеродного материала показано в таблицах 25 и 26. Видно, что предварительное формование приводит к образованию кокса большей плотности. При этом плотность кокса возрастает при повышении температуры и давления коксования.
Удельная адсорбционная поверхность коксов также возрастает при повышении температуры и давления. Влияние предварительной формовки пасты на удельную адсорбционную поверхность коксов не установлено.
Способность коксов сорбировать метиловый оранжевый из его водных растворов, как и удельная адсорбционная поверхность, возрастает при повышении температуры процесса. Влияния других факторов (давления, предварительного формования) на сорбционную способность коксов не установлено.
Сопоставляя результаты о влиянии температуры и давления коксования на характеристики образцов УМП и УМФ, можно отметить, что предварительное формование влияет только на плотность образующегося материала. Введение в пасту дополнительного количества ТУ позволило получить материал большей плотности, с большей удельной адсорбционной поверхностью и несколько большей сорбционной емкостью по метиловому оранжевому, чем у материала, полученного в аналогичных условиях, но без добавок сажи (таблица 27).
При этом, как и ранее, предварительное формование влияло только на плотность образующегося материала. Другие характеристики образующегося кокса не зависят от наличия стадии предварительной подготовки пасты.
На рисунке 23 представлены результаты микроскопического исследования образца углеродного остатка, полученного из паст электрокрекинга УВ–6. Микроструктура кокса, полученного из пасты УВ-6, характеризуется 5 баллами (рисунок 23 а). Такая микроструктура характерна для коксов, имеющих крупноволокнистую структуру без ориентации структурных элементов. а - исходная паста УВ-6, температура 500 С, атмосферное давление; б - Кокс УМФ, температура 500 С, избыточное давление 114,6кПа, 2 %масс ТУ марки
Повышение содержания в пасте дисперсного углерода до 12 % (введение в пасту УВ-6 2 % сажи марки П803) позволило получить коксы, имеющие мелковолокнистую однородную структуру, но с выраженными границами между структурными элементами (рисунок 23 б), которая характеризуется 2 баллами.
Следует отметить, что, по мере увеличения концентрации твердой фазы в пасте, кокс, образующийся в процессе, характеризуется меньшим значением балла. Наиболее вероятно, это объясняется тем, что по мере роста концентрации частиц сажи и технического углерода расстояние между ними уменьшается и достигает определенной величины, когда под воздействием адсорбированного жидкого слоя сырья происходит сращивание этих зерен и образование кокса с однородной структурой. Заключение к главе 2
Таким образом, на основании результатов исследований, можно говорить о том, что:
1. Возможность формования пасты зависит от содержания в ней твердой фазы (не менее 14 %масс.), а также присутствия в жидкой фазе высокомолекулярных кислородсодержащих соединений, образующихся в процессе сушки в воздушной среде.
2. Предварительная обработка пасты (сушка на воздухе) позволяет увеличить выход углеродного остатка при коксовании.
3. Предпочтительной температурой коксования пасты электрокрекинга является 500 С.
4. Выход кокса на жидкие углеводороды пасты достигает наибольших значений при содержании в пасте 12 % масс. дисперсного углерода. Дальнейшее повышение содержания дисперсного углерода в пасте не целесообразно.
5. Увеличение размера частиц дисперсного углерода в пасте электрокрекинга приводит к повышению выхода кокса. Поэтому процесс электрокрекинга целесообразно проводить с низкой степенью циркуляции сырья.
Результаты, представленные в главе 2, получены в соавторстве А.С. Филимоновым, А.И. Николаевым, Б.В. Пешневым, Н.Ю. Асиловой и Г.Н. Широбоковой, и опубликованы в [79–83].
Методики проведения экспериментов и анализа продуктов
На рисунке 25 представлена схема лабораторной установки пироуплотнения углеродного материала.
Перед пуском установки реактор заполнялся образцом, масса которого составляла 13 г. Обеспечивалась герметичность установки с последующей ее продувкой исходным газом в количестве, превышающем объем реактора в 35 раз. Устанавливалась заданная температура (300, 450 и 650 С), при достижении которой возобновлялась подача исходного газа с расходом 60 мл/мин. Параметры процесса контролировались каждые 15 минут. Контроль температуры осуществлялся хромель-алюмелевой термопарой в комплекте с прибором марки ТРМ. Давление в реакторе определяли при помощи U-образного манометра, объем отходящего газа газовым счетчиком марки ГСБ-400. Анализ отходящего газа осуществлялся каждые 30 минут. По окончании процесса (достижения заданной степени пироуплотнения, которая составляла 50, 150 и 300 %) отключался обогрев реактора, полученные образцы углеродного материала охлаждались в токе газа, выгружались из реактора и хранились в закрытых бюксах, помещенных в эксикатор.
Анализ твердых материалов Определение суммарного объёма и среднего радиуса пор пироуплотнённого материала проводилось на аппарате марки NOVA 4200е. Данный аппарат предназначен для определения пористости и площади поверхности различных веществ. Образец исследуемого материала предварительно очищается путем нагрева в условиях вакуума. Температура образца в станциях дегазации устанавливается 450 С. Диапазон давлений, поддерживаемых аппаратом 00,13 MПa. После очистки в ячейку с образцом добавляется небольшое количество газа - адсорбата, молекулы которого конденсируются на поверхности образца, образуя монослой. По изменению давления адсорбата судят о количестве сорбированного газа, следовательно, и об удельной поверхности образца. При дальнейшем добавлении газа поверхность продолжает покрываться молекулами адсорбата, таким образом, происходит постепенное заполнение пор. Используя расчётый метод, вычисляется общий объем и средний радиус пор. Регистрируемый предел объема пор 0,0001 см3/г, диаметр пор 3400 нм при использовании азота и 0,351,5 нм при использовании СО2. В таблице 31 представлены условия получения (и маркировка) пироуплотнённого материала.
Влияние температуры на различный характер осаждения пироуглерода заметно даже визуально. На рисунке 26 представлены фотографии исходного кокса (рисунок 26 а), а также образцов, подвергнутых пироуплотнению на 50% при 300 С (рисунок 26 б), 450 С (рисунок 26 в) и 650 С (рисунок 26 г). Видно, что с повышением температуры пироуплотнения, В таблице 33 представлены характеристики полученных пироуплотнённых образцов.
Видно, что увеличение значения степени пироуплотнения (50; 150 и 300 для образцов УМФП-1, УМФП-2 и УМФП-3 соответственно) приводит к увеличению значения плотности образующегося материала. Изменение данного показателя также зависит от температуры процесса пироуплотнения (300; 450 и 650 С для образцов УМФП-1, УМФП-4 и УМФП-7 соответственно), с возрастанием которой, увеличивается при одной и той же степени пироуплотнения - 50 %.
Значения сорбционных характеристик пироуплотнёного материала снижаются. Однако характер их уменьшение зависит не только от степени приоуплотнения, но и от температуры процесса. Так, например, при температурах 300 С (УМФП-1, УМФП-2 и УМФП-3 при степени пироуплотнения 50; 150 и 300 соответственно) и 450 С (УМФП-4, УМФП-5 и УМФП-6 при степени пироуплотнения 50; 150 и 300 соответственно) наблюдается тенденции снижения удельной адсорбционной поверхности от степени пироуплотнения. Повышение температуры до 650 С приводит к резкому снижению поверхности до 50 м /г. Но при этом, следует отметить, что при варьирование степени пироуплотнения (при 650 С) не оказывает влияние на изменение сорбционной характеристики материала. Полученный результат может быть объяснен тем, что при невысоких температурах процесса (до 450 С) отложение пироуглерода происходит преимущественно в пористом пространстве исходного материала, в то время как при 650 С на его поверхности, в результате чего уже при малых степенях уплотнения происходит “закупорка” пор, и сорбционная способность резко снижается.
Для материалов УМФП-7УМФП-9 данное предположение может быть подтверждено тем, что образующийся при температуре 650 С материал, не зависимо от степени пироуплотнения, представлял капсулу. Внутри нее находился кокс, а внешний слой был образован пироуглеродом. Внешний и внутренний слои достаточно легко разделялись. Анализ характеристик слоев показал, что удельная адсорбционная поверхность составляла 180 м /г для внутреннего и 50 м /г для внешнего слоя, плотность 1,70 г/см и 1,90 г/см соответственно. Но именно внешний слой определяет значения удельной адсорбционной поверхности и сорбционной активности материала.
Уже отмечалось, что отложение пироуглерода в углеродной матрице может происходить с заполнением пор, или по поверхности, приводя к закупорке пор. Определить характер уплотнения можно по изменению удельной адсорбционной поверхности материала. Для построения моделей было принято, что исходный образец имеет форму цилиндра диаметром D и высотой L, при этом L D. Пора материала рассматривались как отверстие в цилиндре, проходящее вдоль его оси по всей высоте. Диаметр отверстия d, высота L.
Делая допущения, что пироуплотнение происходит либо с уменьшением внутреннего диаметра d (отложение пироуглерода в порах), внешний диаметр D при этом неизменен, либо с увеличением внешнего диаметра D (отложение пироуглерода на поверхности, приводящее к закупорке пор). В этом случае поверхность пор после начала пироуплотнения принималась равной 0.
