Процесс осаждения твердого углерода при пиролизе углеводородных газов

Abstract

Приведены результаты экспериментального исследования процесса осаждения твердого углерода из разогретой смеси углеводородных газов в объем и на поверхность частиц кварцевого песка в реакторах с псевдоожиженным слоем двух типов: с внешним нагревом и с нагревом за счет прохождения электрического тока через псевдоожиженный слой (электротермический псевдоожиженый слой). Для теоретической обработки результатов измерений были проведены расчеты зависимостей разности значений углеродного потенциала газовой смеси и твердого углерода (графита) от температуры и состава смеси. Полученные значения перепада углеродного потенциала позволили определить количественную составляющую в зависимости от состояния газовой смеси, а также от ее равновесия с твердым углеродом. Рассчитаны значения избыточного количества углерода в газовых смесях. Сопоставление рассчитанного максимального количества углеродного избытка в газовойсмеси и измеренного количества действительно осажденного твердого углерода позволило определить эффективность процесса образования твердого углерода в каждом конкретном реакторе с участием определенной смеси углеводородов и при заданном режиме проведения процесса. Установлено, что из двух смесей, на основе пропана и на основе метана, испытанных в лабораторном реакторе с внешним обогревом, пропановая смесь обладает большей эффективностью.

Наведено результати експериментального дослідження процесу осадження твердого вуглецю з розігрітої суміші вуглеводневих газів в об’єм та на поверхню частинок кварцового піску в реакторах з псевдозрідженим шаром двох типів: з зовнішнім нагріванням та з нагріванням за рахунок проходження електричного струму через псевдозріджений шар (електротермічний псевдозріджений шар). Для теоретичної обробки результатів вимірювань було проведено розрахунки залежностей різності значень вуглецевого потенціалу газової суміші та твердого вуглецю (графіту) від температури та складу суміші. Одержані значення перепаду вуглецевого потенціалу дали змогу визначити кількісну складову у залежності від стану газової суміші, а також від її рівноваги з твердим вуглецем. Розраховано значення надлишкової кількості вуглецю у газових сумішах. Співставлення розрахованої максимальної кількості вуглецевого надлишку у газовій суміші та виміряної кількості дійсно осадженого твердого вуглецю дали змогу визначити ефективність процесу утворення твердого вуглецю у кожному конкретному реакторі за участі певної суміші вуглеводнів та при заданому режимі проведення процесу. Встановлено, що з двох сумішей, на основі пропану та на основі метану, які досліджувалися у лабораторному реакторі з зовнішнім нагріванням, пропанова суміш має більшу ефективність.

The results of experimental research of the process of solid carbon deposition from heated mixture of hydrocarbon gases into the volume and to the surface of particles of quartz sand in the reactors of fluidized bed with the external heating and with heating due to current passing through the fluidized bed (electrothermal fluidized bed) are shown in the article. Calculations of dependence of carbon potential difference of gas mixture and solid carbon (graphite) on temperature and proportion mixture were carried out for theoretical interpretation of measurement outputs. Obtained values of carbon potential difference made it possible to give the quantitative measure of gas mixture distance from its equilibrium with the solid carbon. At the same time, the values of excessive carbon in gas mixture were calculated. Comparison of calculated highest possible quantity of carbon surplus in gas mixture and measured quantity of actually deposited solid carbon made it possible to estimate the efficiency of the process of solid carbon formation in each reactor applying the stated hydrocarbon mixture and processing conditions. It was found that the mixture based on propane is more efficient than the mixture based on methane. These results were obtained in laboratory reactor with the external heating.