Капсулирование кварцевого песка пироуглеродом в электротермическом псевдоожиженном слое

Abstract

В Институте газа НАН Украины создана установка для нанесения пироуглерода на частицы кварцевого песка. Процесс осуществляется в аппарате с электротермическим псевдоожиженным слоем методом пиролиза метана. Капсулированный пироуглеродом кварцевый песок планируется использовать для получения высокочистого кремния методом карботермического восстановления. Применение псевдоожиженного слоя в процессах осаждения пироуглерода позволяет обеспечить более высокую скорость наращивания покрытий и их однородность. Толщина полученного слоя чистого пироуглерода может изменяться за счет регулирования температуры, гидродинамики и продолжительности процесса. Дополнительным преимуществом предложенного процесса является побочное получение метано-водородных смесей и даже чистого водорода, выход которого увеличивается с повышением температуры. Представлены схема реактора и принципиальная технологическая схема полупромышленной установки. Приведены результаты термодинамческих расчетов процесса пиролиза метана, хроматографический анализ газа до и после прохождения реактора.

В Інституті газу НАН України створено установку для нанесення піровуглецю на частинки кварцового піску. Процес здійснюється в апараті з електротермічним псевдозрідженим шаром методом піролізу метану. Капсульований піровуглецем кварцовий пісок передбачається використовувати для одержання чистого кремнію методом карботермічного відновлення. Застосування псевдозрідженого шару в процесах осадження піровуглецю дозволяє забезпечити більш високу швидкість нарощування покриттів та їх однорідність. Товщина одержаного шару чистого піровуглецю може змінюватися за рахунок регулювання температури, гідродинаміки та тривалості процесу. Додатковою перевагою запропонованого процесу є побічне одержання метано-водневих сумішей й навіть чистого водню, вихід якого зростає зі збільшенням температури. Наведено схему реактора та принципову технологічну схему напівпромислової установки. Наведено результати термодинамічних розрахунків процесу піролізу метану, хроматографічний аналіз реакційного газу до та після проходження реактора.

Apparatus for pyrocarbon deposition on quartz sand particles was created in the Gas Institute of NAS of Ukraine. The process occurs by methane pyrolysis in apparatus with electrothermal fluidized bed. Encapsulated quartz sand by pyrocarbon supposed to be used for carbothermic reduction in order to obtain high-purity silicon. Using a fluidized bed in pyrocarbon deposition process to provides a high speed of deposition and uniformity of coating layer. Thickness of the pyrocarbon layer can be controlled by temperature, fluid dynamics and the process duration. An additional advantage of the proposed process is the possibility to obtain by-product — or hydrogen-methane mixture. The output of hydrogen increases with increasing temperature. The article presents: the scheme of the reactor and the principal technological scheme of pilot plant, results of thermodynamic estimation of methane pyrolysis, chromatographic analysis of the gases before and after reactor, and another experimental results.