автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Кинетические исследования и моделирование реакций углеродных материалов с активными газами

з р^ШЯЛ^БО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ШЛИТИКИ РСОСИЙПКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

{ ч ьлЛ • • тжт ШЙЯВЮЙ институт

На правах рукописи

МУРТАЗИН ФИРДАВКС РИЗШОШЧ

КИНЕТИЧЕСКИЕ ТЙХШЗДОВАНИЯ И ШДШИРОВАШВ РЕАКЦИЙ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ С АКГКЕНЬйй ГАЗАМИ

С©. 17.07 - Химическая технология топлива и газа

АВТОРЕФЕРАТ диссертации ка соискание ученой степени кандидата технических наук

У4а 1993

Работа выполнена на кафедре химико-технологических процессов Садаватского фили&та Уфимского нефтяного института

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор С. А. Ахметоз

Официальные оппоненты: догаор технических наук,

профессор Ы. А. Танатаров

кандидат технических наук, доцент Р. А. Шарапов

Ведущее предприятие - Институт проблем нефгехим-

переработки АН РЕ

Збвдте диссертации состойся ".¿О" 1993 г. в

" часов на заседании специадтаироьаниого совета К. 063.09.01 а Уфимском нефтяном институте по адресу: 450062, Башкоотостан, г. Уфе-62, ул. Космонавтов. 1.

О диссертацией можно ознакомиться в техническом архиве УАимского нефтяного института.

Автореферат разослан 19133 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук,

доцент .•:*-

•■•■••. . ' -

-- . •• • - : ■ С*'

К. А. Самойлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш Одним иг путей преодоления суадествуюсзе-> несоответствия между ростом потребления светлых нефгепродук-ш и увеличением доли перерабатываемых тккегш пе4ггей является, ввитие вторичных процессов Переработки нефти, в том числе пропсов коксования и каталитического крекинга .Дальнейшее разви-® процессов коксования тага» диктуется возрастанием потреб-сти в пефгякои коксе. Шфтяной кокс перед употреблением под-ргается пгхж&ливани», от регаша которого в значительной степи зависит качество прокаленного кокса. В связи с этш, к од-Я из актуальных аадач нефтепереработки относится математи-ское моделирование я оптимизация данных процессов, а тага» следование качества углеродных материалов с цель» более раци-альяого использования их в народном хозяйстве»

Ресзшьз задач иатематичезкого ьюдеяирозаиия и оптимизации зцессов про!салки к газифияацш! нефтяных коксов, окислительной генерации катализаторов требует знания кинетических вакоцо-зпостей процесса реагирования коксов и коксовых смюяепий с нивннми газами (с диоксидом углерода, кислородом, еодявш па-«), установления значений гашетичесгак констант.

Баяпым показателем качества больсшства углеродных ыатери->в (графитов, нефтяных и металлургических коксоз, техничзско-углерода) является их реакционная способшстг» по отношении к явным газам. Знание реакционной способност» позволяет иаые-ь пути квалифицированного исполь80вания углеродных материа-а различных областях производства, предъявляй©!* неодин&ко-требовакие к их химической активности. Кроме того, сведения еакцдокной способности при производстве, прокалки и газифа-

нации нефтяных коксов лает возможность более оперативно и качественно управлять технологическими процессами.

Таким образом, исследования кинетики и реакционной способности углеродных материалов актуальны как с точки зрения проиа-водстза нефтяных коксов с варанее залаиньш свойствами, так и с точки еренкя оптимизации и интенсификации процессов прокалки I газификации нефтяных коксов.

Работа проводилась в соответствии с планаш важкейшп. научно-исследовательских работ Уфимского нефтяного института, которая координировалась планами АН СССР по проблеме "Нефтехимия" по вправлению "Разработка и усовервзнствование матодо! исследования, анализа и разделения нефти и продуктов ее переработки (код 2.9.1.3) на 1831-1085 г. г. а по направлению "создашь повш катодов и приборов для исследования химических реакций в твердой ?елз" на 1986-1390 г. г.

Цель работы. Исследование кинетики реакций взаимодействия углеродных материалов с кислородом, диоксидом углерода и водяным парой с последующим использованием полученных данных для шделирования прсдессов прокашси и гевификации нефтяных коксов, и регенерации катализаторов крекинга..

Научная новизна. Разработаны усовершенствованные методики исследования кдаетгаси реакций ззаимэдействия углеродных материале а с диоксидом углерода, кислородом и водянш паром.

Разработана мауематическая модель кинетики взаимодействия углеродных материалов с активными газаии, исходя из равветвлен-иого цепного механизма развития реакционной поверхности.

федлогена методика оценки реакционной поверхности углеродных материалов. , . 1

Впервые получены кинетические данные ьзаимодействия сырых

нефтяных коксов с кислородом иводяным пером, а также реакции прокаленных нефтяных коксов с кислородом во всем диапазоне изменения степени /тара.

Получены по единой методике данные по реакционной способности углеродных материалов по отношение к диоксиду углерода, кислороду и водянок? пару.

Практическая ценность. Штодики исследования кинетики реакций взаимодействия углеродных материалов с диогандом углерода, кислородом и водяным паром могут быть испольвованы в лабораториях предприятий, производя®« и потребляющих углеродные материалы, а также в научно- исследоьатеаских лабораториях, ва-нимающихся этими проблемами. Разработанная методика и лабораторная установка по исследованию реакционной способности нефтяных коксов по отношении к кислороду внедрены в БалНИИНП и испольвованы на кафедре технологии нефти и rasa Уфимского нефтяного института при исследовании кинетики выжига коксовых отложений на поверхности каталиваторов.

ГЬлученниэ данные по реакционной способности углеродных материалов могут быть использованы при подборе их для использования в различных областях техники (при подборе рецептов сырьевой смеси производств анодов к грефгсированиш: изделий, для гахтной плавки руд цветных металлов, для производства карбидов металлов и т.д.). В результате исследования реакционной способности в Башкирском государственном университете подобраны эксплуатационные характеристики и области исвольяования кегра-фитируювдогся' фенольных коксов.

Апробация „аботы. Отдельные разделы диссертационной работы были дслояены на:

- научно-технической конференции "Научно-техническое твор-

чеетво ВУЗа в помощь производству** (г. Уфа, 1085 г.);

- Республиканской научно-технической конференции "Проблемы углубления переработки нефти" (г. Уфа. 1ЙВ8 г.);

- научно-технической конференции "йаука-проивводству" (Г. Уфа, 1990 г.);

- Республиканской научно-технической конференции "Проблемы переработки и исследования нефти и нефтепродуктов" (г. Уфа, 1990 г.).

Публикации. ГЬ материалам опубликовано 12 статей в научно-технических журналах и сборниках.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 264 страницах, состоит из введения," "пяти глав, выводов, списка использованной литературы, шслшающего 172 наименований работ, приложений; содержит 38 таблиц, 75 рисунков. »

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТи

В первой главе освещена роль реакций взаимодействия углеродных материалов с активными газами в промышленности. Представлен обзор отечественной и зарубежной литературы, рассматривающей структуру и поверхностные свойства, механизм и кинетику взаимодействия углеродных материалов с активными гагами, экспериментальные методы исследования кинетики гетерогенных решений и реакционной способности углеродных материалов.

Анализ литературы показывает что;

- отсутствует надежная, единая методика исследования кинетика вваимодействия углеродных материалов с активными газами. Наиболее подходящим реактором для исследования кинетики подобных реакций является дифференциальный проточный реактор;

- отсутствует математическое описание кинетики, разработанное с учетом особенностей развития реакционной поьерхности угле-

- ? -

родных материалов при их реагировании, что препятствует более глубокому пониманию и анализу происходящих при этом процессов;

- данные по реакционной способности углеродных материалов трудно сопоставимы, поскольку исследования проводились о использованием различных методик;

- по причине отсутствия методики не изучалась кинетика взаимодействия и реакционная способность углеродных материалов по отношению к кислороду во всем диапазоне изменения степени угара;

- отсутствуют данные по реакционной способности сырых нефтяных иоксоз.

Во второй главе приведено описание разработанных автором методик исследования кинетики реакций взаимодействия углеродных материалов с диоксидом углерода, кислородом и водяным паром в дифференциальной проточной реакционной системе, основанных на непрерывном определении состава газообразных продуктов реакции о последующим расчетом вависимости степени и скорости угара углерода от продолжительности реагирования.

Важное преимущество дифференциального проточного реактора - наиболее близкое соответствие изменений состава газовой среды изменениям скорости химического реагирования. Однако применение такого реактора требует высокочувствительного метода анализа состава газа, так как степень преврадения в нем ограничивается весьма малыми величинами. По этой причине разработаны высокочувствительные методы анализа газообразных продуктов реакции углеродных материалов: с диоксидом углерода - термокондуктомет-рический; с кислородом и водяным паром - хроматографический.

Приведено описание лабораторных установок, основным элементом которых является кварцевый реактор. Реактор устанавлива-

ется в електрическуп печь так, чтобы навеска кокса находилась в участке электрической печи с постоянной температурой. Температура в реакционной гоне регулируется высокоточным регулятором *ипа ВРТ-3 с точность» 0,5 К. исходные газовые сыаси осушится в ачнащтся от мешаодих компонентов.

Состав газовой смесь после реактора измеряется териокои-дуктоиэтричесюы ню кроматографическим анализатором и регистрируется автоматическим вотеьодометром типа КСП-4. В рееульта-те на диаграмме самодисца вычерчивается кривая IKtJ, характе-ривуодвя изменение скорости утара во времени.

Показано, что между сиоростыз угара Vit) и показаниями ив-ыерятелыюго прибора УШ сувеетзует срямоиропорциокальная ва-ВВеИМОСТЬ

Vît) . JWJZ m АУЛУ. (1)

где А - коэффициент пропорциональности; УН) - степень угара углеродного материала; t - время.

Осущзствлен выбор условий исследования кинетики взаимодействия углеродных материалов с активными газами, обеспэчива»-, яда иаотермичнос^ь и снижение тормозящего влияния продуктов реакция. С этой цель» экспериментально исследовано влияние скорости штока, величины навески и температуры на скорость угара нефтяных кексов. Показано, что для данной реакционной системы реваищш фактором, исхажащим истинную кинетику реакции углеродных материалов с диоксидом углерода, является тормоаяаее действие онсида углерода, а веивотерыичность реакции невелика

3 кинетической области протекает взаимодействие углеродных магер|щок\:

- с димодадж углерода, при вначешш степени превращения диоксида и концентрации оксида углерода менее 1,32 * и 2,67 Хоб.,

соответственно;

- о кислородом, при значениях степени превращения кислорода н скорости реакции менее 2 X и 0,6 10"6 моль/с, соответственно;

- с водяным паром, яри степени превращения водяного пара и скорости реагирования углерода менее 1 % и 0,6-Ю"6 моль/с, соответственно.

Установлено, что вначение температуры опытов, при котором обеспечивается иэотермичность реакций, определяется реакционной способностью углеродных материалов.

Шказая характер изменения скорости реакции углеродных материалов в процессе реагирования. Наиболее типичные кинетические кривые приведены на рис. 1

Зависимость скорости угара нефтяного кокса от времени

И, 1<Нс-1

!«|--I-----1--

13 10 а в 4 2 0<

о 1 г а 4 6 в т I, 10* с

Рис. 1

В третьей главе приведено описанье разработанной математической модели кинетики нестационарной гетерогенной реакции вза-

имодействия углеродных материалов с активными газами, основанное на разветвленном цепной механизме роста реакционной поверхности.

Согласно основному уравнению кинетики топохимической реакции суммарная реакционная поверхность Р может Сыть определена как:

Р га.г) С(М/(И) чЬ:, (2)

о

где /С Ь,гЭ - реакционная поверхность на~отдельном центре роста; сШ/сй - скорость образования центров роста; г. 4 - время.

Скорость роста реакционной поверхности с одинаковой вероятностью, в пределах разветвленного цепного механизма роста, представлена как

<*//<#-*'•/. (3)

где к' - коэффициент пропорциональности.

Скорость образования центров роста реакционной поверхности при мгновенном их образовании (что воамошо для доступных крупных пор) будет определятся выражением:

ёН/<и - &>-2а кП, (4)

где Яо - начальная поверхность образца углеродного материала; Та - количество потенциальных центров роста на единице поверхности; &*Э - дельта-функция.

Реакционная поверхность крупных пор, после совместного решения уравнений (2), (3) и (4), определится как

Рк - Го-Хо Бс. ехрск'-и. (5)

где /о - начальная реакционная поверхность на отдельном центре роста

На поверхности крупных пор имеются поры более мелкого раз-

- и

мера, которые являются источником новых центров роста. Принят степенной эакоя образования этих центров роста:

ФУМ - (б) Совместным решением уравнений (2). (3) и (б) получено выражение для реакционной поверхности на вновь обравовавдахся центрах:

к'

ехрС£

п

,, - х:

(кЧУ

а

СП

С учетом того, что реакционная поверхность образуется на потенциальных центрах и происходит слияние пор, скорость реакции, отнесенная на текупре количество кокса, окончательно записана в виде:

V -

(¡У

<иа-¥)

- + - (8)

где УН)

п+*

, не*? г 1

1ч>

а - Хн/СРм - Ь - 1/С1 - е'а>, 2Ш - -а ехрСА'О;

Ун - начальная скорость угара; - потенциальная поверхность мелких пор; Вн - начальная реакционная поверхность; к - константа скорости решздии.

Разработаны алгоритм и программа параметрической идентификации кинетической модели. Идентификации подлежат параметры к', Ун. а, е. п и к'Рж. Нелинейные параметры а. е. п и к' определяются минимизацией равницы экспериментальных и расчетных значений скорости угара Линейные параметры находятся методом наименьших квадратов. Предложенное кинетическое уравнение адекватно описывает кинетшсу реакций взаимодействия углеродных матери-

аяов о активными Гавайи.

Ш примере реакции углеродных материалов с диоксидом углерода изучено влияние температуры, размера частиц кокса, концентрации диоксида и оксида углерода на параметры кинетического уравнения. Установлено, что с уызиыкяием размера частиц начальная скорость угара увеличивается. Это объясняется ростом внешней поверхности. Друтке параметры кинетического уравнения ас зависят от размера частиц. Зависимость параметров кинетического уравнения от температуры удовлетворительно описывается уравнением Арреннуса, от состава исходной гавошй смеси - уравнением Лекгвдра,

При низких температурах реакционная поверхность углеродных материалов по маре реагирования увеличивается в большей степени, чем ври высоких. Следовательно, оценка реакционной способности при одинаковых «значениях степени угара не характеризует истинную химическую активность, и анергии активации получаются зшшешшми, Наиболее достоверные кинетические данные могут быть определены лишь при небольшие значениях степени угара беспористых углеродных материалов.

Далее приведены результаты исследования ; кинетики взаимодействия углеродных материалов с кислородом и водяным паром. Исследованием влияния температуры и концентрации кислорода на параметры кинетического уравнения показано, что зависимость скорости реакции хороша списывается уравнением Лэнгмюра.

Приведены такэв данные по кинетике окислительной дегенерации катализаторов крекинга АСК. дащ-з и КЩР.

В четвертой Главе приведены результаты исследования реакционной способности углеродных материалов по отношению к ' диоксиду углерода {карбокоиреакциояиая способность), кислороду

(оксиреакционная способность) и водяному пару (гидроокеиреакци-онная способность).

В зависимости от области применения углеродных материалов требуется внацие начальной или интегральной реакционной способности. Оценку реакционной способности предложено производить по начальной V« (начальная реакционная способность) н средней УСР (интегральная реакционная способность) скоростей реагирования:

Ус р ~ -Ы- » <10>

О,9

где Ь „ - время необходимое для достижения степени угара угле-

0, 9

рода равной 0,9, с.

Для сравнительной оценки карбокси- и гидрооксиреакциоиной способности использованы скорости реагирования при температуре (как обычно принято) 5000 °С, оксиреакцкоиной способности - при 550 °С, вычисленные с использованием энергии активаши и пред-экспоненциального множителя.

Показана возможность оценки реакционной поверхности 5 по известным величинам скорости реакции углеродных материалов с диоксидом углерода V и энергии активации £:

£

5 - У-Ло-ехр — Р

* 1 Т 1263

(9)

где У - скорость реакции, 1/с; А» » б,325-10б ,(о/;-о)/г; Б - реакционная поверхность, см2/г; Я - энергия активации, кДж/моль; й - универсальная газовая постоянная, кДк/моль; Т -абсолюгнзя температура, К

Приведены данный по карбоксиреакционной способности (КРС) нефтяных коксов, полученных на различных заводах, пекозого и пиролизного кокса, технического углерода, кокса донецкого антрацита. графитов и искусственного алмаза.

Низкую интегральную КРС [(0,20... 0,86)-Ю"4 с"1! имеют графит, кокс из пиролиз ной смолы н алмаз, а высокую 1(1,96...3,35) 4 с"1] - технический углерод, кокса «¡ерганеко-го и Врасноводского НО.

Низкую начальную КРС С(0,12...0,31)- Ю-4 с_13 иыеют графит, сернистый кокс Ново-Уфимского и высокосернистый Куйбышевского НПЗ,

—а „1

а высокую С(1,92...В.04)-10 с 3 - технический углерод и тхо-серкистый кокс Ферганского НПБ.

Исследованием КРС промапленкых обойденных пропитанных и непропиташшх графитов марок ПГ, ЗПГ и РБМК показано, что. после пропитки обожданных грофитов реако уменьшается их КРС. причем чем больше ЯРО кепропитзвного графита, тем меньше она после пропитки. Например, КРС графита марки ВПГ после пропитки снижается в V раз.

Начальная реакционная поверхность различных углеродных материалов. определенная по предложенной методике, составляет

о

в пределах от 62 до 1080 смг/г, что хоров» согласуется с литературными данными. Малой зели-аиой начальной реакционной поверхности обладает сернистые коксы &эво-Уфимского и Куйбышевского Ш13 (62 и 72 сы^/г). Наибольшей - технический углерод и кскс Оергансизго НШ (окаю 1000 oi^/r).

Далее приведены результаты исследования оксиреакционной способности (ОРС) сырых, прокаленных и пековых нефтяных коксов, технического углерода, промышленных обожженных пропитанных и непропиташои графитов, кокса фенольного конструкционного нег-рафитируюцэгсоя (КШЭ и металлургических коксов.

Исследованы ОРС достаточно широкого класса углеродных ма материалов (включая сырых нефтяных котеов и графитов), значительно различающихся по реакционной способности, что позволило пред-

долить ¡иассификацюа ¡к по интегральной ОРС. Ксаосификадию предлагается производить в баллах в зависимости от средней скорости угара Уср при температуре реагирования 550 °С. В таблице приведена предлагаемая классификация углеродных материалов.

Таблица

Кяассифякацяя углеродных материалов по ОРС

Балл VcP, 10"б-с-1

1 более 500

2 250... 500

3 130. ..250

4 65... 130

5 30... 65

б 15... 30

7 8... 15

8 4. ..8

9 2... 4

10 менее 2

Из исследованных углеродных материалов юшкой ОРО обладают кокс , ННПС (10 бал.}, графиты {7-Ю бал.), пегсовые коксы (8-9 бал.), кокс КФКЛ прокаленный при 2000 °С и выое (10 бал.), пиро-углерод (8 бал.), игольчатый кокс Враеноводского НПЗ (7 бал.) в кокс из пиролизной смолы (6 бал.). Средние скорости угара их при температуре Б50 °С составляют (0,75... 21)-10"® о"1.

Высокую ОРС имеют сырые нефтят* коксы (1-2 бал.), высо-косерпиотый порошкообразный коке Куйбывевского НПЗ (1 бал).

прокаленные сернистые коксы Ново-Уфимского и Херсонского НПЗ (2-3 бал.), кокс Орско-Халиловского металлургического комбината (1 бал.), кокс из донецкого антрацита (3 бал.), технические углерода (2-3 бал.), кокс Mffl прокаленный при 1000 °0 (2 бал.). Средние скорости угара данных углеродных материалов при температуре 650 °С составляют (160. ..1251)-Ю-6 с"1.

Промежуточное положение по ОРО занимают ыаяосернистые коксы Ново-Уфимского, Oucicoro и Ферганского НПЗ (5-6 бал.), средние скорости угара которых - (26.. .58) '10*6 о-1.

Сырые нефтяные коксы характеризуются малыми значениями кажущейся энергий активации (94 кДж/моль). и большим количеством оксида углерода в продуктвх реакции (до 45,7 X). Энергия активации реакции прокаленных шссов р кислородом составляет 125...187 кДж/моль, что превышает соответствующих виачений для непрокалеииых коксов на 40... 60 кДж/коль. Характерным для про-1шленных коксов является малое количество обраауадегося при реагировании оксида углерода - 3... 7 2.

Низкую кажущуюся энергию активации реакции с кислородом имеют коксы с высоким содержанием серы: Куйбышевского, Нэво-Уфимского и Херсонского НПЗ - 125... 139 кД^Умоль. Коксы, полученные из пиролизной смолы с добавлением 30 X масс, серы, отличаются, независимо от их температуры прокалки, низкой кажущейся энергией активации и большой долей образующегося при реагировании оксида углерода

Средние значения кажущихся энергий активации реакции тех-

i

нического углерода, неновых коксов, графитов с кислородом равны, соответственно: 166; 195; 205 кДж/моль.

Установлено, что обожженные графиты обладающие высокой КРС имеют и высокую ОРО.

Исследованием ОРС кокса февольного конструкционного неграфи-тирущэгося (ШЩ прокаленного при рас личных температурах, установлено , что с повышением температуры прокаливание до 2000 °С СРО сильно падает. Дальнейшее повышение температуры прокаливания до 2500 °С № приводит к заметному снижению ОРС. Кажущаяся энергия активации для кокса ШН прокаленного при 1000 и 1600 °С составляет около 110 кДх/моль, а прокаленного при 2000 и 2500 °0 - около 210 кЛжЛюль.

приведены также результаты исследования гидрооксиреакцион-ной способности (ГРС) сырых и прокаленных нефтяных коксов. С повышением содержания серы в коксах растет их ГРС. Наибольшей ПС обладают сырые и сернистые коксы - (186...Бв5)-10"& с"1. Низкой ГРС обладают коксы из пиролизной смолы, Ферганского НТО и пековый кокс - (4,2. ..25,1)10~е с"4.

Анализ результатов исследований показывает, что сера снижает КРС и увеличивает ОРС и ГРС углеродных материалов. Установлено, что ОРС и ГРС нефтяных коксов коррелируют между собой.

Кажущиеся анергии активации реакции углеродных материалов составляют: с кислородом 75,30... 228,15 кДж/шль; с диоксидом углерода 175,00...300,19 кДх/моль; с водяным паром 198,29... 331,61 кДж/моль.

В пятой главе приведены разработанные математические модели, алгоритмы и программы расчета процессов окислительной регенерации микросферических катализаторов крекинга и газификации нефтяных коксов в кипящэм слое, а такле процесса прокалки нефтяных коксов во враяаклрйся барабанной печи.

На математической модели исследовано влияние основных параметров на процесс окислительной "регенерации катализатора крекинга. в качестве примера на рис. 2 представлены графя« аа-

висимости температуры в регенераторе и остаточного кокса на катализаторе от расхода воздуха, полученные на математической модели. Видно, что эти еависимости имеют экстре ыальнш значения.

Зависимость температуры в регенераторе и остаточного кокса от расхода воздуха

700

£00

«00

400

— 1 Ujl.. К-

м л 4i

QB.

о.в од

0.4 0.3

ая

« i \

N i V г/.

1 А» г

О 200 400 ООО 600 1000 1200 ¡400

QB, MVÍU2 Ч)

Исходное содержание кокса, i масс.: 1-1,2; 2-1,0; 3-0,8; 4-0,6.

Рис. 2

Результаты расчета на математической модели хорош согласуются с показателями промышленных регенераторов.

На математической модели исследовано шпмиие расхода кокса, t .»духа и водяного пара на процесс газификации нефтяных коксов. Концевтрации оксида углерода и водорода в сухом газе по результатам расчета составляют около 40 % об., диоксида углерода - 16 X об., что соответствует составу газа реальных процессов.

fia математической модели исследовано также влияние основных параметров на процесс пр01алхи нефтяных коксов. Установлено, что при постоянном «качении температуры прокаливания Тпр, максимальная температура дымовых газов Тв^ с увеличением расхо-

да топлива проходит через минимальное значение (см. рис. 3).

Зависимость иакенмальной температуры дымовых газов оч расхода топлива

8400

егоо 2000 1600 1ЯОО 1400

О.СО С 06 0.10 0.16 0.80

От, кг/с

Температура воздуха, °С: 1-400; 2-300; 3-200.

Рис. 3

которое достигается при значении коэффициента изботка воздуха в области раь.юм двум. Повышение температуры воздуха на входе в печь Те приводит к снижению: количества топлива, необходимого для прокаливания кокса до заданной температуры; температуры дымовых гааоь на выходе из печи; степени угара кокса.

При прочих равных условиях, с ростом реакционной способности коксов величина угара в процессе прокалки возрастает, температура прокаливания проходит через максимум. Увеличение содержания воды в коксе приводит к сниманию максимальной температуры прокаливания.

Необходимый профиль температуры прокаливания кокса в барабанной печи полно подобрать, меняя соотношения расходов топлива и воздуха. На рип. 4 представлен график изменении температуры

к

-»- 4 а

Изменение температуры кокса и дымовых газов по длине печи

Рис. 4

дымовых гавов и кокса по длине печи при аначениях расхода топлива 0,104 кг/с. коэффициента избытка воздуха равном двум и температуры воздуха 400 °С. Основные параметры процесса для этого режима- мы гениальная температура кокса Ты - 1200 °0; температура кокса на выходе т печи Тпр - 1180 °С;. максимальная температура дымовых газов Г** - 1860 °С; температура дымовых газов кэ выходе И8 печи Тш* - 7S3 °0; отепень угара кокса У - 4,62 'L

ОЕШ BUBOSi

1. Равработакы методики исследования кинетики реакций вяа-имодействия углеродных материалов с диоксидом углерода, кислородом и водяным паром в дифференциальном проточном реакторе, основанные аа непрерывном определении состава газообразных продуктов реакции с последумиш расчетом вависимости степени и скорости угара углерода от продолжительности реагирования.

2. На основании исследования влияния гидродинамических факторов и температуры на скорость реакций О + СО^ и С + 0£ определены условия, обеспечивающие протекание процесса реагирования в области близкой к кинетической и практически устраняющие иска-жаюдре влияние яа результата опытов паиаотермичности и продуктов реакции. ■ '!

3. Разработана математическая шдель для описания нестационарной реакции взвкшдействш углеродных материалов о шстизни-ми гавами, исходя из разветвленяо-дапкого механизма развития реакционной поверхности. Составлены алгоритм и программа идентификации ее параметров на ЭВМ

4. Исследована кинетика реакции взаимодействия различных образцов нефтяных коксов и друга углеродных материалов о диоксидом углерода, кислородом и водяным паром и описана предложенным кинетическим уравнением.

5. Впервые исследована кинетика взаимодействия нефтяных . коксов о кислородом практически во всем реальном диапазоне изменения степени угара.

3. Впервые по единой методике исследована реакционная способность сырых и прокаленных нефтяных коксов, пиковых коксов, графитов, технического углерода по отношению к диоксиду углерода, кислороду.и водяному пару. Кажущееся энергии активации реакции углеродных материалов составляют: с кислородом 75,30...228,15 кДжЛлолЬ; с диоксидом углерода 175,00...300,19 кДж/моль; с водяным паром 198,29...331.61 кДас/моль.

Установлено, что окси- и гидрооксиреакциояная способности углеродных материалов хорошэ коррелируют между собой.

Произведена классификация углеродных материалов в зависимости от их интегральной оксиреакдаонной способности.

Полученные данные по реакционной способности могут быть использованы при подборе углеродных материалов для применения их в различных областях техники (при подборе рецептов сырьевой смеси производств анодов и графитировашых изделий, для шахтной плавки руд цветных металлов, для производства карбидов металлов и т.д.).

7. Разработаны математические »¿одели, алгоритмы и программы расчета процессов окислительной регенерации катализаторов крекинга, газификации и прокаливания нефтяных коксов, с использованием полученных результатов по кинетике реакции взаимодействия кокса с кислородом, диоксидом углерода и водяным паром. На математической 'модели исследовано влияние основных параметров на режимы данных процессов.

8. Методика и лабораторная установка по исследованию реакционной способности нефтяных шгсов по отношению к кислороду внедрены в БашНШШ и используются при выполнении научно-исследовательских работ на кафедре технологии нефти и газа У1Ш и в Башкирском государственном университете.

СПИСОК ОПУБШЮВА1ШЫХ РАБОТ 1. Цуртазин Ф. Р., Жирнов RC. , Ахметов С. А. и др. К реакционной способности углеродистых материалов // Тез. докл. рес-публ. научно-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых "Научно-техническое творчество ВУЗа в помощь производству". .- Уфа, 1986. - С. 12-ia

2. Ыуртазин & Р., Жирцов R С.. Ахметов С. А. и др. Метод анализа продуктов реакции при ваашюдействии нефтяных коксов с водяным парой // Tee. докл. республ. нэучяо-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых "Научно-тсхническое творчество ВУЗа в ПОШЦЬ производству". - Уфа, 1986. - С. 83-84.

3. Муртяаин ф. Р., SQipnoB Е С., Ахметов С. А. и др. Состно-иение окиси и двуокиси углерода при реагировании различный углеродистых материалов с кислородом // Тез. докл. оеспубл. научно-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых "Научно-техническое творчество ВУЗа в помощь производству". - Уфа. 1S86. - С.20-21.

4. Кирнов В С., Муртаеин Ф.Р., Ахметов O.A. Нэстациояаркое реагирование коксов с двуокисью углерода // Химия твердого топлива - 1986. - К 2. - С. 104-Í 08.

5. Кирнов ЕС. .Муртазик Ф. Р., Ахметов С. А. Метод исследования взаимодействия коксов о кислородом // Хими твердого топлива - 1887. - N 4. - С. 133-138.

6. КУртазип Ф. Р., Яирнов Е С., Ахметов С. А. Штод исследования регенорационных характеристик катализаторов // Тез. докл. vil республ. научно-техп. конф. "Проблемы углубления переработки нефти". - Уфа, 1988. - С. 77.

7. Захаров Е М., Мургазин Ф. Р.. Кузеез И. Р. К вопросу о реакционной способности кошозиций кокса со связующими // Тез. докл. XV!-ой Республ. научно-техн. конф. молодых учет и специалистов. - Уфа, 1990. - р. 79.

6. ¡»¡уртазин Ф.Р., Кирнов ЕС., Ахметов O.A. Об одном методе оценки реакционной способности углеродных материалов по отношению к диоксиду углерода // Тез. докл. 12- ой республ. на-учно-техн. конф. студентов, аспирантов, ученых и специалисгов Башкирии "Наука-производству". - Уфа, 1990. - С. 16-16.

9. Муртазин Ф. Р., Кирнов Е С., Ахметов С. А. Сравнительная оценка реакционной способности нефтяных коксов по отношению к акгивным гезам // Тез. докл. 12-ой распубл. научно-техн. конф. студентов, аспирантов,ученых и специалистов Башкирии "Hay-

ка-производству". - Уфа, 1990. - С. 17-18.

10. Ыуртазкк O.P. Математическое описание вваимодействия углеродных материалов с ектив1!ЫШ1 газами // Тез; докл. 12-ой ресаубл. научно-техн. конф. студентов, аспирантов, ученых и специалистов Башкирки "Наука- производству". - Уфа, 1990. - 0.22-23.

11. Муртазии &Р. Методика определения реакционной способности нефгвиьа îîoîccob // Tes. докл. XVI-ой Республ. кауч-ко-техи. конф. молодых ученых и специалистов. - Уфа, 1SS0. - С. 78.

12. Еирлов Б. С., Муртазии ф. Р., Ахметов 0. А., Ахметов IL U , Борзилова 3. В. Штод оценки реакционной-способности коксов // Химия твердого топлива - 1991. - N 3. - С. 93-95.

Соискатель Ф. Р. Муртазии

Подписано к печати 15.011 %3.

Формат бумаги 60x84 1/16. Бугага писчая. Печать облетная. Печ. листов (,0 . Тирад 1<ЭО экз. Заказ '$23.

Уфимский, нефтяной институт Ротапринт Уфимского нефтяного института

Адрес института и полигрвфпредприятия: 450042, Ус|а, Космонавтов, I