Состав и физико-химические свойства технического углерода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Состав и физико-химические свойства технического углерода

Использование технических видов углерода в качестве наполнителей (нефтяные коксы) и усилителей резины (технический углерод, сажа) базируется на поверхностных явлениях, происходящих на разделе фаз. Эти явления зависят от состояния и энергии поверхности твердых веществ и от молекулярной структуры и устойчивости жидких фаз, а также сырья, условий их производства и адсорбции при применении.

Технический углерод. Представляет собой черный мелкодисперсный углеродный материал. Производят термодеструктивными и окислительным методами. Технический углерод содержит углерода - 94,8 - 99,7, водорода 0,2 - 0,9 и серы 0,00 - 0,15 %. Соотношение Н : С для технического углерода составляет 0,02 - 0,07.

Нефтяные коксы (углерод нефтяного происхождения) по внешнему виду представляет пористую твердую неплавкую и нерстворимую массу от темно-серого до черного цвета. Состоит из высококонденсированных вывсокоароматизированных полициклических углеводородов с небольшим содержанием водорода, а также других органических соединений.

Пространственное расположение углерода упорядочено во фрагментах графита, плоскостное расположение атомов углерода, причем расстояние между атомами углерода в плоскости в несколько раз меньше, чем между плоскостями. Степень упорядоченности зависит от сырья и технологии его подготовки. Так, прямогонные тяжелые нефтяные остатки дают малоупорядоченную структуру, а дистиллятные крекинг-остатки - высокоупорядоченную. Степень упорядочения влияет на способность графитации нефтяных коксов и свойства полученного графита.

По способу получения нефтяные коксы можно разделить на коксы, получаемые замедленным коксованием и коксованием в обогреваемых кубах.

Применяют коксы для производства углеродных конструкционных материалов, графитированной продукции, алюминия, абразивов и др. Полученный кокс сортируют на куски по размерам: > 25, 25 - 6 и 6 - 0 мм. Особо крупные куски (> 25 мм) подвергают дроблению. Коксы характеризуются содержание влаги, летучих веществ, золы и серы. Кокс содержит углерода - 91,7 - 97,5, водорода 0,3 - 3,9 и серы 0,6 -1,2 %. Соотношение Н : С для кокса составляет 0,2 - 0,6.

При производстве кокса и технического углерода под действием высокой температуры углеводородное сырье образует дисперсные частицы определенной структуры.

Исследования механизма и кинетика процессов термодеструкции углеводородного сырья, протекающих в жидкой фазе и сопровождающихся получением промежуточных термодинамически неустойчивых форм нефтяного углерода (нефтяные коксы, волокна и др.) позволили сделать следующие выводы. Парафиновые углеводороды нормального строения весьма склонны к ассоциации, однако в условиях термодеструкции они не могут вступать в межмолекулярные взаимодействия из-за высоких температур, которые приводят к повышенной скорости их распада. Продукты распада парафиновых углеводородов играют весьма активную роль в кинетике агрегирования высокомолекулярных конденсированных ароматических углеводородов, молекулярная масса которых в условиях термодеструкции, в отличие от парафиновых углеводородов, непрерывно возрастает и которые в связи с этим все более склонны к межмолекулярным взаимодействиям. Прочность продукта межмолекулярного взаимодействия (ассоциата) определяется балансом; сил между процессами агрегирования и растворения.

Возникшие ассоциаты продолжают расти до размеров, определяемых физико-химическими свойствами дисперсионной среды и дисперсной фазы, и затем коагулируют. Важное значение имеет геометрия молекул, составляющих дисперсную фазу (ассоциаты), Наиболее упорядоченная укладка в ассоциате будет в том случае, если молекулы полициклических ароматических углеводородов упорядочены в двумерной плоскости. В случае пространственной конфигурации молекул ароматических углеводородов будут формироваться рыхлые бессистемные коагуляты. Образующиеся за счет сил межмолекулярного взаимодействия ассоциаты на более поздних стадиях подвергаются химическим превращениям. Появление при этом сшивок между молекулами в кристаллите в дальнейшем сильно затрудняет их растворение, а на более глубоких стадиях делает его невозможным.

Таким образом, подбором сырья термодеструкции, состава среды, в которой будут проходить процессы агрегирования и роста ассоциатов, условий ведения процесса можно управлять кинетикой термодеструкции нефтяных остатков, размерами и структурой ассоцнатов и соответственно физико-химическими свойствами конечных продуктов.

Останавливая процесс на любой стадии, можно получить продукты различной стадии ассоциации и агрегативной устойчивости. На ранних стадиях термодеструкции образуются в основном, продукты внутримолекулярного взаимодействия (ассоциаты), которые способны при низких температурах к физическому агрегированию, тем в большей степени, чем меньше растворяющая сила дисперсионной среды. Эти ассоциаты растворимы во многих растворителях. Повышая долю процессов уплотнения, можно интенсифицировать рост единичных размеров молекул и создать более эффективные условия для межмолекулярного взаимодействия и начала химического агрегирования, завершающегося получением продукта, сильно склонного к явлениям ассоциации, особенно при низких температурах. При глубоких стадиях, когда в условиях высоких температур происходит преимущественно межмолекулярное взаимодействие с образованием химических связей в ассоциатах, формируется нефтяной углерод, нерастворимый ни в чем.

Исследования показали, что в результате термообработки нефтяных пеков при температурах выше некоторой критической в однофазной массе появляются анизотропные микросферы мезофазы размером 0,1--20 мкм. Сферическая форма вызвана действием сил поверхностного натяжения. Эти микросферы обладают способностью к изменению своих размеров.

Нефтяные продукты при коксовании и производстве сажи могут находиться в изотропной и анизотропной фазах, которые характеризуются разными физико-химическими свойствами. Обычно плотность анизотропной фазы (мезофазы) -- 1350 -- 1400 кг/м3-- всегда выше плотности изотропной фазы--1250-- 1320 кг/м3. Различие в свойствах анизотропной и изотропной фаз обусловливает их неодинаковую способность к расслоению и в дальнейшем к формированию из анизотропной фазы нефтяного углерода. Чем легче проходят процессы зарождения, роста, сращивания и видоизменения микросфер, тем выше волокнистость и графитируемость получаемых углеродов.

Коксы. В зависимости от изменения молекулярной массы выделенных из сырья асфальтенов, смол и масел различают три этапа коксования. На первом этапе протекают преимущественно реакции распада углеводородов коксуемого сырья с образованием главным образом жидких дистиллятных фракций, Газообразование при этом незначительно. В газе постепенно возрастает количество водорода, метана и непредельных углеводородов. К концу этого этапа содержание непредельных углеводородов в газе достигает максимума; молекулярная масса масел, смол и асфальтенов постепенно снижается.

При нагревании нефтяных остатков скорости реакции распада и конденсации изменяются неодинаково. Для образования коротко- и долгоживущих радикалов энергия разрыва связей должна быть в большинстве случаев намного больше или равна энергии активации. Энергия активации при деструкции меньше, чем энергия разрыва связей, вследствие образования промежуточных продуктов (газы, бензин, промежуточные фракции). В этих продуктах новые связи начинают образовываться одновременно с разрывом старых. Энергия активации крекинга равна разности между энергией разрыва связей молекул исходного сырья и энергией, затрачиваемой на образование новых связей в промежуточных продуктах. Таким образом, энергия активации крекинга есть функция глубины крекинга; при его протекании лучше осуществляется первый этап (распад), требующий меньшей энергии активации, чем полный крекинг молекул исходного вещества.

Средняя энергия активации термического разложения нефтяных остатков составляет 231 кДж/моль. При увеличении молекулярной массы индивидуальных ароматических углеводородов энергия активации их распада уменьшается до определенного предела.

Энергия активации коксования в ряду: масла > смолы > асфальтены снижается в следующем порядке: 210 000 >135 240 > 108 360 кДж/моль. Снижение энергии активации распада с повышением молекулярной массы, низкое ее значение в начальной стадии и высокое к концу процесса показывает, что в первую очередь при этом отщепляются атомные группировки со слабыми связями.

С повышением температуры крекинга скорость образования короткоживущих радикалов растет быстрее, чем скорость образования долгоживущих радикалов, для образования которых требуется меньше энергии активации. В результате с повышением температуры скорость реакции распада сырья крекинга должна быть выше скорости реакции конденсации. Экспериментально подтверждено, что энергия активации распада (231 кДж/моль) выше, чем энергия активации реакции конденсации (197 кДж/моль).

Между реакциями распада компонентов сырья и уплотнения проходит некоторое время; поэтому, регулируя процесс, можно получить значительное количество жидких и газообразных продуктов без существенного образования карбоидов.

На втором этапе термодеструкции интенсивно протекают процессы конденсации высокомолекулярных углеводородов, вызывающие увеличение молекулярной массы составляющих нефтяного остатка. В газе количество водорода и метана увеличивается, но концентрация непредельных углеводородов снижается, что также указывает на возрастание роли реакций конденсации.

Доля мезофазы в остатке зависит от температуры и длительности термодеструкции. С повышением двумерной упорядоченности сырья (дистиллятный крекинг-остаток), температуры (до определенного предела) и длительности термодеструкции доля мезофазы растет и стремится к единице.

В случае пространственной конфигурации молекул (гудрон) доля мезофазы при тех же условиях меньше; она несколько повышается с увеличением давления (до 0,5 МПа) в системе. Значения пороговой концентрации асфальтенов, после достижения которой начинается интенсивное образование карбоидов, для остатков различного происхождения неодинаковы. При более высоких температурах пороговая концентрация асфальтенов достигается в случае меньшей длительности нагрева остатков в системе.

Подвижность ассоциатов в процессе термодеструкции в значительной мере зависит от свойств дисперсионной среды. Для формирования из микросфер крупных сфер мезофазы необходимо сократить влияние диффузионных факторов, обеспечить подвод к микросферам полициклических ароматических структур и создать одновременно возможность слияния этих микросфер в более крупные. При этом дистиллятные крекинг - остатки остаются пластичными более длительное время, чем крекинг - остатки остаточного происхождения.

Таким образом, второй этап термодеструкции является ответственным с точки зрения формирования мезофазы.

На третьем этапе происходят дальнейшие процессы уплотнения и конденсации, заканчивающиеся образованием продуктов глубокого уплотнения всего остатка коксового пирога. Об интенсивном протекании на этом этапе процессов уплотнения свидетельствуют снижение выделения дистиллята и бурное образование газа.

При разработке кинетической модели термодеструкции остатков приняты представления об образовании надмолекулярных структур в жидких продуктах деструкции и об изменении по мере непрерывного превращения групповых компонентов устойчивости и механической прочности системы.

В процессе коксования происходят фазовые переходы в реакторе. В первый период коксования до пороговой концентрации асфальтены накапливаются в остатке, затем они выпадают во вторую фазу. Момент выпадения асфальтенов и начало образования коксового массива четко прослеживаются на кривых изменения выходов и качества дистиллята. Чем меньше агрегативная устойчивость системы (чем больше асфальтенов и парафинов), тем скорее достигается пороговая концентрация асфальтенов и выпадение их во вторую фазу. Затем наступает при постоянной подаче сырья в реактор период непрерывного выделения асфальтенов, концентрация которых превышает порог осаждения. Результаты анализа кокса по высоте реактора показали его неодинаковое качество. Большее время, затрачиваемое на удаление кокса из средней части камеры, согласуется с высокой механической его прочностью в этой зоне. При удалении кокса из нижней и верхней зоны формируется мелочь (фракции ниже 25 мм), что снижает качестве электродного кокса.

На основании полученных результатов механизм замедленного коксования в необогреваемых камерах при непрерывной подаче сырья в реактор можно представить в следующем виде.

В начальный момент при загрузке реактора горячим сырьем стенки камеры разогреваются. Происходит усиленное выделение паров и на дне реактора накапливается жидкая масса -- тяжелая часть загрузки. При незначительном уровне жидкости в реакторе дистиллят, проходящий через верх реактора, представляет собой в основном малоизмененные фракции исходного сырья. В этом случае процесс испарения преобладает над процессом разложения, что и приводит к высоким значениям плотности и вязкости дистиллята, его коксуемости и содержания в нем серы. Выход продуктов разложения в этот период относительно мал.

В дальнейшем, по мере накопления в реакторе жидкой части загружаемого продукта, подаваемый свежий продукт проходит через слой жидкости и в жидкой фазе начинают интенсифицироваться деструктивные процессы. В результате плотность и вязкость дистиллята уменьшаются. Одновременно возрастают плотность и вязкость остатка в жидкой фазе вследствие увеличения доли продуктов, склонных к структурированию, прежде всего асфальто-смолистых веществ.

В начальный момент деструкции в реакторе образуются две фазы: паровая и жидкая, разделенные прочным поверхностным слоем, который обладает специфическими свойствами. Эти свойства определяются структурой и концентрацией поверхностно-активных веществ и температурой системы. Регулируя указанные параметры, удается изменять структурно-механическую прочность поверхностного слоя и влиять на технологию процесса коксования. Обычно газы и пары (продукты деструкции), прорывающиеся через этот слой, вызывают ценообразование. Если в жидкой части загрузки реактора образуется пена достаточно прочная, то при бурном испарении или выделении газов в случае резкого изменения рабочих условий коксования (например, давления) может произойти выброс большого количества жидкой части загрузки из реактора в колонну.

По мере достижения пороговой концентрации асфальтенов происходит их расслоение и они выделяются в отдельную фазу в виде ассоциатов. Структура ассоциатов, формируемая за счет сил межмолекулярного взаимодействия, в дальнейшем определяет структуру твердого вещества. На этой стадии система переходит в пластическое состояние.

На образование и степень упорядоченности ассоциатов влияют природа сырья и гидродинамические условия в реакторе. После выделения асфальто-смолистых веществ в отдельную фазу ассоциаты начинают быстро взаимодействовать друг с другом, что сопровождается образованием твердой фазы и сильным выделением газов. Ассоциаты сращиваются друг с другом по месту свободных валентностей в сложных радикалах; в дальнейшем разрозненные ассоциаты химически сшиваются таким образом в прочную сплошную массу. Выделяющиеся газы встречают при выходе тем большее сопротивление, чем выше вязкость пластической массы. В соответствии с этим в слое развивается давление; оно и является той силой, которая вызывает вспенивание, а иногда и выбросы продукта.

Учитывая сказанное, следует ожидать максимально возможного вспенивания или выброса в момент образования коксового пирога (массива) и залпового; выделения газов. Действительно, например, при коксовании крекинг - остатка наибольшее число выбросов наблюдается через 2,5 ч после начала процесса, а при работе на полугудроне -- через 8--9 ч (при 490 °С), т. е. в моменты образования первоначального коксового массива и значительного выделения газов. Подача в этот момент поверхностно-активных веществ в реактор (например, силиконов) позволяет сильно ослабить поверхностную прочность слоя и снизить давление, развиваемое под слоем, а также устранить возможность выброса продукта из реактора в колонну.

После образования на начальной стадии коксового массива основные показатели процесса стабилизируются.

Очевидно, стабилизация основных физико-химических свойств дистиллята через определенное время после начала коксования свидетельствует о переходе процесса из первой стадии во вторую, представляющую собой непрерывное коксование. Вторая стадия отличается от предыдущей тем, что в ней одновременно, с относительно большими скоростями, протекают процессы распада, конденсации и уплотнения углеводородов коксуемого сырья. Эти процессы сопровождаются непрерывным наращиванием коксового слоя (выше которого расположен слой вспученной массы коксующегося остатка) и равномерным выделением из реактора паров коксового дистиллята и газа. К началу второй стадии устанавливается равновесие в тепловом режиме процесса и в соотношении отдельных составляющих коксующейся массы. После отключения камеры от потока сырья (третья стадия) непрерывность процесса нарушается. В это время тепло в реактор не поступает, коксование затормаживается.

На практике на разных стадиях образуются разные слои кокса: нижний -- на начальной стадии коксования (периодический процесс); средний -- на второй стадии (непрерывный процесс) и верхний -- после отключения камеры от потока сырья (также периодический процесс). Разнородность в свойствах кокса по высоте реакционной камеры можно значительно устранить, вводя в камеру дополнительное количество тепла извне (например, введением горячих газов, перегретого пара, горячего потока нефтепродуктов).

На неоднородность качества кокса влияет и переменный тепловой эффект процесса в течение цикла коксования. Специальные исследования показали, что суммарный тепловой эффект реакции испарения, коксования и тепловых потерь по высоте не постоянен. Так, при работе на крекинг-остатке ромашкинской нефти он колеблется от 294 до 210 кДж/кг сырья. Большие значения теплового эффекта наблюдаются в начале коксования (момент, когда происходит интенсивное испарение фракций сырья и повышенное образование газа и бензина). Затем, по мере установления постоянства выхода этих продуктов и увеличения доли процесса конденсации составляющих остатка, тепловые затраты снижаются до минимального значения.

В процессе коксования при 450 и 475 °С гудрона ромашкинской нефти общий расход тепла на процесс испарения и деструкции составил 300--320 кДж/кг сырья. Из них около 1/3 тепла было израсходовано на испарение, а остальное количество (189--210 кДж/кг) -- на реакцию.

Вполне понятно, что тепловой эффект существенно зависит от качества сырья, от его состава. Чем больше ароматизировано сырье, тем больше в нем элементов образующих кокс и чем благоприятнее условия для получения выхода кокса, тем выше доля экзотермических реакций.

При коксовании высокопарафинистого мангышлакского гудрона перепад температур между низом и верхом камеры равен 60°С, т. е. он в два раза больше, чем при коксовании крекинг- остатка парафинистых битковских нефтей. При низкой температуре верха реактора (420-- 425 оС) получается кокс пониженного качества (высокий выход летучих и низкая механическая прочность). При работе на сырье первичного и вторичного происхождения (крекинг-остаток) тепловые эффекты сильно различаются, так же, как и перепад температур в реакторе. В некоторых пределах это позволяет регулировать качество кокса, получаемого в реакторе.

Неравномерность процесса коксообразования сказывается на послойном отложении кокса, качестве дистиллятов и газов, покидающих камеру, а также на качестве керосино-газойлевой фракции (КГФ), выводимой с установки.

На характер изменения свойств КГФ на первом и третьем этапе коксования оказывает влияние также подключение на поток и отключение с потока соседних камер. Это обстоятельство надо учитывать при подаче депрессора на поток при получении профилактических средств специального назначения.

Описанные этапы формирования коксового массива, их длительность, физико-химические свойства кокса, степень его неоднородности сильно зависят от параметров процесса коксования, прежде всего от температуры.

При низкой температуре коксования из-за повышенной прочности пластической массы и меньшей скорости выделения газов и паров в коксующейся массе образуются крупные пузыри.

После затвердевания такой системы получается кокс крупнопористой структуры. При этом некоторое количество летучих (не прококсовавшаяся часть загрузки) остается в пластической массе в процессе ее затвердевания, в результате чего в готовом коксе возрастает содержание летучих. При повышении температуры коксования основные процессы распада молекул протекают, очевидно, до наступления пластического состояния, когда образующиеся пары и газы легко разрывают поверхностный слой. Поэтому количество пузырьков в момент затвердевания меньше, чем при низкой температуре, в результате чего кокс получается менее пористым и с меньшим выходом летучих.

Когда концентрация ассоциатов и расстояние между ними достигают определенной величины, они под действием сил межмолекулярного взаимодействия сращиваются. Чем ниже температура процесса, тем толще сольватный слой между ассоциатами, тем труднее они сращиваются и тем больше времени требуется для процесса коксования. От числа и природы связей, возникающих между ассоциатами и внутри них, зависят свойства получаемого кокса. По мере повышения температуры коксования возрастает доля химических связей вследствие уменьшения числа нежестких ван-дер-ваальсовых и водородных связей. Поскольку энергия взаимодействия последних на один -- два порядка ниже, чем у химических связей, структура кокса упрочняется.

Умеренные температуры коксования (500--505°С) в «толстом слое» (по всей пластической массе) способствуют слипанию ассоциатов в сплошную прочную массу. При температурах выше 505 °С толщина адсорбционного слоя мала, вследствие чего связывающего материала недостаточно для сшивания ассоциатов в сплошную массу, и коксование может завершиться на поверхности разрозненных частиц (автономное коксование). По мере подачи сырья на этих частицах нарастает коксовый слой, в результате чего куски кокса получаются различной, преимущественно округлой формы. Например, в случае замедленного коксования крекинг-остатка (с = 1,020) при температуре около 505 °С в реакторе получается смесь разрозненных коксовых шаров различных размеров.

При температурах, намного превышающих 505 °С, процессы распада и конденсации составляющих жидких остатков значительно ускоряются, коксование происходит на поверхности коксовых частиц без их слипания в течение относительно малого времени. Это обстоятельство является наиболее важным фактором, позволяющим сравнительно просто оформлять технологические схемы непрерывного коксования на гранулированном и порошкообразном теплоносителях.

При непрерывном коксовании нефтяных остатков (в тонком слое) вследствие расхода тепла не только на проведение реакции и компенсацию тепловых потерь, но и на нагрев сырья с 380--410 до 510--520 °С удельный расход тепла значительно больше, чем при замедленном коксовании в необогреваемых камерах, и составляет 672--838 кДж/кг сырьевой загрузки реактора. В связи с этим в систему необходимо подавать значительное количество тепла извне. Установлено, что устойчивый ход процесса обеспечивается при массовом соотношении теплоносителя и сырья 7--8 : 1 в случае порошкообразного теплоносителя и 12--14: 1 в случае гранулированного. При одних и тех же температурах время, требуемое для завершения коксования в тонком слое, значительно меньше, чем при коксовании в необогреваемых камерах.

Рассмотренный механизм коксования показывает, что на процесс влияют различные факторы: химический состав сырья; склонность к межмолекулярным взаимодействиям, температура входа вторичного сырья в реактор; длительность пребывания продуктов в реакторе, давление в зоне реакции; коэффициент рециркуляции и др.

Технический углерод - сажа - является особой высокодисперсной формой углерода, получаемого при более высокотемпературном, по сравнению с коксованием и пиролизом, термолизе углеводородного сырья (1200 - 2000оС). Она имеет черный цвет. Размеры сажевых частиц лежат в пределах от нескольких сотен до нескольких тысяч Е, то есть в пределах размеров коллоидных частиц.

Основными элементами технического углерода являются углерод (90 - 99%), водород (0,3 - 0,5 %) и кислород (0,1 - 7,0 %), содержание, элементов колеблется в зависимости от состава сырья и технологии производства. В саже может содержаться до 1,5 % серы и до 0,5 % золы. Из частиц сажи формируются агрегаты (плотные образования множества частиц) и агломераты (рыхлые цепные образования разветвленной структуры). Линейные размеры агломератов сажи могут достигать нескольких микрон (обычно 0,2 0 0,8 мкм). По строению агломератов и плотности упаковки в них частиц судят о структурности сажи. В производственных условиях ее оценивают по маслоемкости - масляному числу (чем оно больше, тем выше структурность, больше размеры и рыхлость агломератов сажи). Содержание кристаллической фазы в саже составляет 50--70%.

Получают сажу печным, канальным (или диффузионным) и термическим методами. Наиболее распространен печной способ (более 90%), осуществляемый в реакторах за 0,01-0,07 с. Сажа образуется в результате процессов испарения и горения, газификации и термического разложения нефтяного сырья с последующим взаимодействием частиц сажи с газообразными продуктами реакций. Канальный способ заключается в осаждении сажи из диффузионного пламени на холодную поверхность. Термическим разложением сырья без доступа воздуха получают термическую и ацетиленовую сажи.

Формирование сажевых частиц состоит из этапа возникновения зародышей и их роста. Предполагают, что первичные зародыши сажевых частиц формируются в результате сложных процессов возникновения из молекул свободных радикалов и взаимодействия их по цепной разветвленной реакции.

Процесс сажеобразования происходит на надмолекулярном уровне. Основные этапы процесса сажеобразования: формирование сложных структурных единиц в жидкой фазе; предварительный нагрев и распыливание жидкого сырья в реакторе; взаимодействие ССЕ с горячими газами; переход ССЕ в кристаллиты и их рост, гетерогенное взаимодействие кристаллитов с реакционноспособными газами, внутренняя перестройка структуры кристаллитов при высоких температурах и формирование при соударении сажевых кристаллитов пространственных структур. На каждый из этих этапов большое влияние оказывает молекулярная структура сырья, состав и соотношение компонентов газовой среды и технологические условия процесса, регулируя которые можно управлять процессом сажеобразования.

На возникновение и рост зародышей сажи значительное влияние оказывает температура и среда, в которой формируются жидкие частицы. При высоких температурах возникает большое количество зародышей, рост которых контролируется подачей углеводородного сырья. Одновременно интенсифицируются процессы взаимодействия сажевых частиц с реакционноспособными газами, приводящие к образованию более дисперсных сажевых частиц. Добавление в зону реакции ингибиторов (пропилена, оксида азота) или инициаторов (оксида этилена) влияет на кинетику образования сажи, что подтверждает радикально-цепной механизм процесса.

Сырьем для производства сажи являются в основном жидкие нефтепродукты, а также природные и попутные газы. Жидкое нефтяное сырье должно быть высокоароматизированным и выкипать в довольно узких пределах (термические и каталитические газойли, экстракты, зеленое и антраценовое масла, пековый дистиллят и др.). Введением в сырье небольших количеств присадок (щелочных и щелочноземельных металлов, их солей и оксидов, элементоорганических соединений и др.) можно существенно интенсифицировать процесс и модифицировать свойства сажи. Сажа имеет высокую реакционную способность и сразу же по выходе из реактора окисляется.

Основные показатели качества сажи -- размер частиц (дисперсность, размеры и форма сажевых агрегатов), структурность, удельная поверхность, адсорбционная способность, содержание летучих, серы, посторонних включений, зольность и рН водной суспензии. Для некоторых марок оценивают показатели тепло- и электрофизических свойств, содержание частиц кокса. Свойства сажи определяются прежде всего составом сырья и способом производства. Так, при возрастании числа ароматических колец и содержания углерода в циклических структурах сырья увеличивается выход и улучшается качество сажи. Ее дисперсность зависит от температуры процесса, с ее повышением выход сажи уменьшается. Значительное влияние на технические свойства наполненных систем оказывает содержание серы.

Литература

углерод наполнитель резина коксование

1.Гранберг И.И. Органическая химия. - М., 2002

2.Дорохова Е.Н., Прохорова К.В. Аналитическая химия. Физико-химические методы. - М., 2004

3.Евстратова К.И., Купина Н.А., Малахова Е.Е. Физическая и коллоидная химия. - М., 1990

4.Зимон А.Д., Лещенко Н.Ф. Коллоидная химия.- М., 2003

5.Зимон А.Д. Физическая химия.- М., 2003

6.Ипполитов Е.Г., Артемов А.В., Батраков В.В. Физическая химия.- М., 2005

7.Ким А.М. Органическая химия. - Новосибирск, 2007

8.Коржуков Н.Г. Общая и неорганическая химия. - М., 2004

9.Коровин И.В. Общая химия. - М., 2005

Размещено на Allbest.ru