CC BY
42
ТЕ:!-.-:иГ|.-"и"|П .и¡:::-г"-:::-1...!1 .IV \¡...!1:::г=1::м"-:::-!...!1 ¡:::," ¡..л.IV ег>еп \ \ ¡:::г~п:::<
Проаналiзовано фiзико-хiмiчнi властивостi розплаву хлориду натрт в умовах шролиу природного газу i конверсп вугшля. Показано тдиференттсть розплаву хлориду натрт в умовах процеЫв окиснення i шролиу. При паровш конверсп вугшля встановлено взаемодт ^С з водою Ключовi слова: тролiз, ргдкий висо-
котемпературний теплоносш, водень □-□
Проведен анализ физико-химических свойств расплава хлорида натрия в условиях пиролиза природного газа и конверсии угля. Показана индифферентность расплава хлорида натрия в условиях процессов окисления и пиролиза. Установлено взаимодействие ^С1 с водой при паровой конверсии угля
Ключевые слова: пиролиз, жидкий высокотемпературный теплоноситель, водород
УДК 66.01.002.2.661.51
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОГО ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ. РАСПЛАВ ХЛОРИДА
НАТРИЯ
В.Ю. Тарасов
Кандидат технических наук Кафедра общей и физической химии Технологический институт Восточноукраинского национального университета им. В. Даля (г. Северодонецк) пр. Советский, 59-а, г. Северодонецк, Луганская обл., Украина,93400 Контактный тел.: 050-904-55-49 Е-mail: vatarasov@rambler.ru
1. Введение
3. Цель и задачи исследования
В качестве высокотемпературной среды при моделировании химических процессов, протекающих в жидком высокотемпературном теплоносителе, большинство исследователей [1, 2] рекомендуют хлорид натрия, который характеризуется индифферентностью к реагентам, используемым и образующимся в результате реакций.
2. Анализ литературных данных и постановка проблемы
Особенностью реакций, протекающих в жидком высокотемпературном теплоносителе, является высокая энергонапряженность реакционного объема с постоянно обновляющейся рабочей поверхностью контакта и химическая стабильность теплоносителя. В высокотемпературных средах рекомендуется проводить следующие процессы: окисление кислородом воздуха, пиролиз, конверсию органических и других углеродсодержащих соединений (твердых горючих ископаемых) [1, 2]. Согласно термодинамических расчетов, расплав хлорида натрия стабилен в диапазоне от 1070 до 1760 К. В работе [3] упоминается о его химическом взаимодействии с исходными соединениями и продуктами паро-воздушной газификации соленого угля в псевдоожиженном слое. Авторы объясняют это катализом хлоридами щелочных и щелочноземельных металлов, содержащихся в зольности соленого угля, доля которых в составе не превышает 1,8 %.
Целью данной работы является изучение взаимодействия теплоносителя с сырьем и продуктами реакции химических процессов.
4. Экспериментальные данные и их обработка
В расплаве хлорида натрия проведены следующие процессы:
пиролиз природного газа [4]:
СН4 = С + 2Н2 пиролиз каменного угля [5]:
(1)
10С4,ВН1,^0,04%3=10ТО+5,Ш2+
+0,4Н2S+1,5N2+36С (2)
окисление углерода кислородом воздуха [6], водяным паром [7] или оксидом углерода (IV):
С + О2 = СО2 , (3)
С + Н2О = СО + Н2 , (4)
С + 2Н2О = СО2 + 2Н2 , (5)
С + СО2 = 2 СО. (6)
Термодинамический анализ показывает, что в изученном интервале температур стабильности расплава
© ,
хлорида натрия константы равновесия реакций (1-6) значительно выше единицы. Поэтому расплав хлорида натрия может взаимодействовать с восстановителями -СН4, С, Н2, СО и окислителями - О2, СО2, Н2О. Однако проведенные в [5] расчеты показали, что теплоноситель может вступить во взаимодействие лишь с водой.
При температурах расплава 1110 ^ 1360К проведены опыты пиролиза природного газа [8]. Экспериментально показано, что при расчетном времени контакта 0,3 с при температуре 1360К образуется водород, который можно использовать в качестве гидрирующего агента. Отмечено увеличение содержания водорода в продуктах реакции и его стабилизация на уровне 40% об. с изменением концентрация углерода в ЖВТ до 15-18 мг/гЖВТ. При концентрации углерода более 80 мг/гЖВТ наблюдается интенсивный унос углерода из реакционной зоны. Величина 80 мг/гЖВТ характеризует сорбционную емкость расплава хлорида натрия. Углерод процесса характеризуется размером частиц 0,03; 14; 30 и 54 мкм, при этом основная доля (~90%) приходится на 30 нм, проявляет с диоксидом титана фотокаталитическую активность(константа скорости деструкции красителя родамина Б увеличилась на 30 %).
Взаимодействие метана и продуктов реакции (Н2 и С) с хлоридом натрия, хлор- и натрий содержащимися соединениями не зафиксированы. Аналогичные результаты получены в реакционном системе с избытком водорода [9] и углерода [10].
При использовании кислорода или СО2 и создание окислительной среды, наблюдается их разогрев до температуры теплоносителя. Введение дополнительно в реакционную зону углерода (сажа или кокс) - моделирование зоны нагрева теплоносителя [7] показало отсутствие блокировки хлоридом натрия доступа газообразных реагентов к поверхности углерода (рис. 1) и его взаимодействия с хлоридом натрия.
с, % 20
0 2 4 6 с с , мг/г„т
Рис. 1. Зависимость окисление углерода кислородом воздуха в расплаве хлорида натрия при 1250К и расходе воздуха 10 л/ч: 1 - СО2; 2 - СО; 3 - О2
Исследования процесса паровой газификации угля в расплаве хлорида натрия [7] при температуре от 1110 до 1350К показали, что при содержании углерода в расплаве (СС) менее 20 мг/гЖВТ преобладает процесс деструкции воды (6) над паровой конверсией угля (4, 5).
Экспериментально зафиксированное взаимодействие хлорида натрия с водой подтвердило термодинамические расчеты и результаты, полученные в Институте физико-органической химии и углехимии им. В.И. Литвиненко НАН Украины при паровоздушной конверсии соленого угля [4].
5. Выводы
Установлено взаимодействие NaCl с водой при повышенной температуре; существующие представления о химической устойчивости расплава NaCl при проведении процессов конверсии в присутствии водяного пара не соответствуют действительности. Опыты показали, что расплав хлорида натрия является наиболее эффективным жидким высокотемпературным теплоносителем. Контроль содержания в реакционной системе воды позволит организовывать процессы в расплаве хлорида натрия по переработке индивидуальных или смеси углеводородов (в т.ч. твердых бытовых отходов).
Литература
1. Cheremisinoff Nicholas P. Handbook of Solid Waste Management and Waste Minimization Technologies / Nicholas P. Cheremisinoff - Butterworth-Heinemann, 2003. - 477 р.
2. Миреев В. А. Неорганические солевые расплавы в технологии синтеза органических веществ [Электрон. ресурс] / В. А. Миреев, В. В. Сафонов // Расплавы. -Режим доступа: http://www.chemmarket.info 2002.
3. Шендрик Т. Г. Соленые угли / Т. Г. Шендрик, В. И. Саранчук. - Донецк: Схщний видавничий дам, 2003. -296 с.
4. Нова енергозбертаюча технолопя виробництва вод-ню / М.А.ГлМн, В.Ю.Тарасов, 1.М.ГлМна [та ш.] // Вюник Нац. у-ту „Л^вська пол^ехшка". Сер. хiмiя, технолопя речовин та 1х застосування. - 2006. - № 553.
- с. 144 - 149.
5. Газификация соленых углей. Термодинамический анализ / М. А. Гликин, Е. И. Зубцов, И. М. Гликина [и др.] // Хiмiчна промисловють Украши. - 2008. -№ 1. - С. 12-22.
6. Окисление углерода кислородом воздуха в жидком высокотемпературном теплоносителе / В. Ю. Тарасов, М. А. Гликин, Е. И. Зубцов [и др.] // Вюник СНУ iм. В. Даля. - 2007.- Ч. 2, № 5. - С. 149-152.
7. Газификация соленых углей в расплаве. Кинетика и технология / М. А. Гликин, Е. И. Зубцов, И. М. Глики-на, В. Ю. Тарасов // Хiмiчна промисловють Украши.
- 2008. - № 3. - C. 24-32.
8. Пиролиз природного газа в солевом расплаве. Исследование физико-химических свойств углерода. / В. Ю. Тарасов, И. М. Гликина, Е. И. Зубцов [и др.] // Вюник СНУ iм. В. Даля. - 2009.- Ч. 2, № 12 (142). - С. 124-130.
6Н2О = 4ОН- + 4Н+ + О2 + 2Н2 .
(7)
3
0
9. Неорганические солевые расплавы в органическом синтезе. Химические превращения в присутствии углерода / Е. И. Зубцов, И. М. Гликина [та ш.] // Хiмiчна промисловють Укра!ни. - 2009. -№ 6. - с. 22-25.
10. Гликин М.А. Получение водорода из нефтезаводских газов в жидком высокотемпературном теплоносителе / М.А. Гликин, В.Ю.Тарасов, И.М. Гликина // Вши. Схщноукр. Нац. ун-ту iм. В. Даля. - 2008. - № 12(130) ч1. - с. 74 - 79.
Abstract
The high power intensity of the reactionary volume with constantly updating work surface of the contact and the chemical stability of the heat carrier make it possible to organize such processes as air oxidation, pyrolysis, conversion of organic and other carbon-containing compounds (solid fuels). The thermodynamic analysis shows that in the studied range of temperatures from 1070 to 1760 K with СН4, С, ^, СО, О2 or СО2 molten sodium chloride is stable. At a temperature of 1110 + 1360K and contact time 0.3 s the dehydration of natural gas was held. It was shown that hydrogen and carbon were generated with a particle size of 0,03; 14; 30 and 54 micrometers, and the bulk (~ 90%) is 30 nm. The interaction of methane and the reaction products and ^ with sodium chloride and sodium chloride containing compounds were not fixed. Similar results were obtained in the reactionary system with an excess of hydrogen and carbon. In the process of steam coal gasification in molten sodium chloride the destruction of water and the interaction of products with sodium chloride were not recorded. The observed interaction requires an adjustment of physical and chemical characteristics of the liquid high-temperature heat carrier
Keywords:pyrolysis, liquid high-temperature heat carrier, hydrogen
-□ □-
Приведено спосiб отриман-ня гiдроксохлоридiв алюмню iз гiдроксоалюмiнату натрю з солями кальцю та магшю на першш стади та наступним розчиненням отриманих гiдроксоалюмiнатiв у солянш кислотi. Вивчено ефективтсть освтлення природног води даними коагулянтами Ключовi слова: коагулянт, освтлення
води, ггдроксохлориди алюмЫхю
□-□
Приведены способы получения гидрок-сохлоридов алюминия из гидроксоалюми-ната натрия с солями кальция и магния на первой стадии и последующим растворением полученных гидроксоалюминатов в соляной кислоте. Изучена эффективность осветления природной воды данными коагулянтами
Ключевые слова: коагулянт, осветление воды, гидроксохлориды алюминия -□ □-
УДК 628.10(088.8)
РОЗРОБКА ДОСТУПНИХ КОАГУЛЯНТ1В ДЛЯ ШТЕНСИФ1КАЦМ ОСВ1ТЛЕННЯ ПРИРОДНИХ
ВОД
Т.О. Ш абл i й
Кандидат техычних наук, доцент Кафедра екологп та технологи рослинних полiмерiв Нацюнальний техшчний ушверситет УкраТни «Кшвський пол^ехшчний шститут» Пр. Перемоги, 37, м. КиТв, УкраТна, 03056 Контактний тел. (044) 236-60-83 E-mail: tania1@voliacable.com
1. Вступ
Сьогодш в Укра!т гостро сто!ть проблема якост пщготовки води для промислового 1 господарсько-го споживання, низько! ефективност роботи водо-очисних споруд, проблема попршення стану води в природних водоймах. Значною м1рою це обумовлено дефщитом або вщсутшстю доступних яюсних, високо-ефективних реагенпв - коагулянпв та флокулянпв.
Як вщомо на Укра!ш основним коагулянтом е сульфат алюмшш, який використовують на вс1х станщях тдготовки питно! води, а також на промислових пщприемствах. 1нш1 коагулянти використовують не-
великими парт1ями час вщ часу. Не зважаючи на те, що сульфат алюмшш е самим доступним та дешевим коагулянтом на Укра!т, вш за ефектившстю суттево поступаеться пдроксохлоридам алюмшш, призводить до внесення в воду значно! кшькосп сульфат-анюшв [1].
Якщо враховувати те, що головним джерелом водо-постачання на укра!т е Д тпро, вода в якому пер юдично мае висою значення кольоровосп та каламутносп, а вичизнят коагулянти, навиь за високих доз, не до-зволяють забезпечити належного !! освилення та зне-барвлення, то можна сказати, що розробка ефективних доступних коагулянпв е важливою задачею.
ё
