Введение к работе
Актуальность проблемы. Процессы взаимодействия газов и твердых тел, являющихся одним из компонентов или катализаторами газофазных реакций, протекающих в контакте с твердой фазой, широко распространены в нефтепереработке, нефте-, коксохимии и металлургии- Однако научно-методическая база их описания далека от совершенства. Это связано с тем, что химизм и кинетика их протекания определяются множеством факторов, влияние которых трудно адекватно описать в рамках простых формальных кинетических зависимостей.
Решающее значение при проведении кинетических исследований этих процессов принадлежит корректным методическим подходам, правильный выбор которых во многом упрощает задачу кинетического описания.
На кафедре химико-технологических процессов УГНТУ в течение ряда лет проводились системные исследования процессов газификации, термооблагораживания углеродистых материалов, а также процессов каталитической конверсии метана и синтеза аммиака. Результаты этих исследований позволили, с одной стороны, усовершенствовать и унифицировать методические приемы, выявить закономерности процессов, а с другой стороны, выполнить их кинетическое описание, разработать и применить математические модели процессов для их оптимизации, научного сопровождения и разработки новых технологических аппаратов.
Работа выполнена в соответствии с комплексной научно-технической программой "Человек и окружающая среда" по координационному плану АН СССР и по координационному плану АН
СССР "Теория химического строения, реакционная способность изотопов" 1986-90 г.г.; научной программой "Охрана окружающей среды" 1990-96 пг. (приказ по УГНТУ № 1 і -2 от 05.05.88. раздел 9).
Цель работы - установить кинетические закономерности газотвердофазных процессов и разработать математические модели процессов газификации, термооблагораживания кокса, конверсии метана и синтеза аммиака.
В соответствии с поставленной целью в задачи исследований входило:
разработка экспрессных методов исследования кинетики и термодинамики газо-твердофазных процессов;
определение реакционной способности углерода по отношению к кислороду, диоксиду углерода, водяному пару для различных типов углеродистых материалов и разработка классификации углеродистых материалов по реакционной способности;
разработка математических моделей процессов газификации и термооблагораживания кокса, конверсии метана и синтеза аммиака.
*' Научная новизна.
Установлена совокупность закономерностей кинетики вза
имодействия углеродистых материалов с активными компонентами
газовой фазы, в том числе:
впервые обнаружено наличие максимума скорости реакции кокса с кислородом и водяным паром в процессе угара;
впервые на основе кинетических исследований определена удельная реакционная поверхность углеродистых материалов;
доказана первичность образования оксида углерода с последующим образованием диоксида углерода в гомогенной фазе в реакции взаимодействия углеродистых материалов с водяным паром;
- доказано, что при взаимодействии углеродистых материа
лов с диоксидом углерода реакция имеет квазипервый порядок.
Получены аналитические уравнения, описывающие нестационарные химические процессы взаимодействия углерода с кислородом, водяным паром и диоксидом углерода.
Предложено характеризовать реакционную способность углеродистых материалов по отношению к диоксиду углерода по совокупности констант:
энергия активации;
коэффициент изменения реакционной поверхности;
начальная и интегральная реакционная поверхность.
Разработаны методики определения реакционной способности и удельной реакционной поверхности углеродистых материалов, позволяющие оценить карбо-, окся- и гидроксиреакционную способность углеродистых материалов различной природы.
Впервые предложена классификация углеродистых материалов по их реакционной способности по 10 балльной ипсале в зависимости от интегральной оксиреакционной способности.
Практическая ценность. На основе проведенных исследований:
-в отделе фундаментальных исследований ИПНХП АНРБ внедрены и используются лабораторные методики по определению реакционной способности углеродистых материалов по отношению к Ог;
-на ОАО "Салаватнефтеоргсинтез" в 1977 году внедрены промышленные реакторы синтеза аммиака с радиальной насадкой с годовым экономическим эффектом 292 278 руб (в ценах 1985 г);
-на ОАО "Салаватнефтеоргсинтез" в 1979 году внедрены промышленные реакторы синтеза аммиака с радиально-аксиальной насадкой и колонна синтеза с пластинчатым теплообменником с годовым экономическим эффектом 363 487 руб (в ценах 1985 г).
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на:
международной научно-технической конференции "Проблемы нефтегазового комплекса России", посвященной 50-летию Уфимского государственного нефтяного технического университета (Уфа, 1998 г.);
всесоюзном семинаре "Производство электродного кокса методом замедленного коксования нефтяных остатков" (Уфа, 1972 г.)
республиканских научно-технических конференциях: "Наука и технический прогресс в нефтехимии" (Уфа, 1974, 1980 г.); "Научно-технические достижения и эффективность производства" (Стерлитамак, 1979 г.); "Проблемы глубокой переработки остатков сернистых и высокосернистых нефтей" (Уфа, 1980 г.); "Проблемы углубления переработки нефти" (Уфа, 1988 г.); "Экономический рост: проблемы развития науки, техники и совершенствование производства" (Уфа, 1996 г.);
- научно-технических совещаниях и семинарах в УГНТУ,
ИПНХП АН РБ, ОАО "Салаватнефтеоргсинтез" в 1977-1996 гг.
