Получение углеродных материалов на основе экстрактов термического растворения угля

ВВЕДЕНИЕ 4
1 Литературный обзор 6
1.1. Уголь 6
1.2. Каменноугольная смола 8
1.3. Пек 11
1.4 Теоретические основы термического растворения угля 13
1.5 Игольчатый кокс 16
1.6 Методы исследования углеродных материалов 23
1.7 Варианты технологических процессов получения игольчатого кокса. 24
2 Материалы и методы 28
2.1 Материалы 28
2.2 Термическое растворения угля 29
2.3. Определение элементного состава 31
2.4. Методика экстракции продуктов терморастворения угля 32
2.5 Карбонизация экстрактов 33
2.6 Анализ карбонизатов методом сканирующей электронной микроскопии 34
2.7 Анализ карбонизатов методом оптической микроскопии 34
2.7.1 Подготовка проб 34
2.7.2 Оптическая микроскопия 36
2.8 Порошковая рентгеновская дифрактография 37
3. Результаты и обсуждение 38
3.1 Элементный состав продуктов термического растворения 38
3.2 Экстракция продуктов термического растворения угля 38
3.3 Результаты анализа оптической спектроскопии 39
3.4 Рентгеноструктурный анализ 41
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 46
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 47
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 48

Весь текст будет доступен после покупки

В настоящий момент в нашей стране сталелитейная промышленность в России переживает бурный рост. Вместе с тем, традиционная выплавка стали в доменных печах вытесняется электродуговой выплавкой, которая обеспечивает большую экономичность и экологичность процесса. На данный момент игольчатый кокс, применяемый в РФ для изготовления электродов, является полностью импортным. Этот материал представляет собой особый вид высокоуглеродисто го продукта, имеющего высокую проводимость по току в направлении преимущественной ориентации волокон и низкие значения коэффициента термического линейного расширения. С недавнего времени игольчатый кокс также используют для хранения энергии в литий-ионных аккумуляторах, суперконденсаторах.
Целесообразность создания отечественного производства рассматриваемого материала вызвана не только стратегическими целями, но и обусловлена экономически. На данный момент игольчатый кокс, применяемый в РФ для изготовления электродов марок ЭГСП и ЭГПК, является полностью импортным. Получаемые изделия являются расходными материалами дуговых печей, их широко применяют на отечественных металлургических комбинатах. Прекращение импортных поставок игольчатого кокса и, как следствие, остановка производства электродов на его основе может привести к прерыванию работы металлургических производств, зависящих полностью или частично от расходных материалов, изготавливаемых либо полностью за границей, либо из заграничного сырья. По данным Федеральной таможенной службы РФ, только в 2019 г. Российская Федерация потратила порядка 240 млн долл. на импорт игольчатого кокса. Наличие сырьевых ресурсов нефтяного, газового и угольного происхождения, которыми обладает Российская Федерация, позволяет начать реализацию стратегически оправданной и экономически целесообразной задачи организации собственного производства игольчатого кокса.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Литературный обзор

1.1. Уголь

Уголь представляет собой сложную смесь химических соединений. Доля углерода составляет от 65% до 91,5% в ряду бурый уголь - антрацит. При этом содержание других элементов в том же ряду уменьшается: кислород от 30 до 2%, водород от 8 до 3% [1]. В меньшем количестве присутствуют азот и сера. Все численные значения относят на безводную массу угля, содержание воды может составлять до 63 %.
В состав углей входят также минеральные компоненты, общее содержание которых определяется как зольность угля. Неорганические макрокомпоненты представлены в виде дискретных минералов - кварца, алюмисиликатов, пирита и могут быть сравнительно легко отделены от основной части органической массы.
Микроэлементы, как правило, распределены между органической частью и минеральной составляющей [2]. Минеральная составляющая углей может оказывать каталитическое действие на термохимические превращения угля, однако эта область малоизучена.
Модели молекулярной структуры угля разрабатывались многочисленными исследователями [3]. Наиболее общий подход рассматривает уголь как аморфное вещество, состоящее из ароматических фрагментов. Ароматичность угля трактуется как отношение количества ароматических атомов углерода к общему числу углерода. Ароматичность углей зависит от степени метаморфизма и составляет от 0,3-0,5 для бурых до 0,8 и 0,9 для каменных углей и антрацита соответственно [4]. Углерод, не связанный в ароматические кольца, распределяется по метильным, метиленовым, карбоксильным, эфирным, спиртовым группам [5].

Весь текст будет доступен после покупки

1 Калечиц, И. В. Химические вещества из угля [Текст] / И. В. Калечиц; пер. с нем. Под ред. И.В.Калечица. – М. : Химия, 1980. – 616 с.
2 Юровский, А. З. Минеральные компоненты твердых горючих ископаемых [Текст] / А. З. Юровский. – М. : Недра, 1968. – 214с.
3 Jonathan, P. The molecular representations of coal – A review [Text] / P. Jonathan, J. P. Mathews, L. Alan, A. Chaffee // Fuel. – 2012. – Vol. 96. – P. 1–14.
4 Redlich, P. I. Studies related to the structure and reactivity of coals. 14. Chemical characterization of a suite of Australian coals [Text] / P. I. Redlich, W. R. Jackson, F. P. Larkins // Fuel. – 1989. – Vol. 68. – № 2. – P. 222–230.
5 Yoshida, T. Liquefaction reaction of coal. 2. Structural correlation between coal and its liquefaction products [Text] / T. Yoshida, K. Tokuhashi, H. Narita // Fuel. – 1985. – Vol. 64. – № 7. – P. 897–901.
6 Скрипченко, Г. Б. Методология изучения молекулярной и надмолекулярной структуры углей и углеродных материалов [Текст] / Г. Б. Скрипченко // ХТТ. – 2009. – № 6. – С. 7–14.
7 Krichko, A. A. New ideas of coal organic matter chemical structure and mechanism of hydrogenation processes [Text] / A. A. Krichko, S. G. Gagarin // Fuel. – 1990. – V. 69. – P.885–891.
8 Given, P. H. The concept of a mobile or molecular phase within the macromolecular network of coals: a debate [Text] / P. H. Given, A. Marzec, W. A. Barton, L. J. Lynch, B. C. Gerstein // Fuel. – 1986. – V. 65. – № 2. – P. 155–163.
9 Neil, P. H. Dependence of coal liqufaction behaviour on coal characteristics. 9. Liquefaction of a large set of high-sulphur coal samples [Text] / P. H. Neil, L. J. Shadle, P. H. Given // Fuel. – 1988. – V. 67. – № 11. – P. 1459–1464.
10 Larsen, J. W. The role of non-covalent interactions in coal structure [Text] / J. W. Larsen, M. Nishioka, C. S. Pan // Int. Coal Science Conference. – 1989. – V. 1. – P. 9–12.

Весь текст будет доступен после покупки