Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов

Слайд #1

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРИРОДНЫХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ И УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ Преподаватель Левашова Альбина Ивановна, к.т.н. Францина Евгения Владимировна, ассистент кафедры ХТТ

Слайд #2

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: Бухаркина Т.В., Дигуров Н.Г. Химия природных энергоносителей и углеродных материалов. – М.: РХТУ, 1999 Потехин В.М.,Потехин В.В. Основы теории химических процессов технологии органических веществ и нефтепереработки. Учебник для вузов-С.-П.:Химиздат, 2007.-994 с. (гриф УМО). Ахметов А.С., Ишмияров М.Х., Кауфман А.А. Технология переработки нефти, газа и твердых горючих ископаемых. Учебное пособие. СПб Недра, 2009.–832 с (гриф УМО). Химия нефти и газа под ред. В.А. Проскурякова и А.Е. Драпкина.Учебное пособие для вузов.-Л.:Химия, 1995.-495с. (гриф УМО). Мановян А.К. Технология переработки природных энергоносителей, 2004 Вержичинская С.В., Дигуров Н.Г. Химия и технология нефти и газа, 2007 А.И.Левашова, А.В. Кравцов Химия природных энергоносителей и углеродных материалов. – Томск: ТПУ, 2008.-119 с. А.И.Левашова, Н.В. Ушева Химия природных энергоносителей и углеродных материалов. Примеры и задачи. – Томск: ТПУ, 2008-92 с.

Слайд #3

ВВЕДЕНИЕ Химия природных энергоносителей и углеродных материалов рассматривает сырьевые материалы – природные энергоносители (горючие ископаемые ГИ): природный газ нефть твердые ГИ (торф, уголь, горючие сланцы и др.) материалы с высоким содержание углерода (графиты, алмазы, коксы, нефтяные и каменноугольные пеки)

Слайд #4

ВВЕДЕНИЕ В первом приближении фазовое состояние ГИ может быть сопоставлено с соотношением Н/С максимум водорода содержат газы, минимум твердые вещества, нефти занимают промежуточное положение. Чтобы перевести вещество из твердого состояния в жидкое необходимо его обогатить водородом.

Слайд #5

ОСНОВНЫЕ РАЗДЕЛЫ КУРСА: Физические и химические свойства углерода Термодинамика и основные стадии процессов термической деструкции Твердые природные энергоносители Характеристика нефти и газа Химизм и механизмы основных процессов технологии природных энергоносителей и углеродных материалов Термические процессы Каталитический крекинг и алкилирование у/в Процессы с переносом водорода Окисление углеродсодержащих веществ Синтезы на основе СО2 и Н2

Слайд #6

УГЛЕРОД. АЛЛОТРОПНЫЕ МОДИФИКАЦИИ УГЛЕРОДА Аллотропия – способность атомов одного и того же элемента существовать в виде нескольких простых веществ. Аллотропные модификации углерода: Алмаз sp3 – гибридизация Графит Фуллерены sp2 – гибридизация Карбин sp – гибридизация Различие физических и химических свойств этих модификаций обусловлено различием связей между атомами углерода в этих соединениях

Слайд #7

Структурные формулы различных аллотропных модификаций углерода

Слайд #8

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДА Векторные Скалярные Механические (упругость, хрупкость, пластичность) Тепловые (теплопроводность, теплоемкость, тепловое расширение) Электрические (электропроводность) Плотность, удельная теплоемкость, температура фазовых переходов

Слайд #9

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДА При низких температурах углеродные материалы достаточно инертны ко многим реагентам, однако при высоких температурах они способны к взаимодействию со многими веществами. Наиболее изучены реакции углерода: С газами (хемосорбция, катализатор, стравливание дефектов) Карбидообразование (Al4C3, Ca2C, SiC, B4C3, с жидким металлом, модификация углеграфитовых материалов) Реакции с образованием слоистых соединений

Слайд #10

СЛОИСТЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Непроводящие: Получают при обработке графита смесью HNO3 и H2SO4, дымящей H2SO4 или др. сильными окислителями Сn окис-ль СnOmHx (оксид графита) Получают при обработке графита прямым воздействием газообразного F2: Сn + 1/2F2 (СF)n (фторид графита) Проводящие: Получаются нагреванием графита в присутствии Ме до t, отвечающей определенному давлению паров Ме.

Слайд #11

ТЕРМОДИНАМИКА ПРОЦЕССОВ ТЕРМИЧЕСКОЙ ДЕСТРУКЦИИ Термодинамическая вероятность протекания хим. реакции определяется величиной изменения свободной энергии Гиббса ∆G (изобарно-изотермического потенциала): Реакци протекает в прямом направлении, если ∆G0 Процесс в состоянии равновесия, если ∆G=0

Слайд #12

ЗАВИСИМОСТЬ ∆G СИНТЕЗА У/В ИЗ ПРОСТЫХ ВЕЩЕСТВ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ Термодинамическая устойчивость веществ при t нафтены > олефины > арены Термодинамическая устойчивость веществ при t>7000C: арены > олефины > нафтены > парафины ∆G является характеристикой начального и конечного энергетического состояния системы и не учитывает скорости перехода от исх.веществ к продуктам.

Слайд #13

ЭНЕРГИЯ РАЗРЫВА СВЯЗЕЙ В ОРГАНИЧЕСКОМ ВЕЩЕСТВЕ Из сравнения энергий связи следует, что в первую очередь будут рваться связи: 1. Углерод-гетероатом (NH3, H2S, CO2 и др.) 2. С-С и С-H (парафин, олефин)

Слайд #14

СИНТЕЗ УГЛЕРОДА Материалы, состоящие из атомов углерода могут быть получены высокотемпературной обработкой углеродсодержащих веществ как в газовой фазе, так и в конденсированной.

Слайд #15

СИНТЕЗ УГЛЕРОДА ИЗ ПЕКОВ Пеки - конденсированные ароматические и нафтеновые структуры. Стадии синтеза: Деструкция по связям С-С с образованием легких у/в радикалов и тяжелых макрорадикалов при t = 350-3600C. Конденсация макрорадикалов и образование пакетов (жидкая фаза) – мезофаза (промежуточное состояние). При t = 5000C переход реакционной массы в твердое состояние, называемое коксом. Твердофазные процессы (термодеструкция, конденсация и упорядочение структуры).

Слайд #16

ТРЕБОВАНИЯ К СЫРЬЮ Отсутствие в сырье карбоидов (фракции нерастворимые в орг. растворителях) – они являются множественными центрами роста мезофазных частиц, которые оказываются слишком мелкими для формирования крупных областей анизотропии. Анизотропия – различие физических свойств в разных направлениях Отсутствие в сырье легких фракций – они снижают вязкость жидкой фазы при нагревании и разрушают частицы мезофазы