Сланцевый газ, технология получения.
Сланцевый газ – это разновидность природного газа, хранящегося в виде небольших газовых образований в толще сланцевого слоя осадочной породы Земли, который встречается на всех континентах.
Сланцевый природный газ – это природный газ, добываемый из горючих сланцев, который состоит преимущественно из метана и других легких углеводородов. Это смесь взрывоопасных элементов, которые невозможно закачивать под высоким давлением и передавать на дальнее расстояние.
технология газодобычи основана на создании областей с переменным давлением. Используется: горизонтальное бурение с мультиотводами на одной глубине, а также многоступенчатые горизонтальные скважины с длиной горизонтального отвода до 2 км.
Сланцевый газ добывается путем технологии гидроразрыва сланцевого пласта, производимого закачиванием в скважины под большим давлением воды с добавлением химикатов, а также песка, используемого в качестве проппанта – расклинивающего реагента, позволяющего удержать образованные во время гидроразрыва трещины и поры, тем самым обеспечивается выход газа в сборники-коллекторы. 9 Главный источник сланцевой нефти – это так называемые нефтяные сланцы. Это ресурс, основу которого составляет органическое вещество кероген. Кероген геологи называют протонефтью. Для получения жидких углеводородов ее еще необходимо подвергнуть дополнительной термической обработке. Способы такой термообработки различны: пиролиз, гидрирование или термическое растворение. Полученные в результате обработки жидкие углеводороды называются сланцевой нефтью (shale oil), или синтетической нефтью (synthetic crude oil).
|
|
|
Сажеобразование при окислении алканов.
Окисление органического вещества – введение в его состав кислорода и (или) отщепление водорода.
Уравнение реакции горения алканов в общем виде:
Из этого уравнения следует, что с увеличением числа углеродных атомов (n) в алкане увеличивается количество кислорода, необходимого для его полного окисления. При горении высших алканов (n >>1) кислорода, содержащегося в воздухе, может оказаться недостаточно для их полного окисления до СО2. Тогда образуются продукты частичного окисления:
· угарный газ СО (степень окисления углерода +2),
· сажа (мелкодисперсный углерод, нулевая степень окисления).
Поэтому высшие алканы горят на воздухе коптящим пламенем, а выделяющийся попутно токсичный угарный газ (без запаха и цвета) представляет опасность для человека.
Горение метана при недостатке кислорода происходит по уравнениям:
Последняя реакция используется в промышленности для получения сажи из природного газа, содержащего 80-97% метана.
|
|
|
Смесь метана с кислородом (1:2 объемных) или с воздухом (1:10 объемных) взрывоопасна
Производство и применение новых углеродных материалов (фуллерен, углеродные волокна и нанотрубки). Дегидрирование, изомеризация.
Фуллере́н— молекулярное соединение, представляющее собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трёхкоординированных атомов углерода.
Производство:
Производство фуллеренов с высокими показателями чистоты осуществляется в однореакторном комплексе, который построен по модульному принципу, позволяющему гибко настраивать производство следующих товарных продуктов:
– фaуллереносодержащая сажа (общее содержание фуллеренов 11±1 масс. %),
– смесь фуллеренов, содержащая 70±5 % фуллерена С–60, 25±5% фуллерена С–70, 5±3% высших фуллеренов,
– фуллерен С–60 чистотой от 98 до 99,9 масс. %,
– фуллерен С–70 чистотой от 98 до 99,5 масс. %,
– смесь высших фуллеренов чистотой от 95 до 99 масс. %.
Предлагаемый комплекс оборудования позволяет осуществить полный технологический цикл производства всех перечисленных продуктов. В то же время, состав комплекса может быть изменен в соответствии с задачей выпуска в большем объеме тех или иных фуллеренов.
|
|
|
Применение: Фуллерен используется как добавка в аккумуляторах и электрических батареях. Кроме того, фуллерены нашли применение в качестве добавок в вспучивающиеся огнезащитные краски. Фуллерены стали эффективнее в области: изготовления противораковых препаратов. Также фуллерены и их различные химические производные используются в сочетании с полисопряжёнными полупроводящими полимерами для изготовления солнечных элементов.
Дегидрирование:
Дегидрирование (С60/C70)Н36 при 573 K в течение 6 ч приводило к образованию (С60/C70)Н22 с потерей 1.74 % (мас.) Н2. Дегидрирование в этой системе происходит в области существенно более низких температур, чем некаталитическое дегидрирование твердых гидрофуллеритов. Использование рабочих температур ниже 400 К важно для конкурентоспособности систем хранения водорода, и развиваемые в подходы демонстрируют возможность достижения приемлемого на практике температурного диапазона. Сообщено также об образовании C60H2 при электрохимическом гидрировании C60 в 30 %-ном водном растворе КОН. Гидрирование С60 и дегидрирование С60Н2 при электролизе являются обратимыми:
Изомеризация:
Изомеризация Стоуна-Велса из-за обратимости процесса, вообще говоря, предполагает наличие нескольких структурных изомеров одного фуллерена, в частности для С60. С точки зрения электронной и атомной структур, при сравнении электронных плотностей, длин связей и энергии связей рассчитанных молекул все рассмотренные фуллерены имеют полное право на существование. Так же на образование фуллеренов существенно не влияет энтропия, т.к. преимущественно образуются изомеры с наивысшей симметрией (у С60 — Ih). Отсюда можно сделать вывод: по атомной и электронной структуре и энергетической стабильности невозможно дать ответ о возможности образования того или иного изомера фуллерена.
|
|
|
Углеродные волокна
Углеродное волокно — материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 5 до 15 мкм, образованных преимущественно атомами углерода.
Производство: УВ обычно получают термической обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углерода. Температурная обработка состоит из нескольких этапов. Первый из них представляет собой окисление исходного (полиакрилонитрильного, вискозного) волокна на воздухе при температуре 250 °C в течение 24 часов. В результате окисления образуются лестничные структуры. После окисления следует стадия карбонизации — нагрева волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500 °C. В результате карбонизации происходит образование графитоподобных структур. Процесс термической обработки заканчивается графитизацией при температуре 1600-3000 °C, которая также проходит в инертной среде. В результате графитизации количество углерода в волокне доводится до 99 %. Помимо обычных органических волокон (чаще всего вискозных и полиакрилонитрильных), для получения УВ могут быть использованы специальные волокна из фенольных смол, лигнина, каменноугольных и нефтяных пеков.
Применение:
Благодаря высокой химической стойкости углеродные волокона применяют для фильтрации агрессивных сред, очистки газов, изготовления защитных костюмов и др. и использовать их в качестве разнообразных по назначению электронагревательных элементов, для изготовления термопар и др.
Дегидрирование:
Технология получения углеродных волокон из ПАН-волокна. Первая стадия - образование последовательности конденсированных гетероциклов, соединенных незацикленными звеньями - реализуется на начальной стадии пиролиза ПАН, которую, как правило, проводят в присутствии кислорода и поэтому называют окислением. Окисление - необходимая и важная стадия технологического процесса получения углеродного волокна. Предварительное окисление облегчает последующее дегидрирование ПАН и возникновение предструктуры, обеспечивающей образование оптимальной структуры углерода и механических свойств углеродного волокна.
Нанотрубки
Углеродные нанотрубки — цилиндрические кристаллы, состоящие из одних лишь атомов углерода.
Производство: В нагретый до определённой температуры с замкнутым контуром реактор через инъекционный аппарат вводится плазма в газообразном состоянии. В реакторе, в верхней и нижней части, устанавливаются магнитные катушки, одна из которых является анодом, а другая катодом. На магнитные катушки подаётся постоянный электрический ток. На находящуюся в реакторе плазму воздействуют электрической дугой, которую вращают и магнитным полем. Под действием высокотемпературной электроплазменной дуги с поверхности анода, который состоит из углеродсодержащего материала (графита), испаряется или «выщёлкивается» углерод и конденсируется на катоде в виде углеродистых нанотрубок, содержащихся в осадке. Для того чтобы атомы углерода имели возможность конденсироваться на катоде, температуру в реакторе снижают.
Применение: Благодаря хорошим проводящим свойствам использование углеродных нанотрубок в машиностроении занимает широкий спектр. Применение нанотрубок в разработках компьютерных технологий занимает важную роль в электронной промышленности.
Изомеризация:
В нанотрубках, получаемых на практике, обычно имеются дефекты изомеризации Стоуна-Велса, одиночные вакансии, двойные вакансии, примеси внедрения и прочие несовершенства, суще- ственно влияющие на свойства нанотрубок.
Дегидрирование и изомеризация алканов!!!
22.Термолиз метана до 1000 °С
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 1623; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!