Разложение жидких органических сред при электроисковой обработке металлов

При электроискровой обработке металлов в качестве межэлектродной среды широкое применение нашли жидкие органические продукты; в большинстве случаев это различные фракции, полученные при переработке нефти (лигроин, керосин, масла). В результате воздействия электрических разрядов, наряду с электроэрозионной обработкой металла, происходит глубокий распад среды, вследствие которого образуются газы, продукты уплотнения (сажа) и измененная по физико-химическим свойствам жидкая фаза. В литературе эти вопросы почти не освещены, а имеющиеся исследования направлены, главным образом, на подбор состава органических сред с точки зрения обеспечения максимальной производительности электроискровых установок.

Поскольку происходящие при электроэрозионной обработке металлов изменения среды в известной мере напоминают электрокрекинг жидких углеводородов, осуществляемый с целью получения газов, богатых непредельными соединениями, представляется целесообразным остановиться на некоторых работах, выполненных в этой области.

Как показали исследования Контарди, при воздействии дугового электрического разряда на различные органические продукты (бензол, толуол, нафталин, псевдокумол, скипидар, вазелин) происходит их глубокий крекинг с образованием газов, содержащих значительные количества ацетилена (18—34%) и водорода (51—69%). Полученные газы после разделения могут быть широко использованы в химической промышленности.

Французская фирма «Эр-Ликид» создала укрупненную установку для разложения тяжелых нефтепродуктов в электрическом разряде, причем, наряду с ацетиленом, схемой предусмотрена возможность получения в качестве целевых продуктов сажи и остаточных газов. Установлено, что на 1 нм3 ацетилена получается примерно 0,5 кг сажи и 0,5 нм3 газов. Процесс осуществляется при напряжении на электродах 1000 в и частоте 1000 Гц
Расход электроэнергии на получение 1 ни3 концентрированного ацетилена составляет 14,5 квт⋅ч.

A.Ф. Добрянский и А. Д. Кокурин, изучая распад различных органических продуктов в электрических разрядах, установили, что характер и природа крекируемых исходных веществ (керосина, масляного полугудрона, сланцевой смолы, сланцевого дизельного топлива, торфяной смолы) не оказывают заметного влияния на концентрацию ацетилена в полученных газах, которая колеблется в интервалах 32,2—35,5%, Некоторое различие можно наблюдать лишь в отношении содержания окиси углерода. В газах, полученных из смол (продукта разложения твердых горючих ископаемых), содержание СО, как правило, было больше, чем из нефтепродуктов, и в отдельных случаях достигало 8,6%. Это явление, подтвержденное также нашими исследованиями, объясняется наличием в смолах кислородсодержащих соединений.

B.В. Татаринов осуществлял электрокрекинг жидких углеводородов в специально сконструированном аппарате, работа которого была основана на непрывном образовании в различных точках реакционного объема большого числа дуг, возникающих между кусками кокса, благодаря чему интенсифицировался процесс разложения.

В этом случае источником энергии может быть постоянный и переменный ток с широким диапазоном напряжения (от 120 до 1000 в) Средний состав газа характеризуется следующими данными: С2Н2 = 30,0%; С2Н4 = 10,0%; СnН2n =4, 0%; СН4 = 15,0%; Н2 = 40,0%; СО + СO2 + O2 = 1,0%. Расход электроэнергии составлял 4,5 квт⋅ч/нм3 получаемого газа.

C.3. Рогинский и А. Б. Шехтер показали, что для получения ацетилена может быть также эффективно использован импульсный разряд, по своей природе дающий возможность менять в широких диапазонах как длительность разрядов, так и интервалы между ними. При электрокрекинге нефтяного мазута и антраценового масла был получен газ, содержащий 20—28% ацетилена. Расход электроэнергии в отдельных опытах составлял 11—12 квт⋅ч/нм3 ацетилена. М. Д. Кушнеров и А. Б.Шехтер установили, что импульсный разряд имеет рядпреимуществ перед дуговым. Это преимущество заключается в возможности проведения закалки продуктов разложения простым изменением длительности импульсов.

Рядом исследователей, занимавшихся изучением распада жидких и газообразных углеводородов в электрических разрядах, было установлено, что материал электродов оказывает определенное влияние на процессы разложения.

Н. И. Кобозев, С. С. Васильев и Э. Е. Гальбрайх исследовали каталитическое влияние паров ртути на процессы распада метана в тлеющем разряде. Опыты показали, что пары ртути оказывают влияние на крекинг, причем суммарный выход непредельных углеводородов значительно возрастает.

С. Н. Попов, изучая влияние материала электродов на состав и выход газа при электрокрекинге нефтяных погонов в дуговом разряде, показал, что графит и вольфрам активизирует процесс распада.

На основании исследований, выполненных Фестером, Мартинуцци и Рикарди, можно установить определенную зависимость по влиянию материала электродов на концентрацию ацетилена в газах, полученных при электрокрекинге жидких нефтепродуктов (табл. 1).

Таблица 1. Влияние материала электродов на концентрацию ацетилена,полученного при электрокрекинге нефтепродуктов

Материал электродов Концентрация ацетилена в газе, об.% Материал электродов Концентрация ацетилена в газе, об.%
Свинец 21,7—23,3 Графит 7,9—14,8
Цинк 24,6—29,6 Медь 5,8—12,0
Ртуть 24,0—25,5 Железо 8,0—14,7
Алюминий 15,0—16,4

Как видно из приведенных данных, электроды с более низкой температурой кипения дают повышенный выход ацетилена. Это явление можно
объяснить, очевидно, большей «летучестью» материала этих электродов, которые в зоне разряда, вероятно, активизирует процессы распада органических сред.

Как видно даже из этого крайне конспективного рассмотрения работ по электрокрекингу жидких углеводородов, основное внимание всех исследователей было обращено на вопросы, связанные с получением газов, богатых ацетиленом, в то время как изменения, происходящие в самой среде, не изучались. Не изучен также вопрос об основных физико-химических изменениях, происходящих в органических средах, применяемых при электроэрозионной обработке металлов. С целью восполнения этого пробела нами было предпринято специальное исследование, направленное к выяснению основных изменений, происходящих в органической среде при длительной электроискровой обработке металлов, установлению динамики выхода и состава газа при различных электрических параметрах, выявлению влияния состава материала и формы электродов на состав и выход газообразных продуктов. В публикуемой статье приводятся также результаты предварительных исследований по испытанию полученного твердого остатка (сажи) и жидких продуктов (после длительной обработки) в качестве мягчителя и наполнителя в резинотехнических изделиях.


Комментарии запрещены.





Статистика

Рейтинг@Mail.ru