RU2537306C2 - Processing method of heavy hydrocarbon compounds so that volumetric carbon frame is obtained (versions) - Google Patents

Processing method of heavy hydrocarbon compounds so that volumetric carbon frame is obtained (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2537306C2
RU2537306C2 RU2013101134/03A RU2013101134A RU2537306C2 RU 2537306 C2 RU2537306 C2 RU 2537306C2 RU 2013101134/03 A RU2013101134/03 A RU 2013101134/03A RU 2013101134 A RU2013101134 A RU 2013101134A RU 2537306 C2 RU2537306 C2 RU 2537306C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixture
formwork
solid
carbon
catalyst
Prior art date
Application number
RU2013101134/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013101134A (en
Inventor
Евгений Савельевич Дашут
Original Assignee
Евгений Савельевич Дашут
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Савельевич Дашут filed Critical Евгений Савельевич Дашут
Priority to RU2013101134/03A priority Critical patent/RU2537306C2/en
Publication of RU2013101134A publication Critical patent/RU2013101134A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2537306C2 publication Critical patent/RU2537306C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: invention relates to oil processing industry and can be used at processing of oil or heavy hydrocarbon compounds to obtain a volumetric carbon frame for composite materials. In compliance with the proposed method, a formwork is prepared, the cross section of which determines a profile of the carbon frame, and mass of a solid-state melting catalyst - blowing agent is formed inside the formwork by means of individual components having either a regular or irregular geometrical shape; besides, laying of the individual components is performed so that an inter-rib gap forms continuous inter-rib formwork channels along ribs and tops of the laid bodies. A raw mixture is prepared by addition to heavy hydrocarbon compounds of a cocatalyst consisting of a mixture of light hydrocarbons; the inter-rib formwork channels are filled inside the formwork in the body of the mass of the solid-state melting catalyst - blowing agent with the raw mixture; the formwork is fully placed into a melt of a catalytic mixture having the temperature of 200-300°C, and the formwork is exposed in the melt of the catalytic mixture till melting of the mass of the solid-state melting catalyst - blowing agent and formation of a volumetric carbon frame. Then, the formwork is removed together with the obtained volumetric carbon frame and the latter is cleaned from residues of the liquid melt of the catalytic mixture. As a melting catalyst - blowing agent, a mixture of metal chlorides is used, which has a melting temperature of 180-200°C.
EFFECT: simpler production of a carbon frame owing to excluding a carbon fibre production stage.
16 cl, 3 tbl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к нефтеперерабатывающей промышленности и может быть использовано при переработке нефти, а именно при переработке тяжелых углеводородных соединений с получением объемного углеродного каркаса.The invention relates to the oil refining industry and can be used in oil refining, namely in the processing of heavy hydrocarbon compounds to obtain a bulk carbon frame.

В настоящее время широкое распространение получает изготовление композитных материалов с применением объемных углеродных каркасов. Уникальное наличие свойств новых углеродных материалов и их комбинации применительно к конкретным потребительским ценностям позволяют значительно увеличить спектр их практического использования, в том числе и в общегражданском строительстве. Высокие прочностные характеристики позволяют использовать углеродные каркасы как армирующие элементы композитных материалов; термостойкость в сочетании с химической инертностью - в виде отделочных изделий внутренних и внешних покрытий (декоративная плитка и т.д.); теплостойкость и химическая инертность - в теплоизоляционных конструкциях. Единственным фактором, сдерживающим массовое использование углеродных каркасов, является их высокая стоимость, а следовательно, значительные технологические затраты на их изготовление.Currently, the manufacture of composite materials using bulk carbon frames is widespread. The unique properties of the new carbon materials and their combination in relation to specific consumer values can significantly increase the range of their practical use, including in civil engineering. High strength characteristics allow the use of carbon frames as reinforcing elements of composite materials; heat resistance in combination with chemical inertness - in the form of finishing products of internal and external coatings (decorative tiles, etc.); heat resistance and chemical inertness - in heat-insulating structures. The only factor restraining the massive use of carbon frames is their high cost, and therefore, significant technological costs for their manufacture.

Известно техническое решение, в котором объемный каркас изготавливают из углеволоконных нитей, выполненного методом объемного ткачества в форме пространственной оболочки (Заявка на выдачу патента РФ 2000123974, МПК С01В 31/00, приоритет от 19.09.2000). В известном техническом решении используют перевязочные нити - Урал Н-22. В тангенциальном направлении и вдоль образующей поверхности армирования используют углеродные нити УКН-5000. Нити перевязки образуют углы 40-50° с нитями, расположенными в плоскостях осевого сечения вдоль образующей поверхности. Подготовленный каркас помещают в печь, осаждают пироуглеродную матрицу изотермическим способом. Одновременно проводят карбонизацию связующего.A technical solution is known in which a three-dimensional frame is made of carbon fiber yarns made by the three-dimensional weaving method in the form of a spatial shell (Application for the grant of a patent of the Russian Federation 2000123974, IPC СВВ 31/00, priority from 09/19/2000). In the known technical solution, dressings are used - Ural N-22. In the tangential direction and along the generatrix of the reinforcing surface, carbon fibers UKN-5000 are used. The dressing threads form angles of 40-50 ° with the threads located in the axial section planes along the generatrix surface. The prepared frame is placed in an oven, the pyrocarbon matrix is precipitated in an isothermal manner. At the same time, the binder is carbonized.

Известно техническое решение, в котором объемный каркас изготавливают путем протягивания волокон несущего стержня через раздельные каналы с последующей обмоткой намоточным жгутом (Патент РФ 2405092, приоритет от 26.12.2008, МПК Е04С 5/07). В данном техническом решении для изготовления каркаса используется способ предварительной укладки углеволокна в жгуты и последующей их обработки. Так, несущий стержень арматуры композитной выполнен в виде массива низкомодульных волокон с армированием предварительно и равномерно уложенных в пучки высокомодульных волокон. Низкомодульные и высокомодульные волокна равномерно распределены по каналам и пропитаны полимерным связующим на основе синтетических смол, обеспечивающих необходимые прочностные свойства матрицы композита.A technical solution is known in which a three-dimensional frame is made by pulling the fibers of the supporting rod through separate channels, followed by winding with a winding bundle (RF Patent 2405092, priority from 12/26/2008, IPC Е04С 5/07). In this technical solution for the manufacture of the carcass, a method for pre-laying carbon fiber in bundles and their subsequent processing is used. So, the bearing rod of the composite reinforcement is made in the form of an array of low-modulus fibers with reinforcement previously and evenly laid in bundles of high-modulus fibers. Low-modulus and high-modulus fibers are evenly distributed over the channels and impregnated with a polymer binder based on synthetic resins that provide the necessary strength properties of the composite matrix.

Известно техническое решение, в котором объемный каркас изготавливают из отдельных модулей, выполненных методом предварительной обработки и укладки в жгуты углеволоконных нитей, далее проводят последующую пропитку каждого модуля углеродсодержащим составом, нанесение защитных покрытий с последующими карбонизацией или графитацией и насыщение пироуглеродом в среде газообразных или жидких углеводородов (Заявка на выдачу патента РФ 2008136197, приоритет от 09.09.2008, МПК С04В 35/83). Сборку объемного каркаса производят путем сложения модулей в заданном порядке в единый пакет с последующими холодным или горячим прессованием и/или прошивкой нитью или стержнями по одной из координат заготовки. Далее проводятся заключительные операции по насыщению каркаса пироуглеродом в среде газообразных или жидких углеводородов, карбонизации, графитации, термоокисления, нанесению защитных покрытий.A technical solution is known in which the volumetric frame is made of separate modules made by pretreatment and bundling carbon fiber filaments, then each module is subsequently impregnated with a carbon-containing composition, protective coatings are applied, followed by carbonization or graphitization, and pyrocarbon is saturated with gaseous or liquid hydrocarbons (Application for the grant of a patent of the Russian Federation 2008136197, priority date 09.09.2008, IPC С04В 35/83). The volumetric frame is assembled by adding the modules in the given order into a single package, followed by cold or hot pressing and / or flashing with thread or rods along one of the workpiece coordinates. Next, the final operations are carried out to saturate the framework with pyrocarbon in the atmosphere of gaseous or liquid hydrocarbons, carbonization, graphitization, thermal oxidation, and the application of protective coatings.

Недостатками известных технических решений является существенная длительность производственного процесса по времени, аппаратная сложность и трудоемкость операций, направленных на получение прочностных характеристик углеволокна (угленитей). Таким образом, дорогостоящие углеродные нити, имеющие значительные прочностные характеристики, предопределяют высокий уровень цены объемных углеродных каркасов, а следовательно, сдерживают их использование в народном хозяйстве. Как было отмечено выше, новые углеродные материалы имеют уникальные свойства, где прочностные характеристики являются одним из их видов. Существуют потребности, где прочностные характеристики не являются определяющими. Например, декоративная отделочная плитка внутренней либо внешней отделки зданий и помещений. При таком угле позиционирования определяющим является характеристика высокой огнестойкости и негорючести углеродных материалов. Продукция с такими характеристиками остро востребована на рынке (достаточно привести в пример трагедию в клубе “Хромая лошадь”). В данном случае, для удовлетворения рыночного спроса в изделии востребованы непрочностные характеристики материала углеродных каркасов, такие как химическая инертность, экологичность, цветовая гамма и термоустойчивость. Прочностные же характеристики имеют второстепенное значение, исключительно в рамках самонесущего каркаса конструкции плитки. Таким образом, комплексное использование свойств углеродных каркасов ограничено обязательным условием оплаты вмененной стоимости технологий получения прочностных характеристик в углеволокне, которые к конкретным потребностям могут быть излишними.The disadvantages of the known technical solutions is the significant duration of the production process in time, the hardware complexity and the complexity of operations aimed at obtaining the strength characteristics of carbon fiber (carbon). Thus, expensive carbon filaments having significant strength characteristics predetermine the high price level of bulk carbon skeletons and, therefore, hinder their use in the national economy. As noted above, new carbon materials have unique properties, where strength characteristics are one of their types. There are needs where strength characteristics are not critical. For example, decorative tiles for interior or exterior decoration of buildings and premises. At such a positioning angle, the characteristic is the high fire resistance and incombustibility of carbon materials. Products with such characteristics are in high demand on the market (just cite the tragedy at the Lame Horse club as an example). In this case, in order to meet market demand, the product is in need of fragile characteristics of the material of carbon frames, such as chemical inertness, environmental friendliness, color gamut, and heat resistance. Strength characteristics are of secondary importance, exclusively within the framework of the self-supporting frame of the tile structure. Thus, the integrated use of the properties of carbon frames is limited to the prerequisite for paying the imputed cost of technologies for obtaining strength characteristics in carbon fiber, which may be unnecessary for specific needs.

Производство объемных углеродных каркасов непосредственно из тяжелых углеводородных соединений, минуя стадии изготовления нити, имеющих доступную для массового использования стоимость, могло бы способствовать широкому развитию производства и внедрению новых композитных материалов в общегражданском секторе (строительные материалы и конструкции, мебельные плиты, широкий спектр декоративных, отделочных негорючих и экологически чистых материалов и т.д.).The production of bulk carbon frames directly from heavy hydrocarbon compounds, bypassing the stages of manufacturing yarns having affordable prices for mass use, could contribute to the wide development of production and the introduction of new composite materials in the general civil sector (building materials and structures, furniture plates, a wide range of decorative, finishing non-combustible and environmentally friendly materials, etc.).

Известны технические решения, в которых с использованием многостадийной обработки сырья из тяжелых углеводородных соединений получают углеродные волокна (Патент GB 1071400, «Method for producing carbon structures from molten baked substances», МПК B65D 85/804B приоритетный номер JP 19630058942, 1963-11-01; Патент GB 1091890, «Production of carbon or graphite filaments», МПК D01F 9/145, приоритетный номер JP 19650002928 1965-01-2).Known technical solutions in which using multi-stage processing of raw materials from heavy hydrocarbon compounds receive carbon fibers (Patent GB 1071400, "Method for producing carbon structures from molten baked substances", IPC B65D 85 / 804B priority number JP 19630058942, 1963-11-01 ; Patent GB 1091890, "Production of carbon or graphite filaments", IPC D01F 9/145, priority number JP 19650002928 1965-01-2).

Известны технические решения переработки тяжелых углеводородных соединений, описывающие процессы получения углеволокна, в которых сырье предварительно обрабатывается для облегчения процесса прядения и повышения механических свойств волокон (Патент Германии 1208894 «PROCESS FOR PRODUCING CARBON FILAMENTS», МПК D01F 9/145, D01F 9/15, Патент Франции №2052112, МПК D01F 9/145, приоритет от 1969-07-17). К таким вспомогательным процессам подготовки сырья относятся, в частности, процессы инкорпорирования серы, полимеров, таких как полиэтилен и полистирол, введение пластификаторов, таких как касторовое масло, или алкилированные и сульфидированные деривативы.Known technical solutions for the processing of heavy hydrocarbon compounds that describe carbon fiber production processes in which the raw material is pretreated to facilitate spinning and increase the mechanical properties of the fibers (German Patent 1208894 "PROCESS FOR PRODUCING CARBON FILAMENTS", IPC D01F 9/145, D01F 9/15, French patent No. 2052112, IPC D01F 9/145, priority from 1969-07-17). Such auxiliary processes for the preparation of raw materials include, in particular, the processes of incorporation of sulfur, polymers such as polyethylene and polystyrene, the introduction of plasticizers such as castor oil, or alkylated and sulfided derivatives.

Известны технические решения, описывающие процессы предварительной подготовки и обработки сырья для облегчения процесса прядения и повышения механических свойств волокон обработкой сырья растворителем с тем, чтобы выделить наиболее летучие продукты до операции прядения волокна. Растворители, могут быть, например, ацетон, гексан, толуол или хинолин (Патент Великобритании №1208894, Патент Франции №2113351, МПК С01В 31/00, приоритетный номер US 19700084883 1970-10-28).Known technical solutions that describe the processes of preliminary preparation and processing of raw materials to facilitate the spinning process and improve the mechanical properties of the fibers by processing the raw materials with a solvent so as to isolate the most volatile products before the fiber spinning operation. Solvents may be, for example, acetone, hexane, toluene or quinoline (UK Patent No. 1208894, French Patent No. 2113351, IPC C01B 31/00, priority number US 19700084883 1970-10-28).

Известное техническое решение обработки сырья для получения углеволокна раскрывает способ термической обработки и перегонки каменноугольного пека, направленный на увеличение средней молекулярной массу сырья путем полимеризации (Патент США №3595946, МПК D01F 9/15, С01В 31/07, приоритетный номер US 19680734257 1968-06-04). При этом для ускорения процесса могут быть использованы различные средства, направленные на окисление, дегидрирование и полимеризацию. Подготовленное таким образом сырье используют далее для получение нити прядением, которая затем карбонизируется и графитируется.A well-known technical solution for processing raw materials for producing carbon fiber discloses a method of heat treatment and distillation of coal tar pitch, aimed at increasing the average molecular weight of raw materials by polymerization (US Patent No. 3595946, IPC D01F 9/15, 01/31/01, priority number US 19680734257 1968-06 -04). Moreover, to accelerate the process can be used various means aimed at oxidation, dehydrogenation and polymerization. The raw material thus prepared is then used to make a yarn by spinning, which is then carbonized and graphitized.

Известно техническое решение, которое взято в качестве прототипа (Патент США №4431623, МПК С10С 3/14; D01F 9/14; D01F 9/145, приоритетный номер GB 19810017658, 1981-06-09). В известном техническом решении процесс производства углеродного волокна из нефтяных битумных смол включает подготовку сырья из тяжелого остатка парового крекинга термообработкой и термовыдержкой, при которой температура плавления обрабатываемого сырья на шаге 1 составляет от 55 и 90°C, шаге 2 - между 85°C и 110°C и шаге 3 - между 350 и 450°C. Далее способ включает в себя получение волокна прядением из подготовленного сырья при температуре выше точки его плавления, затем для обеспечения тугоплавкости полученные волокна проходят обработку газовой смесью: (a) NO и О2 при температуре, не превышающей 200°C, или (б) галогенами в газообразной форме с последующей обработкой O2 при температуре не более 250°C, или (в) SO2, отдельно или в смеси с О2, при температуре не более 300°C, при которой содержание смолы в теле волокон контролируется по значению не выше 30% по весу, затем волокна при нагревании подвергают карбонизации и, при желании, графитизации.A technical solution is known, which is taken as a prototype (US Patent No. 4431623, IPC С10С 3/14; D01F 9/14; D01F 9/145, priority number GB 19810017658, 1981-06-09). In a known technical solution, the process of producing carbon fiber from petroleum bitumen resins involves the preparation of raw materials from a heavy steam cracking residue by heat treatment and heat exposure, at which the melting temperature of the processed raw material in step 1 is between 55 and 90 ° C, in step 2 is between 85 ° C and 110 ° C and step 3 - between 350 and 450 ° C. Further, the method includes obtaining fiber by spinning from prepared raw materials at a temperature above its melting point, then, to ensure refractoriness, the obtained fibers are treated with a gas mixture: (a) NO and O 2 at a temperature not exceeding 200 ° C, or (b) halogens in gaseous form, followed by treatment with O 2 at a temperature of not more than 250 ° C, or (c) SO 2 , separately or mixed with O 2 , at a temperature of not more than 300 ° C, at which the resin content in the fiber body is controlled by the value not above 30% by weight, then the fibers when heated Carbonization and, if desired, graphitization.

Недостатками известных технических решений является тот факт, что каждый из вышеназванных патентов предусматривает продолжительную и энергоемкую подготовку исходного углеводородного сырья с целью получения необходимых для процесса прядения волокна показателей состояния пластичности и чистоты подготавливаемого сырья, так как, независимо от применяемого способа единственной формой готовой продукции в вышеприведенных технических решениях является углеволокно или угленить. Указанные недостатки предопределяет, с одной стороны, высокую стоимость полученного углеволокна, с другой стороны, предусматривают обязательный последующий процесс получения углеродного каркаса, что еще более увеличит стоимость конечной продукции. В совокупности, можно отметить, что в настоящее время процесс получения объемных углеродных каркасов состоит из двух стадий: а) различных способов осуществления процесса получения угленити или углеволокна; и б) различных способов получения из угленити (углеволокна) объемного углеродного каркаса.The disadvantages of the known technical solutions is the fact that each of the above patents provides for a long and energy-intensive preparation of the hydrocarbon feedstock in order to obtain the necessary plasticity and purity indicators of the prepared feedstock necessary for the fiber spinning process, since, regardless of the method used, the only form of the finished product in the above technical solutions is carbon fiber or carbon. These shortcomings determine, on the one hand, the high cost of carbon fiber obtained, on the other hand, provide for the mandatory subsequent process of obtaining a carbon skeleton, which will further increase the cost of the final product. In aggregate, it can be noted that at present the process for producing bulk carbon skeletons consists of two stages: a) various methods for carrying out the process for producing carbon dioxide or carbon fiber; and b) various methods for the production of carbon fiber (carbon fiber) bulk carbon skeleton.

Задачей изобретения является разработка способа переработки тяжелых углеводородных соединений, позволяющего получать объемные углеродные каркасы различной формы в одном процессе, минуя процесс получения угленити.The objective of the invention is to develop a method for the processing of heavy hydrocarbon compounds, which allows to obtain bulk carbon frames of various shapes in one process, bypassing the process of obtaining coal.

Задача решается тем, что в способе организации переработки тяжелых углеводородных соединений с получением объемного углеродного каркаса, включающем использование тяжелых углеводородных соединений и последующую обработку полученного продукта, дополнительно готовят сырьевую смесь путем введения в тяжелые углеводородные соединения сокатализатора, состоящего из смеси легких углеводородов, готовят каталитическую смесь, представляющую собой либо смесь хлоридов металлов, имеющую характеристику по температуре плавления - 180-200°C и по температуре кипения 600-620°C, либо смесь хлоридов металлов с добавлением интенсификатора процесса, подготавливают опалубочную форму, сечение которой выполняют определяющей профиль углеродного каркаса, формируют внутри опалубочной формы, из отдельных элементов твердотельного плавкого катализатора-порообразователя, имеющих либо правильную либо неправильную геометрическую форму, массив твердотельного плавкого катализатора-порообразователя, укладывая отдельные элементы таким образом, что межреберный зазор формирует по ребрам и вершинам уложенных тел неразрывные межреберные опалубочные каналы. Сырьевой смесью заполняют внутри опалубочной формы межреберные опалубочные каналы в теле массива твердотельного плавкого катализатора-порообразователя. Далее опалубочную форму, вместе с массивом твердотельного плавкого катализатора-порообразователя и заполненными сырьевой смесью межреберными опалубочными каналами в теле массива твердотельного плавкого катализатора-порообразователя, помещают полностью в расплав каталитической смеси, имеющий температуру 200-300°C, выдерживают в расплаве каталитической смеси до расплавления массива твердотельного плавкого катализатора-порообразователя и образования объемного углеродного каркаса, извлекают опалубочную форму вместе с полученным объемным углеродным каркасом. После этого проводят очистку полученного объемного углеродного каркаса от остатков жидкого расплава каталитической смеси. При этом в качестве тяжелых углеводородных соединений используют либо выделенные нативные высокомолекулярные соединения нефти, либо пеки, либо продукты термической обработки лигнина, либо поливинилхлорида, либо кубовые остатки при перегонке бензилхлорида, либо хлорбензола, либо природные и искусственные асфальты, либо битумы, либо продукты химической очистки сырой нефти и нефтепродуктов, либо продукты экстракции каменного угля ароматическими углеводородами, либо отходы нефтяной и угольной промышленности. В качестве интенсификатора каталитической смеси используют комплексные соединения, представляющие собой алкилпроизводные металлов I-III групп Периодической системы с галогенидами переходных металлов. В качестве легких углеводородов используется углеводородная фракция с температурой кипения ниже 200°C, в качестве опалубочной формы используют полую сетчатую конструкцию. Отдельные элементы, имеющие правильную либо неправильную геометрическую форму массива твердотельного плавкого катализатора-порообразователя, изготавливают из жидкого расплава каталитической смеси, при этом в качестве правильной геометрической формы используются либо призма, либо пирамида, либо цилиндр, либо конус, либо сфера, либо правильный многогранник, либо многогранник, либо параллелепипед, либо тетраэдр, а в качестве неправильной геометрической формы используют измельченную крошку. На ребрах отдельных элементов правильной геометрической формы массива твердотельного плавкого катализатора-порообразователя выполняют фаску либо прямолинейной, либо криволинейной формы. Очистку полученного продукта осуществляют при температуре равной или выше 650°C. Полученные объемные углеродные каркасы подразделяются: а) углекаркас - при использовании правильной формы элементов плавкого твердотельного катализатора-порообразователя и б) пеноуглерод - при использовании неправильной формы элементов плавкого твердотельного катализатора-порообразователя.The problem is solved in that in the method of organizing the processing of heavy hydrocarbon compounds to obtain a bulk carbon frame, including the use of heavy hydrocarbon compounds and subsequent processing of the resulting product, the raw material mixture is additionally prepared by introducing into the heavy hydrocarbon compounds a cocatalyst consisting of a mixture of light hydrocarbons, a catalytic mixture is prepared , which is either a mixture of metal chlorides having a melting point of 180-200 ° C and a temp. a boiling point of 600-620 ° C, or a mixture of metal chlorides with the addition of a process intensifier, a formwork is prepared, the cross section of which determines the profile of the carbon skeleton, is formed inside the formwork, from individual elements of the solid-state fusible blowing catalyst having either the correct or irregular geometric shape , an array of solid-state fusible catalyst-blowing agent, laying individual elements in such a way that the intercostal gap forms along the edges and tops of the street Born bodies inextricable intercostal formwork channels. The intercostal formwork channels in the solid solid fusible catalyst-pore former array are filled with the raw material mixture inside the formwork form. Next, the formwork form, together with the solid-state fusible catalyst-pore former massif and the intercostal formwork channels filled with the raw material mixture in the body of the solid-state fusible catalyst-pore former massif, is placed completely in the melt of the catalytic mixture, having a temperature of 200-300 ° C, and kept in the melt of the catalytic mixture until melting an array of solid-state fusible catalyst-blowing agent and the formation of a volumetric carbon skeleton, the formwork is removed together with the obtained volume nym carbon skeleton. After that, the obtained volumetric carbon skeleton is purified from the remnants of the molten liquid of the catalytic mixture. In this case, either heavy native high molecular weight oil compounds, or peaks, or products of heat treatment of lignin, or polyvinyl chloride, or bottoms from the distillation of benzyl chloride, or chlorobenzene, or natural and artificial asphalts, or bitumen, or chemical refining products are used as heavy hydrocarbon compounds. crude oil and petroleum products, or products of extraction of coal with aromatic hydrocarbons, or waste from the oil and coal industries. As an intensifier of the catalytic mixture, complex compounds are used, which are alkyl derivatives of metals of groups I-III of the Periodic system with transition metal halides. As light hydrocarbons, a hydrocarbon fraction with a boiling point below 200 ° C is used; a hollow mesh structure is used as the formwork. Individual elements having the correct or irregular geometric shape of the solid-state fusible catalyst-blowing agent array are made of liquid melt of the catalytic mixture, and either the prism, or the pyramid, or the cylinder, or the cone, or the sphere, or the regular polyhedron are used as the correct geometric shape, either a polyhedron, or a parallelepiped, or a tetrahedron, and crushed chips are used as an irregular geometric shape. On the edges of the individual elements of the correct geometric shape of the array of solid-state fusible catalyst-blowing agent, a chamfer is either rectilinear or curved. Purification of the obtained product is carried out at a temperature equal to or higher than 650 ° C. The resulting bulk carbon frames are subdivided: a) carbon frame - when using the correct form of the elements of the fusible solid-state catalyst-blowing agent and b) foam carbon - when using the irregular shape of the elements of the fusible solid-state catalyst-blowing agent.

В другом варианте в способе организации переработки тяжелых углеводородных соединений с получением объемного углеродного каркаса, включающем использование тяжелых углеводородных соединений, последующую обработку полученного продукта дополнительно осуществляют следующие этапы:In another embodiment, in the method of organizing the processing of heavy hydrocarbon compounds to obtain a bulk carbon frame, including the use of heavy hydrocarbon compounds, the subsequent processing of the resulting product is additionally carried out in the following steps:

дополнительно готовят сырьевую смесь путем введения в тяжелые углеводородные соединения сокатализатора, состоящего из смеси легких углеводородов, готовят каталитическую смесь, представляющую собой либо смесь хлоридов металлов, имеющую характеристику по температуре плавления 180-200°C и по температуре кипения 600-620°C, либо смесь хлоридов металлов с добавлением интенсификатора процесса;additionally, a raw material mixture is prepared by introducing into a heavy hydrocarbon compound a cocatalyst consisting of a mixture of light hydrocarbons, a catalytic mixture is prepared, which is either a mixture of metal chlorides having a melting point of 180-200 ° C and a boiling point of 600-620 ° C, or a mixture of metal chlorides with the addition of a process intensifier;

подготавливают опалубочную форму, сечение которой выполняют определяющей профиль углеродного каркаса, заполняют опалубочную форму сырьевой смесью и помещают ее на поверхность, а затем полностью в жидкий расплав каталитической смеси, имеющий температуру 200-300°C, выдерживают опалубочную форму в расплаве каталитической смеси до образования объемного углеродного каркаса в виде нетканого углеполотна. Далее извлекают опалубочную форму вместе с полученным углеродным каркасом и проводят очистку полученного углеродного каркаса от остатков жидкого расплава каталитической смеси. При этом в качестве тяжелых углеводородных соединений используют либо выделенные нативные высокомолекулярные соединения нефти, либо пеки, либо продукты термической обработки лигнина, либо поливинилхлорида, либо кубовые остатки при перегонке бензилхлорида, либо хлорбензола, либо природные и искусственные асфальты, либо битумы, либо продукты химической очистки сырой нефти и нефтепродуктов, либо продукты экстракции каменного угля ароматическими углеводородами, либо отходы нефтяной и угольной промышленности. В качестве интенсификатора каталитической смеси используют комплексные соединения, представляющие собой алкилпроизводные металлов I-III групп Периодической системы с галогенидами переходных металлов. В качестве легких углеводородов используется углеводородная фракция с температурой кипения ниже 200°C, а в качестве опалубочной формы используют полую сетчатую конструкцию. При этом очистку полученного продукта осуществляют при температуре выше 650°C.prepare the formwork, the cross section of which determines the profile of the carbon skeleton, fill the formwork with a raw material mixture and place it on the surface, and then completely into the molten liquid of the catalyst mixture having a temperature of 200-300 ° C, maintain the formwork in the molten catalyst mixture until a bulk carbon skeleton in the form of a non-woven carbon web. Next, the formwork is removed together with the obtained carbon skeleton and the obtained carbon skeleton is purified from the remnants of the molten liquid of the catalytic mixture. In this case, either heavy native high molecular weight oil compounds, or peaks, or products of heat treatment of lignin, or polyvinyl chloride, or bottoms from the distillation of benzyl chloride, or chlorobenzene, or natural and artificial asphalts, or bitumen, or chemical refining products are used as heavy hydrocarbon compounds. crude oil and petroleum products, or products of extraction of coal with aromatic hydrocarbons, or waste from the oil and coal industries. As an intensifier of the catalytic mixture, complex compounds are used, which are alkyl derivatives of metals of groups I-III of the Periodic system with transition metal halides. As light hydrocarbons, a hydrocarbon fraction with a boiling point below 200 ° C is used, and a hollow mesh structure is used as the formwork. While cleaning the resulting product is carried out at a temperature above 650 ° C.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в упрощении за счет совмещения операционных стадий получения конструкционного материала и его формообразования, в возможности формирования заданного рисунка пространственного расположения ребер полученного каркаса, в расширении спектра номенклатуры перерабатываемого сырья, в снижении энергоемкости за счет исключения вспомогательных операций, в том числе по термовыдержке, в снижении себестоимости процесса. В целом, заявляемое техническое решение обеспечивает расширение спектра номенклатуры перерабатываемого сырья, увеличение скорости и сокращение производственного цикла изготовления продукции, а следовательно, снижение энергопотребления и себестоимости готовой продукции.The technical result of the claimed invention consists in simplification by combining the operational stages of obtaining structural material and its shaping, in the possibility of forming a given pattern of the spatial arrangement of the ribs of the obtained frame, in expanding the range of the range of processed raw materials, in reducing energy consumption due to the exclusion of auxiliary operations, including thermal exposure, in reducing the cost of the process. In general, the claimed technical solution provides an expansion of the range of the range of processed raw materials, an increase in speed and a reduction in the production cycle of manufacturing products, and consequently, a reduction in energy consumption and cost of finished products.

На фиг. 1 представлена блок-схема осуществления способа, где обозначено: 1 - тяжелые углеродные соединения, 2 - сокатализатор, 3 - сырьевая смесь, 4 - отдельные элементы твердотельного плавкого катализатора-порообразователя, 5 - опалубочная форма, 6 - массив твердотельного плавкого катализатора-порообразователя, 7 - заполненная подготовленной смесью опалубочная форма с массивом твердотельного плавкого катализатора-порообразователя, содержащего межреберные опалубочные каналы, 8 - каталитическая смесь, 9 - интенсификатор, 10 - заполненная сырьевой смесью опалубочная форма, погруженная в расплав каталитической смеси, 11 - сформированный объемный углеродный каркас внутри расплава каталитической смеси, 12 - извлеченный объемный углеродный каркас, 13 - очищенный от остатков расплава каталитической смеси объемный углеродный каркас, 14 - углеродный каркас на последующую обработку.In FIG. 1 is a flowchart of the method, where it is indicated: 1 — heavy carbon compounds, 2 — cocatalyst, 3 — raw material mixture, 4 — individual elements of a solid-state fusible catalyst-blowing agent, 5 — formwork form, 6 — an array of solid-state fusible catalyst-blowing agent, 7 - formwork filled with the prepared mixture with an array of solid-state fusible catalyst-blowing agent containing intercostal formwork channels, 8 - catalytic mixture, 9 - intensifier, 10 - filled with raw mixture formwork immersed in the melt of the catalytic mixture, 11 — formed bulk carbon skeleton inside the melt of the catalytic mixture, 12 — extracted bulk carbon skeleton, 13 — bulk carbon skeleton removed from the remains of the catalytic mixture, 14 — carbon skeleton for subsequent processing.

На фиг. 2 представлена схема размеров и укладки в опалубку элементов твердотельного плавкого катализатора-порообразователя, где А - отображение элемента твердотельного плавкого катализатора-порообразователя в ортографической проекции, В - схема укладки элементов твердотельного плавкого катализатора-порообразователя в опалубку, С - отображение двух уложенных в нижнем ряду элементов твердотельного плавкого катализатора-порообразователя в изометрической проекции, D - поперечное сечение уложенных элементов твердотельного плавкого катализатора-порообразователя с отображением опалубочных каналов в межреберном пространстве.In FIG. 2 shows a diagram of the dimensions and laying in the formwork of elements of a solid-state fusible catalyst-blowing agent, where A is a display of an element of a solid-state fusible catalyst-blowing agent in an orthographic projection, B is a diagram of the laying of elements of a solid-state fusible catalyst-blowing agent in a formwork, C is a display of two laid in the lower row elements of solid-state fusible catalyst-blowing agent in isometric projection, D is the cross section of the stacked elements of solid-state fusible catalyst a-pore former with the display of formwork channels in the intercostal space.

На Фиг. 3 представлена схема углеродного каркаса, полученного в результате заявляемого технического решения при использовании твердотельного плавкого катализатора-порообразователя правильной формы (призмы).In FIG. 3 presents a diagram of a carbon skeleton obtained as a result of the claimed technical solution using a solid-state fusible solid-state pore-forming catalyst (prism).

На Фиг. 4 представлена общая технологическая схема получения углеродных конструкций, дающая представление об организации заявляемого технического решения, где: 1 - устройство для приготовления сырьевой смеси; 2, 3 - реактор, состоящий из ванны с расплавом каталитической смеси (2) и кожухом принудительной вытяжки газов (3), снабженный прижимными роликами (5) и мешалками (4); 6 - разделительная емкость; 7 - конденсационная емкость легких углеводородов; 8 - блок хранения хлористого водорода (HCl) и регенерации хлора (Cl); 9 - ректификационная колонна; 10 - печь карбонизации продукции; 11 - печь графитации продукции.In FIG. 4 presents a General technological scheme for producing carbon structures, giving an idea of the organization of the proposed technical solution, where: 1 - a device for preparing the raw mix; 2, 3 — a reactor consisting of a bath with a molten catalyst mixture (2) and a forced gas exhaust hood (3), equipped with pressure rollers (5) and mixers (4); 6 - separation tank; 7 - condensation capacity of light hydrocarbons; 8 - block storage of hydrogen chloride (HCl) and chlorine recovery (Cl); 9 - distillation column; 10 - furnace carbonization products; 11 - graphitization furnace products.

Заявляемое техническое решение организации переработки тяжелых углеводородных соединений с получением объемных углеродных каркасов (п.1) в виде углекаркасов, реализуемое при использовании элементов плавкого твердотельного катализатора-порообразователя правильной формы (призмы), осуществляется следующим образом.The claimed technical solution for the organization of the processing of heavy hydrocarbon compounds to obtain volumetric carbon frames (item 1) in the form of carbon frames, implemented using elements of a fusible solid-state catalyst-pore former of the correct form (prism) is as follows.

Позиционирование продукции по заявляемому техническому решению: Готовая продукция. Углеродный каркас. В силу своей универсальности углеродный каркас может выступать в виде компонента композитных материалов (например, в роли арматуры конструкционных элементов: перегородки, панели и т.д.) либо декоративных изделий (например, объемное стеновое, либо потолочное покрытие). В данном примере реализован элемент декоративного стенового покрытия на самонесущем каркасе для внутренних либо наружных помещений размером 200*200*5 мм с ячейкой 10*5 мм (Фиг. 3). Цвет - черный уголь. Основные преимущества перед существующими на рынке - материал относится к негорючим строительным материалам и конструкциям внутренней отделки помещений. Такой вывод можно сделать на основании того, что температурный режим получения материала, в частности, в зоне карбонизации (1000-1100°С) превышает температурный режим испытания полученного материала на горючесть (745-755°C) согласно ГОСТ 30244-94. Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть, п.6.4.3.Product positioning according to the claimed technical solution: Finished products. Carbon frame. Due to its versatility, the carbon skeleton can act as a component of composite materials (for example, as reinforcing structural elements: partitions, panels, etc.) or decorative products (for example, three-dimensional wall or ceiling coating). In this example, an element of a decorative wall covering is implemented on a self-supporting frame for indoor or outdoor premises with a size of 200 * 200 * 5 mm with a cell of 10 * 5 mm (Fig. 3). Color - black coal. The main advantages over existing on the market - the material relates to non-combustible building materials and structures for interior decoration. This conclusion can be made on the basis that the temperature regime for obtaining the material, in particular in the carbonization zone (1000-1100 ° C), exceeds the temperature regime for testing the obtained material for combustibility (745-755 ° C) according to GOST 30244-94. Building materials. Combustibility test methods, clause 6.4.3.

Приготовление сырьевой смеси (на 1 каркас). Для приготовления сырьевой смеси были использованы обезвоженные тяжелые углеводородные соединения фракции 350-500°C, плотностью 889 кг/м3 (Фиг. 1, п. 1) в количестве 18,59 г, а также сокатализатор (Фиг. 1, п. 2) углеводородная фракция с температурой кипения ниже 200°C в количестве 1,65 г. Сырьевая смесь всего (Фиг. 1, п. 3) = 1,65 г + 17,99 г = 20,2 г.Preparation of the raw mix (1 frame). To prepare the raw material mixture, dehydrated heavy hydrocarbon compounds of a fraction of 350-500 ° C, density 889 kg / m 3 (Fig. 1, p. 1) in the amount of 18.59 g, as well as cocatalyst (Fig. 1, p. 2) were used ) a hydrocarbon fraction with a boiling point below 200 ° C in an amount of 1.65 g. The total mixture of raw materials (Fig. 1, p. 3) = 1.65 g + 17.99 g = 20.2 g.

Приготовление каталитической смеси. Последовательным смешением компонентов и доведением смеси до состояния расплава при t=200°C была приготовлена каталитическая смесь (Фиг. 1, п. 8) массой 1634,71 г. На приготовление смеси было израсходовано 94,05 г катализатора Циглера - Натта (Al(C2H5)2Cl+TiCl4) (Фиг. 1, п. 9), а также хлоридов металлов: AlCl3 - 1076,04 г; FeCl3 - 352,8 г; ТiCl4 - 54,5 г; VCl4 - 57,33 г.Preparation of the catalytic mixture. By sequential mixing of the components and bringing the mixture to a melt state at t = 200 ° C, a catalytic mixture (Fig. 1, p. 8) of 1634.71 g was prepared. 94.05 g of Ziegler-Natta catalyst (Al ( C 2 H 5 ) 2 Cl + TiCl 4 ) (Fig. 1, p. 9), as well as metal chlorides: AlCl 3 - 1076.04 g; FeCl 3 - 352.8 g; TiCl 4 - 54.5 g; VCl 4 - 57.33 g.

Приготовленная каталитическая смесь использовалась следующим образом: 1222 г приготовленной каталитической смеси с температурой 200°C помещалось в реакционную ванну (Фиг. 4, п. 2) и далее, смесь нагревалась до 200°C. Данная температура системно поддерживалась термостатом; вторая часть в размере 412,8 г направлялась на изготовление элементов твердотельного плавкого катализатора-порообразователя (Фиг. 4, п. 4).The prepared catalyst mixture was used as follows: 1222 g of the prepared catalyst mixture with a temperature of 200 ° C was placed in a reaction bath (Fig. 4, p. 2) and then, the mixture was heated to 200 ° C. This temperature was systemically maintained by a thermostat; the second part in the amount of 412.8 g was directed to the manufacture of elements of the solid-state fusible catalyst-blowing agent (Fig. 4, p. 4).

Приготовление элементов твердотельного плавкого катализатора-порообразователя. В соответствии с принятой формой структуры углекаркаса (Фиг. 3) элементы твердотельного плавкого катализатора-порообразователя имеют правильную геометрическую форму призмы, в вершине которой лежит равнобедренный прямоугольный треугольник, а основание призмы имеет размер 10*5 мм со снятыми фасками на ребрах. Размеры элемента твердотельного плавкого катализатора-порообразователя (Фиг. 2, a,b). Общее количество элементов твердотельного плавкого катализатора 1600 шт. на один углекаркас.Preparation of elements of solid-state fusible catalyst blowing agent. In accordance with the accepted form of the carbon frame structure (Fig. 3), the elements of the solid-state fusible catalyst-pore former have the correct geometric shape of the prism, at the top of which lies an isosceles right triangle, and the prism base has a size of 10 * 5 mm with chamfered edges. The dimensions of the solid-state fusible catalyst-blowing agent element (Fig. 2, a, b). The total number of elements of solid-state fusible catalyst 1600 pcs. on one coal frame.

Опалубочная форма (Фиг.1, п. 5) для элементов твердотельного катализатора-порообразователя была изготовлена из материала фторопласт-4. Данная форма имеет 1600 единичных опалубочных мест, каждое из которых полностью соответствует фигуре элемента твердотельного плавкого катализатора-порообразователя, расположенного вершиной вниз. 412,8 г расплавленной до жидкого состояния каталитической смеси с температурой 200°C были залиты в заранее подготовленную форму. Далее, форма с расплавом была охлаждена до комнатной температуры, в результате чего залитый в форму расплав перешел в твердое агрегатное состояние, приняв заданную геометрическую форму элементов твердотельного плавкого катализатора-порообразователя. Подготовленные таким образом элементы твердотельного плавкого катализатора-порообразователя были извлечены из формы и подготовлены к следующей операции - укладке в массив твердотельного плавкого катализатора-порообразователя (Фиг. 1, п. 6). The formwork form (Fig. 1, p. 5) for the elements of the solid-state pore-forming catalyst was made of fluoroplast-4 material. This form has 1600 single shuttering places, each of which fully corresponds to the figure of the element of the solid-state fusible catalyst-blowing agent, located with the top down. 412.8 g of a molten to liquid state of a catalytic mixture with a temperature of 200 ° C were poured into a pre-prepared form. Further, the mold with the melt was cooled to room temperature, as a result of which the molten melt cast into the mold turned into a solid state of aggregation, assuming the given geometric shape of the elements of the solid-state fusible catalyst-blowing agent. The elements of the solid-state fusible catalyst-blowing agent thus prepared were removed from the mold and prepared for the next operation — laying in the array of the solid-state fusible catalyst-blowing agent (Fig. 1, p. 6).

Укладка элементов твердотельного плавкого катализатора в опалубочную форму (Фиг. 1, п. 6). Изготовленная из фторопласт-4 опалубочная форма повторяет собой контуры готового каркаса 200*200*5 мм с ячейкой 10*5 мм (Фиг. 3). Боковые стенки опалубочной формы имеют механизм стяжки, что позволяет после укладки и заполнения формы элементами твердотельного катализатора зафиксировать уложенный массив в форме путем сжатия. Форма решетчатого дна опалубочной формы обеспечивает устройство заданного профиля фаски, а также возможное выливание сырьевой смеси из опалубочных каналов при заполнении. Крышка опалубочной формы при ее закрытии после укладки массива твердотельных катализаторов обеспечивает одновременно и возможность заливки сырьевой смеси, и формирование необходимого профиля фаски. На момент укладки элементы твердотельного плавкого катализатора-порообразователя находились в твердом агрегатном состоянии. Укладка элементов осуществлялась последовательно в 2 ряда. Первый ряд укладывался на ребро большей грани элемента, составляющей 10 мм. Элементы укладывались плотно друг к другу, затем уложенный массив сжимался в опалубочной форме механизмом стяжки. Схема укладки нижнего ряда (Фиг. 2С, В), верхнего ряда (Фиг. 2В) с учетом снятой фаски по ребрам каждого единичного элемента обеспечивает в межреберном пространстве формование опалубочных каналов по ребрам элемента (Фиг. 2D).Laying the elements of the solid-state fusible catalyst in the formwork form (Fig. 1, p. 6). The formwork made of fluoroplast-4 follows the contours of the finished frame 200 * 200 * 5 mm with a cell 10 * 5 mm (Fig. 3). The side walls of the formwork mold have a screed mechanism, which allows, after laying and filling the mold with solid-state catalyst elements, to fix the stacked mass in the mold by compression. The shape of the lattice bottom of the shuttering form provides the device with a given chamfer profile, as well as the possible pouring of the raw mix from the shuttering channels when filling. The formwork lid when it is closed after laying the array of solid-state catalysts provides both the possibility of filling the raw material mixture and the formation of the necessary bevel profile. At the time of laying, the elements of the solid-state fusible catalyst-blowing agent were in a solid state of aggregation. The stacking of elements was carried out sequentially in 2 rows. The first row was laid on the edge of the larger face of the element, comprising 10 mm. The elements were stacked tightly to each other, then the stacked array was compressed in the formwork by the screed mechanism. The laying pattern of the lower row (Fig. 2C, B), the upper row (Fig. 2B), taking into account the chamfer along the edges of each individual element, provides in the intercostal space the formation of formwork channels along the edges of the element (Fig. 2D).

Заполнение массива элементов твердотельного катализатора сырьевой смесью. Приготовленная сырьевая смесь (Фиг. 1, п. 3) в количестве 20,2 г подогревалась до 70°C затем выливалась в опалубочную форму на подготовленный и зафиксированный массив элементов твердотельного катализатора-порообразователя. Отслеживалось условие заполнения всех опалубочных каналов массой сырьевой смеси. После заливки сырьевой смеси заполненная форма выдерживалась 3-5 минут до момента окончания активного газовыделения (Фиг. 1, п. 7).Filling an array of solid-state catalyst elements with a raw material mixture. The prepared raw mix (Fig. 1, p. 3) in an amount of 20.2 g was heated to 70 ° C and then poured into the formwork onto the prepared and fixed array of elements of the solid-state pore-forming catalyst. The condition of filling all formwork channels with the mass of the raw mix was monitored. After pouring the raw material mixture, the filled form was aged 3-5 minutes until the end of active gas evolution (Fig. 1, p. 7).

Реакционный блок. После прекращения активного газовыделения опалубка, заполненная сырьевой смесью массивом элементов твердотельного катализатора, перемещалась в ванну с расплавом каталитической смеси и полностью погружалась в тело расплава (Фиг. 1, п. 10). При этом, наряду с растворением элементов твердотельного катализатора и формированием углеродного каркаса осуществлялись технологические потоки (согласно Фиг. 4, п. «транспортные потоки»). Время выдержки в реакционной ванне - 5 мин. Условия пропитки - полное растворение или переход элементов твердотельного плавкого катализатора-порообразователя в жидкое агрегатное состояние. После растворения массива твердотельного катализатора опалубочная форма извлекалась, а сформированный углеродный каркас (Фиг. 1, п. 11) подавался на приспособление прижимных роликов (Фиг. 4, п. 5), посредством которых транспортировался через массив расплава каталитической смеси в зону очистки и карбонизации (Фиг. 4, п. 10), где и осуществлялась его очистка (Фиг. 1, п. 12).The reaction block. After the cessation of active gas evolution, the formwork, filled with the raw mixture with an array of solid-state catalyst elements, was moved into the bath with the melt of the catalytic mixture and completely immersed in the melt body (Fig. 1, p. 10). At the same time, along with the dissolution of the elements of the solid-state catalyst and the formation of the carbon skeleton, technological flows were carried out (according to Fig. 4, p. "Traffic flows"). The exposure time in the reaction bath is 5 minutes Impregnation conditions - complete dissolution or transition of elements of a solid-state fusible catalyst-blowing agent into a liquid state of aggregation. After dissolution of the solid-state catalyst array, the formwork was removed, and the formed carbon skeleton (Fig. 1, p. 11) was fed to the pinch rollers (Fig. 4, p. 5), through which the catalytic mixture was transported through the melt array to the cleaning and carbonization zone (Fig. 4, p. 10), where it was cleaned (Fig. 1, p. 12).

Очистка. Частично процесс режима очистки начинается еще в реакционной ванне в момент формообразования неплавкого тела будущего углеродного каркаса. В теле жидкого расплава происходит очистка исходного углеводородного сырья от механических примесей, сернистых, кислородных соединений и других элементоорганических соединений. Часть из них переходит в твердый осадок, опускается на дно ванны и затем удаляется в виде шлама; часть переходит в газообразную форму (СО, СО2) и улавливается вытяжкой. Параллельно с очисткой осуществляется формообразование неплавкого пространственного каркаса заданной формы. Вторая зона очистки от остатков каталитической смеси предусмотрена перед печью карбонизации. Непосредственно в зоне очистки режим предусматривает последовательное повышение температуры от ~200°C на входе до 650°C со скоростью не выше 200°C в час в среде аргона. Такой режим, с одной стороны, обеспечивал нарастание свойств тугоплавкости, с другой стороны, обеспечивал возгонку остатков каталитической смеси и выделившихся соединений. Наличие активного хлора в остатках каталитической смеси способствовало развитию этих процессов. (Фиг. 1, п. 13). По завершении процесса очистки углеродный каркас (Фиг. 1, п. 14) перемещался в зону карбонизации (Фиг. 4, п. 11), которая осуществлялась при температуре 1000°C. По завершении карбонизации образец имел вес 12,56 г, плотность 1,32 г/см3, пористость 88,38%. Cleaning up. Partially, the process of cleaning regime begins even in the reaction bath at the time of shaping of the non-melting body of the future carbon skeleton. In the body of the liquid melt, the initial hydrocarbon feed is purified from mechanical impurities, sulfur, oxygen compounds and other organoelemental compounds. Some of them turn into a solid precipitate, sink to the bottom of the bath and then are removed in the form of sludge; part passes into a gaseous form (СО, СО 2 ) and is caught by exhaust. In parallel with the cleaning, the formation of a non-fusible spatial framework of a given shape is carried out. The second zone of purification from the remains of the catalytic mixture is provided before the carbonization furnace. Directly in the cleaning zone, the mode provides for a sequential increase in temperature from ~ 200 ° C at the inlet to 650 ° C at a rate of no higher than 200 ° C per hour in argon. Such a regime, on the one hand, ensured an increase in the properties of refractoriness, and, on the other hand, ensured the sublimation of the remains of the catalytic mixture and the released compounds. The presence of active chlorine in the remains of the catalytic mixture contributed to the development of these processes. (Fig. 1, p. 13). Upon completion of the cleaning process, the carbon skeleton (Fig. 1, p. 14) was moved to the carbonization zone (Fig. 4, p. 11), which was carried out at a temperature of 1000 ° C. Upon completion of carbonization, the sample had a weight of 12.56 g, density 1.32 g / cm 3 , porosity 88.38%.

Качественные характеристики углеродного каркаса. После операции очистки и термообработки при температуре более или равной 650°C углеродный каркас уже имел определенную прочность, обеспечивающую как минимум самонесущие свойства. Необходимые прочностные характеристики для конструкционных материалов могут быть получены при последующей карбонизации, графитации, а также иных операциях, связанных с получением композитного материала, например карбидизации (осаждении и получении карбидокремниевого покрытия на поверхности углеродного каркаса).Qualitative characteristics of the carbon frame. After the operation of cleaning and heat treatment at a temperature of more than or equal to 650 ° C, the carbon frame already had a certain strength, providing at least self-supporting properties. The necessary strength characteristics for structural materials can be obtained during subsequent carbonization, graphitization, as well as other operations associated with obtaining a composite material, for example carbidization (deposition and preparation of silicon carbide coating on the surface of the carbon frame).

Если в производстве углеволокна основной задачей является получение максимально высоких прочностных характеристик, основной задачей предлагаемого технического решения является формирование пространственной углеродной конструкции за один этап, минуя этап производства угленити (углеволокна). Следовательно, основным условием является получение самого каркаса, как изделия. Дефекты в виде разрывов в твердом теле каркаса могут, в зависимости от степени их присутствия, полностью или частично разрушить каркас. Таким образом, для данного изобретения значимой является характеристика - уровень дефектности (Df). Данная характеристика рассчитывается как отношение полной площади изделия к площади открытых дефектов (%).If in the production of carbon fiber the main task is to obtain the highest possible strength characteristics, the main task of the proposed technical solution is to form a spatial carbon structure in one step, bypassing the stage of production of coal (carbon fiber). Therefore, the main condition is to obtain the frame itself as a product. Defects in the form of gaps in the solid body of the frame can, depending on the degree of their presence, completely or partially destroy the frame. Thus, for this invention is significant characteristic - the level of defectiveness (D f ). This characteristic is calculated as the ratio of the total area of the product to the area of open defects (%).

Идеальный вариант - Df→0. Наиболее оптимальный режим в фактических условиях Df→min. Существует тесная связь между температурой расплава каталитической смеси и величиной Df. Варианты оптимизации данного показателя посредством моделирования основных характеристик режима показаны на примерах 1-4.The ideal option is D f → 0. The most optimal mode in actual conditions D f → min. There is a close relationship between the melt temperature of the catalytic mixture and the value of D f . Optimization options for this indicator by modeling the main characteristics of the mode are shown in examples 1-4.

Пример 1.Example 1

Исходное сырье - тяжелые углеводородные соединения фракции 350-500°C, плотностью 889 кг/м3. Температура расплава каталитической смеси в реакционной ванне 450°C. При контакте сырьевой смеси с расплавом каталитической смеси происходит, в том числе, бурное газовыделение. Доля возгоняемой части сырьевой смеси (газовой фазы) составляет 80%. Доля сконденсированной углеродсодержащей части в опалубке составляет 20%. По извлечении углеродного каркаса из расплава (Фиг. 1, п. 12) Df равен 42%. Отсутствуют целые блоки в горизонтальных и вертикальных плоскостях. Каркас не является самонесущим.The feedstock is heavy hydrocarbon compounds of a fraction of 350-500 ° C, with a density of 889 kg / m 3 . The melt temperature of the catalyst mixture in the reaction bath is 450 ° C. Upon contact of the feed mixture with the melt of the catalytic mixture occurs, including rapid gas evolution. The proportion of the sublimated part of the feed mixture (gas phase) is 80%. The fraction of the condensed carbon-containing part in the formwork is 20%. By removing the carbon skeleton from the melt (Fig. 1, p. 12), D f is 42%. There are no whole blocks in horizontal and vertical planes. The frame is not self-supporting.

Пример 2.Example 2

Исходное сырье - тяжелые углеводородные соединения фракции 350-500°C, плотностью 889 кг/м3. Температура расплава каталитической смеси в реакционной ванне 320°C. Доля возгоняемой части сырьевой смеси (газовой фазы) составляет 69%. Доля сконденсированной углеродсодержащей части составляет 31%. Df равен 26%. Отсутствуют отдельные узлы и перемычки в горизонтальных и вертикальных плоскостях. Каркас не является самонесущим.The feedstock is heavy hydrocarbon compounds of a fraction of 350-500 ° C, with a density of 889 kg / m 3 . The melt temperature of the catalyst mixture in the reaction bath is 320 ° C. The fraction of the sublimated part of the feed mixture (gas phase) is 69%. The fraction of the condensed carbon-containing part is 31%. Df is 26%. There are no separate nodes and jumpers in horizontal and vertical planes. The frame is not self-supporting.

Пример 3.Example 3

Исходное сырье - тяжелые углеводородные соединения фракции 350-500°C, плотностью 889 кг/м3. Температура расплава каталитической смеси в реакционной ванне 200°C. Доля возгоняемой части сырьевой смеси (газовой фазы) составляет 54%. Доля сконденсированной углеродсодержащей части составляет 46%. Df равен 14%. Глубокие дефекты на элементах каркаса в горизонтальных и вертикальных плоскостях.The feedstock is heavy hydrocarbon compounds of a fraction of 350-500 ° C, with a density of 889 kg / m 3 . The melt temperature of the catalyst mixture in the reaction bath is 200 ° C. The proportion of the sublimated part of the feed mixture (gas phase) is 54%. The fraction of the condensed carbon-containing part is 46%. Df is 14%. Deep defects on the frame elements in horizontal and vertical planes.

Пример 4.Example 4

Исходное сырье - тяжелые углеводородные соединения фракции 350-500°C, плотностью 889 кг/м3. Температура расплава каталитической смеси в реакционной ванне 200°C. Вводим 10% катализатора Циглера-Натта ((С2Н5)2AlCl+ТiCl4). Доля возгоняемой части сырьевой смеси (газовой фазы) сокращается и составляет 27%. Доля сконденсированной углеродсодержащей части составляет 73%. Df равен 5%. Незначительные дефекты на элементах каркаса в горизонтальных и вертикальных плоскостях.The feedstock is heavy hydrocarbon compounds of a fraction of 350-500 ° C, with a density of 889 kg / m 3 . The melt temperature of the catalyst mixture in the reaction bath is 200 ° C. We introduce 10% of the Ziegler-Natta catalyst ((C 2 H 5 ) 2 AlCl + TiCl 4 ). The proportion of the sublimated part of the feed mixture (gas phase) is reduced and amounts to 27%. The fraction of the condensed carbon-containing part is 73%. D f is 5%. Minor defects on the frame elements in horizontal and vertical planes.

Сравнительная таблица степени дефектности от характеристик и режима процессаComparative table of the degree of defectiveness of the characteristics and process conditions

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Вывод: Наиболее оптимальной температурой обработки сырьевой смеси в реакционной ванне является температура образца 4. Данный температурный режим позволяет, с одной стороны, осуществить необходимые реакции в обрабатываемой смеси, с другой стороны, получить и использовать необходимое количество углеродного материала для образования объемного углеродного каркаса.Conclusion: The most optimal temperature for processing the raw mixture in the reaction bath is the temperature of sample 4. This temperature regime allows, on the one hand, the necessary reactions to be carried out in the processed mixture, and, on the other hand, the necessary amount of carbon material is formed and used to form a bulk carbon skeleton.

Заявляемое техническое решение организации переработки тяжелых углеводородных соединений с получением объемных углеродных каркасов (п. 1) в виде пеноуглерода, реализуемое при использовании элементов плавкого твердотельного катализатора-порообразователя неправильной формы (измельченной крошки), осуществляется следующим образом.The claimed technical solution for the organization of the processing of heavy hydrocarbon compounds to obtain bulk carbon frames (item 1) in the form of carbon foam, implemented using elements of a fusible solid-state catalyst-blowing agent of irregular shape (crushed chips) is as follows.

Позиционирование продукции по заявляемому техническому решению: Готовая продукция: Декоративная плитка внутренней отделки помещений из пеноуглерода. В силу своей универсальности углеродный каркас может выступать в виде компонента композитных материалов (например, в роли арматуры конструкционных элементов: перегородки, панели и т.д.) либо декоративных изделий (например, объемное стеновое либо потолочное покрытие). В данном примере реализован элемент декоративного стенового покрытия на самонесущем каркасе для внутренних либо наружных помещений размером 200*200*5 мм. Цвет - черный уголь. Основные преимущества перед существующими на рынке - материал относится к негорючим строительным материалам и конструкциям внутренней отделки помещений. Такой вывод можно сделать на основании того, что температурный режим получения материала, в частности, в зоне карбонизации (1000-1100°C) превышает температурный режим испытания полученного материала на горючесть (745-755°C) согласно ГОСТ 30244-94. Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть, п. 6.4.3. Дополнительной характеристикой, подчеркивающее рыночное преимущество, является шумопоглощение, присущее любой поронасыщенной конструкции.Product positioning according to the claimed technical solution: Finished products: Decorative tiles for interior decoration of foam. Due to its versatility, the carbon frame can act as a component of composite materials (for example, as reinforcing structural elements: partitions, panels, etc.) or decorative products (for example, volumetric wall or ceiling coating). In this example, an element of a decorative wall covering is implemented on a self-supporting frame for indoor or outdoor premises with a size of 200 * 200 * 5 mm. Color - black coal. The main advantages over existing on the market - the material relates to non-combustible building materials and structures for interior decoration. This conclusion can be made on the basis that the temperature regime of obtaining the material, in particular, in the carbonization zone (1000-1100 ° C) exceeds the temperature regime of testing the obtained material for combustibility (745-755 ° C) according to GOST 30244-94. Building materials. Combustibility test methods, clause 6.4.3. An additional feature emphasizing market advantage is the noise absorption inherent in any porous saturated structure.

Приготовление сырьевой смеси (на 1 плитку). Для приготовления сырьевой смеси объемом 30 см3 были использованы обезвоженные тяжелые углеводородные соединения фракции 350-500°C, плотностью 889 кг/м3 (Фиг. 1, п. 1) в количестве 24,00 г, а также сокатализатор (Фиг. 1, п. 2) углеводородная фракция с температурой кипения ниже 200°C в количестве 2,13 г. Сырьевая смесь всего (Фиг. 1, п. 3) = 2,13 г + 24,0 г = 26,13 г.Preparation of the raw mix (1 tile). To prepare the raw material mixture with a volume of 30 cm 3 , dehydrated heavy hydrocarbon compounds of a fraction of 350-500 ° C, density 889 kg / m 3 (Fig. 1, p. 1) in an amount of 24.00 g, and also cocatalyst (Fig. 1) were used , p. 2) a hydrocarbon fraction with a boiling point below 200 ° C in an amount of 2.13 g. The raw material mixture in total (Fig. 1, p. 3) = 2.13 g + 24.0 g = 26.13 g.

Приготовление каталитической смеси. Последовательным смешением компонентов и доведением смеси до состояния расплава при t=200°C была приготовлена каталитическая смесь (Фиг. 1, п. 8) массой 1634,71 г. На приготовление смеси было израсходовано 94,05 г катализатора Циглера - Натта (Al(C2H5)2Cl+ТiCl4) (Фиг. 1, п. 9), а также хлоридов металлов: AlCl3 - 1076,04 г. FeCl3 - 352,8 г. ТiCl4 - 54,5 г. VCl4 - 57,33 г.Preparation of the catalytic mixture. By sequential mixing of the components and bringing the mixture to a melt state at t = 200 ° C, a catalytic mixture (Fig. 1, p. 8) of 1634.71 g was prepared. 94.05 g of Ziegler-Natta catalyst (Al ( C 2 H 5 ) 2 Cl + TiCl 4 ) (Fig. 1, item 9), as well as metal chlorides: AlCl 3 - 1076.04 g. FeCl 3 - 352.8 g. TiCl 4 - 54.5 g. VCl 4 - 57.33 g.

Приготовленная каталитическая смесь использовалась следующим образом: 1237,7 г приготовленной каталитической смеси с температурой 200°C помещалось в реакционную ванну (Фиг. 4, п. 2) и далее, смесь нагревалась до 200°C. Данная температура системно поддерживалась термостатом; вторая часть в размере 397,0 г методом охлаждения переводилась в твердое агрегатное состояние и направлялась на приготовление элементов твердотельного плавкого катализатора-порообразователя (Фиг. 4, п. 4) неправильной формы - измельченной крошки. The prepared catalyst mixture was used as follows: 1237.7 g of the prepared catalyst mixture with a temperature of 200 ° C was placed in the reaction bath (Fig. 4, p. 2) and then, the mixture was heated to 200 ° C. This temperature was systemically maintained by a thermostat; the second part in the amount of 397.0 g by cooling was transferred to the solid state of aggregation and was sent to the preparation of the elements of the solid-state fusible catalyst-blowing agent (Fig. 4, p. 4) of irregular shape - crushed crumbs.

Приготовление элементов твердотельного плавкого катализатора-порообразователя неправильной формы (измельченной крошки). Остывший массив каталитической смеси в объеме 170 см3 и массой 397 г измельчался в мельнице в крошку со средним размером зерен 1-2 мм и далее помещался в опалубку.Preparation of the elements of the solid-state fusible catalyst-blowing agent of irregular shape (crushed crumbs). The cooled array of the catalytic mixture in a volume of 170 cm 3 and weighing 397 g was crushed in a mill into crumbs with an average grain size of 1-2 mm and then placed into the formwork.

Укладка элементов твердотельного плавкого катализатора неправильной формы в опалубочную форму (Фиг. 1, п. 6). Изготовленная из фторопласт-4 опалубочная форма повторяет собой контуры готового каркаса 200*200*5 мм. Боковые стенки опалубочной формы имеют механизм стяжки, что позволяет после укладки и заполнения формы измельченной крошкой твердотельного катализатора-порообразователя зафиксировать уложенный массив в форме путем сжатия. Форма решетчатого дна опалубочной формы обеспечивает контакт измельченной крошки с расплавом катализаторной смеси. Крышка опалубочной формы при ее закрытии после укладки массива твердотельных катализаторов обеспечивает одновременно и возможность заливки сырьевой смеси, и выход выделяющихся газов. На момент укладки элементы твердотельного плавкого катализатора-порообразователя в виде измельченной крошки находились в твердом агрегатном состоянии. Осуществлялась укладка измельченной крошки в опалубочную форму с последующим выравниванием поверхности.Laying the elements of the solid-state fusible catalyst of irregular shape in the formwork form (Fig. 1, p. 6). The formwork made of fluoroplast-4 follows the contours of the finished frame 200 * 200 * 5 mm. The side walls of the formwork mold have a screed mechanism, which allows, after laying and filling the mold with crushed crumbs of the solid-state pore former, to fix the stacked mass in the mold by compression. The shape of the lattice bottom of the formwork provides contact of the crushed chips with the melt of the catalyst mixture. The lid of the formwork form when it is closed after laying the array of solid-state catalysts provides both the possibility of pouring the raw material mixture and the release of gases. At the time of laying, the elements of the solid-state fusible catalyst-pore former in the form of crushed chips were in a solid state of aggregation. The crushed chips were laid in the formwork, followed by surface leveling.

Заполнение массива элементов твердотельного катализатора сырьевой смесью. Приготовленная сырьевая смесь (Фиг. 1, п. 3) в количестве 26,1 г подогревалась до 70°C, затем выливалась в опалубочную форму на подготовленный массив измельченной крошки твердотельного катализатора-порообразователя. Отслеживалось условие заполнения всех пустот массой сырьевой смеси. После заливки сырьевой смеси заполненная форма фиксировалась закрытием крышки и выдерживалась 3-5 минут до момента окончания активного газовыделения (Фиг. 1, п. 7).Filling an array of solid-state catalyst elements with a raw material mixture. The prepared raw mix (Fig. 1, p. 3) in an amount of 26.1 g was heated to 70 ° C, then poured into the formwork onto the prepared array of crushed crumbs of solid-state pore-forming catalyst. The condition of filling all the voids with the mass of the raw mixture was monitored. After pouring the raw material mixture, the filled form was fixed by closing the lid and held for 3-5 minutes until the end of active gas evolution (Fig. 1, p. 7).

Реакционный блок. После прекращения активного газовыделения опалубка, заполненная сырьевой смесью массивом измельченной крошки твердотельного катализатора-порообразователя, перемещалась в ванну с расплавом каталитической смеси и полностью погружалась в тело расплава (Фиг. 1, п. 10). При этом, наряду с растворением элементов твердотельного катализатора и формирования углеродного каркаса осуществлялись технологические потоки (согласно Фиг. 4, п. «транспортные потоки». Время выдержки в реакционной ванне - 5 мин. Условия пропитки - полное растворение или переход элементов твердотельного плавкого катализатора-порообразователя в жидкое агрегатное состояние. После растворения массива твердотельного катализатора опалубочная форма извлекалась, а сформированный углеродный каркас (Фиг. 1, п. 11) подавался на приспособление прижимных роликов (Фиг. 4, п. 5), посредством которых транспортировался через массив расплава каталитической смеси в зону очистки и карбонизации (Фиг. 4, п. 10), где и осуществлялась его очистка (Фиг. 1, п. 12). The reaction block. After the cessation of active gas evolution, the formwork, filled with the raw mix, with an array of crushed crumbs of the solid-state pore-forming catalyst, was moved into the bath with the catalyst mixture melt and completely immersed in the melt body (Fig. 1, p. 10). At the same time, along with the dissolution of the elements of the solid-state catalyst and the formation of the carbon skeleton, technological flows were carried out (according to Fig. 4, paragraph “transport streams.” The exposure time in the reaction bath was 5 minutes. Impregnation conditions — complete dissolution or transition of the elements of the solid-state fusible catalyst — the pore former in a liquid state of aggregation.After dissolving the solid-state catalyst array, the formwork was removed, and the formed carbon skeleton (Fig. 1, p. 11) was fed to the fixture back focus lock clips (Figs. 4, p. 5), through which is transported through the array molten catalyst mixture in the purification and carbonization zone (Fig. 4, p. 10), where performed its cleaning (Fig. 1, p. 12).

Очистка. Частично процесс режима очистки начинается еще в реакционной ванне в момент формообразования неплавкого тела будущего углеродного каркаса. В теле жидкого расплава происходит очистка исходного углеводородного сырья от механических примесей, сернистых, кислородных соединений и других элементоорганических соединений. Часть из них переходит в твердый осадок, опускается на дно ванны и затем удаляется в виде шлама; часть переходит в газообразную форму (СО, СО2) и улавливается вытяжкой. Параллельно с очисткой осуществляется формообразование неплавкого пространственного каркаса заданной формы. Вторая зона очистки от остатков каталитической смеси предусмотрена перед печью карбонизации. Непосредственно в зоне очистки режим предусматривает последовательное повышение температуры от ~200°C на входе до 650°C со скоростью не выше 200°C в час в среде аргона. Такой режим, с одной стороны, обеспечивал нарастание свойств тугоплавкости, с другой стороны, обеспечивал возгонку остатков каталитической смеси и выделившихся соединений. Наличие активного хлора в остатках каталитической смеси способствовало развитию этих процессов (Фиг. 1, п. 13). По завершении процесса очистки образец (Фиг. 1, п. 14) перемещался в зону карбонизации (Фиг. 4, п. 11), которая осуществлялась при температуре 1000°C. По завершении карбонизации образец имел вес 16,22 г, плотность 1,32 г/см3, пористость 85,0%.Cleaning up. Partially, the process of cleaning regime begins even in the reaction bath at the time of shaping of the non-melting body of the future carbon skeleton. In the body of the liquid melt, the initial hydrocarbon feed is purified from mechanical impurities, sulfur, oxygen compounds and other organoelemental compounds. Some of them turn into a solid precipitate, sink to the bottom of the bath and then are removed in the form of sludge; part passes into a gaseous form (СО, СО 2 ) and is caught by exhaust. In parallel with the cleaning, the formation of a non-fusible spatial framework of a given shape is carried out. The second zone of purification from the remains of the catalytic mixture is provided before the carbonization furnace. Directly in the cleaning zone, the mode provides for a sequential increase in temperature from ~ 200 ° C at the inlet to 650 ° C at a rate of no higher than 200 ° C per hour in argon. Such a regime, on the one hand, ensured an increase in the properties of refractoriness, and, on the other hand, ensured the sublimation of the remains of the catalytic mixture and the released compounds. The presence of active chlorine in the residues of the catalytic mixture contributed to the development of these processes (Fig. 1, p. 13). Upon completion of the cleaning process, the sample (Fig. 1, p. 14) was moved to the carbonization zone (Fig. 4, p. 11), which was carried out at a temperature of 1000 ° C. Upon completion of carbonization, the sample had a weight of 16.22 g, a density of 1.32 g / cm 3 , porosity of 85.0%.

Качественные характеристики пеноуглеродной плитки. После операции очистки и термообработки при температуре более или равной 650°C углеродный каркас уже имел определенную прочность, обеспечивающую как минимум самонесущие свойства. Необходимые прочностные характеристики для конструкционных материалов могут быть получены при последующей карбонизации, графитации, а также иных операциях, связанных с получением композитного материала, например, карбидизации (осаждении и получении карбидокремниевого покрытия на поверхности углеродного каркаса).Qualitative characteristics of foam tile. After the operation of cleaning and heat treatment at a temperature of more than or equal to 650 ° C, the carbon frame already had a certain strength, providing at least self-supporting properties. The necessary strength characteristics for structural materials can be obtained during subsequent carbonization, graphitization, as well as other operations associated with obtaining a composite material, for example, carbidization (deposition and obtaining a silicon carbide coating on the surface of the carbon frame).

Если в производстве углеволокна основной задачей является получение максимально высоких прочностных характеристик, основной задачей предлагаемого технического решения является формирование пространственной углеродной конструкции за один этап, минуя этап производства угленити (углеволокна). Следовательно, основным условием является получение самого каркаса, как изделия. Дефекты в виде разрывов в твердом теле каркаса могут, в зависимости от степени их присутствия, полностью или частично разрушить каркас. Таким образом, для данного изобретения значимой является характеристика - уровень дефектности (Df). Данная характеристика рассчитывается как отношение полной площади изделия к площади открытых дефектов (%).If in the production of carbon fiber the main task is to obtain the highest possible strength characteristics, the main task of the proposed technical solution is to form a spatial carbon structure in one step, bypassing the stage of production of coal (carbon fiber). Therefore, the main condition is to obtain the frame itself as a product. Defects in the form of gaps in the solid body of the frame can, depending on the degree of their presence, completely or partially destroy the frame. Thus, for this invention is significant characteristic - the level of defectiveness (D f ). This characteristic is calculated as the ratio of the total area of the product to the area of open defects (%).

Идеальный вариант - Df→0. Наиболее оптимальный режим в фактических условиях Df→min. Существует тесная связь между температурой расплава каталитической смеси и величиной Df. Варианты оптимизации данного показателя посредством моделирования основных характеристик режима показаны на примерах 1-4.The ideal option is D f → 0. The most optimal mode in actual conditions D f → min. There is a close relationship between the melt temperature of the catalytic mixture and the value of D f . Optimization options for this indicator by modeling the main characteristics of the mode are shown in examples 1-4.

Пример 1.Example 1

Исходное сырье - тяжелые углеводородные соединения фракции 350-500°C, плотностью 889 кг/м3. Температура расплава каталитической смеси в реакционной ванне 450°C. При контакте сырьевой смеси с расплавом каталитической смеси происходит, в том числе, бурное газовыделение. Доля возгоняемой части сырьевой смеси (газовой фазы) составляет 80%. Доля сконденсированной углеродсодержащей части в опалубке составляет 20%. По извлечении углеродного каркаса из расплава (Фиг. 1, п. 12) Df равен 42%. Отсутствуют целые блоки в горизонтальных и вертикальных плоскостях. Каркас не является самонесущим.The feedstock is heavy hydrocarbon compounds of a fraction of 350-500 ° C, with a density of 889 kg / m 3 . The melt temperature of the catalyst mixture in the reaction bath is 450 ° C. Upon contact of the feed mixture with the melt of the catalytic mixture occurs, including rapid gas evolution. The proportion of the sublimated part of the feed mixture (gas phase) is 80%. The fraction of the condensed carbon-containing part in the formwork is 20%. By removing the carbon skeleton from the melt (Fig. 1, p. 12), D f is 42%. There are no whole blocks in horizontal and vertical planes. The frame is not self-supporting.

Пример 2.Example 2

Исходное сырье - тяжелые углеводородные соединения фракции 350-500°C, плотностью 889 кг/м3. Температура расплава каталитической смеси в реакционной ванне 320°C. Доля возгоняемой части сырьевой смеси (газовой фазы) составляет 69%. Доля сконденсированной углеродсодержащей части составляет 31%. Df равен 26%. Отсутствуют отдельные узлы и перемычки в горизонтальных и вертикальных плоскостях. Каркас не является самонесущим.The feedstock is heavy hydrocarbon compounds of a fraction of 350-500 ° C, with a density of 889 kg / m 3 . The melt temperature of the catalyst mixture in the reaction bath is 320 ° C. The fraction of the sublimated part of the feed mixture (gas phase) is 69%. The fraction of the condensed carbon-containing part is 31%. D f is equal to 26%. There are no separate nodes and jumpers in horizontal and vertical planes. The frame is not self-supporting.

Пример 3.Example 3

Исходное сырье - тяжелые углеводородные соединения фракции 350-500°C, плотностью 889 кг/м3. Температура расплава каталитической смеси в реакционной ванне 200°C. Доля возгоняемой части сырьевой смеси (газовой фазы) составляет 54%. Доля сконденсированной углеродсодержащей части составляет 46%. Df равен 14%. Глубокие дефекты на элементах каркаса в горизонтальных и вертикальных плоскостях.The feedstock is heavy hydrocarbon compounds of a fraction of 350-500 ° C, with a density of 889 kg / m 3 . The melt temperature of the catalyst mixture in the reaction bath is 200 ° C. The proportion of the sublimated part of the feed mixture (gas phase) is 54%. The fraction of the condensed carbon-containing part is 46%. D f is equal to 14%. Deep defects on the frame elements in horizontal and vertical planes.

Пример 4.Example 4

Исходное сырье - тяжелые углеводородные соединения фракции 350-500°C, плотностью 889 кг/м3. Температура расплава каталитической смеси в реакционной ванне 200°C. Вводим 10% катализатора Циглера-Натта ((C2H5)2AlCl+ТiCl4). Доля возгоняемой части сырьевой смеси (газовой фазы) сокращается и составляет 27%. Доля сконденсированной углеродсодержащей части составляет 73%. Df равен 5%. Незначительные дефекты на элементах каркаса в горизонтальных и вертикальных плоскостях.The feedstock is heavy hydrocarbon compounds of a fraction of 350-500 ° C, with a density of 889 kg / m 3 . The melt temperature of the catalyst mixture in the reaction bath is 200 ° C. We introduce 10% of the Ziegler-Natta catalyst ((C 2 H 5 ) 2 AlCl + TiCl 4 ). The proportion of the sublimated part of the feed mixture (gas phase) is reduced and amounts to 27%. The fraction of the condensed carbon-containing part is 73%. D f is 5%. Minor defects on the frame elements in horizontal and vertical planes.

Сравнительная таблица степени дефектности от характеристик и режима процессаComparative table of the degree of defectiveness of the characteristics and process conditions

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Вывод: Наиболее оптимальной температурой обработки сырьевой смеси в реакционной ванне является температура образца 4. Данный температурный режим позволяет, с одной стороны, осуществить необходимые реакции в обрабатываемой смеси, с другой стороны, получить и использовать необходимое количество углеродного материала для образования объемного углеродного каркаса.Conclusion: The most optimal temperature for processing the raw mixture in the reaction bath is the temperature of sample 4. This temperature regime allows, on the one hand, the necessary reactions to be carried out in the processed mixture, and, on the other hand, the necessary amount of carbon material is formed and used to form a bulk carbon skeleton.

Заявляемое техническое решение организации переработки тяжелых углеводородных соединений с получением объемных углеродных каркасов (п. 11) в виде углеполотна, реализуемое без использования твердотельного плавкого катализатора-порообразователя, осуществляется следующим образом.The claimed technical solution for organizing the processing of heavy hydrocarbon compounds to obtain bulk carbon frames (p. 11) in the form of a carbon web, implemented without the use of a solid fusible catalyst-blowing agent, is as follows.

Позиционирование продукции по заявляемому техническому решению: Готовая продукция. Нетканое углеполотно. В данном примере реализован пример получения образца декоративного стенового покрытия для внутренних либо наружных помещений размером 200*200 мм, толщиной 0,5 мм. Цвет - черный уголь. Основные преимущества перед существующими на рынке - негорючесть, высокая степень огнестойкости.Product positioning according to the claimed technical solution: Finished products. Non-woven carbon fabric. In this example, we have implemented an example of obtaining a sample of decorative wall coverings for indoor or outdoor premises with a size of 200 * 200 mm, 0.5 mm thick. Color - black coal. The main advantages over existing on the market are incombustibility, a high degree of fire resistance.

Приготовление сырьевой смеси (на 1 образец нетканного углеполотна размером 200*200*0,5 мм). Для приготовления сырьевой смеси были использованы обезвоженные тяжелые углеводородные соединения фракции 350-500°C, плотностью 889 кг/м3 в количестве 16,0 г, а также сокатализатор углеводородная фракция с температурой кипения ниже 200°C в количестве 1,42 г. Сырьевая смесь (всего) = 16,0 г + 1,42 г = 17,42 г.Preparation of the raw mix (for 1 sample of non-woven carbon blanket with a size of 200 * 200 * 0.5 mm). To prepare the raw material mixture, dehydrated heavy hydrocarbon compounds of a fraction of 350-500 ° C, density 889 kg / m 3 in an amount of 16.0 g, and a cocatalyst hydrocarbon fraction with a boiling point below 200 ° C in an amount of 1.42 g were used. Raw mixture (total) = 16.0 g + 1.42 g = 17.42 g.

Приготовление каталитической смеси. Последовательным смешением компонентов и доведением смеси до состояния расплава при t=200°C была приготовлена каталитическая смесь (Фиг. 1, п. 8) массой 1634,71 г. На приготовление смеси было израсходовано 94,05 г катализатора Циглера - Натта (Al(С2Н5)2Cl+ТiCl4) (Фиг. 1, п. 9), а также хлоридов металлов: AlCl3 - 1076,04 г; FeCl3 - 352,8 г; ТiCl4 - 54,5 г; VCl4 - 57,33 г. Приготовленная каталитическая смесь с температурой 200°C помещалась в реакционную ванну (Фиг. 4, п. 2) и далее смесь нагревалась до 200°C. Данная температура системно поддерживалась термостатом.Preparation of the catalytic mixture. By sequential mixing of the components and bringing the mixture to a melt state at t = 200 ° C, a catalytic mixture (Fig. 1, p. 8) of 1634.71 g was prepared. 94.05 g of Ziegler-Natta catalyst (Al ( C 2 H 5 ) 2 Cl + TiCl 4 ) (Fig. 1, p. 9), as well as metal chlorides: AlCl 3 - 1076.04 g; FeCl 3 - 352.8 g; TiCl 4 - 54.5 g; VCl 4 - 57.33 g. The prepared catalyst mixture with a temperature of 200 ° C was placed in a reaction bath (Fig. 4, p. 2) and then the mixture was heated to 200 ° C. This temperature was systemically maintained by a thermostat.

Формирование профиля нетканого углеполотна. Приготовленная сырьевая смесь в количестве 17,4 г подогревалась до 70°C, затем выливалась в опалубочную форму, установленную и зафиксированную на поверхности расплава реакционной ванны (Фиг. 4, п. 2). Изготовленная из фторопласт-4 опалубочная форма повторяет собой контуры получаемого образца нетканого углеполотна 200*200 мм. Боковые стенки опалубочной формы препятствуют разлитию сырьевой смеси по поверхности расплава каталитической смеси в реакционной ванне. Форма решетчатого дна опалубочной формы обеспечивает передачу сконденсированного твердого тела получаемого образца на прижимные ролики (Фиг. 4, п. 5). После заливки сырьевой смеси заполненная форма выдерживалась 3-5 минут (до момента окончания активного газовыделения).The formation of a non-woven carbon web profile. The prepared raw material mixture in the amount of 17.4 g was heated to 70 ° C, then poured into the formwork, mounted and fixed on the melt surface of the reaction bath (Fig. 4, p. 2). The formwork made of fluoroplast-4 follows the contours of the resulting sample of a non-woven carbon strip 200 * 200 mm. The side walls of the formwork form prevent the spread of the feed mixture over the surface of the melt of the catalyst mixture in the reaction bath. The shape of the lattice bottom of the shuttering form ensures the transfer of the condensed solid of the obtained sample to the pressure rollers (Fig. 4, p. 5). After pouring the raw material mixture, the filled form was aged 3-5 minutes (until the end of active gas evolution).

Реакционный блок. После прекращения активного газовыделения опалубка вводилась в зацепление с прижимными роликами и обеспечивала направление, а также и передачу полученного сконденсированного твердого тела на прижимные ролики. При подаче на прижимные ролики происходило формирование геометрического профиля получаемого твердого тела по толщине. Одновременно, за счет сжатия прижимными роликами осуществлялись растяжка получаемого образца по длине, отжим масляной фракции, гомогенизация и уплотнение сконденсированного твердого тела, корректировка его заданной толщины (0,5 мм). Далее прижимными роликами сконденсированное твердое тело полностью погружалась в тело расплава каталитической смеси. Затем вместе с опалубкой образец извлекался из реакционной ванны и транспортировался в зону карбонизации (Фиг. 4, п. 10), где и осуществлялась его очистка. Время технологической операции (время выдержки) - 5 мин.The reaction block. After the cessation of active gas evolution, the formwork was engaged with the pressure rollers and provided direction, as well as the transfer of the obtained condensed solid to the pressure rollers. When applying to the pinch rollers, a geometric profile of the resulting solid was formed in thickness. At the same time, due to compression by the pressure rollers, the obtained sample was stretched in length, the oil fraction was pressed, the condensed solid was homogenized and densified, and its predetermined thickness was adjusted (0.5 mm). Then, with the pressure rollers, the condensed solid was completely immersed in the melt body of the catalytic mixture. Then, together with the formwork, the sample was removed from the reaction bath and transported to the carbonization zone (Fig. 4, p. 10), where it was cleaned. The time of the technological operation (exposure time) - 5 minutes

Очистка. Режим очистки обеспечивался последовательным повышением температуры до 650°C со скоростью 200°C за 1 час в среде аргона. Такой режим, с одной стороны, обеспечивал нарастание свойств тугоплавкости, с другой стороны, обеспечивал возгонку остатков каталитической смеси и выделившихся соединений. Наличие активного хлора в остатках каталитической смеси способствовало развитию этих процессов. По завершении процесса очистки образец углеполотна (Фиг. 1, п. 14) перемещался в зону карбонизации (Фиг. 4, п. 11), которая осуществлялась при температуре 1000°C. По завершении карбонизации образец имел вес 10,81 г, плотность 1,32 г/см3, пористость 40%.Cleaning up. The cleaning mode was ensured by a sequential increase in temperature to 650 ° C at a rate of 200 ° C for 1 hour in argon. Such a regime, on the one hand, ensured an increase in the properties of refractoriness, and, on the other hand, ensured the sublimation of the remains of the catalytic mixture and the released compounds. The presence of active chlorine in the remains of the catalytic mixture contributed to the development of these processes. Upon completion of the cleaning process, the carbon sample (Fig. 1, p. 14) was moved to the carbonization zone (Fig. 4, p. 11), which was carried out at a temperature of 1000 ° C. Upon completion of carbonization, the sample had a weight of 10.81 g, density 1.32 g / cm 3 , porosity 40%.

Качественные характеристики нетканого углеполотна. После операции очистки и термообработки при температуре более или равной 650°C образец нетканого углеполотна имел определенную прочность, обеспечивающую как минимум самонесущие свойства. Необходимые прочностные характеристики для конструкционных материалов могут быть получены при последующей карбонизации, графитации, а также иных операциях (например, карбидизации). Основной задачей изобретения является реализация пространственной углеродной конструкции за один этап, минуя этап производства угленити (углеволокна). Следовательно, основным условием является получение самого каркаса, как изделия. Дефекты в виде разрывов на поверхности и в твердом теле образца нетканого углеполотна обеспечивают несоответствие между заявленными потребительскими свойствами и внешним видом изделия декоративного назначения. Таким образом, для данного изобретения значимой является характеристика - уровень дефектности (Df). Данная характеристика рассчитывается как отношение полной площади изделия к площади открытых дефектов (%).Qualitative characteristics of non-woven carbon web. After the operation of cleaning and heat treatment at a temperature of more than or equal to 650 ° C, the nonwoven carbon strip sample had a certain strength, providing at least self-supporting properties. The necessary strength characteristics for structural materials can be obtained during subsequent carbonization, graphitization, as well as other operations (for example, carbidization). The main objective of the invention is the implementation of spatial carbon construction in one stage, bypassing the stage of production of coal (carbon fiber). Therefore, the main condition is to obtain the frame itself as a product. Defects in the form of gaps on the surface and in the solid body of the non-woven carbon strip sample provide a mismatch between the declared consumer properties and the appearance of the decorative product. Thus, for this invention is significant characteristic - the level of defectiveness (D f ). This characteristic is calculated as the ratio of the total area of the product to the area of open defects (%).

Идеальный вариант - Df→0. Наиболее оптимальный режим в фактических условиях Df→min. Варианты оптимизации данного показателя посредством моделирования основных характеристик режима показаны на примерах 1-4.The ideal option is D f → 0. The most optimal mode in actual conditions D f → min. Optimization options for this indicator by modeling the main characteristics of the mode are shown in examples 1-4.

Пример 1.Example 1

Исходное сырье - тяжелые углеводородные соединения фракции 350-500°C, плотностью 889 кг/м3. Температура расплава каталитической смеси в реакционной ванне 450°C. Доля возгоняемой части сырьевой смеси (газовой фазы) составляет 80%. Доля сконденсированной углеродсодержащей части составляет 20%. Df равен 42%. Сконденсированное твердое тело представлено отдельными кусками, не имеет заданных геометрических размеров.The feedstock is heavy hydrocarbon compounds of a fraction of 350-500 ° C, with a density of 889 kg / m 3 . The melt temperature of the catalyst mixture in the reaction bath is 450 ° C. The proportion of the sublimated part of the feed mixture (gas phase) is 80%. The fraction of the condensed carbon-containing part is 20%. D f is equal to 42%. The condensed solid is represented by individual pieces, does not have a given geometric dimensions.

Пример 2.Example 2

Исходное сырье - тяжелые углеводородные соединения фракции 350-500°C, плотностью 889 кг/м3. Температура расплава каталитической смеси в реакционной ванне 320°C. Доля возгоняемой части сырьевой смеси (газовой фазы) составляет 69%. Доля сконденсированной углеродсодержащей части составляет 31%. Df равен 26%. Полученный образец не имел четких геометрических размеров. На поверхности наблюдались значительные дефекты в виде отверстий с неровными краями.The feedstock is heavy hydrocarbon compounds of a fraction of 350-500 ° C, with a density of 889 kg / m 3 . The melt temperature of the catalyst mixture in the reaction bath is 320 ° C. The fraction of the sublimated part of the feed mixture (gas phase) is 69%. The fraction of the condensed carbon-containing part is 31%. D f is equal to 26%. The resulting sample did not have clear geometric dimensions. On the surface, significant defects were observed in the form of holes with uneven edges.

Пример 3.Example 3

Исходное сырье - тяжелые углеводородные соединения фракции 350-500°C, плотностью 889 кг/м3. Температура расплава каталитической смеси в реакционной ванне 200°C. Доля возгоняемой части сырьевой смеси (газовой фазы) составляет 54%. Доля сконденсированной углеродсодержащей части составляет 46%. Df равен 14%. Отдельные дефекты на поверхности образца нетканого углеполотна в виде неровных отверстий.The feedstock is heavy hydrocarbon compounds of a fraction of 350-500 ° C, with a density of 889 kg / m 3 . The melt temperature of the catalyst mixture in the reaction bath is 200 ° C. The proportion of the sublimated part of the feed mixture (gas phase) is 54%. The fraction of the condensed carbon-containing part is 46%. D f is equal to 14%. Individual defects on the surface of a nonwoven carbon strip sample in the form of uneven holes.

Пример 4.Example 4

Исходное сырье - тяжелые углеводородные соединения фракции 350-500°C, плотностью 889 кг/м3. Температура расплава каталитической смеси в реакционной ванне 200°C. Вводим 10% катализатора Циглера-Натта ((С2Н5)2AlCl+TiCl4). Доля возгоняемой части сырьевой смеси (газовой фазы) сокращается и составляет 27%. Доля сконденсированной углеродсодержащей части составляет 73%. Df равен 5%. Незначительные дефекты на поверхности образца нетканого углеполотна.The feedstock is heavy hydrocarbon compounds of a fraction of 350-500 ° C, with a density of 889 kg / m 3 . The melt temperature of the catalyst mixture in the reaction bath is 200 ° C. We introduce 10% of the Ziegler-Natta catalyst ((C 2 H 5 ) 2 AlCl + TiCl 4 ). The proportion of the sublimated part of the feed mixture (gas phase) is reduced and amounts to 27%. The fraction of the condensed carbon-containing part is 73%. D f is 5%. Slight defects on the surface of the non-woven carbon web sample.

Сравнительная таблица степени дефектности от характеристик и режима процессаComparative table of the degree of defectiveness of the characteristics and process conditions

Figure 00000005
Figure 00000005

Вывод: Наиболее оптимальной температурой обработки сырьевой смеси в реакционной ванне является температура образца 4. Данный температурный режим позволяет, с одной стороны, осуществить необходимые реакции в обрабатываемой смеси, с другой стороны, получить и использовать необходимое количество углеродного материала для образования объемного углеродного каркаса в виде образца нетканого углеполотна.Conclusion: The most optimal temperature for processing the raw mixture in the reaction bath is the temperature of sample 4. This temperature regime allows, on the one hand, to carry out the necessary reactions in the processed mixture, on the other hand, to obtain and use the necessary amount of carbon material to form a bulk carbon frame in the form carbon nonwoven sample.

Преимущество заявляемых вариантов способа организации переработки тяжелых углеводородных соединений с получением объемного углеродного каркаса заключается:The advantage of the proposed variants of the method of organizing the processing of heavy hydrocarbon compounds to obtain a volumetric carbon frame is:

- в совмещении в одном процессе операционных стадий получения конструкционного материала и его формообразования, что исключает стадию получения углеволокна, а также обеспечит существенное снижение себестоимости за счет отказа от ряда вспомогательных энергоемких операций;- in combining in one process the operational stages of obtaining structural material and its shaping, which eliminates the stage of producing carbon fiber, and will also provide a significant reduction in cost due to the rejection of a number of auxiliary energy-intensive operations;

- в возможности изменения вида пространственной конструкции за счет использования либо неиспользования элементов плавкого твердотельного катализатора-порообразователя различной формы, что значительно расширяет спектр использования полученных углеродных каркасов в производстве как не несущих конструкций (например, отделочные декоративные покрытия), так и несущих конструкций: мебельные плиты, строительные щитовые, конструкционные и погонажные изделия;- the possibility of changing the type of spatial structure due to the use or non-use of elements of a fusible solid-state catalyst-blowing agent of various shapes, which significantly expands the range of use of the obtained carbon frames in the production of both non-load-bearing structures (for example, decorative finishing coatings) and load-bearing structures: furniture plates , building panel board, structural and molded products;

- в использовании очищающих, деструктивных и поликонденсационных эффектов расплава каталитической смеси на тяжелые углеводородные соединения, которое значительно расширяет спектр используемого сырья;- in the use of the cleaning, destructive and polycondensation effects of the molten catalyst mixture on heavy hydrocarbon compounds, which significantly expands the range of raw materials used;

- в совокупности положительных эффектов, представляемых заявляемым изобретением, при условии, что в сопоставимых единицах измерения показатель производительности добавленной стоимости полученных пространственных углеродных каркасов выше того же показателя производства светлых топлив, что позволяет в более крупном масштабе рассматривать альтернативную парадигму использования нефти. Если в настоящее время парадигма использования нефти звучит как: “нефть - в светлые топлива”, то альтернативная парадигма может звучать как: “легкие фракции нефти - в светлые топлива, тяжелые фракции - в композитные материалы и конструкции”.- in the aggregate of the positive effects represented by the claimed invention, provided that in comparable units of measure, the added value productivity indicator of the obtained spatial carbon frames is higher than the same indicator of light fuel production, which allows a larger scale to consider an alternative paradigm of oil use. If at present the paradigm of oil use sounds like: “oil into light fuels”, then an alternative paradigm may sound like: “light oil fractions into light fuels, heavy fractions into composite materials and structures”.

Claims (16)

1. Способ организации переработки тяжелых углеводородных соединений с получением объемного углеродного каркаса, включающий:
а) использование тяжелых углеводородных соединений;
б) последующую обработку полученного продукта,
отличающийся тем, что
дополнительно осуществляют следующие этапы:
в) подготавливают опалубочную форму, сечение которой выполняют определяющей профиль углеродного каркаса;
г) формируют внутри опалубочной формы из отдельных элементов, имеющих либо правильную, либо неправильную геометрическую форму, массив твердотельного плавкого катализатора-порообразователя, укладывая отдельные элементы таким образом, что межреберный зазор образует по ребрам и вершинам уложенных тел неразрывные межреберные опалубочные каналы;
д) готовят сырьевую смесь путем введения в тяжелые углеводородные соединения сокатализатора, состоящего из смеси легких углеводородов;
е) заполняют внутри опалубочной формы межреберные опалубочные каналы в теле массива твердотельного плавкого катализатора-порообразователя сырьевой смесью;
ж) опалубочную форму, вместе с массивом твердотельного плавкого катализатора-порообразователя и заполненными сырьевой смесью межреберными опалубочными каналами в теле массива твердотельного плавкого катализатора-порообразователя, помещают полностью в расплав каталитической смеси при температуре 200-300°C;
з) в качестве каталитической смеси используют либо смесь хлоридов металлов, имеющую характеристику по температуре плавления 180-200°C и по температуре кипения 600-620°C, либо смесь хлоридов металлов с добавлением интенсификатора процесса;
и) выдерживают в расплаве каталитической смеси до расплавления массива твердотельного плавкого катализатора-порообразователя и образования объемного углеродного каркаса;
к) извлекают опалубочную форму вместе с полученным объемным углеродным каркасом;
л) проводят очистку полученного объемного углеродного каркаса от остатков жидкого расплава каталитической смеси.
1. The method of organizing the processing of heavy hydrocarbon compounds to obtain a volumetric carbon skeleton, including:
a) the use of heavy hydrocarbon compounds;
b) subsequent processing of the resulting product,
characterized in that
additionally carry out the following steps:
c) prepare the formwork, the cross-section of which is carried out determining the profile of the carbon frame;
d) form inside the formwork form of separate elements having either the correct or irregular geometric shape, an array of solid-state fusible catalyst-blowing agent, stacking the individual elements so that the intercostal gap forms inextricable intercostal formwork channels along the edges and tops of the laid bodies;
d) prepare the raw material mixture by introducing into heavy hydrocarbon compounds a cocatalyst consisting of a mixture of light hydrocarbons;
e) fill the intercostal formwork channels in the solid body of the solid-state fusible catalyst-blowing agent with the raw material mixture inside the formwork form;
g) the formwork form, together with the solid-state fusible catalyst-pore former massif and the intercostal formwork channels filled with the raw material mixture in the body of the solid-state fusible catalyst-pore former massif, is placed completely in the melt of the catalytic mixture at a temperature of 200-300 ° C;
h) either a mixture of metal chlorides having a melting point of 180-200 ° C and a boiling point of 600-620 ° C, or a mixture of metal chlorides with the addition of a process intensifier is used as a catalytic mixture;
i) kept in the melt of the catalytic mixture until the mass of the solid-state fusible catalyst-blowing agent is molten and a bulk carbon frame is formed;
j) the formwork is removed along with the resulting bulk carbon skeleton;
k) carry out the purification of the obtained bulk carbon frame from the remnants of the liquid melt of the catalytic mixture.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве тяжелых углеводородных соединений используют либо выделенные нативные высокомолекулярные соединения нефти, либо пеки, либо продукты термической обработки лигнина либо поливинилхлорида, либо кубовые остатки при перегонке бензилхлорида, либо хлорбензола, либо природные и искусственные асфальты, либо битумы, либо продукты химической очистки сырой нефти и нефтепродуктов, либо продукты экстракции каменного угля ароматическими углеводородами, либо отходы нефтяной и угольной промышленности.2. The method according to claim 1, characterized in that as the heavy hydrocarbon compounds use either isolated native high molecular weight oil compounds, or pecks, or heat treatment products of lignin or polyvinyl chloride, or still bottoms from the distillation of benzyl chloride or chlorobenzene, either natural or artificial asphalts, or bitumen, or products of chemical refining of crude oil and oil products, or products of extraction of coal with aromatic hydrocarbons, or waste from the oil and coal industries. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве интенсификатора используют комплексные соединения, представляющие собой алкилпроизводные металлов I-III групп Периодической системы с галогенидами переходных металлов.3. The method according to claim 1, characterized in that as the intensifier use complex compounds, which are alkyl derivatives of metals of groups I-III of the Periodic system with transition metal halides. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве легких углеводородов используют углеводородную фракцию с температурой кипения ниже 200°C.4. The method according to claim 1, characterized in that as light hydrocarbons use a hydrocarbon fraction with a boiling point below 200 ° C. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве опалубочной формы используют полую сетчатую конструкцию.5. The method according to claim 1, characterized in that a hollow mesh structure is used as the formwork. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что отдельные элементы, имеющие правильную либо неправильную геометрическую форму массива твердотельного плавкого катализатора-порообразователя, изготавливают из жидкого расплава каталитической смеси.6. The method according to claim 1, characterized in that the individual elements having the correct or irregular geometric shape of the solid-state solid fusible catalyst-blowing agent array are made of molten catalyst mixture. 7. Способ по любому из п.1 или 6, отличающийся тем, что в качестве правильной геометрической формы используют либо призму, либо тетраэдр, либо цилиндр, либо конус, либо сферу, либо правильный многогранник, либо многогранник, либо параллелепипед, либо пирамиду.7. The method according to any one of claims 1 or 6, characterized in that either a prism or a tetrahedron, or a cylinder, or a cone, or a sphere, or a regular polyhedron, or a polyhedron, or a parallelepiped, or a pyramid is used as the correct geometric shape. 8. Способ по любому из п.1 или 6, отличающийся тем, что в качестве неправильной геометрической формы используют измельченную крошку.8. The method according to any one of claims 1 or 6, characterized in that crushed chips are used as an irregular geometric shape. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что на ребрах отдельных элементов правильной геометрической формы массива твердотельного плавкого катализатора-порообразователя выполняют фаску либо прямолинейной, либо криволинейной формы.9. The method according to claim 1, characterized in that on the edges of the individual elements of the correct geometric shape of the solid-state fusible catalyst-blowing agent array, a chamfer is made in either a rectilinear or curvilinear shape. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что очистку полученного продукта осуществляют при температуре равной или выше 650°C.10. The method according to claim 1, characterized in that the purification of the obtained product is carried out at a temperature equal to or higher than 650 ° C. 11. Способ организации переработки тяжелых углеводородных соединений с получением объемного углеродного каркаса, включающий:
а) использование тяжелых углеводородных соединений;
б) последующую обработку полученного продукта,
отличающийся тем, что
дополнительно осуществляют следующие этапы:
в) подготавливают опалубочную форму, сечение которой выполняют определяющей профиль углеродного каркаса;
г) готовят сырьевую смесь путем введения в тяжелые углеводородные соединения сокатализатора, состоящего из смеси легких углеводородов;
д) заполняют опалубочную форму сырьевой смесью и помещают ее на поверхность, а затем полностью в жидкий расплав каталитической смеси при температуре 200-300°C;
е) в качестве каталитической смеси используют либо смесь хлоридов металлов, имеющую характеристику по температуре плавления - 180-200°C и по температуре кипения 600-620°C, либо смесь хлоридов металлов с добавлением интенсификатора процесса;
ж) выдерживают опалубочную форму в расплаве каталитической смеси до образования объемного углеродного каркаса в виде нетканого углеполотна;
з) извлекают опалубочную форму вместе с полученным углеродным каркасом;
и) проводят очистку полученного углеродного каркаса от остатков жидкого расплава каталитической смеси.
11. A method of organizing the processing of heavy hydrocarbon compounds to obtain a volumetric carbon skeleton, including:
a) the use of heavy hydrocarbon compounds;
b) subsequent processing of the resulting product,
characterized in that
additionally carry out the following steps:
c) prepare the formwork, the cross-section of which is carried out determining the profile of the carbon frame;
d) preparing a raw mix by introducing into a heavy hydrocarbon compound a cocatalyst consisting of a mixture of light hydrocarbons;
d) fill the formwork with the raw material mixture and place it on the surface, and then completely into the liquid melt of the catalytic mixture at a temperature of 200-300 ° C;
f) either a mixture of metal chlorides having a melting point of 180-200 ° C and a boiling point of 600-620 ° C or a mixture of metal chlorides with the addition of a process intensifier is used as a catalytic mixture;
g) maintain the formwork in the melt of the catalytic mixture until the formation of a volumetric carbon skeleton in the form of a non-woven carbon web;
h) remove the formwork together with the obtained carbon frame;
i) carry out the purification of the obtained carbon frame from the remnants of the molten liquid of the catalytic mixture.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что в качестве тяжелых углеводородных соединений используют либо выделенные нативные высокомолекулярные соединения нефти, либо пеки, либо продукты термической обработки лигнина, либо поливинилхлорида, либо кубовые остатки при перегонке бензилхлорида, либо хлорбензола, либо природные и искусственные асфальты, либо битумы, либо продукты химической очистки сырой нефти и нефтепродуктов, либо продукты экстракции каменного угля ароматическими углеводородами, либо отходы нефтяной и угольной промышленности.12. The method according to claim 11, characterized in that as the heavy hydrocarbon compounds use either isolated native high molecular weight oil compounds, or pecks, or heat treatment products of lignin, or polyvinyl chloride, or still bottoms during the distillation of benzyl chloride, or chlorobenzene, or natural and artificial asphalts, or bitumens, or products of chemical refining of crude oil and oil products, or products of extraction of coal with aromatic hydrocarbons, or waste from the oil and coal industries . 13. Способ по п.11, отличающийся тем, что в качестве интенсификатора используют комплексные соединения, представляющие собой алкилпроизводные металлов I-III групп Периодической системы с галогенидами переходных металлов.13. The method according to claim 11, characterized in that as the intensifier use complex compounds, which are alkyl derivatives of metals of groups I-III of the Periodic system with transition metal halides. 14. Способ по п.11, отличающийся тем, что в качестве легких углеводородов используют углеводородную фракцию с температурой кипения ниже 200°C.14. The method according to claim 11, characterized in that the hydrocarbon fraction with a boiling point below 200 ° C is used as light hydrocarbons. 15. Способ по п.11, отличающийся тем, что в качестве опалубочной формы используют полую сетчатую конструкцию.15. The method according to claim 11, characterized in that a hollow mesh structure is used as the formwork. 16. Способ по п.11, отличающийся тем, что очистку полученного продукта осуществляют при температуре выше 650°C. 16. The method according to claim 11, characterized in that the purification of the obtained product is carried out at a temperature above 650 ° C.
RU2013101134/03A 2013-01-14 2013-01-14 Processing method of heavy hydrocarbon compounds so that volumetric carbon frame is obtained (versions) RU2537306C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013101134/03A RU2537306C2 (en) 2013-01-14 2013-01-14 Processing method of heavy hydrocarbon compounds so that volumetric carbon frame is obtained (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013101134/03A RU2537306C2 (en) 2013-01-14 2013-01-14 Processing method of heavy hydrocarbon compounds so that volumetric carbon frame is obtained (versions)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013101134A RU2013101134A (en) 2014-07-20
RU2537306C2 true RU2537306C2 (en) 2014-12-27

Family

ID=51215174

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013101134/03A RU2537306C2 (en) 2013-01-14 2013-01-14 Processing method of heavy hydrocarbon compounds so that volumetric carbon frame is obtained (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2537306C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU216903U1 (en) * 2022-12-12 2023-03-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) Roller for laying carbon fiber

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4431623A (en) * 1981-06-09 1984-02-14 The British Petroleum Company P.L.C. Process for the production of carbon fibres from petroleum pitch
RU2193542C2 (en) * 1996-12-19 2002-11-27 Эллайдсигнал Инк. Carbon-carbon composite and method of manufacturing thereof
US6565763B1 (en) * 1999-06-07 2003-05-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for manufacturing porous structure and method for forming pattern
EA011114B1 (en) * 2003-07-31 2008-12-30 Синвеншн Аг Method for the production of porous carbon-based molded bodies and use thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4431623A (en) * 1981-06-09 1984-02-14 The British Petroleum Company P.L.C. Process for the production of carbon fibres from petroleum pitch
RU2193542C2 (en) * 1996-12-19 2002-11-27 Эллайдсигнал Инк. Carbon-carbon composite and method of manufacturing thereof
US6565763B1 (en) * 1999-06-07 2003-05-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for manufacturing porous structure and method for forming pattern
EA011114B1 (en) * 2003-07-31 2008-12-30 Синвеншн Аг Method for the production of porous carbon-based molded bodies and use thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU216903U1 (en) * 2022-12-12 2023-03-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) Roller for laying carbon fiber

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013101134A (en) 2014-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lei et al. Preparation of phenolic-based carbon foam with controllable pore structure and high compressive strength
Obada et al. The impact of kaolin dehydroxylation on the porosity and mechanical integrity of kaolin based ceramics using different pore formers
CN101936052B (en) High-performance glass fiber reinforced cement board and pipelining manufacturing method thereof
Xu et al. Preparation and properties of porous ceramic aggregates using electrical insulators waste
KR20140129083A (en) Gypsum products with high efficiency heat sink additives
CN102444216B (en) Inorganic fireproof heat insulation board and preparation method thereof
JP2016531818A (en) Method for producing porous carbon products
CN104592697B (en) Low-density and high-flame-retardant composite porous material and preparation method and application thereof
DE102010009144B4 (en) Heat-insulating refractory molding
Li et al. Preparation and characterization of activated carbon fibers from liquefied wood
Li et al. Influence of fiber content on the structure and properties of short carbon fiber reinforced carbon foam
CN101817693B (en) Method for preparing foamed ceramics based on nano-alumina
RU2537306C2 (en) Processing method of heavy hydrocarbon compounds so that volumetric carbon frame is obtained (versions)
CN107820485A (en) The method of glass felt and manufacture glass felt
US5705106A (en) Heat-insulating structural carbon material and process for producing heat-insulating structural carbon material
JP4776530B2 (en) Method for producing activated carbon molded body with frame inserted
CN102627439B (en) Environment-friendly fireproof insulation plate as well as production equipment and production process thereof
CN106631119A (en) High-strength lightweight microporous spinel and preparation method thereof and high temperature resistant brick
CN105061981B (en) A kind of phenolic impregnated ceramic fibre skeletal composite and preparation method thereof
RU2542077C1 (en) Method of obtaining open-pore material based on glassy carbon
CN114436584B (en) Inorganic modified graphite polystyrene non-combustible insulation board and preparation method thereof
KR20170018895A (en) Gypsum products with fortified glass fiber mat
CN102965911A (en) Processing method for high-efficiency polyester nonwoven thermal insulation material
CN110092988A (en) Composite fire-proof material and fire-proof wall and building based on the material
CN115196931B (en) Heat insulation board for building outer wall and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200115