Алматы 2017 январь
жүктеу/скачать 28,19 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Ключевые слова
- Схема установки и методика проведения экспериментов
- Результаты исследований и их обсуждение
- Clean Coal Fuel Systems
- 10-th European Conference on Innovations in Technical and Natural Sciences
- Карбонатты-сульфатты балқымаларды электрохимиялық әдіспен регенерациялау бойынша технологиялық тәжірибелер Түйіндеме.
● Физика–математика ғылымдары
475 №1 2017 Вестник КазНИТУ
Қорта келе, еліміздің болашағы саналы да сауатты жас ұрпақ тәрбиесіне, ғылым мен білімнің өркендеуіне ақпараттық технологиялардың тікелей байланысы болғандықтан, осы ақпараттық технологиялардың жұмысын толық та, өте жақсы меңгертіп, өзіміздің барлық дәрістерімізде қолдануымызға болады. Қазіргі заман талабына сай адамдардың мәлімет алмасуына, қарым-қатынасына ақпараттық технологиялар кеңінен қолданысқа еніп, жылдам дамып келе жатқан кезеңінде ақпараттық қоғамды қалыптастыру қажетті шартқа айналып отыр.Техниканың қарқынды даму заманында физика пәнін оқытудағы жаңа ақпараттық технологияларды қолданудың жолдары мен әдіс-тәсілдерін іздеу қажет. Келешек қоғамның бойында ақпараттық мәдениетті қалыптастыру қоғамның алдында тұрған ең басты міндет [6].
ӘДЕБИЕТТЕР [1] http://www.akorda.kz/ [2] Қазақстан Республикасының білім беру жүйесін 2015 жылға дейін дамыту тұжырымдамасы [3] Ж. Садыбекова. Оқу – тәрбие үрдісінде ақпараттық – коммуникациялық технологияны қолдану қажеттілігі// Информатика негіздері.– 2008.– № 4. С. 231 [4] С.С. Мельник .Часть III. Проведение тестирования. Интерпретация и сохранение результатов //ActivInspire, http://www.it-n.ru/
[5] «Интерактивтік оқытудың президенттік бағдарламасы» атты білім
беру порталы. http://www.ljcreate.com/pili
[6] С. Н. Нуркасымова. Акткальные вопросы современной техники и технологии// Россия, г. Липецк. – 2013. С. 38-44. Нұрқасымова С. Н., Жаныс А. Б. Применения информационных технологий при изучении физики в техническом вузе Резюме: Информационная технологияучебном процессе позволяют реализовать различные формы проведения занятий. Информационная технология,телекоммуникационный блок, компьютерные интерактивные модели являются главным ресурсом научно-технического развития мирового сообщества, которые влияют на ускоренное развитие науки, техники, играют значительную роль в процессах воспитания и образования, культурного общения. Мультимедийный комплект – предоставляет целый ряд преимуществ и новых возможностей является звуковой и видеосвязьюпреподавателя с каждым студентом.
телекоммуникация, электронные и телекоммуникационные приборы, мультимедия, электронные учебники. Nurkasymova S. N., Zhanys A. B. Application of information technology in the study of physics in technical university Summary: Information Technology educational process allows to implement various forms of employment. Information technology, telecommunications unit, interactive computer models are the main resource of scientific and technological development of the world community, which affect the rapid development of science, technology, play a significant role in the education and training processes of cultural communication. Media Kit - provides a range of benefits and new features is an audio and video of the teacher with each student.
telecommunications equipment, multimedia, electronic textbooks.
● Х и м ик о - ме та л л у рг и че ски е на ук и
№1 2017 Вестник КазНИТУ 476
● Х И М И К О - М Е Т А Л Л У Р Г И Ч Е С К И Е Н А У К И
УДК 662.61:66.071.9:66.074.3
Н.К. Досмухамедов, 1 Е.Е. Жолдасбай 2 , В.А. Каплан, Бошкаева Л.Т. 1 , Курмансеитов М.Б. 1 (
Научно-исследовательский центр «ИНТЕГМО», Казахский национальный исследовательский технический университет им. К.И. Сатпаева, Казахстан, 2 Научный институт имени Вейцмана, Израиль) ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОПЫТЫ ПО РЕГЕНЕРАЦИИ КАРБОНАТНО-СУЛЬФАТНЫХ РАСПЛАВОВ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМ СПОСОБОМ Аннотация. Отсутствие надежной системы очистки дымовых газов и использование старых методов улавливания SO 2 и других вредных загрязнителей атмосферы привели к возрастанию их концентраций в выбросах выше предельно допустимых норм. Загрязнение воздуха диоксидом серы является одной из наиболее серьезных проблем. В этой связи необходимость решения этой проблемы, очистка бедных по сере отходящих газов с получением товарных вторичных продуктов, является актуальным. В настоящей работе проведена оценка возможности регенерации карбонатно-сульфатных расплавов электролизом с выделением элементарной серы в товарный продукт. На основании полученных результатов укрупненно-лабораторных испытаний показана принципиальная возможность регенерации карбонатно-сульфатных расплавов электролизом. Установлено, что продолжительность электролиза, обеспечивающая максимальное извлечение серы, зависит от содержания серы в карбонатно-сульфатном расплаве. Показано, что при электролизе карбонатно- сульфатного расплава, содержащего 4,5 % серы, максимальное извлечение серы (98,6 %) достигается при I=250 кКл и общей продолжительности электролиза 20 ч. При содержании серы в расплаве равном 7,5 %, максимальное извлечение серы (99,1 %) достигается при количестве электричества равном I=250 кКл. При этом общая продолжительность электролиза составляет 50 ч. Разработанный способ регенерации карбонатно-сульфатных расплавов электролизом может быть успешно применен на практике, наряду со способом химической регенерации карбонатно-сульфатных расплавов. Ключевые слова: карбонатно-сульфатный расплав, регенерация, электролиз, очистка. Введение. При очистке отходящих газов ТЭЦ от сернистого ангидрида карбонатным расплавом щелочных металлов достигается практически полное до 95 % удаление серы из газов [1-3]. Важной стадией технологии при ее внедрении на практике является выбор эффективного способа дальнейшей регенерации карбонатно-сульфатного расплава с получением серы в виде товарного продукта. В ранее выполненных работах подробно были освещены теоретические аспекты процесса химической регенерации карбонатно-сульфатных расплавов путем восстановления сульфатов монооксидом углерода [4-6]. Большой интерес представляют результаты работы [7], где на основании термодинамических расчетов реакций разложения сульфатов щелочных металлов при высоких температурах проведена оценка выделения серы в виде элементарной серы. Авторами показано, что разложение сульфатов щелочных металлов при высоких температурах возможно при наложении электрического тока. При этом установлено, что электрохимический потенциал разложения сульфатов соответствует значению Е=0,65 В и не зависит от содержания серы в исходном расплаве. Полученные результаты составляют фундаментальную основу нового альтернативного решения регенерации сульфатно-карбонатных расплавов щелочных металлов на основе электрохимического процесса. Разработанный способ, также, как и способ регенерации карбонатно- сульфатного расплава химическим путем, может быть успешно применен для регенерации карбонатно-сульфатного расплава с получением элементарной серы. Однако, установленные закономерности требуют экспериментальной поддержки, положительные результаты которых что
ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017
477 ● Х и м ия - ме т а л л ург ия ғ ы л ы мда ры
позволили бы окончательно сформировать физико-химические основы способа электрохимической регенерации карбонатно-сульфатных расплавов с извлечением серы в товарный продукт. Цель настоящей работы – оценка возможности регенерации карбонатно-сульфатных расплавов электролизом с выделением элементарной серы в товарный продукт. Для достижения поставленной цели в работе проведены укрупнено-лабораторные исследования электролиза карбонатно-сульфатных расплавов при температуре 800 °C. В результате исследований изучены физико-химические закономерности, протекающие при электролизе карбонатно-сульфатных расплавов, механизм выделения элементарной серы из карбонатно- сульфатных расплавов с различным содержанием серы и факторы, влияющие на извлечение серы из расплавов.
Электролиз карбонатно-сульфатных расплавов с возгонкой серы проводился в титановом реакторе. Общий вид реактора для проведения укрупненно-лабораторных испытаний по электрохимической регенерации карбонатно-сульфатных расплавов показан на рис.1.
Рис.1. Общий вид реактора для проведения электролиза карбонатно-сульфатных расплавов
Реактор имеет общую ванну расплава. Анодное и катодное пространство разделено друг от друга перегородкой. Анодный и катодный электроды выполнены из титана. Исходное количество расплава составляло 500 г. Перед началом электролиза катодное и анодное пространство (свободный объем катодного и анодного пространства над расплавом составлял 500 см 3 каждый) промывали азотом. Напряжение, подаваемое на электроды при электролизе, составляло U=0,9-1,0 В. Общий ток, пропускаемый через карбонатно-сульфатный расплав, составлял I=4-5 A. В качестве источника питания использовался Kepcо Pоwer Supply mоdel KLP 20-120-1200. Общая продолжительность электролиза карбонатно-сульфатного расплава составила 20 ч и 50 ч. Эксперименты по электролизу карбонатно-сульфатного расплава с возгонкой серы проводились с использованием расплавов, содержащих 4,5 % (вес.) и 7,2 % (вес.) серы. Заданное количество серы в карбонатно-сульфатном расплаве обеспечивалось путем добавления в эвтектическую карбонатную смесь щелочных металлов необходимого количества сульфата калия. Состав эвтектической карбонатной смеси щелочных металлов был следующим, % мол.: Li 2 CO 3 – 43,5,
Na 2 CO 3 – 31,5, K 2 CO
– 25,0. Опыты проводились при температуре 800 °C. По истечении заданного времени электролиза осуществлялся визуальный осмотр состояния реактора и рабочих электродов после каждого опыта. Установлено, что, независимо от продолжительности электролиза, поверхность реактора коррозии не подвергается.
● Х и м ик о - ме та л л у рг и че ски е на ук и
№1 2017 Вестник КазНИТУ 478
Полученный в результате электролиза в катодном пространстве сублимат подвергался комплексному исследованию: химическому, минералогическому и рентгенофазовому методам анализа.
Результаты опытов электролиза карбонатно-сульфатных расплавов с различным содержанием серы при продолжительности электролиза 20 ч. показаны на рис. 2.
100 200 300 0.0 0.5 1.0 2 1 С од ер ж ан ие с ер ы в р ас пл ав е ( м ол ь) Количество пропущенного электричества ( килокулон) Рис. 2. Изменение содержания серы в карбонатно-сульфатном расплаве щелочных металлов в зависимости от продолжительности электролиза: 1 - содержание серы в расплаве, 7,2 % (вес.); 2 - содержание серы в расплаве, 4,5 % (вес.).
На рис.2 видно, что содержание серы в расплаве снижается с увеличением количества пропущенного через расплав тока. Идентичность и параллельный характер прямых линий указывает на то, что механизм возгонки серы из карбонатно-сульфатного расплава остается постоянным, независимо от ее содержания в исходном расплаве. Для определения количества участвующих в реакции электронов можно воспользоваться формулой:
n = 1 / (F * tg α), (1) где: n – количество электронов; tg α – тангенс угла наклона прямой; F – число Фарадея.
В нашем случае tg α для прямых линий 1 и 2 составляет 1,9*10 -6 моль/кКл и 1,6*10 -6 моль/кКл, соответственно. Тогда, расчетное количество электронов участвующих в реакции для карбонатно- сульфатного расплава с содержанием серы 7,2 % (вес.) (прямая 1) составит n = 5,5, а для расплава с содержанием серы 4,5 % (вес.) (прямая 2) – n = 6,6. Тангенсы углов наклона прямых линий 1 и 2, независимо от содержания серы в расплаве, практически отвечают реакции разложения сульфатного иона до элементарной серы:
SО 4 2- + 6eˉ → S 0 ↑ + 4О
2- (2) Установлено, что максимальное (до 99 %) извлечение серы из карбонатно-сульфатных расплавов достигается при продолжительности электролиза 50 ч. Результаты минералогического и рентгеноструктурного анализа полученных сублиматов, независимо от времени продолжительности электролиза, полностью доказывают выдвинутое предположение выделения серы при электролизе, согласно электронному балансу (2). На рис.3, 4 видно, что полученный в результате электролиза сублимат, полностью идентифицируется как элементарная сера.
ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017
479 ● Х и м ия - ме т а л л ург ия ғ ы л ы мда ры
Рис.3. Кристаллы серы, полученные при регенерации расплава электролизом. Ширина снимка 1 мм
Рис. 4. EDS-спектр кристалла серы, полученный при регенерации карбонатно-сульфатного расплава электролизом
На основании экспериментальных данных, приведенных на рис.2, нами проведены расчеты по извлечению серы при электролизе. Для этого вначале, по результатам химического анализа содержания серы в расплаве, нами рассчитано остаточное количество серы в расплаве, получаемое в процессе электролиза. На рис.5 показана зависимость количества серы в расплаве от количества пропущенного тока при электролизе. Нетрудно видеть, что количество серы в расплаве уменьшается с увеличением количества тока при электролизе. Минимальное количество серы, равное 0,32 г, соответствует количеству электричества I=250 кКл (содержание серы в карбонатно-сульфатном расплаве 4,5 %) и достигается в течение 20 ч.
Рис. 5. Зависимость количества серы в карбонатно-сульфатном расплаве от количества пропущенного электричества
● Х и м ик о - ме та л л у рг и че ски е на ук и
№1 2017 Вестник КазНИТУ 480
Аналогичный результат по сере для карбонатно-сульфатного расплава с содержанием серы 7,2 % достигается при I=675 кКл. При этом общее время электролиза составляет 50 ч. Установленная на рис.5 зависимость позволяет рассчитать извлечение серы при электролизе. Зависимость извлечения серы от количества тока, пропущенного через расплав, показана на рис.6.
Рис.6. Зависимость извлечения серы при электролизе от количества пропущенного электричества
На рис.6 нетрудно видеть, что максимальное извлечение серы при электролизе зависит от содержания серы в карбонатно-сульфатном расплаве. Так, при содержании серы в расплаве равном 4,5 %, максимальное извлечение серы (98,6 %) достигается при I=250 кКл. При содержании серы в расплаве равном 7,5 %, максимальное извлечение серы (99,1 %) достигается при количестве электричества равном I=250 кКл. Полученные результаты неплохо согласуются с данными по регенерации карбонатно- сульфатных расплавов химическим способом, где максимальное извлечение серы установлено на уровне 99,9 %. Следовательно, можно утверждать, что электролиз карбонатно-сульфатных расплавов вполне может быть применен в качестве способа их регенерации с высоким извлечением серы в виде товарного продукта.
возможность регенерации карбонатно-сульфатных расплавов электролизом. 1.
извлечение серы, зависит от содержания серы в карбонатно-сульфатном расплаве. Показано, что при электролизе карбонатно-сульфатного расплава, содержащего 4,5 % серы, максимальное извлечение серы (98,6 %) достигается при I=250 кКл и общей продолжительности электролиза 20 ч. При содержании серы в расплаве равном 7,5 %, максимальное извлечение серы (99,1 %) достигается при количестве электричества равном I=250 кКл. При этом общая продолжительность электролиза составляет 50 ч. 2.
быть успешно применен на практике, наряду со способом химической регенерации карбонатно- сульфатных расплавов.
ЛИТЕРАТУРА [1]
Kaplan V., Dosmukhamedov N., Lubomirsky I. Development of highly efficient technology of purification of SO2-containing flue gases with production of valuable secondary product. // The 40th International Technical Conference on Clean Coal & Fuel Systems. May 31 to June 4, 2015. Clearwater, Florida, USA. [2]
отходящих газов тепловых угольных электростанций от серы // Уголь. – 2015. – № 8. – С. 110-114. [3]
Досмухамедов Н.К., Каплан В., Жолдасбай Е.Е., Любомирский И. Физико-химические основы технологии очистки серосодержащих отходящих газов расплавами карбонатов щелочных металлов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 9, Ч.2. –C. 44-48. ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017
481 ● Х и м ия - ме т а л л ург ия ғ ы л ы мда ры
[4]
Dosmukhamedov N.K., Kaplan V.A., Zholdasbay E.E. et all. Improving the efficiency of thermal power station, coal fired // 10-th European Conference on Innovations in Technical and Natural Sciences. 02 nd February 2016, Austria, Vienna. Section 2. –P. 12-16. [5]
Досмухамедов Н.К., Жолдасбай Е.Е., Каплан В.А., Нурлан Г.Б. Извлечение серы из сульфатно- карбонатного расплава щелочных металлов восстановлением монооксидом углерода // Горный журнал Казахстана. – 2016. – № 2. −С. 26-28. [6]
кинетики восстановления сульфатно-карбонатных расплавов щелочных металлов монооксидом углерода // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 2, Ч. 1. −С. 38-42. [7]
карбонатно-сульфатного расплава с получением элементарной серы // Вестник КазНИТУ им.К.И.Сатпаева. – 2016. – № 5. − С. 345-348.
Досмухамедов Н.К., Жолдасбай Е.Е., Каплан В.А., Бошкаева Л.Т., Курмансеитов М.Б.
2 ұстауда көне әдістердің қолданылуы атмосфераны ластайтын басқа зиянды қосылыстардың тастанды газдарда рұқсат етілген мөлшерінен артық өсуіне әкелді. Ауаның күкірт диоксидімен ластануы басты мәселелердің бірі болып табылады. Осыған байланысты бұл мәселені шешу қажеттілігі, күкіртке кедей тастанды газдарды тазалап екіншілей тауарлы өнімдер алу, өзекті болып табылады. Бұл жұмыста карбонатты-сульфатты балқымаларды электролизбен регенерациялап тауарлы өнімге элементарлы күкіртті бөлу мүмкіншілігі бағаланды. Алынған ірілендірілген-тәжірибелік сынау жұмыстарының нәтижелері карбонатты-сульфатты балқымаларды электролиздеудің принципиалды мүмкіншілігін көрсетті. Электролиз кезінде күкірттің максималды бөлініп алынуын қамтамасыз ететін жүру уақыты карбонатты- сульфатты балқымалардағы күкірттің мөлшеріне байланысты екені белгіленді. Карбонатты-сульфатты балқыманы электролиздеу кезінде құрамында күкірттің мөлшері 4,5 % болғанда оның максималды (98,6 %) бөлініп алынуы I=250 кКл және жалпы процесті жүргізу уақыты 20 сағ.кезінде жететіні көрсетілген. Бақыма құрамында күкірттің мөлшері 7,5 % кезінде оның максималды (99,1 %) бөлініп алынуы тоқ мөлшері I=250 кКл жетеді. Бұл кезде жалпы электролиз уақыты 50 сағ. құрайды. Құрастырылған карбонатты-сульфатты балқыманы электролизбен регенерациялау әдісі, карбоантты- сульфатты химиялық регенерациядау әдісімен бірге тәжірибеде ойдағыдай қолданылуы мүмкін. жүктеу/скачать 28,19 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|