Шихта для получения карбида кремния

Авторы патента:

Ёлкин Константин Сергеевич (RU)

C01B32/914 - Неметаллические элементы; их соединения

Владельцы патента RU 2673821:

Ёлкин Константин Сергеевич (RU)

Изобретение относится к неорганической химии и касается получения карбида кремния. Предложена шихта для получения карбида кремния, включающая кроме кварцевого песка и нефтяного кокса дополнительные углеродистые восстановители: древесный и малозольный каменный уголь фракцией 0-5 мм при следующем соотношении компонентов, мас. %: кварцевый песок 51,3-56,7; нефтяной кокс 3,5-22,3; древесный уголь 7,9-24,2; малозольный каменный уголь 12,6-26,7. Технический результат – использование шихты предложенного состава позволяет снизить расход технологической электроэнергии на производство карбида кремния. 8 пр.

Область техники

Изобретение относится к неорганической химии и касается получения карбида кремния, который может быть использован для получения керамики, абразивного инструмента, высокотемпературных нагревательных элементов, в качестве восстановителей при производстве черных и цветных металлов и раскислителя стали.

Уровень техники

Карбид кремния получают карботермическим восстановлением диоксида кремния в электрических печах сопротивления.

Известен способ получения концентрированного карборунда как побочного продукта процесса графитации угольных заготовок (патент РФ №2108969, С01В 31/04, опубл. 10.04.98), включающий загрузку в электропечь угольных изделий и теплоизоляционной кремнийсодержащей шихты и термообработку при температуре выше 2000°C, в качестве теплоизоляционной кремнийсодержащей шихты используют смесь кокса или антрацита, высококремнеземистого кварцевого песка, древесных опилок и хлористого натрия, причем песок и хлористый натрий берут в количестве, не приводящем к ухудшению теплоизоляционных свойств шихты, а отработанную шихту по окончании процесса подвергают гравитационному разделению. Недостатком данного способа является то, что карбид кремния образуется с совершенной структурой, которая обладает низкой скоростью взаимодействия с оксидами металлов при применении карбида кремния в восстановительных процессах.

Известен способ получения карбида кремния (патент РФ №2627428, С01В 31/04, опубл. 08.08.2017), включающий в себя дозирование кремнеземсодержащих материалов и углеродистых восстановителей, загрузку их в электрическую печь сопротивления и ведение восстановительной плавки, при этом вокруг керна загружают слой шихты, содержащей кварцит фракцией 6-10 мм, затем следующим слоем загружают шихту, содержащую кварцевый песок и/или кварцит фракцией 0,3-6,0 мм, после чего в верхнюю часть печи и на периферию загружают слой шихты, содержащий кварцевый песок фракцией менее 0,3 мм и мелкодисперсный кремнезем фракцией менее 0,22 мм, при следующем соотношении компонентов кремнеземсодержащего сырья, мас. %: кварцит фракцией 6,0-10 мм; 20-30 кварцевый песок (кварцит) фракцией 0,3-6,0 мм; 50-70 кварцевый песок фракцией менее 0,3 мм 5-8; мелкодисперсный кремнезем фракцией менее 0,22 мм 5-15. Недостатком данного технического решения является низкая реакционная способность полученного карбида кремния.

Известна шихта для получения карбида кремния (патент РФ №2627428 С01В 31/04, опубл. 08.08.2017) карботермическим восстановлением кремнеземсодержащего материала, включающая кремнеземсодержащий материал, нефтяной кокс, поваренную соль и древесные опилки, а в качестве кремнеземсодержащего материала кремнисто-углеродистый сланец. Недостатком данного способа является применение в качестве компонента шихты кремнезем-углеродистого сланца, что приводит к увеличению примесей в конечной продукции.

Известна шихта для получения карбида кремния, где в качестве кремнеземсодержащего материала используется кварцевый песок, в качестве углеродистых восстановителей нефтяной кокс и антрацит (Парада А.Н., Гасик М.И. Электротермия нерудных материалов. М, Металлургия, 1990, 260 с.).

По технической сущности, по наличию общих признаков, данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога.

Недостатком, данного способа является низкая реакционная способность применяемых углеродистых восстановителей и высокий расход технологической электроэнергии.

В основу изобретения положена задача по вовлечению в производство карбида кремния техногенных отходов, направленная на повышение технологических свойств карбида кремния, снижение расхода нефтяного кокса.

При этом техническим результатом является снижение расхода технологической электроэнергии на производство карбида кремния.

Раскрытие изобретения

Поставленная цель достигается тем, что в качестве восстановителей для получения карбида кремния совместно с нефтяным коксом применяются мелкодисперсные восстановители, фракцией 0-5 мм, применяемые в восстановительных процессах технического кремния: древесного и малозольного каменного углей, являющиеся отходами при подготовке восстановителей для производства кремния. Данные углеродистые материалы обладают большей реакционной способностью, чем нефтяной кокс (Мизин В.Г., Серов Г.В. Углеродистые восстановители для ферросплавов. - М, Металлургия; 1976, - 272 с.), что увеличивает скорость взаимодействия кремнезема и углерода, повышает технико-экономические показатели получения карбида кремния и снижает расход электроэнергии на получение карбида кремния. Одновременно снижается расход нефтяного кокса на получение карбида кремния.

Осуществление изобретения

В лабораторной печи сопротивления проводили плавки получения карбида кремния с использованием отсевов древесного и каменного углей вместо нефтяного кокса. Во время проведения испытаний расчет замены нефтяного кокса проводился пропорционально углероду, вносимому каждым восстановителем (содержание углерода в нефтяном коксе 91%, в древесном угле 82,7%, в малозольном каменном угле 53,1%).

Пример 1. В печь сопротивления загружалась шихта, содержащая кварцевый песок и нефтяной кокс. Соотношение компонентов шихты для получения карбида кремния (типовая шихта) составило, мас. %:

кварцевый песок	60,4
нефтяной кокс	39,6

Удельный расход электроэнергии составил 9,10 мВт-ч/т карбида кремния.

Пример 2. В последующем испытании в составе шихты часть нефтяного кокса, 20%, «была заменена на древесный уголь 10%, каменный уголь, 10%. Соотношение компонентов шихты составило:

Удельный расход электроэнергии составил 8,95 мВт-ч/т карбида кремния.

Пример 3. В составе шихты часть нефтяного кокса, 40%, была заменена на древесный уголь 20%, каменный уголь, 20%. Соотношение компонентов шихты составило:

Удельный расход электроэнергии составил 8,65 мВт-ч/т карбида кремния.

Пример 4. В следующем испытании в составе шихты нефтяной кокс, 50%, была заменена на древесный уголь 20%, каменный уголь, 30%. При данном соотношение углеродистых восстановителей состав шихты составил:

Удельный расход электроэнергии составил 8,55 мВт-ч/т карбида кремния.

Пример 5. В дальнейшем, в составе шихты было заменено 60% нефтяного кокса, на 40% древесного угля и 20% каменного угля. Соотношение компонентов в шихте составило:

Удельный расход электроэнергии составил 8,40 мВт-ч/т карбида кремния.

Пример 6. В «составе шихты 80% нефтяного кокса было заменено на древесный уголь 20%, каменный уголь, 60%. Соотношение составило:

Удельный расход электроэнергии составил 8,45 мВт-ч/т карбида кремния.

Пример 7. В следующем, в составе шихты доля нефтяного кокса составила 20%, древесного угля 60%, каменного угля 20%. Соотношение составило:

Удельный расход электроэнергии составил 8,25 мВт-ч/т карбида кремния.

Пример 8. В состав шихты 90% нефтяного кокса была заменена на древесный уголь 45% и каменный уголь 45%. Соотношение составило:

Удельный расход электроэнергии составил 8,30 мВт-ч/т карбида кремния.

С увеличением количества мелкодисперсных восстановителей, древесного и каменного углей в шихте, снижается количество нефтяного кокса и снижается расход электроэнергии на производство карбида кремния. Оптимальным составом шихты (примеры 3-8), при котором значительно снижается расход электроэнергии, считается состав, мас. %:

кварцевый песок	52,7-56,7
нефтяной кокс	3,5-22,3
древесный уголь	7,9-24,2
малозольный каменный уголь	12,6-26,7

Шихта для производства карбида кремния с использованием в шихте в качестве восстановителя мелкодисперсных восстановителей древесного и малозольного каменного углей, является новизной технического решения и отвечает критерию существенное отличие.

Источники информации

1. Патент РФ №2108969, С01В 31/04, опубл. 10.04.98.

2. Патент РФ №2627428, С01В 31/04, опубл. 08.08.2017.

3. Патент РФ №2627428 С01В 31/04, опубл. 08.08.2017.

4. Парада А.Н., Гасик М.И. Электротермия нерудных материалов. М., Металлургия, 1990, 260 с.

5. Мизин В.Г., Серов Г.В. Углеродистые восстановители для ферросплавов. - М., Металлургия, 1976, - 272 с.

Шихта для получения карбида кремния, включающая кварцевый песок и нефтяной кокс, отличающаяся тем, что в качестве углеродистых восстановителей дополнительно содержит древесный и каменный уголь фракцией 0-5 мм при следующем соотношении компонентов, мас. %:

кварцевый песок	51,3-55,2
нефтяной кокс	3,5-22,3
древесный уголь	7,9-24,2
малозольный каменный уголь	12,6-26,7

Группа изобретений относится к области биотехнологии. Предложен ненасыщенный биореактор и способ получения водорода, а также средство для получения водорода из моноксида углерода и воды, где средство представляет собой твердый носитель.

Паровой риформинг // 2673527

Данное изобретение относится к способу парового риформинга углеводородов для получения синтез-газа и к прибору для осуществления способа. Раскрыт прибор для парового риформинга углеводородов, содержащий паровой риформер, содержащий множество нагреваемых снаружи вертикальных трубок, причем каждая трубка имеет впуск для подачи газовой смеси, содержащей углеводород и пар, и выпуск для газовой смеси, подвергнутой риформингу, причем трубки содержат зернистый катализатор парового риформинга, смежный выпуску, и структурированный катализатор парового риформинга, смежный впуску.

Способ очистки синтез-газа, содержащего водород и примеси // 2673522

Изобретение относится к способу очистки потока (100) синтез-газа, содержащего водород. Способ содержит водород для получения свежего синтез-газа для синтеза аммиака, причем указанный поток состоит из водорода, а также оксида углерода, диоксида углерода, воды и примесей в незначительных количествах.

Способ получения меченных тритием наноалмазов // 2672741

Изобретение может быть использовано в физико-химических и биологических исследованиях. Сначала готовят водную суспензию наноалмазов со средним размером полученных агрегатов частиц не более 125 нм и содержанием дисперсной фазы от 0,15 до 0,4 мг.

Способ получения нанокристаллического порошка титан-молибденового карбида // 2672422

Изобретение может быть использовано в металлургии при получении тугоплавкой основы безвольфрамовых твердых сплавов. Способ получения нанокристаллического порошка титан-молибденового карбида включает высокотемпературную обработку исходной смеси порошков соединения титана и молибдена с последующим охлаждением.

Асфальтобетонная смесь, модифицированный нефтяной битум и модификатор для битума // 2672417

Изобретение относится к области строительных дорожных материалов, а именно к составу асфальтобетонной смеси, включающей щебень, песок и модифицированный нефтяной дорожный битум, который содержит одностенные углеродные нанотрубки в количестве 0,005-0,5 мас.% и адгезионную добавку на основе природных продуктов и фосфатидов растительных масел, или на основе амидоаминов и имидазолинов жирных кислот, или на основе продуктов взаимодействия таллового масла с полиалкиламиновыми соединениями.

Установка получения водорода (варианты) // 2672416

Изобретение относится к установкам для получения водорода паровым риформингом углеводородов и может быть использовано в промышленности. Установка включает блок адсорбционной сероочистки с регенерируемым адсорбентом, оснащенный линией подачи газа регенерации, риформер, конвертор окиси углерода, соединенный с риформером линией подачи синтез-газа, с блоком выделения водорода - линией подачи водородсодержащего газа, а с блоком адсорбционной сероочистки и с риформером - линией подачи очищенного сырья, на которой установлен нагреватель.

Водородная установка (варианты) // 2672415

Устройство для синтеза сверхтвёрдых материалов // 2671731

Изобретение может быть использовано для получения детонационных алмазов и вюрцитоподобного нитрида бора. Устройство для синтеза сверхтвердых материалов (СТМ) содержит сосуд 1 с герметичными крышками 2 и 3.

Способ получения пленок пористого кристаллического диоксида олова // 2671361

Изобретение относится к способам формирования пористого оксидного материала и может быть использовано для разработки анодных материалов литий-ионных батарей и суперконденсаторов нового поколения, чувствительных элементов газовых сенсоров.

Каталитическая установка // 2673839

Изобретение относится к каталитической установке, пригодной для использования в трубчатом реакторе, в сочетании с зернистым катализатором, в частности, с катализаторами, пригодными для использования в процессах каталитического потокового риформинга. Описана каталитическая установка, расположенная в вертикальной реакционной трубке. Установка содержит структурированный катализатор в верхней части реакционной трубки. Зернистый катализатор под упомянутым структурированным катализатором в нижней части упомянутой реакционной трубки. Устройство носителя катализатора расположено между структурированным катализатором и зернистым катализатором. Причем устройство носителя катализатора содержит цилиндрическое тело, имеющее первый конец, адаптированный для соединения со структурированным катализатором, и второй конец. Цилиндрическое тело обладает диаметром, составляющим 70-90% от внутреннего диаметра трубки, и соотношением длина/диаметр в диапазоне 0,5-2,5. Изобретение обеспечивает снижение нежелательного перегрева стенок реакционной трубки. 3 н. и 26 з.п. ф-лы, 10 ил.

Устройство и способ получения ацетилена и синтез-газа // 2673890

Изобретение относится к устройству для получения ацетилена и синтез-газа путем частичного окисления углеводородов кислородом. Устройство включает: реактор, снабженный блоком горелки с топочной камерой, для получения состава Z1, содержащего по меньшей мере ацетилен и замещенный ацетилен, первый скруббер, выполненный для смешивания состава Z1 с растворителем с получением состава Z2, второй скруббер, выполненный для смешивания состава Z2 с растворителем с получением состава Z3, первый отпарной аппарат, выполненный для отпаривания состава Z3 с получением состава Z4, содержащего замещенный ацетилен, ацетилен и растворитель, а также для выделения ацетилена, первую колонну, выполненную для частичной дегазации состава Z4 под давлением от 1,0 до 1,5 бар с получением состава Z5, состава Z10 и первой части А1 растворителя, второй отпарной аппарат, в который можно подавать состав Z5 для отпаривания состава Z9 с получением второй части А2 растворителя и состава Z6, третий отпарной аппарат, выполненный для отпаривания растворителя из первого скруббера с получением состава Z9, причем для подачи состава Z9 во второй отпарной аппарат третий отпарной аппарат соединен со вторым отпарным аппаратом. При этом между первой колонной и вторым отпарным аппаратом расположено устройство для смешивания состава Z5 с разбавляющим газом, вторую колонну, выполненную для смешивания состава Z6 с водой с получением состава Z7, содержащего третью часть A3 растворителя и воду, а также с получением состава Z8, содержащего замещенный ацетилен, и смесительный конденсатор, выполненную для смешивания состава Z8 с водой с получением состава Z11, содержащего замещенный ацетилен. Кроме того, описан способ получения ацетилена и синтез-газа путем частичного окисления углеводородов кислородом. Использование предлагаемого изобретения позволяет проводить процесс при нормальном или небольшом избыточном давлении без использования разрежения. 2 н., 15 з.п. ф-лы, 1 ил.

Установка для получения водорода // 2674123

Изобретение относится к установкам для получения водорода паровым риформингом. Предложена установка, включающая реактор с катализатором парового риформинга, в котором размещены узел селективного выделения водорода с водородселективной перегородкой и узел нагрева реактора с катализатором окисления, также содержащая устройство нагрева сырьевой смеси, состоящее из узла окисления и узла теплообмена, и систему подачи кислородсодержащего газа с газодувкой, холодильником и рекуперационным теплообменником. При работе установки водно-углеводородную сырьевую смесь нагревают в холодильнике и узле теплообмена и направляют в реактор, где при контакте с катализатором парового риформинга образуется синтез-газ, содержащий водород, который диффундирует через водородселективную перегородку и выводится с установки. Обедненный водородом синтез-газ выводят двумя потоками. Первый поток направляют в узел окисления, где в присутствии катализатора окисляют частью кислородсодержащего газа, а полученный охлажденный отходящий газ выводят с установки. Второй поток обедненного водородом синтез-газа направляют в узел нагрева реактора, где в присутствии катализатора окисления осуществляют контакт с оставшейся частью кислородсодержащего газа, подаваемого через распределительное устройство с помощью газодувки после нагрева в рекуперационном теплообменнике. Тепло, выделяющееся при окислении синтез-газа, нагревает катализатор парового риформинга, а полученный отходящий газ охлаждают в рекуперационном теплообменнике и холодильнике и смешивают с воздухом, с получением кислородсодержащего газа. Балансовый отходящий газ выводят после охлаждения в холодильнике. Изобретение позволяет упростить устройство и снизить температуру в реакторе. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ получения ячеистого пеноуглерода // 2674201

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении сорбентов, катализаторов, композитных материалов. Углеводородное сырьё разлагают в кварцевом реакторе при 850-900°C в присутствии инертного газа. Общий расход газообразных реагентов 200-250 дм3/ч. В реактор помещают кварцевую капсулу с черенками из кварцевого стекла. Продукты пиролиза конденсируются в ловушке, установленной на выходе из реактора. Полученные жидкие продукты, собранные в ловушке, подвергают высокотемпературному нагреву при 850°C в присутствии воздуха. По мере заполнения ловушки жидкими продуктами её заменяют на другую, обеспечивая непрерывность процесса. Способ прост и основан на использовании доступного сырья. Целевой продукт - ячеистый пеноуглерод, не содержит неорганических примесей. 2 ил., 2 пр.

Способ и устройство для производства синтез-газа // 2674427

Изобретение относится к способу и устройству производства синтез-газа. Способ производства синтез-газа (5) осуществляется посредством парового риформинга, при котором для получения обедненного азотом загружаемого сырья (4) для парового риформера (D), обогреваемого горелкой, из исходного вещества (1), содержащего углеводороды и азот, выделяют азот с образованием содержащего углеводороды остаточного газа (2), который впоследствии служит топливом (6). При этом азот выделяют из исходного вещества путем адсорбции (N), а содержащий углеводороды остаточный газ (2) используют для обогрева парового риформера (D). Технический результат заключается в получении газообразных продуктов с высокой чистотой из произведенного синтез-газа, а также в выделении азота из произведенного синтез-газа со сравнительно низкими затратами. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.