Спосіб моніторингу перебігу процесу з використанням газу-реагенту, що містить один або декілька газоподібних вуглеводнів

1. Спосіб моніторингу перебігу процесу, який здійснюють в печі з використанням газу-реагенту, що містить принаймні один газоподібний вуглеводень, причому згаданий спосіб має у своєму складі настройку робочих параметрів печі, уведення у піч газу-реагенту, що містить принаймні один газоподібний вуглеводень, і виведення із печі відхідних газів, що містять побічні продукти реакції газуреагенту, який відрізняється тим, що відхідні гази піддають промиванню маслом, яке абсорбує смоли, що містяться у відхідних газах, а вимірюванням кількості смол, абсорбованих маслом, одержують інформацію про перебіг процесу. 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що інформацію про перебіг процесу одержують із величини, яка відповідає зміні у часі кількості смол, абсорбованих маслом. 3. Спосіб за п.1 або 2, який відрізняється тим, що здійснюють циркуляцію масла у замкнутому контурі і вимірюють збільшення об'єму масла. 4. Спосіб за п.3, який відрізняється тим, що масло безперервно витягують із резервуара і інжектують в потік відхідних газів, масло, насичене смолами, повертають до резервуара, а інформацію про перебіг процесу одержують вимірюванням C2 2 (19) 1 3 77035 4 за допомогою матриці із піролітичного вуглецю, винахід, полягає у пропозиції способу безперервутвореної шляхом хімічної інфільтрації парової ного моніторингу перебігу процесу ущільнення фази. підложок матрицею із піролітичного вуглецю без Окремою, але не виключною галуззю застосунеобхідності використання особливої будови інфівання винаходу є виготовлення деталей із компольтраційної печі. зитного матеріалу, що містить підложку з волоконУ більш загальному випадку винахід спрямоним підсиленням або заздалегідь відформовану ваний на пропозицію методу, який забезпечує мозаготовку, ущільнену матрицею із піролітичного жливість безперервного моніторингу перебігу провуглецю, зокрема, деталей із композитного матецесу, який проходить в печі, і який використовує ріалу типу вуглець/вуглець (С/С). газ-реагент, що містить один або декілька газопоПідложки, яких ущільнюють, уміщують у піч, в дібних вуглеводнів при відносно високих темпераяку під зниженим тиском уводять газ-реагент, що турах, які призводять до наявності смол у газах, містить один або декілька джерел вуглецю. Це що відходять із печі. джерело вуглецю складається із одного або декіДля вирішення цієї задачі згідно з винаходом лькох газоподібних вуглеводнів, як правило, метапропонують спосіб, за яким відхідні гази, яких відну, пропану або їх суміші. Параметри роботи печі водять із печі, піддають промиванню маслом, яке встановлюють таким чином, щоб при контактуванабсорбує смоли, що містяться у відхідних газах, а ні газу-джерела з підложками одержати шляхом із вимірювання кількості смол, що абсорбуються його розкладу (крекінгу) матрицю із піролітичного маслом, у оптимальному варіанті - по величині, вуглецю. Відхідні гази, що містять побічні продукти яка відповідає зміні у часі кількості смол, абсорбореакції, виводяться із печі методом відкачування. ваних маслом, одержують інформацію про перебіг Звичайно параметри роботи печі, зокрема, тепроцесу. мпература в печі, тиск в печі, витрата газуЗ цією метою можна здійснювати циркуляцію реагенту в печі, склад газу-реагенту, постійні масла у замкнутому контурі і вимірювати збільвпродовж усього процесу ущільнення. Тим не шення об'єму або маси масла. Так, за одним із менш, умови інфільтрації поступово змінюються варіантів здійснення даного способу масло безпевпродовж перебігу процесу в міру поступового рервно вилучають із резервуара і інжектують в заповнення початкових пор підложок. Тому вибрапотік відхідних газів; масло, насичене смолами, ні значення параметрів є результатом пошуків повертається у резервуар, а інформація про перенайкращого компромісу між оптимальними умовабіг процесу одержується із вимірювань зміни рівня ми на початку процесу ущільнення і в кінці його, масла у баку. Масло можна інжектувати в потік причому існує ризик зміни мікроструктури матеріавідхідних газів, що циркулює у розпилювальній лу осаджуваної матриці внаслідок зміни пористості колоні, наприклад, такій, що містить трубку Вентупідложок, тобто, геометричних характеристик порі. ристої структури. Адаптація параметрів роботи Дане масло переважно є ароматичним маспечі впродовж перебігу процесу ущільнення могла лом, здатним абсорбувати поліциклічні ароматичні б забезпечити можливість оптимізації всього провуглеводні, які містяться у відхідних газах. Зокрецесу і скорочення часу, необхідного для одержанма, як таке масло може бути вибране одно із міненя необхідного ступеню ущільнення, а також утворальних ароматичних масел, наприклад, масел на рення матеріалу матриці з бажаною мікроструктуоснові ксилолів. рою. Одержану інформацію про перебіг процесу Так, подавцем даної заявки було запропономожна використати для визначення моменту завано [в патентному документі WO 96/31447] змікінчення даного процесу. нювати параметри роботи печі з метою оптимізації Також можна контролювати процес, змінюючи процесу ущільнення з одночасним контролем мікв разі необхідності на основі одержаної інформації роструктури матеріалу матриці. Тим не менш, цю про перебіг процесу принаймні один із таких робозміну виконують за заздалегідь визначеною мочих параметрів печі: температуру печі, тиск в печі, деллю і не враховують реальний перебіг процесу. витрата газу-реагенту і склад газу-реагенту. [У патентному документі US 5348774] також Спосіб за винаходом можна застосовувати, передбачалось безперервно вимірювати зміну зокрема, для моніторингу процесів цементації, ваги підложок з метою моніторингу перебігу прохімічного осадження із газової (парової) фази або цесу ущільнення. Відповідно до виміряної величиущільнення шляхом хімічної інфільтрації парової ни зміни можна впливати на деякі параметри, зокфази. рема, потужність, яка подається на котушку індукСам по собі принцип моніторингу хімічного або тивності, яка у поєднанні з приймачем струму, фізико-хімічного процесу шляхом аналізу побічних який обмежує бокову стінку печі, забезпечує її напродуктів реакції у відходах печі або реактора догрівання. Моніторинг зміни ваги підложок також бре відомий. В окремому випадку хімічної інфільтдає можливість визначити момент закінчення прорації парової фази з використанням газу-реагенту, цесу ущільнення. Для цього необхідна спеціальна що містить газоподібні вуглеводні, наприклад, мебудова печі, яка дає можливість безперервно здійтану і/або пропану, може бути передбачений анаснювати вимірювання в масі підложок при високих ліз відхідних газів, яких виводять із печі, з метою температурах, які переважають всередині печі. вимірювання кількості певного побічного продукту, Така будова може, крім того, зменшити можливу що утворюється в реакції, наприклад, бензолу, кількість підложок, яких завантажують у корисний який є хорошим індикатором перебігу процесу. внутрішній об'єм печі. Однак таке вимірювання утруднене тим фактом, Задача, до вирішення якої спрямований даний що відхідні гази містять численні легкі та важкі 5 77035 6 вуглеводні, відносно значні кількості смол яких головним чином метан, пропан або їх суміш, з яких здатні швидко засмітити вимірювальні канали та в результаті розкладу (крекінгу) при контакті з підапаратуру. ложками, яких ущільнюють, утворюється вуглець. Подавець даної заявки константував, що проМожлива каталізуюча добавка означає тут компостий моніторинг кількості смол, що абсорбуються нент газу-реагенту, який забезпечує активацію промивним маслом із відхідних газів, може слугуосадженого вуглецевого осаду із джерела або вати джерелом достовірної інформації про перебіг джерел вуглецю у вибраних робочих умовах. Капроцесу без використання складної апаратури і зі талізуюча добавка також може бути джерелом збереженням можливості інтеграції в установку вуглецю. Так, у газі-реагенті, що містить суміш обробки відхідних газів. Дійсно, обробка відхідних метану і пропану (обидва з яких є джерелами вуггазів вкрай бажана, щоб запобігти засмічення калецю), який надходить із джерел 25а і 25b, пропан налів і для задоволення екологічних вимог. Усупри певних значеннях температури та тиску може нення смол шляхом промивання являє собою відігравати роль каталізуючої добавки. ефективний метод обробки. Даний винахід може Ступінь кінцевого ущільнення підложок, а тавигідно використати застосування такого способу кож мікроструктура піролітичного вуглецю визнаобробки для здійснення простого і економічного чаються, зокрема, робочими параметрами печі, а безперервного моніторингу процесу. саме: Інші особливості і переваги даного винаходу - температурою печі, будуть зрозумілі із наступного детального опису, - тиском у печі, здійсненого з посиланнями на єдине додане крес- витратою газу-реагенту в печі, лення, на якому зображена промислова установка - складом газу-реагенту, тобто, зокрема, вмісхімічної інфільтрації парової фази, яка дає можлитом у газі-реагенті джерела або джерел вуглецю і вість використовувати спосіб за винаходом. вмістом можливих каталізуючих добавок. На Фіг. схематично зображена установка хіміВідхідні гази містять побічні продукти реакції чної інфільтрації газоподібної фази, призначена (крекінгу) джерела або джерел піролітичного вугдля ущільнення пористих підложок за допомогою лецю, частину джерела чи джерел вуглецю, що не матриці із піролітичного вуглецю. Процес інфільтпрореагувало, і газоподібний водень (Н2), який рації парової фази може бути ізотермічного і ізоутворюється в результаті крекінгу джерела чи баричного типу, тобто, він може перебігати без джерел вуглецю. Побічні продукти реакції містять зміни температури і тиску в підложках, з градієнненасичені вуглеводні, легкі ароматичні вуглеводні том температури, тобто, з нерівномірним нагріван(бензол, моноциклічні вуглеводні) і поліциклічні ням підложок, або ж з градієнтом тиску, тобто, з ароматичні вуглеводні, наприклад, нафталін, пінаявністю на двох протилежних сторонах підложок рен, антрацен та аценафтилен, які осаджуються у різних значень тиску. вигляді смол. У піч, оточену кожухом 12, уміщують пористі Згідно з винаходом, моніторинг перебігу пропідложки 14, яких мають ущільнити, наприклад, цесу ущільнення підложок здійснюється шляхом волокнисті заготовки деталей, яких виготовляють промивання відхідних газів маслом, яке абсорбує із композитних матеріалів на основі вуглецевої ці смоли, і обробки величини, що відповідає кільматриці. Наприклад, як волокнисту заготовку декості смол, абсорбованих маслом. талей можна використовувати заготовки дифузоЦе промивання маслом додатково дає можлирів або заготовки деталей дифузорів труб ракетвість усунути смоли, які у протилежному випадку них двигунів або заготовки гальмівних дисків із можуть засмітити вихідні канали печі і опинятись у композитного матеріалу типу С/С. Піч 10 обмежепристрої для відкачування, який використовується, на боковою стінкою 16, яка утворює приймач наприклад, у маслі вакуумного насоса або в конструму, виготовлений, наприклад, із графіту, дном денсаті пароежекторного конденсатора. 18 і кришкою 20, також виготовленими із графіту. На поданому кресленні представлений один із Приймач струму 16 з'єднаний з обмоткою індуктиваріантів здійснення пристрою 30 для промивання вності 22, яка його оточує. Нагрівання печі здійсмаслом, який розміщений між отвором виводу віднюється в основному випроміненням приймача хідних газів із печі 10 і пристроєм 60 для відкачуструму, який нагрівається завдяки індуктивному вання. Такий пристрій також описаний в заявці на зв'язку з обмоткою індуктивності. патент Франції, яка подана одночасно з даною Газ-реагент уводять по каналу 24, який прохозаявкою під заголовком "Спосіб і установка для дить, наприклад, через вхідний отвір 19, передбаобробки відхідних газів, що містять вуглеводні". чений у дні 18 печі. Газ, що реагує, містить одну Пристрій для промивання маслом переважно або декілька речовин-джерел вуглецю і, можливо, розміщений поблизу вихідного отвору печі 10, щоб каталізуючу добавку. У наведеному прикладі газзапобігти утворення відкладень смол у каналі, реагент утворюється із двох складників, які надхоякий з'єднує вихід із печі з пристроєм для промидять із джерел 25а, 25b, сполучених з каналом 24, вання, оскільки охолодження відхідних газів спричерез вентилі 26а, 26b і вимірювач витрат 27. Відяє такому відкладенню. хідні гази виводять із печі через вихідний отвір 21, Пристрій 30 для промивання маслом містить передбачений у кришці 20, по каналу 28, з'єднарозпилювальну колону 32, верхня частина якої ному з пристроєм 60 відкачки, який забезпечує з'єднана з каналом 28. Колона 32 може, наприциркуляцію газу-реагенту в печі і підтримує всереклад, містити трубку 34 Вентурі, утворену шляхом дині її заданий рівень зниженого тиску. зменшення поперечного перерізу отвору, через Як газоподібні джерела піролітичного вуглецю який проходять гази. Нижня частина колони 32 використовують, зокрема, алкани, алкіли і алкени, з'єднана з отвором 42 для введення газів, який 7 77035 8 розміщений у верхній стінці резервуара 40 рецирдження максимальної кількості масла, яке розпикулювання масла поблизу від його краю. Також у люють сопла 36, 38 і сопла 46а, 46b між уведенверхній стінці резервуара 40, поблизу від іншого ням газів у резервуар 40 і виведенням із нього. його краю, розміщений отвір 44 для виведення Теплообмінник 54 сприяє конденсації смол, які газів, з'єднаний каналом 62 з пристроєм 60 для ще є у відхідних газах після їх виходу із колони 32. відкачування. Краплеуловлювач 48, який складається, наОтвір для виведення масла розміщений у ниприклад, із перегородок, сприяє "розбиванню" мажній частині резервуара 40 і з'єднаний з насосом сляного туману, який міститься на виході із резер50, який витягує масло із резервуара 40 і подає вуара 40, з метою відокремлення крапель масла, його через теплообмінник 52 у сопла 36, 38, розїх злиття і повернення у масляну ванну. міщені, по суті, на осі колони 32. В резервуарі 40 Уловлювання за допомогою пристрою 30 для можуть бути розміщені додаткові сопла 46а, 46b, в промивання маслом дає можливість видалити маякі масло надходить після теплообмінника 52 паксимальну кількість смол, таких як поліциклічні ралельно із соплами 36, 38. ароматичні вуглеводні. В промитих відхідних газах Для охолодження масла, яке виходить із реземожуть залишитися тільки більш легкі ароматичні рвуара 40, через теплообмінник 52 протікає оховуглеводні (бензоли і моноциклічні вуглеводні), лоджувальна рідина, наприклад, холодна вода. але вони не створюють небезпеки засмічення каОхолоджувальна вода також проходить через теналів завдяки більш високому тиску пари. плообмінник 54, який має, наприклад, форму плаПристрій 60 для відкачування містить ежектостин, послідовно з'єднаний з теплообмінником 52 і рний конденсатор 64 або декілька подібних ежекрозміщений всередині резервуара 40. торних конденсаторів, розміщених послідовно (на Теплообмінник 54 так само, як і сопла 46а, кресленні наведений лише один ежекторний кон46b, розміщений всередині резервуара між отводенсатор), причому можуть бути використані і інші ром 42 для уведення газу і отвором 44 для вивепристрої для відкачування, наприклад, роторні дення газу, над рівнем масла. У отворі 44 для винасоси. ведення газу із резервуара 40 може бути встановЕжекторний конденсатор 64 містить ежектор лений краплеуловлювач 48. 66, в який надходить водяна пара із нагрівача 80, і Пристрій 30 для промивання маслом діє таким конденсатор 68, розміщений після ежектора. Кончином. Масло, що надходить в сопла 36, 38, розбденсатор 68 являє собою холодильник із зовнішризкується в потоці відхідних газів, який проходить нім охолодженням, в якому гази, що виходять із через колону 32, причому збільшення швидкості ежектора, стикаються з каналами, по яким тече течії газів завдяки наявності трубки Вентурі 34 охолоджувальна рідина, наприклад, холодна вода. сприяє цьому розбризкуванню. Одне із сопел 36 Після проходження через конденсатор 68 вода може бути встановлене у верхній частині колони надходить у охолоджувальну колону 70, після чого 32, над трубкою Вентурі, а інше сопло 38 - поблизу вона може бути зібрана у резервуар 72, звідки від горловини трубки Вентурі. Можливе також вивона повертається в конденсатор 68 насосом 74. користання одного із сопел 36 або 38. Конденсат, який надходить у вихідний канал Розбризкане масло абсорбує значну частину 76 конденсатора, містить вуглеводні, наприклад, смол, яких переносять відхідні гази, зокрема, полібензол, толуол, ксилол, а також, можливо, залишциклічних ароматичних вуглеводнів, які переноки поліциклічних ароматичних вуглеводнів, розчисяться у масляну ванну, розміщену в резервуарі нені у воді, що утворюється при конденсації пари, 40. що надходить із ежектора 66. Конденсат може Тиск пари у використаному маслі має бути добути оброблений методом адсорбування на актисить малим, щоб не спричинити його випаровувованому вугіллі. вання при тиску, який є на виході із печі 10, і заНа виході із конденсатора відхідні гази прохобруднення відхідних газів парою масла. Напридять через насос 78. Тут можна використовувати клад, тиск в печі 10 при перебігу класичного проводокільцевий насос, що охолоджується за допоцесу ущільнення пористих підложок матрицею із могою теплообмінника таким чином, щоб гази, які піролітичного вуглецю звичайно менший, ніж виходять із установки, мали температуру, близьку 10,1кПа. Масло має додатково мати в'язкість, досдо температури навколишнього середовища. татню для забезпечення його циркулювання і Газ, який витягують, містить переважно ненаутворення масляного туману при його виході із сичені вуглеводні, а також рештки газу, що реагує, сопел. і газоподібний водень Н2, які надходять із печі 10. Тому у кращому варіанті використовують міЙого можна спрямувати по каналу 79 до факелу і неральне масло ароматичного типу, яке має тиск принаймні частково використовувати як пальне парів менший, ніж 100Па при температурі 0°С. для нагрівача 80. У цьому випадку він змішується у Переважно використовують масло на основі буферному балоні 82 з горючим газом, наприклад, ксилолів, наприклад, синтетичне масло, яке випусприродним газом, який надходить по каналу 84. Із кає французька компанія Elf Atochem під маркою буферного балона 82 пальне надходить до паль"Jaritherm AX 320", і яке складається на 85% за ника 86 нагрівача 80. масою із моноксиликсилолу і на 15% за масою - із У проілюстрованому прикладі оцінку якості диксиликсилолу. Це масло має в'язкість, що стасмол, абсорбованих промивальним маслом, здійсновить 60 сантипуазів при температурі 0°С, і тиск нюють шляхом вимірювання рівня масла в резерпари, менший, ніж 100Па при температурі 0°С. вуарі 40. Датчик 58 направляє в контур 90 обробки У теплообмінники 52 та 54 надходить холодна сигнал, який відповідає рівню масла, з метою фовода при температурі приблизно 0°С для охолормування інформації І, яку використовують для 9 77035 10 моніторингу процесу ущільнення. Датчик 58 може 5г/год до 8г/год. бути будь-якого відомого типу, наприклад, з викоПісля закінчення процесу можна здійснити ристанням вібруючої пластинки або радара, який принаймні часткове зливання масла із резервуару вимірює у даному випадку відстань між верхньою 40 на виході із насоса 50 шляхом закриття вентиля стінкою резервуара, в якому розміщений датчик, і 51, встановленого на каналі, який з'єднує насос 50 поверхнею масла. з теплообмінником 52, відкривання вентиля 53, Інформація І містить, наприклад, похідну за встановленого на каналі, що з'єднує вихід насоса часом від сигналу, який відповідає рівню масла і 50 з каналом 56 виводу використаного масла. Зібсповіщає, таким чином, про зміни у часі вмісту ране використане масло можна знищити методом смол у відхідних газах. спалювання, а в резервуар 40 додають чисте масПерша можливість полягає у моніторингу інло. формації І з метою визначення моменту закінченЗрозуміло, що для здійснення моніторингу кіня процесу ущільнення. Процес ущільнення можна лькості смол, абсорбованих промивальним масвважати закінченим, коли зміна рівня масла, тоблом, можуть бути передбачені засоби, які відрізто, зміна вмісту смол у відхідних газах, збільшуняються від вимірювання підвищення рівня або ється більше, ніж до деякої межі, наприклад, збіоб'єму в резервуарі рециркуляції, наприклад, зальшується більше, ніж на 2% за визначений період соби для вимірювання збільшення маси масла. спостережень. Цей період спостережень може Також слід відзначити, що зміну рівня або мастановити декілька годин, оскільки тривалість цикси масла в резервуарі 40 можна перетворити у лів ущільнення звичайно дуже велика. величину, яка відповідає перебігу процесу ущільІнша можливість, яку можна використати донення, наприклад, яка виражає вміст еквівалента датково до першої, полягає у моніторингу робочих безолу у відхідних газах. параметрів печі залежно від значення інформації І. Як вже було вказано, спосіб за винаходом моТак: же бути застосований для моніторингу перебігу - якщо зміна рівня масла, виміряна впродовж процесів, які відрізняються від ущільнення за допевного періоду спостережень, зменшується більпомогою хімічного інфільтрування парової фази, ше, ніж деяка межа S-ι, наприклад, порядку 0,1%, процесів, яких здійснюють в печі і які використото можна впливати на параметри ущільнення (навують газ-реагент, що містить газоподібні вуглевоприклад, температуру, склад газу-реагенту) з медні, зокрема, метан і/або пропан, при відносно тою посилення ущільнення, високій температурі, і пов'язані з утворенням у - якщо зміна рівня масла зростає більше, ніж відхідних газах смол. До цих інших процесів наледеяка межа S1, наприклад, порядку 1%, то можна жить, зокрема, хімічне осадження із парової фази впливати на параметри ущільнення з метою уповідля утворення на підложках покриття із піролітичльнення ущільнення. ного вуглецю, яке звичайно здійснюється при темНаприклад, для номінальної витрати газупературі приблизно 1000°С або вище, і цементуреагенту (суміші метану та пропану) на вході до вання деталей в печі, при якому можна використопечі, що дорівнює 500л/хв., поріг S1 може відповівувати суміш метану та пропану при температурі дати зменшенню зміни маси смол з 0,5г/год. до приблизно 900°С. 2г/год, а поріг S2 - збільшенню зміни маси смол з Комп’ютерна верстка Т. Чепелева Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601