Автор: Губанов С. А., Букка А. А., Иващенко Е. Ю. Мушта В. Х., Вытовтов В. А.
Источник: Ежемесячный научно-технический и производственный журнал Кокс и химия
№ 11, 2017 г. 37–42 c.
Губанов С. А., Букка А. А., Иващенко Е. Ю. – Технологические особенности производства каменноугольного пека из низкопиролизованных каменноугольных смол и варианты совершенствования процесса
В статье показаны основные пути решения проблемы улучшения качества электродного пека при переработке низкопиролизованной каменноугольной смолы на основании производственного опыта МАКЕЕВКОКС.
каменноугольная смола; смешение; дистилляция; каменноугольный пек; куб-реактор
Наиболее ценный продукт переработки каменноугольной смолы – пек, применяемый в том числе для производства электродной продукции в качестве связующего. Несмотря на то, что в ряде стран давно и активно ведутся исследования по разработке альтернативных электродных связующих (в частности, на нефтяной основе), равноценной замены каменноугольному пеку в упомянутой области в настоящее время нет. Это определяет постоянный стабильный спрос на каменноугольные электродные пеки.
Наиболее активными потребителями электродных пеков являются цветная металлургия (производство алюминия) и собственно производство электродов различного назначения (в том числе для выплавки стали в электродуговых печах). По уровню потребления основным следует считать первое направление. Так, например, в России на алюминиевую промышленность приходится до 88 % электродного пека, или до 52 % всего потребляемого пека (включая производство пекового кокса, огнеупоров, препарированных смол и др.) [1].
Ввиду того, что по ряду объективных причин доля в отечественной экономике алюминиевой и электродной отраслей невелика, а мощности по переработке каменноугольной смолы весьма значительны, основная часть производимого электродного пека экспортируется в страны ближнего и дальнего зарубежья. Это придает важное значение проблеме качества электродного пека –особенно с учетом того, что требования различных зарубежных фирм-потребителей значительно разнятся между собой и зачастую содержат нормативы, не являющиеся традиционными для отечественной промышленности.
Пек, применяющийся в качестве электродного связующего материала, должен обладать оптимальными вяжущими и смачивающими свойствами, хорошо спекаться с наполнителями, образуя прочный коксовый скелет и обеспечивая высокий выход коксового остатка[2].
Пек представляет собой чрезвычайно сложную многокомпонентную систему, в которой ни одно вещество не содержится в преобладающем количестве. Существующие представления о физико-химической структуре этого материала достаточно противоречивы. Поэтому в настоящее время для оценки качества электродных и других сортов пека принят ряд косвенных показателей. К ним относятся: плотность, выход коксового остатка, фракционный состав, вязкостные характеристики и др. Одной из наиболее информативных характеристик пека является групповой состав, определяемый растворением пека в различных веществах, обладающих избирательной растворяющей способностью. Наибольшее влияние на потребительские свойства пека оказывают следующие фракции группового состава:
1. Вещества, нерастворимые в хинолине (α1–фракция), – наиболее высокомолекулярная углеродистая твердодисперсная составляющая, при переработке пека способствует образованию коксового остатка, однако ухудшает способность материала связывать зерна наполнителя, так как не обладает пластическими и адгезионными свойствами.
2. Вещества, нерастворимые в толуоле (α–фракция), в состав которых входят вещества, нерастворимые в хинолине (α1–фракция), и вещества, растворимые в хинолине, но нерастворимые в толуоле (α2–фракция). Эти вещества являются наиболее ценной составляющей группового состава, так как обладают вяжущими свойствами и обеспечивают высокий выход коксового остатка [2] [3].
Определяющее воздействие на технологические свойства пека, получаемого при дистилляции каменноугольной смолы, оказывают плотность, а также групповой и химический состав сырья. Эти свойства являются производными от глубины термических превращений, которые компоненты каменноугольной смолы претерпевают в подсводовом пространстве камеры коксования. По значению плотности и массовой доли веществ, нерастворимых в хинолине (конечный продукт подобных превращений и унос углеродистых частиц из камеры коксования), каменноугольные смолы принято подразделять на низко-, средне- и высокопиролизованные.
Исходные пеки, производимые по существующим в настоящее время технологиям дистилляции каменноугольной смолы, не могут непосредственно использоваться в качестве электродных материалов. Ряд требований, предъявляемых потребителями к этим видам сырья, вызывает необходимость осуществления специальных приемов обработки исходных (мягких
) пеков, а зачастую и исходных каменноугольных смол. Подобные приемы направлены на формирование состава каменноугольного пека, способного обеспечить его технологическую применимость. При этом основная цель – повышение в конечном целевом продукте массовой доли α –фракции за счет ее наиболее ценной составляющей – α2 –фракции. Наряду с накоплением ценных компонентов группового состава изменяются и прочие физико-химические свойства пека: увеличиваются температура размягчения, выход коксового остатка, массовая доля нерастворимых в хинолине веществ, вязкость, поверхностное натяжение и др.
Поэтому технология производства электродного пека должна обеспечивать возможность достижения оптимальных значений комплекса качественных показателей, ответственных как за вяжущие, так и за коксообразующие свойства продукта. Учитывая меняющуюся конъюнктуру рынка и наличие значительного числа потребителей, требования которых к электродным пекам зачастую весьма различаются [4], для успешного сбыта пековой продукции предприятию необходимо располагать технологией, которая позволяет:
– получать широкий ассортимент сортов пека, отвечающих специфике технологических требований различных потребителей;
– стабильно вырабатывать каждый конкретный сорт связующего с узким интервалом изменения показателей.
При получении электродных пеков из малопиролизованной смолы незначительные массовые доли первичных α – и α1–фракции приводят к дисбалансу таких показателей качества получаемогопри дистилляции СТП, как температура размягчения, выход летучих веществ, соотношение массовых долей фракций группового состава. В этих условиях при традиционной термоокислительной технологии доведение группового состава электродного пека до требуемых значений зачастую становится несовместимым с сохранением на должном уровне остальных качественных показателей (прежде всего – температуры размягчения). Особенно это сказывается при производстве наиболее ликвидных в настоящее время высокотемпературных марок пека для электродной продукции.
Следует отметить, что помимо функции участника реакций термоокисления барботирующий сквозь пек воздух обеспечивает перемешивание нагреваемой массы. Прекращение подачи воздуха неизбежно приведет к нарушению температурного режима в реакторе.
Переход на новые технологии, связанные с применением повышенного давления, вакуумной дистилляции смолы либо пека и других специальных технологических приемов, требует масштабной реконструкции установки производства товарного пека, использования дорогостоящего оборудования и сопряжен с факторами технологических рисков, нетрадиционными для отечественной коксохимии.
Наименее затратным представляется путь модернизации существующей технологии с целью переориентации ее на работу в новых условиях.
1. Сидоров О. Ф., Селезнев А. Н. Перспективы производства и совершенствования потребительских свойств каменноугольных электродных пеков // Российский химический журнал. 2006. Т. 1, № 1. С. 17–24.
2. Привалов В. Е., Степаненко М. А. Каменноугольный пек. Производство, переработка, применение. М. : Металлургия, 1981. 208 с.