Автор: Вытовтов В. А.
Источник: Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов : сборник докладов ХI Международной научной конференции аспирантов и студентов (Донецк, 11–13 апреля 2017 г.) / ДОННТУ, ДонНУ ; [редкол.: К.–Н. Маренич, Е.–В. Кочина (отв. ред.) и др.]. – Донецк : ГОУ ВПО «ДОННТУ» ; Ростов-на-Дону : Издательство Южного федерального университета, 2017. – 506–506 с.
Вытовтов В. А. – Методы улучшения качества электродного пека
В докладе проанализированы существующие методы улучшения качества электродного пека, широко применяемого в качестве связующего при производстве графитированной продукции и анодных масс. Более подробно описан метод, применявшийся на ЧАО МАКЕЕВКОКС
для повышения показателей α1– фракции.
ЭЛЕКТРОДНЫЙ ПЕК, ХИНОЛИН, ТЕРМООБРАБОТКА, АНТРАЦЕНОВАЯ ФРАКЦИЯ
Каменноугольный пек – наиболее массовый продукт переработки каменноугольной смолы, образующейся при производстве кокса для металлургической промышленности.
В зависимости от температуры размягчения пеки разделяются на мягкие, средние и твердые. Мягкие пеки имеют температуру размягчения 40–55 °С (плотность 1286 кг/м3), средние 65–90 °С (плотность 1290 кг/м3) и твердые 135–150 °С (плотность 1320 кг/м3). Отечественная коксохимическая промышленность выпускает пеки двух видов: среднетемпературные (марки А, Б, Б1 и В) и высокотемпературный пек. В зависимости от марки выпускаемого среднетемпературного пека и качества исходного сырья – смолы каменноугольной, его выход составляет 45–60%.
Существующий в настоящее время в промышленности способ получения среднетемпературного каменноугольного пека путем однократного испарения каменноугольной смолы, предварительно нагретой в трубчатой печи до 360–420 °C, практически не позволяет регулировать содержание α (вещества, нерастворимые в толуоле) и α1–фракции (вещества, нерастворимые в хинолине) в пеке, поэтому эти показатели пека практически полностью определяются свойствами смолы, поступающей на переработку. В свою очередь, при изменении плотности смолы, поступающей на переработку, возникают трудности с получением пека требуемого качества, особенно по содержанию α и α1–фракции.
Отдельно стоит отметить, что содержание α–фракции практически обратно пропорционально выходу летучих веществ. То есть, повышая содержание веществ, нерастворимых в толуоле, тем самым снижается выход летучих веществ.
Кроме того, внедрение на некоторых коксохимических предприятиях технических условий, расширяющих определяемые показатели качества пека (вязкость, коксуемость, дистилляция и т.д.), создало дополнительные предпосылки для поиска методов, повышающих качество пека.
Существующие на сегодняшний день методы условно можно разделить на методы воздействия на исходное сырье или на продукт – пек каменноугольный.
Предлагаемые способы воздействия – это дополнительная термообработка, увеличение времени пребывания пека в реакторах или добавление различных химических веществ (химические продукты коксования; смола, антраценовая фракция, пековые дистилляты, поглотительная фракция; твердые кислоты Льюиса, стабализаторы).
Дополнительная термическая обработка пека неизбежно приводит к росту температуры размягчения, что ухудшает пластические свойства коксопековых композиций и затрудняет проведение стадии смешения в электродном производстве. Возникает необходимость в контроле собственно температуры размягчения пека и его вязкостных характеристик. Образовавшаяся за счет жидкофазных реакций уплотнения, протекающих при термообработке пека, α1–фракция отрицательно влияет на качество электродной продукции.
Зачастую, авторы предлагают совместить вышеуказанные способы для получения лучшего эффекта. В литературе, кроме того, встречаются предложения по добавкам различного рода стабилизаторов, но ввиду их отсутствия на коксохимических предприятиях, эти способы являются, скорее, лабораторными и малопригодными для производства.
Отдельного внимания требуют предлагаемые методики по улучшению качества пека путем воздействия на исходное сырье – каменноугольную смолу. Наиболее значимыми факторами, влияющими на содержание α–фракции в пеке, являются температура и расход сырья. Найденные закономерности использованы для управления качеством пека: путём регулирования температуры и расхода сырья на второй ступени для α–фракции, по α1–фракции – путём шихтовки смол.
Широко применявшийся ранее метод отдувки летучих веществ из пека кислородом воздуха, на сегодняшний день, становится менее распространенным в силу ряда причин. Вопросы же перемешивания в реакторе пека без воздуха стали более злободневными и дают возможность для дальнейших исследований.
Также, одним из перспективных направлений в улучшении качества пека является увеличение времени пребывания пека в аппаратуре. Реализуется этот метод путем использования каскада реакторов.
Практически отсутствуют предложения по повышению содержания α1–фракции в пеке электродном марки В
, по существующим техническим условиям на который регламентируются верхний и нижний предел (6–12%). С подобной проблемой приходится сталкиваться при использовании смолы низкой степени пиролизации и содержанием α1–фракции ниже 2%. Предлагаемый метод шихтовки смол, безусловно, прост и эффективен, но зачастую не может быть использован ввиду отсутствия на предприятии возможности приобретения смолы высокой степени пиролизации. Как альтернативу такой смоле можно предложить использование антраценовой фракции, прошедшей дополнительную термообработку в течение определенного промежутка времени. В этом случае контроль состояния и качества термообработки можно вести по плотности фракции и коксовому числу. Объемы подаваемой фракции в смолу первой или второй ступени трубчатого агрегата и будут корректировать коксуемость пека электродного и α1–фракцию.
В целом ситуация такова, что предприятиям, выпускающим каменноугольный пек по техническим условиям, содержащим более жесткие требования по показателям качества, приходится подстраиваться под качество используемого сырья – смолы каменноугольной и оперативно реагировать на изменение характеристик получаемого продукта, используя имеющийся опыт и аппаратурное оформление в повышении качества того или иного показателя. И, следовательно, наличие и многообразие предлагаемых методов улучшения качественных показателей пека позволит предприятию своевременно вносить эффективные коррективы в технологический процесс производства.
1. Привалов В. Е. Каменноугольный пек. / В. Е. Привалов, М. А. Степаненко. – М.: Металлургия
, 1981. – 208 с.
2. Конструкционные материалы на основе углерода. Тематический отраслевой сб.трудов, М., Металлургия, 1975, № 10, 117 – 122. Требования к качеству пека-связующего для электродной и алюминиевой промышленности.