Українська   English
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Масштаб производства каменноугольного пека определяется, прежде всего, выпуском каменноугольной смолы, а ее объем зависит от количества металлургического кокса, потребляемого при производстве чугуна. Получаемая на коксохимических предприятиях каменноугольная смола является сырьем для выпуска электродного пека. Наиболее активными потребителями электродных пеков являются цветная металлургия (производство алюминия) и собственно производство электродов различного назначения электродными и алюминиевыми заводами (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.).

Исходные пеки, производимые по существующим в настоящее время технологиям дистилляции каменноугольной смолы, не могут непосредственно использоваться в качестве электродных материалов. Технология производства электродного пека должна обеспечивать возможность достижения оптимальных значений комплекса качественных показателей, ответственных как за вяжущие, так и за коксообразующие свойства продукта.

1. Актуальность темы

Каменноугольный пек является наиболее ценным продуктом переработки каменноугольной смолы, 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.

Магистерская работа посвящена актуальной задаче контроля выбросов при переработки каменноугольного пека, таких как коксовая пыль, каменноугольная пыль и газообразные вещества.

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Целью исследования является технико-экологическое обоснование и изучение процессов получения высокотемпературного пека на коксохимических предприятиях.

Основные задачи исследования:

  1. Анализ существующих технологий получения высокотемпературного пека как основы для электродного связующего.
  2. Изучение методов решения существующих проблем получения высокотемпературного пека.
  3. Изучение воздействия на атмосферу выбросов от коксохимических предприятий.
  4. Поиск оптимальных способов снижения выбросов при производстве каменноугольного пека.
  5. Разработка альтернативных вариантов утилизации производственных отходов.

Объект исследования: каменноугольный пек.

Предмет исследования: процесс получения высокотемпературного пека с помощью электродного связующего.

Таким образом в результате выполнения работы после оценки негативного воздействия будет предложено решение проблемы утилизации производственных отходов на коксохимических предприятиях и разработан план мероприятий по их снижению.

3. Обзор исследований и разработок

Несмотря на проводимые исследования по созданию синтетического электродного связующего с заданными свойствами, широко используется каменноугольный пек, масштабы выработки и потребительские свойства которого непосредственно связаны с производством металлургического кокса. Современные мировые тенденции в модернизации черной металлургии направлены на снижение расхода, а значит и выработки металлургического кокса, вследствие развития конкурирующего процесса получения стали в электродуговых печах и увеличения количества доменных печей с инжекцией пылевидного угля. Тем не менее, мировое производство кокса достаточно велико и составляет ~ 350 млн. т/год. При таком объеме производства в качестве побочного продукта образуется более 15 млн. т/год каменноугольной смолы. Хотя большая часть ее, в том или ином виде, сжигается, для обеспечения мировой потребности в электродном каменноугольном пеке (около 3,3 млн. т/год) ее вполне хватает. Но поскольку производители и потребители каменноугольных пеков часто разделены большими расстояниями, в некоторых регионах в настоящее время наблюдается дефицит электродного связующего [2].

3.1 Обзор международных источников

Важнейшим сырьевым компонентом в производстве большинства видов углеродной продукции являются связующие материалы, качество которых в значительной мере определяет уровень физико-механических свойств продукта [1]. Благоприятное сочетание высокой коксообразующей способности и низкой вязкости в расплавленном состоянии выгодно отличает каменноугольный пек от других видов связующих материалов для различных углеродсодержащих композиций, подвергаемых впоследствии карбонизации. По этой причине электродный каменноугольный пек во всем мире является приоритетным связующим веществом для получения многих видов углеродной продукции (анодных масс, электродов, конструкционных материалов, электроугольных изделий и пр.) [2].

В большинстве регионов мира производятся относительно небольшие количества электродного пека, что не всегда удовлетворяет собственные потребности. Наибольший дефицит наблюдается в странах с развитой алюминиевой промышленностью, которая является доминирующим потребителем каменноугольных пеков. Это относится к странам Северной Америки и России, дефицит пека в которых компенсируют импортными поставками [2].

3.2 Обзор национальных источников

Наиболее распространенный в настоящее время в промышленности России способ получения среднетемпературного каменноугольного пека путем однократного испарения 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. Это воздействие становится более актуальным при наличии в качестве сырья смолы с низкой степенью пиролизованности.

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 [3].

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 [4].

4. Обзор технологии переработки каменноугольного пека на предприятии ЗАО "МАКЕЕВКОКС"

С целью снижения нагрузки на окружающую среду наименее затратным представляется путь модернизации существующей технологии с целью переориентации ее на работу в новых условиях. На предприятии ЗАО «МАКЕЕВКОКС» исследовали возможность корректировки выхода и свойств среднетемпературного пека (СТП) путем внесения в каменноугольную смолу перед второй ступенью нагрева серосодержащей присадки каменноугольного происхождения. Однако этот метод, как и, например, добавление к СТП в процессе термообработки сульфата аммония, несмотря на эффективность, имеет свои ограничения. Лимитирующим фактором в данном случае является массовая доля серы в каменноугольном электродном пеке. Например, в технических условиях по требованию потребителей, в отличие от ГОСТ 10200–83, жестко нормируется массовая доля общей серы (α). Поскольку этот показатель зависит от аналогичной характеристики исходного сырья и от количества серосодержащей добавки, в ряде случаев использование подобных приемов может быть рискованным.

В целях сохранения должного уровня показателей качества электродного пека в условиях снижения степени пиролизованности сырья как один из способов рассматривалось приобретение высокопиролизованной смолы со стороны для компаундирования с наличной низкопиролизованной. На основании выше приведенных рекомендаций разработана технология усреднения привозных смол и смолы собственного производства [5].

В смолоперегонном цехе предприятия МАКЕЕВКОКС функционирует наиболее распространенная в странах постсоветского пространства установка производства электродного связующего путем термоокисления среднетемпературного пека (СТП), получаемого на стадии однократного испарения каменноугольной смолы в отделении дистилляции [6]. Суть метода заключается в термической обработке СТП при 340–370 °С в кубах-реакторах непрерывного действия при непрерывном барботаже воздуха через обрабатываемый расплав. Кислород воздуха является фактором, интенсифицирующим реакции уплотнения (поликонденсации и полимеризации), которые приводят к необходимым изменениям физико-химических свойств пека. Температура процесса окисления поддерживается за счет температуры СТП на выходе из испарителя (в большей степени) и экзотермического эффекта окислительных реакций (в меньшей степени). Достоинствами этой технологии, ставшими причиной ее широкого распространения, являются простота аппаратурного оформления и управление процессом окисления.

5. Сокращение газообразных выбросов, образующихся при производстве высокотемпературного пека

Важнейшим направлением снижения промышленных выбросов в воздушный бассейн является усовершенствование технологии производства и основного технологического оборудования. При выборе технологических агрегатов предпочтение следует отдавать более мощным агрегатам [7]. Например, доменная печь объемом 5000 м3 заменяет целый доменный цех и только за счет сокращения источников пыле- и газовыделений значительно сокращаются выбросы пыли и оксида углерода.

Замена в металлургических агрегатах топлива электроэнергией существенно снижает выбросы пыли и вредных газов. Исключение излишних операций и промежуточных звеньев, связанных с пыле- и газовыделением, может способствовать значительному снижению выбросов в атмосферу. Переход от периодических процессов к непрерывным позволяет сильно сократить пыле- и газовыделения. Например, переход в доменных цехах от скиповой подачи материалов к транспортерной сокращает пылевыделение в несколько раз. Оснащение технологических агрегатов противопылевыми устройствами значительно уменьшает выделение пыли в атмосферу. Примером подобного рода устройств могут служить аппараты для бездымной загрузки коксовых печей и многосопловые кислородные фурмы.

Сокращению количества выбросов способствует также работа на кондиционном сырье, соответствующем техническим условиям.

При проведении технологических процессов в закрытых объемах, как это имеет место в различных печах или паровых котлах, основная масса пылегазовыделений удаляется организованно через газоотводящие тракты и дымовые трубы. В условиях, когда тот или иной процесс идет открыто, важное место в борьбе с загрязнением воздуха занимает предотвращение пылегазовыделений путем их подавления в местах образования. В зависимости от конкретных условий протекания процесса подавление пылегазовыделений может осуществляться различными способами [8]. Большое значение имеет процесс коксования, уплотнение дверей,за целостностью которого необходим постоянный контроль.

В целом для очистки газов от химических газообразных примесей могут быть использованы следующие методы:
а) Абсорбция - процесс разделения газовых смесей с помощью жидких поглотителей - абсорбентов. Если поглощаемый газ (абсорбтив) химически не взаимодействует с абсорбентом, то абсорбцию называют физической (не поглощаемую составную часть газовой смеси называют инертом, или инертным газом). Если же абсорбтив образует с абсорбентом химическое соединение, то процесс называют хемосорбцией [9].
б) Адсорбция - поглощение примесей газов твердыми веществами, например, активными углями [10].
в) Перевод газообразных примесей с помощью специальных добавок в твердое или жидкое состояние с последующим выделением их из газа.

Выводы

В основе способов дополнительной термообработки электродных пеков лежат различные механизмы формирования высокомолекулярных фракций, определяющих коксообразующие и реологические свойства пека.

Магистерская работа посвящена решению актуальной задаче обоснования схем получения высокотемпературного пека коксохимических предприятий. Основываясь на проведенном анализе литературных источников, были сделаны следующие выводы:

  1. Показано, что каменноугольный пек является основоопределяющим сырьем для производства электродного пека, соответствующего требованиям различных потребителей.
  2. Обосновываясь на внедрении технологии термоокисления низкопиролизованной смолы с получением пека заданного качества, включают стадии: термоокисления и термовыдержки.
  3. Изучен и обоснован выбор термоокислительной технологи для получения электродного пека на установке переработки смолы ЗАО «МАКЕВКОКС».
  4. Показана повышенная реакционная способность низкопиролизованной каменноугольной смолы в термических и термоокислительных процессах. Получение электродного пека из смол различной степени пиролизованности требует корректировки технологического режима стадии окисления.
  5. Обоснован способ снижения газообразных выбросов процессов низкотемпературного пиролиза.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: май 2023 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Сидоров, О. Ф. Способ термического окисления каменноугольных смол / О. Ф. Сидоров // Кокс и химия. – 2002. – № 9. – С. 35-43.
  2. Сидоров, О. Ф. Перспективы производства и совершенствования потребительских свойств каменноугольных электродных пеков / О. Ф. Сидоров, А. Н. Селезнев // Российский химический журнал. – 2006. – № 1 – URL: https://cyberleninka.ru....
  3. Топливно-энергетические ресурсы: статистика производства стран мира // электронный ресурс, 2012. – URL: https://cat.convdocs.org/docs/index....
  4. Патент № 83149 Украина, MПK C 10 C 3/00. Способ получения электродного пека: № 200702737: заявл. 15.03.2007: опубл. 10.06.2008 / Скрипченко Н. П., Клешня Г. Г., Ильяшенко Ю. В. [и др.]; заявитель и патентообладатель ОАО «Авдеевский КХЗ».
  5. ГОСТ 10200-83 Пек каменноугольный электродный. Технические условия: гос. стандарт РФ: утв. и введ. в действие Приказом Ростехрегулирования от 18 апр. 2002 г. № 155-ст.: дата введ. 2005-12-26. – Москва, 2005. – (Система стандартов по информ., библ. и изд. делу). – Систем. требования: Acrobat Reader. – Загл. с титул. экрана.
  6. Базов, С. В. Управление качеством электродного пека / С. В. Базов, Ю. А. Тарасюк, А. А. Букка и др. // Углехимический журнал. – 2007. – № 5. – С – 67-71.
  7. Справочник коксохимика: Улавливание и переработка химических продуктов коксования / под ред. Е. Т. Ковалева. – Харьков: ИД ИНЖЭК, 2009. – 450 с.
  8. Воздействие металлургических предприятий на окружающую среду [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://knowledge.allbest.ru/ecology....
  9. Абсорбция [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://studfile.net/preview/3852482....
  10. Адсорбция [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://studfile.net/preview/437941....