Химия и химические технологии/6. Органическая химия

Современные аспекты применения модифицированной тяжелой смолы пиролиза в производстве анодной массы для алюминиевой промышленности

                            Кукс И.В1., Китонов Г.А2., Бахматов М.Л3.

1 ОАО «Ангарская нефтехимическая компания» НК Роснефть

             2Студент кафедры Химической Технологии Иркутского государственного        технического университета.

             3Студент кафедры Химической Технологии Иркутского государственного технического университета

 

   Проблема целесообразности использования тя­желой смолы пиролиза в качестве компонента сырья для получения углеродсодержащих матери­алов заданного качества в настоящее время весь­ма актуальна. По­вышение глубины переработки нефти предполага­ется за счет более рационального использования тяжелых нефтяных остатков заданного качества.

Процесс пиролиза является источником полу­чения как низших олефинов, так и тяжелых смол пиролиза. Относительно высокое содержа­ние ароматических углеводородов, особенно поли­циклических, и достаточно высокое значение йод­ного числа, указывающее на значительное содержа­ние непредельных углеводородов, свидетельствуют о склонности тяжелых смол пиролиза к реакциям уплотнения (конденсации, полимеризации, сополи­меризации) с образованием продуктов, обладающих высокими связующими и спекающими свойствами.

Сырьем для производства анодной массы и обож­женных анодов служат электродные каменноуголь­ные пеки и электродные коксы (нефтяные или де­ковые). Следует отметить, что правильный подбор исходных материалов является наиболее сложной задачей подготовки производства. Основные свой­ства коксов и пеков в значительной степени зависят от того, из каких продуктов нефтепереработки или коксохимии они получены .

Главный недостаток каменноугольного пека — высокая канцерогенная активность, обусловленная спецификой химического состава и значительным содержанием полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и фенолов, усиливающих дей­ствие последних.

Очевидна необходимость создания обоснованных рецептур композитного сырья с учетом данных экономического и экологического анализов

Основными экологическими задачами современ­ного производства, требующими решения в крат­чайшие сроки, должны стать оценка фактического состояния окружающей среды, выявление путей снижения негативного воздействия на природу, реконструкция производств с учетом требований природоохранного законодательства и мнения об­щественности, внедрение экологически чистых технологий. Современные технологии алюминие­вого производства сопряжены с риском негативного воздействия на окружающую среду — это загряз­нение почв по причине массового складирования отходов, сброс недостаточно обработанных произ­водственных вод в естественные водоемы, а также технологический цикл, подразумевающий выбро­сы в атмосферу целого спектра токсичных веществ, в том числе и парниковых газов

Физико-химические свойства модифицированной тяжелой смолы пиролиза (МТСП) марки «А» производства ОАО «Ангарский завод полимеров» приведен ниже.

Плотность при 20°С, г/см3, не менее ...... 1,04

Вязкость кинематическая при 100°С,

   мм2/с, не более …………………………         ..25

Температура отгона 3% -го объема, °С,

не менее ................................. …………..180

Коксуемость, %, не более..... ………….. 24

Содержание, % мас., не более:

серы ………………………………………… 0,3

воды ………………………………………… 0,3

механических примесей ……………… ……0,01

Индекс корреляции, не менее …………..125

Содержание ионов натрия, % мас., не

более...................................... ………….. 0,005

Содержание ионов калия, % мас.………..0,0005

Относительно высокое содержание ароматических углеводородов, особенно полициклических, и достаточно большое йодное число, указы на значительное содержание непредельных водородов, свидетельствуют о склонности тяжелых смол пиролиза к реакциям уплотнения с образованием  продуктов, обладающих высокими связующими свойствами и спекающими свойствами. Коксуемость МТСП составляла 22-24%.

Важным преимуществом для широкого использования ТСП является низкое содержание серы. Это обуславливает возможность получения из смол пиролиза малосернистых композиционных углеродосодержащих материалов, что очень важно с технологической точки зрения (увеличение межремонтного  пробега установки) и экологической обет в цехе электролитического получения алюминия. Все замесы готовили в лабораторном обогреваемом смесителе с Z-образными лопастями (темпера тура смешивания массы — 180°С). Дозировку связующего выбирали из расчета получения « анодной массы с текучестью 1,2-1,3 отн.ед. В замесах с добавлением смолы пиролиза содержание связующего снижали пропорционально дозировке смолы. Работа выполнялась таким образом чтобы свести к минимуму влияние свойств наполнителя, грансостава коксовой шихты и логии приготовления анодной массы на результаты исследований. Этим создавались условия для симального выявления влияния смолы пиролиза качество анодной массы.

Приведенные данные показывают, что свойства каменноугольного пека существенно меняются при добавлении к нему ТСП. Установленные закономерности изменения свойств компаундированного связующего показывают, что при увеличении коли­чества смолы пиролиза в смеси существенно улуч­шаются реологические свойства. Это свидетельству­ет о пластифицирующей способности  ТСП.

Результаты исследований анодной массы указывают на то, что для достижения близ­ких значений текучести анодная масса на основе смеси пека и смолы пиролиза требует меньшей (на 1,0-1,5%) дозировки связующего. Это обусловлено более низкой вязкостью смеси каменноугольного пека и МТСП, что влечет за собой закономерное увеличение коэффициента текучести. Дозировка связующего в анодную массу на смеси пека и смолы пиролиза была выше (на 1,0-1,5%) по сравнению с массой на каменноугольном пеке. Поэтому доля кокса из связующего больше, и объем пор карбонизованного связующего больше в массе, приготовленной на смеси. На основании этого можно сказать, что две составляющие пористости из трех вышеприведен­ных должны возрастать. Поэтому следует ожидать повышения пористости анодной массы с ростом до­бавки смолы пиролиза к каменноугольному пеку, что и подтверждается результатами данных иссле­дований. К этому можно добавить, что пористость кокса из связующего зависит от процесса структу­рирования пека в приповерхностных слоях кокса- наполнителя, который в свою очередь зависит от группового состава пека.

В результате проведенных лабораторных иссле­дований можно сделать следующие выводы:

•    потребность анодной массы в компаундиро­ванном связующем на 1,5% об. меньше, по сравне­нию с каменноугольным пеком марки «В» для обес­печения одинаковых пластических свойств;

•    установленные закономерности изменения свойств компаундированного связующего показы­вают, что при увеличении количества смолы пиро­лиза в смеси существенно улучшаются реологичес­кие свойства;

•    использование компаундированного связую­щего в виде смеси позволит снизить дозировку свя­зующего в анодную массу по сравнению с каменно­угольным ВТП, улучшить эксплуатационные ха­рактеристики сухой анодной массы.

•   добавка модифицированной тяжелой смолы пиролиза в количестве 1-10% к каменноугольному высокотемпературному пеку (ВТП) не оказывает существенного влияния на показатели пористости и удельного сопротивления массы. Значения их вполне укладываются в требования для марки АМ-0. В то же время это отрицательно сказывается на по­казателе прочности обожженной массы, что ограни­чивает добавку смолы пиролиза на уровне 10%;

По результатам расчета ожидаемого расхода анодной массы на тонну алюминия и количества канцерогенных веществ при использовании МТСП и камен­ноугольного высокотемпературного пека в качестве связующего получены следующие показатели:

•   снижение расхода каменноугольного пека на 6,7 кг/т алюминия;

•   снижение содержания бенз()пирена в анод­ной массе на 12,4%.

Таким образом, в результате выполненных работ выявлены возможность и целесообраз­ность использования МТСП в смеси с высокотемпературным каменноугольным пеком, что позволит значитель­но улучшить экологию производства алюминия с использованием технологии Содерберга, в част­ности снизить содержание канцерогенных веществ в воздухе рабочей зоны, а также рационально ис­пользовать  продукт нефтепереработки — тяжелую смолу пиролиза.

 

 

 

 

 

Литература

1.  Лубинский М.И., Дошлов О.И., Лебедева И.П. К вопросу использования тяжелой смолы пиролиза для получения углеграфитовых материалов // Тез. Докл. V Респ. научно-тех. конф, молодых ученых и специалис­тов алюминиевой и электродной промышленности. — Иркутск, 2007. — С. 77-78.

2. Зельберг Б.И. Контроль и снижение выбросов перфторуглеродов на предприятиях алюминиевой промыш­ленности: общемировые тенденции и ситуация в России // Электрометаллургия легких металлов. Сборник научных тру­дов. — 2004. — С. 165-173.

3.        Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. — Изд. 7-е, пер. и доп. — В трех томах. — Т. I. Органические вещества / Под ред. засл.деят. науки проф. Н.В.Лазарева и д.м.н. Э.Н. Левиновой.-Л.:Химия,1976.-592 с.      

4.  Глаголева О.Ф. Нефтяной кокс. Ресурсы сырья и технологии прокаливания // ХТТМ. — 2005. — № 3. — С. 20-23.