Дошлов О.И¹., Матренинский К.Е².

¹Профессор кафедры Химической Технологии Иркутского государственного технического университета.

²Студент кафедры Химической Технологии Иркутского государственного технического университета.

Модифицированная смола пиролиза и ее промышленное применение

В результате масштабной реконструкции реакторного блока многотонажной установки ЭП – 300 (этилен-пропилен) на Ангарском заводе полимеров НК Роснефть (г.Ангарск), был получен новый инновационный продукт – модифицированная тяжелая смола пиролиза, которая имеет коксуемость (коксовое число) около 25-26 единиц.

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

· Плотность при 20ºС, г/см3, не менее ˗ 1,04

· Вязкость кинематическая при 100ºС, мм2/с, не более ˗ 25

· Температура отгона 3% -го объема, ºС, 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

При этом сохранились те же самые параметры, что и у обычной тяжелой смолы пиролиза: зольность содержание серы отсутствует, плотность равна 1,04 – 1,05, содержание ароматических углеводов (преимущественно алкин-нафталинов) более 75%.

В лаборатории технического углерода Института металлургии и химической технологии профессора Леонова С.Б., исследовались продукты, полученные для последующего применения их в цветной металлургии, дорожном строительстве и энергетики.

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 МТСП 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 (температура смешивания массы - 180ºС). 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 максимального выявления влияния смолы пиролиза качество анодной массы.

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

Результаты исследований анодной массы указывают на то, что 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 поркарбонизованного 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 каменноугольном 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 тоже время это отрицательно сказывается на показателе прочности обожжённой массы, что ограничивает добавку смолы пиролиза на 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 бензапирена в анодной массе на 12,4%.

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

Литература:

1. 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.

2. Лубинский М.И., Дошлов О.И., Лебедева И.П. К вопросу использования тяжелой смолы пиролиза для получения углеграфитных материалов // Тез. Докл. VРесп. Научно-тех. конф, молодых ученых и специалистов алюминиевой и электродной промышленности. – Иркутск, 2007. – С. 77-78.

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

4. 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.