Химия и химические технологии/6. Фундаментальные проблемы новых материалов  технологий

к.х.н., член кор. РАЕН, профессор кафедры ХТ Дошлов О. И.,

студент химико-металлургического факультета кафедры   химической технологии  Китонов Г.А.

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет

Модифицированная тяжелая смола пиролиза -компонент для получения анодной массы

Модифицированная тяжелая смола пиролиза – сырье для производства технического углерода, используемого при получении химических источников тока, получается на этиленовом производстве ЭП-300 в качестве попутного продукта при пиролизе бензинового или смеси бензинового и газового сырья. Тяжелая смола пиролиза содержит ароматические углеводороды С8 и выше, в том числе нафталина и метилнафталинов не менее 25% (по массе). В настоящее время весьма актуален детальный анализ смолы пиролизной тяжелой при производстве углеродистых материалов. Основные требования при улучшении качества смол сводятся к снижению содержания асфальтенов и механических примесей. В связи с тенденцией дальнейшего утяжеления сырья пиролиза потребуются дополнительные затраты на облагораживание смол. Вопрос подготовки сырья для производства углеродных материалов становится ключевым, в необходимости создания обоснованных рецептур композиционного сырья с учетом данных экономического и экологического анализа.

Особенности химической природы смолы и большие масштабы этиленового производства, превращают смолу пиролиза из отходов в одной из целевых продуктов при производстве различных типов углеродистых материалов, что позволит повысить эффективность действующих нефтеперерабатывающих и металлургических предприятий, благодаря повышению качества продукции и снижению образованию отходов.

 Пары смолы при повышенной концентрации раздражают слизистые оболочки, вызывают головокружение, головную боль, слабость, обладают кожно-резорбтивным действием. Смола не вступает в химическое взаимодействие с водой. Основные компоненты смолы нафталин и метилнафталин в окружающей среде не трансформируются.   

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.

Основная проблема эффективного использования тяжелых пиролизных смол заключается в улучше­нии их качества. Главные требования при улучше­нии качества смол сводятся к снижению содержания асфальтенов и механических примесей. Значение процесса пиролиза как источника для углеродных материалов сохранится, однако в связи с тенден­цией дальнейшего утяжеления сырья пиролиза потребуются дополнительные затраты на облагора­живание смол.

Сырьем для производства анодной массы и обож­женных анодов служат электродные каменноуголь­ные пеки и электродные коксы (нефтяные или де­ковые).

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 (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.

Результаты технологического опробования анодной массы представлены в табл. № 1.

Таблица №1 Физико-химические свойства пластификатора на основе тяжелой смолы пиролиза

 

 

Номер пластифи-катора

 

 

Содер-жание ТСП,%

 

Содержание камен-ноугол-ьного пека, %

 

Удельное электро-сопротив-ление, мкОМ*м

 

Кажущаяся плотность кК/м3

 

Реакционная способность в токе СО2, мг/см*ч

 

 

Пористость,    %

1

-

26,0

71,0

1520

43,6

24,49

2

1,0

25,74

74,52

1480

43,3

26,65

3

5,0

24,7

76,61

1480

39,5

26,85

4

10,0

23,4

70,31

1480

37,0

26,68

 

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. Химическая активность анодной массы, оцени­ваемая по показателю разрушаемости в С02, кото­рая во многом определяет процесс электролиза и расход анода, является главным критерием оцен­ки качества анодной массы. В мировой практике при выборе электродного сырья, технологических параметров его подготовки и состава анодной массы в первую очередь руководствуются необходимостью обеспечения минимальной разрушаемости анодной массы в С02. По данным исследований при увеличении содер­жания смолы пиролиза наблюдается закономерное снижение разрушаемости анодной массы в С02.

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. Сб. науч. 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.