1Аспирант первого года обучения кафедры Физики
Иркутского национального исследовательского технического
университета.
2Студент кафедры Химической Технологии группы
ХТБз 14-2
Иркутского национального исследовательского технического
университета.
ПОЛУЧЕНИЕ МОДИФИЦИРОВАННОЙ СМОЛЫ ПИРОЛИЗА И ЕЕ ПРОМЫШЛЕННОЕ
ПРИМЕНЕНИЕ (МТСП)
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 20°С, г/см³, не менее - 1.04
• Вязкость кинематическая при 100°С, мм2/с,
не более - 25
•Температура отгона З% -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
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 алкиннафталинов) 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 ароматические углеводородов, особенно полициклических, и достаточно
большое йодное число, указывает 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 обусловливает
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 -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 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 связующею 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- l,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 каменноугольным ВТП, улучшить эксплуатационные характеристики сухой анодной
массы;
- добавка модифицированной тяжелой смолы пиролиза
в количестве 1-l 0% 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 скрывается на показатели прочности
обожженной 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 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. 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. Дошлов О.И., Угапьев
А.А., Кондратьев В.В., Ким И.В. Компаундирование как перспективная технология
производства альтернативных связующих материалов для производства анодной
массы. и др. // Кокс и химия. -2015.-№1. –С. 34-41.
З. Глаголева О.Ф.
Нефтяной кокс. Ресурсы сырья и технологии прокаливания//ХТТМ. 2005. - №З.- 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.