Процессы получения нефтяных пеков

Содержание:

Введение……………………………………………….3

   Процессы получения нефтяных пеков………………5

Заключение…………………………………………...11

Список использованной литературы..........................12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В последние годы все более актуальной становится проблема получения заменителя каменноугольного пека, применяющегося во все возрастающих количествах в ряде отраслей промышленности. Острота этой проблемы обусловливается непрерывным ростом дефицита и повышенной канцерогенностью пеков каменноугольного происхождения.

Пек представляет собой битуминозный материал черного или бурого цвета с блестящим раковистым изломом. При нормальных условиях - обычно твердое вещество, а при нагревании выше температуры размягчения переходит в вязко-текучее состояние. Пеки в зависимости от применения классифицируются на следующие группы:

 I - пеки-связующие, применяемые при изготовлении самообжигающихся или обожженных анодов, графитированных электродов, электроугольных изделий и конструкционных материалов на основе графита;

II - пропитывающие;

III - брикетные пеки-связующие (для частичного брикетирования углей перед их коксованием, литейных коксобрикетов, коксобрикетов для цветной металлургии);

IV - волокнообразующие;

V - специальные пеки;

VI - сырье коксования

Нефтяные пеки получают из жидкого углеводородного сырья нефтяного происхождения и широко применяют в металлургии, электроэнергетике и,

 

других областях при изготовлении различных углеродных материалов. Химический состав нефтяных пеков сложен и может включать в себя до нескольких тысяч индивидуальных соединений. Большую долю занимают соединения ароматического и нафтенового рядов.  Получаемые из различных видов сырья, значительно отличаются по физико-химическим свойствам от каменноугольного пека. По данным работы , для нефтяного пека характерны низкая ароматичность, высокое содержание алкилзамещенных соединений, кислородсодержащих компонентов. Также нефтяные пеки характеризуются меньшим содержанием веществ, нерастворимых в толуоле, более высоким выходом летучих. 

Нефтяные пеки из смолы пиролиза обладают высокими качественными показателями как по технологическим свойствам, так и по содержанию серы. Они, в отличие от асфальтитов, асфальтенов и лакового битума, содержит карбены, которые не растворяются в толуоле и подобных растворителях. Очевидно, они нерастворимы и масле МП-1, что приводит к образованию в растворе нефтяного пека в масле МП-1 нерастворимой дисперсной фазы, которая может служить центром формирования структурных образований. Кроме того, они могут образовывать самостоятельную фазу с развитой цепочечной структурой, например, при температуре около 180°С в условиях приготовления раствора. Внутри этих структур может произойти объемная сорбция асфальтенов с образованием сольватного слоя сложной конфигурации. В зависимости от соотношения карбены: асфальтены в нефтяном пеке может образоваться пространственная сетка из компонентов различной природы. 

Многолетний опыт исследования различных видов сырья и качественных показателей получаемых нефтяных пеков показывает, что для их производства в наибольшей степени пригодны высокоароматизированные продукты: смолы пиролиза этиленового производства и крекинг-остатки.

       Процессы получения нефтяных пеков

Нефтяные пеки являются важным связующим компонентом электродных и анодных масс, обеспечивающим тякучесть, пластичность. Однородность при смешении с коксом-наполнителем и прочность, электросопротивление, реакционную способность при последующих операциях обжига изделий. Поэтому при изучении возможности производства нефтяных пеков были опробованы различные технологические приемы переработки нефтяного сырья: вакуумная переработка, термополиконденсация, окисление.

 Получение нефтяного пека вакуумной перегонкой

 В качестве сырья для получения нефтяных пеков наиболее желательны остаточные нефтепродукты, обладающие высокой плотностью, ароматичностью и малым содержанием серы. Однако из-за высокой потребности в сырье такого качества для коксования ресурсы малосернистых нефтяных остатков являются ограниченными. Поэтому возникает потребность вовлечения в переработку сернистых дистиллятных крекинг-остатков, являющихся побочным продуктом процесса получения сырья для технического углерода.

 

Рисунок  1. Технологическая схема процесса получения пека вакуумным концентрированием.

Аппаратура: 1,2-печи; 3-реакционная камера; 4- испаритель высокого давления; 5- колонна;

6- испаритель низкого  давления; 7- вакуумная колонна;

Потоки:  I-сырье; II-бензин; III-легкий газойль; IV-газы; V-тяжелый газойль;     VI- пек; VII-пар. 

 

 

Вакуумная перегонка крекинг-остатка при температуре 385-390°С, остаточным давлением 0,011-0,013Мпа позволяет получать нефтяные пеки с температурой размягчения 82-92°С, выходом летучих 60-64%. Эти пеки имеют низкую плотность и содержат незначительное количество α-фракций не позволяет таким пекам на равных конкурировать с каменноугольными пеками, даже с учетом экологичности данного вида продукции.

 

      Получение нефтяных пеков методом термополиконденсации. 

Термополиконденсация позволяет получать пеки с температурой размягчения 65-100°С, плотностью 1250-1300 кг/м3 при следующих условиях процесса: температура 420-430°С, продолжительность 3-5 часов. Увеличение температуры процесса до 460-510°С при снижении продолжительности процесса до 1-5 мин., и последующая выдержка в реакторе при 380-440°С в течении 1-3 часов позволяют также получить нефтяной пек для алюминиевой промышленности.

Нефтяные пеки, полученные термополиконденсацией смолы пиролиза в двух последовательно работающих реакторах и имеющие температуру размягчения 65 и 100°С соответственно, могут быть в последующем смешаны в различных пропорциях.

 

Рисунок 2. Технологическая схема процесса получения нефтяного волокнообразующего пека.

Аппаратура: 1- блок очистки ТСП; 2,9- трубчатая печь; 3-смеситель; 4-проточный реактор; 5- реакционный сепаратор; 6-вакуумная колонна; 7- блок ультразвуковой обработки; 8- атмосферная колонна.

Потоки: I-очищенная смола пиролиза; II-термообработанная смола пиролиза; III- реакционная масса; IV- перегретый водяной пар; V-низкоплавкий связующий пек; VI-расплав высокоплавкого пека; VII-высокоплавкий волокнообразующий пек; VIII,IX- отгон низкомолекулярных продуктов; X- вода; XI-тяжелый газойль; XII- легкий газойль; XIII-бензин; XIV- углеводородные газы.

Получаемые таким способом нефтяные пеки показали неудовлетворительные результаты при изготовлении анодной массы по причине наличия ряда недостатков:

• в связи с использованием в качестве сырья сернистых дистилятных крекинг-остатков получаемые нефтяные пеки имеют повышенное содержание серы, наличие которой нежелательно при приготовлении анодной массы в алюминиевой промышленности;
• полученный нефтяной пек содержит недостаточное количество четко контролируемой α-фракции, которая играет решающее значение при производстве самообжигающихся электродов в алюминиевой промышленности;
• обожженные аноды и электроды на основе полученного нефтяного пека не удовлетворяют требованиям по прочностным характеристикам.

При одинаковой температуре размягчения каменноугольные содержат

меньшее количество поликонденсорованных ароматических соединений, имеют более низкое соотношение С/Н и следовательно значительно меньший выход коксового остатка. Пониженная коксообразующая  способность затрудняет их использование взамен каменноугольного пека, несмотря на лучшие экологические характеристики вследствие значительно меньшего содержания канцерогенных полициклических ароматических углеводородов.  В связи с этим стоит острая проблема по созданию новой технологии получения нефтяного пека, лишенного перечисленных недостатков.

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет в сотрудничестве с ОАО « Ангарская нефтехимическая компания»  разрабатывают технологию получения нефтяного пека компаудированием тяжелых нефтяных остатков с ультрадисперсным нефтяным коксом.

Мелкозернистый нефтяной кокс выполняет несколько функций:

•     является центром зарождения мезофазы. Как упомянуто выше, нефтяные остатки содержат недостаточное количество природной α1- фракции и ультрадисперсный нефтяной кокс восполняет эту недосдачу. Равномерное распределение кокса по всему объему связующего при спекании анода обеспечивает анизотропию свойств по всем направлениям и позволяет получить монолитный анод с повышенной механической прочностью;
•    увеличивает плотность нефтяного пека. Засчет своей гораздо более высокой плотности нефтяной кокс существенно увеличивает общую плотность нефтяного пека. Для повышения эффективности рекомендуется использовать прокаленный нефтяной кокс с плотностью 2,05-2,10 кг/м3;
•   увеличивает коксовый остаток. Аналогично повышенной плотности кокс имеет повышенный коксовый остаток, что благоприятно сказывается на общем коксовом остатке нефтяного пека.

Важными факторами процесса компаудирования, влияющими на качество получаемого продукта, являются следующие характеристики и параметры:

• размер и плотность частиц измельченного нефтяного кокса. Если частицы кокса будут слишком велики, в процессе транспортировки и разгрузки связующего они оседают на дно под воздействием силы тяжести, откуда впоследствии его чрезвычайно сложно удалить;
• температура смешивания нефтяных остатков с коксом. Зачастую тяжелые нефтяные остатки при комнатной температуре затвердевают или имеют настолько высокую вязкость исключающую эффективное перемешивание, поэтому при выборе температурного режима смешивания следует учитывать такие факторы как температуру начала разрушения внутренней структуры нефтяных остатков и температуру начала их физико-химического превращений;
• от эффективности перемешивания смеси зависит равномерность распределения частиц кокса в объема связующего и как следствие постоянства физико-химических характеристик анода в любой его точке.

По данной технологии были получены образцы нефтяного пека с характеристиками представленными в таблице 1.

 

Наименование показателя продукции	Величина показателя
	Нефтяной пек ПНД (АНХК)	Каменноугольный пек (марка А)
Массовая доля воды в твердом пеке, % не более	отсутствует	4
Температура размягчения, °С	95-106	70-80
α-фракция, %	18-25	19-21
Выход летучих  веществ, %	60-66	53-63
Зольность, % не более	0,08	1,2-4
Содержание бенз(а) пиренов, %	отсутствует	1,2-4
Плотность	1,25-1,32	1,285-1,33

 

Полученные данные наглядно свидетельствуют о принципиальной возможности замены каменноугольного пека нефтяным пеком, полученного методом компаундирования. Применение данных материалов не требует модернизации и реконструкции технологических линий алюминиевых заводов работающих как по технологии предварительного обожженных анодов так и по технологии Содеоберга (самообжигающихся анодов).

 

 

 

 

Заключение 

Таким образом, нефтяные пеки заметно отличаются от каменноугольных пеков по групповому химическому составу, плотности, выходу летучих веществ, не ухудшают качества углеродных материалов.  Применение нефтяных пеков в пеко-коксовых композициях заметно изменяет их свойства, придает большую пластичность, снижает вязкость.

В технологии производства нефтяных пеков значительное преимущество  перед остальными технологиям производства имеет компаундирование. Кроме того, мощности современных нефтеперерабатывающих заводов России более чем достаточно для обеспечения всех потребностей алюминиевой промышленности России нефтяным связующим постоянного физико-химического состава и стабильными эксплуатационными характеристиками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1. Хайрудинов И.Р. и др. Применение нефтяной спекающей добавки в производства кокса: Кокс и химия. 1998. №9.-с.11-12.
2. Теляшев Г.Г. и др. ХТТМ-1987.-№4.-с.8-10
3. Хайрудинов И.Р., Махов А.Ф., Садыков Р.Х. Нефтепереработка и нефтехимия. -1992.-№5.-с.12-13
4. Угапьев А.А., Дошлов О.В. Перспективы применения нефтяного пека ПНД, как альтернативное связующее для производства анодной массы.
5. www.studopedia.net
6. www.conf.sfu-kras.ru