Процессы получения нефтяных пеков термоконденсацией остатков

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.

Наиболее крупномасштабными потребителями пеков (как и неф­тяных коксов) являются производства анодов и графитированнных электродов. Роль пекасвязующего при изготовлении углеродистых изделий заключается в следующем. Специально подготовленный твердый наполнитель — шихта из фракций различного помола коксов смешивается в обогреваемом смесителе с определенным коли­чеством связующего. Смешение осуществляется в заданное время, в течение которого пек расплавляется, обволакивает тонкой пленкой частицы наполнителя, проникает в его поры и в конечном итоге об­разуется углеродная масса. Полученная в переделе смешения масса поступает на передел прессования, где из нее выпрессовываются изделия заданной формы и размеров. Спрессованные сырые (зеле­ные) заготовки затем проходят передел обжига, в результате чего получаются обожженные изделия определенной формы и размеров. На этой стадии в ряде производств (обожженных анодов, коксобрикетов и др.) заканчивается процесс изготовления углеродистого из­делия. Многие углеродистые изделия (графитированные электроды, конструкционные материалы, электрощетки и др.), кроме стадии обжига, подвергаются еще высокотемпературной графитации и ме­ханической обработке. Роль связующего на стадии обжига заключа­ется в создании прочной связи между частицами наполнителя за счет образования кокса из связующего (коксовый мостик). Таким обра­зом, пек при изготовлении углеродистых изделий выполняет две ос­новные функции:

- на переделах смешения и прессования он связывает частицы твердого наполнителя и обеспечивает массе определенные пласти­ческие и прессовые свойства;

- на переделе обжига пек проявляет свои спекающие свойства за счет образования прочной коксовой связи.

Исходя из двух основных технологических функций - связую­щей и спекающей способности, к пекам предъявляются следующие общие требования: пек в зависимости от назначения должен обла­дать определенной температурой размягчения, плотностью, вязкос­тью, коксовым остатком, иметь наиболее удовлетворительный хи­мический состав и удовлетворять потребителя по содержанию серы, зольных компонентов и влаги, а также быть стабильным при хране­нии, не токсичным и дешевым. При этом спекающая его способность в большей степени оценивается его коксуемостью, коксовым остат­ком и содержанием а связующая способность - пре­имущественно температурой размягчения, плотностью, вязкостью и содержанием а-фракций. Нефтеперерабатывающая промышленность располагает широкими сырьевыми ресурсами для производ­ства пеков. В настоящее время во многих странах мира с развитой нефтепереработкой разрабатываются и интенсивно строятся новые процессы по производству нефтяных пеков термоконденсацией ТНО.

Из всех продуктов вяжущими и спекающими свойствами в наибольшей степени обла­дают нефтяные остатки, ресурсы которых достаточно велики. Так, для получения электродных связующих и пропитывающих пеков наиболее благоприятным сырьем считаются высокоароматизированные смолы пиролиза и малосернистые дистиллятные крекинг -остатки. Для получения брикетных связующих материалов, в том числе нефтяных спекающих добавок (НСД) можно использовать недефицитные нефтяные остатки: асфальты деасфальтизации, кре­кинг-остатки висбрекинга гудрона и др. Однако все они обладают низкими значениями коксуемости (10-25 % масс, по Конрадсону) и температурой размягчения, низким содержанием асфальтенов и карбенов и поэтому не могут быть использованы в качестве пеков без дополнительной термической обработки. Процесс термоконден­сации нефтяных остатков с получением пеков (пекование) по тех­нологическим условиям проведения во многом подобен термичес­кому крекингу и висбрекингу, но отличается пониженной темпера­турой (360 - 420 °С) и давлением (0,1—0,5 МПа), а по продолжи­тельности термолиза (0,5—10 ч) и аппаратурному оформлению -замедленному коксованию