Курсовая работа по дисциплине: «Физика и химия горючих ископаемых» На тему: «Переработка каменноугольной смолы, полученной при коксовании»

4.6 Пек каменноугольный

Алюминиевая промышленность является основным потребителем электродного пека. В настоящее время, в основном, используется пек марки В по ГОСТ 10200. Метод получения пека марки В заключается в термоокислении пека, получаемого на стадии однократного испарения смолы, кислородом воздуха в кубах-реакторах до требуемых значений показателей качества. Известный метод усовершенствован ВУХИНом с целью получения пека марки В из слабопиролизованной смолы путем совместного окисления пека и каменноугольных масел с последующей термовыдержкой при температуре реакции.

Каменноугольным пеком называется остаток, получаемый при фракционировании каменноугольной смолы. Это продукт черного цвета, однородный по внешнему виду. Пек застывает в определенном температурном интервале в твердую хрупкую массу, имеет раковистый излом. Определенной температуры плавления и застывания он не имеет: плавится в температурном интервале. Плавление и затвердевание пека не сопровождается тепловым эффектом - он не имеет скрытой теплоты плавления. По своей химической природе каменноугольный пек представляет многокомпонентную смесь многоядерных углеводородов и гетероциклов, образующихся не только в процессе получения каменноугольной смолы при коксовании углей, но и при ее переработке в результате термической поликонденсации.
Соединения, входящие в состав пека могут быть разбиты на три группы:
) мальтены, или -вещества, растворимые в нейтральном эфире (смешанный раствор кристаллизующихся веществ, образующих вязкую маслообразную фазу);
) асфальтены, или -вещества, растворимые в толуоле, но нерастворимые в петралейном эфире (плавкое вещество черного цвета), эта часть может вытягиваться в нити;
) нерастворимый остаток, или -вещества, нерастворимые в толуоле (неплавкий и непластичный порошок черного цвета).
При температуре размягчения пека 63-70°С выход -составляющей части около 25%; -составляющей 41% и -составляющей 34% [7].
По физической природе каменноугольный пек представляет собой переохлажденную систему истинных и коллоидных растворов, в результате чего по своим свойствам он резко отличается от обычных твердых кристаллических веществ. Для пека характерен температурный интервал пластичности. Он определяется разностью двух условных температурных точек: температуры размягчения и температуры появления хрупкости. Этот интервал является важным техническим показателем, характеризующим пригодность пека для тех или иных процессов.
В зависимости от температуры размягчения пеки разделяются на: мягкие, средние и твердые.
Мягкие пеки имеют температуру размягчения 40-55°С (плотность 1286 кг/м3), средние 65-90°С (плотность 1290 кг/м3) и твердые 135-150°С (плотность 1320 кг/м3).
Отечественная коксохимическая промышленность выпускает пеки двух видов: среднетемпературные марки А, Б, В и высокотемпературный пек.
Пек является самым многотоннажным продуктом смолы. Пек, выходящий из нижней части испарителя второй ступени или отпарной колонны, имеет температуру выше 300°С. Выдача такого пека в открытую емкость недопустима, так как выделяющиеся при этом токсичные пары отравляют окружающую атмосферу и легко воспламеняются. Поэтому пек предварительно выдерживается несколько часов в закрытых емкостях-пекотушителях, где он охлаждается до 145-160°С. Охлажденный пек поступает на погрузку в жидком виде или на гранулирование.
Широкое распространение получил способ охлаждения расплавленного пека и его последующая грануляция под слоем воды на пластинчатом транспортере. Разливка пека осуществляется с помощью струйного питателя, представляющего собой емкость прямоугольного сечения с плоским днищем, в котором просверлено от 175 до 176 отверстий диаметром 8-10 мм.
Разливка, охлаждение, хранение и погрузка пека в железнодорожные вагоны осуществляется в пековом парке смолоперегонного цеха. Установка для охлаждения и грануляции среднетемпературного пека состоит из железобетонного бассейна с проточной водой, металлического пластинчатого транспортера, погруженного в воду, и питателя, через который горячий пек (с температурой 145-160°С) поступает на грануляцию при температуре не выше 31-32°С. Время пребывания пека в проточной воде около 4 мин. Охлажденный гранулированный среднетемпературный пек должен иметь влажность не более 2-3%.
Для совершенствования технологии разливки и охлаждения пека может применяться усовершенствованный струйный питатель, позволяющий регулировать расход разливаемого пека в зависимости от температуры его нагрева, в результате чего достигается тщательное охлаждение струй пека и получаемые гранулы полностью затвердевают. Длительная эксплуатация такого питателя на Донецком коксохимическом заводе показала достаточную эффективность охлаждения пека, значительное улучшение условий труда обслуживающего персонала. Большой интерес представляет использование грануляторов пленочного типа и специальных грануляционных аппаратов.
Для охлаждения пека могут использоваться холодильники испарительного охлаждения, напорные баки и горизонтальные (вертикальные) цилиндрические пекотушители.
Среднетемпературный пек характеризуется содержанием веществ, нерастворимых в толуоле (16-20%) и выходом летучих веществ (68-71%). Среднетемпературный пек находит широкое применение в цветной металлургии в качестве связующего в производстве электродных изделий и для производства пекового кокса (до 73% от общего его производства), для производства мягкой кровли, угольных брикетов, в черной металлургии, в производстве дорожного дегтя и в дорожном строительстве, в производстве лаков и т.д.
Среднетемпературный пек используется для производства высокотемпературного пека, производство которого осуществляется в пекоксовом цехе коксохимического завода. Этот цех состоит из отделения пекоподготовки, пекококсовых печей и отделения конденсации.
На заводах, располагающих установками для коксования высокотемпературного пека отсутствует грануляция среднетемпературного пека, так как горячий среднетемпературный пек из отделения ректификации смолы непосредственно передается в пекококсовый цех.
Для получения пека с температурой размягчения 140-150°С в коксохимической промышленности получил применение метод обработки среднетемпературного пека воздухом. Сущность метода заключается в накоплении продуктов уплотнения и в повышении температуры размягчения пека в результате дегидрирования и последующих процессов конденсации - полимеризации многокольчатых ароматических соединений, находящихся в пеке. На долю процессов конденсации - полимеризации приходится около 80%.
Частично количество продуктов уплотнения увеличивается, так как они концентрируются в высокоплавком пеке в результате дистилляции (удаление пековых дистиллятов). Воздух выполняет роль химического агента и служит средством для перемешивания.
Процесс окисления среднетемпературного пека протекает с выделением тепла, однако скорость его очень мала в начале окисления, особенно когда температура исходного пека ниже 300°С. Оптимальная температура, при которой начинают интенсивно протекать процессы конденсации и полимеризации пека, 340°С. Основными факторами процесса являются расход воздуха (на 1 кг пека), температура и продолжительность процесса.
Высокотемпературный пек получают по непрерывной схеме окисления сырья в специальных аппаратах реакторах, объединенных в технологическую цепь (последовательно соединенных по два или три).
На сегодняшний день такой метод нашел применение в смолоперегонном цехе «МАКЕЕВКОКСА». Получение пека марки В из слабопиролизованной смолы его термоуплотнением ( акцент в этом случае делается на поддержание температуры пека в кубе-реакторе) в пековых реакторах производится каскадным методом, что позволяет повышать время пребывания пека в реакторе, и соответственно, улучшает его характеристики: выход летучих веществ, α1- фракцию.
Исходным сырьем для получения высокотемпературного пека служат среднетемпературный пек и коксовая смола, образующаяся при коксовании высокотемпературного пека (и пековые дистилляты).
Выход высокотемпературного пека достигает 87-89%. Качество продукта характеризуется следующими данными:
температура размягчения 140-150°С,
выход веществ, нерастворимых в толуоле 45-50%;
выход летучих веществ 49-52%.
Выход пековых дистиллятов 10-13%.
Высокотемпературный пек является исходным сырьем для получения пекового кокса.