Подготовка каменноугольного пека на ВгАЗе.

Технологический режим пекоподготовки и вовлечения технологического пека в производство осуществляется в соответствие со следующими требованиями:

.

Поступающий на завод пек по составу и свойствам еще не отвечает всем требованиям технологии. В нем содержатся влага и легкокипящие вещества, которые вызывают его вспучивание, а также нестабильны многие характеристики. Для устранения указанных недостатков пек подвергают термостатированию (выдержке) при температурах 190-205ºС.

В гранулированном пеке влага присутствует в виде капель на гранулах и в распыленном виде. В пеке, поступающем в жидком виде в термоцистернах, влага практически отсутствует или ее доля очень мала. Избыточная влага в пеке вызывает его вспенивание. Распыленная вода отделяется только в результате выдержки пека при температурах выше 130ºС. Наибольшее удаление влаги после расплавления гранулированного пека происходит за первые сутки выдержки. Практически полное обезвоживание гранулированного пека достигается на 3-4 сутки выдержки, поверхность пека становится «зеркальной».

В ходе термостатирования пека происходит дистилляция наиболее легкокипящих (летучих) фракций (смол, масел, простейших углеводородов), а так же частичное удаление водорода за счет реакций окисления и поликонденсации углеводородов. Удаление летучих веществ необходимо с точки зрения снижения пористости анода и уплотнения его структуры. Использование пека с повышенной вспучиваемостью недопустимо, так как приводит к вспениванию массы при ее использовании в аноде. Полученный из такой массы анод обладает повышенной пористостью, низкой механической прочностью, легко окисляется и осыпается при электролизе.

Температура размягчения определяет такой показатель, как вязкость поступающего в производство пека, от которой, в свою очередь, зависит выбор температурного режима процесса смешения анодной массы и ее пластические свойства. В ходе термостатирования на складах пек претерпевает воздействие температуры и кислорода воздуха в реакциях окисления. В процессе термостатирования, при температурах 190-200⁰С, значение температуры размягчения повышается в среднем на 1-1,5⁰С в течение 4-5 суток. Повышение температуры размягчения пека в процессе термостатирования не должно приводить к чрезмерному увеличению вязкости пека. Поэтому в зависимости от исходного значения этого показателя время хранения пека на пекоскладе необходимо ограничивать. Если есть необходимость длительного хранения пека в жидком виде, то температуру следует понизить на 50-60ºС. В таком виде пек может храниться до 4 месяцев. Кроме этого установлено, что гранулированный пек, хранившийся на открытой площадке более 6 месяцев, под действием осадков и солнечного облучения становится непригодным для производства. Окисляемость и осыпаемость анодной массы из такого пека возрастают.

Целью технологического процесса подготовки пека для производства электродной массы является:

- удаление влаги и легколетучих веществ;

- стабилизация физико-химических свойств пека;

- обеспечение температурного режима технологического пека, подаваемого на смешение.

Гранулированный пек перерабатывается в жидкое состояние на автоматизированном участке по приёму и переработке гранулированного пека «Оникс». Загрузка гранулированного пека производится из «биг-бегов» в дозирующий бункер, затем с помощью шнекового транспортёра в накопительный бункер и, путём открывания шибера, в пекоплавитель.

Расплавленный пек, поступающий на завод в термоцистернах, во время транспортировки, как правило, охлаждается до температуры, при которой невозможен его слив, поэтому термоцистерны направляют на посты разогрева. Пек, разогретый до температуры 190-200°С, перекачивается из термоцистерн в резервуары «Оникс». Слив пека из термоцистерн производят на одном из двух устройств слива, работающих по принципу передавливания рабочей среды избыточным давлением не более 0,6 атм из цистерн в резервуары.

Из термоцистерн и участка по переработке гранулированного пека жидкий пек перекачивается шестеренчатыми насосами в резервуары электрообогреваемого склада пека «Оникс». В зависимости от поставок пека на завод, технических возможностей емкостей склада и натурных остатков, выбирается один из способов загрузки пека в емкости: слив только предварительно расплавленного гранулированного пека; слив только жидкого пека из термоцистерн до заполнения резервуара; разгрузка пеков в смеси, по следующей схеме - предварительно расплавленный гранулированный пек разгружается в накопительный резервуар и туда же производится слив жидкого пека из термоцистерн. Технологический режим пекоподготовки и порядок вовлечения технологического пека в производство определяются требованиями.

Готовый пек насосными станциями подается в расходные баки стабилизации пека, которые служат для стабилизации температурного режима, а также уровня пека перед дозированием. Необходимая температура пека в баках стабилизации перед вовлечением в производство поддерживается через линию подачи высокоорганическим теплоносителем. Из баков стабилизации пек распределяется через дозаторы на смесители.

Режимы работы (температурные уставки нагревателей резервуаров, секций обогрева пекопроводов, электрообогреваемых кранов пека, насосов пека, обогреваемых органическим теплоносителем баков стабилизации) устанавливаются с целью обеспечения температуры технологического пека для вовлечения в производство, в соответствии с регламентируемыми требованиями

Тема 2.2 Термопрепарирование пека и контроль качества

Термоприпарирование это выдержка пека при определенной температуре и времени В ходе термостатирования на складах пек претерпевает заметное влияние температуры и кислорода воздуха (старение пека). Продолжительность термостатирования зависит от содержания в нем влаги, летучих, способа транспортировки и др. факторов.

Влага содержится в пеке двух видов: капельно-жидкая и тонко распыленная. Капли воды присутствуют на поверхности гранул и кусков пека и легко удаляются уже при его расплавлении. Распыленная вода отделяется только в результате выдержки пека при 13О—150⁰С; она наиболее вредна, так как вызывает вспенивание пека и образование пористой, механически слабой структуры анода. В исходном пеке содержится 1—5 % влаги. Наибольшее удаление влаги в пеке происходит за первые сутки выдержки при 130—150⁰С, а после двух суток содержание влаги, как правило, снижается до установленной ГОСТом нормы 0,2 %. Практически полное обезвоживание пека достигается на третьи-четвертые сутки выдержки.

При поступлении пека в жидком виде влага в нем практически отсутствует, и обезвоживания его не требуется.

Летучие. для основных марок пека содержание летучих определяется ГОСТом в пределах 53—63 %. В ходе подготовки пека происходит удаление части наиболее легкокипящих фракций (легких смол и масел, ряда простейших углеводородов), а также частичное удаление водорода в элементарном и связанном состоянии.

Снижение содержания летучих в процессе подготовки пека следует расценивать как положительное явление улучшается качество верха анодов так как при этом удаляется ненужная часть связующего, которая все равно будет потеряна в жидкой части анода или при обжиге «зеленого» анода, только при этом вредные вещества попадут в атмосферу цеха.

Время выдержки пека на складе должно быть таким, чтобы содержание летучих уменьшилось до установленного предела, но не снизилось меньше минимума.

Вспучиваемость. Полнота удаления влаги и низкокипящих франций может быть установлена исследованием пека на вспучиваемость — способность пека увеличиваться в объеме при нагревании. Метод исследования заключается в следующем. В металлическую кружку помещают мелкодробленый пек и медленно нагревают. Под действием отходящих паров и газообразвых продуктов, образующихся при нагревании пека, он увеличивается в объеме и вспенивается. При допустимом содержании влаги и легких фракций вспучаваемость пека не превышает 10—15 %; вспучиваемость “сырого” пека достигает 100 %, а иногда и более.

Анализ на вспучиваемость очень важен, так как позволяет определить, готов пек для производства или требуется дальнейшая его доводка. Большое значение придают этому анализу зарубежные специалисты; в частности, на заводах фирмы “Пешине” (Франция). По их утверждению, этот анализ позволяет сразу же выделить плохой пек.

Практика показывает, что вспучиваемость пека, отвечающего требовавиям ГОСТа, достигает нормы уже на вторые- третьи сутки выдержки при IЗО-I4О^оС. Использование пека с повышенной вспучиваемостью недопустимо, так как приводит к вспениванию массы при загрузке ее в аноды, вытеканию ее через борт, прорывам при перестановке штырей. Спеченный из такой массы анод обладает повышенной пористостью, низкой механической прочностью, легко окисляется и осыпается при электролизе. «Зеленные» аноды при обжиге с повышенной вспучиваемостью деформируются.

Плотность. Удаление влаги и легких фракций приводит к росту истинной плотности связующего, которая достигает на третьи-четвертые сутки выдержки 1,28—1,31 г/см³.

Плотность пека при этом возрастает. Чем выше температура выдержки века, тем больше рост его плотности.

Температура размягчения. В ходе подготовки связующего происходит заметный рост температуры его размягчения. Повышение температуры размягчения пека следует считать положительным фактором, однако оно не должно превышать верхнего допустимого предела, так как это затруднит его транспортирование и смешение с коксом. Время хранения пека должна быть ограниченно 5-6суток, т.к рост температуры размягчения, особенно для гранулированных пеков составляет 4-5⁰С за первые 4 сутки. Для длительного хранения пека необходимо снизить температуру выдержки на 50-60⁰С.

Дневной темп роста температуры размягчения пека составляет от 0,3до 0,5⁰С/сут., в зависимости от температуры хранения с ростом температуры хранения темп роста увеличивается.

Температура размягчения определяется методом «кольца» и стержня.

Коксовый остаток пека — это процентное содержание кокса, образованного при медленном спекании королька пека в условиях, исключающих его окисление кислородом воздуха (в нейтральной атмосфере — азота, аргона и др. или в восстановительной атмосфере в коксовой засыпке, куда помещается тигель с пеком). В зависимости от скорости нагрева навески абсолютная величина коксового остатка может составлять 45—55 %. Росту коксового остатка способствуют удаление влаги и летучих, повышение температуры размягчения и плотности пека, т.е. все важнейшие изменения в процессе подготовки пека.

Рост коксуемости пека в ходе подготовки связующего исключительно благоприятно влияет на качество анодной массы. При спекании анодной массы рост коксового остатка способствует уплотнению структуры электрода, уменьшению его пористости и электрического сопротивления, увеличению механической прочности. Окисляемость и осыпаемость электрода также уменьшается.

Вязкость пека должна быть высокой для поддерживания анодной массой стабильного запорного слоя по верху анода, при этом температуры нагрева кокса, пека и смешивания необходимо увеличить. Вязкость связующего должна быть невысокой, чтобы не затруднялась переработка пека (перекачка, дозирование, смешение), равномерно смачивались и пропитывались зерна коксовой шихты. Однако большая жидкотекучесть пека также недопустима, так как это свидетельствует о низких свойствах его как связующего, а в анодах электролизеров приводит к расслаиванию жидкой фазы, прорывам пека при перестановке штырей. Вязкость пеков сильно уменьшается с повышением температуры.

В ходе выдержки при высокой температуре в результате отгонки легких фракций и уплотнения структуры вещества пека вязкость его существенно возрастает. Для пеков с повышенной температурой размягчения необходима значительно большая температура перегрева, чтобы обеспечить нормальную вязкость.

Групповой состав. Пек можно подразделить на группы: α₁- карбоиды, α ₂ -карбены, β-асфальтены и γ- мальтены, Вещества всех групп могут последовательно превращаться под действием повышенной температуры и кислорода воздуха. Мальтены превращаются в асфальтены, а асфальтены в карбены В процессе подготовки связующего содержание в нем альфа-фракции в результате этих превращений возрастает на 1,5—2 %, а содержание двух других фракций соответственно уменьшается.

Следует знать, что асфальтены при длительном хранении пека медленно, а на свету быстрее, переходят в карбены,, а качество пека как связующего при этом существенно снижается, В промьшленных условиях установлено, что пек, хранившийся на открытой площадке более шести месяцев, становится непригодным для производства. Окисляемость и осыпаемость анодной массы из такого пека возрастает в 2—З раза против допустимой.

Фракционный состав. Если каменноугольный пек медленно нагревать до З6О-4ОО^оС, то из его массы будут выделяться летучие вещества, причем в каждом температурном интервале состав и количество летучих (отгоняювщхся) веществ будут разными. Если эти вещества улавливать и отбирать в определенных температуркых границах (например, 260—300, 300—340 и З4О-З8О^оС), то их можно разделить на так называемые фракции. Те из них, которые отгоняются при сравнительно низких температурах, носят название низкотемпературных фракций. По мере повышения температуры отгоняются все более высококипящие фракции.

Фракционный анализ пеков очень важен, так как позволяет установить, какая часть пека потеряется при спекании анода, не приняв участие в процессе коксования. Чем больше в пеке содержится низкотемпературных фракций, тем менее устойчив его состав, больше потерь при спекании анода и хуже его качество. По данным советских и зарубежных исследователей, а также по практическим данным, считается, что суммарное содержание в пеке фракций, отгоняющихся до 36О^оС, не должно превышать 5—6 %.

Представляет интерес исследование термической стойкости пеков, те. способности пеков сохранять полезные свойства при длительном термическом воздействии. Образование непрерывного анода длится очень долго, 80—90 сут, из которых 20—25 сут проходит превращения сырая масса. За это время в составе пека происходят значительные изменения. Метод испытания пека на термическую стойкость заключается в следующем. Пек медленно (1⁰С в минуту) нагревают до 350—400⁰С, т.е. до момента начала коксования, и дают выдержку 4—5 сут. После этого его подвергают детальному анализу на групповой и фракционный состав, температуру размягчения и др. Те пеки, которые в наибольшей степени сохраняют свои первоначальные свойства, обладают высокой термической устойчивостью. Такие пеки дают хорошие результаты на промышленных электролизерах, что нельзя сказать о пеках с низкой термической устойчивостью. В любом случае термическая устойчивость пека может быть повышена, если на предприятии организована рациональная схема пекоподготовки (оптимальные температура и длительность препарирования, надежные внутренние коммуникации и ритмичная работа отделения).

Функционнальные группы В процессе подготовки пека в его составе происходит также изменение концентрации поверхностно-активных химических соединений или так называемых функциональных групп. При смещении массы функциональные групны пека формируют химические связи с поверхностью коксовых частиц, что существенно влияет на конечное качество анодной массы. Лабораторные исследования показывают, что наиболее благоприятное для качества анодной массы соотношение различных типов функциональных групп наступает после 3—4 сут выдержки пека.

В целом промышленные данные показывают, что лучшими свойствами обладает пек, выдержанный в течение 3—4 сут (или 2 сут при поступлении его в жидком вице).

При этом времени выдержки отмечается наибольшая величина коксового остатка, отсутствие влаги, наиболее благоприятное соотношение функциональных групп, группового состава и др. Анодная масса на основе пека после термостатирования имеет наименьшие окисляемость, осыпаемость, пористость; механическая прочность, электропроводность, плотность, напротив, максимально высоки. Следует, однако, иметь в виду, что длительность выдержки может быть несколько (до 1—1,5 сут) увеличена или уменьшена в зависимости от исходных свойств пека. Но при выдержке 7—9 сут свойства пека становятся неудовлетворительными в любом случае, поэтому передержки пека при его подготовке недопустимы.