DE19703703B4

DE19703703B4 - Verfahren zur Produktion von geeignetem Pech zum Imprägnieren von Graphitelektroden für Lichtbogenöfen

Info

Publication number: DE19703703B4
Application number: DE19703703A
Authority: DE
Inventors: Harshraj Krishnarao Chati; Chandran Premalatha; Tilakraj Bhaskarrao Chahande; Jayanti Vinkata Sitarama Murty
Original assignee: Steel Authority of India Ltd
Current assignee: Steel Authority of India Ltd
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1997-01-21
Publication date: 2007-02-01
Anticipated expiration: 2017-01-22
Also published as: DE19703703A1

Abstract

Verfahren zur Produktion von geeignetem Pech zum Imprägnieren von Graphitelektroden für Lichtbogenöfen, nach dem höherwertiges Pech mit einem niedrigen Gehalt an chinolinunlöslichen Stoffen, d.h. weniger als 2 Masse%, einer nach 72 h Alterung bei 220°C erreichten Viskosität von 60–70 cP und einem Erweichungspunkt von 50–60°C (K & S) aus dem bei der Hochtemperaturverkokung von Kokereikoks zu Hüttenkoks erhaltenen Steinkohlenteer sehr kostengünstig hergestellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Verfahren folgende Schritte umfaßt:
(a) Erhitzen des dehydrierten Steinkohlenteers und der Teeröle, die Schweröle und Creosotöl enthalten, in getrennten Behältern auf eine Temperatur von 75–95°C;
(b) gründliches Mischen des erhitzten Teers und der erhitzten Öle in einem weiteren Behälter im Verhältnis von 40:60 bis 60:40 Masseteile;
(c) Umfüllen des Gemischs in einen Reaktor, wie er beispielsweise hier beschrieben wird, durch den Einfülltrichter (6) und Halten des Gemischs bei einer Temperatur von 70–90°C durch Verändern der Position des Brenners...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Produktion von geeignetem Pech zum Imprägnieren von Graphitelektroden für Lichtbogenöfen.
Die vorliegende Erfindung betrifft im besonderen ein Verfahren zur Produktion von Pech mit einem Gehalt an chinolinunlöslichen Stoffen von weniger als 2 Masse%, einer nach 72 h Alterung bei 220°C erreichten Viskosität von 60–70 cP und einem Erweichungspunkt von 50–70°C (K & S) aus bei der Hochtemperatur-Verkokung von Kokereikohle zu Hüttenkoks entstandenem Steinkohlenteer. Das nach dem bestehenden Verfahren aus Steinkohlenteer hergestellte Pech besitzt einen höheren Gehalt an chinolinunlöslichen Stoffen von 7–11 und eine höhere Viskosität nach Alterung von über 140 cP und erweist sich deshalb zum Imprägnieren von Graphitelektroden als ungeeignet, da es den Elektroden nicht die erforderlichen Eigenschaften verleiht, wie beispielsweise geringe Reaktionsfähigkeit, geringe Porosität und niedrigen spezifischen Widerstand, weist bei der Imprägniertemperatur eine beträchtliche Oberflächenspannung auf, kann die Oberflächen der Elektroden nicht entsprechend benetzen und ergibt keinen ausreichend großen Koksrückstand nach der Graphitisierung der Elektroden.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Produktion von Pech bereitzustellen, das einen verringerten Gehalt an chinolinunlöslichen Stoffen von weniger als 2 Masse%, eine Viskosität nach Alterung von 50–70 cP und einen Erweichungspunkt von 50–70°C (K & S) aufweist und sich zum Imprägnieren von Graphitelektroden als geeignet erwiesen hat.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu liefern, nach dem höherwertiges Pech hergestellt werden kann.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein sehr kostengünstiges Verfahren bereitzustellen.

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt im wesentlichen folgende Schritte:

(a) Mischen von dehydriertem Steinkohlenteer, der bei der Hochtemperaturverkokung von Kokereikohle zu Hüttenkoks entstanden ist, und Teerölen, die Schweröle und Creosotöl enthalten;
(b) Erhitzen des Gemischs auf eine Temperatur von 75–95°C;
(c) Absetzen- und Ausfällenlassen der chinolinunlöslichen Stoffe am Boden des Gemischs durch Halten des Gemischs bei dieser Temperatur für ein ausreichend lange Zeit;
(d) Ablassen des an chinolinunlöslichen Stoffen reichen unteren Teils des Gemischs; und
(e) Destillieren des an chinolinunlöslichen Stoffen armen oberen Teils des Gemischs, um den Rückstand als zum Imprägnieren von Graphitelektroden geeignetem Pech zu erhalten.

Die Erfindung bietet damit ein Verfahren zur Produktion von geeignetem Pech zum Imprägnieren von Graphitelektroden für Lichtbogenöfen, nach dem höherwertiges Pech mit einem niedrigen Gehalt an chinolinunlöslichen Stoffen, d.h. weniger als 2 Masse%, mit einer nach 72 h Alterung bei 220°C erreichten Viskosität von 60–70 cP und einem Erweichungspunkt von 50–60°C (K & S) aus dem bei der Hochtemperaturverkokung von Kokereikoks zu Hüttenkoks entstandenen Steinkohlenteer sehr kostengünstig hergestellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Verfahren folgende Schritte umfaßt:

(a) Erhitzen des dehydrierten Steinkohlenteers und der Teeröle, die Schweröle und Creosotöl enthalten, in getrennten Behältern auf eine Temperatur von 75–95°C;
(b) gründliches Mischen des erhitzten Teers und der erhitzten Öle in einem weiteren Behälter im Verhältnis von 40:60 bis 60:40 Masseteile;
(c) Umfüllen des Gemischs in einen Reaktor, wie er beispielsweise hier beschrieben wird, durch den Einfülltrichter und Halten des Gemischs bei einer Temperatur von 70–90°C durch Verändern der Position des Brenners am Boden des Reaktors;
(d) Absetzen- und Ausfällenlassen von chinolinunlöslichen Stoffen am Boden des Reaktors über einen Zeitraum von 12–24 h;
(e) Ablassen des an chinolinunlöslichen Stoffen reichen unteren Teils des Gemischs, der 25–35% der Gesamtmenge des Gemischs ausmacht, über ein Ablaßventil;
(f) Umfüllen des an chinolinunlöslichen Stoffen armen übrigen Gemischs in eine herkömmliche Steinkohlenteer-Destillationsanlage mit geringfügigen Modifizierungen;
(g) Destillieren des Gemischs bei einer Temperatur von bis zu 330–360°C; und
(h) Auffangen des Rückstands als zum Imprägnieren von Graphitelektroden geeignetem Pech.

Die Erfindung wird ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und im besonderen nur an einem Beispiel beschrieben, ohne daß dadurch der Schutzumfang der Erfindung in irgendeiner Weise eingeschränkt wird.

In den Zeichnungen zeigen:

1 die Skizze eines Reaktorprototyps, der für die Durchführung verschiedener Versuche zur Optimierung der kritischen Parameter des erfindungsgemäßen Verfahrens entwickelt und gebaut wurde.

In 1 besteht der Reaktor aus einem Mantelbehälter (1) mit einer Wasserzuführungsleitung (2) und einer Wasserablaufleitung (3) für den Wasser (5) enthaltenden Mantel (4). Am Reaktor befindet sich oben ein Einfülltrichter (6) für die Zuführung eines vorgewärmten Gemischs aus dehydriertem Steinkohlenteer und Teerölen in den Reaktor. Ein Ablaßventil (7) ist am Boden des Reaktors zum Ablassen des an chinolinunlöslichen Stoffen reichen Teils des Gemischs nach Ablauf eines für das Ausfällen und Absetzen der chinolinunlöslichen Stoffe im Reaktor vorher festgelegten Zeitraums vorgesehen. Außen ist ein Brenner (8) zum Heizen des Reaktors angebracht, um die Temperatur des Gemischs (9) im Reaktor durch den Ausgleich des Wärmeverlusts im Reaktor bei einem vorher festgelegten Wert zu halten, ohne daß dabei jedoch das Gemisch während des Ausfällens und Absetzens der chinolinunlöslichen Stoffe im Reaktor beeinträchtigt wird. Ein Thermometer (10) wird zur Messung der Temperatur in das Gemisch eingeführt. Zur Regulierung der Temperatur des Gemischs kann die Position des Brenners am konischen Boden (11) des Reaktors verändert werden. Der obere Teil (12) des Reaktors ist zylindrisch mit einem Verhältnis zwischen Höhe und Innendurchmesser von 1:1,2. Das Verhältnis zwischen der Höhe des zylindrischen oberen Teils und der größten Tiefe des konischen Bodens beträgt 1:3,4.

Es wurden umfangreiche Versuche unter Verwendung des Reaktors (1) zur Optimierung folgender drei kritischer Parameter des Verfahrens durchgeführt:

(i) Verhältnis (Masseteile/Masseteile) zwischen dem dehydrierten Steinkohlenteer und den Teerölen im Gemisch;
(ii) die Temperatur des Gemischs, die während des Absetzens und Ausfällens der chinolinunlöslichen Stoffe aufrechtzuerhalten ist;
(iii) Zeit, die für das Absetzen und Ausfällen der chinolinunlöslichen Stoffe vorzusehen ist.

Ein typisches Beispiel der durchgeführten Versuche wird im folgenden beschrieben: 5 kg dehydrierter Steinkohlenteer und 5 kg Teeröle werden getrennt in zwei Kübeln auf eine Temperatur von 85°C erhitzt, in einen dritten Kübel umgefüllt und gemischt und durch Umrühren des Gemischs bei einer Temperatur von 80°C gehalten. Das Gemisch wird anschließend durch den Einfülltrichter (6) in den Reaktor gefüllt. Der Brenner (8) wird in eine geeignete Stellung gebracht, um die Temperatur des Gemischs (9) im Reaktor bei 80°C zu halten. Nach 16 h Absetzen- und Ausfällenlassen der chinolinunlöslichen Stoffe am Boden des Reaktors wird der an chinolinunlöslichen Stoffen reiche untere Teil des Gemischs, der etwa 30% der Gesamtmenge des Gemischs ausmacht, am Boden gesammelt, über das Ablaßventil (7) abgelassen und der an chinolinunlöslichen Stoffen arme obere Teil des Gemischs, der etwa 70% der Gesamtmenge des Gemischs ausmacht, in einer bekannten Destillationskolonne bei einer Temperatur bis zu 340–350°C destilliert. Der nach Abschluß der Destillation zurückbleibende Rest ist das Pech, das weniger als 2% chinolinunlösliche Stoffe enthält, nach 72 h Alterung bei 220°C eine Viskosität von 60–70 cP und einen Erweichungspunkt von 50–70°C (K & S) aufweist und sich zum Imprägnieren von Graphitelektroden als geeignet erweist.
Typische Ergebnisse der durchgeführten Versuche sind in den Tabellen 1 bis 3 angegeben.
Tabelle 1 zeigt den Einfluß einer Verringerung des Mischungsverhältnisses zwischen Steinkohlenteer und Teerölen im Gemisch auf den Gehalt an chinolinunlöslichen Stoffen des an chinolinunlöslichen Stoffen armen Teils des Gemischs nach 4 h Absetzen- und Aus fällenlassen der chinolinunlöslichen Stoffe. Es ist festzustellen, daß die Verringerung des Gehalts an chinolinunlöslichen Stoffen im an chinolinunlöslichen Stoffen armen Teil des Gemischs bei einem kleineren Mischungsverhältnis zwischen Steinkohlenteer und Teerölen im Gemisch, d.h. bei 30:70 stärker ausgeprägt ist.
Aufgrund der Betriebsprobleme, die sich durch schnelles Verdampfen der Teeröle während der anschließenden Destillation des an chinolinunlöslichen Stoffen armen Teils des Gemischs dann ergeben, wenn ein Mischungsverhältnis zwischen Steinkohlenteer und Teerölen weit unter 50:50 Anwendung findet, wird dieses Verhältnis mit 50:50 optimiert.
Der Einfluß der Temperatur des Gemischs aus Steinkohlenteer und Teerölen im Reaktor auf die Verringerung des Gehalts an chinolinunlöslichen Stoffen im an chinolinunlöslichen Stoffen armen Teils des Gemischs wird in der Tabelle 2 gezeigt, aus der zu entnehmen ist, daß die Verringerung des Gehalts an chinolinunlöslichen Stoffen bei einer höheren Temperatur größer ist.
Tabelle 3 zeigt den Einfluß der Zeit, die für das Absetzen und Ausfällen der chinolinunlöslichen Stoffe im Reaktor vorgesehen wird. Es ist festzustellen, daß die Verringerung des Gehalts an chinolinunlöslichen Stoffen im an chinolinunlöslichen Stoffen armen Teil des Gemischs bei einer längeren Absetz- und Ausfälldauer größer ist.
Die herkömmliche Steinkohlenteer-Destillationsanlage zur Produktion von Pech mit einem relativ hohen Gehalt an chinolinunlöslichen Stoffen kann nach geringfügigen Modifizierungen zur industriemäßigen Produktion von Pech nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden.
Da Pech Teer mit niedrigem Gehalt an chinolinunlöslichen Stoffen, niedriger Viskosität und niedrigem Erweichungspunkt, das sich zum Imprägnieren von Graphitelektroden eignet, ein recht hochwertiges Produkt darstellt und die vorhandene Destillationsanlage für Steinkohlenteer mit geringen Investitionen für Modifizierungen genutzt werden kann, bietet die Erfindung ein äußerst kostengünstiges Verfahren zur Produktion von Pech mit Imprägniereigenschaften. TABELLE 1
TABELLE 2
TABELLE 3

Claims

Verfahren zur Produktion von geeignetem Pech zum Imprägnieren von Graphitelektroden für Lichtbogenöfen, nach dem höherwertiges Pech mit einem niedrigen Gehalt an chinolinunlöslichen Stoffen, d.h. weniger als 2 Masse%, einer nach 72 h Alterung bei 220°C erreichten Viskosität von 60–70 cP und einem Erweichungspunkt von 50–60°C (K & S) aus dem bei der Hochtemperaturverkokung von Kokereikoks zu Hüttenkoks erhaltenen Steinkohlenteer sehr kostengünstig hergestellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Verfahren folgende Schritte umfaßt: (a) Erhitzen des dehydrierten Steinkohlenteers und der Teeröle, die Schweröle und Creosotöl enthalten, in getrennten Behältern auf eine Temperatur von 75–95°C; (b) gründliches Mischen des erhitzten Teers und der erhitzten Öle in einem weiteren Behälter im Verhältnis von 40:60 bis 60:40 Masseteile; (c) Umfüllen des Gemischs in einen Reaktor, wie er beispielsweise hier beschrieben wird, durch den Einfülltrichter (6) und Halten des Gemischs bei einer Temperatur von 70–90°C durch Verändern der Position des Brenners (8) am Boden (11) des Reaktors; (d) Absetzen- und Ausfällenlassen von chinolinunlöslichen Stoffen am Boden (11) des Reaktors über einen Zeitraum von 12–24 h; (e) Ablassen des an chinolinunlöslichen Stoffen reichen unteren Teils des Gemischs, der 25–35% der Gesamtmenge des Gemischs ausmacht, über ein Ablaßventil (7); (f) Umfüllen des an chinolinunlöslichen Stoffen armen übrigen Gemischs in eine herkömmliche Steinkohlenteer-Destillationsanlage mit geringfügigen Modifizierungen; (g) Destillieren des Gemischs bei einer Temperatur von bis zu 330–360°C; und (h) Auffangen des Rückstands als zum Imprägnieren von Graphitelektroden geeignetem Pech.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teer und die Öle auf eine Temperatur von 80–90°C erhitzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Teer und die Öle in einem Mischungsverhältnis von 50:50 Masseteilen gemischt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Gemischs im Reaktor bei 30°C gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorsehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Absetzen und Ausfällen der chinolinunlöslichen Stoffe am Boden des Reaktors vorgesehene Zeit 16–20 h beträgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der an chinolinunlöslichen Stoffen reiche Teil des Gemisches, der aus dem unteren Teil des Raeaktors abgelassen wird, 30% der Gesamtmenge des Gemischs darstellt.
Verwendung von Pech, das nach dem vorstehenden Verfahren hergestellt worden ist, zur Imprägnierung von Graphitelektroden.