PL112436B1 - Preparation of stock charge for manufacturing of electrode coke - Google Patents

Description

Opis patentowy opublikowano: 15. 01.1982 i 112436 Int. Cl.2 C10B 57/08 .CiY lELNIAl U"fdo Patentowego 1 f . «| li!civmnii:i| ludnil 1 Twórcy wynalazku: Tadeusz Kapcia, Wlodzimierz Montewski, Edward Peschak Uprawniony z patentu: Instytut Technologii Nafty, Kraków (Polska) Sposób przygotowania wsadu surowcowego do wytwarzania koksu elektrodowego Wynalazek dotyczy sposobu przygotowania wsa¬ du surowcowego bedacego mieszanina produktów petro i karbochemicznych, przydatnego do wytwa¬ rzania koksu elektrodowego stosowanego w produ¬ kcji róznego rodzaju wyrobów dla przemyslu elek¬ trodowego, hutniczego, elektrotechnicznego i alu¬ miniowego. Wynalazek dotyczy' szczególnie zasto¬ sowania skladnika karbochemicznego, jakim jest surowa smola koksownicza z wegla kamiennego.Surowa smola koksownicza otrzymywana w pro¬ cesie koksowania wegla nie nadaje sie zarówno sa¬ ma jak i jako skladnik mieszanki petro-karboche- micznej do produkcji koksu eletrodowego stosowa¬ nego do wyrobu elektrod zwlaszcza tzw. wysoko- -intensywnych dla hutnictwa zelaza i stali. Koks ten wytwarzany jest z odpowiednio przygotowanych su¬ rowców pochodzenia naftowego, karbochemicznego, lub z mieszaniny tych surowGÓw. Odznacza sie on specjalnymi wlasnosciami .strukturalnymi i duza podatnoscia na grafityzacje. Zawiera ponizej 1% wagowych siarki, bardzo malo popiolu i posiada maly wspólczynnik rozszerzalnosci cieplnej po gra- fityzacji. Koks ten zwany iglowym nadaje sie spe¬ cjalnie do produkcji elektrod o srednicy powyzej 600 mm i dlugosci do 2,5 m, które przenosza zmien¬ ne i duze obciazenia pradowe do 30 A/mm2. Nie¬ przydatnosc surowej smoly koksowniczej do pro¬ dukcji dobrej jakosci koksu elektrodowego spowo¬ dowana jest wlasnosciami Teologicznymi objawia¬ jacymi sie w nieodpowiednim skladzie grupowym. 10 15 20 25 30 Smoly surowe posiadaja duza zawartosc skladni¬ ków niegrafityzujacych, nierozpuszczalnych w chi¬ nolinie a 2 wobec niewielkiej ilosci skladników nie¬ rozpuszczalnych w acetonie, lecz rozpuszczalnych w chinolinie (cti+(3). Skladniki te niegrafityzujace, utrudniaja prawidlowy przebieg procesu koksowa¬ nia i wytwarzania w koksie struktury anizotropo¬ wej po kalcynacji i grafityzacji. Sa one równiez przyczyna powaznego zmniejszenie zdolnosci koksu do grafityzacji. Z tych tez powodów warunkiem przydatnosci smoly koksowniczej jako surowca wzgl. jako skladnika surowca dla produkcji koksu elek¬ trodowego o dobrej jakosci jest usuniecie z niej skladników niegrafityzujacych.Sposób oczyszczania smoly koksowniczej z sub¬ stancji niegrafityzujacych znany jest jedynie z opi¬ sów patentowych. Zgodnie z jednym z opisów smo¬ le miesza sie z 5—50% wagowych oleju smolowego i przez odwirowanie lub odfiltrowanie oddziela sia skladniki stale nierozpuszczalne w oleju a nastep¬ nie oddestylowuje sie dodany olej z fazy olejowej.Sposób ten posiada kilka niedogodnosci, z których wymienic nalezy niska wydajnosc operacji wiro¬ wania lub filtrowania oraz trudnosci techniczne zwiazane z koniecznoscia prowadzenia wymienio¬ nych operacji w stosunkowo wysokiej temperatu¬ rze.Inny sposób oczyszczania smoly z substancji trudno grafityzujacych polega na rozdziale smoly za pomoca niskowrzacych rozpuszczalników organicz- 112 436112 436 nych jak benzen, benzyny, aceton lub ich mieszanin, dodawanych do smoly w stosunku wagowym 3—10 : : 1, korzystnie 7 :1, z nastepnym mechanicznym — droga wirowania lub filtracji — oddzieleniem fazy olejowo-rozpuszczalnikowej od nierozpuszczalnej i oddestylowaniem z obu faz rozpuszczalnika. Nie¬ dogodnoscia podanego sposobu jest mala efektyw¬ nosc operacji wirowania wzgl. filtracji i koniecz¬ nosc oddestylowania duzych ilosci rozpuszczalni¬ ka.Wedlug innych sposobów smole albo pak weglo¬ wy poddaje sie obróbce cieplnej pod cisnieniem 0—980 kPa w temperaturze 350—390°C, po czym sub¬ stancje nierozpuszczalne w chinolinie odsacza sie przez'filtr zatrzymujacy czastki o wymiarach 5 —10'10-3 mm. Wyodrebnianie substancji nieroz¬ puszczalnych z mieszaniny o wysokiej lepkosci jest procesem bardzo uciazliwym i trudnym i wymaga fówniez" stosowania duzych ilosci rozpuszczalników.Równiez trudnym problemem jest zatykanie sie fil¬ trów, trudnosci utrzymania ciaglej pracy wirówek oraz zanieczyszczenie urzadzen lepkimi smolowy¬ mi substancjami.Regeneracja rozpuszczalników wymagana w opi¬ sanych wyzej sposobach prowadzona jest w stosun¬ kowo wysokich temperaturach, co jest powazna nie¬ dogodnoscia, gdyz w tej operacji, podobnie jak pod¬ czas destylacji surowej smoly, zachodza w piecu rurowym niekorzystne reakcje krakingu, które po¬ woduja przyrost skladników nierozpuszczalnych w ehinolnie (aa) powodujacych nieprzydatnosc oczy¬ szczonej juz smoly do produkcji wysoko-jakoscio- wych koksów elektrodowych. Z podanych wyzej powodów przytoczone sposoby oczyszczania smoly moga byc sitosowane jedynie w skali laboratoryjnej.Sposób przygotowania smoly koksowniczej jako su¬ rowca wsadowego wzgl. jako skladnika wsadu su¬ rowcowego przydatnego dla wytwarzania wysoko- jakosciowego koksu elektrodowego, wedlug wyna¬ lazku, polega na usunieciu ze smoly koksowniczej substancji niegrafityzujacyeh przez wydzielenie z niej frakcji olejowych na drodze ekstrakcji cie¬ czowej przy pomocy benzyny o zakresie wrzenia 80—120°C uzyskiwanej w procesie komorowego ko¬ ksowania oraz na regeneracji rozpuszczalnika z tej frakcji olejowej w kolumnie odpedowej instalacji komorowego koksowania przy wykorzystaniu cie¬ pla par i gazów otrzymywanych z komór koksowni¬ czych w czasie koksowania w/w wsadu. Benzyna o zakresie wrzenia od 80—120°C zawiera w sobie weglowodory aromatyczne i alifatyczne w takim stosunku, ze dzialajac nia na smole powoduje wy¬ tracanie substancji niegrafityzujacych w fazie paku miekkiego nierozpuszczalnego w stosowanym roz¬ puszczalniku. Proces ekstracji cieczowej prowadzi sie w temperaturze 60—100°C pod cisnieniem 0,1 —0,6 MPa. Stosunek wagowy podawanego rozpu¬ szczalnika do smoly wynosi (0,5—3) : 1.Celem wynalazku jest rozwiazanie techniczne umozliwiajace w sposób prosty i ekonomiczny przy¬ gotowanie surowca karbochemicznego, jakim jest smola koksownicza do produkcji, z niej samej lub w mieszaninie z surowcami petrochemicznymi, wy- sokojakosciowego koksu elektrodowego przy rów¬ noczesnym maksymalnym wykorzystaniu urzadzen komorowego koksowania, w którym prowadzone bedzie wytwarzanie tego koksu. Sposób przygoto¬ wania smoly wg wynalazku ilustruje rys. 1. Smola koksownicza surowa podawana jest do ekstrak- 5 tora 1, do którego równoczesnie wprowadzana jest benzyna o zakresie wrzenia 80—120°C. W wyniku ekstrakcji cieczowej z czesci odstojnikowej ekstrak- tora odplywa faza rafinatowa skladajaca sie z roz¬ tworu czesci olejowych smoly w benzynie oraz io z dolu wytracony miekki pak nierozpuszczalny w stosowanym rozpuszczalniku zawierajacy czesci niegrafityzujace. Faza rafinatowa wprowadzona zo¬ staje do kolumny odpedowej 2, do której podaje sie równiez i skladnik petrochemiczny np. olej po- 15 pirolityczny, olej dekantowany, ekstrakt furfuro- lowy itp. Do kolumny tej od dolu wchodza o tem¬ peraturze ok. 450°C pary i gazy z komór koksowni¬ czych 3 i 4. W wyniku bezposredniego kontaktu par i gazów z strumieniem fazy rafinatowej i surow- 20 cami petrochemicznymi zachodzi w kolumnie 2 wy¬ miana ciepla i masy. W efekcie tej operacji z dolu kolumny 2 zabierany jest wsad surowcowy bedacy mieszanina produktów petro i karbochemicznych, który przez piec 5 podawany jest do komory kokso- 25 wniczej 3 lub 4. W komorach tych w znany sposób tworzy sie koks elektrodowy. Strumien par i ga¬ zów z kolumny odpedowej 2 wprowadzony zostaje do kolumny rektyfikacyjnej 6. W kolumnie tej za¬ chodzi proces fizycznego rozdzialu na drodze rekty- 30 fikacji na strumienie: gaz koksowniczy, benzyna I, II, olej lekki, olej napedowy I i II, olej naftale¬ nowy oraz pozostalosc destylacyjna. Czesc strumie¬ nia benzyny I o zakresie wrzenia 80—120°C kiero¬ wana jest z powrotem do ekstraktora 1 dla procesu 35 oczyszczania smoly koksowniczej surowej z sub¬ stancji niegrafityzujacych.Przyklad I. Smole surowa koksownicza w gat.II z zwegla kamiennego w ilosci 12,5 t/h o tem¬ peraturze, ok. 65°C podaje sie do ekstraktora 1, 40 do którego równoczesnie tloczy sie frakcje benzy¬ nowa o temepraturze 65°C wycieta w kolumnie 6 o zakresie wrzenia 80—120°C zawierajaca okolo 26,5% wagowych aromatów w ilosci 25 t/h. W wy¬ niku ekstrakcji wytraca sie faza pakowa zawiera- 45 jaca pak miekki, wode ze smoly oraz pewna ilosc rozpuszczalnika. Frakcja ta winna byc skierowana do wyparki, celem zregenerowania rozpuszczalnika i oddzielenia wody. Z górnej czesci ekstraktora 1 odplywa faza rafinatowa zawierajaca ok. 27% wa- 50 gowych czesci olejowych smoly oraz ok. 73% wago¬ wych rozpuszczalnika, która kierowana jest do ko¬ lumny odpedowej 2. Do kolumny tej wprowadzany jest olej popirolityczny o poczatku wrzenia ok. 210°C w ilosci 14,5 t/h. 55 w wyniku wymiany ciepla i masy z parami i ga¬ zami wprowadzonymi do kolumny 2 z komory ko¬ ksowniczej 3 lub 4 z dolu kolumny 2 odplywa mie¬ szanka petro-karbochemiczna zawierajaca ok. 30% wagowych oczyszczonej z substancji niegrafityzu- 60 jacyeh smoly oraz 70% wagowych oleju popirolity- cznego. Mieszanka zawiera od 0 do 60% wagowych frakcji olejowych wykroplonych z par wprowadzo¬ nych z komory koksowniczej 3 lub 4, zaleznie od wielkosci tzw. recyklu powrotnego ustalonego dla 65 pracy instalacji komorowego koksowania. Mieszan-5 112 436 6 ka surowca po podgrzaniu w piecu 5 do temp. 490—510°C wprowadzana jest do komory 3 lub 4, w której pod cisnieniem 0,3—0,5 MPa zachodzi pro¬ ces tworzenia sie koksu elektrodowego. Otrzymany po 24 godzinnym podawaniu surowca, koks elektro¬ dowy charakteryzuje sie w stanie surowym zawar¬ toscia ok. 8—10% wagowych czesci lotnych, 0,3—0,6% wagowych siarki oraz ponizej 0,3% wagowych po¬ piolu. Po skalcynowaniu jego gestosc rzeczywista wynosi co najmniej 2,12 g/cm* a rozszerzalnosc obje¬ tosciowa termiczna nie przekracza 7'10-6/°K. Koks wykazuje duza podatnosc do grafityzacji (ok. 90% wagowych) i anizotropowa strukture iglowa. Nadaje sie szczególnie do produkcji elektrod wysokointen- sywnych dla duzych obciazen pradowych do co najmniej 30 A/mm2.Przyklad II. Faza rafinatowa z ekstraktora 1, opisana w przykladzie I, w ilosci ok. 62 t/h kie¬ rowana jest do kolumny odpedowej 2, do której wprowadzany jest olej popirolityczny o poczatku wrzenia ok. 210°C w ilosci ok. 3,3 t/h oraz olej de- kantowany z krakingu katalitycznego w ilosci ok. 5 t/h. W wyniku wymiany ciepla i masy z dolu ko¬ lumny 2 odplywa mieszanka petro-karbochemiczna zawierajaca ok. 60% wagowych oczyszczonej z sub¬ stancji niegrafityzujacych smoly, 16% wagowych oleju popirolitycznego oraz 24% oleju dekantowa- nego. Po skoksowaniu tej mieszanki otrzymuje sie koks elektrodowy, który w stanie surowym zawiera 5 o,8—1,0% wagowych siarki oraz 0,6—1% wagowych popiolu. Po skalcynowaniu jego gestosc rzeczywista wynosi co najmniej 2,04 g/cm8. Nadaje sie on do produkcji elektrod o srednicy 350 do 600 mm. io PL

Claims (1)

1. Zastrzezeniepatentowe Sposób przygotowania wsadu surowcowego do wytwarzania koksu elektrodowego w procesie zwol¬ nionego koksowania, znamienny tym, ze surowa 15 smole koksownicza miesza sie z frakcja benzyny z komorowego koksowania o zakresie wrzenia 80 ^120°C w stosunku wagowym 1 : 0,5—3 i poddaje sie pod cisnieniem 0,1—0,6 MPa w temperaturze 60—100°C, ciaglemu procesowi oddzielania rozpu- 20 szczalnika zawierajacego skladniki olejowe smoly, od wytracanych substancji niegrafityzujacych, przy czym regeneracje rozpuszczalnika prowadzi sie wspólnie z gazami uchodzacymi z komory kokso¬ wniczej na kolumnie odpedowej w procesie komo- 25 rowego koksowania. omota C koksownicza SurowiscC^- naftowy zs^ 4 p pak miekki kok* oaz koksownica] ta PU frakcia benzunowa I ^ I — btniunowall Z I — oUiultkkifgo ^ [•» oUiunaped.I ^ -«- oUlunatwi.il» oieiu naftalenowego ppzoatgtoscdegtgta^jna I PL