RU2571152C2 - Radiation-thermal production of binder-pitch for fabrication of electrodes - Google Patents

Radiation-thermal production of binder-pitch for fabrication of electrodes Download PDF

Info

Publication number
RU2571152C2
RU2571152C2 RU2014107046/05A RU2014107046A RU2571152C2 RU 2571152 C2 RU2571152 C2 RU 2571152C2 RU 2014107046/05 A RU2014107046/05 A RU 2014107046/05A RU 2014107046 A RU2014107046 A RU 2014107046A RU 2571152 C2 RU2571152 C2 RU 2571152C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pitch
fraction
binder
coal tar
radiation
Prior art date
Application number
RU2014107046/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014107046A (en
Inventor
Александр Викторович Варанд
Борис Петрович Толочко
Александр Юрьевич Гадецкий
Александр Альбертович Брязгин
Михаил Васильевич Коробейников
Михаил Александрович Михайленко
Николай Захарович Ляхов
Сергей Александрович Белокриницкий
Владимир Валерианович Очков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Радиационно химические технологии"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Радиационно химические технологии" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Радиационно химические технологии"
Priority to RU2014107046/05A priority Critical patent/RU2571152C2/en
Publication of RU2014107046A publication Critical patent/RU2014107046A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2571152C2 publication Critical patent/RU2571152C2/en

Links

Landscapes

  • Working-Up Tar And Pitch (AREA)

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention may be used in production of electrodes. Proposed process comprises heating of coal-tar pitch to over 150°C. Produced flow of liquid coal-tar pitch is subjected to irradiation with electron beam with radiation dose of 10-150 kGy.
EFFECT: increased content of α-fraction in pitch by 6-12%, higher amount of coke residue by 6-10%, higher density and longer life of graphite electrodes.
2 cl, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области в коксохимической промышленности, в частности к способам получения пека, используемого в качестве связующего при приготовлении графитированной продукции и анодной массы.The invention relates to the field in the coke industry, in particular to methods for producing pitch used as a binder in the preparation of graphite products and anode mass.

Каменноугольный среднетемпературный или высокотемпературный пек используют в коксохимической промышленности, в основном в качестве связующего материала при производстве электродов. Также возможно применение пека из тяжелых фракций нефтеперегонки (нефтяной пек).Coal-medium or high-temperature pitch is used in the coke industry, mainly as a binder in the manufacture of electrodes. It is also possible to use pitch from heavy fractions of oil distillation (oil pitch).

При производстве изделий из углерода или графита исходное сырье является высокопористым материалом (порошок коксующегося угля), поэтому процесс изготовления графитных электродов требует пропитки исходного сырья пеком-связующим, который уменьшает пористость и повышает прочность конечного изделия (электрода для металлургии). Пек часто получают из производных угля, например, из каменноугольной смолы. Пек представляет смесь различных веществ, в основном углеводородов с молекулярным весом в интервале от 300 до 5000 а.е.In the manufacture of carbon or graphite products, the feedstock is a highly porous material (coking coal powder), therefore, the manufacturing process of graphite electrodes requires impregnation of the feedstock with pitch-binder, which reduces porosity and increases the strength of the final product (electrode for metallurgy). Pitch is often obtained from derivatives of coal, for example, from coal tar. Peck is a mixture of various substances, mainly hydrocarbons with a molecular weight in the range from 300 to 5000 au

Каменноугольный пек можно условно поделить на фракции по растворимости углеводородов в различных органических растворителях: фракция, растворимая в гептане, фракция, нерастворимая в гептане/растворимая в толуоле (асфальтены), и фракция, нерастворимая в толуоле (преасфальтены) [1]. Кроме того, при анализе пеков выделяют фракцию углеводородов, нерастворимых в хинолине.Coal tar pitch can be conditionally divided into fractions according to the solubility of hydrocarbons in various organic solvents: a fraction soluble in heptane, a fraction insoluble in heptane / soluble in toluene (asphaltenes), and a fraction insoluble in toluene (asphaltenes) [1]. In addition, in the analysis of pitch, a fraction of hydrocarbons insoluble in quinoline is isolated.

Требования промышленности к пеку-связующему отражены в действующем российский стандарте на пек для электродной смеси, представленный в табл.1 [2]. Существующий в настоящее время в промышленности способ получения среднетемпературного каменноугольного пека путем однократного испарения каменноугольной смолы, предварительно нагретой в печи до 380-420°C, практически не позволяет регулировать содержание α- и α1-фракции в пеке, поэтому эти показатели пека практически полностью определяются свойствами исходной смолы, поступающей на переработку в пек.The industry requirements for pitch-binder are reflected in the current Russian standard for pitch for electrode mixture, presented in Table 1 [2]. The currently existing industry method for producing medium-temperature coal tar pitch by a single evaporation of coal tar preheated in an oven to 380-420 ° C practically does not allow to control the content of α- and α1-fractions in the pitch, therefore these parameters of the pitch are almost completely determined by the properties feed pitch for pitch.

Согласно ГОСТ 10200-83, «Пек каменноугольный электродный. Технические условия» [2], важными параметрам состава пека является доля фракции α (остаток пека, нерастворимый в толуоле) и доля фракции α1 (остаток пека, нерастворимый в хинолине). В зависимости от доли фракции α, ГОСТ определяет класс готового пека и его ценность для промышленного применения.According to GOST 10200-83, “Coal tar pitch. Technical conditions ”[2], important parameters of the pitch composition are the fraction of the α fraction (pitch residue insoluble in toluene) and the fraction of the α1 fraction (pitch residue insoluble in quinoline). Depending on the fraction fraction α, GOST determines the class of finished pitch and its value for industrial applications.

Данные по характеристикам пеков различных марок согласно ГОСТ 10200-83 приведены в Таблице 1. Из таблицы ГОСТа видно, что высокая доля альфа-фракции в пеке является обязательной характеристикой сырья для производства стандартных графитовых электродов. Также желательно иметь умеренный выход летучих веществ, ниже 60% (об.%).Data on the characteristics of pitch of various grades according to GOST 10200-83 are shown in Table 1. From the GOST table it can be seen that a high proportion of alpha fraction in the pitch is a mandatory characteristic of raw materials for the production of standard graphite electrodes. It is also desirable to have a moderate yield of volatile substances, below 60% (vol.%).

Figure 00000001
Figure 00000001

Кроме того, характеристикой пека-связующего для электродов является коксовое число (или кокосовый остаток). Процедура для определения выхода летучих веществ (V%) для пека определяется стандартом ГОСТ 9951-73 [3]. Процедура описывается как возгонка пека при температуре 850°C и фактически задает количество коксового остатка в пеке.In addition, the characteristic of the pitch binder for the electrodes is the coke number (or coconut residue). The procedure for determining the yield of volatile substances (V%) for pitch is determined by the standard GOST 9951-73 [3]. The procedure is described as pitch sublimation at a temperature of 850 ° C and actually sets the amount of coke residue in the pitch.

Как видно из данных стандарта, для электродной промышленности остается важной разработка способа дополнительной обработки каменноугольного пека, позволяющего повысить содержание α-фракции и повышения коксового остатка для улучшения свойств пека-связующего. В контексте данного изобретения, доля α-фракции в исходном и модифицированном пеке определяется по ГОСТ 28357-89[10], а доля α1-фракции определяется по ГОСТ 28572-89.As can be seen from the standard data, it remains important for the electrode industry to develop a method for additional processing of coal tar pitch, which allows to increase the content of α-fraction and increase the coke residue to improve the properties of the pitch-binder. In the context of this invention, the fraction of the α-fraction in the starting and modified pitch is determined according to GOST 28357-89 [10], and the proportion of the α1-fraction is determined according to GOST 28572-89.

Далее в данном тексте понятие пек-связующее (также «модифицированный пек» или "binder picth") означает пек с более высоким коксовым числом, чем исходный пек. Как следствие такой модификации пека, при отжиге смеси графитовой массы с пеком-связующим с высоким кокосовым числом, понижается пористость конечного графитового электрода (пористость связана с присутствием газовой фазы в графитизированном материале). Иными словами, повышение качества пека-связующего приводит к повышению плотности и прочности конечного электродного продукта.Further in this text, the term pitch-binder (also “modified pitch” or “binder picth”) means a pitch with a higher coke number than the original pitch. As a result of this modification of the pitch, upon annealing the mixture of graphite mass with the pitch binder with a high coconut number, the porosity of the final graphite electrode decreases (porosity is associated with the presence of the gas phase in the graphitized material). In other words, improving the quality of the pitch binder leads to an increase in the density and strength of the final electrode product.

Как правило, известные способы подготовки пека со свойствами связующего включают многоступенчатую термическую обработку при высоких температурах или внесение дополнительных компонентов в виде углеводородных смол.Typically, known methods for preparing pitch with binder properties include multi-stage heat treatment at high temperatures or adding additional components in the form of hydrocarbon resins.

Согласно способу, раскрытому в патенте GB 1249569, для получения пека-связующего в среднетемпературный каменноугольный пек добавляют фракции смолы, кипящие при 210-230°C или 230-290°C в соотношении 2:1 и затем смесь пека и смол нагревается до 350-450°C в течение 6-8 ч. (Treatment of coal tar pitch, GB1249569, кл. C10C 01/19, опубл. 1971-10-13). При этом из среднетемпературных пеков с температурой размягчения 60°C и с исходным содержанием α-фракции 21% и содержанием α1-фракции 6% получают улучшенные пеки с температурой размягчения 93-104°C; при этом в пеке-связующем содержание α-фракции составляет 30-36% и содержание α1-фракции - 15%. То есть, повышается доля обоих нерастворимых фракций, и наблюдается повышение температуры размягчения, модифицированного пека. Недостатком способа является необходимость добавления фракции каменноугольной смолы и длительность процесса возгонки.According to the method disclosed in GB 1249569, resin fractions boiling at 210-230 ° C or 230-290 ° C in a 2: 1 ratio are added to the medium-temperature coal tar pitch to obtain a pitch binder, and then the pitch-resin mixture is heated to 350- 450 ° C for 6-8 hours (Treatment of coal tar pitch, GB1249569, class C10C 01/19, publ. 1971-10-13). At the same time, from medium-temperature pitch with a softening temperature of 60 ° C and with an initial content of the α-fraction of 21% and the content of the α1-fraction of 6%, improved peaks with a softening temperature of 93-104 ° C are obtained; in the pitch-binder, the content of the α-fraction is 30-36% and the content of the α1-fraction is 15%. That is, the proportion of both insoluble fractions increases, and an increase in the softening temperature of the modified pitch is observed. The disadvantage of this method is the need to add a fraction of coal tar and the duration of the sublimation process.

Кроме применения в качестве исходного сырья каменноугольного пека (среднетемпературного или высокотемпературного пека), в последнее время изучались вопросы применения остатков нефтехимического производства для получения пека-связующего, отвечающего требованиям электродного производства. В диссертации [3] был изучен механизм получения пека-связующего из гудрона. Целью работы [3] было исследование процесса получения аналога пека-связующего в виде нефтяной спекающей добавки (НСД) методом термополиконденсации гудрона. В результате был предложен вариант технологической схемы процесса получения нефтяной спекающей добавки. Получены данные по составу α-фракции пека, удовлетворяющие стандарту ГОСТ 10200-83 [2]. Таким образом, тяжелые остатки нефтехимического производства можно преобразовать в пек-связующее. Это создает определенные ценовые преимущества: цены на рынке каменноугольного пека сильно зависят от потребности промышленности в коксе, а колебания цен на тяжелые нефтепродукты (гудрон, пек) могут отличаться в выгодную сторону.In addition to the use of coal tar pitch (medium or high temperature pitch) as a feedstock, recently the issues of using petrochemical production residues to obtain a pitch-binder that meets the requirements of electrode production have been studied. In the dissertation [3], the mechanism of obtaining pitch-binder from tar was studied. The aim of [3] was to investigate the process of obtaining an analogue of pitch-binder in the form of an oil sintering additive (NDS) by the method of thermal polycondensation of tar. As a result, a variant of the technological scheme of the process of obtaining oil sintering additive was proposed. Data were obtained on the composition of the α-fraction of the pitch, satisfying the standard GOST 10200-83 [2]. Thus, the heavy residues of the petrochemical industry can be converted to a pitch binder. This creates certain price advantages: prices on the coal tar pitch market strongly depend on the industry's demand for coke, and price fluctuations for heavy oil products (tar, pitch) can differ in a favorable direction.

В стандарте ГОСТ 10200-83 задается предел по альфа1-фракции. Также процедура определения этой фракции (хинолин-нерастворимого компонента - QI) в составе пека описана в зарубежных стандартах ASTM Standard D4746 или ASTM Standard D2318. А фракция вещества нерастворимого в толуоле (TI - Toluene Insolubles) определяется по методике ASTM Standard D4072 (или D4312).The standard GOST 10200-83 sets the limit on the alpha1 fraction. Also, the procedure for determining this fraction (quinoline insoluble component - QI) in the pitch is described in foreign standards ASTM Standard D4746 or ASTM Standard D2318. And the fraction of a substance insoluble in toluene (TI - Toluene Insolubles) is determined by the method of ASTM Standard D4072 (or D4312).

При получении каменноугольного пека из каменноугольной смолы в конечный продукт (пек) попадают твердые частицы, состоящие из пиролитического углерода, угля и золы. Эти частицы образуют альфа1-фракцию (фракция нерастворимая в хинолине) и попадают в пек при дистилляции смол. Эти частицы снижают качество пека-связующего. В некоторых технологиях получения графитовых электродов с высокой проводимостью и прочностью требуется очень низкое содержание альфа1-фракции в пеке-связующем. (Не следует путать эти примеси с мезофазным пеком, который также не растворим в хинолине). Умеренное количество α1-фракции (до 10%) допустимо для большинства технологий получения графитовых электродов.Upon receipt of coal tar pitch from coal tar, solid particles consisting of pyrolytic carbon, coal and ash get into the final product (pitch). These particles form an alpha1 fraction (a fraction insoluble in quinoline) and enter the pitch upon distillation of the resins. These particles reduce the quality of the pitch binder. Some technologies for producing graphite electrodes with high conductivity and strength require a very low alpha1 fraction in the pitch binder. (These impurities should not be confused with mesophase pitch, which is also insoluble in quinoline). A moderate amount of the α1 fraction (up to 10%) is acceptable for most technologies for producing graphite electrodes.

Для большинства образцов каменноугольного пека коксовое число (выход углерода после отжига пека без доступа воздуха) составляет 40-50%. Также желательно повысить коксовое число пека-связующего. Так, в патенте US 6,827,841 описан нефтяной пек с температурой размягчения от 118 до 124°C и коксовым числом около 50%.For most samples of coal tar pitch, the coke number (carbon yield after annealing the pitch without air) is 40-50%. It is also desirable to increase the coke number of the pitch binder. Thus, US Pat. No. 6,827,841 describes petroleum pitch with a softening point of 118 to 124 ° C. and a coke number of about 50%.

В патентной заявке US 20090288983 A1 описан способ получения пека-связующего в низким содержанием альфа1-фракции и высоким коксовым числом, который включает нагрев креозотового масла (высококипящий дистиллят каменноугольной смолы) с температурой кипения не менее 270°C для производства пека-пропитки (пек-связующее) со следующими параметрами: коксовое число более 55%, температура размягчении пека в интервале 90-140°C, и доля α1-фракции - менее 0.5%. Недостатком метода является сложность процесса, использование токсичного креозотового масла и высокие затраты тепла.In patent application US 20090288983 A1 describes a method for producing a pitch binder with a low alpha1 fraction and a high coke number, which involves heating creosote oil (high boiling coal tar distillate) with a boiling point of at least 270 ° C to produce pitch impregnation (pitch binder) with the following parameters: coke number is more than 55%, the softening temperature of the pitch is in the range of 90-140 ° C, and the fraction of the α1 fraction is less than 0.5%. The disadvantage of this method is the complexity of the process, the use of toxic creosote oil and high heat consumption.

Известен способ получения пека-связующего высокого качества из обычной каменноугольной смолы (получают пек-связующее со сверхнизким содержанием хинолин-нерастворимой фракции.) В публикации [5] описан способ смешения каменноугольной смолы с тяжелым креозотовым маслом (в пропорции 1:1) с дальнейшим осаждением частиц, нерастворимым в хинолине. Осаждение проводят для жидкой смеси смола-масло при 90-100°C и проводят декантацию сырья (частицы α1-фракции остаются в осадке). Далее проводят нагрев декантированной фракции при температуре около 360°C без доступа кислорода, и реакция полимеризации углеводородной смеси приводит к получению пека-связующего с очень низкой примесью хинолин-нерастворимых веществ (<0,1%). Недостатком способа является длительность процедуры (2 суток) и необходимость использовать креозотовое масло.A known method for producing high-quality pitch-binder from a conventional coal tar (a pitch-binder with an extremely low content of quinoline insoluble fraction is obtained.) The publication [5] describes a method for mixing coal tar with heavy creosote oil (in a 1: 1 ratio) with further precipitation particles insoluble in quinoline. Precipitation is carried out for a liquid resin-oil mixture at 90-100 ° C and decantation of the feed is carried out (particles of the α1 fraction remain in the sediment). Next, the decanted fraction is heated at a temperature of about 360 ° C without oxygen, and the polymerization of the hydrocarbon mixture results in a pitch binder with a very low admixture of quinoline insoluble substances (<0.1%). The disadvantage of this method is the duration of the procedure (2 days) and the need to use creosote oil.

Значительная часть методов переработки углеводородного сырья для получения пека-связующего (сырье в виде каменноугольного пека или тяжелые фракции нефтеперегонки) сводится к длительному температурному воздействию без доступа кислорода или перегонке при пониженном давлении.A significant part of the processing of hydrocarbon raw materials to obtain pitch-binder (raw materials in the form of coal tar pitch or heavy fractions of oil distillation) is reduced to a prolonged temperature exposure without oxygen or distillation under reduced pressure.

Однако в нефтехимии известны также способы радиационно-химической обработки углеводородов. При облучении рентгеновскими лучами или пучком быстрых электронов в жидких углеводородах запускаются цепочные реакции с участием активных радикалов; эти реакции не только снижают средний молекулярный все углеводородов (процесс называется радиационный крекинг), но облучение приводят к отщеплению радиационно-нестабильных связей в крупных углеводородных молекулах.However, methods of radiation-chemical treatment of hydrocarbons are also known in petrochemistry. When irradiated with X-rays or a beam of fast electrons in liquid hydrocarbons, chain reactions with the participation of active radicals are triggered; these reactions not only reduce the molecular average of all hydrocarbons (a process is called radiation cracking), but irradiation leads to the cleavage of radiation-unstable bonds in large hydrocarbon molecules.

Например, в работе [6] описан радиационно-термический крекинг (РТК) тяжелой нефти.For example, the radiation thermal cracking (RTK) of heavy oil was described in [6].

В работе [7, 8] описан способ получения более легких фракций с помощью облучения асфальтеновых нефтепродуктов (остаток атмосферной дистилляции) пучком быстрых электронов (энергия 1,3 МэВ) с суммарной дозой облучения 10 килогрей (1 Грей - единица поглощенной радиационной энергии равная 1 Дж/кг). При радиационно-термической обработке асфальтеновых нефтепродуктов (по сравнению с термическим крекингом) наблюдается понижение вязкости конечного нефтепродукта, уширение спектра углеводородов, идентифицируемых с помощью высокотемпературной газовой хроматографией. Однако данная работа не раскрывает последствия радиационного облучения на крупные ароматические агрегаты (которые составляют более 20% асфальтенового тяжелого нефтепродукта). Таким образом, данная работа не дает ответ на вопрос, как именно доза радиационного облучения повлияет на выход полиароматических компонентов в тяжелых нефтепродуктов или как повысить долю α-фракции (углеводороды нерастворимые в толуоле) до уровня более 20%.In [7, 8], a method was described for producing lighter fractions by irradiating asphaltene oil products (atmospheric distillation residue) with a fast electron beam (energy 1.3 MeV) with a total radiation dose of 10 kilograms (1 Gray is a unit of absorbed radiation energy equal to 1 J / kg). During radiation-thermal treatment of asphaltene oil products (as compared to thermal cracking), a decrease in the viscosity of the final oil product and a broadening of the spectrum of hydrocarbons identified by high-temperature gas chromatography are observed. However, this work does not disclose the effects of radiation on large aromatic aggregates (which make up more than 20% of heavy asphaltene oil product). Thus, this work does not answer the question of how exactly the radiation dose will affect the yield of polyaromatic components in heavy petroleum products or how to increase the fraction of the α-fraction (insoluble hydrocarbons in toluene) to a level of more than 20%.

Хотя в целом процессы радиационно-химические процессы в жидких ПАУ являются сложными и многоступенчатыми реакциями, но в рамках данного изобретения важно понимать, что быстрые электроны из пучка при ионизации жидкой среды инициируют самоподдерживающиеся химические реакции с участием радикалов и ион-радикалов. Эти реакцию включают отрыв алкеновых групп от полиароматических молекул и также процесс синтеза полиароматических углеводородов в более высокомолекулярные соединения. При этом летучие компоненты, полученные в процессе такого радиолиза, постепенно покидают облученный углеводородный продукт.Although in general radiation-chemical processes in liquid PAHs are complex and multi-stage reactions, it is important within the framework of this invention that fast electrons from a beam upon ionization of a liquid medium initiate self-sustaining chemical reactions involving radicals and radical ions. These reactions include the separation of alkene groups from polyaromatic molecules and also the process of synthesizing polyaromatic hydrocarbons into higher molecular weight compounds. In this case, the volatile components obtained during such radiolysis gradually leave the irradiated hydrocarbon product.

Как известно, каменноугольный пек и каменноугольные смолы имеют высокое содержание полиароматических углеводородов. Поэтому авторы изобретения ожидают изменения в свойствах пека при облучении этой сложной смеси углеводородов пучком быстрых электронов.As you know, coal tar pitch and coal tar have a high content of polyaromatic hydrocarbons. Therefore, the inventors expect changes in the properties of the pitch when this complex mixture of hydrocarbons is irradiated with a beam of fast electrons.

Известен способ получения пека для электродных материалов, описанный в патенте RU 2119522 (опубликован 27.09.1998, МПК C10C 3/04). Этот способ включает обработку воздухом при повышенной температуре среднетемпературного каменноугольного пека в смеси с фракциями каменноугольной смолы, причем доля добавленной каменноугольной смолы составляет менее 10% и исходную смесь после смешения обрабатывают воздухом при температуре 280-350°C. Известно, что скорость термических реакций в пеке может быть существенно увеличена при термообработке его в присутствии кислорода воздуха. Согласно этому способу, кислородно-тепловой обработкой удается повысить скорость образования α-фракции в пеке, но при и этом скорость образования α1-фракции почти не повышается. Недостатком способа является необходимость добавлять смолу с неконтролируемым составом и вынос в атмосферу продуктов окисления ароматических углеводородов (канцерогенные вещества).A known method of producing pitch for electrode materials described in patent RU 2119522 (published September 27, 1998, IPC C10C 3/04). This method involves treating medium-temperature coal tar pitch with a mixture of coal tar fractions with air at an elevated temperature, the proportion of coal tar added being less than 10%, and the initial mixture after mixing is treated with air at a temperature of 280-350 ° C. It is known that the rate of thermal reactions in the pitch can be significantly increased by heat treatment in the presence of atmospheric oxygen. According to this method, by oxygen-heat treatment it is possible to increase the rate of formation of the α-fraction in the pitch, but at the same time, the rate of formation of the α1-fraction almost does not increase. The disadvantage of this method is the need to add a resin with an uncontrolled composition and the removal into the atmosphere of the products of oxidation of aromatic hydrocarbons (carcinogens).

Ближайшим прототипом настоящего изобретения можно считать способ, описанный в патенте RU 2288938 C1, согласно которому пек-связующее для электродных материалов получают путем обработки смеси каменноугольного пека и его смеси с фракциями каменноугольной смолы потоком воздуха, причем жидкую смесь обрабатывают воздухом (температура 200°C) в поле гидроударно-кавитационных импульсов (в гидроударно-кавитационном эмульгаторе). В результате повышается кокосовое число модифицированного пека, и также повышается температура размягчения модифицированного пека и снижается содержание летучих. Недостатком способа является необходимость применения кавитационного эмульгатора, имеющего быстрый износ, и выброс токсичных летучих компонентов в воздух.The closest prototype of the present invention can be considered the method described in patent RU 2288938 C1, according to which a pitch binder for electrode materials is obtained by treating a mixture of coal tar pitch and its mixture with coal tar fractions with an air stream, the liquid mixture being treated with air (temperature 200 ° C) in the field of shock-cavitation pulses (in shock-cavitation emulsifier). As a result, the coconut number of the modified pitch increases, and the softening temperature of the modified pitch also increases and the volatile content decreases. The disadvantage of this method is the necessity of using a cavitation emulsifier having rapid wear and the release of toxic volatile components into the air.

Технической проблемой предлагаемого изобретения является преобразование каменноугольного пека в пек-связующее, имеющий массовую долю α-фракции выше 25%.The technical problem of the invention is the conversion of coal tar pitch to a pitch binder having a mass fraction of the α fraction above 25%.

Техническая проблема решается за счет того, что в способе получения пека проводят обработку исходного каменноугольного пека радиационным облучением при температуре выше температуры размягчения пека, предпочтительно при температуре выше 180°C. При более низких температурах повышенная вязкость жидкого пека создает технологические трудности при перекачке.The technical problem is solved due to the fact that in the method for producing pitch, the initial coal pitch is treated with radiation at a temperature above the softening temperature of the pitch, preferably at a temperature above 180 ° C. At lower temperatures, the increased viscosity of liquid pitch creates technological difficulties in pumping.

Техническим результатом изобретения является упрощение процедуры получения модифицированного пека и повышение коксового остатка в составе пека.The technical result of the invention is to simplify the procedure for obtaining a modified pitch and increase the coke residue in the pitch.

Еще одним техническим результатом является улучшение механических свойства графитированных электродов (в частности, повышенная плотность) при добавке модифицированного пека, прошедшего радиационно-термическую обработку и повышение срока службы электродов.Another technical result is the improvement of the mechanical properties of graphitized electrodes (in particular, increased density) with the addition of a modified pitch that has undergone radiation-heat treatment and increased electrode life.

Исходным сырьем для получения модифицированного пека является среднетемпературный или высокотемпературный каменноугольный пек.The feedstock for the production of modified pitch is medium or high temperature coal tar pitch.

Пек в качестве одной из характеристик имеет температуру размягчения. Температура размягчения определяется по процедуре в стандарте ГОСТ 9950-83 [9].As one of the characteristics, pitch has a softening point. The softening temperature is determined according to the procedure in the standard GOST 9950-83 [9].

Для радиационно-термического воздействия на жидкотекучий пек (при температуре выше температуры размягчения пека) используют распределенный пучок быстрых электронов, который получают на выходе ускорителя электронов. При этом энергия электронов превышает энергию в 1 МэВ. Существует несколько серий промышленных ускорителей электронов, удовлетворяющих этому требованию. Например, нужный уровень мощности и энергии пучка обеспечивается на ускорителе электронов ИЛУ-6 (производство Института ядерной физики СО РАН, Россия). Высокая энергия пучка электронов гарантирует, что радиационное замедление до тепловых электронов осуществляется на толщине слоя углеводородного сырья с масштабом более 10 мм (эффективная толщина канала облучения). Кроме того, промышленные ускорители имеют возможность подачи распределенного пучка электронов (для равномерного облучения потока вещества).For radiation-thermal effects on a fluid pitch (at a temperature above the softening temperature of the pitch), a distributed beam of fast electrons is used, which is obtained at the output of an electron accelerator. Moreover, the electron energy exceeds the energy of 1 MeV. There are several series of industrial electron accelerators that satisfy this requirement. For example, the desired level of beam power and energy is provided at the ILU-6 electron accelerator (manufactured by the Institute of Nuclear Physics SB RAS, Russia). The high energy of the electron beam ensures that radiation deceleration to thermal electrons is carried out at a thickness of the hydrocarbon layer with a scale of more than 10 mm (effective thickness of the irradiation channel). In addition, industrial accelerators have the ability to deliver a distributed electron beam (to uniformly irradiate the flow of matter).

Способ получения пека-связующего осуществляется следующим образом. Исходный пек разогревают до температуры вышке точки размягчения пека, предпочтительно, до температуры в интервале 180-250°C, при которой пек имеет низкую вязкость и достаточную текучесть. Пек в жидкотекучем состоянии подают в канал облучения, подсоединенный к выходу ускорителя электронов. При этом мощность пучка и скорость подачи жидкого пека подбирают таким образом, чтобы суммарная доза облучения для жидкого материала, проходящего через канал облучения, была в интервале от 10 до 50 кГ.A method of obtaining a pitch binder is as follows. The starting pitch is heated to a temperature above the softening point of the pitch, preferably to a temperature in the range of 180-250 ° C., at which the pitch has a low viscosity and sufficient fluidity. The pitch in a fluid state is fed into the irradiation channel connected to the output of the electron accelerator. In this case, the beam power and the feed rate of the liquid pitch are selected so that the total radiation dose for the liquid material passing through the irradiation channel is in the range from 10 to 50 kg.

Канал облучения жидкого материала имеет высоту до 30 мм и ширину, близкую к ширине выходящего пучка быстрых электронов. Равномерное облучение жидкого пека по всей ширине канала облучения инициирует радиационно-химические реакции, которые изменяют исходный состав пека в сторону соотвествия ГОСТу на пек-связующее (указанное воздействие повышает долю α-фракции и коксовый остаток в облученном пеке). Далее радиационно-облученный жидкотекучий пек поступает в камеру накопления жидкого пека, где температура пека поддерживают вблизи температуры, рекомендованной для пека-связующего в существующих технологиях производства графитных электродов.The channel for irradiating a liquid material has a height of up to 30 mm and a width close to the width of the outgoing beam of fast electrons. Uniform irradiation of liquid pitch across the entire width of the irradiation channel initiates radiation-chemical reactions that change the initial composition of the pitch towards GOST according to the pitch-binder (this effect increases the fraction of the α-fraction and the coke residue in the irradiated pitch). Next, the radiation-irradiated liquid pitch enters the liquid pitch accumulation chamber, where the temperature of the pitch is maintained near the temperature recommended for the pitch-binder in existing technologies for the production of graphite electrodes.

Важно отметить, что описанный способ получения пека-связующего встраивается в существующие технологии производства графитовых материалов, что подтверждает промышленную применимость указанного способа.It is important to note that the described method for producing pitch-binder is embedded in existing technologies for the production of graphite materials, which confirms the industrial applicability of this method.

ПримерExample

Пек каменноугольный был переведен в жидкое состояние при температурах 150°C, 180°C, 220°C (температуры выше точки размягчения каменноугольного пека) и прокачан через канал облучения с целью облучения потоком электронов от ускорителя электронов ИЛУ-6. При этом доза облучения жидкого пека находилась в интервале 10-150 кГ.Coal tar pitch was transferred to a liquid state at temperatures of 150 ° C, 180 ° C, 220 ° C (temperatures above the softening point of coal tar pitch) and pumped through the irradiation channel in order to irradiate the electron stream from the ILU-6 electron accelerator. In this case, the dose dose of liquid pitch was in the range of 10-150 kg.

Доля α-фракции в модифицированном (облученном) пеке была на 6-12% выше долей фракции в исходном пеке. Более высокие температуры радиационно-термической обработки жидко текущего пека приводили к ускорению модификации пека. Коксовый остаток пека после радиационно-термической обработки повышается на 6-10%.The fraction of the α fraction in the modified (irradiated) pitch was 6–12% higher than the fraction of the fraction in the initial pitch. Higher temperatures of radiation-thermal treatment of liquid-flowing pitch led to accelerated pitch modification. The coke residue of the pitch after radiation-thermal treatment is increased by 6-10%.

Источники информацииInformation sources

1. F. Karasa et al., Molecular mass range of coal tar pitches fractions by mass spectrometry and size-exclusion chromatography, Rapid Communications in Mass Spectrometry, 2009, Vol.23, P.2087-2098.1. F. Karasa et al., Molecular mass range of coal tar pitches fractions by mass spectrometry and size-exclusion chromatography, Rapid Communications in Mass Spectrometry, 2009, Vol.23, P.2087-2098.

2. ГОСТ 10200-83. ТУ Пек каменноугольный электродный. Технические условия.2. GOST 10200-83. TU Peck coal-electrode. Technical conditions

3. ГОСТ 9951-73. Пек каменноугольный. Метод определения выхода летучих веществ.3. GOST 9951-73. The pitch is coal. Method for determining the yield of volatile substances.

4. Морозов А.Н., Исследование процесса термополиконденсации гудрона с целью получения нефтяной спекающей добавки, диссертация к.т.н., Уфа, 2007.4. Morozov AN, Investigation of the process of thermal polycondensation of tar in order to obtain an oil sintering additive, the dissertation, Ph.D., Ufa, 2007.

5. K. Karthik, et al., Technology for the production of Zero Q.I pitch from coal tar, AIP Conference Proceedings, 1538, P.104-108(2013);5. K. Karthik, et al., Technology for the production of Zero Q. I pitch from coal tar, AIP Conference Proceedings, 1538, P.104-108 (2013);

6. R.F. Zaikina et al., Radiation-thermal processing of high-viscous oil from Karazazhanbas field, Rad. Phys. Chem, 60 (2001), p.211-221.6. R.F. Zaikina et al., Radiation-thermal processing of high-viscous oil from Karazazhanbas field, Rad. Phys. Chem, 60 (2001), p. 211-221.

7. R.F. Zaikina et al., Specific approach to radiation processing of Mgh-sulfuric oil, Rad. Phys. Chem, 71 (2004), p.467-470.7. R.F. Zaikina et al., Specific approach to radiation processing of Mgh-sulfuric oil, Rad. Phys. Chem 71 (2004), p. 467-470.

8. SPE 153528, Utilization of charged particles as an efficient way to improve rheological properties of heavy asphaltic petroleum fluids, 20128. SPE 153528, Utilization of charged particles as an efficient way to improve rheological properties of heavy asphaltic petroleum fluids, 2012

9. ГОСТ 9950-83. Пек каменноугольный. Методы определения температуры размягчения.9. GOST 9950-83. The pitch is coal. Methods for determining the softening temperature.

10. ГОСТ 28357-89 Ускоренный метод определения массовой доли веществ, не растворимых в толуоле.10. GOST 28357-89 Accelerated method for determining the mass fraction of substances insoluble in toluene.

Claims (2)

1. Способ получения пека-связующего для электродных материалов, включающий разогрев каменноугольного пека до температуры выше 150°C, отличающийся тем, что поток жидкотекучего каменноугольного пека подвергают облучению пучком электронов с дозой облучения в интервале от 10 до 150 кГр.1. A method of obtaining a pitch-binder for electrode materials, comprising heating coal tar pitch to a temperature above 150 ° C, characterized in that the flow of liquid coal tar pitch is irradiated with an electron beam with an irradiation dose in the range from 10 to 150 kGy. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поток жидкотекучего каменноугольного пека подвергается облучению пучком электронов при температуре каменноугольного пека в интервале от 150°C до 250°C. 2. The method according to p. 1, characterized in that the flow of liquid coal tar pitch is irradiated with an electron beam at a temperature of coal tar pitch in the range from 150 ° C to 250 ° C.
RU2014107046/05A 2014-02-25 2014-02-25 Radiation-thermal production of binder-pitch for fabrication of electrodes RU2571152C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014107046/05A RU2571152C2 (en) 2014-02-25 2014-02-25 Radiation-thermal production of binder-pitch for fabrication of electrodes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014107046/05A RU2571152C2 (en) 2014-02-25 2014-02-25 Radiation-thermal production of binder-pitch for fabrication of electrodes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014107046A RU2014107046A (en) 2015-11-10
RU2571152C2 true RU2571152C2 (en) 2015-12-20

Family

ID=54536109

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014107046/05A RU2571152C2 (en) 2014-02-25 2014-02-25 Radiation-thermal production of binder-pitch for fabrication of electrodes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2571152C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2643954C1 (en) * 2017-06-01 2018-02-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный университет" Method of obtaining oil medium-temperature binding and impregnation pitches
RU2758057C1 (en) * 2020-12-09 2021-10-26 Акционерное общество "Газпромнефть - Омский НПЗ" (АО "Газпромнефть-ОНПЗ") Method for production of linear alpha-olefins

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU903375A1 (en) * 1979-10-01 1982-02-07 Московский Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Химико-Технологический Институт Им. Д.И. Менделеева Method of producing coking material from coal pitch
RU2119522C1 (en) * 1996-03-04 1998-09-27 Восточный научно-исследовательский углехимический институт Method of preparing pitch binder for electrode materials
RU2241016C2 (en) * 2002-11-28 2004-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Восточный научно-исследовательский углехимический институт" Method of preparing binding ditch for electrode materials
US7008526B2 (en) * 2000-09-06 2006-03-07 Mistubishi Gas Chemical Company, Inc. Processes for producing coke, artificial graphite and carbon material for negative electrode of non-aqueous solvent type secondary battery and pitch composition used therefor
RU2288938C1 (en) * 2005-10-10 2006-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-технологический центр" Method of preparing binding pitch for electrode materials

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU903375A1 (en) * 1979-10-01 1982-02-07 Московский Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Химико-Технологический Институт Им. Д.И. Менделеева Method of producing coking material from coal pitch
RU2119522C1 (en) * 1996-03-04 1998-09-27 Восточный научно-исследовательский углехимический институт Method of preparing pitch binder for electrode materials
US7008526B2 (en) * 2000-09-06 2006-03-07 Mistubishi Gas Chemical Company, Inc. Processes for producing coke, artificial graphite and carbon material for negative electrode of non-aqueous solvent type secondary battery and pitch composition used therefor
RU2241016C2 (en) * 2002-11-28 2004-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Восточный научно-исследовательский углехимический институт" Method of preparing binding ditch for electrode materials
RU2288938C1 (en) * 2005-10-10 2006-12-10 Общество с ограниченной ответственностью "Инженерно-технологический центр" Method of preparing binding pitch for electrode materials

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2643954C1 (en) * 2017-06-01 2018-02-06 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный университет" Method of obtaining oil medium-temperature binding and impregnation pitches
RU2758057C1 (en) * 2020-12-09 2021-10-26 Акционерное общество "Газпромнефть - Омский НПЗ" (АО "Газпромнефть-ОНПЗ") Method for production of linear alpha-olefins

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014107046A (en) 2015-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Debalina et al. Production of carbon nanostructures in biochar, bio-oil and gases from bagasse via microwave assisted pyrolysis using Fe and Co as susceptors
Shang et al. Effect of additives on the microwave-assisted pyrolysis of sawdust
Liang et al. Mild catalytic depolymerization of low rank coals: a novel way to increase tar yield
JP2011521072A (en) Pitch with high coking value
RU2571152C2 (en) Radiation-thermal production of binder-pitch for fabrication of electrodes
JP5221997B2 (en) Decomposition method of hydrocarbon oil
CN108502866B (en) A kind of carbon quantum dot and preparation method thereof
WO2021181905A1 (en) Method for producing impregnated pitch
Kim et al. The effect of carbon black on reforming of pyrolysis fuel oil for a binder pitch
RU2288938C1 (en) Method of preparing binding pitch for electrode materials
Kadiev et al. Structural transformations of asphaltenes during hydroconversion of vacuum residue with recycling the hydroconversion product distillation residue
JPH069964A (en) Method of thermal conversion of petroeum feed
RU2517502C1 (en) Method of producing coal tar binder for electrode materials
RU2569355C1 (en) Method for obtaining oil-coal tar pitch
Yu et al. Hydrodeoxygenation of o-Cresol Over Mo2C Modified by O2 Plasma
JP2008297443A (en) Method for cracking hydrocarbon oil
JP5703817B2 (en) Method for producing blast furnace coke
RU2543378C2 (en) Method and apparatus for recycling hydrocarbon wastes
WO2022049953A1 (en) Method for producing pitch
US4061600A (en) Graphite electrode and method of making
JP5378657B2 (en) Decomposition method of hydrocarbon oil
RU2535211C2 (en) High-speed destruction method for residual petroleum products
CN106811230A (en) The method that petroleum de-oiled asphalt prepares fuel oil raw material
Mongush et al. The influence of retention of volatile substances in pyrolysis zone of Kaa-Khemsky and Mezhegeisky coal deposits on component composition of coal tar
Lee et al. Preparation of carbon discs using petroleum-based binder pitch reformed with carbon black

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160226

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20171018

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190226