RU2761201C1 - Method for producing coke with a pseudoisotropic microstructure - Google Patents

Method for producing coke with a pseudoisotropic microstructure Download PDF

Info

Publication number
RU2761201C1
RU2761201C1 RU2020123621A RU2020123621A RU2761201C1 RU 2761201 C1 RU2761201 C1 RU 2761201C1 RU 2020123621 A RU2020123621 A RU 2020123621A RU 2020123621 A RU2020123621 A RU 2020123621A RU 2761201 C1 RU2761201 C1 RU 2761201C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coke
microstructure
temperature
mixture
raw materials
Prior art date
Application number
RU2020123621A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Илья Валерьевич Москалёв
Original Assignee
Илья Валерьевич Москалёв
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 Илья Валерьевич Москалёв filed Critical Илья Валерьевич Москалёв
Priority to RU2020123621A priority Critical patent/RU2761201C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2761201C1 publication Critical patent/RU2761201C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10CWORKING-UP PITCH, ASPHALT, BITUMEN, TAR; PYROLIGNEOUS ACID
    • C10C3/00Working-up pitch, asphalt, bitumen
    • C10C3/02Working-up pitch, asphalt, bitumen by chemical means reaction
    • C10C3/04Working-up pitch, asphalt, bitumen by chemical means reaction by blowing or oxidising, e.g. air, ozone

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coke Industry (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to methods for producing coke with a pseudoisotropic microstructure and can be used in the technology for producing raw materials for manufacture of certain grades of carbon-based construction materials (CCM) widely applied in metallurgy, mechanical engineering, chemical and electrical industry, aviation and rocket technology, nuclear power engineering, medicine. The method is implemented from raw materials containing a mixture of medium-temperature coal tar pitch and an anthracene fraction, and includes stages wherein the raw materials are subjected to thermal oxidation at a temperature from 260 to 340°C, in the course whereof reaction air is supplied with a specific flow rate of 50 to 100 l/(kg∙h); and the oxidised raw materials are coked, wherein the content of anthracene fraction in the mixture is 50 to 80 wt.%.
EFFECT: production of coke with a pseudoisotropic microstructure, suitable for producing carbon-based construction materials.
2 cl, 1 dwg, 13 ex

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к способам получения кокса с псевдоизотропной микроструктурой и может быть использовано в технологии получения сырья для производства определенных марок углеродных конструкционных материалов (УКМ), которые находят широкое применение в металлургии, машиностроении, химической и электротехнической промышленности, авиационной и ракетной технике, атомной энергетике, медицине.The invention relates to methods for producing coke with a pseudoisotropic microstructure and can be used in the technology of obtaining raw materials for the production of certain grades of carbon structural materials (CCM), which are widely used in metallurgy, mechanical engineering, chemical and electrical industries, aviation and rocket technology, nuclear power, medicine.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY

Кокс в технологии УКМ выступает в качестве наполнителя, а связующим является каменноугольный пек. Для обеспечения высоких физико-механических свойств УКМ кокс должен обладать определенной микроструктурой. Одним из наиболее доступных и информативных методов оценки микроструктуры коксов является ГОСТ 26132-84. Сущность метода заключается в оценке микроструктуры коксов, основанной на сравнении микроструктур испытуемых образцов коксов с контрольной шкалой микроструктур. Согласно ГОСТ 26132-84 структурные составляющие микроструктуры кокса делятся на изотропные (точечные) с размером не более 3 мкм (1 балл), весьма мелковолокнистые – 3-10 мкм (2 балла), мелковолокнистые – 10-15 мкм (3 балла), средневолокнистые – 15-35 мкм (4 балла), крупноволокнистые (лепестковые) – 35-70 мкм (5 баллов), мелкоигольчатые – 70-200 мкм (6 баллов), среднеигольчатые – 200-400 мкм (7 баллов), среднеигольчатые с большим размером волокон – 400-600 мкм (8 баллов) и более крупные структурные составляющие. Анализ проводится на отполированном шлифе кокса с применением оптического микроскопа и использованием поляризованного света. Оценку микроструктуры проводят для каждого поля зрения по преобладающей или средневзвешенной величине. Количество полей зрения должно быть не менее 60. Средний балл микроструктуры коксов рассчитывается по среднеарифметическому значению баллов микроструктуры всех полей зрения.The coke in the UKM technology acts as a filler, and the binder is coal tar pitch. To ensure high physical and mechanical properties of CCM, coke must have a certain microstructure. One of the most accessible and informative methods for assessing the microstructure of cokes is GOST 26132-84. The essence of the method is to assess the microstructure of cokes based on a comparison of the microstructures of the tested coke samples with the control microstructure scale. According to GOST 26132-84, the structural components of the microstructure of coke are divided into isotropic (point) with a size of no more than 3 microns (1 point), very fine-fibrous - 3-10 microns (2 points), fine-fibrous - 10-15 microns (3 points), medium-fibrous - 15-35 microns (4 points), coarse-fibrous (petal) - 35-70 microns (5 points), fine-needled - 70-200 microns (6 points), medium-needled - 200-400 microns (7 points), medium-needled with a large size fibers - 400-600 microns (8 points) and larger structural components. The analysis is carried out on a polished section of coke using an optical microscope and using polarized light. The assessment of the microstructure is carried out for each field of view in terms of the prevailing or weighted average value. The number of fields of view must be at least 60. The average score of the microstructure of cokes is calculated by the arithmetic mean of the points of the microstructure of all fields of view.

При использовании коксов, с преобладающим содержанием изотропных структурных составляющих (не более 3 мкм) – изотропного кокса, прочностные свойства получаемых УКМ будут высокими, однако не обеспечатся требуемые электро-, теплофизические свойства, так как такие коксы плохо графитируются. Средний балл микроструктуры таких коксов находится в интервале 1,0-1,7. When using cokes with a predominant content of isotropic structural components (no more than 3 microns) - isotropic coke, the strength properties of the obtained CCM will be high, however, the required electrical and thermophysical properties will not be provided, since such cokes are poorly graphitized. The average score of the microstructure of such cokes is in the range of 1.0-1.7.

При использовании коксов, с преобладающим содержанием анизотропных структурных составляющих (более 15 мкм) – анизотропного кокса, обеспечатся требуемые электро-, теплофизические свойства за счет высокой степени графитируемости данного кокса, однако прочностные свойства получаемых УКМ окажутся неприемлемыми. Средний балл такого кокса имеет значение выше 2,5.When using cokes with a predominant content of anisotropic structural components (more than 15 microns) - anisotropic coke, the required electrical and thermophysical properties will be provided due to the high degree of graphitability of this coke, however, the strength properties of the obtained CCMs will turn out to be unacceptable. The average grade of such coke is above 2.5.

Для получения основных марок УКМ используют коксы, которые характеризуются преобладающим размером структурных составляющих 3-10 мкм (весьма мелковолокнистые). При таком размере кристаллитов коксов обеспечивается оптимум физико-механических свойств (прочность при сжатии, изгибе и кручении) и электро-, теплофизических свойств, получаемых УКМ (тепло- и электропроводность, коэффициент термического расширения, термопрочность и т.п.). Весьма мелковолокнистые структурные составляющие не являются изотропными, но близки к ним. В вязи с этим кокс, в микроструктуре которого преобладают весьма мелковолокнистые структурные составляющие, называют псевдоизотропным. Средний балл псевдоизотропного кокса должен составлять 1,8-2,5.To obtain the main grades of UKM, cokes are used, which are characterized by a predominant size of structural components of 3-10 microns (very fine-fiber). With this size of coke crystallites, the optimum physical and mechanical properties (strength in compression, bending and torsion) and electrical and thermophysical properties obtained by CCM (thermal and electrical conductivity, coefficient of thermal expansion, thermal strength, etc.) are provided. Very fine-fiber structural components are not isotropic, but close to them. In connection with this, coke, in the microstructure of which very fine-fiber structural components prevail, is called pseudo-isotropic. The average grade of pseudo-isotropic coke should be 1.8-2.5.

Известен способ получения псевдоизотропного кокса, включающий пиролиз керосино-газойлевых фракций с получением гидравличной смолы и последующим ее коксованием [Сабаненков С.А. и др. Производство, свойства и применение нефтяного пиролизного кокса. – Обзорная информация. Серия: Переработка нефти, вып. 9, М., 1989]. Недостатком данного способа является использование в качестве сырья дефицитных и дорогостоящих дистиллятных нефтяных фракций, что экономически нецелесообразно, низкий выход кокса на исходное сырье, периодичность процесса пиролиза в связи с закоксовыванием реакционной аппаратуры.A known method of producing pseudo-isotropic coke, including pyrolysis of kerosene-gas oil fractions to obtain a hydraulic resin and its subsequent coking [Sabanenkov SA and other Production, properties and use of petroleum pyrolysis coke. - Overview information. Series: Oil Refining, vol. 9, M., 1989]. The disadvantage of this method is the use of scarce and expensive distillate oil fractions as raw materials, which is economically inexpedient, low coke yield for feedstock, the frequency of the pyrolysis process due to coking of the reaction apparatus.

Известен способ, по которому пековые коксы получают из высокотемпературных пеков (ВТП), имеющих температуру размягчения 135-150°С. ВТП получают термоокислением сырья, в состав которого входят среднетемпературный пек (СТП) и смесь смол коксования пеков и пековых дистиллятов – смолодистиллятная смесь (СДС) [Привалов, В.Е. Каменоугольный пек / В.Е. Привалов, М.А. Степаненко. – М.: Металлургия. 1981. – 208 с.]. При этом термоокисление СДС может проводиться в отдельном окислительном кубе для доведения СДС до показателей СТП. Содержание СДС в смеси с СТП варьируется в пределах 21,6-23,6%. Термоокисление проводится в кубовой батарее, а коксование – в печных камерах. Микроструктура коксов, получаемых по данному способу выше 2,5 баллов, следовательно, коксы не являются псевдоизотропными и не могут быть качественным сырьем для производства искусственных графитов. На коксохимических предприятиях добавка СДС к СТП направлена не на регулирование микроструктуры получаемых коксов, а для утилизации СДС, либо для увеличения выхода пекового кокса, либо для снижения вязкости реакционной массы. Известен способ получения высокотемпературного пека [Способ получения высокотемпературного пека для производства пекового кокса / Тесаловская Т.М., Жиляев Ю.А., Андрейков Е.И., Степанова Л.А., Акулов П.В., Мальков Н.Н. // Патент RU 2176657, опубл. 10.12.2001] термоокислением смеси СТП и полимеров бензольного отделения. Содержание в исходном сырье полимеров бензольного отделения составляет 5-10% от веса СТП. Получаемый ВТП имеет температуру размягчения в интервале 135-150 ºС, оцениваемой по методу «Кольцо и стержень». Коксы из ВТП, полученных по данному способу не обладают псевдоизотропной микроструктурой и, следовательно, не могут применяться как качественное сырье для производства конструкционных графитов. The known method, according to which pitch cokes are obtained from high-temperature pitches (HCP), having a softening temperature of 135-150 ° C. ECP is obtained by thermal oxidation of raw materials, which includes medium-temperature pitch (STP) and a mixture of pitch coking resins and pitch distillates - resin-distillate mixture (SDS) [Privalov, V.E. Coal tar pitch / V.E. Privalov, M.A. Stepanenko. - M .: Metallurgy. 1981. - 208 p.]. In this case, thermal oxidation of SDS can be carried out in a separate oxidizing cube to bring SDS to the values of STP. The content of SDS in a mixture with STP varies in the range of 21.6-23.6%. Thermal oxidation is carried out in a still battery, and coking is carried out in oven chambers. The microstructure of cokes obtained by this method is higher than 2.5 points, therefore, cokes are not pseudo-isotropic and cannot be a high-quality raw material for the production of artificial graphites. At coke-chemical plants, the addition of SDS to STP is not aimed at regulating the microstructure of the produced cokes, but for utilizing SDS, or to increase the yield of pitch coke, or to reduce the viscosity of the reaction mass. A known method for producing high-temperature pitch [Method for producing high-temperature pitch for the production of pitch coke / Tesalovskaya TM, Zhilyaev Yu.A., Andreikov EI, Stepanova LA, Akulov PV, Malkov N.N. // Patent RU 2176657, publ. 10.12.2001] by thermal oxidation of a mixture of STP and polymers of the benzene compartment. The content in the feedstock of polymers of the benzene section is 5-10% of the weight of STP. The resulting ECP has a softening point in the range of 135-150 ºС, assessed by the "Ring and rod" method. Cokes from ECP obtained by this method do not have a pseudo-isotropic microstructure and, therefore, cannot be used as a high-quality raw material for the production of structural graphites.

По способу [Способ получения пека-связующего для электродных материалов / Тесаловская Т.М., Карпин Г.М., Андрейков Е.И., Грабовский А.Э., Егоров В.Н., Тверсков А.А., Слепова В.М., Дмитриева Н.С., Мочалов В.В., Аникин Г.Я. // Патент RU 2119522] Изобретение относится к способу получения пека-связующего для электродных материалов. Смесь среднетемпературного каменноугольного пека с поглотительной или антраценовой фракциями каменноугольной смолы в соотношении пек : фракция, равном (9,9 : 0,1) - (9,1 : 0,9), при 280 – 350 ⁰С обрабатывают воздухом. Технология получения пека позволяет уменьшить скорость образования α1-фракции, снизить температуру размягчения пека, сокращает длительность процесса. В данном изобретении содержание антраценовой фракции в смеси с пеком составляет 1-9%. После окисления данной смеси и дальнейшего коксования не образуется кокс с преобладающим содержанием структурных составляющих 3-10 мкм. According to the method [Method of obtaining pitch-binder for electrode materials / Tesalovskaya TM, Karpin GM, Andreikov EI, Grabovskiy AE, Egorov VN, Tverskov AA, Slepova V M., Dmitrieva N.S., Mochalov V.V., Anikin G.Ya. // Patent RU 2119522] The invention relates to a method for producing pitch-binder for electrode materials. A mixture of medium-temperature coal tar pitch with absorption or anthracene fractions of coal tar in a pitch: fraction ratio equal to (9.9: 0.1) - (9.1: 0.9) is treated with air at 280 - 350 ° C. The technology of obtaining pitch allows to reduce the rate of formation of α 1 -fraction, to reduce the softening temperature of pitch, and shortens the duration of the process. In this invention, the content of the anthracene fraction in the mixture with pitch is 1-9%. After oxidation of this mixture and further coking, no coke is formed with a predominant content of structural components of 3-10 microns.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ (принятый за прототип), по которому ВТП для коксования получают термоокислением смеси каменноугольного пека (СТП) и антраценовой фракции, пековой смолы, пековых дистиллятов, либо сырого антрацена [Получение пека для коксования из высококипящих продуктов переработки каменноугольной смолы. Е.А. Сухорукова, Л.А. Коган, В.В. Богоявленский // Сборник статей ин-та ВУХИН «Подготовка и коксование углей», 1969, вып. 8, с. 204-213]. Количество добавки к СТП не должно превышать 30%, удельный расход воздуха составляет 15 л/(кг⋅ч), температура реакционной массы не выше 340°С. В описании способа указано, что наиболее целесообразно вести обработку сырья при постепенно повышающейся температуре от 300 до 340°С, до получения пека с температурой размягчения 145±5°С. К основным недостаткам данного способа относятся низкое качество получаемого кокса как по среднему баллу микроструктуры, так и по уровню его однородности, определяемой распределением структурных элементов в коксе.The closest to the proposed technical solution is the method (taken as a prototype), according to which ECP for coking is obtained by thermal oxidation of a mixture of coal tar pitch (STP) and anthracene fraction, pitch tar, pitch distillates, or crude anthracene [Obtaining pitch for coking from high-boiling products of coal resin. E.A. Sukhorukova, L.A. Kogan, V.V. Epiphany // Collection of articles of the Institute of VUKHIN "Preparation and coking of coal", 1969, issue. 8, p. 204-213]. The amount of additive to STP should not exceed 30%, the specific air consumption is 15 l / (kg⋅h), the temperature of the reaction mixture is not higher than 340 ° C. In the description of the method it is indicated that it is most expedient to carry out the processing of raw materials at a gradually increasing temperature from 300 to 340 ° C, until a pitch with a softening temperature of 145 ± 5 ° C is obtained. The main disadvantages of this method include the low quality of the resulting coke, both in terms of the average microstructure score and the level of its homogeneity, determined by the distribution of structural elements in the coke.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION

Задачей, стоявшей перед разработчиками настоящего изобретения, является получение кокса псевдоизотропной микроструктуры пригодного для производства углеродных конструкционных материалов на основе доступного и недорогого сырья – каменноугольных пеков (СТП) и высококипящих продуктов коксохимии.The challenge faced by the developers of the present invention is to obtain coke of a pseudo-isotropic microstructure suitable for the production of carbon structural materials based on available and inexpensive raw materials - coal tar pitch (STP) and high-boiling coke products.

Для решения задачи разработан способ получения кокса с псевдоизотропной микроструктурой из исходного сырья, содержащего смесь среднетемпературного каменноугольного пека и высококипящих продуктов коксохимии;To solve the problem, a method has been developed for producing coke with a pseudo-isotropic microstructure from a feedstock containing a mixture of medium-temperature coal tar pitch and high-boiling coke products;

включающий в себя этапы, на которых выполняютincluding the stages at which perform

термоокисление исходного сырья при температуре от 260°С до 340°С; иthermal oxidation of feedstock at temperatures from 260 ° C to 340 ° C; and

коксование окисленного исходного сырья;coking oxidized feedstock;

отличающийся тем, чтоcharacterized in that

содержание высококипящих продуктов коксохимии в смеси составляет 50-80 масс.%.the content of high-boiling coke-chemical products in the mixture is 50-80 wt%.

Техническим результатом раскрытого изобретения является получение кокса псевдоизотропной микроструктуры пригодного для производства углеродных конструкционных материалов на основе каменноугольных пеков и высококипящих продуктов коксохимии.The technical result of the disclosed invention is to obtain a pseudo-isotropic microstructure coke suitable for the production of carbon structural materials based on coal tar pitch and high-boiling coke products.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF FIGURES DRAWINGS

На фиг. 1 показана таблица влияния состава сырья на средний балл микроструктуры получаемого кокса в каждом из примеров 1-13.FIG. 1 shows a table of the influence of the composition of raw materials on the average score of the microstructure of the resulting coke in each of examples 1-13.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯCARRYING OUT THE INVENTION

В соответствии с настоящим изобретением получение кокса с псевдоизотропной микроструктурой выполняется из исходного сырья, содержащего смесь среднетемпературного каменноугольного пека и высококипящих продуктов коксохимии (ВКПК). В качестве высококипящих продуктов коксохимии смесь может содержать по меньшей мере одно из: антраценовая фракция каменноугольной смолы, пековый дистиллят, смолы коксования пеков и сырье коксохимического для производства технического углерода. Использование в качестве ВКПК антраценовой фракции каменноугольной смолы (АФ) является предпочтительным, так как АФ обладает более стабильными (предсказуемыми) составом и свойствами, что позволяет более точно определять параметры осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением.In accordance with the present invention, the production of coke with a pseudo-isotropic microstructure is carried out from a feedstock containing a mixture of medium-temperature coal tar pitch and high-boiling coke products (VCPC). As high-boiling coke-chemical products, the mixture may contain at least one of: anthracene fraction of coal tar, pitch distillate, pitch coking tars and coke-chemical raw materials for the production of technical carbon. The use of an anthracene fraction of coal tar (AP) as VKPC is preferable, since AP has a more stable (predictable) composition and properties, which makes it possible to more accurately determine the parameters of the method in accordance with the present invention.

В связи с тем, что высококипящие продукты коксохимии, такие как антраценовая фракция каменноугольной смолы, пековые дистилляты, смолы коксования пеков, сырье коксохимическое для производства технического углерода, имеют сходный состав, в настоящем изобретении в качестве высококипящих продуктов коксохимии смесь может содержать по меньшей мере одно из: антраценовая фракция каменноугольной смолы, пековый дистиллят, смолы коксования пеков и сырье коксохимическое для производства технического углерода. Due to the fact that high-boiling coke-chemical products, such as anthracene fraction of coal tar, pitch distillates, pitch coking tars, coke-chemical raw materials for the production of carbon black, have a similar composition, in the present invention, as high-boiling coke-chemical products, the mixture may contain at least one from: anthracene fraction of coal tar, pitch distillate, pitch coking tars and coke-chemical raw materials for the production of technical carbon.

Степень изотропии коксов определяется размерами мезофазы, которая формируется в процессе карбонизации в интервале температур 380-500°С. Увеличение размеров мезофазных образований при карбонизации приводит к возрастанию анизотропии получаемых коксов и, соответственно, увеличению балла микроструктуры коксов. В раскрытом изобретении методом управления размерами мезофазы является добавка ВКПК. В отличие от каменноугольного пека компоненты ВКПК имеют меньший молекулярный вес, меньшее атомное соотношение С/Н и состоят в основном из трех-пяти кольчатых конденсированных ароматических, гетероциклических соединений и их алкилпроизводных. Вступая в реакции поликонденсации, инициируемые кислородом воздуха, компоненты ВКПК образуют соединения с бифенильными, метиленовыми и кислородными мостиками, либо другие более сложные перекрестно-сшитые структуры. В процессе карбонизации такие соединения образуют мезофазу крайне мелких размеров, либо вообще не способны образовывать мезофазу. Это обусловлено несколькими факторами: часть соединений с низкой термической стойкостью разлагается без участия в формировании мезофазы и удаляется с газовой фазой, другая часть соединений в результате термической деструкции образует непланарные радикалы, которые испытывают стерические затруднения при формировании слоистой структуры сферолитов мезофазы. The degree of isotropy of cokes is determined by the size of the mesophase, which is formed during carbonization in the temperature range 380-500 ° C. An increase in the size of mesophase formations during carbonization leads to an increase in the anisotropy of the obtained cokes and, accordingly, to an increase in the microstructure score of the cokes. In the disclosed invention, the method of controlling the size of the mesophase is the addition of VKPK. In contrast to coal tar pitch, the VKPC components have a lower molecular weight, a lower C / H atomic ratio and consist mainly of three to five annular condensed aromatic, heterocyclic compounds and their alkyl derivatives. Entering into polycondensation reactions initiated by atmospheric oxygen, the VKPC components form compounds with biphenyl, methylene and oxygen bridges, or other more complex cross-linked structures. In the process of carbonization, such compounds form an extremely small mesophase, or they are not at all capable of forming a mesophase. This is due to several factors: some of the compounds with low thermal stability decompose without participating in the formation of the mesophase and are removed with the gas phase, while the other part of the compounds as a result of thermal destruction forms nonplanar radicals that experience steric hindrance during the formation of the layered structure of mesophase spherulites.

Способ в соответствии с настоящим изорбетением включает в себя этап, на котором выполняют термоокисление исходного сырья при температуре от 260°С до 340°С. Поскольку 50% и более ВКПК выкипают до 360°С [Справочник коксохимика в 6-ти томах. Том.3. Улавливание и переработка химичексих продуктов коксования / Под общ. ред. д-ра техн. наук Е.Т. Ковалева. – Харьков: Издательский дом «ИНЖЭК», 2009. - 432 с.], целесообразно проводить термоокисление при сравнительно низких температурах – 260–340°С. При температуре ниже 260°С существенно снижается глубина превращения компонентов исходного сырья при термоокислении, а при температуре выше 340°С происходит интенсивная отгонка легкой части сырья без участия в реакциях термоокисления, что приводит к снижению выхода и повышенной вязкости ВТП. The method in accordance with the present isorbeton includes the step of performing thermal oxidation of the feedstock at a temperature of 260 ° C to 340 ° C. Since 50% or more of VKPK boil away up to 360 ° C [Handbook of a coke chemist in 6 volumes. Volume 3. Catching and processing of chemical coking products / Under total. ed. Dr. tech. sciences E.T. Kovalev. - Kharkov: Publishing house "INZHEK", 2009. - 432 p.], It is advisable to carry out thermal oxidation at relatively low temperatures - 260-340 ° C. At temperatures below 260 ° C, the conversion depth of the components of the feedstock significantly decreases during thermal oxidation, and at temperatures above 340 ° C, the light part of the feedstock is intensively distilled off without participation in thermal oxidation reactions, which leads to a decrease in the yield and increased viscosity of ECP.

СТП состоит в основном из 4–10-кольчатых конденсированных ароматических соединений, большая часть которых после низкотемпературной термоокислительной обработки (260–340°С) не теряет способности формировать мезофазу при карбонизации. Таким образом, в процессе термоокисления смеси СТП выполняет функции источника мезогенных компонентов, а ВКПК – функции ограничителя роста мезофазы при карбонизации. Варьирование состава смеси позволяет очень тонко регулировать микроструктуру получаемых коксов и обеспечивать необходимый уровень изотропии свойств. При этом, при содержании ВКПК ниже 50% (масс.) в смеси увеличивается средний балл микроструктуры (снижается степень изотропии), а при содержании выше 80% (масс.) – образуется полностью изотропный, неграфитирующийся (сажистый) кокс со средним баллом микроструктуры ниже 1,8. Оптимальное содержание ВКПК в смеси составляет 50-80% (оптимальный диапазон, при котором выдерживается баланс между мезогенными компонентами и ограничителями роста мезофазы) и зависит от температуры и продолжительности процесса термоокисления. Чем выше температура и продолжительность процесса термоокисления, тем меньшее количество ВКПК требуется для обеспечения псевдоизотропной микроструктуры получаемого кокса. В связи с этим предпочтительнее проводить термоокисление при интервале температур 300-340°С. STP consists mainly of 4–10-ring condensed aromatic compounds, most of which, after low-temperature thermal oxidative treatment (260–340 ° C), do not lose the ability to form a mesophase during carbonization. Thus, in the process of thermooxidation of the mixture, STP acts as a source of mesogenic components, and VKPC functions as a restrictor of the growth of the mesophase during carbonization. Varying the composition of the mixture allows you to very finely control the microstructure of the resulting cokes and provide the required level of isotropy of properties. At the same time, with the content of VCPC below 50% (wt.) In the mixture, the average score of the microstructure increases (the degree of isotropy decreases), and with the content above 80% (wt.), A completely isotropic, non-graphitizing (sooty) coke is formed with an average score of the microstructure below 1.8. The optimal content of VCPK in the mixture is 50-80% (the optimal range at which the balance between mesogenic components and mesophase growth inhibitors is maintained) and depends on the temperature and duration of the thermal oxidation process. The higher the temperature and duration of the thermal oxidation process, the less VCPK is required to provide a pseudo-isotropic microstructure of the resulting coke. In this regard, it is preferable to carry out thermal oxidation at a temperature range of 300-340 ° C.

Для ВТП, полученных заявляемым способом, характерна пониженная вязкость, связанная с высоким содержанием дистиллятов в исходном сырье. ВТП и коксы на их основе, содержат 0,2–0,4% серы, 1–1,5% азота и следовые количества зольных примесей. ECP obtained by the claimed method is characterized by a reduced viscosity associated with a high content of distillates in the feedstock. HPP and cokes based on them contain 0.2–0.4% sulfur, 1–1.5% nitrogen and trace amounts of ash impurities.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬINDUSTRIAL APPLICABILITY

Для реализации раскрытого способа получения кокса с псевдоизотропной микроструктурой исходное сырьё, содержащее навеску смеси СТП и ВКПК массой 600 г загружается в стальной реактор термоокисления, оборудованный электрообогревом. В процессе термоокисления в реактор компрессором подаётся сжатый воздух, с удельным расходом 50-100 л/(кг⋅ч), для прототипа – 15 л/(кг⋅ч) (пример 13). Удельный расход реакционного воздуха при термоокислении исходного сырья не должен превышать 100 л/(кг⋅ч), так как выше этого значения интенсифицируются процессы переокисления пека, в результате чего образуется полностью изотропный, неграфитирующийся кокс, а также закоксовывается устройство подачи воздуха в реактор. Кроме того, при повышении расхода воздуха выше 100 л/(кг⋅ч) температура размягчения получаемого ВТП может превышать 200°С. В связи с этим наиболее предпочтительным является расход подаваемого реакционного воздуха в процессе термоокисления не более 100 л/(кг⋅ч). При расходе реакционного воздуха менее 50 л/(кг⋅ч) достигается необходимое качество окисленного пека, однако существенно возрастает время термоокисления. Температуру поднимают до значений 260-340°С со скоростью 20-25°С/мин и обеспечивают выдержку при данной температуре. Удельный расход реакционного воздуха и продолжительность процесса термоокисления подбирается таким образом, чтобы получаемый ВТП имел температуру размягчения не выше 200°С, предпочтительно не выше 150°С. To implement the disclosed method for producing coke with a pseudoisotropic microstructure, the feedstock containing a weighed portion of a mixture of STP and VKPK weighing 600 g is loaded into a steel thermal oxidation reactor equipped with electric heating. In the process of thermal oxidation, compressed air is supplied to the reactor by a compressor, with a specific flow rate of 50-100 l / (kg⋅h), for the prototype - 15 l / (kg⋅h) (example 13). The specific consumption of the reaction air during thermal oxidation of the feedstock should not exceed 100 L / (kg⋅h), since above this value the pitch peroxidation is intensified, resulting in the formation of completely isotropic, non-graphitizing coke, and the device for supplying air to the reactor is coked. In addition, with an increase in the air flow rate above 100 l / (kg⋅h), the softening temperature of the resulting ECP can exceed 200 ° C. In this regard, the most preferable is the flow rate of the supplied reaction air in the process of thermal oxidation not more than 100 l / (kg⋅h). When the flow rate of the reaction air is less than 50 l / (kg⋅h), the required quality of the oxidized pitch is achieved, however, the thermal oxidation time increases significantly. The temperature is raised to values of 260-340 ° C at a rate of 20-25 ° C / min and holding at this temperature is ensured. The specific consumption of the reaction air and the duration of the thermal oxidation process are selected in such a way that the resulting ECP has a softening temperature not higher than 200 ° C, preferably not higher than 150 ° C.

Способ также включает в себя этап, на котором выполняется коксование окисленного исходного сырья. В ходе этого этапа полученное окисленное исходное сырьё подвергается коксованию в фарфоровом тигле с плотно закрытой крышкой под слоем коксовой пересыпки для обеспечения условий инертной среды. Навеску ВТП массой 100 г загружают в тигель и постепенно поднимают температуру до значений 550 – 600°С. Конечная температура выбрана с целью обеспечения выхода летучих веществ в коксе в пределах 3–6%, что необходимо для технологии получения УКМ. Скорость нагрева составляет 0,5°С/мин, выдержка при конечной температуре – 1 час.The method also includes the step of coking the oxidized feedstock. During this stage, the resulting oxidized feedstock is coked in a porcelain crucible with a tightly closed lid under a coke bed to provide an inert environment. A sample of ECP weighing 100 g is loaded into the crucible and the temperature is gradually raised to 550 - 600 ° C. The final temperature is chosen to ensure the yield of volatile substances in the coke in the range of 3–6%, which is necessary for the CCM production technology. The heating rate is 0.5 ° C / min, the exposure at the final temperature is 1 hour.

Термоокисление исходного сырья в промышленном масштабе может осуществляться в стандартных кубах окисления, а коксование – в камерной печи, кубах коксования, либо в необогреваемых камерах (замедленным коксованием). Температура размягчения получаемого ВТП должна быть не выше 200°С, предпочтительнее не выше 150°С. Температура размягчения ВТП выше 150°С будет приводить к затруднениям с его перекачкой насосами по технологическим трубопроводам, а выше 200°С – к полной невозможности перекачки в условиях стандартного оборудования коксохимических предприятий.Thermooxidation of feedstock on an industrial scale can be carried out in standard oxidation cubes, and coking - in a chamber furnace, coking cubes, or in unheated chambers (delayed coking). The softening point of the resulting ECP should be no higher than 200 ° C, more preferably no higher than 150 ° C. The softening temperature of ECP above 150 ° С will lead to difficulties with its pumping by pumps through process pipelines, and above 200 ° С - to the complete impossibility of pumping under the conditions of standard equipment of coke plants.

Возможность осуществления изобретения подтверждается примерами 1–12. Пример 13 иллюстрирует реализацию способа в соответствии с прототипом. Полученные результаты осуществления изобретения в сравнении с прототипом представлены в таблице на фигуре 1. The possibility of carrying out the invention is confirmed by examples 1-12. Example 13 illustrates the implementation of the method in accordance with the prototype. The obtained results of the implementation of the invention in comparison with the prototype are presented in the table in figure 1.

Пример 1. ВТП и кокс были получены с использованием способа в соответствии с раскрытым изобретением. Example 1. ECP and coke were obtained using the method in accordance with the disclosed invention.

Навеску СТП и АФ массой 600 г загружали в реактор термоокисления, с помощью электрообогрева поднимали температуру до 260°С со скоростью 20°С/мин. Продолжительность (τ) и удельный расход воздуха (Gв) процесса термоокисления составляли 12 часов и 100 л/(кг⋅ч), соответственно. Навеску полученного ВТП массой 100 г загружали в фарфоровый реактор коксования, засыпали коксовой мелочью пространство над крышкой, поднимали температуру до 570°С со скоростью 0,5°С/мин и выдерживали 1 час.A weighed portion of STP and AF weighing 600 g was loaded into a thermooxidation reactor, and the temperature was raised to 260 ° C using electric heating at a rate of 20 ° C / min. The duration (τ) and specific air consumption (G c ) of the thermal oxidation process were 12 hours and 100 l / (kg⋅h), respectively. A weighed portion of the obtained ECP with a mass of 100 g was loaded into a porcelain coking reactor, the space above the lid was filled with coke breeze, the temperature was raised to 570 ° C at a rate of 0.5 ° C / min and held for 1 hour.

Примеры 2-12. Эксперименты выполняли аналогичным образом, но варьировали температуру, продолжительность, расход реакционного воздуха в процессе термоокисления, а также изменяли содержание АФ в исходной смеси. Параметры примеров приведены в таблице на фиг.1. Examples 2-12. The experiments were performed in a similar way, but the temperature, duration, and flow rate of the reaction air during thermal oxidation were varied, and the AF content in the initial mixture was also changed. The parameters of the examples are shown in the table in Fig. 1.

Пример 13. Температуру при термоокислении поднимали постепенно от 300 до 340°С со скоростью приблизительно 3,3°С/час, удельный расход воздуха составлял 15 л/(кг⋅ч). Example 13. The temperature during thermal oxidation was raised gradually from 300 to 340 ° C at a rate of approximately 3.3 ° C / h, the specific air consumption was 15 l / (kg · h).

В примере 13 приведены данные по микроструктуре кокса и ВТП, полученного согласно прототипу. По значению среднего балла микроструктуры видно, что кокс не является псевдоизотропным. Example 13 shows data on the microstructure of coke and ECP obtained according to the prototype. The value of the average score of the microstructure shows that the coke is not pseudo-isotropic.

Содержание АФ в исходном сырье в примерах 1 – 60%, 2 – 80%, 4 – 50%, 5 – 60%, 6 – 70%, 9 – 60%, 12 – 50%. В этих примерах получали высококачественный однородный псевдоизотропный кокс, со средним баллом микроструктуры в диапазоне 1,8–2,5.The content of AF in the feedstock in examples 1 is 60%, 2 is 80%, 4 is 50%, 5 is 60%, 6 is 70%, 9 is 60%, 12 is 50%. In these examples, a high quality homogeneous pseudo-isotropic coke was obtained, with an average microstructure score in the range of 1.8-2.5.

В примерах 3, 8 содержание АФ составляло 40%, микроструктура псевдоизотропного кокса не обеспечивалась в связи с избыточным содержанием мезогенных компонентов СТП. В примерах 7, 10 при содержании АФ в исходной смеси составляло 80%, образовался полностью изотропный кокс со средним баллом микроструктуры 1,1 и 1,2, соответственно. Это связано с избытком непланарных вторичных соединений – продуктов окисления АФ, которые обладают низкой мезогенной активностью. В примере 11 содержание АФ составляло 30%, микроструктура псевдоизотропного кокса не обеспечивалась в связи с избыточным содержанием мезогенных компонентов СТП. In examples 3, 8, the AP content was 40%, the microstructure of pseudo-isotropic coke was not provided due to the excessive content of mesogenic components of STP. In examples 7, 10, when the AF content in the initial mixture was 80%, a completely isotropic coke was formed with an average microstructure score of 1.1 and 1.2, respectively. This is due to an excess of nonplanar secondary compounds - products of AP oxidation, which have low mesogenic activity. In example 11, the content of AP was 30%, the microstructure of pseudo-isotropic coke was not provided due to the excess content of mesogenic components of STP.

Таким образом, при содержании АФ в исходной смеси ниже 50% во всех случаях не обеспечивается микроструктура псевдоизотропного кокса. При температурах выше 300°С (300-340°С) содержание АФ должно быть в диапазоне 50-70%, так как высокие температуры способствуют углублению процесса термоокисления. При температурах ниже 300°С содержание АФ должно быть в диапазоне 50-80%.Thus, when the AP content in the initial mixture is below 50%, the microstructure of pseudo-isotropic coke is not provided in all cases. At temperatures above 300 ° C (300-340 ° C), the AF content should be in the range of 50-70%, since high temperatures contribute to the deepening of the thermal oxidation process. At temperatures below 300 ° C, the AF content should be in the range of 50-80%.

Коксы с псевдоизотропной микроструктурой характеризуются средним баллом микроструктуры от 1,8 до 2,5. Таким образом, результаты экспериментов в примерах 1, 2, 4, 5, 6, 9, 12 подтверждают, что раскрытое изобретение обеспечивает получение коксов с псевдоизотропной микроструктурой.Cokes with pseudo-isotropic microstructure are characterized by an average microstructure score of 1.8 to 2.5. Thus, the results of experiments in examples 1, 2, 4, 5, 6, 9, 12 confirm that the disclosed invention provides for the production of cokes with pseudo-isotropic microstructure.

Таким образом, раскрытый способ позволяет получать кокс с псевдоизотропной микроструктурой пригодный для производства углеродных конструкционных материалов на основе каменноугольных пеков (СТП) и высококипящих продуктов коксохимии.Thus, the disclosed method makes it possible to obtain coke with a pseudo-isotropic microstructure suitable for the production of carbon structural materials based on coal tar pitch (STP) and high-boiling coke products.

Настоящее изобретение было подробно раскрыто со ссылкой на отдельные варианты его осуществления, однако очевидно, что оно может быть осуществлено в различных вариантах, не выходя за рамки заявленного объёма правовой охраны, определяемого формулой изобретения.The present invention has been disclosed in detail with reference to certain variants of its implementation, however, it is obvious that it can be implemented in various ways, without going beyond the claimed scope of legal protection defined by the claims.

Claims (8)

1. Способ получения кокса с псевдоизотропной микроструктурой1. Method for producing coke with pseudoisotropic microstructure из исходного сырья, содержащего смесь среднетемпературного каменноугольного пека и антраценовой фракции,from a feedstock containing a mixture of medium-temperature coal tar pitch and anthracene fraction, включающий в себя этапы, на которых выполняютincluding the stages at which perform термоокисление исходного сырья при температуре от 260 до 340°С, в ходе которого выполняется подача реакционного воздуха с удельным расходом 50-100 л/(кг⋅ч), иthermal oxidation of the feedstock at a temperature of 260 to 340 ° C, during which the reaction air is supplied with a specific flow rate of 50-100 l / (kg⋅h), and коксование окисленного исходного сырья,coking oxidized feedstock, отличающийся тем, чтоcharacterized in that содержание антраценовой фракции в смеси составляет 50-80 мас.%.the content of the anthracene fraction in the mixture is 50-80 wt%. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термоокисление исходного сырья проводят при температуре от 300 до 340°С.2. The method according to claim 1, characterized in that the thermal oxidation of the feedstock is carried out at a temperature of 300 to 340 ° C.
RU2020123621A 2020-07-16 2020-07-16 Method for producing coke with a pseudoisotropic microstructure RU2761201C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020123621A RU2761201C1 (en) 2020-07-16 2020-07-16 Method for producing coke with a pseudoisotropic microstructure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020123621A RU2761201C1 (en) 2020-07-16 2020-07-16 Method for producing coke with a pseudoisotropic microstructure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2761201C1 true RU2761201C1 (en) 2021-12-06

Family

ID=79174226

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020123621A RU2761201C1 (en) 2020-07-16 2020-07-16 Method for producing coke with a pseudoisotropic microstructure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2761201C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1744094A1 (en) * 1989-11-21 1992-06-30 Кузнецкий Филиал Восточного Научно-Исследовательского Углехимического Института Method of producing tar pitch for electrodes
UA22097A (en) * 1995-02-09 1998-04-30 Господарче Багатопрофільне Об'Єднання "Укркокс" A process for preparation of mesophase-mesogenic high temperature PITCH from anthracene fraction
RU2119522C1 (en) * 1996-03-04 1998-09-27 Восточный научно-исследовательский углехимический институт Method of preparing pitch binder for electrode materials
RU2230770C1 (en) * 2002-10-14 2004-06-20 Зао "Технографит" Method for reprocessing of coal-tar pitch for constructional materials

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1744094A1 (en) * 1989-11-21 1992-06-30 Кузнецкий Филиал Восточного Научно-Исследовательского Углехимического Института Method of producing tar pitch for electrodes
UA22097A (en) * 1995-02-09 1998-04-30 Господарче Багатопрофільне Об'Єднання "Укркокс" A process for preparation of mesophase-mesogenic high temperature PITCH from anthracene fraction
RU2119522C1 (en) * 1996-03-04 1998-09-27 Восточный научно-исследовательский углехимический институт Method of preparing pitch binder for electrode materials
RU2230770C1 (en) * 2002-10-14 2004-06-20 Зао "Технографит" Method for reprocessing of coal-tar pitch for constructional materials

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
А.С. ФИАЛКОВ, Углерод, межслоевые соединения и композиты на его основе, Москва, Аспект Пресс, 1997. *
Абатуров А. Л. и др., "Исследование основных закономерностей формирования углерода с псевдоизотропной микроструктурой как сырья для конструктивных графитов", 2018, с.357, DOI: 10.17223/9785946217408/225. *
Н.Ю. Бейлина, "Химия и химическая технология. Проблемы сырья для конструкционных графитов атомно-энергетического комплекса", т. 53, вып. 10, 2010, с.107-115. *
Н.Ю. Бейлина, "Химия и химическая технология. Проблемы сырья для конструкционных графитов атомно-энергетического комплекса", т. 53, вып. 10, 2010, с.107-115. Абатуров А. Л. и др., "Исследование основных закономерностей формирования углерода с псевдоизотропной микроструктурой как сырья для конструктивных графитов", 2018, с.357, DOI: 10.17223/9785946217408/225. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mochida et al. Chemistry in the production and utilization of needle coke
Mora et al. Mesophase development in petroleum and coal-tar pitches and their blends
TW201140920A (en) Methods of preparing carbonaceous material
CN102037099B (en) High coking value pitch
TW200810211A (en) Methods of preparing carbonaceous anode materials and using same
CN106278266A (en) Preparation method for the needle coke of low cte graphite electrodes
KR20100039333A (en) Process for producing petroleum coke
Cheng et al. Carbonization behavior and mesophase conversion kinetics of coal tar pitch using a low temperature molten salt method
Bai et al. Blending effect of pyrolyzed fuel oil and coal tar in pitch production for artificial graphite
Elkasabi et al. Renewable biomass-derived coke with texture suitable for aluminum smelting anodes
Yu et al. High-temperature pyrolysis of petroleum coke and its correlation to in-situ char-CO2 gasification reactivity
Zhu et al. Study on the Pyrolysis Characteristic and the Microstructure of the Pyrolysis Products of β Resins from Different Coal Tar Pitch.
CN106784685A (en) A kind of cathode of lithium battery pitch and cathode of lithium battery and preparation method thereof and lithium battery
RU2761201C1 (en) Method for producing coke with a pseudoisotropic microstructure
JP4809675B2 (en) Petroleum coke and method for producing the same
CN102149791B (en) Process for producing needle coke for graphite electrode and stock oil composition for use in the process
Song et al. The influence of alkyl group on needle coke formation
JPWO2019188280A1 (en) Raw material oil for needle coke and needle coke
JP2010248502A (en) Coal-based stock oil for producing needle coke, method for producing the same and method for producing needle coke
Ibrahim Characterisation and thermal treatment of Syrian petcoke fines
Starovoyt et al. Modification of the electrode pitch operational properties
RU2230770C1 (en) Method for reprocessing of coal-tar pitch for constructional materials
Petrovykh et al. High-temperature synthesis of pitch
Jahrsengene et al. Bio-Binders and Their Carbonization and Interaction with Petroleum Coke During Baking
JP2018127611A (en) Method for manufacturing coal tar pitch