Развитие нефтехимической промышленности и ввод в эксплуатацию крупнотоннажных этиленовых установок требуют поиска новых путей использования побочных продуктов, образующихся при пиролизе жидкого и газообразного углеводородного сырья. Этот процесс является источником получения тяжелых смол пиролиза (ТСП) наряду с низшими олефинами (целевыми продуктами).

Актуальность повышения экологической безопасности пиролиза обусловлена большими масштабами и темпами наращивания мощностей этиленового производства и тенденцией утяжеления пиролизного сырья. С пуском крупнотоннажных этиленовых производств ЭП–250 и ЭП–300 объем выработки смол пиролиза значительно возрос. Большие масштабы производства, а также особенности химической природы превращают ТСП из отходов в один из целевых продуктов, от рационального использования которого существенно зависит экологическая и экономическая эффективность этиленовой установки. В данной работе рассмотрена возможность использования ТСП в производстве «сухой» анодной массы для цветной металлургии.

Сырьем для получения анодной массы и обожженных анодов служат электродные каменноугольные пеки и электродные коксы (нефтяные или пековые). Правильный подбор исходных материалов — наиболее сложная задача подготовки производства. Основные свойства коксов и пеков в значительной степени зависят от того, из каких продуктов нефтепереработки или коксохимического производства они получены.

Главный недостаток каменноугольного пека — высокая канцерогенная активность, обусловленная спецификой химического состава и значительным содержанием полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и фенолов, усиливающих действие ПАУ. В Российском регистре потенциально опасных химических и биологических веществ в класс чрезвычайно опасных отнесены 3 ПАУ: бенз(а)антрацен, бенз(а)пирен и дибенз(a,h)антрацен. Индикатор канцерогенной опасности — бенз(а)пирен, концентрация которого в воздухе не должна превышать 1 нг/м³.

Один из путей улучшения свойств связующего для производства «сухой» анодной массы, а также снижения выбросов ПАУ — использование смесей высокотемпературного каменноугольного пека и ТСП.

Для проведения лабораторных исследований отобраны представительные пробы исходных материалов, прошедших обычную подготовку в промышленных условиях. Для оценки свойств компаундированного связующего и определения параметров «сухой» анодной массы были приготовлены и испытаны четыре ее партии, в которых в достаточно широких пределах (1–10 %) изменяли дозировку ТСП в коксовую шихту. Дозировку шихты и температуру при смешивании не изменяли. В качестве кокса–наполнителя использовали сортовые коксовые материалы, отобранные в цехе анодной массы ОАО «ВгАЗ». Для получения чистых коксовых фракций весь материал рассевали по классам (табл. 1).

Таблица 1

Ситовый состав коксовых материалов

В качестве связующего применяли каменноугольный пек марки «В», свойства которого приведены в табл. 2.

Таблица 2

Физико-химические свойства пека марки «В»

Свойства ТСП производства ОАО «Ангарский завод полимеров» приведены в табл. 3.

Таблица 3

Технические характеристики ТСП

Относительно высокое содержание ароматических углеводородов, особенно полициклических, и достаточно большое йодное число, указывающее на значительное содержание непредельных углеводородов, свидетельствуют о склонности ТСП к реакциям уплотнения с образованием продуктов, обладающих высокими связующими и спекающими свойствами. Низкое содержание серы обусловливает возможность получения из ТСП малосернистых композиционных углеродсодержащих материалов, что очень важно с точки зрения технологии (увеличение межремонтного пробега установки) и экологии (снижение выбросов серы).

Все замесы готовили в лабораторном обогреваемом смесителе с Z-образными лопастями при температуре 180 °С. Дозировку связующего выбирали из расчета получения «сухой» анодной массы с текучестью 1,2–1,3 отн. ед. В замесах с добавлением ТСП содержание связующего снижали пропорционально их дозировке. Влияние свойств кокса-наполнителя, гранулометрического состава коксовой шихты и технологии приготовления анодной массы на результаты исследований сводили к минимуму. Благодаря этому создавали условия для максимального выявления влияния ТСП на качество анодной массы.

Результаты технологического опробования анодной массы представлены в табл. 4.

Таблица 4

Приведенные данные показывают, что свойства каменноугольного пека существенно меняются при добавлении к нему ТСП. Установленные закономерности изменения свойств компаундированного связующего показывают, что при увеличении количества ТСП в смеси существенно улучшаются реологические свойства. Это свидетельствует о пластифицирующей способности ТСП. Добавка 1–10 % ТСП не оказывает существенного влияния на показатели пористости и значение удельного электрического сопротивления массы.

Химическая активность анодной массы, оцениваемая по показателю разрушаемости в СО₂, — главный критерий оценки ее качества. По данным исследования, при увеличении содержания ТСП в связующем наблюдается снижение разрушаемости анодной массы.

Согласно результатам расчета ожидаемого расхода анодной массы на 1 т алюминия и количества канцерогенных веществ в анодной массе, при использовании каменноугольного высокотемпературного пека и ТСП в качестве связующего имеет место снижение: