Связующее для получения углеродных материалов и изделий из них

 

Изобретение относится к области получения материалов из различного углеродистого сырья и может быть использовано для изготовления огнеупорных, электродных, электроугольных изделий. Сущность изобретения: связующее на основе каменноугольного пека дополнительно содержит продукты обработки смолы пиролиза нефтепродуктов и/или дистилятного крекинг-остатка воздухом при 260 - 350С. Связующее для получения углеродной массы обладает эксплуатационными свойствами (температурой размягчения, зольностью, коксуемостью) на уровне связующего, состоящего из каменноугольного пека, но при этом содержание бенз (а)пирена (вещества с сильно выраженным канцерогенным действием) в возгонах снижается в 4 - 10 раз, что позволяет улучшить напряженную экологическую обстановку. 2 з. п. ф - лы, 1 ил. 4 табл.

Изобретение относится к области получения материалов из различного углеродистого сырья и может быть использовано для приготовления огнеупорных, электродных, электроугольных изделий.

Известно связующее для получения углеродных материалов и изделий из них, состоящее из каменноугольного пека (Чалых Е. Ф. Технология и оборудование электродных и электроугольных предприятий. М. , 1972, с. 78-88).

Недостатком данного связующего является то, что при воздействии на него высоких температур происходит интенсивное выделение бенз(а) пирена - вещества с сильно выраженным канцерогенным действием (содержание бенз(а) пирена в возгонах 3% ), что ухудшает условия труда в цехе и экологическую обстановку в целом в районе расположения завода.

Наиболее близким техническим решением является связующее на основе каменноугольного пека, содержащее дополнительно предварительно термообработанную при 250-300^оС в течение 10-13 ч в присутствии воздуха антраценовую фракцию каменноугольной смолы в соотношении пек: фракция от 2: 1 до 9: 1 (а. с. СССР N 679615, кл. С 10 С 3/04, Б. И. N 30, 1979).

Однако данное связующее также обладает повышенной канцерогенностью. Кроме того, оно имеет достаточно высокую температуру размягчения и, следовательно, пониженную пластичность.

Целью изобретения является создание связующего для получения углеродных материалов и изделий из них, которое имея высокие эксплуатационные свойства, обладало бы, наряду с этим, пониженной канцерогенностью.

Цель достигается тем, что, по первому варианту, связующее для получения углеродных материалов и изделий из них, содержащее каменноугольный пек и добавку, предварительно термообработанную в присутствии воздуха, согласно изобретению, в качестве добавки содержит продукт обработки смолы пиролиза нефтепродуктов воздухом при 260-350^оС при следующем соотношении компонентов, мас. % : Продукт обработки смолы пиролиза 20-50 Каменноугольный пек 50-80 Согласно второму варианту связующее для получения углеродных материалов и изделий из них, содержащее каменноугольный пек и добавку, предварительно термообработанную в присутствии воздуха, согласно изобретению, в качестве добавки содержит продукт обработки дистиллятного крекинг-остатка воздухом при 260-350^оС при следующем соотношении компонентов, мас. % : Продукт обработки дистиллярного крекинг- остатка 20-50 Каменноугольный пек 50-80 По третьему варианту связующее для получения углеродных материалов и изделий из них, содержащее каменноугольный пек и добавку, предварительно термообработанную в присутствии воздуха, согласно изобретению, в качестве добавки содержит продукты обработки смолы пиролиза нефтепродуктов и дистиллятного крекинг-остатка воздухом при 260-350^оС при следующем соотношении компонентов, мас. % : Продукт обработки смолы пиролиза 2-45 Продукт обработки дистиллятного крекинг- остатка 2-45 Каменноугольный пек 50-80 Дистиллятный крекинг-остаток представляет собой кубовый остаток термического крекинга нефтепродуктов, образующихся в каталитических процессах нефтепереработки при 350-480^оС, предназначенных для получения моторных топлив.

Смола пиролиза нефтепродуктов является кубовым остатком другого процесса переработки нефтепродуктов, в частности бензина, путем их термической обработки при 800^оС для получения непредельных и ароматических углеводородов.

Изобретение основано на установленном авторами эффекте резкого снижения выделения бенз(а) пирена из каменноугольного пека под воздействием дополнительно вводимых компонентов.

На чертеже представлена зависимость содержания бенз(а) пирена в возгонах, сконденсированных в процессе нагрева смеси каменноугольного пека и продуктов обработки нефтепродуктов от 20 до 1000^оС.

На чертеже приняты следующие обозначения:
1 - кривая аддитивности, которая должна иметь место в случае, если бы наблюдаемый эффект являлся следствием простой замены части более канцерогенного компонента менее канцерогенным;
2 - радиальная кривая, полученная в результате экспериментов для смеси каменноугольного пека и продукта обработки дистиллятного крекинг-остатка воздухом при 280^оС в течение 5 ч;
3 - то же, для смеси каменноугольного пека и продукта обработки смолы пиролиза нефтепродуктов при 280^оС в течение 5 ч.

На представленном графике виден четко выраженный экспоненциальный характер зависимости. Это свидетельствует о том, что в данном случае снижение содержания бенз(а) пирена в возгонах происходит в результате сложного физико-химического взаимодействия между компонентами. Можно предположить, что вследствие более высокой реакционной способности продуктов обработки смолы пиролиза и дистиллятного крекинг-остатка происходит вовлечение полициклических ароматических углеводородов, в частности, бенз(а) пирена, в процессы конденсации по реакционноспособным атомам водорода и двойным углерод-углеродным связям с образованием термореактивных соединений.

П р и м е р 1. Для определения влияния условий обработки смолы пиролиза и дистиллятного крекинг-остатка на свойства получаемого связующего была проведена серия экспериментов.

Смолу пиролиза бензина, свойства которой приведены в табл. 1, и дистиллятный крекинг-остаток, свойства которого приведены в табл. 2, обрабатывали воздухом с расходом 0,5 л/кг мин в течение 6 ч при различных температурах.

Полученные продукты обработки смешивали с каменноугольным пеком в лабораторном смесителе при 160^оС до получения однородной смеси в соотношении, мас. % :
Продукт обработки смолы пиролиза 18
Продукт обработки дистил- лятного крекинг-остатка 17 Каменноугольный пек 65
Режимы обработки и свойства полученного связующего приведены в табл. 3.

Из приведенных данных видно, что при обработке смолы пиролиза и дистиллятного крекинг-остатка при температурах ниже 260^оС полученное связующее имеет низкие температуру размягчения и коксуемость, а следовательно, обладает низкой спекающей способностью.

Если же температура обработки будет выше 350^оС, полученное связующее имеет высокую температуру размягчения, и, следовательно, обладает низким коэффициентом пластичности.

П р и м е р 2. Смолу пиролиза бензина нагревают до 280^оС с одновременным барботажем воздухом с расходом 0,3 л/кг мин и выдерживают при этой температуре в течение 6 ч.

Обработку дистиллятного крекинг-остатка осуществляют аналогичным образом.

Полученные продукты обработки смешивают с каменноугольным пеком в лабораторном смесителе при 160^оС до получения однородной смеси в различных пропорциях.

Составы и свойства полученного связующего приведены в табл. 4.

Как следует и представленных данных, связующее, содержащее каменноугольный пек и продукты обработки смолы пиролиза нефтепродуктов и/или дистиллятного крекинг-остатка воздухом при 260-350^оС, обладает эксплуатационными высокими свойствами и, наряду с этим, низкой канцерогенностью. (56) Авторское свидетельство СССР N 1097640, кл. С 10 С 31/04, 1984.

Авторское свидетельство СССР N 679617, кл. С 10 С 3/04, 1979.

Формула изобретения

1. СВЯЗУЮЩЕЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИХ, содержащее каменноугольный пек и добавку, предварительно термообработанную в присутствии воздуха, отличающееся тем, что в качестве добавки оно содержит продукт обработки смолы пиролиза нефтепродуктов воздухом при 260 - 350^oС при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Продукт обработки смолы пиролиза 20 - 50
Каменноугольный пек 50 - 80
2. Связующее для получения углеродных материалов и изделий из них, содержащее каменноугольный пек и добавку, предварительно термообработанную в присутствии воздуха, отличающееся тем, что в качестве добавки оно содержит продукт обработки дистиллятного крегинг-остатка воздухом при 260 - 350^oС при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Продукт обработки дистиллятного крекинг-остатка 20 - 50
Каменноугольный пек 50 - 80
3. Связующее для получения углеродных материалов и изделий из них, содержащее каменноугольный пек и добавку, предварительно термообработанную в присутствии воздуха, отличающееся тем, что в качестве добавки оно содержит продукты обработки смолы пиролиза нефтепродуктов и дистиллятного крекинг-остатка воздухом при 260 - 350^oС при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Продукт обработки смолы пиролиза 2 - 45
Продукт обработки дистиллятного крекинг-остатка 2 - 45
Каменноугольный пек 50 - 80

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4