Способ очистки высокотемпературных отходящих газов от смолистых веществ

 

Изобретение касается технологии производства углеграфитовых материалов, в частности обжига углеродных заготовок электродной продукции. Сущность: способ очистки высокотемпературных отходящих газов от смолистых веществ при обжиге заготовок электродной продукции, размещаемых в обратной пересыпке, включает окисление смолистых веществ на гранулированном оксиде алюминия, причем заготовки электродной продукции размещают в шихте оборотной пересыпки с гранулированным оксидом алюминия. 3 табл.

Изобретение относится к технологии производства углеграфитовых материалов, в частности к обжигу углеродных заготовок электродной продукции в закрытых (сводовых) печах обжига, и может быть использовано при обжиге заготовок электродной продукции в открытых (безсводовых) печах обжига для очистки отходящих газов от смолистых веществ.

Отходящие газы печей обжига содержат в своем составе вредные вещества, в том числе монооксид углерода, бензпирены, сажу и аэрозоли смолистых веществ, особо вредных для здоровья, полициклических ароматических углеводородов разного строения и состава, обладающих ярко выраженными канцерогенными и мутагенными свойствами [1, 2] В электродной промышленности многокамерные закрытые печи [3, 4] обжига состоят из отдельных камер со съемными сводами. Камеры расположены в непосредственной близости одна к другой, имеют вертикальную циркуляцию дымовых газов и соединены между сбой каналами для последовательного протекания газов из одной камеры в другую. Камеры расположены в два ряда. Печи работают на газообразном топливе, которое подводится к горелкам, размещенным в подсводовом пространстве каждой камеры, по газопроводам, расположенным по обе стороны каждого ряда. Вдоль внешней стороны каждого ряда камер находятся сборные дымовые борова, которые за пределами печи соединены в один.

Каждая камера печи разделена вертикальными поперечными перегородками из муфельного кирпича на несколько кассет, размеры которых определяются габаритами обжигаемых изделий. В вертикальных поперечных перегородках и боковых стенках кассет имеются вертикальные каналы для прохода обогревающего газа из подсводового пространства в подподовое пространство камеры, входные окна подсводового пространства камеры соединены подподовым пространством соседней камеры межкамерными каналами. Межкамерные каналы соединяются с боровом посредством элефанта. Обогрев загружаемой в кассеты электродной продукции производится косвенно, тепло от газового потока, проходящего по вертикальным обогревающим каналам, передается заготовкам электродной продукции через стенку, в которой размещены вертикальные каналы, и пересыпку, предохраняющую обжигаемые изделия от сгорания и деформации.

Заготовки электродов, загружаемые в кассеты, упаковывают пересыпкой. Над верхним рядом заготовок размещают слой пересыпки. В качестве пересыпки используют сыпучие материалы: металлургический кокс, графитированный каменноугольный кокс, термоантрацит и их смеси в разных соотношениях и др. [4] Печь, например 32-камерная, работает на 1-3 "огня". На один "огонь" может быть задействовано до 14 камер: 1-2 на загрузке, 7-8 на нагреве, 2 на охлаждении под сводом, 2 на охлаждении без свода, 1 на выгрузке. Дымососом, установленным до дымовой трубы, создают разрежение в борове и камерах, подключенных в систему одного "огня". Под действием разрежения в печь засасывается воздух из атмосферы через камеру, находящуюся на охлаждении без сводов. Воздух при прохождении камер, находящихся под охлаждением, нагревается до 700^oC, в камере на нагреве воздух прогревается до 1300-1400^oC, газовый поток последовательно проходит по всем камерам одного "огня". Кроме воздуха, засасываемого дымососом через камеру, находящуюся на охлаждении под сводом, воздух дополнительно поступает через воздушные лючки, расположенные в сводах камер, для сжигания топливного газа, в виде подсосов через неплотности в системе. При переходе от одной камеры к другой увеличивается разрежение и присосы возрастают.

Кроме потока газов, проходящего по камерам печи через элефант к борову, и прососов дымовых газов из подподовых пространств камер в боров [3] существуют и потоки дымовых газов внутри кассет через неплотности и открытую пористость кладок стенок и пода кассет камеры. Последние формируются как за счет более высокого вакуума в подподовом пространстве камеры печи в сравнении с разрежением в подсводовом пространстве, так и за счет разрежения, образующегося в кассетах камеры печи. Разрежение в кассетах превышает разрежение под сводом камеры [4] Прососы дымовых газов из подподовых пространств камер в боров обусловлены негерметичностью кладок камер печи и газоходов, возникающей вследствие температурных напряжений в кладке печи во время обжига. В связи с этим полную очистку дымовых газов от смолистых веществ можно осуществить путем их конверсии непосредственно в кассетах печи, предотвращая их вынос в подподовое и подсводовое пространство камер печи.

Выделение смолистых веществ происходит в основном в интервале температур 300-750^oC, образуются они одновременно во всех камерах, находящихся на подогреве. В зависимости от ассортимента обжигаемой электродной продукции количество смолистых веществ в дымовых газах, уходящих из камер обжига в боров, составляет 0,7-2,0 мас. от веса обжигаемой продукции.

Подключение очередных камер на подогрев производят включением их в систему движущегося "огня" присоединением камер к дымовому борову посредством элефанта. Одновременно с этим камера, в которой электродная продукция прошла обжиг, отключается от питания топливом и ставится на охлаждение.

В открытых (безсводовых) печах обжига дымовые газы поступают из кассет камер в боров за счет разрежения, создаваемого дымососом, установленным на выходе из борова. Нагрев кассет камеры индивидуален. Обжигаемые заготовки электродной продукции размещают в камерах в среде оборотной пересыпки. Верхняя часть камер с загруженными обжигаемыми изделиями отделена от окружающей среды толстым слоем пересыпки. Выделяющиеся при обжиге летучие вещества не проникают в помещение цеха, так как камеры на подогреве находятся под разряжением и происходит подсос воздуха через толщу пересыпки.

Дымовые газы, поступающие из камер многокамерных печей обжига и боров, направляют в электрофильтры и сбрасывают в атмосферу. В борове смолистые вещества частично конденсируются [5] Эффективность улавливания смолистых веществ электрофильтрами при температурах дымовых газов 65^oC не превышает 92% при 90^oC (температура по проекту) эффективность значительно ниже. В летние месяцы температура газов достигает 100-110^oC и эффективность улавливания резко снижается и может составлять 55% При этом газовые компоненты остаются необезвреженными, объем отходящих газов лишь от одной печи достигает десятки тысяч кубических метров в час [3] Концентрация смолистых веществ, сбрасываемых в атмосферу, превышает предельно допустимые выбросы.

Известны способы очистки отходящих дымовых газов от смолистых веществ как путем частичного сжигания смолистых веществ в устройствах, размещаемых в подсводовых пространствах камер [6] так и путем сжигания с использованием меднохромового катализатора [7] или муллитокремнеземистого волокнистого материала [8-13] По способам [7, 8] очистку производят в реакторе, устанавливаемом стационарно на выходе из борова печи, с технологическим оборудованием, обеспечивающим как частичное сжигание смолистых веществ и одновременно нагрев дымовых газов до заданной температуры, так и работу катализаторов в задаваемых условиях. Для каждой печи обжига необходим свой реактор.

Согласно способу [7] отходящие газы подвергают нагреву до 850-950^oC и одновременно производят окисление полициклических ароматических углеводородов воздухом, оставшиеся смолистые вещества дожигают на меднохромовом катализаторе при 500-550^oC.

Согласно способу [8] отходящие газы с температурой 70-110^oC нагревают сжиганием в них газообразного топлива. Дымовые газы, нагретые до 345-400^oC, направляют в термокаталитический реактор полочного типа с размещенным в нем катализатором муллитокремнеземистым волокнистым материалом. Катализатор предварительно активируют [9] нагревая его в окислительной среде (воздух, фтор, хлор) при 1200-1400^oC в течение 50 ч (1200^oC), 12 ч (1300^oC) или 6 ч (1400^oC) до образования кристаллов оксида алюминия на поверхности волокон. В течение этого времени не успевает пройти полная кристаллизация аморфной фазы исходных волокон и волокна остаются эластичными. Предполагается, что в термокаталитическом реакторе будет достигнута высокая степень сгорания смолистых веществ.

Несмотря на явное преимущество способа [8] в сравнении со способом [7] оба способа обладают общим недостатком низким сроком службы катализаторов. Во время проведения процесса происходит сорбция смолистых веществ на катализаторах вместе с присутствующей в дымовых газах пылью. Неоднородность потока очищаемого газа по слою катализатора, сорбция аэрозолей смолистых веществ, обогащенных пылевидными частицами минеральных веществ и сажи, и локальное неполное их сгорание при выбранных температурах сжигания приводят к закоксованию катализаторов и, как следствие, к возрастанию гидравлического сопротивления фильтрации газов, нарушению режима работы печи обжига.

По способу [10] предусмотрена самостоятельная операция по регенерации муллитокремнеземистого рулонного материала. Способ очистки дымовых газов от смолистых веществ состоит в следующем. Муллитокремнеземистый волокнистый материал размещают на непрерывно вращающемся перфорированном барабане, установленном на выходе газов из борова. Газы просасывают через слой адсорбента, смолистые вещества адсорбируются на его поверхности. Насыщенный слой непрерывным вращением барабана переводят в зону регенерации. Регенерацию осуществляют в зоне горения факелов газовых горелок с подачей воздуха в зону горения. Недостатком этого способа является сложность технологического оформления процесса очистки при потоках дымовых газов несколько десятков кубических метров в час с одной печи.

Общим недостатком перечисленных способов является осмоление боровов печи и необходимость захоронения конденсирующихся смолистых веществ. Конденсация смолистых веществ происходит вследствие снижения температуры дымовых газов по мере движения дымовых газов по боровам к дымососу. Другим общим недостатком является вложение больших капвложений на создание и строительство комплекса технологических аппаратов для очистки дымовых газов.

Для устранения приведенных недостатков предложены способы [11-13] очистки дымовых газов обжиговых камер от смолистых веществ путем размещения в подсводовых пространствах камер катализатора, содержащего в своем составе волокнистые муллитокремнеземистые материалы. По способу [11] из муллитокремнеземистого рулонного материала и кремнеземной ткани изготавливают фильтры-маты. В фильтрах-матах равномерно распределен слой гранулированного активного оксида алюминия, алюмохромфосфата или боксита, выполняющих функции катализаторов горения. По способу [12] в качестве катализатора используют муллитокремнеземистый хромсодержащий волокнистый материал. Из него изготавливают плиты. По способам [11, 12] фильтры-маты [11] и плиты [12] размещают поверх пересыпки. По способу [13] хромсодержащий муллитокремнеземистый волокнистый материал размещают в верхней части вертикальных обогревательных каналов, проходящих из подподового в подсводовое пространство камеры, фильтрующими слоями. При этом сечение в верхней части вертикальных каналов выполнено в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием к своду.

Недостатком способов [11-13] является малый срок службы муллитокремнеземистого волокнистого материала в связи с его работой в зоне высоких температур 1200-1400^oC, при которых интенсивно протекает процесс кристаллизации аморфной фазы исходных волокон. Волокна становятся хрупкими после работы в течение 20-40 ч при температурах 1300-1400^oC.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ [11] Согласно способу дожигание смолистых веществ производят на фильтрах-матах, размещенных в подсводовом пространстве камер печи над верхнем слоем оборотной пересыпки. Для изоляции от слоя оборотной пересыпки фильтры устанавливают на специальные термостойкие прокладки из муллита, графита, спецстали, керамики и т.п. Фильтры-маты изготавливают из кремнеземной ткани и муллитокремнеземистого рулонного материала. Кремнеземная ткань изготовлена из нитей диоксида кремния. Муллитокремнеземистый рулонный материал содержит не менее 51 мас. оксида алюминия на прокаленное вещество, суммарное содержание оксида алюминия и диоксида кремния на прокаленное вещество составляет не менее 97 мас. В фильтрах-матах равномерно распределен слой активного оксида алюминия (размер зерна 5-10 мм), алюмохромфосфата или боксита, выполняющего функции катализатора горения смолистых веществ и оксида углерода. Полагают, что в процессе обжига происходит фильтрация смолистых веществ через слой кремнеземной ткани и кремнеземистого волокнистого рулонного материала. Фильтры-маты проходят полную регенерацию в процессе обжига при температуре газов до 1300^oC в течение 96-192 ч.

Недостатком способа является малый срок службы муллитокремнеземистого волокнистого материала вследствие его перекристаллизации в процессе обжига во время регенерации. В подсводовом пространстве на заключительном этапе обжига развиваются температуры до 1400^oC. При длительности обжига 400 ч время пребывания фильтров-матов в подсводовом пространстве при температурах 1200-1400^oC составляет до 80 ч. Согласно изобретению [9] время пребывания муллитокремнеземистого материала и ткани не должно превышать 50 ч при 1200^oC, 12 ч при 1300^oC и 6 ч при 1400^oC.

Кроме того, вследствие значительных подсосов дымовых газов из камер печи в боров печи [3] эффективность очистки дымовых газов от смолистых веществ с применением фильтров-матов составляет не более 50 мас.

Задачами заявленного изобретения являются предотвращение выноса смолистых веществ из кассет камер печи и обеспечение конверсии смолистых веществ непосредственно в кассетах камер печи; исключение внесения каких-либо механических конструкций в камеры печи, затрудняющих гидравлический режим работы печи; cохранение технологических режимов обжига и технологической обвязки камер печей обжига.

Решение поставленных задач достигается проведением обжига заготовок электродной продукции при размещении заготовок в шихте оборотной пересыпки с гранулированным оксидом алюминия преимущественно γ-модификации, обладающим большой удельной поверхностью и большим объемом пор. Шихту загружают в камеры по мере загрузки в них заготовок обжигаемой продукции.

Содержание гранулированного оксида алюминия g-модификации в пересыпке определяется эмпирическим уравнением где τ время контакта смолистых веществ с оксидом алюминия; концентрация гранулированного оксида алюминия в пересыпке, мас.

G_эк вес заготовок электродной продукции, загружаемых в камеру, кг;
Y_э угар заготовок электродной продукции, мас.

D_см доля смолистых веществ от угара обжигаемой продукции, 20 мас.

G_пк вес пересыпки, загружаемой в камеру, кг;
t время нагрева заготовок электродной продукции от 300 до 750^oC, ч.

Максимальное расчетное содержание гранулированного оксида алюминия в оборотной пересыпке для степени превращения смолистых веществ, близкой к 100 мас. при времени контакта 180 ч, определяется уравнением

Минимальное содержание гранулированного оксида алюминия в оборотной пересыпке, обеспечивающее 100% -ное превращение смолистых веществ, в 1,5-2 раза ниже максимального, определяемого по формуле (2). Это достигается при повторном и последующем использовании оборотной пересыпки, содержащей оксид алюминия. Активность оксида алюминия, содержащего 5-12 мас. углерода, в 1,5-2 раза выше активности оксида без углерода. Гранулированный оксид алюминия в условиях работы печи обладает саморегенерирующими свойствами и может быть использован в оборотной пересыпке многократно, без отсева гранул оксида алюминия от оборотной пересыпки, до полного его физического износа. Механическая прочность гранул оксида алюминия превышает прочность оборотной пересыпки. Отложение углерода на гранулах оксида алюминия при проведении обжига приводит к увеличению механической прочности гранул и активности гранул в отношении очистки газов от смолистых веществ. Размеры гранул оксида алюминия не превышают размера гранул оборотной пересыпки.

В условиях работы печи обжига могут быть использованы как γ- так и q-оксиды алюминия, обладающие высокой удельной поверхностью. Оксиды алюминия не претерпевают фазовых превращений в условиях работы печи обжига, отложение углерода на поверхности оксида алюминия приводит к увеличению температуры фазовых переходов оксида алюминия более чем на 400^oC [14] Теплопроводность оксида алюминия более чем в два раза выше теплопроводности используемых в производстве видов оборотной пересыпки, что способствует процессам теплопереноса в слое [4]
Заявляемый способ очистки отходящих газов от смолистых веществ позволяет предотвратить вынос смолистых веществ из камер печи в боров. Разложение и сжигание смолистых веществ происходит непосредственно в кассетах камер печи обжига в шихте оборотной пересыпки, разбавленной оксидом алюминия. Смолистые вещества, выделяющиеся при нагреве углеродной продукции, контактируют с развитой поверхностью гранул оксида алюминия, подвергаются распаду и горению.

Углерод, отлагающийся на поверхности гранул оксида алюминия, выгорает в богатой кислородом атмосфере печи.

В заявляемом изобретении оксид алюминия выполняет функции
адсорбента выделяющихся углеводородов и образующихся смолистых веществ при температурах до 350^oC;
катализатора пиролиза и горения выделяющихся углеводородов и образующихся смолистых веществ;
саморегенерирующегося катализатора -катализатора образования и горения углеродных отложений на его поверхности.

Оксид алюминия выполняет функции переносчика кислорода из газовой фазы атмосферы печи к адсорбируемым смолистым веществам и углеродным отложениям, образующимся на поверхности гранул оксида алюминия.

Для защиты шихты оксида алюминия с оборотной пересыпкой от воздействия высоких температур, развиваемых под сводом камеры, поверх шихты насыпают слой оборотной пересыпки, не содержащий оксида алюминия. Этот слой во время обжига обычно выгорает с образованием спеченной корки, формирующейся из золы, оставшейся после сгорания, и гранул пересыпки. Защитный слой предотвращает захват гранул оксида алюминия в образующуюся корку.

При проведении обжига заготовок электродной продукции в присутствии оксида алюминия сохраняются технологические режимы обжига и технологическая обвязка камер печей обжига.

Сущность изобретения поясняется на примерах использования его для очистки высокотемпературных отходящих газов многокамерной сводовой печи обжига от смолистых веществ и отходящих газов из однокамерной лабораторной печи обжига.

Пример 1. Оксиды алюминия марок А-1 и Б применены для очистки отходящих газов при технологическом опробовании товарной электродной массы для набивных самоспекающихся электродов по ТУ48-12-8-88 от смолистых веществ.

Оксид алюминия марки А-1 Днепродзержинской катализаторской фабрики представляет собой g-модификацию оксида алюминия, гранулы (черенки) белого цвета диаметром 4-6 мм, длиной 6-10 мм. Насыпная плотность 0,7 г/см³, удельная поверхность 172 м²/г.

Оксид алюминия марки Б Акционерного ОЗТ "СКТБ катализаторов с опытным заводом" представляет собой g-модификацию оксида алюминия (97 мас.) с примесью q-модификации оксида алюминия (3 мас.). Шарики белого цвета, размер гранул 4-6 мм, насыпная плотность 0,83 г/см³, удельная поверхность 245 м²/г.

На одно техопробование берут 2,65 кг электродной массы, содержание каменноугольного пека в электродной массе 25 мас. содержание летучих 14 мас. Испытания проводили в шахтной тигельной печи сопротивления, обеспечивающей температуру рабочего пространства 1000^oC. Размеры рабочего пространства металлического тигля: диаметр 300 мм, высота 500 мм.

На дно тигля насыпают слой оборотной пересыпки (термоантрацитовая крошка с коксовой мелочью, фракция 1-8 мм) толщиной 50-70 мм. Поверх пересыпки устанавливают три развальцованных с торцов, пустотелых трубчатых кожуха под углом 120^o относительно друг друга. Диаметр кожухов 60 мм, высота 200 мм. Кожухи предварительно набивают расплавленной электродной массой. В каждый из кожухов на электродную массу устанавливают груз металлический стержень диаметром 55-60 мм и высотой 180-200 мм.

Пространство между кожухами засыпают пересыпкой. Между кожухами по центру устанавливают XA-термопару в чехле. Конец термопары располагают на уровне половины высоты установленных кожухов. Нагрев печи производят ленточным нихромовым нагревателем мощностью 15 кВт. Подъем температуры осуществляют программным устройством по лекалу, установленным на потенциометре КСП-3, соединенным с термопарой. Температуру в печи регистрируют КСП-3 и фиксируют на температурной диаграмме. Температурное плато печи поддерживают по высоте тигля на 400 мм, начало плато на уровне 100 мм от верха тигля. После изотермической выдержки в течение 3 ч при 900^oC отключают нагрев. После охлаждения печи до комнатной температуры извлекают пересыпку и грузы. Затем выбирают оставшуюся пересыпку и извлекают кожухи с обожженной электродной массой.

Оксид алюминия, выбранный из пересыпки, подвергают исследованию, электродом определяют механическую прочность и удельное электрическое сопротивление. Результаты определения содержаний углерода в гранулах оксида алюминия, их пористости, удельной поверхности и фазового состава приведены в табл. 1. Степени превращений смолистых веществ и результаты определения качества электродов приведены в табл.2.

При технологическом опробовании товарной электродной массы выделение смолистых веществ с отходящими газами происходит при температурах 340-715^oC в течение 3,2 ч. Над печью размещен зонт с вытяжной вентиляцией, куда и уходят эти газы вместе с захватываемым воздухом. Отсасываемый поток газовоздушной смеси составляет 410 нм³/ч.

Для определения количества смолистых веществ, отходящих за время обжига электродной массы, производили 16-20 отборов газа. Газ отбирают из вентиляционного канала, расположенного над зонтом, просасывая его через фильтр АФА. Время отбора каждой пробы 2-5 мин по 20 л/мин. Оседаемые на фильтре смолистые вещества растворяют в спирте. Спиртовые растворы смолистых веществ освещают лампой ультрафиолетового света ПРК-4, снабженной светофильтром УФС-3, выделяющим участок спектра с П_max 365 нм. Содержание смолистых веществ в пробах определят по интенсивности общей флуоресценции пробы, сравнивая со стандартной шкалой. При этом ультрафиолетовому освещению подвергают и приготавливаемые стандартные растворы смолистых веществ в этиловом спирте.

Расчет концентрации смолистых веществ в газовоздушной среде (C, мг/нм³) ведут по формуле

где g количество смолистых веществ в анализируемом объеме, мкг,
V₁ общий объем пробы, мл,
V объем пробы, взятой на анализ, мл,
V₀ объем протянутой газовоздушной смеси, приведенный к 20^oC и 760 мм рт. ст.

Результаты измерений концентраций смолистых веществ в отходящих газах наносят на график в координатах "концентрация смолистых веществ (мг/нм³) время обжига (мин)". По площади ограниченной кривой определяют количество смолистых веществ, уходящих в атмосферу.

По известным значениям количества смолистых веществ, уходящих в атмосферу, в отсутствии и в присутствии гранулированного оксида алюминия в оборотной пересыпке вычисляют степень превращения (X, мас.) смолистых веществ по уравнению

где g₀ количество смолистых веществ при техопробовании без оксида алюминия, г,
g₁ количество смолистых веществ, выделяющихся при техопробовании с оксидом алюминия, г.

Степень превращения смолистых веществ зависит от времени контакта (τ) смолистых веществ с оксидом алюминия. Время контакта определяют по уравнению

где G количество оксида алюминия в пересыпке, кг,
t₀ время выделения смолистых веществ в присутствии оксида алюминия в пересыпке в интервале температур 340-715^oC 3,2 ч.

При времени контакта 180 ч степень превращения смолистых веществ приближается к 100 мас. Наблюдаемая обратно пропорциональная зависимость X/τ от t указывает на нулевой порядок превращения смолистых веществ [15]
Пример 2. Гранулированные оксиды алюминия марок А-1 и Б (характеристики приведены в примере 1) и марки 0 применены для выявления саморегенерирующих свойств оксида алюминия в процессе обжига заготовок электродной продукции в 32-камерных сводовых печах цеха обжига АООТ "Новосибирский электродный завод".

Оксид алюминия марки 0-1 Акционерного ОЗТ "СКТБ катализаторов с опытным заводом" представляет собой g-модификацию оксида алюминия. Гранулы (черенки) белого цвета диаметром 3 мм, длиной 10-30 мм, насыпная плотность 0,66 г/см³, удельная поверхность 267 м²/г.

В камеры 13 и 29 печи 1 цеха обжига, состоящие из 4 кассет каждая, размером 1960 мм x 1740 мм x 4000 мм загружают заготовки электродов диаметром 610 мм и длиной 2500 мм по 4 шт. в кассету. В камеру 12 печи 2 цеха обжига загружают заготовки электродов диаметром 1205 мм и длиной 3200 мм по 1 шт. в кассету. Заготовки электродов изготавливают прессованием шихты прокаленного антрацита и графитированных возвратов производства со связующим, каменноугольным пеком, содержание пека в заготовках 20-22,5 мас. Затем в камеру загружают оборотную пересыпку (термоантрацитовая крошка с коксовой мелочью) по 40 м³ в камеру, размер гранул оборотной пересыпки 1-8 мм.

При загрузке пересыпки в кассеты камер помещают контейнеры с образцами - свидетелями оксида алюминия марок А-1, Б, 0-1. Контейнеры изготавливают в виде мешочков размером 200 мм x 300 мм из плетеной нержавеющей сетки с размером ячейки 2,5 мм, в них загружают по 0,4-0,5 кг оксида алюминия. В камеру 13 печи 1 образцы-свидетели помещают в одну кассету, в камеру 29 печи 1 в две кассеты, в камеру 12 печи 2 в две кассеты. Контейнеры размещают в пересыпке на уровне нижнего торца заготовок электродов, середины и верхнего торца заготовок электродов.

Обжиг заготовок электродов производят по регламентируемому режиму, принятому в цехе обжига для данного вида продукции, в течение 400 ч. По окончании обжина образцы-свидетели из извлеченных контейнеров подвергают исследованию определяли содержание углерода в гранулах оксида алюминия, удельную поверхность и пористую структуру, проводили рентгенофазовый и дериватографический анализы. Результаты исследований приведены в табл.3.

Содержание углерода в образцах определяли путем окисления зауглероженных образцов при 750^oC в аргонокислородной среде, содержащей 20 об. кислорода, на проточной установке в реакторе с весами Мак-Бена [16] Удельную поверхность исходных и зауглероженных образцов оксида алюминия определяли методом тепловой десорбции аргона [17] Объем пор исходных и зауглероженных образцов оксида алюминия определяли методом ртутной парометрии на поромере ПА-3М. Рентгенофазовый анализ образцов проводили на дифрактометре ДРОН-3, излучение С и К_α, при углах сканирования 6-70^o. Начальные температуры горения углеродных образований на оксиде алюминия и температуры горения, соответствующие максимальным скоростям выгорания, определяли дериватографически на венгерских дериваторграфах фирмы МОМ марок ОД-103 и Q-1000 в воздушной среде. Нагрев образцов производили до 1000^oC со скоростями нагрева 5, 8 и 10^oC/мин.

Из табл. 3 следует, что зауглероживание оксида алюминия сопровождается незначительным изменением пористой структуры гранул оксида алюминия и удельной поверхности. Отсутствие изменения фазового состава связано с торможением и предотвращением его изменения отлагающимся углеродом. Из дериватограмм следует, что горение углерода для всех марок оксида алюминия начинается при 280-300^oC, максимальная скорость горения наблюдается при 500-540^oC. В течение времени дериватографических съемок не происходит каких-либо фазовых переходов оксида алюминия.

Размещение образцов-свидетелей в кассетах камер печи на разных уровнях позволило обнаружить, что наиболее зауглерожены образцы, расположенные над подом кассеты. Максимальное содержание углерода составляло 23 мас. В середине кассеты содержание углерода в образцах достигало 9-11 мас. В образцах-свидетелях, расположенных сверху кассеты на уровне верхнего торца обжигаемых электродов, содержание углерода составляло 6-7 мас. Если бы не протекали процессы саморегенерации оксида алюминия процессы горения смолистых веществ на оксиде алюминия и горения отлагающихся углеродных образований, то образцы-свидетели, размещенные в пересыпке, были бы зауглерожены до расчетных с учетом объема пор, содержаний углерода, близких к 50-70 мас. При этом в образцах, расположенных в верхней части кассеты, содержание углерода было бы наибольшим в сравнении с образцами, расположенными в середине и вблизи пода кассеты.

При загрузке в камеру печи заготовок электродов диаметром 1205 мм, весом 28,4 т, оборотной пересыпки 40 т происходит угар заготовок на 7 мас. Доля смолистых веществ от угара заготовок составляет 20 мас. При времени обжига 400 ч смолистые вещества выделяются в течение 210 ч при температурах 300-750^oC. При времени контакта смолистых веществ с гранулированным оксидом алюминия, равном 180 ч, когда степень превращения смолистых веществ близка к 100 мас. расчетное по уравнению (1) содержание оксида алюминия в оборотной пересыпке составляет 0,89 мас.

В соответствии с планами проведения работ на 1995-1996 г.г. с октября-ноября месяца 1995 г. по июль 1996 г. предлагается проведение опытных испытаний и внедрение изобретения в производство в цехе обжига АООТ "Новосибирский электродный завод". С этой целью в каждую 32-камерную печь обжига будут загружать пересыпку, содержащую 0,5-0,7 мас. или 5-7 т гранулированного оксида алюминия (в зависимости от ассортимента обжигаемой продукции). Предполагают, что внедрение изобретения позволит устранить выбросы смолистых веществ в атмосферу, предотвратить засмоление боровов, снизить расход топливного газа, направляемого на подогрев камер печи обжига, за счет выделения тепла при сгорании смолистых веществ в камерах печи.

Цитируемые источники.

1. Канцерогенные вещества. Справочник Материалы Международного агентства по изучению рака. Перевод с анг. к.б.н. Карамышевой А.Ф. под ред. проф. Турусова В.С. М. Медицина, 1987, с. 275-295.

2. Состояние окружающей природной среды в Новосибирской области в 1993 г. Новосибирск, Новосибирский областной комитет экологии и природных ресурсов, 1994, 112 с. с. 76-80.

3. Прохоров В.А. Арянин А.Г. Обследование потоков отходящего газа от печей обжига углеродных заготовок. Цветная металлургия, 1991, N 10, с. 40-43.

4. Чалых Е.Ф. Обжиг электродов. М. Металлургия, 1981, 116 с.

5. Челых Е.Ф. Оборудование электродных заводов. М. Металлургия, 1990, с. 89-98.

6. Авторское свидетельство СССР N 1236279, кл. F 27B 3/08, опубл. 07.06.86.

7. Авторское свидетельство СССР N 1736582, кл. B 01D 53/36, опубл. 30.05.92.

8. Арянин А. Г. Прохоров В.А. Разработка схемы газоочистных устройств печей обжига углеродных заготовок. Цветная металлургия, 1991, N 10, с. 43-46.

9. Авторское свидетельство СССР N 1699553, кл. B 01D 53/36, опубл. 23.12.91.

10. Авторское свидетельство СССР N 1720693, кл. B 01D 53/36, опубл. 23.03.92.

11. Авторское свидетельство СССР N 1397068, кл. B 01D 53/36, опубл. 23.05.88.

12. Авторское свидетельство СССР N 1445769, кл. B 01D 53/36, опубл. 23.12.88.

13. Авторское свидетельство СССР N 1688085, кл. F 27B 3/04; C 01B 31/04, опубл. 30.10.91.

14. Буянов Р. А. Афанасьев А.Д. Влияние коксовых отложений на фазовые переходы оксида алюминия. Кинетика и катализ, 1975, т. 16, с. 802, 803.

15. Боресков Г.К. Гетерогенный катализ. М. Наука, 1986, с. 163.

16. Афанасьев А.Д. Буянов Р.А. Егорова Н.В. Изучение процессов закоксования и регенерации хромкальцийникельфосфатного катализатора при дегидрировании бутиленов в бутадиен-1,3. Промышленность синтетического каучука, научно-техн. сб. Сер. "Производство СК", М. ЦНИИТЭНефтехим, 1969, N 6, с. 1-6.

17. Буянова Н.Е. Гудкова Г.Б. Карнаухов А.П. Определение удельной поверхности твердых тел методом тепловой десорбции аргона. Кинетика и катализ, 1965, т.6, N 6, с.1085-1091.

Формула изобретения

Способ очистки высокотемпературных отходящих газов от смолистых веществ при обжиге заготовок электродной продукции, размещаемых в оборотной пересыпке, включающий окисление смолистых веществ на гранулированном оксиде алюминия, отличающийся тем, что заготовки электродной продукции размещают в шихте оборотной пересыпки с гранулированным оксидом алюминия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3