ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРОКАЛЕННОГО НЕФТЯНОГО КОКСА

АННОТАЦИЯ

Данная работа представляет собой обзор способа повышения качества прокаливаемого нефтяного кокса. Прокаленный нефтяной кокс широко применяется для изготовления анодов алюминиевых электролизеров при производстве алюминия электролитическим способом. В данной статье рассмотрен способ повышения качества и представлены результаты исследований, исходя из которых можно сделать вывод, что прокаливание в большей мере влияет на получаемое качество прокаливаемого кокса.

Введение

Основная область потребления прокаленных нефтяных коксов – металлургическая промышленность.  Это связано с химической частотой коксов, способностью приобретать электропроводность, теплопроводность. Свойства анодов, изготавливаемых на основе прокаленных коксов, определяются, в большей степени, свойствами углеводородного сырья. За последние годы в Российской Федерации активно вводятся в эксплуатацию новые установки замедленного коксования, обеспечивающих суммарное производство прокаленного нефтяного кокса в объеме  1622,6 тыс. тонн. Несмотря на это, сохраняется острый дефицит качественного продукта по многим отраслям, основной из которых является производство алюминия. Вследствие чего, потребители вынуждены закупать прокаленный нефтяной кокс из-за рубежа.  Именно поэтому задача производства кондиционного прокаленного кокса входит в программу импортозамещения Российской Федерации, утвержденной приказом Минпромторга России от 31.03.2015 N 651. [3]

Сырой кокс является малопригодным материалом для производства анодов. Подготовительным этапом перед вовлечением кокса в производство является процесс прокаливания (кальцинации), при которой снижается количество летучих, удаляется влага, уплотняется структура кокса, формируется кристаллическая решетка, повышается тепло- и электропроводность. Прокаливание коксов происходит в прокалочных печах различных конструкций, которые отличаются, главным образом, условиями теплопередачи. [5]

Методика эксперимента

Для моделирования процесса прокалки в лабораторных условиях использовалась установка, показанная на рисунке 1. Данная установка представляет собой трубчатую печь сопротивления, в которую помещались две кварцевые трубки, в одну из которых помещали навеску исследуемого материала, а во вторую засыпали углеродную массу, которая при сгорании обеспечивала создание требуемой атмосферы.

Рисунок 1. Схема печи прокаливания

1-Корпус печи; 2-Нагревательный элемент;3-Кварцевая трубка; 4-Трубка, содержащая угольный материал; 5-Кварцевая трубка, заполняемая углеродным материалом

Основными параметрами, определяющими качество прокаленного кокса и контролируемыми до и после прокалки, являются: массовая доля общей влаги, зольность, массовая доля серы, истинная плотность, массовая доля элементов (кремний, железо, ванадий), удельное электрическое сопротивление. Известно, что сырой кокс имеет высокое содержание летучих, малую истинную плотность и высокое удельное электрическое сопротивление. [6]

По мнению ряда ведущих специалистов, одним из параметров, оказывающих существенное влияние на качество прокаленного кокса, является гранулометрический состав, который в настоящее время контролируется недостаточно и допускает широкий диапазон значений. Упускается из вида важное условие, что чем крупнее кусок, тем сложнее добиться его равномерного прокаливания.  Вследствие чего было принято решение оценить в лабораторных условиях влияние изменения гранулометрического состава на качество продукта. [1]

Результаты исследования

Для определения влияния гранулометрического состава сырого кокса на параметры прокаленного кокса, был проведен ряд экспериментов по прокаливанию кокса различной крупности с последующим созданием смеси с различным соотношением проб определенной крупности, для проведения качественного анализа. В результате чего, был получен оптимальный состав исходной смеси с наилучшими значениями параметров, предъявляемых к качеству прокаленного кокса. Состав смеси представлен на рисунке 2.

Рисунок 2. Гранулометрический состав сырого кокса

Значения показателей качества прокаленного кокса представлены в табл.1.

В результате проведенных экспериментов удалось добиться снижения значения удельного электросопротивления по сравнению с прокаленным коксом с нефтеперерабатывающего завода ОАО «ЛУКОЙЛ- Волгограднефтепереработка», параметры которого представлены табл.1.

Снижение крупности кусков, подаваемых на прокалку, позволило добиться большей глубины и равномерности прокаливания, как прямым влиянием сгораемого топлива, так и за счет взаимодействия кусов материала со стенками нагретого стального барабана печи. Так же полученное соотношение мелкой фракции значительно не увеличит пылевынос, так как частицы имеют достаточные размеры и массу во избежание подхватывания потоком газов.

Таблица 1.

Показатели качества прокаленного нефтяного кокса

Значение удельного электросопротивления во многом определяет операционные затраты на электроэнергию, при производстве алюминия.[2] Затраты на электроэнергию являются второй по величине составляющей, что можно увидеть на примере Братского алюминиевого завода, структура себестоимости которого представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Структура себестоимости алюминия

Снижение значение УЭС, как одного из важнейших критериев качества, предъявляемых к прокаленному коксу при производстве на его основе электродных материалов, позволит снизить операционные затраты на электроэнергию за счет снижения падения напряжения на аноде при производстве алюминия электролитическим способом. Что доказывает, что проект является экономически эффективным.

Заключение

Проведенное исследование показало целесообразность увеличения содержания мелких фракций в сыром коксе, подаваемом на прокалку в трубчатую печь, поскольку это позволило добиться улучшения качественных параметров, предъявляемых к кондиционному прокаливаемому нефтяному коксу, за счет увеличения равномерности прокаливаемых кусков кокса.

Список литературы:

1. Bazhin V.Y. Protection of an aluminium electrolyzer carbon-graphite lining by a lithium intercalation layer/ Bazhin V.Y., Feshchenko R.Y., Saitov A.V., Kuznetsova E.A.// Refractories and Industrial Ceramics. 2014. Т. 55. № 2. С. 81-83.
2.  Sizyakov V.M. Features of high-amperage electrolyzer hearth breakdown / V.M. Sizyakov V.M., V.Y. Bazhin V.Y., R.K.Patrin, R.Y.Feshchenko, A.V.Saitov // Refractories and Industrial Ceramics. - 2013. Т. 54. - № 3. - С. 151-154.
3. Фиалков А.С. Технология и оборудование электроугольного производства. Госэнергоиздат, 1958, 285 с.
4.  Красюков А.Ф. Нефтяной кокс. – М.: Химия, 1966. – 224 с.
5.  Сюняев З.И. Производство, облагораживание и применение нефтяного кокса.– М.: Химия, 1973. – 295 с.
6. Чалых Е.Ф. Технология и оборудование электродных и электроугольных предприятий . Изд-во «Металлургия», 1972, 432 с.