СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА Российский патент 1998 года по МПК C09C1/48 C01B31/02 

Изобретение относится к применению различных компонентов в качестве сырья для производства технического углерода, в частности касается смесевого сырья, включающего компоненты нефтяного и каменноугольного происхождения, и может быть использовано в производстве технического углерода любых марок.

Известно, что сырьем для производства технического углерода являются жидкие продукты каменноугольного и нефтяного происхождения [1,2].

В качестве сырья каменноугольного происхождения используют каменноугольные масла и высококипящие фракции каменноугольной смолы, имеющие высокое содержание ароматических углеводородов без боковых цепей, в том числе наиболее желательных в производстве технического углерода трех- и четырехкольчатых ароматических углеводородов - фенантрена, антрацена, лирена, хризена, флуорантена и их производных [1,2]. Наиболее распространенными являются пековый дистиллят, антраценовая фракция, антраценовое масло. Индекс корреляции этих продуктов достигает 150-160 пунктов, выход техуглерода на сырье до 57- 60% [3,4].

Однако использование каменноугольного (коксохимического) сырья в чистом виде связано с рядом недостатков. В его состав входит до 40% кристаллизирующихся углеводородов (температура начала кристаллизации 80 - 250^oC, в результате чего образуются труднорастворимые осадки, сырье становится неоднородным. Эти осадки и высокая температура застывания сырья (до 75^oC) приводят к значительным затруднениям при транспортировании, разгрузке, подготовке сырья к технологическому процессу получения техуглерода (подогрев, испарение, распыливание).

Сырье трудно поддается качественному микродисперсному распыливанию в Форсунках, что сказывается на повышенном гритообразовании и загрязнении техуглерода гритом. Также происходит быстрое закоксовывание форсунок и выход их из строя, поэтому приходится часто останавливать реактор на прочистку от кокса.

Очень высокое содержание полициклических ароматических углеводородов с низкой энергией образования сажевых частиц приводит к высокой скорости реакции их распада, но наряду с целевыми высокоструктурными сажевыми агрегатами образуется много побочных коксовых частичек (грита), являющихся нежелательными включениями.

Кроме того, в каменноугольном сырье большая концентрация канцерогенных веществ (бензпирена, флуорантена и др.), а также вредных азотистых соединений (карбазола, пиридина, хинолина и др.), что вызывает ухудшение экологической ситуации при переработке этого сырья.

Следует отметить также, что в настоящее время каменноугольное сырье является дефицитным и дорогим продуктом, в связи с чем расширение сырьевой базы и ассортимента компонентов сырья в производстве техуглерода за счет использования менее дефицитных и более дешевых компонентов является актуальным.

В связи с вышеизложенными недостатками сырье каменноугольного происхождения обычно применяют в виде смеси с нефтяным сырьем [1,2,3].

В качестве нефтяного сырья для производства техуглерода используют самые разнообразные продукты процессов нефтепереработки - пиролиза, термического и каталитического крекингов, производства масел, вакуумной перегонки и др. Обычно это тяжелые нефтепродукты, выкипающие выше 200^oC. К ним относятся термогазойль, термомасло, термоконцентрат, тяжелый каталитический газойль и его экстракты, тяжелые пиролизные смолы и др. [3,4].

Высокоиндексными видами нефтяного сырья (индекс корреляции выше 120 пунктов) являются термомасло, термоконцентрат, тяжелые смолы пиролиза, экстракт каталитического газойля [3]. Более высокий индекс корреляции среди нефтяного сырья имеют тяжелые смолы пиролиза. Однако по другим показателям качества они недостаточно удовлетворительны. Повышенные коксуемость тяжелых продуктов пиролиза (до 14%), содержание мехпримесей (до 0,1%) и щелочных металлов (до 0,02% по натрию) вызывают ухудшение качества техуглерода, а именно загрязнение гритом, зольными компонентами. Высокое содержание непредельных углеводородов в продуктах пиролиза (в том числе активных диеновых и циклодиеновых) усложняют переработку этого сырья вследствие сильного закоксовывания оборудования при получении техуглерода. Экстракты катгазойлей также отличаются повышенным содержанием мехпримесей (до 0,1%), кроме того сырье дорого вследствие дефицитности растворителей и сложности их регенерации. В настоящее время экстракты газойлей практически не производят.

Достаточно высокой ароматизованностью отличается термоконцентрат - продукт термического процесса, из которого путем глубокой вакуумной перегонки выделена Фракция 430-550^oC (индекс корреляции до 130 пунктов) [3]. Недостатком этого сырья является высокое содержание серы (до 3,4%) и исключительно высокая вязкость 33 мм²/с при 100^oC. Поэтому такой компонент не может быть использован в смесевом сырье как разбавитель для коксохимического компонента. Кроме того, вследствие сложности технологической схемы его получения, термоконцентрат является дорогим компонентом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому сырью является смесевое сырье из компонентов каменноугольного и нефтяного сырья, полученного в термических процессах - термогазойля и термомасла [3, с.87-91; 152-16О)]. Недостатком термогазойля является его низкая ароматизованность (индекс корреляции 90-102), вследствие чего выход техуглерода значительно ниже по сравнению с высокоиндексными видами сырья при прочих равных условиях (на 3-8%). При производстве активных марок техуглерода сырье на основе каменноугольного компонента и термогазойля приводило к более низким качественным показателям.

Термомасло имеет высокую ароматизованнсоть (индекс корреляции 115-124). Однако тармомасло получают на основе вторичных нефтепродуктов - тяжелого каталитического газойля и экстракта масел, которые являются значительно дороже и дефицитнее, чем первичные тяжелые дистилляты (вакуумный газойль, масляные дистилляты и др.) и нефтяные остатки (гудрон, мазут). Также выход термомасла на сырье в результате последовательной двухступенчатой обработки (на первой ступени выделяют термогазойль, на второй ступени его крекируют и выделяют остаток в виде термомасла) низкий (25-42%). Поэтому в целом этот продукт является весьма дефицитным и дорогостоящим.

Технической задачей изобретения является расширение сырьевой базы и снижение стоимости сырья для производства технического углерода.

Поставленная задача решается тем, что сырье для производства технического углерода, включающее компоненты нефтяного и каменноугольного происхождения, содержит в качестве нефтяного компонента крекинг-остаток, полученный при термическом крекинге ароматизированных нефтепродуктов в смеси с газойлевой фракцией, выделенной из продуктов реакции термообработки смеси тяжелого дистиллята и нефтяного остатка первичной переработки нефти при температуре 4В0-550^oC, причем смесь нефтяного и каменноугольного компонентов берут в массовом соотношении, %: нефтяной 99,0-40,0; каменноугольный 1,0-60,0.

Отличительным признаком изобретения является то, что в смесевом сырье используют новый нефтяной компонент термического процесса, неизвестный ранее крекинг-остаток, полученный при термическом крекинге ароматизированных нефтепродуктов в смеси с газойлевой фракцией, выделенной из продуктов реакции термообработки смеси тяжелого дистиллята и нефтяного остатка первичной переработки нефти при температуре 400-550^oC, причем массовое соотношение смеси нефтяного и каменноугольного происхождения составляет, %: нефтяной 99-40; каменноугольный 1-60.

По имеющимся сведениям предлагаемая совокупность признаков, характеризующих сущность изобретения, не известна из уровня техники, следовательно изобретение соответствует критерию "Новизна".

Сущность изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как предложен новый с низкой потребительской стоимостью и менее дефицитный компонент сырья для техуглерода, качество которого зависит от исходного нефтяного сырья и регулирования процесса его получения, причем состав смесевого сырья для техуглерода изменяется в широких пределах.

Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Изобретение - сырье для производства технического углерода может быть постоянно использовано с техническим результатом, заключающимся в расширении сырьевой базы и снижении стоимости сырья.

Изобретение иллюстрируется примерами. В качестве каменноугольных компонентов использовались антраценовая фракция (примеры 1,3) и антраценовое масло (пример 2) с основными показателями, представленными в табл. 1.

Пример 1. Сырье для технического углерода, содержащее 60 мас.% антраценовой фракции и 40 мас.% крекинг-остатка, полученного при термическом крекинге смеси экстракта масел, газойля коксования и газойлевой фракции, выделенной из продуктов реакции термообработки смеси масляного дистиллята 330-420^oC и гудрона при температуре 400-405^oC. Количество газойлевой фракции на ароматизированное сырье 25 мас.%. Выход нефтяного компонента на сырьевую смесь 55,8 мас.%
Качество нефтяного компонента по основным показателям
сырья для техуглерода представлено в табл.2 где также приведены показатели для рабочей смеси.

Сырье испытано при получении технического углерода марки П 234 в реакторе РС-3500 Волгоградского завода технического углерода, при условиях, аналогичных известным, а именно: производительность по сырью 3200 кг/ч., удельный расход воздуха в расчете на сумму масс сырья и топлива 3,7 м³/ч. Выход техуглерода составил 57,5 мас%. Основные показатели качества техуглерода приведены в табл.3
Пример 2. Сырье для технического углерода, содержащее 30 мас.% антраценового масла и 70 мас.%: крекинг-остатка, полученного при термическом крекинге смеси экстракта масел, тяжелого газойля каталитического крекинга и газойлевой фракции, выделенной из продуктов реакции термообработки смеси масляного дистиллята 420-490^oC и мазута при температуре 495-500^oC. Количество газойлевой фракции на ароматизованное сырье 43 мас.% Выход нефтяного компонента на сырьевую смесь 61,6 мас.% Качество нефтяного компонента и рабочей смеси приведено в табл.2
Сырье испытано при получении технического углерода марки П 245 аналогично примеру 1. Основные показатели качества техуглерода приведены в табл.3
Пример 3. Сырье для технического углерода, содержащее 1 мас.% антраценовой фракции и 99 мас.% крекинг-остатка, полученного при термическом крекинге смеси экстрактов масел, газойля коксования и газойлевой фракции, выделенной из продуктов реакции термообработки смеси вакуумного газойля 350-500^oC и деасфальтизата гудрона при температуре 545-550^oC. Количество 2 газойлевой фракции на ароматизированное сырье 60 мас.% Выход нефтяного компонента на сырьевую смесь 57,1 мас.% Качество нефтяного компонента и рабочей смеси приведено в табл.1.

Сырье испытано при получении технического углерода марки П 234 аналогично примеру 1. Основные показатели качества техуглерода приведены в табл.3.

Из данных табл. 2, 3 видно, что предлагаемое сырье позволяет получить технический углерод нормируемого качества (ГОСТ 7885-86). По сравнению с известным сырьем стоимость нового сырья уменьшается в 1,4- 1,7 раза, а его использование может быть расширено за счет того, что выработка нефтяного компонента увеличена в 2,3-2,6 раза.

Таким образом, предлагаемая совокупность отличительных признаков обеспечивает достижение цели, заключающейся в расширении сырьевой базы и снижении стоимости сырья.

Источники информации.

1. В.П.Зуев, В.В.Михайлов. Производство сажи. М.: Химия 1979. с. 29-56
2. Т.Г.Гюльмисарян, Л.П.Гилязетдинов. Сырье для производства углеродных печных саж. М.: Химия. 1975.

3. Качество и эффективное использование углеводородного сырья в производстве технического углерода. Материалы Всесоюзного научно-технического совещания (г.Омск, 13-15 марта, 1984), М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1984.

4. Современное состояние и перспективы обеспечения промышленности технического углерода высококачественным сырьем. Материалы Всесоюзного научно-технического совещания (г.Омск, 12-14 сентября 1978) М.: ЦНИИТЭНефтехим, 1979.

Изобретение относится к применению различных компонентов в качестве сырья для производства технического углерода, в частности, касается смесевого сырья, включающего компоненты нефтяного и каменноугольного происхождения, и может быть использовано в производстве технического углерода любых марок. Сущность изобретения: сырье для производства технического углерода, включающее компоненты нефтяного и каменноугольного происхождения, причем в качестве нефтяного компонента используют крекинг-остаток, полученный при термическом крекинге ароматизированных нефтепродуктов в смеси с газойлевой фракцией, выделенной из продуктов реакции термообработки смеси тяжелого дистиллята и нефтяного остатка первичной переработки нефти при температуре 400 - 550^oС, и смесь нефтяного и каменноугольного компонентов берут в массовом соотношении, %: нефтяной 99,0 - 40,0; каменноугольный 1,0 - 60,0. Изобретение позволяет расширить сырьевую базу и снизить стоимость сырья. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Сырье для производства технического углерода, включающее компоненты нефтяного и каменноугольного происхождения, отличающееся тем, что в качестве нефтяного компонента используют крекинг-остаток, полученный при термическом крекинге ароматизированных нефтепродуктов в смеси с газойлевой фракцией, выделенной из продуктов реакции термообработки смеси тяжелого дистиллята и нефтяного остатка первичной переработки нефти при температуре 400-550^oС. 2. Сырье по п.1, отличающееся тем, что смесь нефтяного и каменоугольного компонентов берут в массовом соотношении, %:
Нефтяной - 99 - 40
Каменноугольный - 1 - 60с