Способ получения связующего Советский патент 1992 года по МПК C10C3/04 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам обработки каменноугольного связующего, и может быть использовано на коксохимических предприятиях(производствах)

Использование связующих на основе каменноугольного пека ограничено из-за повышенной его канцерогенности обусловленной канцерогенно-активными полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ), ин- дикатором последних признан 3,4- бенз(а)пирен (БП), содержание которого в каменноугольных пеках составляет от 0,7 до 4,0% и более.

Известны способы обработки промышленных проду| тов. снижающие канцерогенность путем сульфирования, ацетилирова- ния, ультрафиолетового облучения, обработки токами высокой частоты, но для использования в промышленности не представляющие интереса, так как либо загрязняют целевой продукт, либо сложны и опасны в эксплуатации.

Из известных способов обработки для каменноугольных связующих наиболее целесообразно термоокисление, а именно аэрация их воздухом с добавлением или без добавления кислорода или озона.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ обработки каменноугольного пека воздухом при температуре реакциейXI

х| с

О

ной среды 250-300°С, используемый для получения пека с повышенной температурой размягчения при одновременном снижении его канцерогенности. Процесс обработки длится несколько часов и закан- чивается при получении пека с наружной температурой размягчения. При этом продукт уплотняется, растет его температура размягчения, изменяются его реологические характеристики.

Недостатком способа является низкая деканцерогенизация, а также уплотнение продукта в результате чего изменяются реологические характеристики, что в ряде случаев нежелательно при использовании продукта в качестве связующего.

При используемом температурном режиме одновременно с деканцерогениза- цией продукта возможно дополнительное образование (синтез) канцерогенных соеди- нений, например, абсолютный прирост 3,4 - БП при 250°С составляет 0,24%, при 300°С составляет 0,62%, т.е. для деканцерогени- зации продукта необходимо дальнейшее снижение температуры реакционной зоны,

Целью изобретения является снижение содержания канцерогенов в связующем и упрощение технологии процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе обработки кэменноу- гольного пека путем термоокисления, последний предварительно смешивают с поглотительным маслом в соотношении 85- 90% каменноугольного пека и 10-15% поглотительного масла (по масгя) процесс термоокисления осуществляют с помощью воздушно-кисло родной смеси (21-35% кислорода по объему) в течение 60-120 мин при температуре реакционной зоны 180-200 С.

При термоокислительной обработке каменноугольного пека компоненты, входящие в его состав, вступают в сложное физико-химическое взаимодействие - протекают как процессы деструкции, так и неравновесной поликонденсации.

Стимулирование той или иной реакции может быть вызвано исскуственным увеличением содержания какого-либо компонента пека.

Введение добавки органического рас- творителя (поглотительного масла) направлено на снижение скорости процессов поликонденсации, приводящих к росту температуры размягчения пека и уплотнению продукта, т.е. реализуется возможность снизить содержание 3,4 БП в связующем при сохранении его реологических свойств.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что введение добавки органического растворителя в определенном соотношении является новизной заявляемого способа, позволяющего повысить эффективность деканцерогениза- ции продукта.

Введение добавки поглотительного масла, имеющего температуру кипения 220°С, а также возможность синтеза канцерогенных соединений при 250-300°С обуславливает необходимость снижения температуры реакционной зоны до 180- 200°С, что является существенным отличием заявляемого способа, исключающим прирост 3,4 БП в процессе обработки.

В процессе термоокисления каменноугольного связующего с целью снижения его канцерогенности использован в качестве дегидрирующего агента кислород, что обуславливает увеличение скорости окислительных реакций БП и других канцерогенных ПАУ в соответствующие хиноны, не обладающие канцерогенным действием.

Использование воздушно-кислородной смеси (В КС) с содержанием кислорода 21-35% (по объему) в целях деканцероге- низации продукта является вторым существенным отличием заявляемого способа.

Длительность обработки каменноугольного связующего с целью деканцерогениза- ции составляет 60-120 мин - это является третьим отличительным признаком.

Таким образом, предлагаемое техническое решение характеризуется совокупностью отличительных признаков, обуславливающих достижение положительного эффекта.

Обработка каменноугольного связующего с целью снижения его канцерогенности осуществляется следующим образом.

В лабораторный реактор, имеющий электрообогрев, загружают 400 г каменноугольного связующего, нагревают до 180-260°С, через нагретый продукт барбо- тируют воздушно-кислородную смесь (21- 35% кислорода по объему) в течение 60-120 мин, при удельном расходе ВКС 5 л/мин на 1 кг продукта, обеспечивающем в данном случае его пневматическое перемешивание.

При экспериментальной проверке предлагаемого способа были проведены опыты, результаты которых приведены в табл,1.

В опытах 1-7 в качестве связующего использован среднетемпературный пек (СТП) с Тразм. - 71°С, Vd3f- 61,4%, Ad - 0,18%.

Пример 1. В лабораторный реактор загружают 400 г СТП, нагревают и термоста- тируют при 180°С и в течение 60 мин барбо- тируют воздух. Расход воздуха составляет 5 л/мин на 1 кг продукта Содержание 3.4

БП в продукте до обработки - 1.52%; после обработки- 1,01%.

Пример 2. Загружают в реактор 400 г СТП, нагревают и термостатируют при 200°С, в течение 60 мин барботируют воз- душно-кислородную смесь с содержанием кислорода 35% (по обьему), получаемую путем обогащения воздуха кислородом (опыт 3). Удельный расход воздушно-кислородной смеси 5 л/мин на 1 кг продукта. Содержание 3,4 БП в продукте до обработки - 1,8%: после обработки - 1,0%,

Пример 3. Обработку 400 г СТП осуществляют в следующем режиме:

Т обработки. °С260

Время обработки, мин60

Содержание кислорода, %21

Удельный расход воздуха на 1 кг продукта, л/мин5

Результат обработки:

Содержание 3.4 БП до обработки 2,1%

после обработки1Л%

Пример 4. Обработку 400 гЪтП осуществляют в следующем режиме:

Т обработки, °С260

Время обработки, мин.60

Содержание кислорода, %35

Удельный расход ВКС5 л/мин на 1 к

Результат обработки: Содержание 3,4 БП до обработки после обработки

При термоокислительной обработке среднетемпературного пека опыты 1-7 при указанных в табл.1 режимах обработки эффективность деканцерогенизации состав- ляет 26,6-44,4%.

При температуре обработки равной 200°С увеличение эффективности деканцерогенизации отмечается при увеличении содержания кислорода в смеси (опыт 3), при увеличении продолжительности обработки до 120 мин (опыт 4).

При температуре процесса 260°С увеличение продолжительности обработки и содержания кислорода на эффективность деканцерогенизации оказывают меньшее влияние, в то же время при температуре обработки 260°С отмечается уплотнение продукта, возрастает его температура размягчения до значений, приведенных в табл.2.

В опытах 8-16 связующее получено путем смешения СТП с поглотительным маслом в соотношении 85-90:15-10 мас.% соответственно.

5 0

5

0

5

0

5

0

5

0 5

Пример 5. 400 г связующего указанного состава загружают в реактор и обрабатывают при следующих параметрах: Т обработки, °С180

Время обработки, мин.60

Содержание кислорода, %21

Удельный расход воздуха5 л/мин на 1 кг

продукта.

Результат обработки: Содержание 3,4 БП до обработки1,54%

после обработки0.62% (опыт 8).

ГГр и м е р 6. 400 г связующего того же состава обрабатывают в реакторе при следующих параметрах:

Т обработки, °С200

Время обработки, мин60

Содержание кислорода, %33,5

Удельный расход ВКС5 л/мин на 1 кг

продукта

Результат обработки: Содержание 3,4 БП до обработки1,54%

после обработки 0,57%

Эффективность процесса деканцерогенизации при введении в среднетемператур- ный пек добавки поглотительного масла составляет 30,7-63,0%, т.е. увеличивается на 20-30% по сравнению с обработкой СТП (опыты 1-7, табл 1). Наиболее интенсивно процесс деканцерогенизации идет б первые 60 мин, максимальная эффективность деканцерогенизации отмечается в интервале температур 180-200°С (опыты 8-12, табл.1), при обработке в этом интервале температур температура размягчения продукта достигает значений 70-76°С (опыты 1-5, табл.2), что отвечает требованиям, предъявляемым к связующему

В качестве оптимальных с точки зрения эффективности деканцерогенизации определены следующие параметры термоокислительной обра ботки:

Температура, °С180-200

Время обработки, мин 60-120 Содержание кислорода всмеси(об.%)21-35

при удельном расходе ВКС, обеспечивающем пневматическое перемешивание продукта.

Использование предлагаемого способа получения каменноугольного связующего обеспечит по сравнению с существующими способами следующие преимущества снижение в 2-3 раза содержания канцерогенных соединений (по 3,4 бенз(а)пирену), снижение температуры процесса до 180200°С и сокращение времени обработки до 60-120 мин,улучшение условий труда. Формула изобретения Способ получения связующего путем обработки каменноугольного пека воздухом при повышенной температуре, отличающийся тем, что, с целью снижения содержания канцерогенов в связующем и упрощения технологии процесса, каменноугольный пек перед обработкой предварительно смешивают с поглотительным маслом, взятым в количестве 10-15 мас.%, и смесь обрэ- батывают воздухом, дополнительно содержащим кислород в количестве.21,0- 35,0 об.% при его удельном расходе, обеспечивающем перемешивание смеси.

Использование: углехимия, коксохимия. Сущность: каменноугольный пек смешивают с поглотительным маслом, взятым в количестве 10-15 мас.% и обрабатывают воздухом, дополнительно содержащим кислород в количестве 21,0-35,0 об.% при его удельной расходе, обеспечивающем перемешивание смеси. 2 табл.

Таблица 2