Получение углеродных связующих материалов с заданными физико-химическими свойствами

• Автор: Ишкинин, Азамат Ахатович
• Шифр специальности: 05.17.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 127 с. : ил.

Цель работы: разработка способов получения нефтяных связующих материалов с заданными качественными характеристиками на основе исследований реологических и физико-химических закономерностей процессов термополиконденсации и пластификации.
Задачи исследования:
-изучение закономерностей, связывающих реологические и физикохимические свойства высокомолекулярных НДС - нефтяных остатков, битумов и пеков;
-изучение компенсационного эффекта (КЭФ) динамической вязкости и возможности прогнозирования температурной зависимости вязкости пеков на этой основе;
-рассмотрение вариантов получения пеков с заданными реологическими и физико-химическими свойствами с использованием процесса пластификации пека;
-определение оптимальных параметров процесса термополиконденсации пеков из нефтяного сырья с применением метода математического планирования экспериментов;
-получение на пилотной установке опытных образцов пеков из смол пиролиза бензиновых и дизельных фракций и исследование возможности их применения в качестве пропитывающих и связующих материалов для производства электродов и анодных масс.
Научная новизна работы:
-для высокомолекулярных НДС битумов и гудронов установлено существование КЭФ динамической вязкости, который выражается в нелинейном характере связи между энергией активации вязкого течения и логарифмом пре-дэкспоненты вязкости;
-для нефтяных и каменноугольных пеков, полученных в результате процессов термополиконденсации, обнаружен линейный КЭФ;
-установлено, что энергии активации вязкого течения среднетемпературных пеков находятся в диапазоне от 107,9 до 172,2 кДж/моль, а энтропии акти-
вации вязкого течения в диапазоне от 0,30 до 0,47 кДж/(моль-К). Для битумов интервалы изменения данных величин соответственно равны 56,4-
72,06 кДж/моль и 0,175-0,198 кДж/(моль-К);
-для нефтяных пеков установлены зависимости между динамической вязкостью, температурой размягчения, групповым составом и количеством вводимого пластификатора.
Практическая значимость:
-предложены способы получения нефтяных пеков с заданными свойствами, которые состоят в определении оптимальных параметров процесса термополиконденсации и в регулировании реологических и физико-химических свойств с применением процессов пластификации и использования КЭФ динамической вязкости;
-на экспериментальных базах АО «Электродин» (Гос НИИ ЭИ) и АО «Сиб ВАМИ» проведены испытания углеродных изделий, изготовленных на основе образцов пеков из смол пиролиза, полученных на пилотной установке ТК-9 ГУП «ИНХП РБ». В результате испытаний в АО «Электродин» пеки из смол пиролиза рекомендованы в качестве пропитывающего материала в производстве графитированных электродов. Испытания, проведенные в АО «СибВАМИ», свидетельствуют о возможности использования нефтяных пеков качестве связующих для брикетированных анодных масс, применяемых в алюминиевой промышленности.
Апробация работы
Материалы работы докладывались и обсуждались: на 7-й Международной научно-практической конференции "Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (2009 г., г.Санкт-Петербург); на Международной научно-практической конференции «Нефтепереработка - 2010 г.» (г.Уфа); на XIII Международной научно-технической конференции «Строительство. Коммунальное хозяйство. Насосы. Трубопроводы - 2010 г.» (г.Уфа). Отдельные результаты работы докладывались на региональных семинарах «Актуальные проблемы исследования сложных систем» в 2009-2010 г.г.(г.Уфа).

Публикации
Получен один патент РФ, опубликованы 5 статей в журналах, рекомендуемых ВАК Минобразования и науки РФ. Всего по теме диссертации опубликовано 11 работ.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, содержит 127 страниц машинописного текста, в том числе 36 таблиц, 25 рисунков, библиографический список использованной литературы из 140 наименований.

4) использование каменноугольного масла (антраценовая фракция и другие) для регулирования пластических свойств пеков.
Интересно отметить, что авторы данной работы однозначно связывают все процессы формирования высокомолекулярных соединений пеков с донор-но-акцепторными комплексами, которые оказывают каталитическое влияние на механизм пекообразования. При этом не рассматриваются кинетическая и термодинамическая специфика процесса формирования пека на макроуровне.
1.4 Технологические проблемы производства пеков
1.4.1 Современное состояние и проблемы производства пеков
Электродная и алюминиевая промышленность потребляют значительные количества углеродных материалов в виде пеко-коксовых композиций, в которых наполнителем является нефтяной кокс, а в качестве связующего используется каменноугольный пек. Для производства одной тонны алюминия требуется 0,6 тонны углеродной анодной массы. В частности для России годовая потребность в нефтяном коксе для перечисленных отраслей в 2006 году [86] составила 1590 тысяч тонн и соответственно годовая потребность пека в связующем при этом составляет 550 тысяч тонн при общей выработке отечественной коксохимией только 320 тысяч тонн каменноугольного пека. Таким образом, ежегодный дефицит пека составляет около 200 тысяч тонн.
По основным странам мира с развитой металлургией диаграмма значений потребления и производства на 2007 год выглядит согласно представленному рис. 1.4 [83]. Вследствие интенсивного развития алюминиевой промышленности в Китае и в целом в странах Юго-Восточной Азии следует в будущем ожидать дальнейшего увеличения дефицита пеков.
Следует добавить, что в настоящее время из-за увеличения цен на каменноугольный пек традиционная страна экспортер Украина ориентируется на страны Запада.
Объем производства каменноугольной смолы напрямую зависит от выработки металлургического кокса. В отрасли черной металлургии наметились
тенденции на экономию металлургического кокса внедрением новых процессов