Спосіб одержання гранульованого високотемпературного пеку

Изобретение относится к области обработки каменноугольного жидкого пека и может найти применение в коксохимической промышленности. Известен способ для отверждения и грануляции пека и других материалов [Заявка ФРГ № 2850035, кл. С 10 С 3/16, опублик. 23.05.79]. Указанный способ включает подачу горячего жидкого пека в воду из питающей трубы через ряд труб меньшего диаметра, обращенных и верху и оканчивающихся в воде. Выходящие в воду из питающей трубы шарики пека отделяются с помощью ножей и охлаждаются в воде во время их свободного падения, а также в течение 5 мин дополнительного пребывания в ванне аппарата. Охлажденный гранулированный пек выводят специальным транспортером. Недостатком способа является сложность его осуществления из-за необходимости использовать специальный грануляционный аппарат, включающий узел формирования гранул и вращающийся вал с ножами специальной конструкции. Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения безводного измельченного пека путем воздействия на него потока воды [Патент Германии № 688505, кл. 22 h, 7, опублик. 05.10.39]. Способ включает принудительную подачу струи горячего жидкого пека с температурой размягчения около 150°С в поток воды с температурой 40°С. Затвердевшие струи пека после его охлаждения до температуры 150° С отделяют от воды. При этой температуре пек еще пластичен и принимает пучкообразную форму. Отделенные от воды на сите пучки пека гранулируют путем охлаждения воздухом, измельчают на небольшие куски и сушат. Недостатками указанного способа являются сложность его осуществления и многостадийность процесса; образование слипшихся гранул из-за высокой конечной температуры охлаждения в водяной ванне; возможность образования пекового шлама из-за низкой температуры охлаждающей воды и механического дробления гранулированного продукта. Задачей предлагаемого изобретения является усовершенствование способа получения гранулированного високотемпературного пека путем изменения скорости подачи горячего пека, потока воды и времени охлаждения, поддержания определенного температурного и гидродинамического режимов в зоне ввода струи пека в поток воды и за счет этого использование энергии потока воды не только для охлаждения пека, но и для измельчения застывшей струи пека, и следовательно, упрощение способа и предотвращение образования пекового шлама. Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе получения гранулированного пека, включающем принудительную подачу струи горячего пека в поток подогретой воды, охлаждение пека в воде и отделение охлажденного продукта от воды, подачу горячего пека производят по оси потока воды со скоростью 0,00743,010 м/с, при скорости потока воды, равной 0,010-0,015 м/с, охлаждение пека в воде осуществляется в течение 10-20 мин, при этом, температуру потока воды в зоне подачи пека поддерживают равной 52-95°С, а величину критерия Re - (2,0-2,3)-103. Признаки предлагаемого способа имеют следующую причинно-следственную связь с достигаемым техническим результатом: - подача горячего пека по оси потока воды с определенной скоростью при заданных скорости потока воды и величине критерия Re (ламинарное течение, близкое к переходной области с турбулентным) позволяет обеспечить правильную цилиндрическую форму струи пека, равномерный температурный градиент по ее сечению и разделение в последствии струи на отдельные гранулы без образования шлама; - поддержание в зоне подачи пека заданных значений температуры потока воды предотвращают резкое переохлаждение струи пека, растрескивание гранул и образование шлама, а, следовательно, позволяет получать гранулы равномерной формы. Охлаждение гранул пека в течение заданного времени и в воде определенной температуры при определенной скорости ее течения предотвращает как слипание гранул, так и их измельчение, то есть образование пекового шлама. Таким образом, вся совокупность признаков обеспечивает достижение указанного технического результата: создание требуемого гидродинамического и температурного режимов для получения высокотемпературнрого пека в виде гранул правильной формы без образования шлама более простым способом. Способ осуществляли на лабораторной модельной установке УХИНа; Диаметр трубы охлаждения 50 мм, диаметр формирующего отверстия для пека 50 мм. Конструкция установки позволяет изменять длину трубы охлаждения с целью изменения продолжительности охлаждения пека. Использовался высокотемпературный пекАО ЗТ "Коксан" (Горловский коксохимический завод) следующей характеристики: Температура размягчения, 167 Массовая доля веществ, нерастврримых в толуоле, % 59,8 Массовая доля веществ, нерастворимых в хинолине, % 39,5 Выход летучих веществ, % мас. 43,6 Динамическая вязкость пуаз, при температуре: 186° С 6488 195°С 1571 200° С 1237 Пример № 1. Были проведены эксперименты по обоснованию правомерности выбора диапазона изменения скоростей подачи горячего пека и потока воды. Температура подаваемого пека, °С 250 Время охлаждения пека, мин 10 Температура потока воды в зоне подачи пека, °С 90 Полученные данные приведены в табл.1. Как следует из приведенных данных, получение товарного (гранулы цилиндрической формы, отсутствуют слипшиеся образования - "друзы") гранулированного пека возможно при соблюдении определенных условий гидродинамики процесса грануляции и охлаждения. Во-первых, необходимо обеспечить определенную ламинарность потока охлаждающей воды, чтобы исключить разрыв струи пека на начальном участке трубопровода. Известно, что ламинарное движение жидкости устанавливается при значении критерия Рейнольдса (Re) менее 2,320. Величина Re зависит от плотности и динамической вязкости воды, являющихся функцией температуры, от диаметра трубопровода и скорости потока. Если, при прочих равных условиях, скорость воды больше оптимальной, движение потока становится турбулентным. Это приводит к разрыву струи пека, образованию гранул сравнительно небольшой длины и появлению пекового шлама. Во-вторых, для обеспечения нормального съема тепла гранулируемого пека и транспортировки его по всей длине трубы необходимо, чтобы скорость потока воды составляла (0,010-0,015) м/с, а струи пека (0,0070,01) м/с. В случае, если скорость потока воды меньше скорости струи пека наблюдается "торможение" последнего, пек частично слипается, цилиндрическая поверхность гранул деформируется. При скорости потока воды существенно большей скорости струи пека из-за возникающих продольных динамических нагрузок возможен разрыв струи пека, истирание их о внутреннюю поверхность трубопровода с образованием пекового шлама. Важным моментом также является выбор направления подачи струи пека относительно оси симметрии потока воды. При подаче струи пека по оси потока воды (по оси симметрии трубы гранулятора) формовка пека не испытывает радиальных нагрузок, что обеспечивает сохранность цилиндрической формы гранулы. В противном случае гранулы геометрически правильной формы не образуются. Пек частично слипается в "друзы". Таким образом, данные табл.1 подтверждают правильность выбора направления подачи струи пека по оси потока воды; диапазонов изменения скоростей движения: потока воды - (0,010-0,015) м/с; струи пека (0,007-0,01) м/с; величина критерия Re в зоне подачи пека -(2,0~2,3)-10 (строки 2,3, 8 и 9). В остальных случаях (строки 1,4,5, б, 7,10,11 и 12-22) качество гранул неудовлетворительно и образуется пековый шлам. Пример 2. Были проведены эксперименты по обоснованию правомерности выбора диапазона изменения продолжительности охлаждения пека. Скорость подачи горячего (температура 250°С) пека по оси потока воды 0,010 м/с. Скорость подачи потока воды 0,015 м/с. Все остальные параметры процесса соответствуют условиям примера 1. Полученные данные представлены в табл.2. Как показали экспериментальные данные, минимальная продолжительность охлаждения высокотемпературного пека (при указанных выше конструктивных размерах аппарата) составляет 10 мин. Оптимумом максимального значения температуры грануляции следует считать 20 мин. Дальнейшее увеличение продолжительности процесса охлаждения приводит к нерациональному увеличению длины трубы, т.е. капитальных затрат. Пример 3. Были проведены эксперименты по обоснованию правомерности выбора диапазона изменения температуры потока воды в зоне охлаждения пека. Время охлаждения пека 10 мин Скорость подачи горячего (температура 250° С) пека по оси потока воды 0,010 м/с Скорость подачи потока воды 0,015 м/с Полученные данные приведены в табл.3. Важным параметром разработанного способа является конечная температура охлаждаемых в воде гранул пека, которая зависит от времени и охлаждения и температуры охлаждающей воды. Правильный выбор этого параметра определяет как качество самих гранул, так и энергетические затраты на осуществление процесса. Недостаточно полное охлаждение гранул может привести к их слипанию, потери сыпучести и т.д. Охлаждение пека в воде с достаточно низкой температурой приводит к растрескиванию гранул в связи с возникающими термическими напряжениями, вызванных резким перепадом температур пека и охлаждающей воды. Выполнение исследования позволили определить граничные значения температуры воды в зоне подачи пека. Диапазон изменения температуры воды 52-95° С. При температуре воды ниже 52°С наблюдается растрескивание гранул и образование шлама, а при температуре воды выше 95°С отмечается деформация получаемых гранул пека. Сопоставление свойств гранулированных пеков и способов их получения приведены в табл.4. Сопоставительный анализ предлагаемого и известного способов получения гранулированного высокотемпературного пека и свойств пеков, полученных этими способами, свидетельствует о том, что, предлагаемый способ учитывает физико-химические свойства высокотемпературного каменноугольного пека, что обеспечивает получение товарного продукта с высокой степенью однородности, без образования пекового шлама; и в сравнении с известным является более простым (не требует специального оборудования для грануляции и сушки гранул) и экономичным (кроме сказанного осуществляется при меньшем расходе охлаждающей воды).