Снижение экологической нагрузки на окружающую среду при производстве алюминия за счёт применения нефтяного пека

Цель – разработка технологии получения нефтяного пека как связующего для анодной массы, используемой при электролитическом получении алюминия, из мазутов каталитического жидкофазного окислительного крекинга нефти.  Для определения направления исследований в работе использовался анализ опубликованных данных о способах получения и свойствах нефтяного пека. Предложен способ получения нефтяных пеков методом каталитического жидкофазного окислительного крекинга нефтяного сырья с применением гетерогенных металлокомплексных катализаторов. Показано, что процесс получения данного пека состоит из нескольких стадий. К ним относятся: гомогенизация мазута и модифицирующей присадки; окислительный крекинг мазута в процессе нагрева гомогенизированного мазута в печи; каталитический жидкофазный окислительный крекинг мазута с удалением дистиллятов; ректификация светлых фракций; конденсация дистиллятов; сбор светлых нефтепродуктов; окисление воздухом и паром кубового остатка, удаление дистиллятов окисления и нефтяного пека; гранулирование пека. В результате сравнения полученного по предлагаемому методу нефтяного пека с каменноугольным пеком марки Б-1 производства АО «Алтай-кокс» установлено, что предлагаемый материал не уступает требованиям технологического регламента Красноярского алюминиевого завода компании РУСАЛ. Показано, что по содержанию серы предлагаемый пек превосходит каменноугольный пек. Согласно результатам исследований и испытаний, проведенных на алюминиевом предприятии, в нефтяном пеке не содержатся вредные полиароматические углеводороды, в частности, канцерогенный бенз(а)пирен.  Таким образом, замена каменноугольного пека нефтяным дает технологические и экологические преимущества для производителей первичного алюминия, а также для предприятий, выпускающих различные углеродные материалы. 

1. Mann V., Buzunov V., Pitertsev N., Chesnyak V., Polyakov P. Reduction in power consumption at UC RUSAL’s smelters 2012–2014 // Light Metals / eds. M. Hyland. Cham: Springer, 2015. Р. 757–762. https://doi.org/10.1007/978-3-319-48248-4_128.

2. Напалков В.И., Баранов В.Н., Фролов В.Ф. Лигатуры алюминиевые: структура и назначение: монография. Красноярск: СФУ, 2019. 176 с.

3. Dubovikov O.A., Brichkin V.N., Ris A.D., Sundurov A.V. Thermochemical activation of hydrated aluminosilicates and its importance for alumina production // Non-ferrous Metals. 2018. No. 2. Р. 11–16. https://doi.org/10.17580/nfm.2018.02.02. EDN: VAYILV

4. Nemchinova N.V., Barauskas A.E., Tyutrin A.A., Vologin V.S. Processing finely dispersed technogenic raw materials for aluminum production in order to extract valuable components // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2021. Vol. 62. No. 6. Р. 659–667. https://doi.org/10.3103/S1067821221060158. EDN: RHWKMQ.

5. Patrin R.K., Bazhin V.Yu. Spent linings from aluminum cells as a raw material for the metallurgical, chemical, and construction industries // Metallurgist. 2014. Vol. 58. Iss. 7-8. P. 625–629. https://doi.org/10.1007/s11015-014-9967-2.

6. Бурдонов А.Е., Зелинская Е.В., Гавриленко Л.В., Гавриленко А.А. Изучение вещественного состава глиноземсодержащего материала алюминиевых электролизеров для использования в технологии первичного алюминия // Цветные металлы. 2018. № 3. С. 32–38. https://doi.org/10.17580/tsm.2018.03.05.

7. Grjotheim K., Kvande H. Introduction to aluminium electrolysis. Düsseldorf: Aluminium-Verlag, 1993. 260 p.

8. Борисоглебский Ю.В., Галевский Г.В., Кулагин Н.М., Минцис М.Я., Сиразутдинов Г.А. Металлургия алюминия. Новосибирск: Наука, 1999. 438 с.

9. Mann V., Buzunov V., Pingin V., Zherdev A., Grigoriev V. Environmental aspects of UC RUSAL’s aluminum smelters sustainable development // Light Metals / eds. C. Сhesonis. Cham: Springer, 2019. P. 553–563. https://doi.org/10.1007/978-3030-05864-7_70.

10. Хайрудинов И.Р., Тихонов А.А., Таушев В.В., Теляшев Э.Г. Современное состояние и перспективы развития термических процессов переработки нефтяного сырья. Уфа: ГУП ИНХП РБ, 2015. 328 с. EDN: IGKCDX.

11. Виноградов А.М., Пинаев А.А., Виноградов Д.А., Пузин А.В., Шадрин В.Г., Зорько Н.В., Сомов В.В. Повышение эффективности укрытия электролизеров Содерберга // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2017. № 1. С. 19–30. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2017-1-19-30.

12. Buzunov V., Mann V., Chichuk E., Frizorger V., Pinaev A., Nikitin E. The first results of the industrial application of the EcoSoderberg technology at the Krasnoyarsk aluminium smelter // Light metals. 2013. Р. 573–576. https://doi.org/10.1002/9781118663189.ch98.

13. Янко Э.А. Аноды алюминиевых электролизеров. М.: Руда и металлы, 2001. 671 с.

14. Сидоров О.Ф., Селезнёв А.Н. Перспективы производства и совершенствования потребительских свойств каменноугольных электродных пеков // Российский химический журнал. 2006. Т. 50. № 1. С. 16–24. EDN: GZQCPJ.

15. Привалов В.Е., Степаненко М.А. Каменноугольный пек: получение, пере работка, применение. М.: Металлургия, 1981. 208 с.

16. Аншиц А.Г., Куртеева Л.И., Цыганова С.И., Суздорф А.Р., Аншиц Н.Н., Морозов С.В. Сравнительная оценка эмиссии канцерогенных веществ при использовании средне- и высокотемпературных пеков в производстве алюминия в электролизерах Содерберга // Химия в интересах устойчивого развития. 2001. № 9. С. 345–352.

17. Храменко С.А., Анушенков А.Н., Маракушина Е.Н., Третьяков Я.А. Оценка эмиссии полиароматических углеводородов с поверхности анодов Содерберга // Цветные металлы. 2012. № 6. С. 34–37.

18. Дошлов О.И., Кондратьев В.В., Угапьев А.А. Влияние тяжелой смолы пиролиза на свойства анодной массы // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2013. № 2. С. 67–75.

19. Фитцер Э., Дифендорф Р., Калинин И. Углеродные волокна и углекомпозиты / пер. с англ.; под ред. Э. Фитцера. М.: Мир, 1988. 336 с.

20. Хайрудинов И.Р., Садыков Р.Х., Гаскаров Н.С., Султанов Ф.М. Перспективы производства нефтяных пеков из различных видов сырья // Цветные металлы. 1993. № 7. С. 24–25.

21. Хайрудинов И.Р., Ахметов М.М., Теляшев Э.Г. Состояние и перспективы развития производства кокса и пека из нефтяного сырья // Российский химический журнал. 2006. Т. L. № 1. С. 25–28.

22. Нешев А.В., Будник В.А., Хайбуллин А.А., Муратшин Р.Р. Сравнение требований к качеству нефтяных и каменноугольных пеков для электродной промышленности // Нефтепереработка и нефтехимия. Научно-технические достижения и передовой опыт. 2011. № 11. С. 50–57. EDN: ONCTLP.

23. Мухамедзянова А.А., Бейлина Н.Ю. О создании в России производства нефтяных коксов и пеков-прекурсоров углеродных композиционных материалов // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2018. № 4-2. С. 109–116. EDN: XXRULJ.

24. Дошлов О.И., Кондратьев В.В., Угапьев А.А., Ким И.В. Применение метода компаундирования для производства связующих материалов для алюминиевой промышленности // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2014. № 2. С. 31–41.

25. Дошлов О.И., Дошлов И.О. О перспективах производства нефтяных вяжущих в ОАО «Ангарская нефтехимическая компания» // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 5. С. 141–146. EDN: TVQUNP.

26. Дошлов И.О., Горяшин Н.А., Кузора И.Е. Нефтяной пек из высокоароматизированного мазута // Нефть и газ: сб. тр. 74-й Междунар. молодежной науч. конф. (г. Москва, 28 сентября – 04 октября 2020 г.). М.: Российский гос. ун-т нефти и газа (нац. иссл. ун-т) им. И.М. Губкина, 2020. С. 166–174. EDN: KCKCWR.