5. Получение высокотемпературного пека

Каменноугольный пек - остаток, получаемый при фракционировании каменноугольной смолы. Это однородный черный продукт, имеющий раковистый излом.  

По физической природе - коллоидный раствор, поэтому по своим свойствам он резко отличается от обычных твердых кристаллических веществ. Пек не имеет определенной температуры плавления и за­стывания: плавится в температурном интервале. Он определяется раз­ностью двух условных температурных точек: температуры раз­мягчения и температуры появления хрупкости. Этот интервал является техническим показателем, характеризующим пригодность пека для тех или иных процессов.

В зависимости от температуры размягчения пеки разделяются на мягкие, средние и твердые.

 Мягкие пеки 40—55 °С (плотность 1286 кг/м³), средние                  65—90 °С (плотность 1290 кг/м³) твердые              135—150 °С (плотность 1320 кг/м3).

По химической природе - много­компонентная смесь многоядерных углеводородов и гетероциклов, образующихся в процессе получения каменноугольной смолы и при ее переработке в результате термической поликонденсации.

Соединения, входящие в состав пека составляют три группы:

1) мальтены, или у~вешества растворимые в бензине (смешанный раствор кристаллизующихся веществ,  обра­зующих вязкую маслообразную фазу);

2) асфальтены, или в-вещества, растворимые в толуоле, но нерастворимые в бензине (плавкое вещество черного цвета), эта часть может вытягиваться в нити;

3) нерастворимый остаток, или а-вещества, нерастворимые в толуоле (неплавкий и непластичный порошок черного цвета).

Растворимость в различных растворителях характеризует пек с точки зрения содержания в нём высококонденсированных соединений и косвенно отражает способность пека к коксообразованию и его вязкотекучие свойства, характер газовыделения. Содержанием фракций α ₁ и α ₂ обусловливается выход коксового остатка, а фракций α ₂ и β – высокая спекающая способность. Содержание β -фракции характеризует показателями пластических свойств пека. Содержание γ -фракции связано с температурой размягчения и вязкостью пека.

Соединения, входящие в состав α ₁- фракции, можно рассматривать в качестве центров коксообразования – зародышей предграфитовых ячеек в коксе из связующего. Их структура определяет образование графита, не обладающего анизотропными свойствами, поэтому увеличение содержания α ₁- фракции в пеке, повышая прочность изделий, ухудшает их способность к графитации. Также повышение содержание α ₁- фракции влечёт за собой ухудшение пластифицирующих свойств пека, поскольку содержание более низкомолекулярных фракций (γ и β ), обуславливающих его вязкостные свойства, при этом уменьшается. Содержание α ₁- фракции в пеке и её характеристика зависят от условий получения смолы – температурного режима коксования углей, состояния кладки печей и т. д.

Содержание в пеке α ₂- фракции обусловливает спекающие и коксующиеся свойства электродного пека, вспучивается при нагревании и при самостоятельном коксовании даёт хрупкий королёк.    

Среднетемпературный пек является самым многотоннажным продуктом смолы. Он характеризуется содержанием ве­ществ, нерастворимых в толуоле (16—20 %) и выходом летучих веществ (68—71 %).

Пек, выходящий из нижней части испарителя второй ступени или отпарной колонны, имеет температуру выше 300 °С. Выдача такого пека в открытую емкость недопустима, так как его пары токсичны и легко воспламеняются. Поэтому пек предварительно выдержи­вается несколько часов в закрытых емкостях -пекотушителях, где он охлаждается до 145—160 °С. Охлажденный пек поступает либо на гранулирование, либо в пековый парк, где производится его разливка, охлаждение, хранение и погрузка в железно­дорожные вагоны.

Среднетемпературный пек применяется в цветной металлургии в качестве связующего в про­изводстве электродных изделий и для производства пекового кокса (до 73 % от общего его производства), для производства мягкой кровли, угольных брикетов, в черной металлургии, в производстве дорожного дегтя и в дорожном строительстве, в производстве лаков и т. д.

Среднетемпературный пек используется для производства вы­сокотемпературного пека в пекоксовом цехе коксохимического завода. Этот цех состоит из отделения пекоподготовки, пекококсовых печей и отделения кон­денсации. В этом случае нет необходимости в установке грануляции среднетемпературного пека, так как горячий среднетемпературный пек из отделения ректификации смолы непосредственно передается в пекококсовый цех.

Для получения пека с температурой размягчения 140—150 °С применяют обработку среднетемпературного пека воздухом при нагревании, при этом происходят процессы конденсации — полимеризации многоколь­чатых ароматических соединений, находящихся в пеке.

Выход высокотемпературного пека достигает 87—89 %. Ка­чество продукта характеризуется следующими данными: темпе­ратура размягчения 140—150 °С, выход веществ, нерастворимых в толуоле 45—50 %; выход летучих веществ 49—52 %. Выход пековых дистиллятов 10—13 %. Высокотемпературный пек яв­ляется исходным сырьем для получения пекового кокса.