Сборник статей по итогам Международной научно практической конференции 04 мая 2018
 Скачать 2.25 Mb.
|
Список литературыБойко В.С. Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений. – М.: Недра,1990. Муравьев В.М. Эксплуатация нефтяных и газовых скважин. – М.: Недра,1973 Желтов Ю.П. Разработка нефтяных месторождений: Учебник для вузов. – М.: Недра, 1986. Разработка и эксплуатация нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений: Учебник для вузов / Ш.К. Гимагудинов, И.И. Дунюшкин, В.М. Зайцев и др.: под ред. Ш.К. Гимагудинова. – М.: Недра, 1988. Щуров В.В. Технология и техника добычи нефти: Учебник для вузов. – М.: Недра, 183. Эдриан Тодд. Разработка коллектора: учебник. – Университет Хериот - Ватт,2007. © Пальянов Е.В., 2018 Пустоходов В. А. Магистрант 2 курса ФГАОУ ВО «СФУ», г. Красноярск, РФ Научный руководитель: Рюмин А.И. канд. техн. наук, доцент ФГАОУ ВО «СФУ», г. Красноярск, РФ ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА АНОДНОЙ МАССЫ С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ УДЕЛЬНОГО РАСХОДА СВЯЗУЮЩЕГО (ПЕКА) И ВЫХОДА УГОЛЬНОЙ ПЕНЫ НА ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЕ СОДЕРБЕРГА АннотацияДля отечественной алюминиевой промышленности актуальна проблема эффективности электролизеров с самообжигающимися анодами. С целью снижения удельного расхода углерода и уменьшения эмиссии смолистых и канцерогенных веществ решались такие основные задачи, как применение сухой газоочистки и подбор оптимального состава анодной массы. Эксперименты проводились на базе лаборатории ООО «РУСАЛ ИТЦ» в г. Красноярске, в рамках которого был изменен существующий гранулометрический состав коксовой шихты, который превзошел рядовую анодную массу не только по физическим параметрам, но и по качественным характеристикам. При этом улучшение санитарно - экологических условий производства достигалась за счет использования «сухого» анода. Ключевые слова:Электролизер Содерберга, анодная масса, коксовая шихта, связующий материал, фракция Основными процессами, протекающими в непрерывном самообжигающемся аноде, является обжиг анодной массы и образование угольного анода. Загружаемая в анод масса почти на три четверти состоит из наполнителя (коксового порошка) и на одну четверть из связующего материала (каменноугольного пека). Коксование пека и цементирование им наполнителя составляет основу технологического процесса спекания анода [1]. Основа каменноугольного пека представлена высококипящими органическими соединениями, относящимися по химическому составу к ароматическим углеводородам. Соединениями ароматического ряда называют вещества, в молекулах которых содержится особая группировка из шести атомов углерода, называемая бензольным кольцом, или бензольным ядром. Для образования прочной структуры анода имеет значение смачивание или адгезия поверхности кокса пеком, способность кокса и пека образовывать на границе их контакта прочные химические связи и в итоге монолитную структуру при обжиге [2]. Для отечественной алюминиевой промышленности актуальна проблема эффективности электролизеров с самообжигающимися анодами и верхним токоподводом. Электролизерами именно этого типа (С–8Б, С–8БМ) оснащены крупнейшие отечественные предприятия. Для достижения показателей этого типа электролизеров до уровня электролизеров с обожженными анодами и усовершенствования технологии, необходимо решить такие задачи, как применение сухой газоочистки, установка системы АПГ, максимальная герметизация электролизера и подбор оптимального состава анодной массы с целью снижения удельного расхода углерода и уменьшения эмиссии смолистых и канцерогенных веществ. Основным направлением снижения удельного расхода углерода на электролизерах с верхним токоподводом является предотвращение окисления боковых поверхностей и осыпания углерода, т.е. образования угольной пены. Что касается улучшения санитарно - экологических условий производства, снижения выбросов смолистых и канцерогенных веществ, в том числе 3,4 - бенз(а)пирена – канцерогенной основы каменноугольных пеков, то это достигается использованием «сухого» анода с применением пеков с наименьшим содержанием легкокипящих смол и канцерогенных углеводородов. Так, перевод Красноярского алюминиевого завода на «сухую» массу на основе пека марки «Б» позволил снизить эмиссию смолистых веществ с поверхности анода на 56 - 58 %. Фактор «сухого» анода достигается как за счет снижения содержания связующего, так и за счет повышения температуры его размягчения, так как при одной и той же температуре поверхности анода анодная масса на основе высокотемпературных пеков находится в твердом состоянии. Снижение содержания связующего можно достичь при помощи подбора гранулометрического состава коксовой шихты анодной массы, который производится по величине насыпной плотности. Максимальная величина насыпной плотности находится в области оптимального гранулометрического состава. Эксперименты по определению насыпной плотности шихты выполнялись на базе лаборатории углеродных и футеровочных материалов ООО «РУСАЛ ИТЦ». Смешение компонентов шихты проводили на установке для сухого смешения RDC - 154 - 02 типа «Турбулла», определение насыпной плотности – на встряхивателе RDC - 154 - 01 с мерным стаканом емкостью 1000 мл, с ценой деления 10мм. Использование встряхивателя позволило определить плотность как свободной засыпки, так и после уплотнения. Для дозирования компонентов использовались весы фирмы «Mettler» с точностью 0,1 г. Основная цель при подборе гранулометрического состава – определение оптимальной дозировки пылевой фракции с получением наиболее плотной структуры коксовой шихты, требующей наименьшее количество связующего и обеспечивающей хорошие качественные показатели анодной массы для технологии сухого анода. В рамках эксперимента был изменен существующий гранулометрический состав суммарной коксовой шихты, а именно снижено содержание суммарной пылевой фракции - 0,212 мм от действующего состава на 1,5 % за счёт увеличения крупных фракций, увеличено содержание тонкой пылевой фракции - 0,075мм от действующего состава на 1,0 % и взят максимальный размер крупки коксовой шихты – 8 мм. При этом было определены следующие экспериментальные составы анодным масс на основе синтетического гранулометрического состава коксовой шихты: 1) 16,0 % фракция - 8,0+4,75мм; 23,5 % фракция - 4,75+1,18мм; 17,0 % фракция - 1,18+0,212мм; 43,5 % фракция - 0,212мм; в том числе 28,3 % фракция - 0,075мм; 2) 14,0 % фракция - 8,0+4,75мм; 24,5 % фракция - 4,75+1,18мм; 16,5 % фракция - 1,18+0,212мм; 45 % фракция - 0,212 мм; в том числе 28,7 % фракция - 0,075мм Полученные результаты показали, что, содержание суммарной пыли в первом экспериментальном составе на 1,5 % ниже, чем в существующем гранулометрическом составе. Во втором экспериментальном составе суммарная пыль соответствует существующим значениям. Увеличение тонких фракций в экспериментальных составах обеспечивалось за счёт увеличения тонины помола. Пластические свойства опытной анодной массы регулировались в соответствии с требованиями к целевым значениям коэффициента относительного удлиннения (КОУ) от 20 до 25 % . По результатам текущих значений КОУ анодной массы, принималось решение по установке содержания связующего. Так при переходе с рядовой анодной массы на опытную для обеспечения КОУ 20 - 25 % снизили содержания связующего до 0,6 % . При этом в опытном корпусе забор жирной корректировочной анодной массы на 3,7 % ниже, чем в корпусе свидетеле. За счёт этого баланс пека в анодах в опытном корпусе ниже на 0,4 % . Значительное снижение баланса пека произошло при использовании первого состава – 0,7 % , при использовании второго состава снижение баланса пека ниже и составило – 0,3 %. Также при меньшем на 0,4 % содержании связующего оценка поверхностей анодов в опытном корпусе выше на 0,03 относительных ед., чем в корпусе свидетеле, соответственно ниже загрузка корректировочной жирной массой. Вероятно существуют резервы по дополнительному снижению баланса пека в опытной анодной массе. После перехода на экспериментальную анодную массу при снижении связующего, снижения уровня коксо - пековой композиции (КПК) в опытном корпусе не произошло, несмотря на снижение связующего. На основании полученных результатов также произведена оценка качественных и пластических характеристик опытной анодной массы с максимальным размером зерна 8 мм, с использованием двух гранулометрических составов. За счёт исключения из гранулометрического состава фракции + 8 мм получили рост стабильности крупных фракций в синтетике. Снижение содержания суммарной пылевой фракции в синтетике компенсировалось увеличением тонких пылевых фракций. Для обеспечения КОУ в пределах 20–25 % , при изготовлении первого гранулометрического состава анодной массы снижена дозировка связующего на 0,4 % , второго состава на 0,2 % . Снижение пека требуется за счёт стабилизации содержания крупных фракций и снижения суммарной пыли в синтетике. По качеству опытная анодная масса на основе первого гранулометрического состава превосходит рядовую анодную массу, выпускаемую в идентичные периоды, по всем физическим параметрам: по кажущейся и истинной плотности, пористости, УЭС и прочности на изгиб, на основе второго гранулометрического состава, в целом, соответствует типичному уровню существующей рядовой анодной массы, а по таким качественным характеристикам, как механическая прочность, прочность на изгиб и газопроницаемость, несколько превосходит рядовую. Снижение баланса пека в анодах при использовании первого состава значительное и составило 0,7 % , при использовании второго состава снижение баланса пека составило 0,3 % . По данным более жирного состояния поверхностей анодов опытных электролизёров за весь период испытаний, в сравнении со свидетелями, существуют резервы по дополнительному снижению связующего в анодах при использовании экспериментальной анодной массы. При выходе экспериментальных составов анодной массы выход угольной пены снизился на 3,5кг / т. Наименьший выход угольной пены достигнут в период выхода первого гранулометрического состава – 27,5 кг / т. За период эксперимента ТЭП по корпусам сопоставимы и несколько выше по опытному корпусу. Наблюдалась и положительная динамика выхода на подошву анодов опытного корпуса анодной массы, а именно снижение расхода электроэнергии на 20 кВт ч / т за счет снижения УЭС экспериментальной анодной массы, снижение расхода связующего (пека) на 0,7 % . Подтверждена принципиальная возможность проведения дальнейших испытаний по изменению гранулометрического состава коксовой шихты на КрАЗе со снижением содержания пыли от действующего состава на 2–3 % , рекомендован изменённый гранулометрический состав коксовой шихты: 16 % крупка 1, – 23,5 % крупка 2, 18 % отсев, – 42,5 % пыль. |