DD279892A5

DD279892A5 - Pechmaterial aus kohleteerpech, verfahren zu dessen herstellung sowie verwendung des pechmaterials

Info

Publication number: DD279892A5
Application number: DD88312468A
Authority: DD
Inventors: Ingo Romey; Rudolf Geier; Helmut Joest; Wilhelm Wuellscheidt
Original assignee: ��@��k��; ��@��@��k��
Priority date: 1987-01-30
Filing date: 1988-01-27
Publication date: 1990-06-20
Also published as: CN88100544A; AU601020B2; DE3862472D1; RU1838375C; JPH02502648A; EP0276711A1; WO1988005806A1; US5128021A; GR3001859T3; DE3702720A1; AU1189588A; DE3702720C2; EP0346347A1; ATE62924T1; RU1826985C; ES2022467B3; EP0276711B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Pechmaterial aus Kohleteerpech, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie Verwendungen des Pechmaterials. Es weist folgende Parameter auf:a) einen Gehalt an Mesophase 2%,b) einen Gehalt an in Toluol unloeslichem Material (b-Harze) von 58 bis 75%,c) einen Gehalt an in Chinolin unloeslichem Material 2%,d) einen Erweichungspunkt im Bereich von 200 bis 300C, gemessen nach Kraemer-Sarnow (KS),e) einen Gehalt an fluechtigen Bestandteilen 20% undf) einen Aschegehalt 0,06%.Das Pechmaterial mit einer hohen Koksausbeute von 80 bis ueber 90% laesst sich in der Kohlenstoff verarbeitenden Industrie zur Herstellung von hochwertigen Kohlenstofformkoerpern sowie von Pechkoks einsetzen. Weiterhin kann es als Impraegniermittel oder Bindemittel verwendet werden.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Pechmaterial aus Kohleteerpech, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie Verwendungen des Pechmaterials.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Kohleteerpech wird nach dem Stand der Technik z. B. durch Destillation. Lösungsmittelbehandlung, Luftverblasen oder Vernetzungsreaktionen zu einem Pechrnaterial verarbeitet, dessen Erweichungspunkt etwa 70 bis 150⁰C beträgt. Dieses Pechmaterial dient als Bindemittel für hochwertige Kohlenstoffartikel, z. B. Elektroden, Kohlebürsten und ähnliches sowie zur Erzeugung von hochfesten Forrnkörpern, die durch thermische Weiterbehandlung des verkokten Materials zu Graphiten verarbeitbar sind. Nachteilig ist, daß die aus dem bekannten Pechmateri»¹ >n einem ersten Schritt durch eine Wärmebehandlung hergestellten Formkörper eine relativ geringe Dichte aufweisen und durch mehrmaliges Imprägnieren und erneutes Verkoken verdichtet werden müssen.

Ziel dor Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, Pechmaterial aus Kohleteerpech, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie die Verwendung des Pechmaterials zu verbessern, in dem bei der Herstellung dem Verfahren und dem Pechmaterial hohe Gebrauchswerteigenschaften gegeben werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Pechmaterial aus Kohleteerpech sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Pechmaterials zu schaffen, aus dem hochwertige Kohlenstoffartikel ohne zusätzliche Behandlungsschritte oder mit weniger Behandlungsschritten als nach dem Stand der Technik hergestellt werden können und das darüber hinaus auch als Imprägniermittel dienen kann und außerdem ein hochwertiges Bindemittel ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Pechm;.terial aus Kohleteerpech gelöst, das folgende Parameter aufweist:

a) einen Gehalt an Mesophase < 2%,

b) einen Gehalt an in Toluol unlöslichem Material (ß-Harze) von 68 bis 75%,

c) einen Gehalt an in Chinolin unlöslichem Material < 2%,

d) einen Erweichungspunkt im Bereich von 200 bis 300⁰C gemessen nach Krämer-Sarnow (KS), ο) einen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen < 20% und

i) einen Aschegehalt < 0,06%.

Wegen des überraschenderweise für ein Kohleieerpech vergleichsweise honen Erweichungspunktes, der im Bereich von 200 bis 300X (KS) liegt, ist das Material hervorragend verarbeitbar, ohne daß die Gefahr einer frühieitigen Verkokung oder thermischen Zersetzung besteht.

Das neue Pechmaterial hat außerdem überraschenderweise eine sehr hohe Koksausbeute von 80 bis > 90%, was für Pechmaterial aus Kohletuerpech außerordentlich gut ist, denn es läßt sich daraus ein dichter Koks und bei einer Weiterbehandlung auch ein dichterer Graphit herstellen, mit weniger Verarbeitungsstufen und kürzeren Verweilzeiten.

Die Herstellung des neuen Pechmaterials erfolgt mit Hilfe nachfolgender Verfahrensstufen, wobei

A) als Ausgangsmaterial ein Kohleteerpech verwendet wird, das bis 10% Feststoffe, wie Asche, Kohlepartikel, in Chinolin Unlösliches (primäre α-Harze) enthält und einen Erweichungspunkt < 100°C aufweist,

B) dem Ausgangsmaterial 1 bis 10% Filterhilfsmittel, wie Kieselgur, Aktivkohle, o.a. zugesetzt wird,

C) das Gemisch in einem Kerzenfilter mit trockenem Kuchenaustrag und Filteröffnungen im Bereich von 50 bis 150μ heiß filtriert wird und

D) das Filtrat in einem Dünnschichtverdampfer im Temperaturbereich oberhalb 300⁰C bis etwa 425°C und unter einem Druck s 10 mbar aufkonzentriert wird.

Das neue Pechmaterial läßt sich überraschenderweise a\is üblichem Kohleteerpech mit einem Erweichungspunkt unter 100 ⁰C hersteilen, das 1 bis 10% Feststoffe enthalten kann, indem es zunächst durch Filtration in einem Kerzenfilter, ggf. unter Anwendung von Filterhilfsmitteln von diesen Feststoffen weitestgehend befreit wird, die aus Asche, Kohlepartikel und Bestandteilen bestehen können, die nicht chinelinlöslich sind (primäre α-Harze). Überraschenderweise läßt sich das so vorgersinigtö Pech in Dünnschichtverdampfer^ unter Vakuum 10 mbar und im Temperaturbereich oberhalb 300⁰C störungsfrei zu dem neuen Pechmaterial verarbeiten, das als Konzentrat anfällt.

Weiterhin iberraschend haben auch die als Destillate abgetrennten Nebenprodukte hervorragende Eigenschaften, die sie insbesondere zur Verwendung als Zumischkomponente für Teere, Peche und Öle geeignet machen.

Alternate kann das Verfahrensmerkmal (C) (Filterstufe) in der Weise abgewandelt werden, daß ein Plattenfilter verwendet wird, dem eine Nachwaschstufe zugeordnet ist.

Eine weitere Abwandlung der Verfahrensstufe C) (Filterstufe) besteht darin, daß nin Trommelfilter mit trockenem Kuchenaustrag verwendet wird.

Auch bei Anwendung der beiden vorgenannten alternativen Filterschritte werden ausreichend feststoffreie Filtrate erzielt, die sich zur Weiterverarbeitung in einem Dünnschichtverdampfer eignen.

Das neue Pechmaterial läßt sich vorteilhaft in der kohlenstoffverarbeitenden Industrie verwenden, weil es sehr gut verarbeitbar

Eine bevorzugte Verwendungsart ist die Herstellung von Pechkoks, wegen der überraschenderweise sehr hohen Koksausbeute von über 90%.

Eine weitere bevorzugte Verwendung ist die Herstellung von KohlenstofformKÖrpern. Diese Kohleformkörper sind beispielsweise gut für Elektroden, Kohlebürsten o.a. geeignet. Graphitiert läßt sich das wärmebehandelte Produkt auch vorzüglich als Reaktorgraphit anwenden.

Weiterhin läßt sich das neue Pechmaterial bevorzugt als Imprägniermittel verwenden, weil es überraschenderweise eine überaus günstige, dynamische Viskosität in Abhängigkeit von der Temperatur hat. Beispielsweise können damit Kohleformkörper, die aus herkömmlichem Pechmaterial hergestellt worden sind, durch wenige Imprägnierschritte in hochfeste Formkörper überführen.

Schließlich ist das neue Pechmaterial auch sehr gut als Bindemittel für kohlenstoffhaltige Materialien geeignet.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nachfolgend an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt:

Fig. 1: ein Verfahrensfließbild;

Fig.2: ein Schaubild über die Angaber, der Viskosität von Hartpoch-Proben.

Der Steinkohlenrohteer bzw. das Steinkohlenrohpech wird, ggf. unter Zumischung eines Kilterhilfsmittels, einer Heißfilterstufe 1 aufgegeben, die aus einem Kerzenfilter mit trockenem Filterkuchenaustrag oder aus einem Plattenfilter mit Nachwascheinrichtung bestehen kann. Die Filtertemperatur beträgt je nach Einsatzprodukt etwa 90 bis zu 35O⁰C. Das filtrierte Produkt wird einem Vorratsbehälter 2 zugeführt, aus dem es über eine Speisepumpe 3 in einen Dünnschichtverdampfungsapparat 5 eingebracht wird, dessen Rotor mit einer Antriebseinheit 4 verbbunden ist. Über den Rotor wird das Produkt gleichmäßig auf der inneren Apparatswand verteilt, so daß die leichter flüchtigen Komponenten sehr schnell verdampfen. In dem Dünnschichtverdampfungsapparat 5 ist weiterhin ein Kondensator 6 untergebracht, an dem sich diese leichter flüchtigen Komponenten des filtrierten Materials niederschlagen. Sie gelangen auf den Boden des Dünnschichtverdampfungsapparates 5 und werden von dort mit einer Destillataustragspumpe 7 abgezogen und einem Destillatvorlagebehälter 9 aufgegeben. Die Betriebstemperaturen im Verdampfungsapparat liegen oberhalb 30O³C und der Betriebsdruck ist kleiner oder gleici: 10 mbar. Der nicht verdampfte Produktanteil (Konzentrat) gelangt in den Einzugsbereich der Konzentrataustragspumpe 8, wird aus dem Verdampfungsapparat 5 herausgeführt und in einem Konzentratvorlagebehälter 10 gesammelt. Das Vakuum im Behälter wird über ein Vakuumsystem 11 erzeugt.

Das Konzentrat kann beispielsweise als Rohmaterial zur Herstellung von hocrrvertigem Pechkoks und -graphit, als Gießereipech, als Imprägnierpech für Pechkokse, als Bindemittel für Kohlenstofformkörper oder als Tontaubenpech verwendet werden.

Das erzeugte Destillat, das sich in üblicher Weise noch fraktionieren läßt, eignet sich beispielsweise für folgende Anwendungsfälle:

Beimischkomponente für Teere, insbesondere für feststoffhaltige Teere;

Beimischkomponente für Peche (Fluxmittel);

Beirnischkomponente für Öle.

Nachstehend sind drei Beispiele von Pechmaterialien aus kohlestämmigen Pechen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt, wobei jeweils ein kohlestämmigss Pech durch Filtrieren von seinen unlöslichen Bestandteilen befreit und anschließend unter erhöhter Temperatur und unter vermindertem Druck destilliert wurde, um die Fraktionen mit niedrigem Erweichungspunkt zu entfernen und ein Konzentratpech mit höherem Erweichungspunkt zu erhalten. Aus Ausgangspeche werden im allgemeinen Peche mit einem Erweichungspunkt < 100⁰C (KS) verwendet, jedoch lassen sich grundsätzlich auch Peche mit höherem Erweichungspunkt einsetzen, wobei dann jedoch die erzielbare Filterleistung abnimmt.

Beispiel 1

Ein Steinkohlenteerpech mit einem Erweichungspunkt von 69⁰C und einem Gehalt an chinolinunlöslichen Bestandteilen von 6,9% wurde auf 24O⁰C erhitzt und in einem Kerzenfilter bei einem stetig steigenden Differenzdruck von 1-5 bar filtriert. Zur Erhöhung der Filtrationsleistung kann ggf. ein Filterhilfsmittel auf Basis Kieselgur, Celite oder Kohlenstoff von etwa 1-4% zugegeben werden. Nach der Filtration waren praktisch alle chinolinunlöslichen Bestandteile bis unter die Nachweisgrenze entfernt. Das Material konnte ohne weiter Vorbehandlung direkt einem Dünnschichtverdampfer zugeführt werden.

Das filtrierte Ausgangs-Weichpechmaterial, welches einen Erweichungspunkt von 69°C aufwies, wurde einer einstufigen, kontinuierlichen Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 328⁰C und einem Betriebsdruck von 1 mbar unterworfen, wobei in dem Verdampfungsapparat das Pech mittels mechanisch bewegter Wischerblätter verteilt und dessen Fließrichtung bestimmt wurde. Dabei erfolgte eine mechanische Selbstreinigung. Das Betriebsvakuum wurde mittels Vakuumapparate erzeugt, bevorzugt eignen sich mehrstufige Systeme.

Die mittlere Verweilzeit des Pechmaterials im Verdampfungsapparat betrug unter 1 min. Die abdestillierten Fraktionen wurden über einen im Verdampfer befindlichen Kondensator abgeschieden und von dort abgeführt.

Der spezifische Durchsatz des Verdampfungsapparates erreichte 80,0kg/(m² h). Die Ausbeute an Konzentrat betrug 49,6Gew.-Anteile-%. Das anfallende Konzentrat wies einen Erweichungspunkt (KS) von 209⁰C auf.

Die weiteren stoffspezifischen Eigenschaften des Konzentrates mit 209°C Erweichungspunkt waren folgende:

- Verkokungsrückstand (Alcan): 81,5 %

- sekundärunlösliche Bestandteile: 0,14%

- ß-Harze: 58 %

- chinolinunlösliche Bestandteile: 0,78%

- Dynamische Viskosität in Abhängigkeit von der Temperatur gemäß Kurve A in Fig.

- flüchtige Bestandteile 18,5 %

- Asche 0,05%

Beispiel 2

Das Ausgangspechmaterial und der Ve 'suchsauf bau waren die gleichen wie in Beispiel 1, jedoch wurde die Temperatur der Wärmebehandlung auf 361⁰C erhöht.

Der spezifische Durchsatz erreichte 74,3 kg/(m² · h). Die Ausbeute betrug 33,7 Gew.-%, und das Konzentrat wies einen Erweichungspunkt von 253⁰C auf.

Die weiteren stoffspezifischen Eigenschaften waren folgende:

- Verkokungsrückstand (Alcan): 86,2 %

- sekundärunlösliche Bestandteile 0,9 %

- ß-Harze: 69 %

- chinolinunlösliche Bestandteile: 1,55%

- Dynamische Viskosität in Abhängigkeit von der Temperatur gemäß Kurve B in Fig.

- flüchtige Bestandteile 13,8 %

- Asche 0,06%

Beispiel 3

Das Ausgangspschmaterial und der Versuchsaufbau waren wiederum die gleichen wie im Beispiel 1, jedoch wurde die Temperatur nunmehr auf 395 ^JC erhöht.

Der spezifische Durchsatz erreichte 70,8kg/(m² h). Die Ausbeute betrug 27,6Gew.-%, und das Konzentrat wies einen Erweichungspunkt von 292°C auf.

Die weitoren stoffspezifischen Eigenschaften waren folgende:

- Verkokungsrückstand (Alcan) 90,8 %

- sekundärunlösliche Bestandteile: 1,01%

- ß-Harze: 75 %

- chinolinunlösliche Bestandteile: 1,95%

- Dynamische Viskosität in Abhängigkeit von der Temperatur gemäß Kurve C in Fig.

- flüchtige Bestandteile: 9,2 %

- Asche ' 0,06%

Claims

1. Pechmaterial aus Kohleteerpech, gekennzeichnet durch die folgenden Parameter:

a) einen Gehalt an Mesophase < 2%

b) einen Gehalt an in Toluol unlöslichem Material (ß-Harze) von 58 bis 75%

c) einen Gehalt an in Chinolin unlöslichem Material < 2%

d) einen Erweichungspunkt im Bereich von 200 bis 300°C, gemessen nach Krämer-Sarnow (KS)

e) einen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen < 20% und

f) einen Aschegehalt < 0,06%.

2. Verfahren zur Herstellung eines Pechmaterials aus Kohleteerpech, dadurch gekennzeichnet, daß

A) als Ausgangsmaterial ein Kohleteerpech verwendet wird, das bis 10% Feststoffe, wie Asche, Kohlepartikel, in Chinolin Unlösliches (primäre α-Harze) enthält und einen Erweichungspunkt < 100⁰C aufweist

B) dem Ausgangsmaterial 1 bis 10% Filterhilfsmittel, wie Kieselgur, Aktivkohle o.a. zugesetzt wird

C) das Gemisch in einem Kerzenfilter mit trockenem Kuchenaustrag und Filteröffnungen im Bereich von 50 bis 150 pm heiß filtriert wird und

D) das Filtrat in einem Dünnschichtverdampfer im Temperaturbereich oberhalb 300⁰C bis etwa 425°C und unter einem Druck s 10mbar aufkonzentriert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Filterstufe (C) ein Plattenfilter verwendet wird, dem eine Nachwaschstufe zugeordnet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Filterstufe (C) ein Trommelfilter mit trockenem Kuchenaustrag verwendet wird.

5. Verwendung des Pechmaterials aus Kohleteerpech, gekennzeichnet durch den Einsatz

a) in der kohlestoffverarbeitenden Industrie

b) zur Herstellung von Pechkoks

c) zur Herstellung von Kohlenstofformkörpern

d) als Imprägniermittel

e) als Bindemittel.