Наукові основи і технологія отримання хімічних продуктів термодеструкції вугілля

При оцінюванні можливого зниження температури підсклепінного простору і, як наслідок, верху коксового пирога, орієнтувалися на результати імітаційно-комп'ютерного моделювання розподілу температур у завантаженні, що коксується (рис. 8.5), і результати промислових коксувань: на цій основі при температурі 1023 K провели аналогічний розрахунок, і одержали значення теплоти, що витрачається:

Підсумовуючи, одержали теплоту, що забирається ПГП при 1023 K у кількості 24838799,40 кДж. Зіставляючи цю величину з отриманою при 1123 K, знайшли, що зниження температури в підсклепінному просторі на 100 K досягається при вилученні Q = 2242948,26 кДж.

Для вилучення цієї кількості тепла організуємо рецикл зворотного коксового газу, насиченого парами води при температурі 303 K.

Кількість тепла Qрец., що може прийняти 1 м 3 такого газу при подачі його в підсклепінний простір і нагріванні там від 303 K до 1023 K складає 1217,51 кДж/м 3. З виразу

, м 3 (10.1)

одержали, що об'єм газу, який необхідно подати в підсклепінний простір для зниження температури в ньому на 100 K, складає 1842,24 м 3.

При періоді коксування, що дорівнює 24 годинам, середня годинна витрата зворотного газу, що рециркулює, складає 76,76 м 3/годину.

Разом з тим, через нестаціонарність утворення ПГП в ході коксування вугільної шихти, оптимальним є розподілення у часі цього об'єму рециркуляційного газу пропорційно виходу газоподібної фази. Це розподілення представлено у табл. 10.1.

Таблиця 10.1 Витрати рециркуляційного коксового газу в під склепінному просторі камери коксування об'ємом 30 м ³

Очевидно, що для промислової реалізації методу зниження температури підсклепінного простору шляхом подачі в нього коксового газу необхідна система його дозування, яка може бути реалізована за допомогою АСУТП на основі розроблених нами математичних моделей.

Внаслідок часткової реалізації розроблених заходів (вибір швидкості і рівномірності нагріву, вологості і насипної густини, а також показників якості шихти, стабілізації параметрів вугільної сировини) на ВАТ "Авдієвський КХЗ" за рахунок зміни складу ПГП досягнуто зниження собівартості продукції (табл. 10.2). Аналогічні результати отримані на ВАТ "Дніпродзержинський КХЗ".

Таблиця 10.2 Розрахунок впливу зміни асортименту хімічної продукції на її собівартість на ВАТ "Авдієвський КХЗ"

Висновки

1. Розроблено наукові основи і технологію отримання хімічних продуктів термодеструкції вугілля, що дозволило вирішити велику науково-прикладну проблему підвищення ефективності використання вугільної шихти, що йде на виробництво коксу, як джерела хімічної сировини для промисловості.

2. Сформульовано і кількісно описано основні закономірності метаморфізму як природного процесу, що формує склад і хімічну структуру палива і, як наслідок, його хімічний і енергетичний потенціали, а також кінетичні моделі вуглефікації твердого палива, що забезпечують можливість науково-обґрунтованого вибору вугілля для складання шихти з метою одержання хімічних продуктів заданого складу.

3. Встановлено, що в ході первинного піролізу реалізуються тільки ті процеси, що частково чи в цілому не встигли здійсниться в природних умовах, причому основний період руйнування міжмолекулярних невалентних зв'язків практично завершується з досягненням атомного відношення Н / О = 16 у "молекулярному" фрагменті вугілля, що відповідає його "молекулярній" масі 280 а.о.м. і температурному інтервалу 673-723 K. Температурно-часові інтервали утворення основних первинних продуктів піролізу практично не залежать від ступеня метаморфізму вугілля і для пірогенетичної води складають 0 7 (373-723 K), для смоли - 4,5 7,5 (598-748 K), для газу і газового бензину - 4 12 (579-973 K).

4. Встановлено, що рідкі продукти піролізу пластмас різних типів впливають на макроструктуру ОМВ і, тим самим, змінюють вихід і склад первинних продуктів коксування вугільних шихт, так що, незважаючи на вторинний піроліз ПГП, при коксуванні сумішей вугільної шихти з добавкою до 2-3% мас. відходів пластмас у промисловій коксовій камері вихід смоли збільшився на 0,84-1,14% мас., сирого бензолу - на 0,2-0,3% мас., зворотного коксового газу - на 1,20-1,64% мас.

Істотно, що при цьому одночасно вирішується великомасштабна екологічна проблема утилізації побутових і промислових відходів пластмас.

5. Експериментально показано, що ПГП після утворення рухаються як на "гарячу", так і на "холодну" сторони від пластичного шару. Обґрунтування гіпотези про вертикальний рух у завантаженні газоподібної фази, що утворюється, і встановлення на цій основі переважної ролі розпеченої "шапки" коксового пирога у вторинному піролізі дозволило рекомендувати для збільшення виходу і збереження первинного складу ПГП: екранування чи охолодження зводу камери коксування для зниження рівня радіаційного теплопереносу; зменшення часу перебування ПГП у підсклепінному просторі за рахунок збільшення висоти завантаження з урахуванням величини його усадки і зниження тиску на виході з камери, а також застосування декількох газозбірників; зменшення часу перебування з одночасним зниженням температури в підсклепінному просторі шляхом організації рециклу зворотного коксового газу; зниження рівня обігріву і встановлення оптимального розподілу температур по висоті камери; роздільний відбір основних ПГП із застосуванням не менш двох газозбірників.

6. Сформульовані теоретичні уявлення про механізм усадочних явищ дозволили розробити математичну модель обігріву промислової коксової печі для розрахунку температурних полів у завантаженні і, тим самим, визначення схеми роздільного відбору різних ПГП.

7. У рамках системного підходу до аналізу коксохімічного виробництва розроблено метод розрахунку буферних систем для ефективної стабілізації параметрів технологічних потоків і, як наслідок, виходу і складу хімічних продуктів коксування вугільних шихт.

8. Отримані теоретично і підтверджені експериментально результати, що говорять про "надтекучість" первинних продуктів піролізу ОМВ, дозволяють рекомендувати для переробки малометаморфізованого вугілля технологію, засновану на розподілі фаз, що утворюються в ході низько- і середнєтемпературного піролізу. В умовах високорозвиненої інфраструктури коксохімічного підприємства ця технологія є високорентабельним виробництвом сировини для хімічної промисловості, газу, як енергоносія, і вуглецевих матеріалів.

9. Розроблені заходи і технічні рішення прийняті Українською науково-промисловою асоціацією "Укркокс" для впровадження на всіх коксохімічних підприємствах України, а також Гіпрококсом для використання при проектуванні нових і реконструкції діючих коксових батарей.

Часткова реалізація отриманих результатів на ВАТ "Авдієвський КХЗ" дала 0,32 грн./т, а на ВАТ " Дніпродзержинський КХЗ" - 0,29 грн./т валового коксу.

Основний зміст дисертації викладено в роботах

1. Гребенюк А.Ф., Коробчанский В.И., Власов Г.А., Кауфман С.И. Улавливание химических продуктов коксования: Монографія (підручник). Частина 1. - Донецьк: "Східний видавничий дім", 2001. - 228 с.

Дисертанту належить ідея видання монографії, особисто належить підготовка розділу щодо апаратурного оформлення технології уловлювання хімічних продуктів коксування.

2. Гребенюк А.Ф., Коробчанский В.И., Власов Г.А., Кауфман С.И. Улавливание химических продуктов коксования: Монографія (підручник). Частина 2. - Донецьк: "Східний видавничий дім", 2001. - 208 с.

Дисертанту належить ідея видання монографії, особисто підготовлено розділ, який стосується технології переробки хімічних продуктів, що утворюються у результаті процесу уловлювання із коксового газу.

3. Саранчук В.И., Ошовский В.В., Власов Г.А. Физико-химические основы переработки горючих ископаемых: Монографія. - Донецьк: "Східний видавничий дім", 2001. - 304 с.

Дисертанту особисто належить підготовка матеріалів щодо піролізу, брикетування, коксування та газифікації вугілля.

4. Власов Г.А., Саранчук В.И., Чуищев В.М., Ошовский В.В. Системный анализ коксохимического производства: Монографія. - Донецьк: ДонГТУ, "Східний видавничий дім", 2002. - 296 с.

Здобувачу належить ідея підготовки монографії, ним написані розділи щодо критеріїв оптимізації та самої оптимізації коксохімічного виробництва.

5. Саранчук В.И., Збыковский Е.И., Власов Г.А. Основы переработки горючих ископаемых: Монографія (підручник). Частина 1. - Донецьк: "Східний видавничий дім", 2003. - 292 с.

Дисертантом особисто написано розділи щодо брикетування вугілля із сполучниками та без них, а також щодо газифікації твердого палива.

6. Власов Г.А., Зублев Д.Г., Барский В.Д. О равномерном прогреве угольной загрузки в печи для коксования. 1. Распределение температур по высоте камеры // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2003. - № 2. - С.20-24.

Здобувачу належить ідея узагальнення результатів науково-дослідних робіт щодо розподілу температур по висоті камери коксування коксової печі. Він є керівником цих робіт.

7. Власов Г.А., Зублев Д.Г., Барский В.Д., Рудницкий А.Г. О равномерном прогреве угольной загрузки в печи для коксования. 2. Распределение температур по длине коксового пирога // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2003. - № 3. - С.13-18.

Дисертант є керівником робіт щодо рівномірності прогріву вугільного завантаження в камерах коксових печей, йому належить ідея написання наукової роботи.

8. Власов Г.А., Зублев Д.Г., Барский В.Д., Рудницкий А.Г. О равномерном прогреве угольной загрузки в печи для коксования. 3. Оценка средств регулирования обогрева коксовых батарей // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2003. - № 4. - С.14-17.

Здобувачу належать технічні рішення щодо оцінки засобів регулювання обігріву коксових батарей.

9. Барский В.Д., Власов Г.А., Рудницкий А.Г., Зублев Д.Г. О равномерном прогреве угольной загрузки в печи для коксования. 4. О закономерностях формирования факела в обогревательных каналах коксовых печей // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2003. - № 5. - С.12-17.

Автором дисертації запропоновано технічні рішення щодо раціонального режиму обігрівання коксових печей.

10. Барский В.Д., Власов Г.А., Чуищев В.М., Рудницкий А.Г. О кинетике образования парогазовых продуктов коксования угольных шихт. 1. Объемная скорость газовыделения // Углехимический журнал.- 2003. - № 1-2. - С.8-14.

Дисертанту належить ідея щодо проведення у промислових умовах експериментів, які підтвердили адекватність кінетичних моделей.

11. Власов Г.А., Мадатов А.В., Барский В.Д., Чуищев В.М. Влияние термообработки на упруго-хрупкие свойства отходов пластмасс // Углехимический журнал. - 2003. - № 1-2. - С.49-56.

Автором дисертації сформульовано технічні рішення щодо підготовки відходів пластичних мас до утилізації.

12. Власов Г.А., Чуищев В.М., Мадатов А.В., Барский В.Д., Шелепун С.В. Утилизация изношенных автомобильных шин с использованием основного оборудования коксохимического производства // Углехимический журнал. - 2003. - № 3-4. - С.50-55.

Здобувачу належать технічні рішення щодо конструкції лабораторної установки для піролізу зношених автомобільних шин із використанням індукційного нагрівання.

13. Власов Г.А., Барский В.Д., Чуищев В.М., Рудницкий А.Г. О кинетике образования парогазовых продуктов коксования угольных шихт. 2. Факторы вторичного пиролиза // Углехимический журнал. - 2003. - № 3-4. - С.55-61.

Автор був керівником робіт щодо механізму коксування вугілля, співставлення стадій первинного та вторинного піролізу.

14. Барский В.Д., Власов Г.А., Чуищев В.М., Рудницкий А.Г. О кинетике образования парогазовых продуктов коксования угольных шихт. 3. Время пребывания в подсводовом пространстве // Углехимический журнал. - 2003. - № 5-6. - С.34-39.

Під керівництвом автора проведено експериментальні дослідження, обробка та узагальнення результатів щодо терміну перебування парогазових продуктів піролізу вугільних шихт у підсклепінному просторі камери коксування у залежності від числа та розташування газозбірників, конструктивних параметрів камери.

15. Барский В.Д., Власов Г.А., Рудницкий А.Г., Чуищев В.М. Об усадочных явлениях в процессе слоевого коксования // Углехимический журнал. - 2003. - № 5-6. - С.39-46.

Автором обґрунтована необхідність вивчення механізму усадочних процесів у вугільних шихтах у камерах коксування.

16. Барский В.Д., Власов Г.А., Рудницкий А.Г. Стабилизация параметров технологических потоков. 1. Элементы теории // Вопросы химии и химической технологии. - 2003. - № 1. - С.154-157.

Автором проаналізовано причини виникнення флуктуацій параметрів технологічних потоків та запропоновані шляхи їх усунення.

17. Барский В.Д., Власов Г.А., Рудницкий А.Г. Стабилизация параметров технологических потоков. 2. Варианты практических задач // Вопросы химии и химической технологии. - 2003. - № 2. - С.164-169.

На прикладах найбільш поширених виробничих ситуацій автором проведено аналіз та показана адекватність розроблених в попередній роботі математичних моделей стабілізації параметрів технологічних потоків.

18. Барский В.Д., Власов Г.А., Рудницкий А.Г. Стабилизация параметров технологических потоков. 3. Адекватная математическая модель // Вопросы химии и химической технологии. - 2003. - № 3. - С.154-157.

Здобувачем особисто сформульовано цілі та задачі, розроблено та запропоновано методи досліджень.

19. Власов Г.А., Чуищев В.М., Саранчук В.И. и др. Изменение условий в подсводовом пространстве камеры коксования // Кокс и химия. - 2003. - № 2. - С.20-24.

Автором особисто запропонована ідея проведення досліджень щодо змін умов у підсклепінному просторі камери коксування.

20. Барский В.Д., Власов Г.А., Рудницкий А.Г. Еще раз о метаморфизме углей // Кокс и химия. - 2004. - № 1. - С.6-11.

Здобувачем обґрунтована необхідність зробити підсумок існуючих матеріалів стосовно закономірностей метаморфізму вугілля.

21. Барский В.Д., Власов Г.А., Рудницкий А.Г. Элементы теории реакторных систем. 1. Схема соединения, гидродинамика и кинетика // Вопросы химии и химической технологии. - 2004. - № 1. - С.170-174.

Автор особисто сформулював цілі та задачі, запропонував методи досліджень.

22. Зублев Д.Г., Барский В.Д., Власов Г.А. Регулирование режима обогрева с учетом распределения угольной шихты в печных камерах // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2004. - № 3. - С.35-39.

Дисертантом запропоновано нові прийоми регулювання режимів обігрівання камер коксових печей з врахуванням розподілу вугільної шихти.

23. Зублев Д.Г., Барский В.Д., Власов Г.А., Волокита Г.И., Пятница В.А., Федотова О.Г. О стационарности теплового режима коксовых батарей // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2004. - № 5. - С.13-15.

Автором запропоновано актуальні технічні рішення щодо стаціонарності теплового режиму коксових батарей.

24. Власов Г.А., Чуищев В.М., Саранчук В.И. и др. Изменение структуры и свойств твердой фазы в процессе коксования. 1. По данным технического и элементного анализов // Углехимический журнал. - 2004. - № 1-2. - С.15-18.

Здобувач був керівником проведення досліджень високотемпературного піролізу вугілля у промислових умовах.

25. Власов Г.А., Чуищев В.М., Саранчук В.И. и др. Изменение структуры и свойств твердой фазы в процессе коксования. 2. По данным рентгеноструктурного, ИКС и дериватографического анализов // Углехимический журнал. - 2004. - № 1-2. - С.22-28.

Здобувач був керівником проведення досліджень високотемпературного піролізу вугілля у промислових умовах.

26. Власов Г.А. Конъюнктура рынка и состояние производства химических продуктов коксования. 1. Проблемы сбыта // Углехимический журнал. - 2004. - № 3-4. - С.50-55. Особиста.

27. Власов Г.А. Конъюнктура рынка и состояние производства химических продуктов коксования. 2. Перспективы развития // Углехимический журнал. - 2004. - № 3-4. - С.55-61. Особиста.

28. Власов Г.А., Чуищев В.М., Чуищев В.В. и др. Исследование процесса пиролиза шихты для коксования // Кокс и химия. - 2004. - № 1. - С.20-23.

Під керівництвом здобувача були проведені дослідження у промислових умовах.

29. Мадатов А.В., Власов Г.А., Барский В.Д. О коллоидной структуре и пептизации углей расплавами пластмасс // Углехимический журнал. - 2005. - № 1-2. - С.10-16.

Дисертанту належать технічні рішення щодо проведення пептизації вугілля розплавами пластичних мас.

30. Власов Г.А., Барский В.Д. // Метаморфизм и динамика состава твердого топлива // Углехимический журнал. - 2005. - № 1-2. - С.3-10.

Автор був керівником проведення теоретичних розрахунків щодо хімічної будови молекулярних фрагментів твердого палива та матеріального балансу різних стадій метаморфізму.

31. Пат. 6284 України, МПК С 10 В 21/00. Вузол нижнього підведення опалювального газу у вертикальні канали коксової печі / Власов Г.О., Зублев Д.Г., Барський В.Д. та ін. - № 20031213425; Заявл. 31.12.2003; Опубл. 16.05.2005; Бюл. № 5. - 2 с.

Пошукувачу належать технічні рішення щодо конструкції вузла нижнього підводу опалювального газу у вертикальні канали коксової печі.

32. Пат. 60852А України, МПК В 29 С 71/00. Спосіб переробки відходів пластмасових матеріалів / Власов Г.О., Мадатов А.В., Барський В.Д та ін. - № 2003032073; Заявл. 11.03.2003; Опубл. 15.10.2003; Бюл. № 10. - 2 с.

Автором дисертації сформульовано технічні рішення щодо підготовки відходів пластичних мас до утилізації.

33. Пат. 61750А України, МПК В 01 J 8/18. Реактор киплячого шару / Барський В.Д., Власов Г.О., Чуіщев В.М. - № 2003043251; Заявл. 11.04.2003; Опубл. 17.11.2003; Бюл. № 11. - 6 с.

Дисертанту належать технічні рішення щодо конструкції реактора киплячого шару.

34. Пат. 62225А України, МПК G 01 N 1/22. Пристрій для безперервного відбору парогазових проб продуктів піролізу органічних з'єднань / Власов Г.О., Ільяшенко В.М., Ревенко Н.М. та ін. № 2003020958; Заявл. 04.02.2003; Опубл. 15.12.2003; Бюл. № 12. 4 с.

Автором дисертації запропоновано технічні рішення щодо раціонального рішення проблеми відбору парогазових проб и конструкції відповідного пристрою.

35. Власов Г.А., Барский В.Д. Метаморфизм и динамика состава и строения твердых топлив // Сборник тезисов докладов на III наук.-техн. конф. "Поступь в нефтегазоперерабатывающей и нефтехимической промышленности", Львов, 10-13 сентября 2004 г. Львов: Изд-во НУ "Львовская политехника", 2004. - С.85-86.

Автор особисто сформулював цілі и задачі, запропонував методи досліджень.

36. Власов Г.А., Барский В.Д. О кинетике образования парогазовых продуктов коксования углей / Сборник тезисов докладов на III наук.-техн. конф. "Поступь в нефтегазоперерабатывающей и нефтехимической промышленности", Львов, 10-13 сентября 2004 г. Львов: Изд-во НУ "Львовская политехника", 2004. - С.84-85.

Дисертанту належать технічні рішення щодо проведення експерименту і теоретичні розрахунки відносно кінетики утворення парогазових продуктів.

37. Мадатов А.В., Власов Г.А., Барский В.Д. Экологические и экономические аспекты утилизации отходов пластика и резины методом пиролиза / Междунар. конф.-ярмарка "Большой шелковый путь". - г. Судак (респ. Крым), 15-19 октября 2003 г.

Пошукувачем обґрунтована необхідність підвести підсумки існуючим матеріалам відносно утилізації відходів пластичних мас.

38. Мадатов А.В., Власов Г.А., Барский В.Д. Утилизация отходов пластика и резины методом высокотемпературного пиролиза. - "Экологические технологии XXI века". - г. Харьков, 7-8 февраля 2004 г.

Пошукувач є керівником проведення досліджень високотемпературного піролізу вугілля з добавками відходів пластичних мас и гуми в промислових умовах.

39. Власов Г.А., Клешня Г.Г., Мадатов А.В., Барский В.Д. Пиролиз отходов пластика и резины как источник сырья для химической промышленности. - "Донбасс 2020". - Украина, г. Донецк, 10-11 февраля 2004 г.

Під керівництвом автора проведено експериментальні дослідження, обробка і узагальнення результатів сумісного піролізу вугілля з відходами пластичних мас і гуми з метою одержання парогазових продуктів заданого складу.

40. Власов Г.А., Мадатов А.В., Барский В.Д. О переработке отходов полимеров в жидкое и газообразное топливо // Матер. 7 Междунар. науч.-практич. конф. "Наука и образование". - Украина, Днепропетровск, 10-25 февраля 2004 г.

Дисертант є керівником робіт по утилізації відходів пластичних мас, йому належить ідея проведення наукового дослідження.

41. Барский В.Д., Мадатов А.В., Власов Г.А. Об утилизации смешанных и загрязненных отходов полимеров и получении жидкого и газообразного топлива методом пиролиза // Тезисы докл. конф. с междунар. участием "Сотрудничество для решения проблемы отходов". - Украина, г. Харьков, 5-6 февраля 2004 г.

Автором дисертації сформульовано технічні рішення щодо підготовки відходів пластичних мас до утилізації.

42. Власов Г.А., Мадатов А.В., Барский В.Д. Совместный пиролиз отходов пластмасс и отработанной резины с углем без доступа воздуха / Донецк, 6-7 февраля 2004 г. Під керівництвом пошукувача проведено дослідження в промислових умовах.

43. Власов Г.А., Мадатов А.В., Барский В.Д. Исследования пиролиза отходов пластмасс и резины совместно с угольной шихтой // Матер. науч.-практич. конф. "Экологические проблемы индустриальных мегополисов". - Украина, г. Авдеевка, 15-16 июля 2004 г.

Автором запропоновано актуальні технічні рішення щодо сумісного піролізу відходів пластичних мас і гуми з вугільною шихтою.

44. Власов Г.А., Барский В.Д. Метаморфизм и динамика состава твердого топлива // Матер. Междунар. науч.-технич. конф. "Коксование_ 2004". - Польша, Закопане, 6-8 октября 2004 г.

Пошукувачем особисто сформульовано цілі і задачі, розроблені й запропоновані методи досліджень.

45. Власов Г.А., Барский В.Д., Мадатов А.В. "Совместный пиролиз отходов пластмасс и резины с угольной шихтой без доступа воздуха" // Матер. междунар. науч.-практич. конф. "Сжигание, газификация и пиролиз биомассы и отходов". - Польша, Краков, 27-28 мая 2004 г.

Дисертанту належать технічні рішення щодо проведення експерименту і теоретичні розрахунки піролізу домішок пластичних мас.

46. Зублев Д.Г., Власов Г.А., Барский В.Д. Новый узел нижнего подвода отопительного газа в вертикалы коксовых печей // Тез. докл. II междунар. научн.-техн. конф. студ., аспир. и молодых ученых "Химия и современные технологии". - Украина, г. Днепропетровск, 26-28 апреля 2005 г. - С.129.

Пошукувачу належать технічні рішення щодо конструкції вузла нижнього підводу опалювального газу у вертикальні канали коксової печі.

47. Мадатов А.В., Власов Г.А., Барский В.Д., Клешня Г.Г. О коллоидной структуре и пептизации углей расплавами пластмасс // Сборник тезисов докладов на III наук.-техн. конф. "Поступь в нефтегазоперерабатывающей и нефтехимической промышленности", Львов, 10-13 сентября 2004 г. г. Львов: Изд-во НУ "Львовская политехника", 2004. - С.256-257.

Дисертанту належать технічні рішення щодо проведення пептизації вугілля розплавами пластичних мас.

48. Власов Г.А., Барский В.Д., Мадатов А.В. О коллоидной структуре и пептизации углей пластмассами // Матер. Междунар. науч.-техн. конф. "Коксование - 2004". - г. Закопане, 6-8 октября 2004 г.

Автор особисто сформулював цілі і задачі, запропонував методи досліджень.

Размещено на Allbest.ru