161 "Хімічні технології та інженерія"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/48416
Переглянути
1 результатів
Результати пошуку
Документ Коксування вугільних шихт з підвищеним вмістом газового вугілля(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Фатенко, Сергій ВалентиновичДисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 161 – хімічні технології та інженерія (16 – хімічна та біоінженерія). Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Міністерство освіти і науки України, Харків, 2021. Дисертаційна робота направлена на розробку науково-обґрунтованих параметрів виробництва доменного коксу з вугільних шихт, що характеризуються підвищеним вмістом газового вугілля. Об’єкт дослідження – процес формування виходу та якості доменного коксу та хімічних продуктів коксування з вугільних шихт, що містять підвищений вміст газового вугілля. Предмет дослідження – вугільні концентрати, вугільні шихти з підвищеним вмістом газового вугілля, доменний кокс та хімічні продукти коксування. У дисертаційній роботі на підставі отриманих результатів виконаних лабораторних, дослідно-промислових та промислових досліджень вирішено важливе науково-технічне завдання, яке характеризується науковою новизною та має практичну цінність, а саме – розроблено науково-обґрунтовані параметри виробництва доменного коксу з вугільних шихт, що характеризуються підвищеним вмістом газового вугілля. Дослідження здійснені за допомогою теоретичних та емпіричних методів досліджень. Серед теоретичних методів застосовувався системний аналіз і синтез, узагальнення, формалізація, класифікація, аналогія. В експериментальній частині роботі використані сучасні стандартизовані методи визначення властивостей вугілля – ситовий, технічний (Wrt, Wa, Ad, Sdt, Vdaf), пластометричний (х, у), петрографічний (R0, Vt, Sv, I, L, рефлектограма вітриніту) і елементний (Сdaf, Hdaf, Ndaf, Sdt, Odaf) аналізи. Крім того, визначали тиск розпирання та насипну густину вугілля та шихт. Якість отриманого коксу оцінювали методами ситового, технічного (Wrt, Wa, Ad, Sdt, Vdaf) та елементного (Сdaf, Hdaf, Ndaf, Sdt, Odaf) аналізів, визначали його дійсну та уявну густину, поруватість, абразивну твердість за Гінзбургом та структурну міцність за Грязновим, мікроструктуру (співвідношення анізотропної і ізотропної текстури), реакційну здатність, а також механічну і післяреакційну міцність. Показники якості смоли кам’яновугільної визначали згідно ТУ У 19.1–00190443–100:2016, масову частку речовин, не розчинених у толуолі – згідно ДСТУ 8390–2015. Якість масла кам’яновугільного визначали згідно ТУ У 20.1–00190443–117:2017, ДСТУ 2265–93 та ДСТУ 2266–93. Статистичний аналіз отриманих результатів і розробка математичних рівнянь виконувалися за допомогою ліцензійної комп’ютерної програми Microsoft Excel. У вступі обґрунтовна актуальність задач дослідження, показано зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами, сформульована мета та основні задачі, наведено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів, визначено особистий внесок здобувача, відзначена апробація роботи. У першому розділі виконано аналіз щодо хіміко-технологічного використання газового вугілля. Структура використання вугілля в Україні, як і у більшості країн, не відповідає структурі їх запасів – малометаморфізоване вугілля знаходить обмежене застосування, тоді як воно переважає у запасах. Головною особливістю структури газового вугілля є велика довжина бічних ланцюгів у вугільній макромолекулі і підвищена кількість функціональних груп з гетероатомами, тому основною властивістю, що відрізняє це вугілля від середньо- і високометаморфізованого, є підвищена реакційна здатність. Це необхідно враховувати при визначенні технологій використання такого вугілля. Найбільші об'єми використання газового вугілля при виробництві коксу досягаються в результаті застосування нових технологій підготовки і коксування, наприклад, формованого коксу, термічної підготовки і трамбування. Газове вугілля є переважною сировиною для газифікації, напівкоксування і гідрогенізації, що дає можливість виробництва парогазових продуктів, альтернативних отримуваним при переробці природного газу і нафти. Найменш витратним є збільшення змісту газового вугілля в шихтах для коксування з традиційним гравітаційним завантаженням насипом. Проте в цьому випадку для забезпечення високих техніко-економічних показників потрібна розробка спеціальних технологічних рішень, в першу чергу спрямованих на забезпечення якості коксу, що випускається, відповідно до вимог споживачів. У другому розділі показано методологію дослідження. Визначено та встановлено необхідний і достатній набір інструментальних (стандартизованих) методів дослідження складу та властивостей вугілля і коксу. Ретельно розглянутий основний метод оцінки виходу та властивостей отриманого лабораторного коксу, використаний в дисертаційній роботі, а саме лабораторний метод визначення виходу та якості коксу в 5-кг печі конструкції ДП "УХІН". У третьому розділі наведені результати дослідження щодо удосконалення схеми підготовки вугільної шихти з різним вмістом газового вугілля. Встановлено, що вугільна сировинна база коксування КХВ ПрАТ "МК "АЗОВСТАЛЬ" характеризується наявністю вугілля різного ступеня метаморфізму, спікливості, крупності і розмолоздатності, що зумовлює необхідність використання прогресивних схем підготовки вугілля. Встановлено, що величини вмісту класу 0–3 мм та середнього діаметру частинок вугілля, яке входить до сировинної бази КХВ ПрАТ «МК «АЗОВСТАЛЬ», зумовлені ступенем метаморфізму та вмістом фюзенізованих компонентів. Розроблені математичні залежності, які дозволяють прогнозувати вміст класу 0–3 мм, а також середній діаметр частинок вугілля за даними його петрографічного аналізу. Проведені лабораторні коксування показали, що відсів дрібних класів (<6 мм) перед остаточним подрібненням вугільної шихти дозволить поліпшити механічну міцність одержуваного коксу за показниками П25 на 0,4–1,0 %, та І10 на 0,1–1,0 %, причому, чим більше в шихті міститься більш грубішого, в першу чергу, газового вугілля (в інтервалі від 15 до 35%), тим більший позитивний вплив відсіву дрібних класів на якість коксу. У четвертому розділі досліджено вплив вмісту пилоподібних класів вугільної шихти на властивості смоли кам’яновугільної. Виконані дослідження показали, що вугільний пил не тільки підвищує зольність товарної смоли, а й ініціює утворення сажеподібних частинок в підсклепінному просторі коксової камери, що сприяє підвищенню густини смоли і вмісту частинок, нерозчинних в хіноліні. Емульгуюча здатність сажоподібних частинок вища, ніж у мінеральних складових вугільних частинок. Для запобігання небажаній стабілізації емульсій, що утворюються у відділенні конденсації, та покращення зневоднення смоли у вугільній шихті необхідно обмежувати не лише вміст класу <0,2 мм, але і класу <0,075 мм рівнями 10 та 5 % відповідно. Погіршенню відстоювання смоли ще в більшій мірі сприяє винос частинок, які мають збалансованість гідрофобних і гідрофільних властивостей, що характерне для ступеня вуглефікації, відповідного марці "Ж". Зростання вмісту вологи у зневодненій смоли призводить до підвищення значення середнього довільного показника відбиття вітриніту, суми фюзенізованих компонентів, кількості деемульгатору та зниження тривалості відстоювання. З цієї точки зору підвищення вмісту у вугільних шихтах КХВ ПрАТ "МК "АЗОВСТАЛЬ" газового вугілля, що має менші у порівнянні з іншими марками значення середнього довільного показника відбитку вітриніту, практично не буде впливати на вміст вологи у зневодненій кам’яновугільній смолі. У п’ятому розділі наведені результати коксування вугільних шихт з підвищеним вмістом газового вугілля в умовах КХВ ПРАТ "МК "АЗОВСТАЛЬ". Лабораторними і дослідно-промисловими коксуваннями доведено, що збільшення частки газового вугілля в шихті для коксування з 25 до 35 % призводить до зниження виходу і якості доменного коксу за показниками механічної (М25, М10) і «гарячої» міцності. Зниження міцності коксу корелюється зі зниженням вмісту класу більше 80 мм і зростанням засміченості класом менше 25 мм. Крім того, відбувається збільшення виходу основних (смола, сирий бензол, аміак, сірководень, газ) хімічних продуктів коксування. За цих умов як компенсаційні заходи слід використовувати збільшення кінцевої температури коксування до рівня не менше 1050 оС та скорочення ривалості перебування печей з відчиненими дверима перед видачею коксу. За період проведення коксувань шихти з підвищеним вмістом газового вугілля порушень вогнетривкої кладки камер і налдишкового заграфічення не встановлено. Економічними розрахунками показано, що зниження собівартості чавуну за рахунок зниження заготівельної вартості вугільної шихти склало 8,4 $/т. Використання доменного коксу, отриманого з шихти з підвищеним вмістом газового вугілля, призводить до підвищення середньої питомої витрати скипового і металургійного коксу, а також коксового горішка. При цьому трохи знизилася концентрація кисню в дутті.