Газифікація полідисперсних систем кам'яновугільного походження

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) зі спеціальності 05.17.07 – хімічна технологія палива та паливно–мастильних матеріалів (161 – Хімічні технології та інженерія) – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», спеціалізована вчена рада Д 08.084.05 при Національній металургійній академії України, Дніпро, 2020. Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливого науково-практичного завдання: розробка технології отримання штучних горючих газів шляхом газифікації побічних коксохімічних продуктів властивості котрих (висока в’язкість, адгезія, неплиність, неподрібнюваність) наразі унеможливлюють їх переробку. У вступі подано загальний опис роботи за напрямом теми дисертації: доведено актуальність теми, обґрунтовані мета та основні завдання роботи, визначені об’єкт, предмет та методи дослідження, показано наукову новизну та практичну цінність отриманих даних та їх апробацію. У першому розділі подано огляд українських та зарубіжних досліджень, присвячених способам застосування та переробки побічних продуктів, які утворюються під час виробництва коксу. Проведено аналіз наукових робіт присвячених газифікації таких матеріалів, як одному з головних напрямів переробки побічних продуктів. У другому розділі розглянуті фізико–хімічні властивості головного об’єкту дослідження за напрямом дисертаційної роботи кам’яновугільних фусів. Обґрунтована доцільність використання у якості наповнювача шкаралупи волоського горіху та бурого вугілля, фізико–хімічні властивості яких наведені в цьому розділі. Визначено комплекс стандартизованих методів для дослідження обраних об’єктів, наведена характеристика необхідного обладнання для вирішення завдань. У третьому розділі наведено дослідження, щодо визначення оптимального співвідношення побічного продукту та наповнювача при приготуванні полідисперсних систем для газифікації. Встановлено, що під час змішування відбувається суттєва зміна гранулометричного складу досліджених сумішей. По-перше, збільшення вмісту кам’яновугільних фусів у сумішах призводе до зростання середнього діаметру часток, тобто відбувається їх агломерація. По-друге, шкаралупа волоського горіху більш стійка до механічного впливу порівняно з бурим вугіллям. У четвертому розділі досліджено кінетичні характеристики процесу газифікації та фактори, що впливають на них (температура, витрата повітря, природа сировини). Встановлено, що кінетичні криві процесу газифікації полідисперсних систем в інтервалі температур від 400 до 500 °С та витраті окиснювача (повітря) від 0,0005 до 0,004 м3/хв проходять 3 основні стадії. Визначено матеріальні баланси досліджуваних матеріалів при їх газифікації, а саме: вихід твердого залишку, газоподібних та сконденсованих продуктів. Визначено компонентний склад сконденсованих продуктів по кожному дослідженому матеріалу та вплив витрати повітря і температури на вихід таких компонентів, як: Н₂, О₂, N₂, СН₄, СО, СО₂, С₂Н₄ and С₂Н₆.. У п’ятому розділі розроблено принципову технологічну схему газифікації полідисперсних систем. Проведено розрахунок шарової газифікації досліджуваної сировини за технологією Lurgi. Отримані значення були порівняні з експериментальними. Встановлено, що за пропонованою технологією переробки вміст цільових компонентів генераторного газу, таких як СО та Н₂, значно більший, ніж при класичній газифікації. Визначено економічну оцінку роботи.