Мадатов Артем Валерійович. Удосконалення технології піролізу вугілля з додатками високомолекулярних сполук

brief description

Мадатов Артем Валерійович. Удосконалення технології піролізу вугілля з додатками високомолекулярних сполук : Дис... канд. наук: 05.17.07 2007

МадатовА.В. Удосконалення технології піролізу вугілля з додатками високомолекулярних сполук Рукопис.
Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.07 хімічна технологія палива і паливно-мастильних матеріалів. Український державний науково-дослідний вуглехімічний інститут (УХІН), Харків, 2007.
Дисертаційна робота присвячена розробці наукових та технологічних засад утилізації відходів пластичних мас (ВПМ) як компонента вугільної шихти у коксових печах, а також розробці вихідних даних, технічного завдання та техніко-економічного обґрунтування утилізації для проектування промислової дільниці утилізації ВПМ.
Досліджувалися процеси термодеструкції індивідуальних пластмас та їх сумішей. Встановлено, що усі пластмаси чітко розподіляються на дві групи: ті, що утворюють термостійкі середньомолекулярні продукти пролізу (ПС, ПЕТФ) та ті, що не утворюють (ПЕ, ПП). Визначено хімічну взаємодію ВПМ першої та другої груп в температурному інтервалі 300-3500С, що позначилося на зміні матеріального балансу піролізу
У процесі дослідження в’язкості вугільної пластичної маси з додатками ВПМ було встановлено, що ПС і ПЕТФ знижують в’язкість шляхом збільшення кількості РНС, а ПЕ і ПП підвищують її шляхом зменшення кількості РНС за рахунок хімічного зв’язування. Одночасно було виявлено, що хімічна взаємодія ВПМ першої та другої груп при сумісній термообробці дозволяє компенсувати негативну дію ПЕ і ПП на в’язкість вугільної пластичної маси за рахунок позитивної дії ПС і ПЕТФ. Таким чином, передчасна термообробка суміші ВПМ дозволяє додавати до 3 % ВПМ до шихти без погіршення якості коксу.
Лабораторні коксування вугільної шихти промислового складу з додатком 1% ВПМ довели, що якість отриманого коксу задовольняє вимогам щодо структурної міцності по Грязнову, абразивній твердості по Гінзбургу, а по показниках К50, П25та І10 поліпшується. Додаток 2% ВПМ, які переважно вміщували ПЕ, значно знижує усі показники. Реакційна здатність коксу зростає при незмінній пористості, що свідчить про структурно-хімічні зміни у тілі коксу. Інтенсифікація хімічних реакцій взаємодії продуктів термодеструкції ОМУ та ВПМ підтверджується також різким зростанням вмісту аценафтену, флуорену, антрацену, фенатрену у кам’яновугільній смолі, також зміною компонентного складу коксового газу. Особливе значення для екологічної безпеки коксового виробництва має зниження вмісту у кам’яновугільній смолі бенз(е)пірену та бенз(а)пірену при зростанні додатку ВПМ у шихті. Також із зростанням вмісту ВПМ у вугільній шихті закономірно знижується зольність та вміст сірки у коксі, що важливо для використання коксу як металургійного палива.
Експериментально знайдена здатність пластмас змінювати пружно-в’язкі властивості на пружно-крихкі після термообробки та охолодження повітрям дала змогу розробити технологію та винайти апарат для підготовки відходів пластмас зі звалищ до дозування у вугільну шихту. Були зроблені розрахунки параметрів сепаратора-агломератора для переробки ВПМ зі звалищ у присадку до вугільної шихти потужністю 36 т або 700 м3відходів на годину. Такий апарат з робочим об’ємом 50 м3, який обігрівається парою або зворотним коксовим газом, дозволить підготовити до коксування 864 т ВПМ на добу. Цієї кількості ВПМ достатньо для забезпечення всіх коксохімічних заводів Придніпров’я двома відсотками присадки до шихти з ВПМ.
Випробувальні коксування шихти промислового складу з вмістом ВПМ у промисловій печі ВАТ „Авдієвський КХЗ” довели практичну здійсненість підготовки та утилізації ВПМ у промислових масштабах із застосуванням обладнання КХЗ. Вихід та якість продуктів коксування виявилися придатними для коксохімічного виробництва.

Розроблено наукові основи механізму сумісного піролізу вугільних шихт та відходів ВМС, що дозволило створити спосіб підготовки відходів пластмас для дозування у вугільну шихту та вирішити важливу народногосподарську задачу їх сумісного коксування.
Вперше для оцінки ролі пластмас у процесі коксування вугільних шихт було виконано експериментальні дослідження пептизації вугілля рідкими продуктами термодеструкції пластмас різних видів та розчинниками відомого складу. Було визначено, що продукти деструкції ВМС з ароматичними групами у боковому та основному ланцюгу призводять до набухання вугілля, а продукти деструкції поліолефінів ретракцію вугілля, що підтверджено аналогічною дією на вугілля ароматичних розчинників (бензол, толуол, ксилол) та аліфатичних розчинників (гептан, парафін), а також лугів та кислот відповідно.
Обґрунтовані уявлення, згідно яких механізм взаємодії пластмас з вугіллям полягає у впливі рідких продуктів їх деструкції на макромолекулярну структуру ОМВ шляхом послаблення або підсилення невалетних зв’язків за рахунок електронно-донорної активності ароматичних та електронно-акцепторної активності аліфатичних ненасичених продуктів деструкції пластмас.
Розроблена установка для вимірювання у системних одиницях в’язкості вугільної пластичної маси як найважливішої властивості, яка визначає результати процесу коксування. Вперше на цій установці були виконані дослідження зміни в’язкості вугілля та його сумішей з пластмасами різних видів у пластичному стані.
Вперше було встановлено, що поліолефіни (ПЕ і ПП) знижують текучість вугільної пластичної маси, а полімери ароматичної природи (ПС і ПЕТФ) підвищують. Це відкриває можливість цілеспрямованого підбору складу ВПМ для сумішей з вугільною шихтою.
Згідно з результатами коксувань сумішей ВПМ з вугільною шихтою у 5-ти кг печі УХІНу були визначені виходи та склад основних продуктів піролізу та на цій підставі показано можливість використання ВПМ у якості компонента вугільної шихти для коксування у кількості 2-3%.
Ситовий склад коксу, вперше отриманого у промислових умовах з додаванням ВПМ, змінюється у бік зростання вмісту класу 40-60 мм на 6,4% переважно за рахунок зниження вмісту класу +80 мм.
Вперше було показано, що нагрівання до 2500С та охолодження суміші пластмас складу, який є типовим для ВПМ, дозволяє подрібнювати їх при статичних навантаженнях у валкових дробилках.
Розроблені і запатентовані склади вугільних шихт з добавками ВПМ, способи підготовки ВПМ для дозування у вугільну шихту, апарати та реактор для підготовки ВПМ до подрібнення. Розроблені вихідні дані на проектування установки потужністю 36 т за годину.
Очікуваний економічний ефект застосування 2% ВПМ як компонента вугільної шихти для коксування дорівнює близько 2 грн. на 1 т валового сухого коксу за рахунок збільшення виходу класа 40-60 мм, зниження зольності коксу та заміни частини коштовної вугільної шихти дешевими ВПМ.