Анотація до роботи:

Банніков Л.П. Удосконалення технології двоступеневого вакуум-карбонатного сіркоціаноочищення коксового газу. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.07. – хімічна технологія палива і паливно-мастильних матеріалів.

Український державний науково – дослідний вуглехімічний інститут (УХІН). Харків, 2009.

Дисертація присвячена теоретичним та експериментальним дослідженням процесів селективного вилучення ціаністого водню слабкими лужними содовими розчинами, впливу баластних сполук на абсорбцію і регенерацію кислих компонентів коксового газу.

У роботі запропоновані нові підходи щодо критерію розподілення потоків двоступеневого вакуум-карбонатного сіркоочищення, розглянуто явище впливу баластних сполук на процес не тільки абсорбції, але і регенерації із застосуванням поняття іонної сили розчину. Експериментально отримані дані, що при абсорбції ціаністого водню слабкими лужними розчинами вирішальну роль на селективність очищення ціаністого водню у присутності сірководню відіграє лужність розчину і меншу рН розчину, при регенерації HCN вирішальну роль має рН розчину.

Розрахунковим шляхом із застосуванням понять іонної сили розчину і коефіцієнтів активності іонів підтверджено основне положення розробників традиційної двоступеневої схеми щодо підвищення в чотири рази парціального тиску сірководню над поглинальним розчином при зростанні вмісту баластних солей з 50 до 250 г/дм³.

Розроблено технологічний режим селективного уловлювання ціаністого водню, який впроваджено на ВАТ «АрселорМіттал Кривий Ріг», де в умовах пониження лужності на першому ступені підвищився ступінь очищення ціаністого водню при збереженні колишнього високого ступеня очищення коксового газу від сірководню і знижено витрати соди на 57 т/рік при газовому потоці 100 тис.нм³/год. Річний економічний ефект складає 107 тис. грн. за вирахуванням податку на прибуток.

Для деціанізації барометричного конденсату і безпечної утилізації відпрацьованого розчину для установки ВАТ «АрселорМіттал Кривий Ріг» Гіпрококсу видано технологічне завдання на проектування.

Матеріали дисертації використовуються в учбовому процесі на спеціалізованих кафедрах НТУ «ХПІ», Донецького національного технічного університету, Національної металургійної академії України.

1. Отримані наукові і експериментальні результати дозволили вирішити конкретну прикладну галузеву задачу – удосконалити технологію двоступеневої схеми вакуум-карбонатного сіркоціаноочищення коксового газу з селективним уловлюванням ціаністого водню на першому ступені. Розроблена технологія дозволяє гнучко та оперативно реагувати на вміст загальної сірки і у складі вугільної шихти для коксування, забезпечуючи необхідний ступінь очищення від сірководню, збільшити ступінь очищення ціаністого водню та знизити витрати соди. Запропонована технологія характеризується поліпшеними екологічними показниками – знижено кількість відпрацьованого розчину.

2. Вперше показано, що зростання парціального тиску сірководню над содовим поглинальним розчином при збільшенні вмісту баластних сполук зумовлюється зниженням активності відповідних іонів при підвищенні іонної сили розчину.

3. На підставі термодинамічних розрахунків показано, що утворення баластних сполук є необоротним енергетично вигідним процесом окислення, в основному, продуктів абсорбції ціаністого водню.

4. Для селективного вилучення ціаністого водню у присутності сірководню на першому ступені вперше рекомендується застосовувати новий поглинач - слабкий розчин соди із загальною лужністю менше 2,0 г/дм³, при цьому селективність вибирання HCN складе більше 65%.

5. Експериментально встановлено, що вирішальну роль у селективності очистки від HCN у присутності H₂S відіграє лужність поглинального розчину, тим часом як його рН незначно впливає на селективність.

6. Вперше на підставі термодинамічних розрахунків доведено, що десорбцію HCN і H₂S з поглинальних розчинів доцільно проводити роздільно, причому ціаністий водень з слабкого лужного розчину ліпше регенерувати на першому ступені, де вакуум глибший та температура нижче. Це пояснюється тим, що при пониженні температури регенерації дещо росте вихід HCN і знижується вихід H₂S і СО₂, окрім того, при зменшенні концентрації бікарбонату натрію зростає концентрація HCN у регенераторному газі.

7. Вивчено і обґрунтовано оптимальні умови проведення регенерації HCN з слабкого лужного розчину: ступінь упарювання вище 4%, глибина вакууму 76,3-87,3 кПа, рН розчину 7-7,5 одиниць.

Дані умови забезпечуються при десорбції кислих газів в двоступеневому регенераторі вакуум-карбонатного сіркоочищення.

8. Вперше встановлено характер залежності між ступеню десорбції ціаністого водню і солевмістом розчину в умовах низької лужності розчину, та показано, що практичного впливу солевміст розчину на рівень десорбції HCN не здійснює.

9. Вперше експериментально встановлено, що на відміну від абсорбційних процесів, на рівень десорбції HCN з слабких лужних розчинів значною мірою впливає рН розчину, лужність розчину має другорядне значення.

10. На підставі теоретичних і експериментальних досліджень показано вплив баластних сполук на регенерацію розчину і на загальний ступінь вилучення H₂S і HCN. Підвищення лужності вище певного значення приводить до негативного впливу баластних сполук на загальний ступінь очищення, пониження лужності нижче певного значення приводить до нівеляції впливу баластних солей.

11. Розроблено технологічний режим селективного уловлювання ціаністого водню, який впроваджено на ВАТ «АрселорМіттал Кривий Ріг», де в умовах пониження лужності на першому ступені підвищився ступінь очищення ціаністого водню до 85% при збереженні високого ступеня очищення коксового газу від сірководню і зниженні витрати соди на 57 т/рік при газовому потоці 100 тис.нм³/час. Річний економічний ефект складає 107 тис. грн. за вирахуванням податку на прибуток.

12. Розроблена технологія деціанізації барометричного конденсату і безпечної утилізації відпрацьованого розчину, стосовно установки сіркоціаноочищення ВАТ «АрселорМіттал Кривий Ріг». “Гипрококсу” видано технологічне завдання на проектування.

Матеріали дисертації використовуються в учбовому процесі на кафедрах НТУ «ХПІ», Донецького національного технічного університету, Національної металургійної академії України за спеціальністю 7.091604 “Хімічна технологія палива та вуглецевих матеріалів ”.

Публікації автора:

1. Банников Л. П. Десульфуризация и перспективные направления использования коксового газа / Банников Л. П., Питюлин И. Н., Ковалев Е. Т. // Компрессорное и энергетическое машиностроение. – 2007. – № 4(10). – С. 57-59.

Автором проаналізовано перспективні напрямки використання коксового газу та визначено задачі щодо вилучення сірководню.

2. Банников Л.П. Нерегенерируемые соединения в процессах очистки коксового газа от сероводорода на украинских заводах: причины образования, способы предотвращения и пути использования (обзор) / Банников Л.П., Ковалев Е.Т., Питюлин И.Н., Грабко В.В. // Углехимический журнал. – 2006. – № 5-6. – С. 30-35.

Автором проаналізовано вплив баластних сполук на різні методи вилучення кислих компонентів коксового газу.

3. Банников Л.П. Регенерация цианистого водорода из поглотительных растворов вакуум-карбонатной сероочистки коксового газа / Банников Л.П., Ковалев Е.Т., Питюлин И.Н. // Углехимический журнал. – 2007. –№1-2. – С. 68-73.

Здобувачем проведені розрахунки термодинаміки регенерації ціаністого водню з содового розчину вакуум-карбонатного сіркоочищення.

4. Банников Л.П. О контроле содержания кислорода в коксовом газе и снижение образования нерегенерируемых соединений сероочистки / Банников Л.П., Ковалев Е.Т., Питюлин И.Н., Грабко В.В., Тошинский В.И. // Углехимический журнал. – 2007. – № 3-4. – С. 64-71.

Автором розкрита провідна роль окислювальних процесів у утворенні баластних сполук. Запропоновані шляхи гальмування окислювальних процесів.

5. Банников Л.П. О влиянии балластных солей на повышение парциального давления сероводорода при его улавливании из коксового газа по вакуум-карбонатному методу / Банников Л.П., Ковалев Е.Т., Тошинский В.И. // Углехимический журнал. – 2007. – № 6. – С. 59-64.

Дисертантом особисто досліджено взаємозв’язок між іонною силою розчину та парціальним тиском сірководню над содовим поглинальним розчином. Запропоновано критерій виведення відпрацьованого розчину.

6. Банников Л.П. К вопросу о совершенствовании технологических схем вакуум-карбонатной сероочистки коксового газа / Банников Л.П., Ковалев Е.Т., Питюлин И.Н. // Углехимический журнал. – 2008. – № 1-2. – С.68-74.

Автором запропоновано спосіб селективного вилучення ціаністого водню та особисто проведено хімічний моделюючий розрахунок двоступеневої схеми вакуум-карбонатного сіркоочищення із застосуванням води на першій ступені.

7. Банников Л.П. К вопросу о способах уменьшения поступления HCN в поглотительный раствор вакуум-карбонатной сероочистки коксового газа / Леонид Банников, Евгений Ковалев // Углехимический журнал. – 2008. – № 3-4. – С.60-65.

Здобувачем розглянуто методи деціанізації барометричного конденсату, який утворюється при охолодженні регенераторного газу. Запропоновано технологічний прийом деціанізації конденсату зі застосування підігріву.

8. Банников Л.П. Превращения HCN в топке печи-котла утилизатора отделения мокрого катализа вакуум-карбонатной сероочистки коксового газа / Леонид Банников, Евгений Ковалев // Углехимический журнал. – 2008. – № 3-4. – С. 66-71.

Автором особисто проведені розрахунки кінетики окислення ціаністого водню до оксиду азоту та редукційних процесів при згорянні у топці печі котла сірководневого газу. Доведено, що підвищення удвічі концентрації HCN не викликає додаткового зростання оксидів азоту у технологічному газі.

9. Банников Л.П. О регенерируемости цианистого водорода в зависимости от ионной силы и водородного показателя раствора вакуум-карбонатной сероочистки коксового газа / Банников Л.П., Ковалев Е.Т., Питюлин И.Н. Дорошенко К.А. // Углехимический журнал. – 2008. – № 1-2. – С. 62-67

За участю автора в результаті проведених лабораторних досліджень встановлена залежність регенерації HCN від водневого показника та іонної сили розчину. Доведено, що регенерація ціаністого водню визначається співвідношенням HCO₃^-/CO₃^2- або рН розчину.

10. Банников Л.П / Разработка и внедрение современных массообменных аппаратов для извлечения сероводорода и бензольных углеводородов из коксового газа на ОАО «Ясиновский КХЗ» / Бирченко А.Н., Федоров Н.В., Черновол П.А., Голышев В.Б., Ковалев Е.Т., Банников Л.П. // Углехимический журнал. – 2008. – № 5-6. – С. 46-51.

Автором відображено доцільність використовування сучасних пакетних елементів для витягання сірководню та показана застосовність деяких критеріальних рівнянь для розрахунку масообмінної поверхні апаратів.

11. Банников Л.П. Экспериментальная оценка количества и качества нерегенерируемых соединений, образующихся при глубокой очистке коксового газа от сероводорода / Банников Л.П., Ковалев Е.Т., Борисенко А.Л. и др. // Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейнов. Утилизация отходов: Сб. научн. статей XV Международной научно-практической конференции в 2-х томах Укр ГНТЦ «Энергосталь»., 4-8 июня 2007 г. – Харьков: «издательство Сага», 2007. – т.2. – С.357-364.

Автором зроблено доповідь.

12. Банников Л.П. Способ утилизации отработанного раствора вакуум-карбонатной сероочистки коксового газа / Банников Л.П., Ковалев Е.Т., Питюлин И.Н. // Сотрудничество для решения проблемы отходов : материалы V межд. конфер., 2-3 апреля 2008 г. –Харьков., 2008. – С. 306.

Автором зроблено доповідь.

13. Банников Л.П. Сокращение сброса стоков с вакуум-карбонатных установок по извлечению сероводорода из коксового газа / Банников Л.П., Ковалев Е.Т., Черныш А.Ф.// Экология и здоровье человека. Охрана воздушного и водного бассейнов. Утилизация отходов : Сб. научн. статей XVI научно-практической конференции в 2-х томах., 2-6 июня 2008 г. – Харьков, 2008. – Т.2. – С. 92-98.

Автором зроблено доповідь.

Всі публікації містять результати безпосередньої праці здобувача на окремих етапах дослідження й відображають основні висновки та положення роботи.