Анотація до роботи:

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 300-350 ⁰С, 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, П₂₅ та 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 м³ відходів 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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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%.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

Публікації автора:

1. Барский В.Д., Снежко Л.А., Иващенко В., Федулов О., Мадатов А.В. Коксование отходов пластмасс совместно с угольной шихтой. – Ч. 1: Исследование свойств смесей // Кокс и химия. – 1999. – № 10. – С.30-34. (Здобувач виконав експериментальні роботи та обробив результати).

2. Барский В.Д., Снежко Л.А., Иващенко В.А., Федулов О.В., Мадатов А.В. Коксование отходов пластмасс совместно с угольной шихтой. – Ч. 2: Исследование продуктов коксования // Кокс и химия. – 2000. – №2. – С.32-37. (Дисертант брав участь у постановці задачі дослідження, виконував експериментальні роботи і обробив результати, сформулював висновки).

3. Барский В.Д., Снежко Л.А., Мадатов А.В. Пластмассы. Новый способ утилизации отходов // Хімічна промисловість України. – 2002. – №6. – С.3-7. (Здобувачем виконаний аналітичний огляд з проблеми коксування пластмас як компонента вугільної шихти).

4. 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. (Автор виконав експериментальні роботи, обробив результати, підготував матеріали до публікації).

5. 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. (Здобувачеві належить ідея використання основного обладнання коксохімічних заводів для утилізації гуми).

6. Барский В.Д., Власов Г.А., Мадатов А.В. О коллоидной структуре и пептизации углей расплавами пластмасс // Углехимический журнал. – 2005. – № 1-2. – С.10-15. (Авторові належить ідея пептизації вугілля розплавами пластмас для впливу на колоїдну структуру вугілля, а також реалізація експериментальних досліджень).

7. Присадка для шихти для коксування з відходів пластичних мас: Пат. 24335 А Україна: МПК⁷ С 10 В 57/04, 57/06. / Локшин В.С., Мадатов А.В., Барський В.Д., Іващенко В.О., Федулов О.В., Старовойт А.Г. – № 98010318; Заявл. 21.01.1998; Опубл. 30.10.1998; Бюл. № 5. – 2 с. (Здобувач розробив склад присадки до вугільної шихти на основі відходів пластмас).

8. Спосіб переробки твердих відходів і пристрій для його здійснення: Пат. 33954 А Україна: МПК⁷ F 23 G 5/00, 5/027, 5/10 / Мадатов А.В. – №99052511; Заявл. 05.05.1999; Опубл. 15.02.2001; Бюл. № 1. – 6 с.; кресл. (Автором запропонований спосіб термообробки відходів шляхом наведення індукційних струмів через магнітопровід).

9. Спосіб одержання присадки до шихти для коксування з відходів пластичних мас: Пат. 24198 А Україна: МПК⁷ С 10 В 57/06 / Локшин В.С., Мадатов А.В., Барський В.Д., Іващенко В.О., Федулов О.В., Старовойт А.Г. – № 98010319; Заявл. 21.01.1998; Опубл. 30.10.1998; Бюл. № 5. – 2 с. (Дисертантові належить ідея технології переробки відходів пластмас у присадку до вугільної шихти).

10. Спосіб переробки відходів пластмасових матеріалів: Пат. 60852 А Україна: МПК⁷ В 29 С 71/00 / Власов Г.А., Мадатов А.В., Барський В.Д., Чуіщев В.М. – № 2003032073; Заявл. 11.03.2003; Опубл. 15.10.2003; Бюл. № 10. – 3 с.; кресл. (Здобувачеві належить ідея способу переробки відходів пластмас у компонент вугільної шихти).

11. Спосіб утилізації зношених автомобільних покришок та установка для його здійснення: Пат. 75638 Україна: МПК⁷ С 10 В 53/00, С 08J11/04, В09В 3/00, С10В 47/00, С10J3/00 / Власов Г.О., Мадатов А.В., Барський В.Д., ВАТ «Авдіївський КХЗ» – № 2003098293; Заявл. 08.09.2003; Опубл. 15.05.2006; Бюл. № 5. – 5 с.; кресл. (Авторові належить ідея та технічні рішення способу переробки відходів зношених шин у коксових печах).

12. Спосіб утилізації зношених автомобільних шин з одержанням штучного газового палива: Пат. 75904 Україна: МПК⁷ С 10 В 53/00, С 08J11/04, В09В 3/00 / Власов Г.О., Мадатов А.В., Барський В.Д., Чуіщев В.М., ВАТ «Авдіївський КХЗ» – № 2003076794; Заявл. 22.07.2003; Опубл. 15.06.2006; Бюл. № 6. 3 с. (Здобувачеві належить ідея та технічні рішення способу переробки відходів зношених шин у паливний газ).

13. Шихта для коксування: Пат. 24199 А Україна: МПК⁷ С 10 В 57/04. / Локшин В.С., Мадатов А.В., Барський В.Д., Іващенко В.О., Федулов О.В., Старовойт А.Г. – № 98010320; Заявл. 21.01.1998; Опубл. 30.10.1998; Бюл. № 5. – 2 с. (Дисертант розробив склад вугільної шихти із застосуванням відходів пластмас).

14. Шелепун С.В., Мадатов А.В., Власов Г.А. Использование индукционного нагрева для утилизации изношенных автомобильных шин. Материалы 1 Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов “Химия и современные технологии”. Днепропетровск, 26-28 мая 2003 г. – С.243. (Здобувачеві належить ідея створення установки для піролізу відходів цілих зношених шин).

15. 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 докладов конференции смеждународным участием “Сотрудничество для решения проблемы отходов”. Харьков, 5-6 февраля 2004 г.” (Автором виконані експериментальні роботи та виконані розрахунки по результатам).

16. Власов Г.А., Мадатов А.В., Барский В.Д. Совместный пиролиз отходов пластмасс и отработанной резины с углем без доступа воздуха // Материалы Конференции с международным участием “Наука – производству”. Донецк, 6-7 февраля 2004 г. (Дисертант обробив результати промислового експерименту та сформулював висновки).

17. Власов Г.А., Мадатов А.В., Барский В.Д. О переработке отходов полимеров в жидкое и газообразное топливо // 7-я Международная научно-практическая конференция “Наука и образование”. Днепропетровск, 10-25 февраля 2004. (Автором виконані експериментальні дослідження, оброблені результати, сформульовані висновки).

18. Барский В.Д., Мадатов А.В., Власов Г.А. Совместный пиролиз отходов пластмасс и резины с угольной шихтой без доступа воздух // Материалы Международной научно-практической конференции “Сжигание, газификация и пиролиз биомассы и отходов”. Краков, Польша, 27-28 мая 2004 г. (Дисертант запропонував модельні хімічні реакції взаємодії продуктів піролізу вугілля та пластмас).

19. Власов Г.А., Мадатов А.В., Барский В.Д. Исследования пиролиза отходов пластмасс и резины совместно с угольной шихтой // Материалы научно-практической конференции “Экологические проблемы индустриальных мегаполисов”. Авдеевка, 15-16 июля 2004 г. (Здобувачем оброблені результати, сформульовані висновки).

20. Мадатов А.В., Барский В.Д., Власов Г.А., Клешня Г.Г. О коллоидной структуре и пептизации углей пластмассами // Матеріали 3 Міжнародної науково-технічної конференції “Поступ в нафтопереробній та нафтохімічній промисловості”. Львів, 14-16 вересня 2004 р. (Автор виконав експериментальні дослідження, обробив результати).

21. Власов Г.А., Барский В.Д., Мадатов А.В. О коллоидной структуре и пептизации углей пластмассами // Материалы Международной научно-технической конференции “Коксование – 2004”. Закопане, Польша, 6-8 октября 2004 г. (Здобувач виявив та сформулював закономірності зміни колоїдної структури вугілля різних стадій метаморфізму при взаємодії з продуктами термодеструкції пластмас).

22. Madatov A.V., Barsky V.D., Vlasov G.A., Kleshnya G.G. About Colloidal Structure and Peptization of Coals with Melted Waste Plastics // Abstract Booklet of the Twenty-Second Annual International Pittsburgh Coal Conference “Coal – Energy, Environment and Sustainable Development”. Pittsburgh, PA, USA, 12-15 September, 2005. – С.49. (Дисертант обгрунтував теоретичний механізм взаємодії ОМВ з продуктами термодеструкції пластмас).