автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.07, диссертация на тему:Комплексная оценка тяжелых нефтяных продуктов как компонента угольных шихт для коксования

. \ о V - "

УКРАИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО- ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УГЛЕХИМИЧЕСШ ИНСТИТУТ У X и н

На правах рукописи

ДОЖКОЯ ДМИТРИЯ ФЕДОРОВИЧ

УДК 662. 7 + 665. 6

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЯНЫХ ПРОДУКТОВ КАК КОМПОНЕНТА УГОЛЬНЫХ ШШ ДЛЯ КОКСОВАНИЯ

Специальность 05.17.07 - Химическая технология топлива и газа

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени ^Л кандидата технических наук

11

\

)

г/ Харьков, 1993 г.

\1

'О

УКРАИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УГЖШИЧЕСКИЙ ИШТИТУТ

у х и н

На правах рукописи

ДОНСКОЙ ДМИТРИЙ ФЕДОРОВИЧ

. уда 662.7 + 665.6

КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ТЯЖЕЛЫХ НЕФТЯНЫХ ПРОДУКТОВ КАК КОШЭНЕНТА УГОЛЬНЫХ ШИХТ ДЛЯ КОКСОВАНИЯ.

Специальность 05.17.07 - Химическая технология топлива и газа

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

.г/ /Хар;-

Работа выполнена в .Харьковском политехнической институте.

Научный рук о я о д я ,т е л ь - академик АИН Украины; заслуженный деятель науки и техники Украины, доктор технических . наук, профессор Ы. Г. Скляр. -

О ф и ц и а л ь н ы е о п п о н е н т ы : доктор технических наук, профессор Зубилив И.Г., кандидат технических наук Уданов-ский к Л • • ' ■ "

Ведущая орган и з а ц и я - Институт физико-орга-ничеекой химии и. углехимии АН .Украины.

Защита диссертации состоится " Л/'^^^^ 199 ^г.

у/ • . / /

в /г часов на гаседании специализированного совета Д 141.Сб.01 при Украинском государственном научно-исследовательском углехими-' ческом институте.

Адрес У 310023 ,г. Харьков, ух Веснина,7. УХИЕ

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Украинского государственного научно-исследовательского угле химического института.

Автореферат -разослан " 3 " 199 3 г.

Ученый секретаре специализированного

соЕета, кандидат технических наук > ^ М. И. Рудкевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Сравнительная высокая стоимость стали и проката связана с большими, затратами топлива на стадии производства чугуна^ Сделать кокс менее дорогим и более качественным всегда было и остается одной из актуальнейших задач коксохимического производства.

Известны способы снижения стоимости кокса аа счет вовлечения в состав шихт .более дешевых углей. Однако,это приводит, как правило, к ухудшению его качества как доменного топлива. Применение же новых способов подготовки шихты (частичное брикетирование,термоподготовка, трамбование и др.) значительно' усложняет и удорожает технологию производства кокса Шэтому в настоящее время продолжается поиск более простых и менее затратных решений,одним из которых является использование В угольных шихтах нефтяных спекающих добавок (НСД). Однако,как выбрать добавки, из. широкого слегегра тяжелых нефтяных продуктов, как объективно и быстро оценить их пригодность для коксования в составе угольных шихт -до сих пор не ясно. Решению этой конкретной задачи в проблеме расширения сырьевой базы коксования и улучшения качества кокса 8а счет использования в гостазе угольных шихт - ВОД с низкими температурами размягчения [1<80*С) и .посвядено данное исследование. •

Цель работы. Разработка экспресных методов объективной оценки гллглых нефтяных продуктов как компонента угольной шхты для про-1овсдств5 кскса и практических рекомендаций по их эффективному «•пользованию в шихтах разного состава

Научная новизна Выявлены закономерности взаимодействия НСД с шэкими температурами размягчения с углями различных марок в провесе их совместных термохимических превращений и формирования адмолекулярной структуры кокса Установлено различие в действии добавок на хорошо- и слабоепекадщиеея угли и предложены соответс-аутще критерии, позволяющие оценить эффект взаишдействкя углей НСД. Шкааано.что эффект действия добавок в трамбованной- шихте качительно выше,чем'в засьши.

. Практическая ■ ценность..Разработан и предложен д/я чракгичее-. кого использования'лабораторный экспресс-метод оценки пригодное« тяжелых, нефтяньа продуктов ' с низкими температурами размягчена как компонента угольных' шихт , а также способ расчета эффективности действия добавок по,показателям.механической прочности-получа-. емых твердых остатков/. /.- -

На.защиту вынЬсится:. теоретичесгае й экспериментальное обоснование роли ¡ефтяш спекающих добавок с нйэкими температурами размягчения в шихте пш коксования;.,'-;.. ' • ' • .

.- методика экспрессной: оценки пригодности применения тяжел нефтяных продуктов с низкой температурой размягчения в шихте' лш '.. коксования;.' .■•",/'\ ;'. V

- - способ расчета' эффективности действия нефтяной спекающее • добавки' в пихте для; коксования на основании., прочностных показате-, - лей лдакса- (ЩР;1Ё5и ' '

¿..способ'расчета' эффективности;действия добавки.на угли раз. - ной степёни - мегаюрфизма-'-и шихты разного -состава до данным -ла-

• бораторного экспресс-метода; '.-,./--. .'.'..' .,';: ; /. ' ' • '.

• ' * • алгоритм' для- оценки продуктов нефтепереработки.'как компо ' нента угольной шихта •' / 'г

.' '.'Апробация работы.Основные поло^н'ия работы; докладывались . : -обсуждались'' на. *1; школе-семинаре .по -примененив физ. -хим.'методо ■ .'исследования' углей и их прсшзводныхССвердловск. 1989)^ на 7между .'¿народномнефтехимическом симпозиуме (Киев,1990) ,на "б Всесо«ээно . . - 'научно-технической, конференгда шлодак.ученых .(Свердловск,1991) - - на; научных - семинарах, угольного .отдела УХИНа (Харьков, 1993)..''.

. '1ЬтЗликации. Ш' материадам диссертационного исследования опуб ' линовано -7- печатных "работ.. ' '•.'-' : .".'

• ' ■ ,Объем- диссертации. Работа состоит из введения,пяти глав, зак ' • -лючения.и выводов,списка- использованных • источников и 'приложе

, ния. Содержит 139. страниц машинописного текста Из .них 17 таблиц ■ 18 'рисунков,списрк использованных" :источников на 10 страницах, и приложение на 26 страницах. ; • . .

ССГОВШЕ СОДЕРЖАНКЕ РАБОТЫ..

Современные представления о процессах "взаимодействия ' угольных шихт с нефтяными спекалдои добавками, при производстве кокса .

Щ основании детального анализа литературных данных и результатов опытно-промышленных' испытаний модульного "устройства по внесению нефтяных продуктов с нивкой температурой размягчения в поток угольной пихты автором определено место новой технологии ъ сшиении затрат на производство доменного • кокса, повышении его качества и расширении сырьевой базы коксования.

Использование в составе сырьевой базы коксохимических заводов Украины различных продуктов нефтепереработки позволит по расчетам УХИНа вовлечь в процесс коксования около 1500 тыс. т слабос-пекающихся углей. ' ■

Эффективность, действия добавки-на-уголь определяется термо- . динамической совместимостью компойентов .которая-зависит от химического. строения веществ добавки 'и. угля."^маловажную роль'при , этом играет и способ ввода добавки, который дрллен' обеспечивать равномерное распределение'добавки, на всей, поверхности .частиц-упш. "

Система "уголь — добавка" автором рассматривается как система "связующее - наполнитель". -Под понятием "наполнитель" понимается те вещества 'системы уголь- добавка (с большой молекулярной массой), которые при нагревании сами не переходят в Пластическое состояние ,а лишь выступает, в качестве дисперсной фазы. Под понятием "связующе" понимается суммарное количество веществ, способных период пластичности выступать в качестве дисперсионной среды. При рассмотрении таких сдоккых систем автором предлотено учитывать физические и химические явления .многостадийного- процесса ■коксования. " . ' - (

Отмечена недостаточность. существующих классификационных признаков нефтяных спекающих добавок' (происхождение', химические и физические свойства ) для их .грамотного использования в шихте для коксования и предложено оценивать, активность добавку по' отношению к углям разной, степени метаморфизма на' основании разработан.-ого лабораторного экспресс-метода. '

Выбор и характеристика'объектов и методов исследования.

При • выполнении работы автором учитывался тот факт, что потребность 'в совершенствовании технологии коксования с целью пере-" распределения коксующихся углей и расширения сырьевой базы существует в настоящее время, в .основном, для заводов Украины, ориентированных на структуру запасов Донецкого бассейна. Шэтому исследование взаимодействий, протекающих в системе уголь- добавка при' карбонизации, для выработки рекомендаций по использованию нефтяных продуктов с низкими'температурами размягчения проводилось на. углях ( угольных концентратах), в основном , данного региона, отли- ■• чаювяхся степенью метаморфизма и представляющих различные техно- . логические марки.'

В соответствии с требованиями к нефтяным продуктам, которые могут, быть рекомендованы для применения в качестве ШД в угольных шихтах, для проведения исследования' были выбраны представители разных, типов таких продуктов (по, происхождению),удовлетворяющих техническим требованиям на сырье, для коксования", которые получаются или могут быть получены (при соответствующей модернизации производства ) в условиях нефтеперерабатывающих заводов Украины .

В диссертации использованы как стандартные,так и оригинальные методики изучения взаимодействия в системе .уголь-добавка на разных уровнях формирования" структуры в процессе карбонизации.

Для оценки эфективнрсти действия добавок в шихте для коксования автором разработана оригинальная методика ,в которой используется оборудование метода Рога .фи этом смесь угля с .добавкой, помещенная в фарфоровые тигли, подвергается последовательному нагреванию в трех муфелях, предварительно разогретых до температур 300,ВСЮ, ВОО'°С в течение 15,10,10-минут соответственно. ЕЬсле охлаждения полученные корольки взвешивается. Выход кокса- определяется -как среднее по результатам. 2-х параллельных измерений.

Прочность кокса определяется по данным разрушения королька' в барабане Рога. При этом в качестве прочностного показателя материала' кокса автором рекомендуется использовать показатель "время пблного разруиения образца ¿сокса".определяемый по расчету на' основании экспериментальных данных с допущбнием, что процесс разру-

шения описывается уравнением вида

у -А1п(Ю + В, ...

где у-выход фракции Солее 1 мм после испытания в барабане,Н-.число оборотов' барабана,А и В-константы,определяемые-экспериментально.

Дая анализа используется образцу 'углей с низкой спекае-мостью, а такяе смеси углей с высокой и низкой спекаемостью. Антрацит в данном случае из смеси-исключается.

Ш результатам спутниковых и полупромышленных коксований шихт с добавками, которые проводились в 300-кг печи ХОКХЗа, рассчитывались показатели механической прочности кокса (соответственно, В25.И10 и Ш5.Ш0):

■ - На основе сравнения результатов оценки пригодности нефтяных продуктов как компонента угольной шихты, полученных разными -1 методами, автором бьи разработан коыплексннй лабораторный метод оценки вышеуказанных продуктов.

- Качество кокса из шихт с НСЩ.

В диссертации автором использованы результаты совместных работ с сотрудниками ХПИ, УХЙНа и ИНХС СССР *) по изучению действия различных продуктов нефтяного и иного происхождения, в которых внесение добавки в шихту-для коксования осуществлялось-на установке по равномерному распределению добавки в потоке шихты.

Внесение, добавки осуществляется на падающий поток угольной шхты , разрыхлявшийся определенным образом. Это позволяет ■ с по-иолф» специальных устройств равномерно нанести расплавленную добавку в виде мелких капелек на поверхность угольных зерен £рис. 1). Холодная поверхность аёрна способствует быстрому охлаждению добавки и обеспечивает необходимую прочность фиксации. Шр, подающийся при распылении добавки, улучшает процесс распределения последней на поверхности угля за счет уменьшения энергии смачивания.

Бзвая технология позволяет осуществлять селективную обработ-

—-Г"Г----------------------

а)а Т. Селяяко.П. К Карнолицкий.аи. Ромась.КИ С. Васильев, И. Д. Дроздник, Л Е Юряна.Е М. Шалы®,Г. А. Гамааина.Ю. Е Америк, А. А. Батурин и др.

ПРВДШИАЛЬНАЯ' СХЕМА УСТАНОВКИ ' ■ ПО ОБМАСЛИВАНМЗ ШИХТЫ ' '

3- воздушные форсунки; 3 - форсунки для подачи добавки; ■5 - камера обмаслиаания; 6.г приемный бункер.

ку • компонентов шихты с. целью направленного влияния" добавки на злабос'пекагацие _ гашонбнты-.Ч; ; ■'-■ '''..*

1 Усредненйне результаты спутниковый яййсой'аяий- шихт".с'' 'добав--тейНД-65 .проведенные в ЗОО-кг печи'ХОКХЗа.представлены^в табли-

.квдоагошая'.ош^.о^ -Щ&-0. ....

ио-о:4%.-*. :; • • ;У' '•'-' ': X' . -

.'.. Анализ результатов''¿оказывает' ^чт6;зффёйхйвю1сЛ' Де^етчет',;..' : добавки в шшсте .8ави6ит Ч

;я: в /ряду, Ч'дихта''^ уголв '^арки Г; - -угОлЬ марки ОС. фи этом для еаадого' елуч^гсудмтито•рптимдш^юнда^^ V..* -

зевие которых сни^т!эф^ктквЦЬ'сть.ее; действия!. ■ ; - - ■

' ;1Й'рез^льтатам: опцгныхя.Чп&ФлдоМвдшёлщх^мокговаиий;-.;ред'/ ; •'. •. - ' юсечиТай комплексный'показатель"Л.: яхте 4табд:_2-,)';• 'Ч.'-ЧЧч-/-'/•;'•'Ч;Ч"' ",•',- ,'.-'•'- ;'".". '.-'■•-.

- • '.Эффёктибность.*действиядобавки" в. шихте. СВдш4'.'ед"."> опреДеля: " ."•._' •;'• ;ась по формуле: " Ч" Ч -.' " : -л, ' '

'. Эдш-(Зм25*Эм10-1)*Эк^*100 ' ; ; V

. где Эм25,Эм10-эффективность,' действия • добавки,' -рассчитан-' :ая,соответственно',."по'показателю,М?5(ЛЕ5) и .М10(Й10) : Ч . - - . . .

..'..' - Эм25-Ш5дЛ£25о;.'Чэм10-Ш0о/Щ0д.. - , -

где индексами о ;й д, соответственно,, обозначаются.' величины,' ' арактеризухадие прочность■-кокса- из базовой . шихты и-этой .шихты сЧ азлкчньш/добавками;1 ''■,•'•'--.'■".:.~Ч 1.;Ч.Ч ЧЧ--.' ' :.". ,Эк-ко'эффй1^.нт,у^1та1йрйй"'т.ех^олр'гичес^^\.денность'дотной'■ Ч, ЧЧ.-'Ч ихты : - . ', ' ' -.'"-' Ч - ..-',.'-,'"■

' ■■ -4,4 ' Эк-1/ктц, ' ' , ; ' . .

•'/Ч у -1{8Й0>ртй"1Цгеы1.||0ли;' \ ••";. " . ;, '.-

' У:-&ткрэффгёДО1Й,у^ыва^ 'Добавга!:..'..-;'.- ■ -

;'■ -'.-..■.■:;•'' : • эс«1/оУ . 4,V'.'" Л V'' '■"""■'•;

' где С 'т.'концеятацйя^ добавки-.в-шихте*, X .(массовые)';".' Ч" •,-.' ,' 1б&«>эффюдаят ' •/. . .:

зсти. ; - .'■' ■'•■'-'. ; -'-: , ■ .4, * ■■'•;-■ 'Ч ' "-' ■ -V - , .

.. Ч Количественные величину ло^атеда..'эффе'1стивности.-/йдаБ.од. - :.' . .

)лее,корректно'выполйить-• операций;сравнениявыбрфных'для■ 'йсс.сс-- -,"- --.,' л'.. ; --

Таблица 1.

Изменение прочности кокса принанесекии НСД на разные компоненты шихты.

NN ПП : Состав угольной : части шихты ,% Кол-во добавки ,% на шихту :на компонент

: Г Ж : К : ОС

1. 32 35 15 18 - -

2. 50 25 10 15 - -

а 50 25 1С 15 0.5 -

4. 50 25 10 15 1.6 -

5. 50 25 10 15 ао -

6- 50 25 10 15 0.5 1.0

7. 50 25 10 16 0.75 1.5

8. 50 25 10 16 1.6 .3.0

9. 50 25 10 16 ао 6.0

10. 60 25 10 16 0.25 1.65

11. 50 25 10 15 0.5 аз

12. 50 25 10 15 1.0 6.6

1а 5ф 25 10 15 1.5 10.0

14. 50 25 10 15 ао 20.0

15. 50 25 1С 16 1.05 ао

: обраба-

Мех. прочность коксаД

П25

шихта шихта шихта Г Г Г Г ОС ОС ОС ОС ОС ж+к

94.1 91.7

92.7 9Я7

93.8

92.2

93.9 9а 4 9а 8 эа о эа 1 эа б

94.1

94.2 92.5

И10

5.5

7.3

6.9

6.0

5.9

6.5

5.9

6.0.

5.5

6.5

6.2

5.7

5.5

5.2

7.0

Таблица 2.

Расчет эффективности действия НСД по результатам опытных коксований в 300-кг печи.

NN Сое т а в ш и X т ы ,х Шифр : Мгх. прочность кокса, % : КГЦ,: Эффективность действия НСД, ед.

____ .-доли :

Г Ж : К : ОС ! Т : вд М25 : П25 Ш0 : то : Э У2б(П25) Э Ш0(Й10): Э ДШ.

1 2 : 3 : 4 : 5 : 6 : 7 : 8 : 9 : 10 11 : 12 : 13 : 14 15 г 16 1

•1. 37 30 15 17 4 Ж - - 86.6 - 9. Б - 0.806 - - 1 -

г. 38 24 15 17 3 3.0 АЭС Кр. 87.0 - 8.4 - 0.797 1.0046 1.1250 1 6

3. 38 24 15 17 3 3.0 2767 88.2 - 7.2 - 0.797 0.9888 1.0000 -1

4. 38 £4 1Б 17 3 3.-0 824 88.8 - 7.4 - 0.797 0.9955 0.9730

5. 38 24 15 17 3 ао 682 88.9 - 7.1 - 0.7В7 0.9966 1. 0141 ; 1

6. 38 24 15 17 3 ао 920 89.6 - 6.7 - 0.797 1.0045 1.0746 3

7. 38 24 15 17 3 ао 851 89.5 - 7,0 - 0.797 1.0034 1.0286 1

8. 50 26 10 15 92.9 7.1 0.693 ( ""

I

!

I

й

■1': •'.2. 3 У. 4,'::;:5;.6 .: ; 7.;': ;8 :- '.'9. -10 . : Ц •'.:, 12'. : 13 . 14;

та&лицы 2.

• 0;>) 50 10. 50 ; 11.'.'50'

12. ;бо 1а БО

14; 60. ,15. ;БО •:

16. бо':

17. т 1а;бо; 19. ч 50

25 - '10 • 15'

26 ' 10"; .15 - , . 25 10 ■. "15 25 'Ю , 15 . 20 ,;15 .-15: .20'. 15-';'. 15'.

20>1бЧ;,16-. 25 16 ' 25 10 15

25 .10,'. 15 .■ •251 '40;.-

•2. 0 у К0Г-210 - - г;'

'2.'р' .ког-^а':-.'.'эа'б.

; "2/0 .'8ОГ-ЭЭО;/А.' ; ;89. а • ;?'. (У. КОГг'530. . 91. 7 -. '', ' 1. 35 . 1Д-.6Б 8б;-4: !' 'ал-, ВД-65 ■ 87.2 - :. / •;.;'.-.: '", '-91.7 V 0,5 - 'К!1-65 У - ' 92.7 ' ; 1. 5 V ВД-65 ' - . 93.7 т З; О] ВД-65 . - 9а 8

10.0,8.1'

6.;1 ■ 0. 693 : 6,'?-0.'б93-.! 7,6 .0.6937,1; ' 0, 693 '. - : . ¿. 687 . - ' . 0.687 , . '-<' 0. 687 -о;ё93'' 0; 693 г • 0.693 •¿.¡093,"

7.3 б-' 9. 6.0, Б.'9

1.0172 1. 0066-0,-9666 0.9871 :

'1.0141 ; 1; 0235'

1:0109' 1;0218'' 1.0229.

1.1639 . .4;-059?; 0:9342

. 1..2195 •

1;0580;' .1. 2167 ' ;.1>2373-

13

■'й-'-7

'И'

26. '12;

;2о' ;2ЭГ 13

' *) В вариантах 9-19 в колонках 2,3,4,Е; приведены составы угольной составляющей шихт.добавка : ; '-вносидаоь .порле' предварительного 'чме.шения;.уг,Лей;количество угольной брставляющей определялось, из' соотношения 100-Л,где Д^кодаествоДдобавки-.,?, масс! .7- - ' 1 .'. ." ■ •:'•','

довайия .'нефтяных .продуктов Ь'результате. проведения; та^ой - операций.; рассМо'тренйые выше добавки 'можно, расположить. д ряд по, убываг .нйю.э^кгивности;действия й шихте:. ■ ; .

•„ . НД-65, К0Г-210, АХ Кр/,К0Г-450,".920 , 851; 682, КОГ-530,2767,824, КОГ-БОО. , ' ; ' . "V ' <,-'"• ; '

'... / Совмепрнйе " Процесеа:^"обработки ^'шихты ШД"с ее -Последующим трамбованием является перспективным,поскольку позволяет не только расширить'Сырьевую базу коксования,но. и - .повысить эффективность действия НСД за * счет существенного сокращения ее расхода (0. 51. 0%)(рис. 2)., Так,эффективность действия продуктов.2767 и. К0Г-2Ю-■в шихте- без .трамбования сост лляет,сооТветст'вейно,'-2-и 12' ёд\ -при содержании добавки на уровне --'.2-3% '(рис.-3, кривая 2). Применение трамбования,'• заметно повышает, эффективность действия этих.продукт тов. В-зависимости от их' соДертания 'в- шихте эта величина,соответственно, составляет'- 15. и 5б ед. (при 1%) и- 96' и 150 ед.' .(при "О. 5Z) (рис.2").. Добавка/при этом выполняет - не .только: функцию активного, спекающего ■', компонента,но' и. способствует- увеличению прочности, угольного бруса^ что облегчает процесс загрузки :его -В'коксовую ка; меру., •';Уплотнение .'-.кг. способствует.' увеличению, продолжительности контакта!, добавки,находящейся, в. самойэффективной фазе С паровой) ' с цовёрхностью.угольнйх' .зерен! ' • -у'-";,.-.,"-.'" • ■ ' '.-.-■ •"• .'.Рассчитанный по^атёль^ свййетельствзгет.что' эффективность-действия- нёфгяных. 'добавок'в'трамбованных шихтах, значительно бы: ж,чем в обычных.

- •' ■ Приведенные результаты - показывают., что в принципе возможно регулирование эффективности• действия добавки,- изменяя ее' свойства путем коухаундироЕания.с получением, оптимальных показателей в процессах' подготовки, и-коксования шихты. - ■

.' Оценка эффективности действия добавок по результатам .

. ,' ' ' лабораторных. исследований.

' В- качестве основных- технологических'.критериев оценки качес- • 'тва'ке'фтякых лродукге'г как еырьл длл коксования предлагаются следующие:

'".'.'•-'' ' -13-. 'V- .-'"■■ '■•."."

СРАШТЕШШ ОЦЕНКА ЭМЕКШВНОСТИ ДЕЙСТВИЯ НЕФТЯНЫХ ПРОДУКТОВ В ШИХТЕ ДЛЯ КОКСОВАНИЯ ПО ДАННЫМ РАЗНЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.

160 140

120

. 100 Й

£ 80

0

Ш

1 60

от 40

20 -I 0

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ. НЕФТЯНЫХ ПРОДУКТОВ В ТРАМБОВАННЫХ. ПИХТАХ..'

| | - 0.5 % добавки в шихте; ' , ФЛ - 1.0 % добавки в шихте.

ш

г-

чэ £> Сч!

13

сч

А

§

йй ОМ Ей

СР.ШЕКЕ УСШЛ" ПРОЗТйЗъШ ПРОЦЕССА КЛРЮНИЗАЩИ В РАЗНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ МЕТОДАХ

■ Предлагг» гаЗ ;'етод

Метод Рога

£00 ^ 800. 700

6001 500

40С ■ 300200100-

ю ¡€0

2 '

4 / /

/

/

¿1 I '

О'

;

.х-1 —'

I ч~з-.„..

/ ----^

10

15 20 25 ЗРШ,

30 35

В

■то §

€0 50 -40 30 -20 •10 0

И о

у

л

Ен О О

ё м о

250

—--1 200

«и

И

■150 &

100

5 10 ВРИ.И,' мШ

Рис.4.

1-те;.Т10ратура в муфельной пета, С; 2-тешера,1,ура в центре загрузки, С; 3-скорость подъема температуры, град/мин.

В

Л. Выход летучм'вепрдтв .(У°»%) или выход кокса ( КД). . .. 2. Содержание серы (БЬД) . - ' .',"•'.-"''•';.".-.■' . " ■ ■'.■ ' '."-'.

а Температура размягчения или вязкость при температуре 1Б0 С. //•¿. .Шказатель-. зффективйости действия ; добавки -. - '.,'..'''.,-".-Л-'' . Количественно;эффективность действиядобавки выражается -в--условт-- . ных - единицах ' и.. в. .общрм случае .является 'отношением между гакой .

-либо.величиной, до -введения - добавки,-.'И- после.ее- введения.-Нами . . предлагается в--качестве' такой величины использовать, прочностную-, характеристику. донва.яэ-угдей фазных' 1в1»к;лочгчввдую.В; результат : • те. испытаний, цо -новой методике-, разработайнрй .автором.' -■

' - ' В; ходе ■ доследования .автором было изучено* влияние, различных ._'!'. не^янй 1фадукфов'.на.изменение: -прочности- '-фк^/голу^могр/ из"-'/" 'у1\гей разной степени- кет^^зфй^'.и^^яева.зфф^ктфвоскгь-' иг;дай^;' . . -,'"" ■ • ствия в шихте (рис.3). -'-.'.-'..'.'.'■ -.'. '. '•... .•'.■'..'г ' ; . ■•■.■". у ' - . - .'''} в.:•врвом;1'м^де;,'-1 а.хялиоде.'от.»?ода-;?С|1^;"-а\'цедо4"ен1ивва, . . скорость .нагрева,смеси угля с'-добавкой-(р1ю.-4);' Ийш^и^е; в усло-. -•'.-'..." .виях" "проведения '-процесса в. -ни'31ф^мйё.ратурной-.66л^й ок^

■ .■; : сильное' влияние .'на последуюдае- совместные- терю*хйвдческие - ;прев-. •:, . - - • * ршцгн1«17 -^еткоцу; рай- -.'..;

-' - ' . делению нефтяных 'продуктов в похожим? фюю^химичёсюии' хгфафе-- -. - ;•',; ,'ристиками' (по мехадической- прочностл получаемых^ твердых остатков).-. . ' ■•' ..'-.". ".'"-".',"' '".'Автором -предложен . порядок,- '."эффективности Действия .. .У

'-..;•' '.,-'; -нефтяных сйекапциж 'добавок, на- шйхты разного-состава, по. - результат ', -', Там'даборатбрньи "исследований.''.;■/•' ;.',-' ;; '-'.-'•'

; торьй -п'рёДйол^ает,что, значение- Прочности -'кокса'из смеси 'углей'-не, ■ .-. .- л'- ' .может;боть'мейьше-,,че"^ на^медьшёе значение [прочности'.ЦйдимадУЧЙ»-."'.•.'

■ кого,'угля;вк^иейногр;в,-данную-'смееь'.-'-,'-' -.. "

'"'.--' • Кроме;.этого-л основе;р^яета'.лежит 'собственное''. пре'дтоло'жение . . .':'- '--автора' ;0'.'срарШ!Мостй'.по^ате:лей/.э№,етта"ности .дейстЬия-добавки^--'-

-.'; полученных.- на'основании,.'результатов.-Опытных 'коксоЪанйй в'.сп^тнй-",'.'. .' . '. '..':- '" .'• ках и лабораторных";исследований.'.'-".'■•," . -'•.'.', '-•:"; ;;'..' . '';.,", \ ,-:;.'•' ' Порядок .'.'расчета; эффекпйшоор'и "действия --нед;.ишнэет' следу»:" \; ; • .. шие .этапы.;,'. '•-;":'•'.'.'..';..'-.': ..'. . .;''.с V;'.''.".:•X '.';'' -у-. ' ,'.•.-':..■_ ■.-'.•1; На рскованйи'.вёлиадн-1п'.Т.'пр;;'П,й, (шэфф^ента'. технологи- ; -; "•-' - '-.;.;ческой '.'ценности',^ля-:(;;илй"_омеей углей;), рас'счи.тывае.тся,условная; ':,;

величина прочности (ПШ) для какого компонента шихты с равным содержанием НСД:'

-••.-,— _____—;-Ш1-Ц*1пгТ. вр..;_.._ П-М/На,____.________________

где йз и Н-соответственно,касса исходного твердого остатка и остатка после отсева фракции. <1 ш перед испытанием в барабане. /

2. Исходя из состава шихты, расчитывается величина показателя эффективности из соотношения,:

"... ■ л

ЭлшМШД1/Шо1-1)*Кк*1{с; злш_ £ Злш1*Х1,

!«/

где индексами о и д, соответственно, обозначаются величины,

характеризующие- прочность кокса ив базовой-нкхты и этой шихты с различные добазкаш;' XI-доля 1-го компонента в шихте, %.

Учитывая невозможность прдмого определения прочности кокса из угор марки Я .автором рекомендуется определять прочностные характеристики композиций из смесей углей Ж и ОС в-разных соотношениях.

Высокий коэффициент парной корреляции между показателем ашп и Эдог (0.789) доказывает правильность наших предположений относи- . тельно принципиальней возможности оценки эффективности действия ' добавки по результатам.лабораторного экспресс-метода

Авторов предложен алгоритм для оценки' пригодности нефтяной добавки как компонента шихты для коксования:

1. Из всей гаммы нефтепродуктов выбираются нефтепродукты с приемлемой сернистостыона уровне угля марки ж.- .

2. Проводится экспресс-ачализ по определению влияния разного количества добавок (0-10% с шагом 1-2%) на изменение показателя прочности (Ш) для углей разной степени метаморфизма (Г,К,а такие смесей Ж+ОС в разном соотношении).

3. Сравнивается действие добавок в равных условиях.

-4. Выбирается наиболее эффективная добавка, определяются ее вязкостные характеристики.

■ 5. При необходимости проводится компаундирование добавок для достижения требуемых .вязкостных показателей. ■ • -

6. Швая'добавь проверяется по программе испытаний .указанной в пункте 2.

7. Рассчитывается оптимальный состав шихты с добавкой. & Доводятся опытные коксования /в спутниках. 9„Проводятся опытно-промышленные коксования в ЗОО-кг печи.

. 10. Еадаются рекомендации по промышленному применению добавки. " . . •в*0 - Нзкоторыэ аспекты.механизма взаимодействия нефтяных спекащих добавок с низкой температурой размягчения и углей разной степени метаморфизма.

. 'Шблюдение за характером мезофазных превращений проводили на' /предметном столике.микроскопа "Эпиквант",оборудованном специальной нагревательной печкой,в интервале температур 20-600°С в отраженном поляризованном свете. Скорость нагрева образца, помещенного между покрывными стеклами,- 20 град/мин,увеличение *200. Начало формирования мезофазы определяли по. появлению двулучепреломле-ния. Фиксировали температуру зарождения мезофазы и окончательного формирования анизотропных .структур,а также характер анизотропной структуры кокса из нефтяных продуктов МРМВ9 и их смесей с углем.марки Г (ИШ.

Сопоставление показателей, характеризующих анизотропную структуру кокса' с его прочностными характеристиками , позволяет сделать вывод о наличии сложной взаимосвязи■ между показателем •прочности П*1г>'Тпр и содержанием анизотропных структур (А и Щ. Увеличение- общего содержания анизотропных структур-оказывает положительное влияние на прочность кокса лишь в случае оптимального . соотношения между' пластинчатыми й мозаичными структурами. Увеличение доли пластинчатых' структур -сопровождается возрастанием прочности образца. '

При изучении эффективности действия нефтяных добавок на угли разной степени метаморфизма автором установлен ряд зависимосте *' (рис.5).Различие.в действий добавок проявляется в крутизне, кривь.. .ив характере экстремума: максимум или минимум.

'Дпй уточнения механизма взаимодействия добавок с углями разной степени метаморфизма наш.было изучено влияние добавок на выход толуольного экстракта из их смесей с углями после термообработки до температур 300,400,500°С. Подробное описание методики проведения эксперимента приведено в диссертации.

ЗАВИСИМОСТЬ' ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ТШ ОТ ИНДЕКСА СПЕКАБГ.ЮСТИ УГЛЕЙ И ИХ СТЕПЕНИ ЖГЛ1Ю?-SI3MA ПРИ РАЗНО" КОНЦЕНТРАЦИИ ДОБАВКИ 3 СНЕСИ-

^Эл,ед.7С ' 50 30

'ю

■ •• ,710

Эл,ед.90 •70

..' .56 . ЗСГ 10 -10

V

?2

<\ / !

«3

Al'

1 * '

7 Y

s / ■93

--Г\ г

2 Q V А

/ч \ '

3 а)--

'1Л

\ V \

2 Q А

3 ^ ' is \ к

-S

Эл,ед.90

70 50

•'зо 10 -10

AI

/

/

• /. / Рг ?3

к / ■ V г

0.8 . 1.2 ,1.6 *

й q 3-* 1Л ' v»

f /

• • '-О

О" 20 40 6G 80' .. ВТГ"9Д...

Рис.5.

I - Щ-65; 2 - К0Г-210; 3 - 2767; А - 3%; Б - 5%}. В' - 10$.

. . 19

Заключение и выводы по работе.

. На основании изучения взаимодействий в системе уголь-добавка на примере ряда углей разной - степени метаморфизма, являющихся 'в основном.представителями марок -Донецкого бассейна и нефтяных продуктов,отражающих разные классы по свойствам и процессам получения; в ходе проведения исследования автором был выполнен ряд экспериментов ' и теоретических расчетов. '

1. Проведен • анализ современных представлений о природе,хими- .., ческих и физических свойствах нефтяных добавок, механизме их взаимодействия с углями разной степени, метаморфизма,который .покат ■зал,что для обоснрвания включения их в состав шихты и оценки эф-' фективности действия необхордимо разработать комплексный показа- . те ль, характеризующий свойства добавок по отношению к углям разной ■ степени метаморфизма и позволяющий унифицировать технические требования. на эти продукты. .

■ 2. Проведены укрупненные экономичесие расчеты,которые показа-г •ли, что по предельной цене все потенциально возможные для исполь-.зованин в качестве спекающих добавок нефтяные остатки могут быть условно разделены на три.основные, категории: .

1) низкосортные - с предельной цеНой 0.6 от цены шихты.-и концентрационными пределами применимости-в шихте для коксования 'не более 5 . ' ' ;

. • 2) среднес.ортные - с предельной ценой 1.2-1.5 от цены шихты и концетрационными пределами применимости в шихте для коксования - ' не более- 3 X; . ' •

' 3).высокосортные - с предельной ценой 1.5-2.5 от цены шихты и . концентрационными пределами-применимости в шихте для коксования -не более 2. X. . ' ■ : '

3.Экспериментально подтверждены ранее;опубликованные результаты о влиянии. селективной обработки компонентов угольной шихты нефтяной спекаювдвй добавкой на прочностные характеристики кокса. . На примере одной из добавок определена оптимальная концентрация ее

20

в шихтеикомпонент шихты, требующий селективной обработки. . 4. Проведены исследовательские работы в опытно-промышленных условиях Криворожского КЯЗ по' испытание образца устройства производительностью до 50 т/ч (по сухой шихте) для внесения спекающих добавок с низкими температурами размягчения, в. шихту для коксования, которые покрали принципиальную возможность применения этого метода в технологии подготовки шихты к коксованию.

5. На основании использования результатов опытных коксований разработан один из критериев для оценки пригодности применения нефтяных продуктов в качестве спекавших добавок в угольных шихтах и предложен способ его расчета по показателям механической прочности образца кокса.

6. Экспериментально показана возможность повышения эффектов-, ности действия добавок в шихте для коксования путем, применения дополнительного уплотнения шихты (трамбование).

7. Экспериментально показана принципиальная возможность регулирования компаундированием, физико-химических и технологических свойств нефтяных добавок, предлагаемых для использования в процессе трамбования.

8. Разработан новый лабораторный экспресс-метод оценки пригодности'нефтяных г^эдуктов для испольаовь яя их в качестве спекающих добавок в шихте для коксования. На основыыи предложенных показателей прочности разработан, способ расчета эффективности действия нефтяных продуктов с низкими температурами ра-мягчения в шихтах для коксования ,а также предложен алгоритм для комплексной оценки их свойств как компонента угольных шихт.

9. Расчетами доказана коррелируемость результатов оценки эффективности действия добавок по данным разных экспериментальных методов.

9Т

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ОТРАЖЕН) В ПУБЛИКАЦИЯХ:

1. Скляр . Ц. Г. Пкилько Е Ы. Донской Д Ф. и др. Влияние НЗД на формирование структуры кокса// Тезисы докл. 1 шк.- . семинара по применению физико-химических методов исследования и анализа углей и их- производных. ВУХИН. Свердловск. -1989. С. 35.

- 2. Скляр , Ы. Г., Селянко И. Т.«Донской Д.Ф. и др. Использование жидких нефтяных.продуктов в качестве добавок,улучшающих прочностные характеристики кокса//Кокс № химия.-1990.-N 5.-С. 18-21.

а Шаль ко E ll .Трофимова Е Г. .Донской Д. Ф. и др. Влияние НСД на формирование, структуры кокса//Кокй и химия. -1990. -N 8. -С. 12-15.

' 4.Карножицкий П.Д .Селянко К. Т. .Донской Д.Ф. и др. Использование" нефтяных продуктов в качестве активных компонентов угольных шихт для коксования/УТезисы докл. 7 Нефтехимический симпозиум. Киев.

, -1990.-С. 65. '

5. Донской Д. Ф. Применение дисперсионного анализа для изучения взаимодействия в системе уголь-нефтяная, спекающая добавка //6 Всесоюе. научно-техн. конф. молодых ученых: Тез. докл. -Свердловск, 1991,- С. 31. ' - ' '

6. Селянко И. Т., Карножицкий а Е , Донской Д Ф. и др. Новый метод введения спекающих добавок в шихту // Кокс и химия. -1991. - N 7.

' -С. 10-11.

7. Скляр Ы. Г. .Донской Д Ф. Оценка пригодности ШД как компонент та угольной шихты для коксования//Кокс и химия. -1993.-N 2. -С. 7-9.

22