Дослідження і розробка методів впливу на вихід і властивості кам’яновугільної смоли добавками високомолекулярних речовин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство промислової політики України

Український державний науково-дослідний вуглехімічний інститут “УХІН”

УДК 662.749.31

Дослідження і розробка методів впливу на вихід і властивості кам'яновугільної смоли добавками високомолекулярних речовин

05.17.07 - хімічна технологія палива і паливно-мастильних матеріалів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Гончаров Олексій Валентинович

Харків 2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі металургійного палива і відновників Національної металургійної академії України Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор Єгоров Валерій Михайлович Національна металургійна академія України МОН України (м. Дніпропетровськ), завідувач кафедри металургійного палива і відновників

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Зубілін Іван Георгійович, Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна МОН України, провідний науковий співробітник інституту хімії

кандидат технічних наук, доцент Збиковський Євген Іванович, Державний ВНЗ “Донецький національний технічний університет” МОН України, завідувач кафедри хімічної технології палива

Провідна організація: Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут” МОН України, кафедра технології палива та вуглецевих матеріалів

Захист дисертації відбудеться “_14_”___лютого___2007 року о __13-30___ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.822.01 в Українському державному науково-дослідному вуглехімічному інституті (УХІНі) за адресою: 61023, м. Харків, вул. Весніна, 7.

З дисертацією можна ознайомитись у науково-технічній бібліотеці УХІНу: 61023, м. Харків, вул. Весніна, 12.

Автореферат розіслано “_09_”__січня__2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат технічних наук, старший науковий співробітник М.І. Рудкевич

смола кам'яновугільний добавка полімерний

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми

Кам'яновугільна смола є продуктом, що має великий попит, як на Україні, так і за її межами. Проте обсяги коксохімічного виробництва, сировинна база і умови коксування не дозволяють одержати кам'яновугільну смолу у необхідній кількості і зі стабільними якісними показниками, що задовольняють попит споживачів, основним серед яких є пекококсове виробництво. Тому пошук методів управління якісними і кількісними показниками, вироблюваної кам'яновугільної смоли, є однією з важливих і актуальних задач коксохімічного виробництва.

Одним з методів впливу на характеристики кам'яновугільної смоли є введення добавок синтетичних полімерів у вугільну шихту або безпосередньо в смолу. При цьому підвищується сортність, змінюється марка або створюються умови для переведення в сировину для отримання пеку, що вирішує одну з актуальних задач коксохімічного виробництва і є складовою підвищення його ефективності. Найперспективнішим видом високомолекулярних речовин, здатним модифікувати процес утворення кам'яновугільної смоли та її властивості є відходи твердих полімерів, які накопичуються в достатній кількості в промисловості та в побуті.

Розробка рекомендацій з модифікації смоли дозволяє керувати процесом її отримання і виробляти кам'яновугільну смолу в необхідній кількості і з наперед заданими характеристиками.

Застосування полімерів в коксохімічній промисловості, без ускладнення процесу коксування, дозволить спільно з рішенням актуальних технологічних задач певною мірою задовольнити попит споживачів, а також розв'язати досить гостру проблему використовування екологічно небезпечних матеріалів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота була виконана на кафедрі металургійного палива і відновників Національної металургійної академії України в період з 1997 р. по 2001 р. та в рамках Державної програми “Використання відходів виробництва і споживання на період до 2005 року” (Постанова Кабінету Міністрів України № 668 від 28.06.1997 р.).

Мета і задачі досліджень. Метою цієї роботи є вивчення залежності якісних і кількісних показників кам'яновугільної смоли від властивостей і кількості полімерних добавок в шихту для коксування.

Для досягнення поставленої мети вирішувалися наступні задачі:

- теоретично обґрунтувати закономірності впливу полімерних добавок на властивості продуктів коксування;

- розробити методи введення твердих термопластичних полімерів в кам'яновугільну смолу і у вугільну шихту;

- вивчити зміну властивостей одержаних продуктів коксування при різних способах введення полімерних добавок різного складу і властивостей;

- визначити сумісність добавок термопластичних полімерів з відходами коксохімічного виробництва і можливість їх сумісного застосування в умовах коксохімічного виробництва.

Об'єкт дослідження - утворення кам'яновугільної смоли в процесі коксування.

Предмет дослідження - вплив добавок високомолекулярних речовин на вихід і властивості кам'яновугільної смоли в процесі коксування.

Методи дослідження - вивчення дії добавок високомолекулярних речовин на вихід і властивості кам'яновугільної смоли здійснювали відповідно до вимог стандартів з використанням технічного, хімічного і диференціально-термічного методів аналізу. Кінетику термічної деструкції вугілля досліджували за допомогою диференціально-термогравіметричного аналізу. Зміни в хімічному складі визначалися хроматографічним методом. Одержані експериментальні дані перевірялися методом статистичного моделювання.

Наукова новизна:

- теоретично обґрунтована та вивчена дія добавок полімерів на кінетичні параметри термічної деструкції вугілля, різних стадій метаморфізму, впливаючи на зміну властивостей продуктів коксування;

- як предмет модифікації твердими термопластичними полімерами вибрана кам'яновугільна смола і виявлений модифікуючий ефект введених полімерних добавок;

- розроблена методика отримання смолополімерних композицій;

- встановлений вплив вигляду і змісту полімерів на характеристики, одержаних композицій з кам'яновугільною смолою;

- доведений вплив різних полімерів та їх кількості на вихід і властивості кам'яновугільної смоли при коксуванні;

- показаний вплив способу введення полімерної добавки у вугільну шихту на вихід і властивості кам'яновугільної смоли;

- розроблена і досліджена схема сумісного введення у вугільну шихту полімерних добавок з іншими добавками, вживаними в коксохімічному виробництві.

Обґрунтування і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій. Одержані результати підтверджені необхідним об'ємом теоретичних досліджень, одержані з застосуванням сучасних методик виконання експериментів. Достовірність одержаних результатів підтверджувалася різними методами (хроматографічними, диференціально-термічними, фізико-хімічним та ін.), зокрема порівнянням одержаних результатів з існуючими даними і статистичним моделюванням.

Практичне значення роботи полягає в наступному:

- розроблені методики приготування смолополіетиленових і смолополістирольних композицій;

- розроблені рекомендації до складу полімерних добавок і методів їх введення у вугільну шихту;

- показаний вплив способу введення полімерної добавки у вугільну шихту на вихід і властивості продуктів коксування;

- показана сумісність полімерних добавок з добавками у вугільну шихту, які вживаються в коксохімічному виробництві;

- розроблена схема сумісного введення у вугільну шихту твердих полімерів та інших добавок коксохімічного походження.

Особистий внесок здобувача в одержані наукові результати полягає в наступному:

- аналіз сучасної літератури по проблемах використовування добавок в процесі коксування;

- участь в постановці задач, вирішуваних в дисертації;

- вибір методики проведення лабораторних досліджень;

- участь в проведенні хроматографічних аналізів;

- здійснення досліджень з коксування, систематизації і математичної обробки одержаних результатів;

- виконання статистичного моделювання для результатів лабораторних коксувань;

- отримання і дослідження властивостей смолополімерних композицій, систематизація і обробка одержаних результатів;

- підготовка публікацій та участь в конференціях.

Внесок співавторів спільних публікацій полягав в науковому керівництві, участі в постановці, здійсненні і обговоренні результатів досліджень.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи докладалися і обговорювалися на Третій міжнародній конференції “Наука і освіта `2000” (м. Київ - Дніпропетровськ - Харків - Черкаси, 2000 р.); на Третій Всеукраїнській науково-практичної конференції студентів, аспірантів і молодих учених “Екологія. Людина. Суспільство” (м. Київ, 2000 р.); на Четвертій міжнародній конференції “Наука і освіта `2001” (м. Дніпропетровськ - Дніпродзержинськ - Харків - Черкаси - Житомир, 2001 р.); на Міжнародній науково-технічній конференції “Прогрес в технології горючих копалин та хімотології паливно-мастильних матеріалів” (м. Дніпропетровськ, 2005 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковані 12 робіт, зокрема 6 статей у фахових науково-технічних виданнях і 6 тез на науково-технічних конференціях. Всі публікації містять результати роботи автора на окремих етапах досліджень і відображають основні положення і висновки дисертаційної роботи.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Дисертація викладена на 103 сторінках. Робота вміщує 42 рисунки, 16 таблиць, список використовуваної літератури з 156 найменувань і 6 додатків. Об'єм дисертації 144 сторінки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертаційної роботи, висвітлене наукове і практичне значення питань, що поставлені в роботі і є предметом досліджень, та надана загальна характеристика роботи.

Перший розділ присвячений аналізу методів цілеспрямованої зміни властивостей кам'яновугільної смоли, у якому відображені результати досліджень вітчизняних і закордонних вчених. Виконаний аналіз показує, що якісні і кількісні показники кам'яновугільної смоли можна коректувати в процесі підготовки сирої смоли до переробки і в процесі її створення в камері коксування, на стадії смолоутворення, за рахунок зміни властивостей вугільної шихти та умов її коксування. З метою зміни властивостей кам'яновугільної смоли Можна застосовувати добавки які забезпечують надійний і цілеспрямований модифікуючий ефект; придатність для всіх марок і сортів модифікованого продукту; відсутність побічних явищ істотно впливаючих на процес подальшої переробки і якість модифікованих матеріалів; відсутність вмісту шкідливих домішок, наприклад сірки або фосфору; які мають достатній ресурс, що дозволяє варіювати процентним співвідношенням, тобто переважним є використовування багатотоннажних відходів різних виробництв. Добавка синтетичних полімерів безпосередньо в смолу або у вугільну шихту задовольняє вищенаведеним умовам і змінить склад та властивості модифікованого матеріалу, з подальшою зміною властивостей продуктів переробки. Також можлива варіація положенням добавки у вугільному завантаженні. Це забезпечить різний вплив матеріалів, які додаються, і ступеня термічної деструкції їх на властивості продуктів коксування.

В другому розділі здійснені дослідження взаємодії продуктів термічної деструкції полімерів і органічної маси вугілля при коксуванні. Введення полімерних добавок у вугільну шихту призводить до зміни виходу і складу хімічних продуктів коксування. Цей ефект викликаний зміною механізму процесів, що протікають через додавання активних груп речовин, що містяться в добавці. Ймовірно, це пов'язане з додатковим протіканням процесів асоціації подвійного (R₁-CH=CH-R₂) зв'язку продуктів термодеструкції добавки в ароматичні структури органічної маси вугілля. Такі процеси є екзотермічними, не мають термодинамічних обмежень в температурному інтервалі до 850 ^оС , не залежать від молекулярної маси реагентів, також вірогідна гетерофазна взаємодія з великою кількістю атомних угрупувань в макромолекулі органічної маси вугілля.

Надаючи схему-модель термохімічних перетворень органічної маси вугілля у вигляді блок-схеми можна одержати вираз для енергії активації утворення твердого залишку (Е_Тк=5E₁+5E₂+ +5E₄+E₉+E₁₀+E₁₁+E₁₄). Замінивши енергію активації теплотою активації (E=|q|), враховуючи екзотермічність і ендотермічність протікаючих процесів, одержимо вираз теплоти активації: q_Тк=5q₁+ +5q₂+5q₄-q₉-q₁₀-q₁₁-q₁₄.

Побудова схеми-моделі сумісного піролізу органічної маси вугілля і полімерної добавки заснована на схемі-моделі термохімічних перетворень органічної маси вугілля і на уявленні про гетерофазну взаємодію продуктів термодеструкції полімерів зі всіма структурними одиницями макромолекули вугілля. Використовуючи той же принцип, що і в попередній схемі можна одержати вираз для енергії активації утворення твердого залишку (Е_Тк=7Е₁+7Е₂+7Е₄+2Е₅+Е₁₀+Е₁₁+Е₁₂+Е₁₅+ +Е₁₆+Е₂₀). Замінивши енергію активації теплотою активації (E=|q|) одержимо: q_Тк'=7q₁'+7q₂'+ +7q₄'+2q₅'-q₁₀'-q₁₁'-q₁₂'-q₁₅'-q₁₆'-q₂₀'. Використовуючи рівність теплот активації однакових процесів (q₁'=q_1, q₂'=q_2, q₄'=q_4, q₉=q₁₀', q₁₀=q₁₁', q₁₁=q₁₂') одержимо вираз різниці між теплотами активації: q_Тк'-q_Тк=2q₁+2q₂+2q₄+2q₅'+q₁₄-q₁₅'-q₁₆'-q₂₀'. Таким чином значення різниці q_Тк'-q_Тк може бути забезпечене за рахунок процесів взаємодії продуктів термодеструкції вугілля і полімерної добавки.



Таблиця 1 Значення кінетичних характеристик

Склад проби	E, кДж/моль	n	Температура початку втрати маси (по кривій TG), оС	Температура в точці перегину, оС	Швидкість розкладання в точці перегину	Частка речовини, що не розклалася, спер
Вугілля марки Г	102	3,1	261	435	0,0050	0,513
Г +1% ПЕ	93	2,2	245	426	0,0061	0,503
Г +1% ПС	94	2,0	246	430	0,0063	0,495
Г +1% ТП	57	2,5	267	420	0,0036	0,515
Вугілля марки ОС	107	4,9	275	470	0,0034	0,565
ОС +1% ПЕ	102	2,4	264	500	0,0051	0,548
ОС +1% ПС	101	3,0	287	510	0,0042	0,545
ОС +1% ТП	36	3,7	269	460	0,0016	0,566

З метою вивчення впливу полімерних добавок на кінетичні параметри сумісної з вугіллям термічної деструкції використовували дериватографічний метод аналізу. Використовували концентрати газового вугілля ЦОФ “Жовтнева” і вугілля марки ОС ЦОФ “Узловська”. Як добавки до них брали поліетилен різних марок (ПЕ) і полістирол різних марок (ПС), а також складну суміш полімерів (ТП), в якій частка поліетилену і полістиролу, як найпоширеніших видів полімерів, дорівнювала 90 %. Всі добавки у обох вугіль знижують енергію активації і порядок процесу термічної деструкції. Отже, має місце взаємодія вугілля, що перетворюється під дією тепла, і полімерних добавок, а також продуктів їх термічної деструкції. Поліетилен і полістирол розширюють температурний інтервал втрати маси, збільшують швидкість розкладання в точці перегину на кривій DTG і, природно, знижують частку речовини, що не розклалася, в цій точці. Зміна механізму взаємодії вугілля і добавок виявляється в зміні кінетичних параметрів процесу втрати маси. Тут можливий дифузійний опір виходу на поверхню летких речовин, що утворюються усередині вугільних зерен, і процеси асоціювання подвійного зв'язку продуктів термодеструкції полімерів з утворенням ароматичних структур. Дифузійний опір виходу летких речовин сприяє їх додатковому піролізу, а синтез ароматичних структур призводить до утворення термостійких структур. Таким чином, зміна механізму термічної деструкції вугілля з полімерними добавками визначається комплексом додаткових хімічних і фізико-хімічних взаємодій, що супроводжуються інтенсифікацією процесів синтезу термічно стійких структур. Ці ефекти призводять до негативної різниці q_Тк'-q_Тк, на що вказує зменшення енергії активації процесу термічної деструкції вугілля різних стадій метаморфізму.

Таким чином, вірогідна взаємодія вуглеводнів, гомологів етилену, з п'ятичленними гетероциклами, а також ангулярними ароматичними чотиривуглецевими угрупуваннями теоретично обґрунтовує зміну якісних і кількісних показників продуктів коксування і сприяє додатковому утворенню вуглеводневих ароматичних структур в температурному інтервалі процесу коксування. Аналіз схеми-моделі термічної деструкції вугілля з полімерною добавкою виявив зміну інтенсивності і характеру газовиділення. Тому полімерні добавки сприяють зміні механізму термічної деструкції вугілля, з перерозподілом органічної маси вугілля між твердою і парогазової фазою і зміною їх складу. Зміна механізму термічної деструкції вугілля з полімерними добавками визначається комплексом додаткових хімічних і фізико-хімічних взаємодій, що супроводжуються інтенсифікацією процесів синтезу термічно стійких структур. Цей ефект сприяє зменшенню енергії активації і показника ступеня процесу термічної деструкції вугілля різних стадій метаморфізму. Зміна інтенсивності і характеру газовиділення є достатньою умовою для імовірного зростання виходу парогазових продуктів коксування і зокрема кам'яновугільної смоли. Хімічна взаємодія продуктів термічної деструкції полімерів і вугілля, а також прямий перехід продуктів термодеструкції добавки в парогазові продукти коксування повинна призвести до зростання вуглеводневої складової кам'яновугільної смоли та інших хімічних продуктів.

Третій розділ присвячений дослідженням властивостей одержаних сумішей кам'яновугільної смоли з полімерними добавками. Добавки, що використовуються, розподіляються між продуктами коксування, а велика частина переходить в хімічні продукти. Вивчення властивостей сумішей хімічних продуктів коксування, а особливо кам'яновугільної смоли, з продуктами термічної деструкції полімерів дає можливість припустити вплив їх переходу в смолу і дає уявлення про дію розплаву полімерів на властивості смоли. Вивчення властивостей сумішей хімічних продуктів коксування і продуктів термодеструкції полімерів здійснювалось на модельних смолополімерних композиціях. У кам'яновугільну смолу спеціальним способом додавалися поліетилен і полістирол в кількості 5, 10, 15, 20 мас %.

Для смолополіетиленових композицій вміст - фракції зростає і досягає максимального значення при 10 % поліетилену. Щодо початкової смоли, добавка 10 % поліетилену збільшує вміст речовин нерозчинних в толуолі на 6,7 %. Подальше збільшення кількості добавки призводить до незначних змін. Вміст ₁- фракції також збільшується і досягає максимуму при добавці 15 %. Збільшення добавки до 20 % трохи знижує цей показник. Вихід коксового залишку також як і - фракція має максимальне значення при добавці поліетилену 10 %. Щодо початкової смоли, добавка 10 % поліетилену викликає збільшення виходу коксового залишку на 3,3 %. Підвищення кількості добавки до 15 і 20 % сприяє зниженню цього показника на 1,6 і 2,6 % відповідно. Зміна густини пропорційна добавки поліетилену. Максимальне збільшення густини суміші (на 37 кг/м³), відбувається при добавці поліетилену від 10 до 15 %, а мінімальне (на 9 кг/м³) - при збільшенні добавки до 20 %.

Для смолополістирольних композицій вміст - фракції зменшується при збільшенні кількості добавки. Вміст нерозчинних в толуолі речовин мінімальний при добавці полістиролу 20 %. Щодо початкової смоли добавка 20 % знижує вміст - фракції на 4,5 %. Зміст ₁- фракції також зменшується і досягає мінімуму при величині добавки 20 %. Загальне зниження вмісту нерозчинних в хіноліні речовин в порівнянні з початковою смолою, при добавці 20 % складає 2,3 %. Вихід коксового залишку, також як і - фракція, обернено пропорційний кількості добавки і має мінімальне значення при добавці полістиролу 20 %. Щодо початкової смоли, добавка 20 % полістиролу знижує вихід коксового залишку на 6,0 %. Зміна густини пропорційна величині добавки полістиролу. Максимальне збільшення густини суміші (на 39 кг/м³) відбувається при збільшенні доданого полістиролу з 10 % до 15 %, а мінімальне (6 кг/м³) - при збільшенні добавки з 15 до 20 %.

Порівняльний аналіз зольності початкової смоли та її сумішей з полімерами показав незначне (в межах точності аналізу 0,01 %) зменшення цього показника залежно від кількості добавки. Виконувався порівняльний (щодо початкових смол) хроматографічний аналіз проб, з яскраво вираженими змінами в якісних показниках, а саме, при вмісті полімеру 10 і 20 %. При додаванні поліетилену в кам'яновугільну смолу, вміст окремих її компонентів знижується.

Добавка поліетилену сприяє збільшенню виходу коксового залишку і вмісту речовин, нерозчинних в толуолі і хіноліні. Найбільша зміна цих показників спостерігається при величині добавки 10 %. Добавка полістиролу сприяє зменшенню виходу коксівного залишку і вмісту речовин, нерозчинних в толуолі і хіноліні. Найприйнятніша зміна цих показників спостерігається при величині добавки в інтервалі 10-15 %. Додавання названих полімерів в кам'яновугільну смолу, в кількості 10-15 %, дозволить розширити сировинну базу для виробництва кам'яновугільного пеку і пекового коксу.

Четвертий розділ присвячений дослідженню зміни властивостей продуктів коксування при додаванні термопластичних полімерів у вугільну шихту. Введення у вугільну шихту добавок твердих полімерних відходів, дозволяє цілеспрямовано модифікувати продукти коксування. Застосування полімерів, як добавки, передбачає попереднє змішування її з вугільною шихтою перед завантаженням в камеру коксування. При цьому добавки термопластичних полімерів до шихти в кількості 1-3 %, чинять найістотніший вплив на спікливість, вихід і властивості продуктів коксування. Спосіб введення добавки в камеру коксування змінює умови її піролізу і взаємодії з продуктами коксування. Дослідження дії способу введення і видів добавок термопластичних полімерів на вихід і властивості продуктів коксування, здійснювалось згідно з певною методикою. Додавання твердих термопластичних полімерів у вугільну шихту для коксування, здійснювалося трьома способами: шляхом попереднього змішування їх із завантаженням; полімерна добавка вводилася на дно реторти під вугільне завантаження або розміщалася зверху завантаження на шар шихти.

Таблиця 2 Показники якості смолополімерних композицій

Показник	Вміст добавки поліетилену, %	Вміст добавки полістиролу, %
	0	5	10	15	20	0	5	10	15	20
Вміст нерозчинних в толуолі речовин (- фракція), %	10,5	12,9	17,2	16,4	16,2	11,0	9,8	8,1	7,6	6,5
Вміст нерозчинних в хіноліні речовин (1- фракція), %	6,8	8,1	10,6	12,2	12,1	7,4	6,6	6,5	5,7	5,0
Коксовий залишок, %	34,4	34,7	37,7	36,1	35,1	34,6	33,3	32,7	30	28,6
Густина, кг/м3	1163	1188	1199	1236	1245	1175	1191	1204	1243	1249

Коксування зразків вугільної шихти ВАТ “Дніпрококс” виконували в лабораторній установці. Як полімерна добавка використовувалася суміш поліетиленів і полістиролів різних марок, також суміш термопластичних полімерів (80 % поліетилену, 10 % полістиролу і 10 % інших полімерів). Зміни в матеріальному балансі коксувань оцінювалися за виходом коксу і безводної смоли. Похибка експериментів прийнята згідно з ГОСТом 11200-73. З метою перевірки прийнятих величин похибки експерименту, на основі одержаних експериментальних даних і за допомогою статистичного моделювання здійснене оцінювання середнього значення результатів лабораторних коксувань. Для одержаної вибірки визначалися статистичні характеристики, які показують на збіг стандартної помилки середнього, вірогідної помилки і середньої абсолютної помилки з точністю зважування (0,1 г або 0,01 % разового завантаження). Також, виходячи з рівня надійності експерименту (95 %), істинні значення виходу коксу і смоли мало відрізняються від одержаних експериментальних результатів. Отже, можна допустити використовування похибки згідно з ГОСТом 11200-73 для коксувань в лабораторній установці.

Результати коксувань вказують про зниження виходу коксу та підвищення виходу кам'яновугільної смоли. Кам'яновугільна смола характеризується загальним зниженням вмісту нерозчинних речовин та густини.

Таблиця 3 Зміна якісних показників кам'яновугільної смоли

Склад шихти	Вміст нерозчинних в толуолі речовин (- фракція), %	Вміст нерозчинних в хіноліні речовин (1- фракція), %	Густина, кг/м3
Спосіб введення добавки	Зверху	Суміш	Знизу	Зверху	Суміш	Знизу	Зверху	Суміш	Знизу
Початкова шихта	6,7	2,5	1096
Шихта + 1 % поліетилену	-4,8	-4,0	-4,3	-1,2	-1,0	-0,9	-107	-84	-96
Шихта + 3 % поліетилену	-5,5	-5,1	-5,3	-1,7	-1,6	-1,5	-124	-108	-113
Шихта + 1 % суміші термопластів	-4,5	-2,6	-3,4	-0,8	-0,7	-0,5	-84	-64	-49
Шихта + 3 % суміші термопластів	-5,3	-4,1	-4,9	-1,4	-1,2	-1,0	-120	-108	-99
Початкова шихта	6,4	2,3	1104
Шихта + 1 % полістиролу	-1,0	-0,7	-0,4	-0,4	-0,2	-0,1	-7	-13	-4
Шихта + 3 % полістиролу	-1,5	-0,9	-0,7	-0,6	-0,5	-0,4	-14	-21	-10

Оскільки постійність або поліпшення якісних і кількісних характеристик коксу, є основною умовою придатності добавок і способів їх введення в камеру коксування отриманий кокс випробовувався на чотириразове скидання з висоти 1,85 м, на механічну міцність в великолабораторному барабані ( 500 мм), на структурну міцність за Грязновим Н.С., вихід летючих речовин. Застосування різних видів і способів завантаження полімерних добавок в шихту для коксування сприяє зміні якісних показників коксу. Так, у всіх випадках збільшується механічна і структурна міцність коксу. При цьому неоднозначно змінюється гранулометричний склад коксу.

Таблиця 4 Зміна міцності коксу, %

Склад шихти	Механічна міцність	Структурна міцність
	+25 мм	-10 мм
Спосіб введення добавки	Зверху	Суміш	Знизу	Зверху	Суміш	Знизу	Зверху	Суміш	Знизу
Початкова шихта	94,8	3,9	64,3
Шихта + 1 % поліетилену	+0,5	+1,3	+1,6	-0,5	-1,0	-1,6	+1,7	+3,6	+4,1
Шихта + 3 % поліетилену	+0,6	+0,9	+1,0	-0,7	-0,2	-0,9	+1,2	+1,6	+3,0
Шихта + 1 % суміші термопластів	-0,5	+0,2	+0,6	+0,6	-0,5	-0,1	+0,7	+1,5	+2,2
Шихта + 3 % суміші термопластів	-0,5	+0,7	+1,7	+0,8	-0,1	-0,9	+0,4	+1,0	+1,5
Початкова шихта	95,1	3,3	64,8
Шихта + 1 % полістиролу	+1,3	+0,8	+0,9	-0,5	-0,3	+0,1	+1,8	+2,1	+1,6
Шихта + 3 % полістиролу	+0,8	-0,1	+0,6	-0,4	+0,1	+0,7	+1,5	+1,8	+1,1

Як видно термопластичні полімери неоднозначно впливають на властивості продуктів коксування. За убуванням виходу коксу, добавки і способи їх введення можна розташувати в наступний ряд:

1 % ПЕ Вв 1 % ПС Вн 1 % адитивний 1 % ПЕ См 1 % ПЕ Вн 1 % ТП Вн 1 % ТП Вв (3 % ПЕ См) 1 % ПС Вв 3 % ПС Вв (3 % ПЕ Вн) 3 % ТП Вн 3 % ПЕ Вв (1 % ПС См) 3 % ТП Вв 1 % ТП См 3 % адитивний 3 % ПС Вн 3 % ПС См (3 % ТП См)

З однопроцентних добавок, тільки додавання поліетилену на шихту і полістиролу під шихту найбільш прийнятне для мінімізації втрат виходу коксу. Для трипроцентних добавок, тільки полістирол, доданий під завантаження і в суміші із завантаженням, а також суміш термопластів змішана з шихтою, дають менший вихід коксу щодо адитивного. При додаванні полімерів на завантаження не вдається уникнути впливу добавки на кокс, проте в цілому, її дію можна визнати за позитивну. Виключаючи непридатні з погляду виходу коксу, добавки і способи їх введення можна розташувати в наступний ряд:

1 % ПЕ Вв 1 % ПС Вн 3 % ПЕ См 3 % ПС Вв (3 % ПЕ Вн) 3 % ТП Вн 3 % ПЕ Вв 3 % ТП Вв.

Наведений ряд добавок і способів їх введення характеризує ефект переходу в кокс частини добавки. Це припущення засноване на розрахунках адитивних показників виходу коксу, і останній ряд побудований за зменшенням показника частки добавки, що потрапила в кокс. Ймовірно, що процес переходу частини матеріалу добавки в кокс заснований на реакціях асоціації подвійного С-С зв'язку в конденсовані ароматичні системи. Зміна показника перевищення виходу коксу в порівнянні з адитивним дає право затверджувати про збільшення виходу коксу, оскільки полімерна добавка вводиться замість вугільної шихти. Застосування різних видів і способів завантаження полімерних добавок в шихту для коксування сприяє зміні якісних показників коксу. У всіх випадках змінюються гранулометричний склад, збільшується механічна (окрім 3 % ТП Вв) і структурна міцність коксу.



Таблиця 5 Залежність адитивних показників виходу коксу від характеристик і способу введення добавки.

Добавка і спосіб її введення	Приріст виходу коксу щодо адитивного, %	Кількість добавки, яка потрапила в кокс, г	Частка добавки, яка потрапила в кокс, %
1 % ПЕ Вв	0,30	3,0	30,3
1 % ПС Вн	0,15	1,4	14,5
3 % ПЕ См	0,89	8,8	29,5
3 % ПС Вв	0,77	6,5	25,5
3 % ПЕ Вн	0,72	7,2	23,9
3 % ТП Вн	0,65	6,5	21,6
3 % ПЕ Вв	0,31	3,0	10,2
3 % ТП Вв	0,20	2,0	6,6

Всі вищезазначені добавки і способи їх введення призводять до збільшення виходу парогазових продуктів коксування, наслідком чого є збільшення виходу кам'яновугільної смоли. Тому попередній ряд у порядку зменшення виходу смоли має вигляд:

3 % ПЕ Вв 3 % ПС Вв 3 % ТП Вв 3 % ПЕ Вн 1 % ПЕ Вв 3 % ПЕ См 1 % ПС Вн (3 % ТП Вн).

Зростання виходу смоли, характеризується розрахованим вмістом смоли в парогазових продуктах і добавки в смолі (у абсолютному і відсотковому значеннях). Так, найбільший вихід смоли спостерігається при максимальній кількості добавки, що потрапила в смолу і частки смоли в парогазових продуктах. За умови переходу в смолу розчинної в толуолі і хіноліні легкій частині добавки, з низькою густиною, можна чекати зменшення цих показників, які складають наступні ряди:

- за убуванням розчинності в толуолі: 3 % ПЕ Вв 3 % ТП Вв (3 % ПЕ Вн ) 3 % ПЕ См 3 % ТП Вн 1 % ПЕ Вв 3 % ПС Вв 1 % ПС Вн;

- за убуванням розчинності в хіноліні: 3 % ПЕ Вв 3 % ПЕ См 3 % ПЕ Вн 3 % ТП Вв 1 % ПЕ Вв 3 % ТП Вн 3 % ПС Вв 1 % ПС Вн;

- за зниженням густини: 3 % ПЕ Вв 3 % ТП Вв 3 % ПЕ Вн 3 % ПЕ См 1 % ПЕ Вв 3 % ТП Вн 3 % ПС Вв 1 % ПС Вн.

Таким чином, найбільший відносний ефект у властивостях продуктів коксування спостерігається:

- при додаванні 1 % поліетилену на шар вугільної шихти;

- при додаванні 1 % полістиролу під шар вугільної шихти і 3 % полістиролу на шар вугільної шихти;

- при додаванні 3 % поліетилену незалежно від способу завантаження;

- при додаванні 3 % суміші термопластів на і під шар вугільної шихти.

Таблиця 6 Залежність адитивних показників кам'яновугільної смоли від характеристик і способу введення добавки

Добавка і спосіб її введення	Частка смоли в парогазових продуктах , %	Частка добавки, яка потрапила в смолу, %	Кількість добавки, яка потрапила в смолу, г
3 % ПЕ Вв	25,7	89,3	26,8
3 % ПС Вв	22,0	55,7	16,7
3 % ТП Вв	21,2	42,6	12,8
3 % ПЕ Вн	20,7	32,8	9,8
1 % ПЕ Вв	21,7	99,7	10,0
3 % ПЕ См	20,8	32,1	9,6
1 % ПС Вн	18,0	29,4	2,9
3 % ТП Вн	18,8	13,6	4,1

П'ятий розділ присвячений дослідженню сумісності добавок термопластичних полімерів з добавками відходів коксохімічного виробництва. Додатки кислої смолки і фусів до вугільної шихти для коксування є найпоширенішим способом їх утилізації. Існуючі установки для підготовки і подачі фусів або інших відходів в шихту відносно прості і надійні. З метою перевірки сумісності добавок відходів коксохімічного виробництва з добавками термопластичних полімерів був досліджений вплив комплексних добавок до вугільної шихти. Як коксохімічні відходи узяті кисла смолка сульфатного відділення і кам'яновугільні фуси ВАТ “Дніпрококс”.

Враховуючи високу сорбційну здібність вугільної шихти до фусів і пов'язану з цим агрегацію часток, був досліджений вплив фусів і органічних добавок до них на насипну масу вугільної шихти. Фуси істотно збільшують насипну щільність шихти у всьому дослідженому інтервалі (від 0 до 30 мас %), в якому є яскраво виражений максимум при додаванні 20 % фусів, після якого насипна щільність знижується. Використовування комплексної добавки до вугільної шихти, що складається з фусів, нейтралізованої кислої смолки сульфатного відділення і відходів термопластичних полімерів, в співвідношенні 8:1:1, також збільшує насипну щільність шихти, але значно меншою мірою. Причому від 10 до 30 % добавки насипна щільність зростає практично на однакову величину. Додавання кислої смолки у вугільну шихту в кількості 2, 5, 8 і 11 % також збільшує її насипну щільність, проте зміна цього показника більш рівномірна. При збільшенні вмісту кислої смолки до 5 % зростання насипної щільності найбільш помітне. При подальшому підвищенні вмісту такого роду добавки дія її на насипну щільність шихти зменшується. Застосування комплексної добавки, що містить 1 % суміші термопластів (щодо початкової шихти), призводить до ще більшого збільшення насипної щільності при збереженні загальної закономірності такої зміни. Спікаюча здатність вугільної шихти при додаванні фусів зростає у всьому досліджуваному інтервалі. Є яскраво виражений максимум при внесенні фусів в межах від 10 до 15 %. При додаванні до вугільної шихти кислої смолки, зміна спікаючої здатності має максимум і приймає найбільше значення в досліджуваному інтервалі при величині добавки 2 %. Враховуючи незначну кількість утворюваних фусів і кислої смолки, а також періодичність роботи установок для подачі їх в шихту є можливість додавати у вугільну шихту для коксування не більш 10 % фусів або 2 % кислої смолки. У свою чергу, для приготування комплексної добавки, суміш термопластів вводилася замість 1 % перерахованих відходів коксохімічного виробництва.

Кисла смолка і суміш термопластів призводять до якнайменших втрат у виході коксу (0,7 і 0,9 %). Зміна гранулометричного складу одержаного коксу характеризується як незначне зменшення виходу класу +25 мм ( 0,9 %), при використовуванні всіх видів добавок, проте комплексні добавки декілька компенсують такі зміни. Для вмісту класу +40 мм дотримується та ж закономірність при використовуванні добавок на основі фусів. У той же час використовування добавки кислої смолки збільшує цей показник, а комплексна добавка на основі кислої смолки знижує його. У загальному випадку, гранулометричний склад одержаного коксу не характеризується помітними змінами. Випробування міцності коксу показали загальне зменшення показника +25 мм для всіх видів добавки. Проте використовування комплексних добавок деякою мірою компенсує негативну дію добавок фусів або кислої смолки на міцність. Так, додавання в шихту 10 % фусів або 2 % кислої смолки призводить до зниження показника +25 мм на 7,5 і 8,8 % відповідно. У свою чергу введення 1 % термопластів замість 1 % фусів або кислої смолки призводить до зростання показника +25 мм на 3,1 і 5,8 % відповідно. Додавання фусів або кислої смолки призводить до зниження структурної міцності коксу на 7,1 і 3,4 %. Застосування комплексної добавки призводить до збільшення структурної міцності на 0,4 і 2,4 % щодо коксу з початкової шихти.

Таблиця 7 Вихід та якісні показники коксу, %

Склад шихти	Вихід коксу	Вихід класів крупності	Механічна міцність	Структурна міцність
		+40 мм	25-40 мм	10-25 мм	-10 мм	+25 мм	-10 мм
Початкова шихта	73,3	90,6	95,3	0,8	3,9	93,8	1,1	64,9
Шихта + 10 % фусів	71,7	85,9	94,4	0,9	4,7	86,3	3,3	57,8
Шихта + 9 % фусів + 1 % суміші термопластів	71,1	87,9	94,7	0,9	4,4	89,4	1,7	65,3
Шихта + 2 % кислої смолки	72,6	91,7	94,6	1,4	4,0	85	4	61,5
Шихта + 1 % кислої смолки + 1 % суміші термопластів	72,4	90,5	95,0	0,5	4,5	90,8	2,07	67,3



Найбільший приріст у виході смоли (1,8 і 1,9 %) спостерігається при додаванні фусів і комплексної добавки на їх основі. У аналогічному випадку для кислої смолки, помічене якнайменше зростання виходу смоли (0,5 і 0,6 %). Зниження виходу нерозчинних в толуолі речовин кам'яновугільної смоли практично не залежить від складу добавки.

Одержані дані підтверджені промисловими випробуваннями в вуглепідготовчому цеху ВАТ “Дніпрококс”. Дослідження здійснювались на існуючому устаткуванні, що не потребує зміни технології коксування і підготовки вугільної шихти.

Застосування комплексної органічної добавки, зменшує негативний вплив фусів або кислого смоління на гранулометричний склад, механічну і структурну міцність коксу і декілька збільшує вихід кам'яновугільної смоли з поліпшенням її якості. Додавання суміші термопластичних полімерів в умовах існуючої технологічної схеми утилізації твердих і рідких відходів забезпечує надійне збільшення виходу летких речовин з вугільної шихти, що є умовою для зростання виходу кам'яновугільної смоли з поліпшенням її якості.

ВИСНОВКИ

1. На підставі теоретичних та експериментальних досліджень розв'язана конкретна прикладна галузева задача - розроблені методи впливу добавками термопластичних полімерів на властивості кам'яновугільної смоли. Модифікуюча дія таких добавок визначається їх властивостями, кількістю і способом введення у вугільну шихту для коксування або безпосередньо в смолу.

2. Аналіз термодинамічних показників виявив можливість взаємодії вуглеводнів, гомологів етилену, з п'ятичленними гетероциклами, а також ангулярними ароматичними чотиривуглецевими угрупуваннями. Такий ефект теоретично обґрунтовує зміну якісних і кількісних показників продуктів коксування і сприяє інтенсифікації утворення вуглеводневих ароматичних структур.

3. Аналіз схеми-моделі термічної деструкції вугілля з полімерною добавкою показав зміну інтенсивності і характеру газовиділення. Тому полімерні добавки сприяють зміні механізму термічної деструкції вугілля, з перерозподілом органічної маси вугілля між твердою і парогазовою фазою і зміною їх складу.

4. Зміна механізму термічної деструкції вугілля з полімерними добавками визначається комплексом додаткових хімічних і фізико-хімічних взаємодій, що супроводжуються зростанням частки поліконденсаційних процесів. Цей ефект сприяє зменшенню енергії активації і показника ступеня процесу термічної деструкції вугілля, різних стадій метаморфізму.

5. Добавки поліетилену і полістиролу призводять до зміни хімічного складу кам'яновугільної смоли. Додавання названих полімерів дозволить розширити сировинну базу для виробництва кам'яновугільного пеку і пекового коксу.

6. Додавання поліетилену сприяє збільшенню виходу коксового залишку і вмісту речовин нерозчинних в толуолі і хіноліні. Зростання цих показників не пов'язане зі збільшенням в смолі частки твердих вугільних і напівкоксових частинок, а визначається хімізмом взаємодіючих компонентів. Найбільша зміна спостерігається при величині добавки 10 %. Подальше збільшення добавки не призводить до істотних змін властивостей і недоцільне з погляду збільшення густини смолополіетиленових композицій.

7. Добавка полістиролу сприяє зменшенню виходу коксового залишку і вмісту речовин нерозчинних в толуолі і хіноліні. Зміна названих показників визначається хімізмом взаємодіючих компонентів і призводить до поліпшення пластифікучих властивостей кам'яновугільної смоли. Оптимальна зміна цих показників спостерігається при величині добавки в інтервалі 10-15 %. Подальше збільшення добавки не призводить до істотних змін властивостей і недоцільне з погляду збільшення густини смолополістирольних композицій.

8. Склад, кількість і спосіб введення полімерної добавки впливає на властивості всіх продуктів коксування. Використовування вуглеводневих полімерів з лінійною і розгалуженою молекулярною структурою дозволяє, без побічних наслідків, збільшити вихід кам'яновугільної смоли. Такі зміни відповідають зменшенню густини смоли і вмісту в ній речовин нерозчинних в толуолі і хіноліні. Істотно впливає на кількісні і якісні показники смоли введення на шар вугільної шихти поліетиленвмістних добавок.

9. Застосування термопластичних полімерів у складі комплексної органічної добавки на основі фусів або кислої смолки, зменшує негативний вплив відходів коксохімічного виробництва на якість коксу і збільшує вихід кам'яновугільної смоли з поліпшенням її якості.

10. Промислові випробування на ВАТ “Дніпрококс” показали, що введення термопластичних полімерів у вугільну шихту слід здійснювати в кількості менше 3 % від маси шихти, в існуючих установках, як самостійно, так і в суміші з іншими добавками. Це забезпечить достатню умову для зростання виходу кам'яновугільної смоли.

11. Оцінювання техніко-економічних показників показало, що застосування полімерних і комплексних добавок сприяє збільшенню випуску товарної продукції на 3,21-19,48 грн в перерахунку на 1 тонну шихти для полімерних добавок і на 8,53-55,28 грн для комплексних добавок на основі фусів або кислої смолки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНИЙ В НАСТУПНИХ РОБОТАХ

1. Егоров В.М., Гончаров А.В. Влияние полимерных добавок на кинетику термической деструкции углей. // Теория и практика металлургии. - 2000. - № 3. - С. 40-42.

Здобувачем виконані обробка експериментальних даних, необхідні розрахунки, написання статті.

2. Исследование свойств и получение смолополиэтиленовых композиций / В.М. Егоров, А.В. Гончаров, Ю.С. Берлизов, Н.В. Амируллоева // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2000. - № 3. - С. 15-18.

Здобувачем здійснені експериментальні дослідження, обробка експериментальних даних, необхідні розрахунки, написання статті.

3. Исследование свойств и получение смолополистирольных композиций / В.М. Егоров, А.В. Гончаров, Ю.С. Берлизов, Н.В. Амируллоева // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2000. - № 5. - С. 10-13.

Здобувачем здійснені експериментальні дослідження, обробка експериментальних даних, необхідні розрахунки, написання статті.

4. Егоров В.М., Гончаров А.В. Особенности коксования угольной шихты с добавками твердых полимеров // Вопросы химии и химической технологии. - 2000. - № 1. - С. 137-141.

Здобувачем здійснені експериментальні дослідження, обробка експериментальних даних, необхідні розрахунки, написання статті.

5. Егоров В.М., Гончаров А.В. Совместимость каменноугольных фусов как добавки к угольной шихте с другими органическими отходами // Углехимический журнал. - 2000. - № 3-4. - С. 11-15.

Здобувачем здійснені експериментальні дослідження, обробка експериментальних даних, необхідні розрахунки, написання статті.

6. Гончаров А.В. Особенности изменения кинетических параметров термической деструкции углей с добавкой синтетических полимеров // Вопросы химии и химической технологии. - 2005. - № 1. - С. 168-172.

7. Егоров В.М., Гончаров А.В. Модификация каменноугольной смолы добавками полиэтилена // Тези доп. Третьої міжнародної конференції “Наука і освіта `2000” - К. - Дніпропетровськ - Харків - Черкаси. - Том 16. - 2000. - С. 20-21.

Здобувачем здійснені експериментальні дослідження, обробка експериментальних даних, необхідні розрахунки, написання тез і доповідь на конференції.

8. Егоров В.М., Гончаров А.В. Особенности коксований угольной шихты с добавками полиэтилена // Тези доп. Третьої міжнародної конференції “Наука і освіта `2000” - К. - Дніпропетровськ - Харків - Черкаси. - Том 16. - 2000. - С. 22.

Здобувачем здійснені експериментальні дослідження, обробка експериментальних даних, необхідні розрахунки, написання тез і доповідь на конференції.

9. Егоров В.М., Гончаров А.В. Зависимость механической прочности коксобрикетов от свойств связующих материалов // Тези доп. Четвертої міжнародної конференції “Наука і освіта `2001”. - Дніпропетровськ - Дніпродзержинськ - Харків - Черкаси - Житомир. - Том 10. - 2001. - С. 20.

Здобувачем здійснені експериментальні дослідження, обробка експериментальних даних, необхідні розрахунки, написання тез і доповідь на конференції.

10. Гончаров А.В. Влияние твердых термопластичных полимеров на выход и свойства продуктов коксования // Тези доп. третьої всеукраїнської науково-практичної конференції студентів аспірантів та молодих вчених “Екологія. Людина. Суспільство” - К. - 2000. - С. 88.

11. Гончаров А.В. Совместная утилизация отходов термопластических полимеров и вторичных продуктов КХП // Тези доп. Міжнародної науково-технічної конференції “Прогрес в технології горючих копалин та хімотології паливно-мастильних матеріалів” - Дніпропетровськ. - 2005. - С. 158-159.

12. Гончаров А.В. Возможность удаления бензпиренов из продуктов КХП // Тези доп. Міжнародної науково-технічної конференції “Прогрес в технології горючих копалин та хімотології паливно-мастильних матеріалів” - Дніпропетровськ. - 2005. - С. 159-160.

АНОТАЦІЇ

Гончаров О.В. Дослідження і розробка методів впливу на вихід і властивості кам'яновугільної смоли добавками високомолекулярних речовин. - Рукопис. Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.07. - Хімічна технологія палива і паливно-мастильних матеріалів. - Український державний науково-дослідний вуглехімічний інститут (УХІН), Харків, 2006.

Теоретично і експериментально обґрунтований та вивчений вплив добавок синтетичних термопластичних полімерів на кінетичні параметри термічної деструкції вугілля, різних стадій метаморфізму, впливаючих на зміну властивостей продуктів коксування. Розроблена методика отримання смолополімерних композицій і виявлений модифікуючий ефект введених полімерних добавок. Встановлений вплив виду і вмісту полімерів на характеристики одержаних композицій з кам'яновугільною смолою. Доведена дія різних полімерів і їх кількості, а також способу введення полімерної добавки у вугільну шихту на вихід і властивості кам'яновугільної смоли. Розроблена і досліджена схема сумісного введення у вугільну шихту полімерних добавок з іншими добавками, які використовуються в коксохімічному виробництві.

Ключові слова: термічна деструкція, полімерна добавка, смолополімерні композиції, комплексна добавка, фуси, кисла смолка.

Гончаров А.В. Исследование и разработка методов воздействия на выход и свойства каменноугольной смолы добавками высокомолекулярных веществ. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.17.07. - Химическая технология топлива и горюче-смазочных материалов. - Украинский государственный научно-исследовательский углехимический институт (УХИН), Харьков, 2006.

Теоретически и экспериментально обосновано и изучено влияние добавок синтетических термопластических полимеров на кинетические параметры термической деструкции угля, различных стадий метаморфизма. Изменение механизма термической деструкции угля с полимерными добавками определяется комплексом дополнительных химических и физико-химических взаимодействий, которые сопровождаются интенсификацией процессов синтеза термически стойких структур. Этот эффект приводит к уменьшению энергии активации и показателя степени процесса термической деструкции угля различных стадий метаморфизма. Изменение интенсивности и характера газовыделения является достаточным условием для вероятного роста выхода парогазовых продуктов коксования и в частности каменноугольной смолы. Химическое взаимодействие продуктов термической деструкции полимеров и угля, а также прямой переход продуктов термодеструкции добавки в парогазовые продукты коксования должно привести к росту углеводородной составляющей каменноугольной смолы и других химических продуктов.

Изучение свойств смесей каменноугольной смолы с продуктами термической деструкции полимеров дает возможность допустить влияние их перехода в смолу и дает представление о действии расплава полимеров на ее свойства. Исследования проводились на модельных смолополимерных композициях, состав и методика приготовления которых были специально разработаны. Добавление полиэтилена приводит к увеличению выхода коксового остатка и содержания веществ, нерастворимых в толуоле и хинолине. Наибольшее изменение этих показателей наблюдается при величине добавки 10 %. Добавление полистирола способствует уменьшению выхода коксового остатка и содержания веществ, нерастворимых в толуоле и хинолине. Наиболее приемлемое изменение этих показателей наблюдается при величине добавки в интервале 10-15 %. Добавление названных полимеров в каменноугольную смолу, в количестве 10-15 %, позволит расширить сырьевую базу для производства каменноугольного пека и пекового кокса.

Проведенные коксования промышленных угольных шихт с добавками термопластичных полимеров показали, что количество и способ введения полимерной добавки в шихту для коксования воздействует на качественные и количественные характеристики каменноугольной смолы. Неароматические углеводороды с линейной или разветвленной структурой, образующиеся в процессе термической деструкции углеводородных полимеров, таких как полиэтилен, существенно улучшают качественные показатели каменноугольной смолы. Поэтому предпочтение необходимо отдавать полиэтиленсодержащим добавкам.

С целью проверки совместимости добавок отходов коксохимического производства с добавками термопластичных полимеров было исследовано влияние комплексных добавок к угольной шихте. В качестве коксохимических отходов взяты кислая смолка сульфатного отделения и каменноугольные фусы. Перечисленные отходы отдельно или в комбинации с твердыми термопластичными полимерами добавлялись к угольной шихте для коксования. Состав комплексных добавок выбирался из соображений увеличения насыпной плотности и спекающей способности шихты. Коксования показали, что добавка каменноугольных фусов и кислой смолки в угольную шихту для коксования приводит к снижению выхода и качества кокса и улучшению качественных и количественных показателей каменноугольной смолы. Применение комплексной органической добавки, состоящей из термопластичных полимеров, фусов или кислой смолки уменьшает отрицательное влияние перечисленных отходов коксохимического производства на качество кокса и увеличивает выход каменноугольной смолы с улучшением ее качества. Схема приготовления и подачи комплексной добавки в шихту для коксования испытывалась в промышленных условиях.

Ключевые слова: термическая деструкция, полимерная добавка, смолополимерные композиции, комплексная добавка, фусы, кислая смолка.

Goncharov A.V. Research work on working out the impact methods of high-molecular substances over the output and quality of tar pitch. - Manuscript. The dissertation for the scientific degree of Candidate of engineering sciences on a specializing 05.17.07. - chemical technology of fuels and lubricants. The Ukrainian State Research Institute for Carbochemistry (UkhIN), Kharkiv, 2006.

The theoretical and experimental research and validation of additive influence of synthetic thermoplastic polymer upon kinetic characteristics of coal thermal decomposition at different metamorphism phases, which can alter coke by-product characteristics. The method of tar-yielding polymeric components is developed and a modification effect of polymeric doping is explored. Influence of type and content of the polymer upon the characteristics of the tar pitch composition received is proved. The effects of different polymer, its quantity, and procedure of doping the charge coal on specific yield and quality of tar pitch are determined. The scheme of doping the charge coal with other polymer additives, used in by-product-coking industry is elaborated.