Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливої проблеми коксохімічного виробництва – розвитку наукових основ комплексної ресурсо- та енергозберігаючої екологічно чистої технології коксохімічного виробництва у складі технологій: виробництва бездимного твердого палива, газифікації бездимного твердого палива з отриманням синтез-газу, часткового брикетування вугільної шихти перед коксуванням, позапічної обробки коксу водним розчином пентаборату калію.
Отримала подальший розвиток концепція ресурсозберігаючої технології енерго-хіміко-технологічної переробки вугілля на засадах екологічного підходу. Встановлена можливість створення гнучкої комплексної технології, яка дозволить здійснити диверсифікацію коксохімічного виробництва без його докорінної реконструкції.
Розвинені уявлення щодо основних особливостей енерго-хіміко-технологічної переробки низькосірчистої слабкометаморфізованої високозольної вугільної сировини, які полягають у формуванні нових теплотехнічних властивостей штучного енергетичного палива та поліпшенні його кінетичних і динамічних характеристик спалювання.
Отримано нові уявлення про кінетику та динаміку вигорання бездимного твердого палива. Встановлена здатність бездимного твердого палива при спалюванні у середньотемпературній зоні (до 5600С) реагувати з киснем повітря на начальному етапі конверсії (Х=6-8%) у кінетичній фазі із швидкістю, більш високою (максимальна питома швидкість горіння вуглецю Rm04,2∙10-4 1/с) у порівнянні з високометаморфізованими паливами.
Доведена здатність бездимного твердого палива у високотемпературній зоні (більше за 8000С) переводити режим горіння до зовнішньодифузійної фази. Встановлено, що в процесі високотемпературного спалювання збільшується його швидкість (тривалість вигорання – 400 с) та інтенсифікуються процеси в промислових енергетичних установках.
Обґрунтовано технологічні умови реалізації процесу брикетування вугільної шихти з індивідуальною багатокомпонентною зв’язуючою речовиною, сформованою з рідких відходів коксохімічного виробництва. Встановлено та експериментально підтверджено параметри процесу брикетування: вологість вугілля (вугільної шихти), що брикетується, має бути менше 8%, кількість зв’язуючої речовини 10-15%, температура змішування суміші вугілля та зв’язуючої речовини 50-800С, тиск пресування 50-70 МПа, час структурування брикетів при 140-1600С одна година або час витримки при 15-250С 3-5 діб.
Доведена можливість повної утилізації рідких відходів коксохімічного виробництва методом їх використання у технології часткового брикетування вугільної шихти перед коксуванням як комплексного зв’язуючого матеріалу (67% фусів, 30% кислої смолки, 3% полімерів) у кількості 10-15%. Обґрунтована здатність багатокомпонентної вуглецьвмісної зв’язуючої речовини вступати в адгезійні процеси з твердою фазою вугільної шихти, яка забезпечує міцність брикетів на стадії структурування.
Розроблено математичну модель процесу брикетування вугільної шихти з індивідуальною і багатокомпонентною зв’язуючою речовиною, сформованою з рідких відходів коксохімічного виробництва.
Досліджено взаємодію боратів лужних металів з поверхнею шматків доменного коксу у процесі позапічної обробки при використанні водного розчину пентаборату калію KB5O8 (вміст в коксі сухого пентаборату до 0,68 мас. %, неіоногенної поверхнево-активної речовини до 0,0070 мас. %).
Доведена можливість створення надійного захисного шару на шматках коксу, який інгібує реакції вуглецю коксу з киснем і вуглекислим газом у доменній печі, що дає можливість покращити показники якості коксу до рівня міжнародних стандартів: CRI ≤ 22-25% і CSR ≥ 65-70%.
Досліджено особливості та характер зміни показників якості коксу зниження реакційної здатності доменного коксу і збільшенні післяреакційної міцності після часової витримки коксу, обробленого водним розчином пентаборату калію з добавкою поверхнево-активної речовини. Встановлено чинники, що впливають на показники CSR та CRI коксу: зменшення питомої поверхні кускового коксу, яка є доступною окислювальним газам, збільшення поверхні кристалітів коксу, покритих захисним шаром дімерних аніонів B2O4-2, а також збільшення кількості іонів K+, які інтеркалірують в пористу вуглецеву структуру коксу.
Результати дисертаційної роботи використовуються у навчальному процесі при викладанні дисциплін, виконанні кваліфікаційних робіт магістрів та науково-дослідних робіт на спеціалізованих кафедрах Національного технічного університету «Харківський Політехнічний Інститут», Національного університету «Львівська політехніка», Національної металургійної академії України, Українського державного хіміко-технологічного університету, Національного авіаційного університету, Донецького національного технічного університету.
Ключові слова: ресурсозберігаюча технологія, коксохімічне виробництво, бездимне тверде паливо, позапічна обробка коксу, газифікація, брикетування, утилізація відходів.
