Физическое моделирование процесса тепломассообмена в камере коксования с целью управления физико-механическими свойствами каменноугольного кокса

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-79-00073

НазваниеФизическое моделирование процесса тепломассообмена в камере коксования с целью управления физико-механическими свойствами каменноугольного кокса

Руководитель Алексеев Данил Игоревич, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" , Челябинская обл

Конкурс №70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-201 - Процессы тепло- и массообмена

Ключевые слова Кокс, показатели качества кокса CRI, CSR, математические модели, поры, блокирование пор, домены, параметры La и Lc

Код ГРНТИ61.53.17

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Кокс - это продукт коксования, получаемый из смеси коксующихся марок углей. В настоящее время кокс в большей своей массе производят на коксохимических производствах для нужд металлургического производства. Помимо кокса на коксохимических производствах получают ряд ценных продуктов: сульфат аммония, сырой бензол, нафталин, пек и т.д. То есть кокс - это продукт к добавленной стоимостью и рядом дополнительных ценных продуктов, по сравнению с применение просто угля. Для широкого применения кокса в неметаллургических производствах требуется управление его качеством, то есть сочетанием реакционной способности и механической прочности (физико-механические свойства). С одной стороны, чем более кокс реакционно способен, тем он менее механически прочен. Это объясняется тем, что в теле кокса больше открытых пор, окислительный газ легче попадает в тело кокса, и тем самым ослабевают стенки пор. С другой стороны, как показала созданная математическая модель (Alekseev D., A MATHEMATICAL MODEL OF RELATION AND ORIGIN OF VARIATION BETWEEN CRI AND CSR INDEXES / D. Alekseev, A Smirnov, K Chalyy // Paliva. - 2021. - T. 13. - № 3. S. 70-85), реакционная способность может быть замедлена за счёт укрупнения размера молекулярно-ориентированных доменов. Молекулярно-ориентированный домен - это упаковка сеток графита в пакет, который измеряют в нм через характеристики Lc (высота пакета), La (ширина пакета). Крупные домены менее реакционно способны, чем мелкие домены. Это объясняется тем, что атомы углерода отрываются при окислении по краям пакета доменов, а не поперёк (не из сетки графита). С другой стороны края доменов находятся в зацеплении друг с другом. У малых доменов больше открытых краёв, чем у больших доменов. Поэтому у кокса с малыми доменами при одинаковой пористости больше реакционная способность. Таким образом, важно изучить формирование размеров доменов в коксе. Решение данной задачи позволит управлять физико-механическими свойствами кокса: формировать нужный размер доменов, и тем самым определять механическую и реакционную способность кокса. Размером пор сложно управлять при коксовании в промышленных масштабах, так как в процессе выделяется коксовый газ, который пронизывает пластическую массу углей и создаёт поры в теле кокса. Для того чтобы понять, как формируются поры и домены, необходимо смоделировать тепломассообмен, при котором тепло и и отходящий газ будут находиться под разными углами. Например, тепло подаётся снизу газ отходит вверх, тепло подаётся сбоку, газ отходит вверх, тепло с двух сторон, с четырёх сторон. При этом важно варьировать скорость коксования и масштабы коксования. Известно, что из одной и той же угольной шихты в лабораторных условиях получают кокс различного качества (в промышленных печах кокс более высококачественный) Исследование данного вопроса позволит рационально обосновать объём промышленных коксовых печей, их геометрию, режим коксования в зависимости от требуемого качества кокса по физико-механическим свойствам. В рамках проекта будут определены и обоснованы принципы вариации качества кокса по механическим свойствам в зависимости от угольной сырьевой базы, геометрии камеры коксования и способов тушения кокса

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Алексеев Д.И., Горленко Д.А., Крылова С.А., Жидков М.Ю., Геливанов А.М., Исламгулов Р.И., Шайхисламова Т.А. Взаимосвязь размеров молекулярно-ориентированных доменов и химического состава золы кокса с показателями CRI и CSR Кокс и химия, Кокс и химия. №3, С.19-34. (год публикации - 2023)
10.52351/00232815_2023_03_19

2. Алексеев Д.И., М.Ю. Жидков, А.Н. Смирнов Механическая прочность кокса в зависимости от его положения в камере коксования и параметры формирующейся доменной структуры Проблемы чёрной металлургии и материаловедения, ПРОБЛЕМЫ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ, № 1, 2023 (год публикации - 2023)
10.54826/19979258_2023_1_14

3. Алексеев Д.И., Крылова С.А., Горленко Д.А., Жидков М.Ю., Геливанов А.М., Исламгулов Р.И., Шайхисламова Т.А. Изменение размера молекулярно-ориентированных доменов в теле каменноугольного кокса Кокс и химия, Алексеев, Д.И. Изменение размера молекулярно-ориентированных доменов в теле каменноугольного кокса / Д.И. Алексеев, С.А. Крылова, Д.А. Горленко, М.Ю. Жидков, А.М. Геливанов, Р.И. Исламгулов, Т.А. Шайхисламова // Кокс и химия. – 2023. – № 11. – С. 2-11. (год публикации - 2023)
10.52351/00232815_2023_11_2

4. Алексеев Д.И., Крылова С.А. Физическое моделирование тепломассообмена при коксовании в лабораторных печах. Сообщение 1. Опыт конструирования печей (обзор) Кокс и химия, Кокс и химия. - 2024. - №4. - С.30-43 (год публикации - 2024)
10.52351/00232815_2024_4_30

Публикации