Реєстраційний номер
0825U001723, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
20-06-2025
Статус
Захищена
Назва роботи
УДОСКОНАЛЕННЯ РОБОТИ ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНИХ АГРЕГАТІВ З ЕЛЕКТРОТЕРМІЧНИМ КИПЛЯЧИМ ШАРОМ З МЕТОЮ ЗМЕНШЕННЯ ВИКИДІВ ПАРНИКОВИХ ГАЗІВ
Здобувач
Губинський Семен Михайлович,
Керівник Усенко Андрій Юрійович
Опонент Сімейко Костянтин Віталійович
Опонент Книш Людмила Іванівна
Опонент Ганжа Антон Миколайович
Рецензент Гупало Олена В'ячеславівна
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Український державний університет науки і технологій
Опис
Дисертація спрямована на вирішення науково-технічних задач підвищення ефективності печей з електротермічним киплячим шаром (ЕКШ) та зменшення викидів парникових газів шляхом переходу з викопного палива на електроенергію. Дослідження охоплюють гідродинаміку й тепломасообмін у печах ЕКШ, а також вплив технологічних параметрів на процеси графітації й рафінування вуглецевих матеріалів.
У першому розділі обґрунтовано доцільність використання ЕКШ у хімічній та металургійній галузях, зокрема для електронагріву замість викопного палива. Вказано на потенціал ЕКШ у виробництві бірюзового водню та термічного очищення графіту до анодної якості (вміст C ≥ 99,95%). Для цього необхідні достовірні дані щодо електричних характеристик бінарних сумішей частинок у шарі.
У другому розділі розроблено інноваційну конструкцію лабораторної печі для моделювання термічних умов ЕКШ, проведено графітацію антрациту Донецького басейну. Встановлено, що попередня кальцинація не впливає на графітацію, а кінетичні параметри процесу становлять: A = 1,79, Ea = 103,85 кДж/моль. Визначено оптимальні режими: 3000 °С, 55–60 хв.
Експериментально досліджено термічне рафінування природного графіту в умовах шокового нагрівання. Якість продукту визначається температурою (2800–3000 °С), часом (5–10 хв) і повнотою видалення домішок. Запропоновано вимоги до реалізації періодичного або безперервного процесу з уникненням агломерації частинок.
У третьому розділі вперше експериментально підтверджено нерівномірний розподіл електропровідності шару по висоті, а також неможливість ефективного нагріву дрібнодисперсного графіту у турбулентному режимі через надмірний опір і дугові пробої. Встановлено граничне співвідношення провідник/діелектрик у бінарних сумішах для забезпечення стійкого електронагріву. Доведено, що при 1000 ± 50 °С відбувається різке зменшення опору шару через відновлення оксидної плівки на SiC.
У четвертому розділі виконано оцінку викидів парникових газів методом LCA. Встановлено, що термічне очищення графіту з використанням ЕКШ дає емісію на рівні хімічної технології, але без застосування кислот і вапна, що в 10 разів зменшує потребу в очищенні стоків. Графітація у печах ЕКШ дозволяє знизити викиди на 40–50% порівняно з традиційними печами Аченсона та Кастнера.
У п’ятому розділі розроблено енергоефективні конструкції печей ЕКШ. Для графітації антрациту запропоновано дискретно-неперервні режими з камерою витримки. Для рафінування графіту розроблено піч з теплоутилізатором, що дозволяє підігрівати сировину до 500–700 °С, знижуючи енерговитрати на 15–23% без повторного забруднення продукту.
Ключові слова: електротермічний киплячий шар, штучний і природний графіт, тепломасообмін, графітація, рафінування, викиди парникових газів, теплоутилізація.
Дата реєстрації
2025-05-15
Додано/оновлено в НРАТ
2025-05-15 / 2026-07-01
