Розглянуто вплив температури, концентрації кисню та витрати газоповітряної суміші на ефективність окислення термоантрацитного вуглецевого зернистого матеріалу з утворенням монооксиду та діоксиду вуглецю. Змодельована установка передбачала нагрівання в термокамері зразку вуглецевого матеріалу при постійному пропусканні через зону нагрівання газоповітряної суміші, отриманої при регулюванні подачі повітря та вуглекислого газу. Температурний діапазон становив 20-850 °С. Встановлено, що помітне окислення вуглецевого матеріалу в термокамері при продуванні газоповітряних сумішей із вмістом кисню 8-21 % починається при температурах вищих 500 °С, а значні концентрації монооксиду вуглецю утворюються при температурах 600-800 °С. Визначено, що за концентрації кисню 14 % вміст монооксиду карбону у димових газах мінімальний у вибраному діапазоні концентрацій кисню 8-21 %. Показано, що при використанні газової суміші, насиченої водяними парами, ефективність доокислення монооксиду карбону зростає при температурах 650-850 °С, проте при використанні марганцевого каталізатору каталітичної дії парів води не спостерігається. Запропоновано використання марганцевого каталізатора, нанесеного у вигляді мікрокристалів на поверхню вуглецевого матеріалу, що забезпечує суттєве зниження концентрацій СО при температурах 500-850 °С. Недоліком процесу є збільшення втрат вуглецевого матеріалу в 1,6-2,0 рази за рахунок прискорення процесів окислення вугілля до СО та СО 2. Представлено можливість створення визначених умов для проведення технологічного процесу окислення термоантрацитного вуглецевого зернистого матеріалу на підприємствах для забезпечення зниження вмісту монооксиду карбону в продуктах окислення Ключові слова: монооксид вуглецю, димові гази, термоантрацитна пересипка, графітація, вуглецевий матеріал, діоксид марганцю, окислення, екологічний каталіз

The processes of the interaction of carbon material (thermoanthracite pouring) with a gas-air mixture in a heat chamber were studied while heating to 800-850°C. The influence of temperature, oxygen and carbon dioxide concentration on the formation efficiency of carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen and methane was determined. A pilot plant was created, which provided heating of the carbon material at the indicated temperatures and regulating the supply of air and carbon dioxide. It was found that a noticeable oxidation of the carbon material in the heat chamber in the presence of oxygen or carbon dioxide occurs at the temperatures above 500°C. Significant concentrations of carbon monoxide were formed at temperatures of 600-800°C. It was shown that when using gas mixtures with an oxygen content of 7-21% minimum concentrations of carbon monoxide are formed at an oxygen content of 14%. At temperatures above 500°C, the formation of hydrogen and methane in gas flows was noted. The methane yield increased with the decreasing oxygen content.

Показано, що потрапляння близько 1,7611 млн тон в рік отруйного монооксиду вуглецю в атмосферу України становить серйозну проблему, що повинна вирішуватися на рівні промислових виробництв. Обгрунтовано необхідність розробки технічних рішень щодо зниження викидів монооксиду вуглецю димових газів виробництва електродів, що утворюються головним чином у печах для випалювання. Визначено, що необхідними умовами для вибору каталізатора окислення монооксиду вуглецю є дешевизна, доступність, розповсюдженість в Україні, високі експлуатаційні характеристики та поліфункціональність з точки зору екологічного каталізу, забезпечуючи принципово безвідходну екологічну чисту технологію. При цьому вимогою до розміщення контейнерів з каталізатором є їх розташування безпосередньо в камерах печі для випалювання електродів, що забезпечує незначні матеріальні витрати на проведення процесу каталітичного окислення СО. Доведено, що при врахуванні адсорбційних властивостей цеолітів-клиноптилолітів Сокирницького родовища Закарпатській області України та можливості їх практичного застосування в промислових масштабах, використання даних природних матеріалів з метою вирішення екологічних проблем є актуальним і не викликає сумніву. В результаті проведення дослідження процесу окислення СО в створеній лабораторній установці було визначено, що для досягнення 100 %-вої конверсії монооксиду вуглецю за температури 390 ºС необхідно застосовувати оксидно-мідномарганцевий каталізатор 30:70 (30 % CuO+70 % MnO2) на основі цеоліту. Разом з тим, більшість переваг для використання має оксидно-марганцевий каталізатор на основі цеоліту, при застосуванні якого ступінь перетворення СО складає 92,8 %. Даний висновок обґрунтовано не лише можливістю отримання каталізатора без попередньої обробки цеоліту, навіть з відпрацьованих сорбентів очищення марганцевмісної природної води, що притаманно Україні, але і нетоксичністю у випадку захоронення або зберігання на звалищах, так як компоненти каталізатора мають природне походження. Мікрорентгеноспектральним аналізом шліфа зразка визначено вміст основних елементів оксидномарганцевого каталізатора на основі цеоліту. Розраховано його питому поверхню, загальний об'єм пор і розподіл пор за розміром за допомогою адсорбційних даних, отриманих низькотемпературними методами адсорбції / десорбції азоту, з використанням методів Брунера-Еммета-Теллера, Барретта-Джойнера-Халенди та теорії функціональної щільності. Шляхом якісного рентгенофазового аналізу, визначено фазовий склад зразку порошку поверхні каталізатора. Розроблено технічне рішення зі зниження викидів монооксиду вуглецю з димовими газами печей для випалювання електродів, яке включає розміщення контейнерів прямокутного перерізу з оксидно-марганцевим каталізатором на основі цеоліту у вогневих каналах цих печей у камерах, що підігріваються димовими газами.

Розроблено методику визначення ефективних теплофiзичних властивостей сипких матерiалiв рiзного гранулометричного та матерiального складу, що базується на поєднаннi дискретного i континуального уявлень про середовище. Сформульовано задачу механотермiчного стану цилiндричного шару сипкого матерiалу для визначення його ефективних теплофiзичних властивостей. На базi дискретно-континуальних уявлень про сипке середовище запропоновано пiдхiд та розроблено методику розв'язання поставленої задачi. Розроблено алгоритм визначення ефективних значень теплофiзичних властивостей сипких матерiалiв. Числову реалiзацiю розробленої методики виконано з використанням вiльно вiдкритого програмного забезпечення (LIGGGHTS, ParaView). Пропонована методика дає змогу визначити ефективнi значення теплофiзичних властивостей сипкого матерiалу (насипної густини, ефективного коефiцiєнта теплопровiдностi та ефективного значення iзобарної масової теплоємностi) довiльного матерiального й гранулометричного складу. У цьому разi потрiбне проведення мiнiмального обсягу складних i витратних експериментальних дослiджень з наступним числовим моделюванням процесу механотермiчного стану дослiджуваного сипкого матерiалу. При цьому iстиннi фiзичнi властивостi можна брати з довiдникiв. На прикладi модельного матерiалу визначено ефективнi теплофiзичнi властивостi сипких матерiалiв за рiзного гранулометричного складу та проведено верифiкацiю розробленої методики. Встановлено, що данi розрахункiв ефективної теплопровiдностi за розробленою методикою вiдрiзняються вiд даних, отриманих за осередненими теоретичними залежностями, в межах 0,8-9,0 %. Результати дослiдження є корисними для числового аналiзу в континуальному наближеннi теплових режимiв процесiв та обладнання, де застосовуються сипкi матерiалиКлючовi слова: сипкий матерiал, дискретна i континуальна моделi, ефективнi теплофiзичнi властивостi, матерiальний i гранулометричний склад

Об'єктом дослідження є шкідливі для довкілля викиди на прикладі викидів підприємства-виробника електродів ПрАТ «Укрграфіт» (Запоріжжя, Україна). А також вуглецевий матеріал, в процесі термообробки якого відбувається утворення монооксиду вуглецю, з урахуванням застосування каталізатора безпосередньо в технологічному процесі термообробки вуглецевого матеріалу. На основі моделювання розсіювання викидів ПрАТ «Укрграфіт» в атмосферному повітрі з урахуванням розмірів санітарно-захисної зони показано, що приземна концентрація СО з урахуванням фонового забруднення перевищує гранично допустиму концентрацію (ГДК) в контрольних точках. Визначено, що для досягнення встановлених нормативів на межі житлової забудови необхідно модернізувати виробництво шляхом впровадження науково-технічних рішень по захисту атмосфери від забруднення монооксидом вуглецю. Проведено фізичне моделювання процесів термообробки вуглецевих матеріалів для виробництва електродів, таких як пересипка, гранульований пек, шихта для заготовок, на лабораторній установці. Проведено оцінку термічного режиму на рівень викидів монооксиду вуглецю при випалюванні вуглецевого матеріалу. Співставлено результати з даними, отриманими при обстеженні параметрів роботи печей на підприємстві. Визначено ефективність застосування каталізатора безпосередньо в технологічному процесі термообробки вуглецевого матеріалу на ефективність доокислення монооксиду вуглецю. Встановлено, що успішне вирішення проблеми перевищення нормативу викидів монооксиду вуглецю в технології виробництва електродів можливе при використанні пересипки, модифікованої діоксидом марганцю з вмістом MnО 2 1,5 %. Показано, що після каталітичного знешкодження монооксиду вуглецю максимальна приземна концентрація СО на межі житлової забудови з урахуванням фонового забруднення не перевищує гранично допустиму концентрацію. Завдяки цьому забезпечується отримання 0,576638ГДК від величини максимально разової гранично допустимої концентрації монооксиду вуглецю, що мінімізує екологічні ризики від викидів підприємства для населення. Модернізація виробництва шляхом впровадження системи каталітичного знешкодження монооксиду вуглецю, що не вимагає спеціального устаткування, у порівнянні з відомими аналогами не потребує значних капіталовкладень. Ключові слова: монооксид вуглецю, димові гази, вуглецевий матеріал, діоксид марганцю, атмосферне повітря, знешкодження, модернізація виробництва, зниження викидів. 1. Вступ Захист повітряного басейну від забруднення токсичними викидами є надзвичайно важливим для всіх країн світу, проте по всій планеті повітряна маса