Анотація до роботи:

Кущенко К.І. – Корундовий носій каталізатора для парової конверсії вуглеводнів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спе-
ціальністю 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. – Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2009.

Дисертацію присвячено розробці наукових основ технології корундового носія каталізатора у вигляді кілець Рашига з рифленою поверхнею для процесу парової конверсії вуглеводнів в трубчатих печах агрегатів виробництва аміаку. Встановлено доцільність використання для спрямованого синтезу мікропоруватої структури корундового носія каталізатора суміші гідроксиду алюмінію гідраргілітної структури та глинозему з переважним вмістом -Al₂O₃. Доведено, що формування мікропоруватої структури під час випалу переважно відбувається завдяки видаленню з гідроксиду алюмінію конституційної води та фазовим перетворенням внаслідок перебудови його кристалічної гратки, що сприяє утворенню поруватих агрегатів з дрібнозернистого a-Al₂O₃, які мають розвинену поверхню. Обґрунтовано використання кальційвміщуючої добавки в складі глиноземної маси з метою підвищення межі міцності при стисненні, водопоглинання та питомої поверхні корундового носія каталізатора за рахунок формування під час випалу серед зерен корунду дрібних часток алюмінатів кальцію. Встановлено ефективну пластифікуючу зв’язку, яка містить метилцелюлозу, поліакриламід і гліцерин, та вологість маси з її використанням, що забезпечують виготовлення методом екструзії корундового носія каталізатора у вигляді кілець Рашига з рифленою поверхнею. Розроблено технологію та впроваджено у виробництво корундового носія каталізатора двох марок з високими показниками властивостей.

На підставі результатів проведених досліджень вирішено науково-практичне завдання одержання вітчизняного корундового носія каталізатора у вигляді кілець Рашига з рифленою поверхнею для парової конверсії вуглеводнів, який характеризується широким діапазоном розподілу пор за розміром та одночасним поєднанням високих значень водопоглинання та міцності.

1. Досліджено вплив виду та кількості глинозему і гідроксиду алюмінію в шихті, дисперсності сировинних матеріалів та температури випалу на властивості корундового носія каталізатора. Встановлено доцільність використання суміші з розміром зерен < 10 мкм (90–95 %) із гідроксиду алюмінію марки ГД00 і глинозему марки Г-00 у співвідношенні 60 : 40, одночасно змеленої у вібро-
млині, та температури випалу 1450 С, що забезпечують отримання носія каталізатора з водопоглинанням 19–21 % та межею міцності при стисненні ~ 35 МПа.

2. Дослідженнями впливу модифікуючих добавок та температури випалу на властивості корундового носія каталізатора встановлено переваги використання кальційвміщуючої добавки у вигляді крейди у кількості 1 % по СаО, що дозволяє підвищити межу міцності при стисненні корундового носія каталізатора до 50 МПа з одночасним збільшенням водопоглинання до ~ 24 %.

3. Ґрунтуючись на дослідженнях впливу пластифікуючої зв’язки та вологості мас на пластичну міцність та структурно-механічні властивості глиноземних мас встановлено ефективну пластифікуючу зв’язку, що містить метилцелюлозу, поліакриламід та гліцерин у співвідношенні 6 : 3 : 1, та оптимальну вологість маси з її використанням, які забезпечують виготовлення методом екструзії корундового носія каталізатора складної форми з високими показниками властивостей.

4. Дослідженнями процесів фазо- та структуроутворення у розробленому корундовому носії каталізатора без добавок та з кальційвміщуючою добавкою встановлено, що головний внесок у формування мікропоруватої структури вносить гідроксид алюмінію гідраргілітної структури, частки якого внаслідок видалення конституційної води та перебудови кристалічної гратки під впливом температури забезпечують утворення поруватих дрібнозернистих агрегатів з розвиненою поверхнею, які складаються із дрібнокристалічних часток a-Al₂O₃.

5. Встановлено, що переважний розмір мікропор в корундовому носії каталізатора без добавки знаходиться в інтервалі радіусів 0,1–0,6 мкм (~ 88 %), а введення кальційвміщуючої добавки у склад маси обумовлює зміну характеру поруватої структури носія каталізатора за рахунок синтезу під час випалу алюмінатів кальцію, що супроводжується збільшенням об’єму, внаслідок чого змінюється інтервал переважного розміру мікропор у межах радіусів 0,01–0,4 мкм (~ 91 %). Внаслідок цих процесів водопоглинання зразків з кальційвміщуючою добавкою підвищується, питома поверхня збільшується до 1,922 м²/г в порівнянні з 1,278 м²/г для зразків без добавки, а утворення дрібнозернистих алюмінатів кальцію приводить до збільшення міцності носія каталізатора.

6. Розроблено технологічні параметри виготовлення корундового носія каталізатора марок КНК (без добавки) та КНКК (з кальційвміщуючою добавкою) у вигляді кілець Рашига з рифленою поверхнею для парової конверсії вуглеводнів, які характеризуються водопоглинанням більш 20 %, межею міцності при стисненні 40–50 МПа. Розроблену технологію впроваджено в Україні у ВАТ “УкрНДІВ імені А.С. Бережного” (м. Харків), де здійснюється виробниц-
тво корундового носія каталізатора.

7. Виготовлені дослідні партії корундового носія каталізатора двох марок загальною кількістю 119,5 т. Після нанесення в ТОВ “НВК” Алвіго–КС” (м. Северодонецьк, Луганська обл., Україна) нікелевого каталізатора на виготовлений корундовий носій каталізатора, він по теперішній час використовується на підприємствах України, Російської Федерації та Туркменистану в трубчатих печах агрегатів виробництва аміаку для процесу парової конверсії вуглеводнів.

Публікації автора:

1. Properties and structure of corundum carrier of catalyst for the vapor reforming process / Primachenko V.V., Martynenko V.V., Dierghaputskaya L.A., Chudnova N.M., Bobelchuk K.I. // Stahl und Eisen. – 2003. – November. – P. 137–139.

Здобувачем вивчено вплив кількості глиноземів різних марок і гідроксиду алюмінію у складі мас, а також дисперсності матеріалів на процеси фазо- та структуроутворення у корундовому носії каталізатора, випаленого при 1450 С.

2. Исследование влияния некоторых добавок на свойства корундовых носителей катализаторов для химических процессов / Примаченко В.В., Мартынеко В.В., Дергапуцкая Л.А., Чуднова Н.М., Бобельчук К.И. // Збірник наукових праць ВАТ „УкрНДІВ імені А.С. Бережного”. – Харків: Каравела. – 2004. – № 104. – С. 68 – 75.

За участю здобувача встановлено вплив кальцій- та магнійвміщуючих водорозчинних добавок на властивості корундового носія каталізатора.

3. Corundum catalyst carrier with advanced strength for chemical production // Primachenko V.V., Martynenko V.V., Diergaputskaya L.A., Chudnova N.M., Bobelchuk K.I., Kariakina E.L. // Stahl und Eisen. – 2005. – September. – P. 138–142.

Здобувачем виконано дослідження впливу добавки діоксиду цирконію та крейди на мікроструктуру та властивості корундового носія каталізатора.

4. Исследование влияния вида пластификатора на структурно-механические характеристики глиноземистых масс // Примаченко В.В., Мартыненко В.В., Дергапу-
цкая Л.А., Кущенко К.И. // Огнеупоры и техническая керамика. – 2007. – № 10. – С. 25–27.

Здобувачем досліджено вплив складу пластифікуючої зв’язки на струк-
турно-механічні властивості глиноземних мас, встановлено оптимальну вологість для кожної маси. Здобувачем, ґрунтуючись на отриманих даних, обрано оптимальне співвідношення складових комбінованої пластифікуючої зв’язки.

5. Электронномикроскопические исследования фазо- и структурообразования в процессе термообработки гидраргиллита / Примаченко В.В., Мартыненко В.В., Карякина Э.Л., Кущенко К.И., Дергапуцкая Л.А. // Вісник Національного технічного університету „Харківський політехнічний інститут”. – Харків: НТУ „ХПІ”, 2008. – № 33. – С. 114–119.

За участю здобувача досліджено процеси фазо- та структуроутворення, що відбуваються під час термообробки гідроксиду алюмінію гідраргілітної структури. Встановлено механізм утворення після термообробки вище 1000 С поруватої структури матеріалу та високодисперсного активного до спікання a-Al₂O₃.

6. Патент 73668 Україна, МКІ⁷ B01J32/00, 21/04. Вогнетривка маса для виготовлення корундового носія каталізаторів: Патент 73668 Україна, МКІ⁷ B01J32/00, 21/04 / Примаченко В.В., Мартиненко В.В., Дергапуцька Л.О., Чуднова Н.М., Бобельчук К.І. (Україна); ВАТ „УкрНДІВ імені А.С. Бережного”. – № 20031212770; Заявл. 29.12.03; Опубл. 15.08.05. Промислова власність. – 2004. – № 8, кн. 1, С. 3.43. – 2 с.

За участю здобувача розроблено склад маси та органічної зв’язки, які забезпечують формування у процесі обпалювання структури корундового носія каталізатора з високою міцністю та високорозвиненою поверхнею.

7. Патент 73874 Україна, МКІ⁷ B01J32/00, 21/04. Спосіб приготування носія для каталізаторів наносного типу: Патент 73874 Україна, МКІ⁷ B01J32/00, 21/04 / Примаченко В.В., Мартиненко В.В., Дергапуцька Л.О., Чуднова Н.М., Бобельчук К.І. (Україна); ВАТ „УкрНДІВ імені А.С. Бережного”. – № 2004010024; Заявл. 08.01.04; Опубл. 15.09.05. Промислова власність. – 2005. – № 9, кн. 1, С. 3.27. – 2 с.

За участю здобувача розроблено спосіб введення кальційвміщуючої добавки до складу глиноземних мас.

8. Патент 75151 Україна, МКІ⁷ B01J21/00, 32/00. Вогнетривка маса для виготовлення корундового носія каталізатора: Патент 75151 Україна, МКІ⁷ B01J21/00, 32/00 / Примаченко В.В., Мартиненко В.В., Дергапуцька Л.О., Чуднова Н.М., Бобельчук К.І. (Україна); ВАТ „УкрНДІВ імені А.С. Бережного”. – № 2004010069; Заявл. 08.01.04; Опубл. 15.03.06. Промислова власність. – 2006. – № 3, кн. 1, С. 3.42. – 2 с.

За участю здобувача розроблено склад глиноземної маси, до якої в обраній кількості додається кальційвміщуюча добавки у вигляді оксиду кальцію, гідроксиду кальцію, крейди, вапняку, гіпсу, високоглиноземного цементу та водорозчинних солей кальцію, що забезпечує високу міцність та водопоглинання корундового носія каталізатора.

9. Исследование по повышению прочности корундового носителя катализатора паровой конверсии метана / Примаченко В.В., Мартыненко В.В., Дергапуцкая Л.А., Чуднова Н.М., Бобельчук К.И. // Технология и применение огнеупоров и тех-
нической керамики в промышленности: Тезисы докладов международной научно-тех-
нической конференции, Харьков, 7–8 апреля 2004 г. – Харьков: Каравелла, 2004. – С. 34–35.

Здобувачем вивчено вплив режимів термообробки на процеси структуро-
утворення та розподіл пор за розмірами у корундовому носії каталізатора з різною кількістю кальційвміщуючої добавки.

10. Корундовый носитель катализатора паровой конверсии метана производства ОАО «УкрНИИО имени А.С. Бережного» / Примаченко В.В., Мартыненко В.В., Дергапуцкая Л.А., Чуднова Н.М., Бобельчук К.И. // Укркатализ–IV: Тезисы докладов IV Украинской научно-технической конференции по катализу, Яремче, 6–9 сентября 2004 г. – Северодонецк: ОАО «Северодонецкая городская типография», 2004. – С. 125.

Ґрунтуючись на результатах попередніх досліджень, за участю здобувача, розроблено технологічні параметри виготовлення корундового носія каталізатора з мас на основі мелених глинозему та гідроксиду алюмінію та здійснено випуск дослідних партій означених виробів.

11. Исследование влияния Са-содержащих добавок на свойства корундового носителя катализатора / Примаченко В.В., Мартыненко В.В., Дергапуцкая Л.А., Чуднова Н.М., Бобельчук К.И. // Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности: Тезисы докладов международной научно-техничес-
кой конференции, Харьков, 26–27 апреля 2005 г. – Харьков: Каравелла, 2005. – С. 40–41.

За участю здобувача встановлено вплив добавок крейди, вапна, високоглиноземного цементу та MgO на фізико-механічні властивості корундового носія каталізатора.

12. The influence of some technological factors on the structure and the properties of the catalyst carrier for the methane vapor reforming process / Primachenko V.V., Martynenko V.V., Diergaputskaya L.A., Chudnova N.M., Bobelchuk K.I. // Proceedings of the Unified International Technical Conference on Refractories UNITECR’05, Orlando, Flori-
da, USA, 8–11 November 2005.– Danvers: Copyright Clearance Center, Inc., 2005. – P. 930–934.

Здобувачем досліджено залежність водопоглинання корундового носія каталізатора від кількості введеного гідроксиду алюмінію та температури випалу.

13. Исследование структурно-механических свойств формовочной массы для производства корундового носителя катализатора / Примаченко В.В., Мартыненко В.В., Дергапуцкая Л.А., Чуднова Н.М., Бобельчук К.И. // Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности: Тезисы докладов международной научно-технической конференции, Харьков, 26–27 апреля 2006 г. – Харьков: Каравелла, 2006. – С. 22–23.

Ґрунтуючись на одержаних структурно-механічних властивостях, здобувачем розраховано пружно-пластично-в’язкі властивості мас: еластичність,
Максвелів період релаксації та пластичність по Воларовичу.

14. Опыт разработки и изготовления корундовых носителей катализатора паровой конверсии метана в ОАО «УкрНИИО имени А.С. Бережного» / Примаченко В.В., Мартыненко В.В., Дергапуцкая Л.А., Чуднова Н.М., Бобельчук К.И. // Укркатализ–V: Тезисы докладов V Украинской научно-технической конференции по катализу, Киев, 4–6 июля 2006 г. – Северодонецк: ОАО «Северодонецкая
городская типография», 2006. – С. 67–68.

За участю здобувача розроблено технологічні параметри та виготовлено дослідні партії корундового носія каталізатора з добавкою крейди, що забезпечує підвищену міцність, водопоглинання та питому поверхню виробів.

15. Влияние добавки СаО на структуру и фазовый состав корундового носителя катализатора / Примаченко В.В., Мартыненко В.В., Дергапуцкая Л.А., Чуднова Н.М., Бобельчук К.И. // Сучасні проблеми технології неорганічних речовин: Тези доповідей III Української науково-технічної конференції по технології неорганічних речовин, Дніпропетровськ, 20–22 вересня 2006 г. – Дніпропетровськ: УДХТУ, 2006. – С. 95.

Здобувачем виготовлено дослідні зразки корундового носія каталізатора як з добавкою СаО, так і без неї. За участю здобувача здійснено порівняльні дослідження фазового складу та мікроструктури зразків.

16. Исследование реологических свойств глиноземистых масс для пластического формования огнеупорных изделий / Примаченко В.В., Мартыненко В.В., Кущенко К.И., Дергапуцкая Л.А. // Технология и применение огнеупоров и техничес-
кой керамики в промышленности: Тезисы докладов международной научно-техничес-
кой конференции, Харьков, 25–26 апреля 2007 г. – Харьков: Каравелла, 2007. – С. 11–12.

Здобувачем досліджено вплив вологості глиноземних мас на їх пластичну міцність та встановлено оптимальну вологість для формування кожної з мас методом екструзії. Обрано складові для комбінованої пластифікуючої зв’язки.

Всі означені публікації містять результати, які одержано безпосередньо за участю здобувача на всіх етапах дослідження, і відображають основні висновки та наукові положення дисертаційної роботи.