ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СВЯЗУЮЩИХ НА ПАРАМЕТРЫ ПОРИСТОЙ СТРУКТУРЫ ГРАНУЛИРОВАННЫХ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ НА БАЗЕ НЕФТЯНЫХ КОКСОВ

_ВЕСТНИК ПНИПУ_

2021 Химическая технология и биотехнология № 1

ТЕХНОЛОГИЯ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ И ГАЗА

DOI: 10.15593/2224-9400/2021.1.06 УДК 661.183.2

В.А. Стрелков, А.С. Ширкунов, В.Г. Рябов, А.Д. Чучалина, А.В. Шнейдер, Д.В. Локтеев, Н.Д. Кифель

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СВЯЗУЮЩИХ НА ПАРАМЕТРЫ ПОРИСТОЙ СТРУКТУРЫ ГРАНУЛИРОВАННЫХ АКТИВНЫХ УГЛЕЙ НА БАЗЕ НЕФТЯНЫХ КОКСОВ

Активированный уголь (АУ) является широко используемым в промышленности сорбентом. Угли различных марок применяются в процессах адсорбционной очистки, при рекуперации растворителей, а также для очистки питьевой воды, стоков, отходящих газов.

Отдельным классом АУ являются гранулированные активные угли (ГАУ), получаемые путем связывания частиц угольной пыли в пластичную массу с применением жидкого компонента - связующего, после чего выполняется экструзия данной композиции с получением гранул для дальнейшей термообработки и производства готового продукта с развитой пористой структурой.

В настоящей работе изучено влияние вида и характеристик связующих на пористую структуру ГАУ. Рассмотрены как связующие на базе тяжелых нефтепродуктов, так и традиционно применяемые лесохимические и коксохимические смолы. Приведено сравнение их коксуемости и вязкостных свойств при различных температурах. В качестве основного углеродсодержащего сырья использован нефтяной кокс установки замедленного коксования марки КЭС (кокс электродный суммарный).

Образцы ГАУ, полученные при лабораторном гранулировании, карбонизации и активации, проанализированы с определением характеристик пористой структуры: удельной площади поверхности по методу БЭТ, удельной площади внешней поверхности (поверхность макро- и мезопор) и объема микропор по методу t-plot. Параметры основных технологических стадий получения образцов ГАУ были постоянными.

Результаты исследований показали, что природа и параметры качества используемых связующих (в частности, их коксуемость в изученном интервале от 5 до 21 мас. %) не оказывают существенного влияния на проанализированные характеристики пористой структуры получаемых ГАУ. Это указывает на возможность замены традиционных компонентов связующих для производства ГАУ на смеси тяжелых нефтепродуктов, а также допускает варьирование их состава в достаточно широких пределах.

С учетом применения в качестве основного углеродсодержащего сырья нефтяных коксов показана возможность производства гранулированных активных углей на

полностью нефтяной основе. Получаемый продукт имеет значительную удельную площадь поверхности (более 500 м2/г), сравнимую с промышленно выпускаемыми сорбентами на базе каменных углей.

Ключевые слова: гранулированные активные угли, связующее, нефтяной кокс, тяжелые нефтяные остатки, пористая структура.

V.A. Strelkov, A.S. Shirkunov, V.G. Riabov, A.D. Chuhalina, A.D. Shneider, D.V. Lokteev, N.D. Kifel'

Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation

INFLUENCE OF THE BINDER PROPERTIES ON THE POROUS STRUCTURE OF EXTRUDED ACTIVATED CARBON BASED ON PETROLEUM COKE

Activated carbon (AC) is a widely used industrial sorbent. Activated carbons of various grades are used in adsorption purification processes, in solvent recovery, as well as for the purification of drinking water, effluents, waste gases.

One of AC types are extruded activated carbons (EAC) obtained by linking carbon dust particles into a pastelike mass using a liquid component - a binder, after which this composition is extruded to obtain granules for further heat treatment and the production of a end-product with a developed porous structure.

In present article, effect of the type and characteristics of binders on the porous structure of EAC was studied. Both binders based on heavy oil residues and conventional wood tar and coal tar are considered. A comparison of their Conradson carbon residue and viscosity properties at different temperatures is given. Petroleum coke of the delayed coking unit of AGC grade (anode-grade coke) was used as the main carbon-containing raw material.

EAC samples obtained in laboratory granulation, carbonization, and activation were analyzed to determine the characteristics of the porous structure - BET specific surface area, external surface specific area (surface area of macro- and mesopores) and micropore volume by the t-plot method. The parameters of the main technological stages of obtaining EAC samples were constant.

The research results showed that the nature and properties of the binders used (in particular, their Conradson carbon residue in the studied range from 5 to 21 wt. %) do not significantly affect the analyzed characteristics of the porous structure of the EAC samples. This indicates the possibility of replacing traditional components of binders for the EAC production with a mixture of heavy oil products, and also allows varying their composition in a fairly wide range.

Taking into account the use of petroleum coke as the main carbon-containing raw material, the possibility of producing extruded activated carbons on a completely petroleum base is shown. The end-product has a significant specific BET surface area (more than 500 m2/g), comparable to commercially available sorbents based on coal.

Keywords: extruded activated carbon, binder, petroleum coke, heavy oil residues, porous structure.

Основной мировой тенденцией в структуре потребления активных углей в последние десятилетия является их растущее использование в решении задач охраны окружающей среды и водоподготовки [1, 2]. Однако из-за того, что ассортимент и объем производства углеродных адсорбентов в российской промышленности не соответствует потребностям, доля импорта на рынке активных углей (АУ) составляет порядка 75 %.

Суммарное потребление АУ превышает 2 млн т в год, при этом его рост обеспечивается за счет развивающихся стран. Примерно 80 % от общего объема потребления АУ приходится на использование в очистке жидкой фазы, например воды (водоподготовка), остальные 20 % применяются при обработке газов. Одной из особенностей развития мирового рынка АУ в течение последних лет был стремительный рост объемов использования порошкообразного АУ для улавливания ртути. Этому способствует ужесточение законодательства в области сокращения выбросов ртути и других металлов, а также кислых газов, выделяющихся при сжигании топлива на угольных и мазутных электростанциях [3].

В настоящее время АУ в основном производятся из углеродсо-держащих минеральных материалов, таких как каменные и бурые угли, а также из сырья органического и растительного происхождения: торф, скорлупа кокосовых и грецких орехов, косточки плодов и др. [4, 5].

В работе [6] описываются исследования по получению активных углей при помощи физической и химической активации из нефтяных песков. Результаты экспериментов показывают, что данное сырье является высокоперспективным и может рассматриваться в качестве промышленного сырья.

Изучению оптимальных подходов к подготовке и термообработке данных сырьевых компонентов для получения углеродных сорбентов посвящено значительное количество исследований. Имеются и работы, рассматривающие производство АУ на базе вторичного сырья, в частности в работе [7] представлены результаты исследования по термической утилизации полимерных деталей на основе полипропилена и поликарбоната с получением активных углей, по сорбционным характеристикам аналогичных АУ, применяемых в практике очистки сточных вод.

Несмотря на широкий спектр типов сырья, потенциально применимого для получения активных углей в производственных масштабах, задача поиска дешевого и доступного альтернативного сырья остается весьма актуальной.

В то же время нефтеперерабатывающая отрасль России и зарубежья стремится к повышению глубины переработки нефти, а также к росту ее рентабельности [8-10]. Это выражается в том числе и в значительном увеличении мощностей установок замедленного коксования, поскольку данный процесс является наиболее распространенным методом переработки самой тяжелой части нефти - гудрона. Такой подход действительно позволяет получать дополнительные количества топливных фракций из малоценного остатка вакуумной перегонки нефти, однако одновременно он приводит к повышению объема производства низкокачественного сернистого нефтяного кокса, который затруднительно использовать для производства электродов (основного потребителя нефтяного кокса многих предприятий РФ).

В связи с этим исследователи активно прорабатывают возможность получения АУ из тяжелого нефтяного сырья. Примером такого сырья являются тяжелые нефтяные остатки и продукты их переработки, например, нефтяные пеки и коксы. По сравнению с традиционными видами сырья (например, растительного или минерального происхождения) нефтяное имеет определенное преимущество - сравнительно высокое постоянство его свойств при относительно больших объемах производства благодаря возможности контролировать процесс его получения [11].

В работе [12] рассмотрено производство АУ с использованием нефтяного кокса, при этом отмечается, что максимальный количественный выход углеродного материала с удельной площадью поверхности от 270 до 460 м2/г достигается при потере массы углеродного материала порядка 30-45 %. В источнике [13] сообщается о получении активированного угля путем физической активации из нефтяного кокса процесса замедленного коксования с удельной площадью поверхности до 494 м2/г.

В исследовании [14] подтверждена возможность применения в качестве связующих для производства гранулированных АУ тяжелых остатков нефтепереработки и нефтехимии. Показано, что при использовании в качестве углеродистого материала каменных углей, а в качестве связующего смесей высококипящих нефтепродуктов можно обеспечить получение углеродных сорбентов высокого качества при улучшении стабильности и технологичности их производства.

Поэтому исследования в области организации производства активированного углеродного материала на базе нефтяного кокса в на-

стоящее время весьма актуальны и позволят расширить возможности квалифицированного применения данного продукта нефтепереработки.

Одним из типов АУ являются гранулированные активные угли (ГАУ), технология производства которых включает в себя кроме основных стадий термообработки (карбонизации и парогазовой активации) также процессы смешения пыли углеродсодержащего сырья со связующим и гранулирование получаемой угольно-смоляной композиции. Свойства гранулированных активных углей и параметры процесса грануляции в значительной степени определяются характеристиками и составом сырьевых компонентов.

Одним из компонентов, определяющих свойства ГАУ, является связующее. Оно предназначено как для связывания частиц угольной пыли в пластичную массу с целью эффективного формования исходных (сырых) гранул углеродного сорбента экструзией, так и для соединения данных частиц в прочную гранулу с развитой пористой структурой в результате термообработки.

Важными характеристиками любого связующего, обеспечивающего формуемость угольно-смоляных композиций (УСК) в гранулы и их прочность при дальнейшем термическом модифицировании, являются вязкость и содержание коксового остатка. Оптимальные значения вязкости связующего обеспечивают требуемую пластичность угольно-смоляной композиции, при отсутствии которой возможно неравномерное распределение угольного порошка в объеме связующего и нарушение процесса гранулирования угольно-смоляной композиции экструзией через фильеры. Низкое содержание коксового остатка в связующем может привести к недостаточному количеству образующихся в процессе термообработки углеродных мостиков, что не обеспечивает необходимую прочность гранул готового угля. В то же время высокое содержание коксового остатка может привести к закоксовыванию пор получаемого сорбента и, как следствие, к снижению его активности. Кроме того, типичные связующие - каменноугольные смолы - являются сильными канцерогенами, поэтому их замена в составе связующих другими менее токсичными компонентами также представляет значительный интерес [15]. Именно поэтому тема поиска оптимального связующего, позволяющего получать гранулированный сорбент со стабильно высокими характеристиками, остается актуальной и на сегодняшний день.

В настоящей работе рассмотрено влияние свойств различных видов связующих, как традиционных (полученных на основе лесохими-

ческих и коксохимических смол), так и нефтяных, на характеристики пористой структуры получаемых с их использованием ГАУ.

В качестве компонентов нефтяных связующих исследовались следующие тяжелые остатки нефтепереработки: вакуумные остатки ректификации мазута - гудроны с различной вязкостью (Гудрон-1 и Гудрон-2), легкий и тяжелый газойли установок замедленного коксования (ЛГК и ТГК), получаемые на ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез». Ряд параметров качества данных компонентов, а также их углеводородный состав, определенный методом высокоэффективной жидкостной хроматографии, приведен в табл. 1.

Таблица 1

Характеристики исходных компонентов нефтяных связующих

Характеристика ЛГК ТГК Гудрон-1 Гудрон-2

Показатели качества

Плотность при 20 °С, кг/м3 848,5 920,8 979,2 1001,0

Условная вязкость при 80 °С, с - - 26 86

Содержание серы, мас. % 1,81 2,36 2,06 3,18

Коксуемость, мас. % 0,00 0,37 12,7 15,9

Групповой химический состав, мас. %:

Парафино-нафтеновые углеводороды 3,5 17,0 24,5 14,9

Моноциклические арены 51,3 36,5 25,2 22,2

Бициклические арены 26,8 20,1 21,5 23,9

Трициклические арены 17,8 22,0 15,4 18,5

Полициклические арены 0,6 4,4 7,3 8,0

Асфальтены и тяжелые смолы - - 6,1 12,5

Ключевыми характеристиками связующих для производства ГАУ считаются их вязкостные свойства и содержание коксового остатка. Коксуемость по Конрадсону и вязкостные характеристики смесевых нефтяных связующих приведены в табл. 2. Вязкость при различных температурах определялась на автоматическом реометре Anton Paar Physica MCR 102.

Для сравнения в табл. 2 также представлены результаты анализа связующих, типичных для производства гранулированных активных углей: коксохимической смолы, полученной из жидких продуктов коксования каменного угля на предприятии ОАО «Губахинский кокс» (КХС), а также лесохимической смолы, на основе жидких продуктов пиролиза древесины в ЗАО «Верхнесинячихинский лесохимический

завод» (ЛХС). На действующих предприятиях по производству ГАУ подобные компоненты используются как в индивидуальном виде, так и в составе смесевых связующих.

Таблица 2

Сравнение характеристик смесевых связующих на базе высококипящих нефтепродуктов и связующих на основе коксохимических и лесохимических смол

Состав связующего, мас. %

Характеристика Гудрон-1 - 100 Гудрон-1 - 78, ТГК - 22 Гудрон-1 - 90, ЛГК - 10 Гудрон-2 - 100 Гудрон-2 - 66, ТГК - 34 Гудрон-2 - 50, ТГК - 50 ЛХС - 100 КХС - 100

Код смесевого связующего* - Г1/Т22 Г1/Л10 - Г2/Т34 Г2/Т50 - -

Коксуемость, % 12,7 9,85 11,6 15,9 10,7 8,18 5,31 21,0

Динамическая вязкость, Пас, при температуре:

20 °С 194,6 19,07 25,08 351,2 10,16 1,859 2,845 3,922

40 °С 28,58 1,899 2,756 38,90 1,228 0,322 0,255 0,431

60 °С 3,804 0,387 0,527 14,69 0,287 0,094 0,075 0,094

80 °С 0,952 0,126 0,167 3,059 0,099 0,039 0,030 0,033

100°С 0,320 0,052 0,068 0,878 0,043 0,020 0,015 0,015

* Код смесевых нефтяных связующих состоит из вида высоковязкого компонента (Г1 и Г2, обозначающие Гудрон-1 и Гудрон-2 соответственно) и вида разбавителя - маловязкого компонента (Л и Т, обозначающие ЛГК и ТГК соответственно) через дробь, цифра характеризует содержание маловязкого компонента, мас. %.

Лесохимические и коксохимические смолы существенно отличаются от нефтяных остатков по химическому составу (в частности имеют весьма высокое содержание гетероатомных соединений на базе кислорода и азота), что делает их малорастворимыми в нефтепродуктах и затрудняет получение однородных смесевых связующих. Помимо этого некоторые из указанных смол склонны к существенному изменению своих свойств (например, вязкости) при выдерживании их при повышенной температуре. Упомянутые особенности являются факторами

снижения технологичности производства ГАУ с их использованием и делают поиск альтернативных связующих особенно значимым.

Ранее проведенные исследования и промышленные данные указывают, что для обеспечения оптимальной формуемости угольно-смоляной композиции требуется динамическая вязкость связующего порядка 0,1-1,0 Пас, соответственно типичная температура смешения пыли уг-леродсодержащего материала и связующего составляет 50-70 °С. Анализ данных табл. 2 показывает, что гудроны в чистом виде имеют слишком высокую вязкость при данных условиях, поэтому требуется или повышение температуры смешения и гранулирования, или добавление в связующее менее вязкого компонента. Такие маловязкие продукты, как ЛГК и ТГК, в индивидуальном виде не обладают требуемой консистенцией для получения устойчивой угольно-смоляной композиции, поэтому в первую очередь они рассматривались как пластификаторы сме-севых связующих на базе нефтепродуктов. Кроме того, при их добавлении снижалась коксуемость связующего до предпочтительных значений порядка 10 % [14].

В качестве угольной основы ГАУ - пыли углеродсодержащего материала - в настоящей работе использовали нефтяной кокс установки замедленного коксования ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез» марки КЭС (кокс электродный суммарный).

Характеристики нефтяного кокса марки КЭС - углеродсодержа-

щей основы ГАУ:

массовая доля воды, % .........................................................0,47

массовая доля зольных компонентов, % ............................0,20

массовая доля серы, %..........................................................3,30

выход летучих веществ, мас. %...........................................7,67

истинная плотность, кг/м3..................................................... 1386,4

кажущаяся плотность, кг/м ..................................................1101,0

пористость, % ........................................................................ 22,52

суммарный объем пор, см3/г................................................. 0,2096

предельный объем сорбционного пространства, см /г...... 0,0080

удельная площадь поверхности, м2/г...................................2,85

Характеристики пористой структуры (в том числе суммарный объем пор и предельный объем сорбционного пространства - сумма объемов микро- и мезопор, которые и принимают основное участие в адсорбции) в данном исследовании определяли с применением анализатора сорбции газов Quantachrome NOVA-1200 путем адсорбции азота при температуре его конденсации.

Кусковой углеродсодержащий материал размалывали на шаровой мельнице и просеивали на вибросите с отделением частиц с диаметром менее 0,1 мм (коксовая пыль), данную фракцию кокса применяли для приготовления угольно-смоляной композиции (УСК) с выбранным видом связующего.

Методика получения УСК заключалась в следующем. Навеску коксовой пыли помещали в термостатируемый Z-образный смеситель (предварительно нагретый до 60 °С с помощью термостатируемой рубашки) и перемешивали в течение 10-15 мин для прогрева массы. Параллельно с этим нагревали связующее до 60 °С в сушильном шкафу с последующим перемешиванием. В случае применения в качестве связующего чистого Гудрона-1 температуру нагрева смесителя и связующего увеличивали до 80 °С. После прогрева коксовой пыли в запущенный смеситель добавляли связующее в количестве 33-35 мас. % от навески углеродсодержащего материала и продолжали перемешивание в течение 15 мин. Если смесь получалась недостаточно пластичной, то добавляли еще 1-3 мас. % связующего и повторно проводили перемешивание в течение 15 мин. Далее из полученной УСК формовали гранулы путем прессования через отверстия диаметром 3 мм, собирая полученный продукт на плоскую поверхность для дальней подготовки.

После приготовления гранул их сушили при температуре 150 °С в течение 2 ч в сушильном шкафу. После чего навеску высушенных гранул помещали в фарфоровые тигли и проводили предварительную термообработку (карбонизацию) в течение 3 ч в инертной среде в муфельной электропечи при температуре 500 °С с целью удаления летучих веществ из угля и связующего. Продукт после карбонизации взвешивали с целью измерения потери массы образца на стадии термической подготовки.

Карбонизация обеспечивает образование первоначальной пористости, которая в дальнейшем развивается на основной стадии активации. Влияющий фактор при получении угля на этой стадии определяется природой углеродсодержащего материала, конечной температурой нагрева, скоростью нагрева, временем нагрева и окружающей атмосферой. Среди этих факторов температура играет ключевую роль. Низкая скорость нагрева приводит к меньшему удалению летучих и меньшей усадке, что влияет на образование микропор. Высокая скорость нагрева вызывает повреждение микропор и увеличивает мезопоры и последующие макропоры [16].

Окончательное развитие (активацию) пористой структуры карбо-низованных гранул выполняли путем термообработки в среде водяного пара при температуре 800 °С в течение 45 мин с применением лабораторной установки, схема которой представлена на рисунке.

7

Рис. Лабораторная установка активации углей в среде водяного пара: 1 - емкость с дистиллированной водой; 2 - дозировочный насос;

3 - испарительная емкость; 4 - электроплитка; 5 - малая трубчатая печь-пароперегреватель; 6 - основная трубчатая печь; 7 - керамическая лодочка с образцом углеродного материала; 8 - термопара

Методика эксперимента заключалась в следующем. Предварительно взвешенную керамическую лодочку с активируемым образцом помещали в электропечь и автоматический регулятор температуры печи устанавливали на 175 °С. Включали нагрев испарительной емкости 3 и печи-пароперегревателя 5. Предварительный разогрев был необходим, чтобы исключить конденсацию паров воды в трубке с образцом. После того как вышеупомянутые блоки выходили на требуемый температурный режим, начинали подачу воды дозировочным насосом 2 и ожидали порядка 5 мин для продувки реакционного пространства водяным паром и вытеснения кислорода воздуха. После этого устанавливали автоматический регулятор температуры основной печи на такое значение, чтобы внутри трубки с образцом обеспечивалась требуемая температура активации.

После выхода печи на заданный температурный режим начинали отсчет времени активации, по истечении которого нагрев основной печи выключали. После остывания трубки с образцом ниже 300 °С выключали подачу водяного пара, так как в данных условиях не происходит значительного окисления АУ даже в воздушной среде. После снижения температуры трубки до 200 °С лодочку с образцом извлекали из трубки и помещали в эксикатор, где он остывал до комнатной температуры, после чего образец взвешивали и вычисляли потерю массы на стадии активации, так называемую степень обгара.

Степень обгара является одним из параметров оценки эффективности стадии активации, поскольку она напрямую связана с развитием пористости вследствие газификации части углерода. Как правило, увеличение интенсивности активации (за счет повышения температуры или продолжительности данной технологической стадии), приводит к увеличению пористости. Однако в то же время уменьшается выход готового АУ по массе и снижается его прочность.

Результаты экспериментов по активации изученных образцов ГАУ и их характеристики пористой структуры - удельная площадь поверхности по методу Брунауэра, Эммета и Теллера (БЭТ), удельная площадь внешней поверхности (поверхность макро- и мезопор) и объем микропор по ^методу Хэлси - представлены в табл. 3.

Анализ данных, приведенных в табл. 3, показывает, что, несмотря на существенное различие в коксуемости использованных связующих, меняющейся в интервале от 5,3 до 21,0 мас. % (см. табл. 2), все полученные образцы ГАУ имеют весьма близкие значения как общей удельной поверхности по БЭТ, так и соотношение удельных внешней поверхности и поверхности микропор. Объем микропор по ^методу для рассмотренных образцов также различается в малой степени. Некоторое отличие зафиксировано лишь в случае применения в качестве связующего коксохимической смолы (выражается лишь в несколько большей поверхности макро- и мезопор), тогда как остальные определяемые параметры мало отклоняются от среднего значения для образцов ГАУ № 1-6.

Поскольку в данном исследовании регламентирование параметров основных технологических стадий - карбонизации и активации - позволило минимизировать влияние иных факторов на пористую структуру ГАУ на основе нефтяного кокса, по результатам выполненных в работе анализов можно заключить, что природа и параметры качества используемых связующих (в частности, их коксуемость в исследованном интервале от 5 до 21 мас. %) не оказывают существенного влияния на характеристики пористой структуры получаемых ГАУ.

Таким образом, в исследовании не только подтверждается возможность замены традиционных компонентов связующих на смеси тяжелых нефтепродуктов, но и показана возможность варьирования их состава в достаточно широких пределах, что позволяет оптимизировать различные стадии производства ГАУ. Например, снижение вязкости смесевого нефтяного связующего за счет добавления пластифицирующих

Характеристики пористой структуры образцов ГАУ, полученных с использованием различных связующих

Номер образца ГАУ Вид связующего (код смесевого связующего) Потеря массы при карбонизации, % Потеря массы при активации, % Выход продукта после карбонизации и активации, % (от исходного кокса) Удельная площадь поверхности по БЭТ, м2/г Удельная площадь микропор по БЭТ, м2/г Удельная площадь внешней поверхности по ^методу, м2/г Объем микропор по ^методу, см3/г

1 Гудрон-1 27,0 64,7 25,8 555,5 392,4 163,1 0,154

2 Г1/Л10 26,7 59,3 29,8 536,3 391,5 144,8 0,142

3 Г1/Т22 27,7 58,7 29,9 522,5 377,5 145,0 0,148

4 Г4/Т34 26,4 55,9 32,5 511,8 367,1 144,7 0,144

5 Г4/Т50 26,5 56,2 32,2 518,1 380,9 137,2 0,149

6 лхс 28,2 64,0 25,9 529,2 373,0 156,2 0,147

7 кхс 22,0 58,4 32,4 602,8 383,4 219,4 0,154

маловязких фракций позволит облегчить получение однородной угольно-смоляной композиции и последующий этап ее экструзии, а также выполнять данные стадии при меньшей температуре. В сочетании с применением в качестве основного углеродсодержащего сырья нефтяных коксов, это делает возможным производство гранулированных активных углей на полностью нефтяной основе. Получаемый продукт при этом имеет значительную удельную площадь поверхности (более 500 м2/г), сравнимую с промышленно выпускаемыми сорбентами на базе каменных углей.

Исследования выполнены с использованием оборудования центра коллективного пользования «Центр наукоемких химических технологий и физико-химических исследований» Пермского национального исследовательского политехнического университета.

Исследование проведено при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках реализации программы деятельности научно-образовательного центра мирового уровня «Рациональное недропользование».

Список литературы

1. Мухин В.М., Тарасов А.В., Клушин В.Н. Активные угли России. -М.: Металлургия, 2000. - 352 с.

2. Олонцев В.Ф. Некоторые тенденции в производстве и применении активных углей в мировом хозяйстве // Химическая промышленность. - 2000. -№ 8. - С. 7.

3. Юрьев Ю.Л. Тенденция развития производства активных углей // Леса России и хозяйство в них. - 2016. - № 2 (57). - С. 77-82.

4. Мухин В.М., Учанов П.В., Сотникова Н.И. Разработка технологии получения активного угля на основе антрацита и исследование его свойств // Сорбционные и хроматографические процессы. - 2013. - № 1. - С. 83-90.

5. Сазонов В.А., Олонцев В.Ф., Сазонова Е.А. Технология производства угля из резиновой крошки изношенных автомобильных шин // Экология и промышленность России. - 2011. - № 6. - С. 4-5.

6. Golam M. Preparation of activated carbon from oil sands coke by chemical and physical activation techniques. Ph.D. thesis. - Alberta, 2012. - 132 p.

7. Переработка полимерных материалов при утилизации легковых автомобилей с получением активных углей / Я.И. Вайсман, И.С. Глушанкова, В.В. Карманов, В.В. Васюков // Научные исследования и инновации. - 2010. - № 4. - С. 27-31.

8. Клочко О.А., Григорова А.А. Вызовы и перспективы развития нефтяной отрасли Мексики на современном этапе // Латинская Америка. - 2018. -№ 12. - С. 86-98.

9. Нефедов Б.К. Углубленная переработка нефтяных остатков - стратегическое направление развития нефтепереработки в России в 2010-2020 гг. // Экология и промышленность России. - 2010. - № 8. - С. 34-37.

10. Евдокимова Н.Г., Лунева Н.Н. Оценка современного состояния и направлений развития нефтеперерабатывающей промышленности России // Вестник экономики и менеджмента. - 2017. - № 2. - С. 39-44.

11. Баширов И.И. Получение формованного углеродного адсорбента из нефтяного сырья методами паровой и щелочной активации: дис. ... канд. техн. наук. - Уфа, 2016. - 121 с.

12. Тагиров М.А. Технология получения активированного углеродного материала на основе нефтяного кокса: автореф. дис. ... канд. техн. наук. -Уфа, 2014. - 23 с.

13. Small C. Activation of delayed and fluid petroleum coke for the adsorption and removal of naphthenic acids from oil sands tailings pond water. Ph.D. thesis. - Alberta, 2011. - 170 p.

14. Чучалина А.Д. Получение гранулированных активных углей с использованием в качестве связующих остаточных продуктов нефтепереработки и нефтехимии: дис. ... канд. техн. наук. - Пермь, 2018. - 169 с.

15. Долматов Л.В., Кутуков И.Е., Серковская Г.С. Нефтяные связующие и пропитывающие материалы - заменители высокотоксичных продуктов из угля // Химия и технология топлив и масел. - 2002. - № 2. - С. 135-137.

16. Li T., Zhu L., Wang X., Lin Q. Preparation of activated carbons by microwave heating KOH activation // Applied Surface Science. - 2007. - No. 254 (2). - Р. 506-512.

References

1. Mukhin V.M., Tarasov A.V., Klushin V.N. Aktivnye ugli Rossii [Activated carbons of Russia]. Moscow, Metallurgiia, 2000, 352 p.

2. Olontsev V.F. Nekotorye tendentsii v proizvodstve i primenenii aktivnykh uglei v mirovom khoziaistve [Some trends in the production and use of activated carbons in the world economy]. Khimicheskaiapromyshlennost', 2000, no. 8, pp. 7.

3. Yuryev Yu.L. Tendentsiia razvitiia proizvodstva aktivnykh uglei [Trends in the development of active carbon production]. Lesa Rossii i khoziaistvo v nikh, 2016, no. 2 (57), pp. 77-82.

4. Mukhin V.M., Uchanov P.V., Sotnikova N.I. Razrabotka tekhnologii po-lucheniia aktivnogo uglia na osnove antratsita i issledovanie ego svoistv [Development of technology for active carbon-based coal and study of its properties]. Sorbtsionnye i Khromatograficheskie Protsessy, 2013, no. 1, pp. 83-90.

5. Sazonov V.A., Olontsev V.F., Sazonova E.A. Tekhnologiia proizvodstva uglia iz rezinovoi kroshki iznoshennykh avtomobil'nykh shin [Technology of active carbon production from rubber crumb of used automobile tires]. Ecology and Industry of Russia, 2011, no. 6, pp. 4-5.

6. Golam M. Preparation of activated carbon from oil sands coke by chemical and physical activation techniques. Ph.D. thesis. Alberta, 2012, 132 p.

7. Vaysman Ya.I., Glushankova I.S., Karmanov V.V., Vasiukov V.V. Per-erabotka polimernykh materialov pri utilizatsii legkovykh avtomobilei s polucheniem aktivnykh uglei [Recycling of polymeric materials during the recycling of cars to obtain activated carbons]. Nauchnye issledovaniia i innovatsii, 2010, no. 4, pp. 27-31.

8. Klochko O.A. Grigorova A.A. Vyzovy i perspektivy razvitiia neftianoi otrasli Meksiki na sovremennom etape [Challenges and perspectives of Mexican oil industry at the present stage]. Latin America, 2018, no. 12, pp. 86-98.

9. Nefedov B.K. Uglublennaia pererabotka neftianykh ostatkov - strate-gicheskoe napravlenie razvitiia neftepererabotki v Rossii v 2010-2020 gg [Advanced processing of oil residue as a strategic direction of development of oil refining in Russia in 2010-2020]. Ecology and Industry of Russia, 2010, no. 8, pp. 34-37.

10. Evdokimova N.G. Luneva N.N. Otsenka sovremennogo sostoianiia i napravlenii razvitiia neftepererabatyvaiushchei promyshlennosti Rossii [Assessment of the current state and development directions of the Russian oil refining industry]. Vestnik of Economics and Management, 2017, no. 2, pp. 39-44.

11. Bashyrov I.I. Poluchenie formovannogo uglerodnogo adsorbenta iz neftianogo syr'ia metodami parovoi i shchelochnoi aktivatsii [Obtaining of pellet-ized carbon adsorbent from petroleum feedstock by steam and alkaline activation]. Ph.D. thesis. Ufa, 2016, 121 p.

12. Tagirov M.A. Tekhnologiia polucheniia aktivirovannogo uglerodnogo materiala na osnove neftianogo koksa [Technology for producing activated carbon material based on petroleum coke]. Abstract of Ph.D. thesis. Ufa, 2014, 23 p.

13. Small C. Activation of delayed and fluid petroleum coke for the adsorption and removal of naphthenic acids from oil sands tailings pond water. Ph.D. thesis. Alberta, 2011, 170 p.

14. Chuchalina A.D. Poluchenie granulirovannykh aktivnykh uglei s is-pol'zovaniem v kachestve sviazuiushchikh ostatochnykh produktov neftepererabotki i neftekhimii [Production of extruded activated carbons using residual products of oil refining and petrochemicals as binders]. Ph.D. thesis. Perm, 2018, 169 p.

15. Dolmatov L.V., Kutukov Y.E., Serkovskaia G.S. Neftianye sviazuiushchie i propityvaiushchie materialy - zameniteli vysokotoksichnykh produktov iz uglia [Petroleum binders and impregnating materials - substitutes for highly toxic coal products]. Chemistry and Technology of Fuels and Oils, 2002, no. 2, pp. 135-137.

16. Li T., Zhu L., Wang X., Lin Q. Preparation of activated carbons by microwave heating KOH activation. Applied Surface Science, 2007, no. 254 (2), pp. 506-512.

Получено 31.01.2021

Об авторах

Стрелков Василий Александрович (Пермь, Россия) - аспирант кафедры химических технологий, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: vasia.str@yandex.ru).

Ширкунов Антон Сергеевич (Пермь, Россия) - кандидат технических наук, доцент кафедры химических технологий, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: sas@pstu.ru).

Рябов Валерий Германович (Пермь, Россия) - доктор технических наук, профессор, декан факультета химических технологий, промышленной экологии и биотехнологий, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: rvg@pstu.ru).

Чучалина Анна Дмитриевна (Пермь, Россия) - кандидат технических наук, доцент кафедры химических технологий, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: anniextt@mail.ru).

Шнейдер Август Дмитриевич (Пермь, Россия) - магистрант кафедры химических технологий, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: sas@pstu.ru).

Локтеев Денис Валерьевич (Пермь, Россия) - студент кафедры химических технологий, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: sas@pstu.ru).

Кифель Никита Денисович (Пермь, Россия) - студент кафедры химических технологий, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29; e-mail: sas@pstu.ru).

About the authors

Vasilii A. Strelkov (Perm, Russian Federation) - Postgraduate Student of the Department of Chemical Technologies, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990; e-mail: vasia.str@yandex.ru).

Anton S. Shirkunov (Perm, Russian Federation) - Ph.D. in Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Chemical Technologies, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990; e-mail: sas@pstu.ru).

Valerii G. Riabov (Perm, Russian Federation) - Doctor of Technical Sciences, Professor, Dean of Chemical Technologies, Industrial Ecology and Biotechnologies Faculty, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomol-sky av., Perm, 614990; e-mail: rvg@pstu.ru).

Anna D. Chuchalina (Perm, Russian Federation) - Ph.D. in Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Chemical Technologies, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990; e-mail: anniextt@mail.ru).

Avgust D. Shneider (Perm, Russian Federation) - Undergraduate Student of the Department of Chemical Technologies, Perm National Research Polytechnic University (29, Komsomolsky av., Perm, 614990; e-mail: sas@pstu.ru).

Denis V. Lokteev (Perm, Russian Federation) - Student of the Department of Chemical Technologies, Perm National Research Polytechnic University (29, Kom-somolsky av., Perm, 614990; e-mail: sas@pstu.ru).

Nikita D. Kifel' (Perm, Russian Federation) - Student of the Department of Chemical Technologies, Perm National Research Polytechnic University (29, Kom-somolsky av., Perm, 614990; e-mail: sas@pstu.ru).