1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплоэнергетика
  4. № 3, 2024

Теплоэнергетика, 2024, № 3, стр. 63-71

Перспективы получения углеродных сорбентов из углей марок д и дг

С. А. Шевырёв a, *, С. С. Азиханов a, А. Р. Богомолов a, А. Б. Кузнецов a

a Кузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачева
650000 г. Кемерово, Весенняя ул., д. 28, Россия

* E-mail: ssa.pmahp@kuzstu.ru

Поступила в редакцию 23.07.2023
После доработки 28.08.2023
Принята к публикации 30.08.2023

Аннотация

Промышленное получение углеродных сорбентов из углей является перспективным и актуальным направлением. В качестве исходного материала используется главным образом бурый уголь, который характеризуется высоким выходом летучих веществ и низкой зольностью. Определенный интерес для угольной промышленности представляет разработка технологии получения сорбентов из каменных углей низкой степени метаморфизма с большой удельной площадью поверхности, высокой адсорбционной активностью и низкой стоимостью. Существующие методики получения сорбентов из углей, соответствующих таким критериям, должны базироваться на различных теплофизических принципах воздействия на исходный материал. В работе исследовались одноступенчатая и двухступенчатая методики получения сорбентов из каменных углей марок Д и ДГ, добываемых в Кузбассе. Одноступенчатая методика заключалась в паровой газификации исходного материала в кипящем слое. Двухступенчатая методика базировалась на предварительной декарбонизации в муфельной печи с последующей активацией перегретым водяным паром в кипящем слое. В результате экспериментальных исследований получены образцы углеродных сорбентов из каменных углей низкой степени метаморфизма. Анализ текстурных характеристик показал, что удельная площадь поверхности сорбентов составляет до 250 м2/г, адсорбционная активность – до 100 мг/г. Установлено, что состав минеральной массы исходных углей существенно влияет на адсорбционную активность получаемых сорбентов. Оценки показывают, что чем выше индекс основности золы, тем более высокой адсорбционной активностью обладает получаемый углеродный сорбент. При одноступенчатой методике получения сорбентов из каменного угля марок Д и ДГ в кипящем слое достигается довольно высокая удельная площадь поверхности при относительно низкой адсорбционной активности в сравнении с двухступенчатой методикой.

Ключевые слова: энергетический уголь, паровая газификация, текстурные характеристики, удельная площадь поверхности, адсорбционная активность, сорбент, минеральная масса, индекс основности золы

Список литературы

  1. Некрасов С.А. Снижение издержек на интеграцию возобновляемых источников электроэнергии в энергосистему – путь повышения доступности возобновляемой энергетики // Теплоэнергетика. 2021. № 8. С. 5–16. https://doi.org/10.1134/S0040363621070031

  2. Тугов А.Н., Артемьева И.В. Производство электроэнергии в мире: тенденции и достигнутые в 2021 г. результаты // Электрические станции. 2022. № 11. С. 2–11. https://doi.org/10.34831/EP. 2022.1096.11.001

  3. Кузбасс: новая парадигма развития / Ю.А. Фридман, Г.Н. Речко, Е.Ю. Логинова, Э.В. Алексеенко, Д.В. Крицкий // ЭКО. 2015. № 9 (495). С. 110–122.

  4. Исследование термических свойств нефтяного кокса в процессе получения активированных углей / Е.А. Фарберова, Е.А. Першин, А.С. Максимов, Н.Б. Ходяшев, С.А. Смирнов, К.Г. Кузьминых // Изв. вузов. Химия и химическая технология. 2023. Т. 66. № 6. С. 102–110. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20236606.6776

  5. Шевырев С.А. Применение Aspen plus для моделирования состава синтез-газа в процессе паровой бескислородной газификации биомассы // Теплоэнергетика. 2021. № 9. С. 43–50. https://doi.org/10.1134/S0040363621080099

  6. Ушаков К.Ю., Петров И.Я., Богомолов А.Р. Исследование термических превращений низкометаморфизованных кузбасских углей в различных средах и прогнозирование их гидрируемости в процессах прямого ожижения // Химия твердого топлива. 2021. № 4. С. 3–12. https://doi.org/10.31857/S0023117721040083

  7. Текстурные характеристики углеродных сорбентов из каменных углей различных стадий метаморфизма / И.Ю. Зыков, А.А. Звеков, Ю.Н. Дудникова, Н.И. Федорова, З.Р. Исмагилов // Вестник Кузбас. гос. техн. ун-та. 2019. № 4 (134). С. 64–69. https://doi.org/10.26730/1999-4125-2019-4-64-69

  8. Получение сорбента из низкозольного бурого угля / Д.А. Логинов, С.Р. Исламов, С.Г. Степанов, В.Н. Кочетков // Химия твердого топлива. 2016. № 2. С. 46–50. https://doi.org/10.7868/S0023117716020055

  9. Получение активированного угля с использованием оборудования ТЭС и котельных / К.В. Осинцев, В.В. Осинцев, А.К. Джундубаев, С.П. Ким, Г.Т. Альмусин, Т.А. Акбаев, В.И. Богаткин // Теплоэнергетика. 2013. № 8. С. 57–64. https://doi.org/10.1134/S0040363613070084

  10. ASTM D5373-14e1. Standard Test Methods for Determination of Carbon, Hydrogen and Nitrogen in Analysis Samples of Coal and Carbon in Analysis Samples of Coal and Coke. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2014.

  11. ASTM D5291-10(2015). Standard Test Methods for Instrumental Determination of Carbon, Hydrogen, and Nitrogen in Petroleum Products and Lubricants. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2015.

  12. ГОСТ Р 52917-2008. ISO 11722:1999. Топливо твердое минеральное. Методы определения влаги в аналитической пробе. М.: Стандартинформ, 2008.

  13. ГОСТ Р 55661-2013. ISO 1171:2010. Твердое минеральное топливо. Определение зольности. М.: Стандартинформ, 2019.

  14. ГОСТ Р 55660-2013. ISO 562:2010. Топливо твердое минеральное. Определение выхода летучих веществ. М.: Стандартинформ, 2013.

  15. ГОСТ 2160-2015. ISO 5072:2013. Топливо твердое минеральное. Определение действительной и кажущейся плотности. М.: Стандартинформ, 2016.

  16. Экспериментальное исследование процесса горения смесей водород – кислород и метан – кислород в среде слабоперегретого водяного пара / Н.А. Прибатурин, В.А. Федоров, М.В. Алексеев, А.Р. Богомолов, А.Л. Сорокин, С.С. Азиханов, С.А. Шевырев // Теплоэнергетика. 2016. № 5. С. 31–36. https://doi.org/10.1134/S0040363616050088

  17. Investigation of characteristics of gas and coke residue for the regime of quasi- and non-stationary steam gasification of coal in a fluidized bed. Part 1 / S.A. Shevyrev, N.E. Mazheiko, S.K. Yakutin, P.A. Strizhak // Energy. 2022. No. 251 (50). P. 123938. https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.123938

  18. Паровая бескислородная газификация в условиях полигенерации / С.А. Шевырёв, П.А. Стрижак, Р.Ю. Дитрих, А.Р. Богомолов // Изв. ТПУ. Инжиниринг георесурсов. 2021. Т. 332. № 2. С. 44–58. https://doi.org/10.18799/24131830/2021/2/3042

  19. Барченков В.В. Как восстановить сорбционные свойства активированного угля // Зoлотодобыча. 2017. № 221. С. 5–10.

  20. Adsorption by powedrs and porus solids. / F. Rouquerol, J. Rouquerol, K. S.W. Sing, P.L. Llewellyn. 2nd ed. Elsevier Collection, 2014.

  21. Mel’gunov M.S., Ayupov A.B. Direct method for evaluation of BET adsorbed monolayer capacity // Microporus Mesoporus Materials. 2017. V. 243. P. 147–153. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2017.02.019

  22. Physisorption of gases, with special reference to the evaluation of surface area and pore distribution (IUPAC Technical Report) / M. Thommes, A. Neimark, J.P. Olivier, K. Kaneko // Pure App. Chem. 2015. V. 87. No. 9–10. P. 1051–1069. https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117

  23. ГОСТ 4453-74. Уголь активный осветляющий древесный порошкообразный. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1974.

  24. ГОСТ Р 51568-99. ИСО 3310-1-90. Сита лабораторные из металлической проволочной сетки. М.: Изд-во стандартов, 2003.

  25. Дацко Т.Я., Зеленцов В.И. Кинетика и механизм адсорбции метиленового голубого нанокомпозитом TiO2/диатомит и его компонентами // Электронная обработка материалов. 2023. Т. 59. № 3. С. 46–54. https://doi.org/10.52577/eom.2023.59.3.46

  26. Доленко С.А., Попова В.В. Сорбция метиленового синего на пенополиуретане и ее применение для определения анионных ПАВ // Химия и технология воды. 2012. Т. 34. № 1. С. 46–54.

  27. Везенцев А.И., Воловичева Н.А. Сорбция метиленового голубого на новых комплексно-модифицированных литий-замещенных формах глин // Фундаментальные и прикладные исследования в системе образования: сб. науч. тр. VIII Междунар. науч.-практ. конф. (заочной). Тамбовский гос. ун-т, 26 февр. 2010 г. Тамбов, 2010. С. 266–268. http://dspace.bsu.edu.ru/handle/123456789/18517

  28. ГОСТ 17070-2014. Угли. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 2014.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теплоэнергетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал