ХИМИЯ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА, 2014, № 6, с. 3-11
УДК 661.666.412
ВКЛАД СУРОВИКИНА В.Ф. В ТЕОРИЮ И ПРАКТИКУ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА © 2014 г. А. Г. Шайтанов, Ю. В. Суровикин, В. А. Лихолобов
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем переработки углеводородов (ИППУ) СО РАН, Омск E-mail: shagomsk@rambler.ru Поступила в редакцию 12.05.2014 г.
Статья посвящена исследованиям Суровикина В.Ф., выдающегося ученого, доктора технических наук, профессора, лауреата Ленинской премии СССР, заслуженного химика РСФСР, вся жизнь которого была связана со становлением и развитием отечественной промышленности технического углерода. Рассмотрены основные направления научной деятельности Суровикина В.Ф. и его вклад в исследование физико-химических закономерностей печного процесса получения сажи из жидких углеводородов. Показана его плодотворная работа в развитии основных направлений интенсификации промышленных процессов производства саж различных типов и создании новых материалов на их основе.
Б01: 10.7868/8002311771406005Х
Суровикин В.Ф. родился в 1933 г. в семье служащего на станции Култук Слюдянского района Иркутской области. После смерти родителей и гибели на фронте старшего брата родственники перевезли его в Омск, где он закончил 10 классов в школе № 20. В 1951 г. он поступил в высшую инженерную морскую академию имени адмирала Невельского Г. И. (ныне Морской государственный университет) во Владивостоке, которую успешно окончил в 1956 г. За годы учебы он проявил склонность к научной работе и был приглашен на кафедру к профессору Лубочкину Б.А. — представителю знаменитой научной школы академика Иоффе А.Ф.
В 1958 г. Виталий Фёдорович возвращается в Омск и начинает свою трудовую деятельность в конструкторско-технологическом НИИ шинной промышленности в должности инженера-конструктора. Благодаря полученным знаниям, энергичности и своим способностям, он сделал стремительную карьеру за короткий срок, став старшим научным сотрудником, начальником лаборатории процессов получения сажи, начальником отдела и главным конструктором по оборудованию производства технического углерода, заместителем директора по научной работе.
Творческая активность на этих должностях и организаторские способности позволили Суро-викину В.Ф. положить начало развитию в Омске научных исследований по теории и технологии получения и переработки сажи. В этот период Суровикин В.Ф., являясь руководителем работ по созданию процессов и технологий получения
печной активной сажи из жидких углеводородов, разработал при поддержке коллег промышленную конструкцию циклонного реактора с расходом сырья 450—600 кг/ч и внедрил ее при реконструкции Омского завода и строительстве НовоЯрославского завода, а также на Сызранском, Волгоградском, Кременчугском и ряде других заводов сажевой промышленности СССР. В 1963 г. за разработку и внедрение промышленной технологии получения сажи ПМ-70 из жидкого сырья Суровикин В.Ф., в составе авторского коллектива, был удостоен звания Лауреата Ленинской премии. Благодаря проведенной работе, произошло повышение не только технико-экономических показателей производств, но и существенно улучшилась их экологическая обстановка. Полученная продукция нисколько не уступала лучшим зарубежным образцам, а ее применение полностью ликвидировало зависимость отечественной промышленности от импорта и обеспечило увеличение срока службы автомобильных шин и многомиллионный годовой экономический эффект.
После окончания аспирантуры ВНИИГАЗ в 1965 г. Суровикин В.Ф. успешно защитил кандидатскую диссертацию на тему "Исследование процесса образования сажи при разложении углеводородов в высокотемпературном турбулентном потоке продуктов полного сгорания" [1]. Научным руководителем диссертации был профессор Теснер П.А.
В 1960-1980-х годах развитию процессов производства сажи в СССР придавалось большое значение. В нашей стране и на Западе сажа входи-
Рис. 1. Схема кинетики процессов образования радикалов-зародышей и зародышей-частиц: N — концентрация молекул углеводорода в единице объема; п — концентрация радикалов-зародышей; N — концентрация зародышей сажевых частиц; Б — диаметр максимальной частицы; V — скорость роста радикалов-зародышей.
ла в список стратегических товаров, и поэтому вопросы технологии ее производства не подлежали освещению в открытой печати. В связи с этим Государственный комитет по науке и технике Совмина СССР, Министерство нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности СССР для разработки и создания технологических процессов получения высококачественных марок сажи, ранее не производившихся в стране, и для решения научно-технических проблем, связанных с производством и применением этого продукта, приняли решение в 1968 г. основать в Омске научно-исследовательский центр — Всесоюзный НИИ сажевой промышленности (ВНИИСП). Он был создан на базе сажевого отдела НИКТИ шинной промышленности и Омского сажевого завода, а организовать этот институт было поручено В.Ф. Суровикину. Проект корпуса института и выбор подходящей площадки для его строительства также легли на его плечи. Раньше научными исследованиями в области производства сажи в стране занимались сажевые отделы Московского и Омского институтов шинной промышленности. В 1974 г. ВНИИСП был переименован во Всесоюзный научно-исследовательский институт технического углерода (ВНИИТУ).
В 1979 г. Суровикин В.Ф. успешно защитил в Московском химико-технологическом институте им. Д.И. Менделеева докторскую диссертацию на тему "Теория и практика интенсификации технологических процессов получения сажи печным способом из нефтяных и каменноугольных масел" [2]. В 1982 г. ему было присвоено звание профессора по специальности 05.17.07. "Химическая технология топлива и газа".
Он оставался бессменным руководителем ВНИИТУ до 2000 г., а с 2001 г. до последних дней
жизни (2012 г.) работал в должности главного научного сотрудника.
К началу трудовой деятельности Суровикина В.Ф. в 1958 г. имело место сильное отставание в уровне технологий отечественной сажевой промышленности от фирм капиталистических стран. Государственные органы постоянно требовали повышать темпы развития промышленного производства сажи. В Омске в это время теоретическая наука существовала только на отдельных кафедрах вузов и ряде КБ промышленных предприятий. Теория процессов сажеобразования насчитывала пять или шесть (иногда взаимоисключающих) точек зрения на кинетику и механизм образования сажевых частиц при пиролизе и неполном горении сырья (Лайе Дж., Прадо Г., Швейцер К.В., Геллер Г., Кокурин А.Д., Гилязет-динов Л.П., Лавров Н.В., Рыкалин Н.Н.).
Благодаря работам Теснера П.А., который впервые в стране осуществил фундаментальный подход в исследованиях термических процессов образования сажи из природного газа [3, 4], либо жидких углеводородов [5, 6], Суровикин В.Ф. приступил к глубокому изучению физико-химических основ этих процессов. Полученные результаты позволили ему сделать выбор путей и инструментов для их интенсификации. Свои усилия молодой ученый сфокусировал на максимальном извлечении экспериментальной количественной информации о протекании процессов образования и роста частиц в различных условиях. Вслед за академиками Семёновым Н.Н. и Зельдовичем Я.Б., создавшими теорию цепных процессов горения и взрывов, Суровикин В.Ф. выдвинул и защитил собственную математическую модель процесса образования и роста сажевых частиц [7], описывающую всю совокупность наблюдаемых явлений от появления до гибели зародышей с радикальным характером и превращением их в конечные углеродные частицы. Разработанную модель, включающую кинетику процесса, термохимию и распределение частиц по размерам, он неоднократно обсуждал с участниками семинаров, проводимых в Институте химической физики в Москве.
На рис. 1 представлены результаты экспериментальных кинетических исследований процесса образования сажевых частиц, которые натолкнули Суровикина В.Ф. на мысль о радикально-цепной природе этого процесса. Весь процесс от момента достижения углеводородом температуры реакции до выделения сажевых частиц разбит на три стадии: на первой стадии из углеводородных молекул образуются радикалы, названные им радикал-зародышами; на второй стадии радикал-зародыши в результате роста до критических размеров превращаются в зародыши с физической поверхностью и, наконец, на третьей заключительной стадии зародыши превращаются в саже-
вые частицы. Было естественно предположить, что эти стадии различаются кинетикой и энергиями активации. Наличие возрастающей ветви кривой скорости образования сажевых частиц невозможно было объяснить только прогрессирующим тепловым ускорением процесса. Поскольку окислительные реакции, идущие с выделением тепла, завершаются задолго до момента начала образования сажевых частиц, это ускорение было объяснено протеканием разветвленного цепного процесса образования зародышей.
Для аналитического описания процесса саже-образования Суровикин В.Ф. применил уравнение Семенова Н.Н. для разветвленного процесса с квадратичными обрывами цепей
йИ , Ч 2
— = «0 + (/ - 8)п - gon , й т
где п0 — начальная скорость образования радикалов, см-3 • с-1; п — число радикалов в момент времени см-3 • с-1; g — кинетический коэффициент обрыва цепей; / - кинетический коэффициент разветвления цепей; g0 - кинетический коэффициент квадратичного обрыва цепей. При этом он, насколько это было возможно, тщательно рассмотрел, рассчитал и включил в систему дифференциальных уравнений скорости образования, расходования и роста всех реагентов, участвующих в сажеобразовании [2, 7]:
4) уравнение для индукционного периода
+ ^зар^зар - уравнение для
1) - = й т
скорости расходования углеводорода, где Z - числа активных ударов углеводородов о поверхности S радикал-зародышей (р-з) и зародышей (зар) частиц сажи, после подстановок и допустимых оценок, сводится к следующему выражению:
- йИ =
(
йт
ЯТ
,1/2
V
2пМ
ув/
^ ( Б ,итI +^р
2
п + еЯт (Др-з-кр + Бзар I т
2) уравнение для скорости роста радикал-зародышей
60
й (Бр-з) I 6 10-2/3 й0 й т )]кр р-з 3 й
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.