Введение к работе
.. Актуальность темы. В исследованиях процессов нефтеобразовання из углеродистых осадочных пород, основанных на общепринятом в геологии понятии гидротермального изменения (hydrothermal alteration), вей внимание концентрируется на продуктах вторичных и побочных реакций, имеющих место в результате водного пиролиза высокомолекулярного ОВ (керогена). Это понятие обозначает все изменения, которые происходят с осадочным материалом в гидротермальных системах. Но для понимания процессов образования гидротермальной нефти из ОВ осадочных отложений важно знать прежде всего первоначальный состав нефтеподобных веществ - первичных нафтоидов. Информация об этих нафтоидах представляет интерес как отражение окислительно-гидролитических преобразований керогена в первичную гидротермалыгую нефть. В то же время очевидно, что структура высокомолекулярного ОВ, подвергающегося превращениям, определяет особенности нефтяных продуктов, генерируемых как в процессе медленного термического созревания ОВ, так и в гидротермальных условиях. Новые сведения о первичных нафтоидах экспериментального гидротермального разложения, высокомолекулярного ОВ сапропелитовых углеродистых пород необходимы для установления путей формирования природных нафтоидов, прогнозирования их молекулярного состава, воссоздания условий геологически мгновенного превращения ОВ в гидротермальную нефть. Кроме того, гидротермальные процессы переработки сапропелитовых горючих ископаемых могут оказаться весьма эффективными для производства синтетической нефти.
Работа выполнена в соответствии с координационным планом научно-исследовательских работ Межведомственного научно-технического совета по приоритетным направлениям развития химической науки при Министерстве науки и технической политики Российской Федерации на 1991-1995 гг., 06.01 «Научные основы и новые высокоэффективные методы переработки и использования твердых горючих ископаемых для получения альтернативных моторных топлив и химических продуктов из угля» (проект «Разработка способов термохимической модификации и підротермальной переработки углей с целью получения материалов с ценными практическими свойствами»).
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 94-05-16616 «Теоретическое и экспериментальное моделирование структурных элементов керогена сапропелитовых углеродистых пород и его поведения в условиях гидротермального разложения»).
Цель работы. Основной целью работы являлось выявление закономерностей в составе, строении, образовании к превращениях первичных нафтоидов - продуктов экспериментального гидротермального разложения сапропелитовых углеродистых пород.
Главная идея работы состояла в экспериментальном воспроизведении, моделировании, важнейшего этапа природного процесса генерирования гидротермальной нефти - образования первичных нафтоидов из высокомолекулярного органического вещества сапропелитовых углеродистых пород.
Задачи исследований:
проанализировать и обобщить литературные данные об исследованиях состава и происхождения гидротермальной нефти;
синтезировать модельное вещество, включающее основные структурные элементы сапропелитового керогена, и установить состав и строение продуктов его гидротермального разложения;
установить состав первичных нафтоидов - продуктов первичного гидротермального изменения керогена сапропелитовых углеродистых пород;
- установить строение основных компонентов в продуктах экспериментального
гидротермального разложения модельного вещества и природного альгинита;
- определить перспективы практического использования полученных результатов.
Методы исследований:
- экспериментальное лабораторное моделирование процессов образования (синтез
модельного вещества) и гидротермального разложения керогена сапропелитовых
углеродистых пород;
анализ с помощью хромато-масс-спектрометрии, ИК- и ЯМР-спектроскопии состава первичных нафтоидов экспериментального гидротермального разложения сапропелитовых углеродистых пород;
спектральный поиск с помощью банков данных по молекулярной спектроскопии (ИК, ЯМР, МС) структурных фрагментов, характерных для нафтоидов из зон гидротермальной активности земной коры и прогнозируемых для продуктов экспериментального гидротермального разложения сапропелитовых углеродистых пород.
Защищаемые научные положения:
- продукты (первичные нафтоиды) экспериментального гидротермального разложения
высококачественного природного альгинита (балхашита) и его синтетической модели
(линоксина) аналогичны по составу и строению основных органических компонентов -
карбоновых кислот, кетонов и алканов;
- образование первичных нафтоидов из сапропелитовых углеродистых пород в
гидротермальных условиях связано с гидролитическим разложением основных
структурных элементов сапропелитового ксрогена, в том числе но ретро-альдолыюй реакции в полном согласии с концепцией мостиковых (померечпосшивающнх) связей;
- экспериментальное гидротермальное разложение сапропелитовых углеродистых пород
приводит к образованию первичных нафтоидов, состав и строение которых отражают
структурные особенности высокомолекулярных фрагментов сапропелитового керогена.
Лостоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в работе, обеспечивается и подтверждается:
использованием современных синтетических, деструктивных и физико-химических методов исследования процессов образования и изменения высокомолекулярного органического вещества углеродистых осадочных пород;
- достаточным объемом расшифрованных масс-спектрометрических, ИК- и ЯМР-
спектроскопических данных, в том числе с использованием современной информационно-
логической системы для решения спектро-структурных задач на основе банков
фактографических данных;
совпадением результатов исследования состава первичных нафтоидов экспериментального гидротермального разложения сапропелитовых углеродистых пород с данными изучения нафтоидов, образующихся из современных осадочных отложений в зонах гидротермальной активности океанского дна.
Научная новизна. Впервые проведено систематическое исследование высокомолекулярного органического вещества сапропелитовых углеродистых пород с применением метода гидротермального разложения. Получена информация об основных органических составляющих первичных нафтоидов - продуктов экспериментального гидротермального разложения высококачественного природного альгннита (балхашнта) и его синтетической модели. Установлено, что по групповому составу нет существенной разницы между жидкими продуктами разложения балхашита и модельного вещества; полученные нафтоиды оказались главным образом солями алифатических карбоновых кислот, растворимыми в щелочной воде.
Впервые получена также информация об основных органических составляющих первичных нафтоидов из зрелой осадочной породы (баженовита) в сопоставлении с данными изучения нафтоидов, образующихся из современных, незрелых осадочных отложений в зонах гидротермальной активности океанского дна.
Показано, что нафтоидная фракция черного сланца баженовита в отличие от соответствующих фракций из других исследованных пород содержит в заметной концентрации гомологи бензола, фенолов и нафтолов с алкильными и (или) алкнльными кислородсодержащими заместителями.
Личный вклад автора состоит: -' в анализе и обобщении литературных данных об исследованиях состава и происхождения гидротермальной нефти;
- в установлении состава и строения продуктов гидротермального разложения
синтезированного модельного вещества, включающего основные структурные элементы
сапропелитового керогена;
в установлении состава первичных нафтоидов экспериментального гидротермального разложения сапропелитовых углеродистых пород - высококачественного природного альгинита балхашита и черного сланца баженовита;
в установлении строения основных алифатических и ароматических компонентов в продуктах экспериментального гидротермального разложения модельного вещества и природного альгинита;
в определении перспектив практического использования полученных результатов на примере экспериментального гидротермального разложения Соболевского сапропелитового угля Канско-Ачинского бассейна.
Практическая ценность. Результаты проведенной работы позволяют предполагать, что производство из сапропелитов смесей карбонових кислот и совместно с ними получаемых продуктов может оказаться экономически эффективным. Незначительное образование высокомолекулярных смолистых продуктов в экспериментах по гидротермальному разложению сапропелитов позволяет отделять неорганическое вещество от органических продуктов в виде порошка, который обычно содержит всего б мас.% органического углерода, т.е. неорганические и органические продукты можно будет использовать раздельно. Основные продукты гидротермального разложения сапропелитовых горючих ископаемых алифатические карбоновые кислоты, алкилкетоны, алканы и алкилфенолы относятся к биоразлагаемым соединениям, что важно с экологической точки зрения. Результаты проведенных исследований свидетельствуют еще и о том, что карбоновые кислоты гидротермального разложения сапропелитов могут быть использованы и непосредственно на месте своего образования, in situ, в качестве экстрагентов вредных или ценных химических элементов. Последнее представляется возможным также при гидротермальной обработке сапропелитов совместно с рудами или отходами промышленного производства.
Апробация работы и публикации. Представленные в диссертации результаты докладывались на II Международной конференции по химии нефти (Томск, 1994) и на V Международном симпозиуме «Mining Chemistry» (Стамбул, 1995).
Автор выражает глубокую благодарность к.х.н. Ю.В.Рокосову, руководителю поддержанного РФФИ проекта 94-05-16616, в рамках которого выполнена основная часть работы, за помощь в общей постановке задач и их теоретическом обосновании. Непосредственно по теме диссертации опубликовано 5 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и библиографии. Работа изложена на 163 страницах, содержит 10 таблиц, 44 рисунка и список использованной литературы из 176 наименований.
![Исследование термического разложения слоистых двойных гидроксидов, содержащих комплексонаты [M(edta)]2-, Li, Al-M(edta) (M = Ni, Co, Cu) и M,Al-M(edta) (M = Ni, Co)](/i/i/4608/165192.png "Исследование термического разложения слоистых двойных гидроксидов, содержащих комплексонаты [M(edta)]2-, Li, Al-M(edta) (M = Ni, Co, Cu) и M,Al-M(edta) (M = Ni, Co) Старикова Екатерина Викторовна")
