Введение к работе
Актуальность работы. Интенсивное потребление нефти и природного газа при их ограниченных ресурсах обусловливают неизбежное расширение масштабов использования твердых горючих ископаемых, в том числе горючих сланцев - каустобиолитов ряда нефтей, характеризующихся высоким содержанием водорода (Н/С изменяется в пределах от 1.1 до 1.6).
По запасам горючих сланцев Россия занимает одно из первых мест в мире и имеет опыт в области технологии их переработки и применения. Значительные сланцевые месторождения имеются в Волжском, Прибалтийском (Ленинградская обл.), Оленёкском, Синско-Ботомском и Вычегорском бассейнах. До настоящего времени разрабатывались лишь два российских месторождения: Ленинградское (Прибалтийский бассейн, Сланцы) и Кашпирское (Волжский бассейн, Сызрань). На базе этих месторождений были построены сланцеперерабатывающие комбинаты в г. Сызрани (Самарская обл., 1932 г) и в г. Сланцы (Ленинградская обл., 1952 г).
В то же время следует заметить, что существующие технологии переработки горючих сланцев энергозатратны, характеризуются относительно невысокой производительностью и низкой степенью конверсии органического вещества (ОВ) в жидкие продукты, что обуславливает поиск новых, высокоэффективных методов их переработки, одним из которых может быть сверхкритическая флюидная (СКФ) технология. За счёт уникальных свойств растворителей при сверхкритических (СК) условиях возможно не только более интенсивное растворение находящихся в порах органических соединений (битумоидов), но и уменьшение прочности донорно-акцепторных взаимодействий между отдельными фрагментами полимерной матрицы ОВ, что будет способствовать более мягким условиям термической деструкции. Следовательно, можно ожидать как увеличения общей степени конверсии ОВ горючего сланца, так и расширения спектра получаемых продуктов. Исследования подобного рода являются актуальными и необходимы для оптимизации условий процесса ожижения и обоснования направлений переработки образующихся углеводородов.
Диссертационная работа выполнялась в рамках проекта РФФИ № 07-08-96019 «Научные основы ресурсо – и энергосберегающей технологии переработки горючих сланцев и сапромикситовых углей Кузбасса в ценную химическую продукцию», Интеграционного проекта СО РАН №118 «Нетрадиционные ресурсы полезных ископаемых Сибири как резерв энергетики будущего: геология, переработка».
Цель работы - выявить закономерности превращения органического вещества горючих сланцев различных генетических типов в процессе их неизотермического растворения при сверхкритических условиях в зависимости от температуры, давления и состава растворителя.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- изучить влияние температуры и давления на процесс неизотермического растворения органического вещества горючих сланцев в среде сверхкритического бензола;
- выявить зависимость состава жидких продуктов неизотермического растворения органического вещества горючих сланцев в среде сверхкритического бензола от давления и температуры;
- определить влияние добавки этанола на изменение состава жидких продуктов в процессе неизотермического растворения органического вещества горючих сланцев при сверхкритических условиях.
Научная новизна работы:
1. Впервые получены количественные и качественные данные зависимости степени конверсии, выхода и состава жидких продуктов от параметров термического растворения (давление, температура) горючих сланцев различных генетических типов в среде сверхкритического флюида.
2. Установлено, что при докритических давлениях процесса неизотермического растворения в составе жидких продуктов преобладают масляные фракции, при сверхкритических давлениях наблюдается увеличение доли высокомолекулярных асфальтенов и смол.
3. Впервые установлена зависимость изменения состава жидких продуктов неизотермического растворения горючих сланцев от природы растворителя: добавка в бензол этилового спирта (10 % масс.) способствует увеличению выхода жидких компонентов и снижению в их составе доли высокомолекулярных веществ.
Практическая значимость результатов. Результаты проведенной работы позволяют рекомендовать проточную высокотемпературную флюидную экстракцию в качестве аналитического метода для получения термически слабо преобразованных соединений с целью установления исходных структуры и состава ОВ горючих сланцев.
Полученные результаты позволяют обосновать технологические условия процесса получения высокомолекулярного углеводородного сырья: связующих для производства электродной продукции, дорожного строительства, каталитического крекинга для получения моторных топлив и других углеводородных веществ.
Основные положения, выносимые на защиту:
- кинетические закономерности неизотермического растворения органического вещества горючих сланцев различных генетических типов в зависимости от температуры и давления в среде сверхкритического бензола;
- влияние давления на изменение группового и индивидуального состава жидких продуктов сверхкритического растворения;
- зависимость изменения состава жидких продуктов неизотермического растворения горючих сланцев в среде бензола с добавкой этилового спирта при сверхкритических условиях.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: Международной научно-практической конференции «Современные проблемы органического синтеза, электрохимии и катализа», Караганда, 2006 г.; III Международной научно-практической конференции «Сверхкритические флюидные технологии: инновационный потенциал России», Ростов-на-Дону, 2006 г.; IV Международной научно-практической конференции «Сверхкритические флюиды: фундаментальные основы, технологии, инновации», Казань, 2007 г.; Международной научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития науки, образования в центральном Казахстане», Караганда, 2008 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 6 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования результатов диссертаций и материалы докладов на международных (2) и региональных (1) конференциях.
Личный вклад автора. Диссертантом лично проведена экспериментальная работа по неизотермическому растворению горючих сланцев, разделению жидких продуктов на групповые компоненты, которые были охарактеризованы комплексом физико-химических методов анализа. Диссертантом выполнен расчет кинетических параметров процесса термо- растворения, проведен анализ и обобщены полученные результаты, сформулированы основные положения и выводы работы.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 128 листах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 176 наименований, содержит 73 рисунка и 18 таблиц.
