Введение к работе
Актуальность проблемы. Значительные шасы и имеющиеся сведения о составе и, свойствах органической эссы углей (ОМУ) позволяют говорить о возможности исполк ова-ш их в качестве сырья для производства целевых хими ских юдуктов, яндких и газообразных топлив.
Для повышения эффективности существующих и разработки но-IX процессов переработки углей ключевое значение имеют знания лекулярной структуры углей, связей между их составом и оиствами, особенностей взаимодействия различных по природе створителей с ОМУ,а также реакций, протекающих при превраще-ях углей.
Несмотря на то, что высокомолекулярная структура углей, точащая алифатические, гидроароматические, ароматические и героциклические фрагменты, является общепризнанной, до нас-вдего времени отсутствует единая точка зрения на то, как геаны мевду собой эти фрагменты и как построены структурные шиш ОМУ. Предметом дискуссии является соотношение содержа-[ алифатических и ароматических стру^.гурных фрагментов в анической массе углей различного типа и степени зрелости. В !за с этим, диктуется необходимость дальнейшего развития даментальных ^следований, направленных на углубление зна-
0 составе и свойствах (Ш с привлечением методов мягкой
котемпературной деструкции и современных аналитических ме-
ов анализа.
Немаловаяяое значение при изучении состава и структуры
имеют геохимические исследования, направленные на установ-
ю связи меяду составом углей и природой исходного угле-
ззуиего материала с учетом его преобразования в процессе
)фякации.
Настоящая работа выполнялась в соответствии с псстанопе-
1 ГКНТ N 320 от 16.07.86 г. по проблеме "Разработка и ос
те процессов получения и использования твердых облагсто-
мх топлив, синтетических еидкнх топлив, газов а минэраль-
| сырья, полученных из углей, в энергетике, металлургии,
и и нефтехимии".
Цель работы: Выявление генетической связп ывзду одой исходного углообразукцаго вещества, состэвш оргршь ой массы углей и их реакционной способность» з уолопня*
процессов экстракционного ожииєния и низкотемпературной деструкции.
В соответствии с этим решались следующие задачи: теоретическое и экспериментальное исследование влияния физико-химических свойств органических растворителей, генетической природы и степени углефикации углей на выход и состав экстрагируемых веществ: выявление генетических показателей и критериев оценки степени катагенетической превращенности ОМУ на основе анализа состава и молекулярно-массового распределения биомаркеров углей; исследование кинетических закономерностей процесса терморастворения углей; установление индивидуального и группового составов продуктов экстракционного оаишшя и низкотемпературной деструкции углей; теоретическое и экспериментальное изучение реакционной способности гумусовых и сапропелитовых углей в условиях процессов экстракционного огження и низкотемпературной деструкции.
Научная новизна. Б работе впервые выполнено систематическое исследование влияния физико-химических свойств растворителей на выход и состав веществ, экстрагируемых из гумусових п сапрошлитовых углей в широком интерзале температур. Установлено, что независимо от генетического типа угля и температуры процесса наиболее эффективными являются электронодо-Еорныэ растворители. В условиях високотемпературного растворения с малым временем контакта для гумусовых углей важное значение имеют водорододонорные свойства растворителей.
Выявлена связь степени углефикации углей с составом и мо-лекулярнс-массовым распределением биомаркеров, часть из которых идентифицирована в составе экстрактов углей впервые. Предложены генетические показатели и критерии оценки степени катагенетической превращенности углей.Изучена зависимость состава баомаркеров от содержания тальгинита и гумусовых примесей в органической массе сапропелитовых углей. Выявлена и ооьяснена шзкая интенсивность геохимического преобразования органической массы гумусовых углей в условиях диагенеза и раннего катагенеза.
Показано, что образование ароматических структур в ОМУ наблюдается уке в условиях диагенеза в результате диспропор-ішснированил водорода. Установлены основные биопродуценты аро-матинвекна етруїсгур в гумусовых и сапропелитовых углях. Пред-
_ 4 -
ложена схема превращений абиетиновой кислоты в условиях катагенеза. Установлено сравнительно высокое содержание ароматических структур в сапропелитах кальгиштг-юго типа.
Предложена качественная модель процесса терморастворения. Выявлены зависимости выхода и состава продуктов терморастворения от услові. I процесса и особенностей строения углей. Изучена и теоретически обоснована реакционная способность гумусовых и сапропелитовых углей в условиях процессов терморастворения, восстановительного алкилирования, каталитической и восстановительной деструкции.
Получено экспериментальное подтверждение протекания деструкции арилалкильных связей в среде фенола и п-толуолсульфо-кислоты через стадию образования карбониевого иона. Впервые выявлено протекание реакций арилирования и этерификации в условиях каталитической деструкции углей.
Установлено, что основными типами поперечных связей в угольной матрице бурых и молодых каменных углей являются мети-леновые и эффные связи диалкильного и алкиларильного типов, а высокоуглефицированннх углей - диарильного типа.
На основании комплексного исследования эсобенностеП происхождения, состава и свойств гумусовых и сапропелитовых углей сделаны выводы о их макромолекулярной структуре.
Практическ ая ценность. Представленная работа относится к фундаментальным исслодовашям в области углей, формирующим перспективные подходы в познании процесса углефикащш, для разработки и усовершенствования процессов переработки углей. Выявленные температурные области, соответствующие им степени конверсии углей и состав образующихся продуктов могут быть использованы в качестве технологических характеристик для оптимизации процесса терморастворвшш. Изученные особенности взаимодействия различных по природе растворителей с ОИУ представляют интерес при подборе и оптимизация состава растворителей для процессов о\_ления.
Закономерности распределения оиомаркеров, преддоиешш генетические показатели и крптершї оценки патогенной зрелости. песбходимн при разработке новых схем классификаций углой. для определения источников образования тех или нише местородденнй а углубления теории генезиса углей.
На заанту выносятся следущие основные половвїазя:
- a
результаты изучения влияния физико-химических СВОЙС растворителей, генетического типа и степени углефякацян углі на выход и состав экстрагируемых из углей веществ;
взаимосвязь природа и степени углефикации углей составом и молекулярно-массовым распределением биомаркеро] предложенные генетические показатели и критерии оцеш катагенной зрелости углей;
качественная модель процесса тершрастворення угле* выявленные зависимости выхода и состава продукте терморастворения от условий процесса и особенностей строеш углей;
результаты изучения зависимости реакционной способной углей в условиях процессов экстракционного ожигення низкотемпературнг* деструкции от параметров их химичоског состава.
Апробация работы. Результаты исследования докладывались и обсуждались на Всесоизных совещаниях по хнми и технологии твердого топлива (Москва, 1978, 1982, 1983 и 199 гг.), Международной конференции "Природные условия и рэсурс некоторых районов МНР" (Улан-Батор, 1986 г.). Всесоюзном сове щании ученых и специалистов угольной промышленности (Красно ярск, 1982 г.), Всесоюзном совещании "Геохимия горючих слан цев" (Таллин, 1982 г.), Всесоюзной конференции "Современны проблемы химической технологии" (Красноярск, 1986 г.), Все сошной научно-практической конференции "Создание высокоэффек тивных процессов переработки и использования твердых горючи; ископаемых, получение альтернативных моторных топлив и нефте-химических продуктов из угля" (Донецк, 1989 г.), научно-технических конференциях "Исследование углей, процессов и продуктов их переработки" (Свердловск, 1978, 1982, 1985, 1988 і 1991 it.), научно-практической конференции "Повышение эффективности открытой угледобычи и переработки угля" (Красноярск, 1987 г.), конференции "Химия и экология" (Иркутск, 1989 г.), VIII конференцій молодых ученых-химиков (Иркутск, 1990 г.), Международной конференции "Исследования в области состава t структуры углей и их газификация" (София, 1990 г.)
Публикации. По .теме диссертации опубліковане 79 работ, депонировано 3 монографии.
Э к Jj..@ д автора в публикации, выполненные в со-
авторстве, состоял в общей постановке задач, обсуждении и интерпретации полученной информации. Основнне теоретические и экспериментальные результаты работы полученылично или под непосредственным руководством автора.
Автор выражает глубокую причкятельность научному ког.*ль-танту Заслуженному деятелю науки РСФСР, доктору химич^лсих наук, профессору В.В.Тутуриной за помощь, оказанную при подготовке настоящей диссертации.
Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, семи глав, основных выводов, списка использованной литературы из 343 наименований -і содержит 4^5 страниц машинописного текста, включая 109 рисунков и 76 таблиц.
