Введение к работе
Актуальность проблеми. Энергетический кризис 70-х годов и наметившийся їй перспективу дефицит нефти показывают необходимость более широкого вовлечения в энергетику И ХІМІЮ альтернативних источшжов органического снрья. В первую очередь рассматрипаются возможности использования ископаошх углей, мировые запаси которых намного больше, чем нефти и газа. Для создания новых экономически эффективных процессов переработки углей необходимы более глубокие знания об угольном Еецэстве. Поэтому исследования, направленные на изучение строения и свойств углей, являются актуальными для развития основ будущих технологий энергетического использования и получения, химического сырья.
Из ископаемых углей наиболее прости для переработки обогащенный водородом сапропелитовые угли (содержание водорода в сапролелитпх 3 -XZ %). Сапропелитовиз угли в Пйсгс.щоо время не - кспольг-уотся . в промышленности и энергетике, хотя готеїтциально представляют собой ценное химическое сырье, так как отличаются от гумитов существенно Солее высоким выходом летучих веществ (50 - 60 Ж, а иногда до 90 Ж). ^Однако будучи менее распространенными (запасы сапропелитовых-и гумито-сапропелитовых утлой превышают 300 млрд.т), чем гумусовое угли, сапропелитн соответственно изучены не столь обстоятельно. Необходим новый этап в исследованиях строения и свойств сапропелитов, основанный па разработке оригинальных подходов к изучению углей на молекулярном уровне и широком испольаованки современных физических методов. Важное научное и практическое значение нриобретгет при этом разработка основ технологической переработки сапропелитовых^углей для наиболее рационального
кх ИС1ЮЛЬ"СВЙ1ШЛ.
Актуальность проблемы обусловлена тякже рядом уникальных особенностей еппроталитових углей. По физическим свойстзам и содержанию минерального вещества - это угли, и части
залегают в пластах бурых и каыетшх углей по генезису, исходному органическому веществу они близки нефти, а от горючих сланцев отличаются малим содержанием минерального вещества. Поэтому сапропелита занимают особое- положение в системе ископаемых твердых тогшив, и их изучение позволит пролить свет на проблеми путей трансформации захороненного древнего оргаяичосксго вещества к генезиса нефти и угля, что ь свою очорьдь актуально для разработки геохимических способов поиска месторождений горючих ископаемых.
Работа выполнена в соответствии с координационным планом научно-исследсьатодьских работ Отделения общей я технической химии АН СССР по направлению "Химия углей, торфа и горючих сланцев" на 1936-1990 іт по теме 2.10.1.1.8 "Структура и свойства сапропелитовых углей и получение из них химических препаратов" и входит в научно-техническую программу приоритетного направления развития химической науки ' а технологии: "(Ъзм,ние высокоэффективных процессов переработки и использовашм твердых горючих ископаемых, получвішо альтернативных моторных топлге и нефтехимических продуктов из угля" по томе "Исследование состава, строения и химических свойств сапропелитовых углей". (Постановление ГГОГГ и Президиума АЗІ СССР 62/51 от 5.03.83 г. ). Поля и задачи исследования. Основной целью работы являлось выявление общих зшсоиокёрлостей строаїшя и свойств сапрсшлитор. и разработка на этой основе концепции строения, а также, поиск новых способов использования сапропелитовых углей. Длл достижения, поставленной цели, необходимо решение ряда взаимосвязанных задач , основными из которых являются: создание коллекциь образцов сапропелитовых углэй; исследование структуры сапропйлитов нелеструктивныш физическими методами; выделение и идонтдда:ация реликтовых соединений на основе использования чошх "мягких" и традиционных .датодов разрушения органической массы углей; устшршепие закономерностей между составом, строением и свойствами евпронелитових углей, разработка рокомвилаций по использованию углей различных местороздоний.
Научная новизна. Данная работа является первым систематичесгам исследованием по изучению строения и свойств сапрошлитов на основе коллекции образцов углей различных типов. На основе комплексного использования современных физических методов исследования твердых тел, "мягки?" и традиционных способов деструкции углей и анализа литературных данных создана концепция молекулярного строения сапропелитовых углей. Основу керогена сапрополитов составляет полимеризат продуктов трансформации ненасыщенных жирных кислот, входящих в "остав клеточных мембран водорослей и микроорганизмов - углеобразоваталей. Атсш углерода и водорода сапрополитов в основном находятся в прямоцепних алифатических соединениях, причем вперше обнаружено, что полиш тіїленовне цопи расположены параллельно и плотно упакованы. Проведена оценка распределения кислорода по фуякцио'налышм группам сапропелитое. Выявлено, что основным источником оргшшческого вещества сапропелитовых углей .іБляютея сине-зеленые водоросли (цианобактории) типа p.PhomidlUiii. Значительны вклад вносят водоросли типа Botryococcus ЪгзипИ.
Установлено, что- микроорганлгмы оказывают существенное влияние на состав нормальных алканов и карбонових кислот бнтумоидов, поятему коэффициенты нечетности н-алкапов зависят or степени микробиологического воздействия на органическое Бощвсп.о подорослей - углербразовагелей и мог, г не отражать степень метаморфизма углей. Выявлена связь степени метаморфизма сапропелитовых угле;; с составом гопвнових углеводородов битумоидов. Интенсивность окислительного шігробтїолопічеокого воздействия предложено оценивать по количеству и ;оставу днкарбоноьих кислот в битумовдо. Высказана и подтверждена гипотеза об участии микроорганизмов и (или) водорослей в генерации длинноцзпшх жирны кислот. Рпервые обнаружены в сапрополиїошх углях тритьрпено;і;.;ше гантаїппишвскме кислоты. Сбпаруадпэ и объяснено различие механизмов рлішего матаморіТиома сапропеле-ova и гумусового органических веществ.
Ішвлоїш осо5ен;юсти термической дзетрукцки
сапропелитовых углей и показано, что они разделяются на три грушш в зависимости от степени метаморфизма. Максимум интенсивности основного пика ДТА сапропелитовых углей смещается в высокотемпературную область с увеличением степени их метаморфизма. Найдено, что летучио продукта терлическоя деструкции сапропелитов в основном состоят из алифатических соедкнеюій, а полукокс в основном является продуктом взаимодействия алифатических сое даше ний.
Впервые обнаружено, что часть молекул палъмитиновсй и олйиноесй кислот находятся в полимерной структуро керогона в "захваченном'* виде и поэтому на подвермны микробиологическому окислению и деструкции.
Предложен метод и исследован состав и строение продуктов высокотемпературного щелочного гидролиза (ВТЩГ) сапропелитовых углей. Выявлены зашсимссти состава продуктов ВТЩГ от особенностей строения сапропелитов. Практическая ценность. Предложена концепция строения йпропалйтовых углей, позволяющая обосновывать и создавать новые подхода к практическому использованию сапропелитов. Разработан метод ВТЩГ сапропелитовых углей перспективний для протащенного получения н-алканов, алифатических кетовое и жирных кислот. Закономерности распределения апканов и жирных кислот и химизма формирования сапропелитовых углей представляют интерес для усовершенствования геохимических способов поиска месторождений горючих ископаемых.
Выявлена возможность использования сапропелитов и продуктов их деструкции для флотации углей, получения антикоррозайшл. покрытий, эффективных взрывчатых воддств местного приготовления и дроїжей. Подготовлены рекомендации для нетрадиционного использования сапропелитовях углей различных кесторовдений. Представлекншэ в работе результата являются методической основой для изучения и сертификации сапротгелзловых углей в Центро сертификации углей Кузбюса. Апробация работы. Основные результаты раЗст докладывались и "оСоувдались на выездном заседании Научного Совета по хгши ископаемого твердого тзьлиаа (Коиерово, І9В4 г.), Бсесотанои
конференции "Развитие химической промняленности" (Томск,
-
г.). Совещании по химки и технологии получения і оплив из угля (Москва, 1985 г.), Всесоюзной конференции "Современные проблеми химической технологии" (Красноярск,
-
г.), IV Всесоюзной конференции по масс-спекгрометрии (Сумы, I98S), Всесоюзной конференции "Социально-экономические проблемы достижения коренного перелома в эффективности развития производительных сил Кузбасса" (Кемерово, 1983 г.), Всесоюзной научно-практической конференции "Создание высокоэффективных процессов переработки и использования твердых горючих ископаемых, получение моторных теплив и нефтехимических продуктов из угля" (Донецк, 1989 г.), микросимпозиуме по проблеме "Получение синтетических топлив" (София, 1990 г.), Международной конференции "fioal .structure and reactivity" (Кембридж, 1990 г.). Международном симпооиуда "Бассойш чернослаїщевой седиментации и связанные с ївши полезные ископаемые" (Новосибирск, 1991 г.), Всесоюзной конференции "Современные проблемы .геологии и геохимии твердых горючих ископаемых" (Львов, 1991 г.). Всосоюзшшх совещашіях ХТТТ-5 и ХТТТ-6 (Москва, Ї988 и 199?. гг.), Международных симпозиумах "Coal Structure 89 и 92" (Варшава, 1989 г. и Краков, 1992 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 38 печатных работ, в том числе I авторское свидетельство СССР и I монография.
03'і.ем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, сг.мя глав, тчіводов, пршгакглптя и списка цитируемой литературы (23G наименований). Габота изложена ча 363 страницах машинописного' текста, содержит 35 таблиц и 78 рисунков.
/ччнов участие автора. Все идеи по обосновагапо методой исследования сапропелитовых углей принадлежат автору диссертации. Основные тєоротичоскио и. оксперимолталышв ре улътати работы получени лично или под нопосродстезгашм руководством амора диссертации. Автору принадлежат анализ и обобщение результатов пояучетшх в работе.
