Введение к работе
- з -
Актуальность исследования. Угли обладают огромным химическим потенциалом и на их основе возможно получение широкого набора продуктов (коагулянты, высококонцентрированный глинозём, пропан-ты, бытовое и моторное топливо, генераторный газ, синтетические волокна, пластмассы, каучуки, ядохимикаты, редкие и редкоземельные металлы, фармацевтические препараты и другие). Научная разработка и создание производств комплексной химико-технологической переработки углей с получением перечисленной выше продукции возможны только при наличии подробных сведений о их вещественном составе. Например, для организации процессов деструктивной гидрогенизации, термоожижения, высокоскоростного пиролиза углей крайне необходимы подробные сведения о химическом составе органической массы углей (ОМУ), структурной организации угольной макромолекулы, её отдельных фрагментов, их количественном соотношении, типе и степени конденсации, ароматичности, эамещенности различными функциональными группами и алкильными цепями, природе и характере распределения гетероатомов (О, N, S).
Наличие этих сведений позволит научно обосновать выбор угля, оптимизировать процессы его переработки для достижения высокого выхода жидких продуктов заданного состава, выявить взаимосвязь химического состава ОМУ с его реакционной способностью, а такие с особенностями состава исходного биологического материала; определить пути его биогеохимической трансформации в ходе углеобразова-ния и области рационального применения продуктов переработки углей. Таким образом, проведение комплексных детальных исследований вещественного состава углей, а также разработка современных процессов их переработки с получением моторных топлив и сырья для неорганического и органического синтеза на основе подробных сведений о вещественном составе углей является актуальным.
Исследования являлись составной частью НИР, проводимых в Тулгоспедуниверситете им. Л.Н.Толстого с 1972 г. в соответствии с заданиями АН СССР и корреспондировались с постановлением ГКНТ СССР от 27.02.89 г. № 101 , о Государственной научно-технической программе "Экологически чистая энергетика", проект "Синтетическое жидкое топливо", а также с приказом ГК РСФСР по делам науки и высшей школы от 12.08.91 г. № 716 о Республиканской научно-техни-
- і -
ческой программе "Наукоемкие химические технологии"; программой правительства РФ " Оздоровление экологической обстановки и охраны здоровья населения России" на 1993-2000 г.г. Кроме того, выполнение данных работ включено в программы Российского фонда фундаментальных исследований "Университеты России".
Цели и задачи исследования. В работе ставились следующие задачи: подробное изучение химического состава органической массы (ОМ) каменных углей различных месторождений Кузбасса; исследование процесса термоожижения углей; определение взаимосвязи химического состава ОМУ с их склонностью к ожижению; разработка научной концепции прогнозирования выбора угля для производства компонентов моторного топлива и различной химической продукции; определение основных областей эффективного использования продуктов экстракции, полукоксования и термоожижения углей.
Для решение поставленных задач потребовалось: обобщить известные сведения о химическом составе угольных экстрактов, продуктов термодеструкции углей, структурной организации фрагментов ОМУ и макромолекулы в целом, а также взаимосвязи химического состава ОМУ с их реакционной способностью; подробно изучить качественный и количественный состав различных угольных экстрактов, отдельных групп соединений смол полукоксования и жидких продуктов термоожижения углей; выявить влияние растворителя на основные показатели процесса термоожижения углей, а также взаимосвязь химического состава ОМУ с их склонностью к ожижению.
Научная новизна. Комплексом современных физико-химических методов анализа впервые подробно изучен химический состав ОМ каменных углей различных месторождений Кузбасса, а также процесс термоожижения углей. Определены оптимальные условия процесса термоожижения как индивидуальных углей, так и шихты, составленной из них, с подробной детализацией фракционного, химического-группового и структурно-группового состава жидких продуктов. Разработаны основные положения концепции научного прогнозирования реакционной способности углей при термоожижении.
Основные положения, выносящиеся на защиту. Новые сведения о химическом составе и структуре отдельных фрагментов ОМ каменных углей различных месторождений Кузбасса на примере установления качественного и количественного состава экстрактов, отдельных групп соединений смол полукоксования жидких продуктов термоожиже-
ния углей; результаты экспериментальных исследований по установлению влияния природы растворителя и химического состава ОМУ на основные показатели процесса термоожиясения, а также взаимосвязи химического состава ОМУ с их склонностью к термоожижению: концепция научного прогнозирования выбора угля для производства моторного топлива и химической продукции заданного состава; рекомендации по практическому использованию различных угольных продуктов. Научные и практические рекомендации
-
Новые сведения о качественном и количественном составе различных угольных экстрактов, отдельных групп соединений смол полукоксования, жидких продуктах термоожижения каменных углей Кузнецкого бассейна значительно расширили представления о химическом составе ОМУ, её генетическую связь с исходным биологическим материалом, путях его биогеохимической трансформации в ходе углеобразования; позволили дать практические рекомендации по эффективному использованию различных угольных продуктов.
-
Разработанная схема исследования химического состава ОМУ, включающая экстракцию, полукоксование в условиях максимально исключающих высокотемпературные превращения "первичных" парогазовых продуктов, соединения которых можно считать отвечающими фрагментам ОМУ, химический групповой анализ, адсорбционную жидкостную и капиллярную газожидкостную хроматографию, может быть рекомендована для детального исследования особенностей химического состава ОМ не только углей, но и торфов, горючих сланцев, природных битумов.
-
Установленные зависимости основных показателей процесса термоожижения от технологической группы угля, природы растворителя, а также взаимосвязи химического состава ОМУ с их склонностью к ожижению позволяют определить количественные аспекты прогнозирования пригодности углей для производства жидких продуктов заданного фракционного, химического группового и структурно-группового состава.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов (Тулгоспедуниверситет им. Л.Н.Толстого г. Тула; Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) г. Санкт-Петербург; Новомосковский институт РХТУ им. Д.И. Менделеева г.Новомосковск (1995-2000 г.г);
Международной конференции "Углехимия на рубеже ХХІ-вєка" г. Москва (2000 г); Международном экологическом конгрессе г. Санкт-Петербург (2000 г); ХШ-ой Международной научно-практической конференции "Реактив-2000", г. Тула (2000 г)).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, изложенных на 243 страницах, включая 1В рисунков и 32 таблицы, а также перечня использованной литературы из ЗВ7 наиме-нований на 47 страницах.
