Введение к работе
Актуальность исследования. Республика Грузия характеризуется высокой насыщенностью промышленными предприятиями самого различного назначения, мощным автомобильным парком, высокоразвитым сельскохозяйственным производством и горнодобывающей промышленностью, требующих привлечения огромного количества энергоресурсов. В период вхождения Грузии в состав СССР обеспечение её энергоресурсами осуществлялось единой энергосистемой, а также нефтепродуктами, поставляемыми из различных союзных республик. Распад СССР создал в Республике Грузия серьезный энергетический и экономический кризис в ввиду ограниченности её собственными энергоресурсами. Одним из путей выхода из создавшегося положения является вовлечение каменных углей Ткибульского и Ткварчельского месторождений в термохимическую переработку с получением на их основе моторного топлива и разнообразной химической продукции, например, методами деструктивной гидрогенизаций, термоожижения, высокоскоростного пиролиза. Разработка и внедрение в промышленность указанных процессов возможны только при наличии подробных сведений о химическом составе органической массы углей (ОМУ), которые для углей Республики Грузия крайне ограничены.
В этой связи проведение детального исследования химического состава ОМУ Республики Грузия, а также разработка процессов переработки углей с получением высококачественных моторных топлив и химической продукции является актуальным и крайне необходимым.
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. Ш 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-технической программе "Наукоемкие химические технологии"; программой правительства РФ " Оздоровление экологической обстановки и охраны здоровья населения России" на 1993-1998 г.г. Кроме того, выполнение данных работ включено в программы Российского фонда фундаментальных исследований "Университеты России".
Цели и задачи исследования. Основными задачами работы являлись: подробное комплексное исследование химического состава различных угольных экстрактов и отдельных групп соединений смол полукоксования каменных углей Ткибульского месторождения Республики Грузия; изучение процесса термоожижения углей, выявление взаимосвязи химического состава ОМУ с их склонностью к ожижению; определение областей рационального использования продуктов полукоксования и термоожижения углей.
Для решение перечисленных выше задач было необходимо; обобщить и критически проанализировать известные литературные источники о химическом составе продуктов различных способов переработки каустобиолитов, а также существующих теориях строения как угольной макромолекулы в целом, так и её отдельных фрагментов, взаимосвязи химического состава ОМУ с их реакционной способностью; разработать схему, включающую экстракцию, полукоксование в условиях максимально исключающих высокотемпературный пиролиз "первичных" парогазовых продуктов, термоожижение углей, вакуумную ректификацию, адсорбционную жидкостную и препаративную тонкослойную хроматографию с целью разделения угольных экстрактов и углеводородов смол полукоксования на узкие субфракции и даже индивидуальные соединения; используя комплекс современных физико-химических методов анализа подробно изучить структуру последних, на основе чего вывести их молекулярные и гипотетические структурные формулы; выполнить термоожижение углей в среде различных растворителей; выбрать оптимальные условия процесса, позволяющие получать максимальное количество жидких продуктов заданного фракционного, группового и структурно-группового состава; выявить взаимосвязь химического состава ОМУ с их склонностью к термоожижению; предложить пути рационального использования различных угольных продуктов.
Научная новизна. Методами элементного, эмиссионного спектрального, количественного функционального, структурно-группового анализов, криоскопии, ИК-, УФ, ]Н и13С ЯМР-спектроскопии, адсорбционной жидкостной, капиллярной газожидкостной и препаративной тонкослойной хроматографии, хромато-масс-спектрометрии, экстракции, полукоксования, термоожижения впервые подробно изучен химический состав органической массы каменных углей Ткибульского месторождения Республики Грузия. Разработана схема, включающая
экстракцию, полукоксование, химический групповой анализ, вакуумную ректификацию, адсорбционную жидкостную, капиллярную газожидкостную и препаративную тонкослойную хроматографию, позволившая разделить экстракты и отдельные группы смолы полукоксования на узкие субфракции и даже индивидуальные компоненты, для которых выведены молекулярные и гипотетические структурные формулы. Впервые изучены процессы полукоксования и термоожижения ткибульских каменных углей; дана подробная характеристика продуктов; выбраны оптимальные условия термоожижения, определяющие максимальный выход жидких продуктов с заданным фракционным, групповым и структурно-групповым составом; выявлена взаимосвязь химического состава ОМУ с их склонностью к термоожижению; даны рекомендации практического использования продуктов экстракции, полукоксования и термоожижения углей.
Основные положения, выносящиеся на защиту: новые сведения о химическом составе органической массы каменных углей Ткибульского месторождения Республики Грузия; результаты процесса термоожижения углей, фракционного, группового, структурно-группового и качественного состава жидких продуктов, взаимосвязь химического состава ОМУ с их склонностью к ожижению; концепция научного прогнозирования реакционной способности углей в процессе термоожижения, а также состава, образующихся при этом продуктов.
Научные и практические рекомендации
1. Новые сведения о химическом составе угольных экстрактов, различных групп соединений смол полукоксования и жидких продуктов термоожижения ткибульских каменных углей существенно расширяют наши представления в области углехимии. Подробные сведения о структуре соединений позволяют установить генетическую связь отдельных фрагментов ОМУ с исходным биологическим материалом, определить основные направления его биогеохимической трансформации в ходе углеобразовательного процесса; могут быть введены в курсы Высшей школы по нефте- и углехимии, геоорганической и органической химии, биохимии, технологии и переработки каустобиолитов, при разработке современных процессов комплексной химико-технологической переработки последних, направленных на получение высококачественного моторного топлива и разнообразной химической продукции.
-
Методика исследования химического состава ОМУ, включающая получение смолы полукоксования, в условиях максимально исключающих высокотемпературный пиролиз "первичных" парогазовых продуктов, экстракцию, вакуумную ректификацию, адсорбционную жидкостную и препаративную тонкослойную хроматографию, криоскопию, химический групповой, количественный функциональный и структурно-групповой анализ; может быть рекомендована для проведения комплексных подробных научных исследований химического состава как исходных ископаемых топлив, так и продуктов различных способов их переработки.
-
Результаты изучения процессов полукоксования и термоожижения углей, подробной характеристики качественного и количественного состава образующихся продуктов, позволяют научно обосновать оптимальные условия данных процессов, взаимосвязь химического состава ОМУ с их склонностью к ожижению, а также с фракционным, групповым и структурно-групповым составом жидких продуктов; выбор сырьевой базы и рациональных путей использования продуктов экстракции, полукоксования и термоожижения углей.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов (г.Тула, Тулгоспединститут им. Л.Н.Толстого, Тульский государственный университет; г. Новоиосковск НИ РХТУ им. Д.И.Менделеева; IV Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием), г.Санкт-Петербург, 1996-1999 г. г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 2 статьи и тезисы доклада на IV Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, изложенных на 233 страницах, включая 27 рисунков и 31. таблицу, а также перечня использованной литературы из 256 наиме-нований на 28_ страницах.
