Диссертации и авторефераты Украины
Перейти на каталог
Каталог авторефератов

Я ищу:
Диссертация / Автореферат

По вопросу доставки диссертации по этой теме пишите на электронный адрес: info@disser.com.ua
Тема автореферата диссертации: Структура, фізико-хімічні властивості та перспективи енергохімічного використання солоного вугілля 1999 года.
Источник: Автореф. дис... д-ра хім. наук: 02.00.13 / Т.Г. Шендрік; НАН України. Ін-т фіз.-орган. хімії та вуглехімії ім. Л.М.Литвиненка. — Донецьк, 1999. — 35 с. — укp.
Аннотация: Виконано комплексне систематичне дослідження хімічної будови та структурної організації органічної маси (ОМ) солоного вугілля (СВ) - перспективної вітчизняної енергохімічної сировини. Встановлено суттєві особливості структури ОМ СВ, склад природних мінералів СВ, що впливають на поведінку сировини в різних процесах хімічної переробки (піроліз, гідрогенізація, газифікація). Запропонована концептуальна модель структури СВ, згідно з якою СВ є природними сполуками включення мішаного типу. Частками-"хазяями" є макромолекулярні впорядковані структурні одиниці з функціональними групами і хелатоутворюючими фрагментами, а "гостями" - іони натрію, хлору та заліза. При цьому в СВ спостерігається сполучення властивостей вугілля низької і високої стадій метаморфізму. Вивчено закономірності термодеструкції СВ в різних умовах. Деталізовано та узагальнено деякі маршрути процесу активації ОМВ природними солями. Установлено основні закономірності лужного гідролізу (ЛГ) солоного вугілля, що залежать від генетичних характеристик вихідної сировини. Визначені структура і властивості продуктів ЛГ солоного вугілля: гуматів, гумінових кислот (ГК) та ентгумінованого вугілля (ЕГВ). Запропоновано узагальнений механізм процесу ЛГ солоного вугілля. Встановлено закономірності розподілу натрію, хлору та мікроелементів в процесах озолення, піролізу і гідрогенізації СВ. Представлена принципова схема маловідхідної технології утилізації СВ з одержанням фізіологічно активних ГК і дешевого адсорбенту - ЕГВ, який також може бути використаний для одержання енергетичних газів та цінних мікроелементів. Встановлено закономірності виділення і механізм сорбції срібла природними СВ з його водних розчинів. Запропоновано рішення науково-технічної проблеми - екологічно врівноваженого використання резервної вітчизняної вуглецевої сировини - солоного вугілля України - як джерела енергетичних газів, моторного палива, хімічних продуктів та дешевих адсорбентів.

Текст работы:

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ФІЗИКО ОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ТА ВУГЛЕХІМІЇ

ІМ. Л.М.ЛИТВИНЕНКА





ШЕНДРІК ТЕТЯНА ГЕОРГІЇВНА



            УДК 552.576.1+662.74÷66.094.3:549





СТРУКТУРА, ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТА ПЕРСПЕКТИВИ ЕНЕРГОХІМІЧНОГО ВИКОРИСТАННЯ СОЛОНОГО ВУГІЛЛЯ



02.00.13 - нафтохімія і вуглехімія






Автореферат дисертації на здобуття

наукового ступеня доктора хімічних наук





Донецьк - 1999


Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті фізико - органічної хімії та вуглехімії ім. Л.М.Литвиненка НАН України.

Науковий консультант:        доктор технічних наук, професор

Саранчук Віктор Іванович.

Інститут фізико-органічної хімії та вуглехімії

ім.Л.М.Литвиненка НАН України,

завідувач відділу хімії вугілля.

Офіційні опоненти:        доктор хімічних наук, професор

Картель Микола Тимофійович.

Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН

України, заступник директора з наукової роботи.


доктор хімічних наук, професор

Тітов Євген Володимирович.

Інститут фізико-органічної хімії та

вуглехімії ім. Л.М. Литвиненка НАН України,

головний науковий співробітник.


доктор .технічних наук, професор

Пашковський Петро Семенович.

Науково-дослідний інститут гірничорятувальної справи, перший заступник директора

з наукової роботи.


Провідна установа:        Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, відділ каталітичного синтезу, (м. Київ).


       Захист відбудеться   “29”     вересня     1999 року о_____ годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 11.216.01 в Інституті фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л.М.Литвиненка НАН України (340114, м. Донецьк, вул. Рози Люксембург, 70).


З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту фізико - органічної хімії та вуглехімії ім. Л.М.Литвиненка НАН України (340114, м. Донецьк, вул. Рози Люксембург, 70).


Автореферат розіслано   _20_     серпня 1999 року.


Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради        О.М.Шендрик

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У звязку з поступовим зменшенням запасів високоякісних видів вуглеводневої органічної сировини (газ, нафта, коксівне вугілля, антрацит) зростає актуальність пошуку ефективних методів одержання з некондиційного вугілля альтернативних енергоносіїв і хімічних продуктів.

В Україні проблема дефіциту енергоносіїв стоїть особливо гостро через відсутність значних покладів нафти та газу. Практично тільки тверді горючі копалини (ТГК) можуть розглядатися як основне джерело енергії та хімічної сировини на довгострокову перспективу. До них відноситься і вугілля з підвищеним вмістом сполук натрію та хлору (так зване “солоне вугілля”(СВ), запаси якого в Україні перевищують 20 млрд. т. Останнє не може бути використане у традиційних котлоагрегатах через його високу здатність до шлакування поверхонь нагріву й корозійну активність. В багатьох промислово розвинутих країнах світу виконуються дослідження по розробці ефективних способів спалювання солоного вугілля, одначе, до цього часу вони не знайшли промислового застосування. Більш перспективні напрямки використання СВ можуть бути звязані з розробкою енергохімічних методів його переробки в більш чисті та екологічно безпечні види палив, а також хімічні продукти різного призначення.

У літературі є лише розрізнені відомості про поведінку сполук натрію і хлору в процесах коксування, газифікації та спалювання солоного вугілля, але дані про повний склад природних мінералів, будову та надмолекулярну організацію органічної маси СВ, а також про роль солей в процесі формування структури вугілля та при одержанні синтетичних палив не мають належного відображення в літературі або практично відсутні. Згадані вище дані необхідні для розробки раціональних і екологічно зважених методів утилізації СВ.

Дисертаційна робота виконана відповідно до планів науково-дослідних робіт відділу хімії вугілля Інституту фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л.М.Литвиненка НАН України за темами “Фізико-хімічні дослідження складу, властивостей та можливостей використання солоного вугілля Донбасу” (№ держ. реєстр. 01850013540), “Розробка нових способів комплексної переробки бурого та солоного вугілля” (№ держ. реєстр. 0100010158), а також згідно з координаційною програмою АН УРСР, що стосувалася проблеми “Вивчення будови, структури та реакційної здатності твердого палива”, програмою ДКНТ СРСР (проблема “Створення високоефективних процесів переробки і використання ТГК, одержання альтернативних моторних палив та нафтохімічних продуктів з вугілля”), програмою ДКНТ України (напрямок “Екологічно чисті технології видобутку, переробки, транспортування та використання рудних та нерудних копалин”, проблема “Геологія, видобування та використання твердих горючих копалин”) відповідно до тематичних планів Інституту фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л.М.Литвиненка НАН України (№№ державної реєстрації тем 01860013540, 01900010258, 01900048433).

Мета та задачі роботи. На основі одержання достеменних відомостей про склад та основні принципи побудови структурної одиниці солоного вугілля визначити перспективні напрямки екологічно прийнятних шляхів конверсії солоного вугілля України. З цією метою було доцільним вирішити такі задачі : встановити речовинний склад природних мінералів солоного вугілля, особливості структури і надмолекулярної організації його органічної маси, виявити закономірності процесів глибокої переробки СВ (піроліз, зрідження, газифікація), зясувати роль та поведінку солей лужних металів та мікроелементів в цих процесах, визначити властивості продуктів низькотемпературної конверсії солоного вугілля (гумінових кислот (ГК) та залишкового вугілля), зясувати активність солоного вугілля як природного сорбенту, оцінити екологічні наслідки різних шляхів перетворення дослідженого вугілля.

Наукова новизна.

  • Вперше одержано фізико-хімічні характеристики та встановлено особливості будови і деяких властивостей солоного вугілля України, яке на відміну від несолоного вугілля характеризується високою електропровідністю, щільною упаковкою поліаренових шарів в органічній матриці вугілля (d002~3,5-3,6Е) при високому виході гумінових кислот (до 35% від органічної маси вугілля (ОМВ), підвищеним вмістом багатьох мікроелементів.
  • Встановлено речовинний склад мінералів СВ Західного Донбасу та хімічні перетворення мінеральних сполук в процесах озолення, піролізу, лужного гідролізу та при зберіганні солоного вугілля.
  • Сформульовано концепцію будови СВ як природної сполуки включення (ПСВ) змішаного типу, де частками - “хазяями” є макромолекулярні впорядковані структурні одиниці з функційними групами, які можуть виступати як полідентатні ліганди, а “гостями” є гідратовані іони натрію та хлору, а також іони заліза. При цьому в СВ спостерігається сполучення властивостей, що притаманні як бурому вугіллю, так і вугіллю середнього ступеня метаморфізму.
  • Виявлено каталітичний вплив нативного хлориду натрію в процесах глибокої переробки СВ методами піролизу, газифікації, гідрування. Зясовано роль та основні маршрути взаємодії нативного хлориду натрію з органічною масою вугілля в процесах термолізу.
  • Установлено закономірності вилучення ГК з дослідженого вугілля, знайдено кореляційні залежності виходу гумінових кислот від петролого - генетичних та фізико-хімічних властивостей сировини, запропоновано методи підвищення виходу ГК. Визначено фізико-хімічні і структурні особливості гуматів солоного вугілля, гумінових кислот та ентгумінованого вугілля (ЕГВ), показана висока фізіологічна активність вилучених гумінових кислот.
  • Одержано дані про сполуки заліза в солоному вугіллі, їх роль в формуванні структури та про їх перетворення в процесах гідрогенізації та вилучення ГК.
  • Теоретично проаналізовано та експериментально підтверджено можливість одержання з солоного вугілля України синтетичного рідкого палива методом гідрогенізації при невисоких тисках водню, а також відновних газів і адсорбентів з високим виходом цільових продуктів.
  • Сформульовані уявлення про механізм сорбції срібла з водних розчинів природним солоним вугіллям та шламами його гідрогенізації.
  • Проаналізовано екологічні проблеми високотемпературних перетворень СВ (утворення газів, що містять хлор, можливість появи хлорорганічних сполук, підвищення летючості мікроелементів). Запропоновано шляхи зниження виходу токсичних сполук при раціональному використанні СВ України.

Практичне значення.

  • На основі сформульованих в роботі уявлень про структуру та надмолекулярну організацію дослідженого вугілля запропоновано та експериментально обгрунтовано більш раціональні, ніж його спалювання, шляхи використання солоного вугілля України, що забезпечують одержання якісних енергоносіїв, сорбентів та зниження екологічної небезпеки при його утилізації.
  • Розроблено прийоми підвищення ефективності знесолення СВ з використанням поверхнево активних речовин (ПАР) та слабких розчинів кислот, підвищення виходу ГК, виходу і якості синтетичного рідкого палива та відновних газів з СВ.
  • Розроблено ефективний спосіб вилучення срібла з відпрацьованих розчинів кіно-фото промисловості з застосуванням солоного вугілля, що забезпечує скорочення витрат сорбенту у порівнянні з аналогом.
  • Запропоновано узагальнюючі схеми енерго- і ресурсозберігаючих технологій переробки СВ України, що дозволяють одержати до 35% фізіологічно активних ГК, відновні гази та/ або дешеві сорбенти (60-80% ваг.) для очистки промислових відходів та для отримання ряду цінних елементів.

Методи дослідження. В роботі використано методи фізико-хімічного аналізу: рентгеноструктурний і рентгенофазовий (РСА і РФА), ЕПР, ІЧ - та ЯГР спектроскопії, термогравіметрії, оптичної і скануючої електронної мікроскопії (СЕМ), методи петрографії, елементного аналізу, хімічного функціонального аналізу, кондуктометрії, напівкількісного спектрального аналізу, іонометрії, аргентометрії, газової хроматографії, фотоколориметрії тощо.

Особистий внесок автора. Автором здійснено постановку досліджень, інтерпретацію та аналіз результатів, узагальнено механізми лужного гідролізу і хімічних перетворень мінералів та органічної маси СВ в різних процесах конверсії, обгрунтовано принципи каталітичної дії нативних солей при термопереробці вугілля та вивчено механізми адсорбції деяких речовин природним солоним вугіллям, створено концепцію будови солоного вугілля, виконано теоретичне прогнозування та експериментальну перевірку альтернативних шляхів одержання синтетичних палив з дослідженої сировини, розроблено схеми комплексної конверсії солоного вугілля в більш цінні екологічно прийнятні продукти. Основна частина використаних в роботі експериментальних даних одержана безпосередньо автором. Результати по визначенню натрію та хлору в СВ, в продуктах його піролізу і гідрогенізації, кисневих функційних груп в різних умовах, парамагнітні характеристики СВ і продуктів їх термічної переробки та лужного гідролізу вугілля одержані разом з асп. В.В.Симоновою та здоб. А.В.Зайковським. Вказані результати були використані в захищених В.В.Симоновою та А.В.Зайковським кандидатських дисертаціях, що виконані під керівництвом автора.