Особливості складу і структури вуглистої глини, процес визначення закономірностей піролізу. Можливості отримання рідких, газоподібних продуктів і згрудкованих карбонізатів. Характеристика сорбційно активних твердих залишків. Вплив термохімічного процесу.
Аннотация к работе
Україна також володіє значними запасами низькоякісного твердого палива, до якого належать горючі сланці, буре вугілля і відходи його видобутку - вуглисті глини (ВГ). Дослідження, спрямовані на вивчення складу, структури ВГ, будуть корисні при визначенні можливості переробки в цінні продукти, що є важливим, актуальним завданням. Робота виконана у відповідності з планом науково-дослідницької роботи кафедри хімічної технології палива Донецького національного технічного університету за держтемою: „Комплексне дослідження вуглистих глин Дніпровського буровугільного басейну і розробка теоретичних основ їх комплексної переробки” (№ держреєстрації 0100U001043) та науково-дослідницької роботи Інституту фізико-органічної хімії і вуглехімії Національної Академії наук України згідно з держбюджетною тематикою: „Дослідження сорбційних властивостей модифікованого бурого вугілля і продуктів його термолізу” (№ держреєстрації 0199U000287). Мета роботи - на підставі знань про склад, структуру і поведінку ВГ в процесах піролізу та активації розробити перспективні напрямки їх комплексного використання. Для досягнення поставленої мети визначено такі завдання дослідження: - зясування особливостей складу і структури ВГ;Враховуючи ідентичні умови утворення ВГ і бурого вугілля, в першому розділі розглянуто способи переробки вугілля, які після відповідних досліджень можна застосувати і до ВГ. У третьому розділі викладено результати вивчення складу і структури ВГ в порівнянні з бурим вугіллям. Проте у ВГ переважають мацерали атрініт (дрібні частки залишків гуміфікації лігніноцелюлозних тканин, можливо, стінок клітин) і денсиніт (ущільнене скупчення дрібних частинок 0,02-0,05 мм), у бурому вугіллі текстиніт (стінки клітин фрагментів зі збереженою природною структурою тканин та елементи тканин різних частин рослин) і денсиніт. Виходячи з мінерального складу ВГ й відмінності в НМО бурого вугілля і ВГ, можна припустити, що певний вклад в формування НМО органічної частини ВГ вніс саме каолініт, як речовина, здатна утворювати сполуки вкраплення з органічними речовинами. Ґрунтуючись на літературних даних про способи переробки бурого вугілля Дніпровського басейну, а також на результатах досліджень складу і структури ВГ, для визначення можливостей їх переробки обрано процес термічної деструкції в атмосфері власних газів, тобто піроліз.На підставі вивчення фізико-хімічних властивостей, складу, надмолекулярної організації вуглистих глин, а також хімічних перетворень у процесах їх піролізу та активації зроблено спробу вирішення важливого завдання використання великих запасів цієї низькосортної природної сировини. Розроблено лабораторні і теоретичні основи комплексної переробки вуглистих глин. Показано, що органічна частина ВГ представлена практично тими ж мацералами, що й органічна частина бурого вугілля. Основною відмінністю від бурого вугілля є те, що у складі ВГ переважає денсиніт. Методом рентгеноструктурного аналізу визначено структурні параметри, що характеризують надмолекулярну організацію органічної складової вуглистих глин.
План
2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
1. На підставі вивчення фізико-хімічних властивостей, складу, надмолекулярної організації вуглистих глин, а також хімічних перетворень у процесах їх піролізу та активації зроблено спробу вирішення важливого завдання використання великих запасів цієї низькосортної природної сировини. Розроблено лабораторні і теоретичні основи комплексної переробки вуглистих глин.
2. Вперше вивчено склад вуглистих глин. Показано, що органічна частина ВГ представлена практично тими ж мацералами, що й органічна частина бурого вугілля. Основною відмінністю від бурого вугілля є те, що у складі ВГ переважає денсиніт. Інші мацерали містяться в меншій кількості.
3. Методом рентгеноструктурного аналізу визначено структурні параметри, що характеризують надмолекулярну організацію органічної складової вуглистих глин. Встановлено структурні відмінності між ВГ і бурим вугіллям. Показано, що надмолекулярна організація ВГ більш досконала, ніж у бурого вугілля. Це проявляється у меншому вмісті аморфної фази, меншій міжшаровій відстані; в більшій довжині і товщині пакета. Зроблено припущення, що на формування надмолекулярної структури органічної складової ВГ суттєвий вплив чинили мінеральні речовини, зокрема каолін.
4. Вперше вивчено закономірності піролізу вуглистих глин. Показано, що вихід рідких та газоподібних продуктів із ВГ на органічну масу пропорційно залежить від зольності. Встановлено взаємозвязок якісного складу газоподібних і рідких продуктів з зольністю ВГ. В рідких і газоподібних продуктах високозольних ВГ містяться більш низькомолекулярні вуглеводні.
5. Вивчено зміни надмолекулярної організації ВГ в залежності від температури піролізу. Показано, що при низьких температурах (до 300 °С) відбувається розупорядкування молекулярної організації (збільшується міжшарова відстань, зменшується товщина пакета і його довжина). При високих температурах (>500 °С) відбувається формування нової упорядкованої надмолекулярної структури, яка характеризується більш щільним упакуванням шарів, при загальному укрупненні пакетів.
6. Вперше показано можливість отримання сорбційно активних залишків із ВГ. Вивчено закономірності зміни питомої поверхні і сорбційної активності сорбентів із ВГ від температури і часу активації. Встановлено оптимальні умови отримання сорбентів, які мають високі сорбційні властивості. Показано можливість отримання гранульованих сорбентів із дрібних фракцій ВГ за допомогою попередньої їх обробки розчинами лугів.
7. Розроблено математичну модель процесу піролізу вуглистих глин, що базується на 27 регресійних рівняннях, які повязують впливові фактори (температуру і час витримки) і характеристики процесу піролізу. За їх допомогою можна проводити розрахунок матеріального балансу процесу піролізу, складу газу, оцінку сорбційних характеристик твердих залишків. Використання моделі дозволить прогнозувати склад і властивості продуктів піролізу для вуглистих глин різних розрізів.
8. На підставі вивчення складу, структури і закономірностей процесів піролізу та активації ВГ запропоновано рекомендації щодо їх використання. Переробка ВГ дозволить отримувати значну кількість цінних продуктів, необхідних для народного господарства. Спільний видобуток ВГ та бурого вугілля дасть змогу замінити на багатьох родовищах підземну розробку на відкриту внаслідок збільшення корисної потужності пласта.
Список литературы
1. Саранчук В.И., Тамко В.А., Маценко Г.П., Швец И.И. Структура и свойства углистых глин Днепровского буроугольного бассейна // Сб. трудов международной научной конференции и школы-семинара ЮНЕСКО, Клязьма, 13-15 марта 2000. Изд-во Московского университета, 2000, Ч.1. - С. 47-49.
(Особистий внесок здобувача: підготовка зразків для аналізів, обробка ЕПР- і ІЧ-спектрів).
2. Саранчук В.И., Тамко В.А., Маценко Г.П., Дубер С., Швец И.И. Структура и свойства углистых глин Днепровского буроугольного бассейна // ХТТ. - 2000. - №3. - С. 64-70.
(Особистий внесок здобувача: одержання експериментальних даних, обробка ІЧ-спектрів, написання статті).
3. Саранчук В.И., Тамко В.А., Швец И.И., Носик В.Н. Комплексная переработка углистых глин Днепровского буроугольного бассейна // Уголь Украины. - 2000. - №8. - С. 34-36.
(Особистий внесок здобувача: одержання експериментальних даних піролізу ВГ, визначення складу газу, участь у розробці рекомендацій щодо комплексного використання ВГ).
4. Тамко В.А., Саранчук В.И., Швец И.И. Возможность использования углистых глин Днепровского буроугольного бассейна // Углехимический журнал. - 2001. - №3-4. - С. 6-11.
(Особистий внесок здобувача: літературний огляд існуючої інформації про ВГ, написання статті).
5. Саранчук В.И., Тамко В.А., Швец И.И. Переработка отходов добычи бурых углей / Сб. научных статей „Проблемы сбора, переработки и утилизации отходов”, Одесса, 2001. - С. 311-315.
(Особистий внесок здобувача: одержання експериментальних даних, вивчення закономірностей термічних перетворень, написання статті).
6. Швець І.І., Саранчук В.І., Тамко В.О. Отримання сорбентів із відходів видобутку бурого вугілля // Збірник доповідей „Охорона навколишнього середовища та раціональне використання ресурсів”, Донецьк, 2001. - С. 56-57.
(Особистий внесок здобувача: одержання експериментальних даних активації ВГ, характеристики продуктів, написання тез).
7. Швец И.И., Ошовский В.В., Тамко В.А. Энергохимическая переработка буроугольного сырья - путь решения экологических проблем // Збірник доповідей 1 Міжнародної наукової конференції аспірантів та студентів „Охорона навколишнього середовища та раціональне використання ресурсів”, Донецьк, 2002, Т.1. - С. 48-49.
(Особистий внесок здобувача: одержання експериментальних даних, написання тез).
8. Саранчук В.И., Швец И.И., Ошовский В.В., Тамко В.А. Углистые глины - дополнительный источник энергии и технологического сырья // Наукові праці ДНТУ, Серія: Хімія і хімічна технологія, випуск 43, Донецьк, 2002. - С. 28-30.
(Особистий внесок здобувача: обґрунтування доцільності використання ВГ, одержання експериментальних даних отримання продуктів переробки ВГ, написання статті).
9. Saranchuk V.I., Matsenko G.P., Tamko V.A., Shwets I.I. Coalcontaining rocks of Dneprovsk brown coal basin as saw material for energetics and chemical industry // Proceedincs of the IV European coal conference, 26-28 September 2000, Ustron, Poland, Polish Geological institute special papers, Warszawa 2002. - Vol. 7, P. 225-227.
(Особистий внесок здобувача: одержання експериментальних даних піролізу й активації, сорбційні дослідження продуктів, написання статті).
(Особистий внесок здобувача: участь у інтерпретації результатів ІЧ-спектроскопії рідких продуктів).
13. Тамко В.А., Швец И.И., Саранчук В.И., Шендрик Т.Г. Структура углистых глин Днепровского буроугольного бассейна // Углехимический журнал. - 2004. - №1-2. - С. 3-6.
(Особистий внесок здобувача: підготовка зразків ВГ для рентгенівських досліджень, обробка і участь у трактуванні рентгенограм органічної і мінеральної частин ВГ).
14. Тамко В.А., Саранчук В.И., Швец И.И., Шендрик Т.Г. Получение и свойства сорбентов из углистых глин Днепровского буроугольного бассейна // Углехимический журнал. - 2004. - №3-4. - С. 74-78.
(Особистий внесок здобувача: одержання експериментальних даних, вивчення закономірностей активації ВГ).
15. Тамко В.А., Швец И.И., Саранчук В.И., Маценко Г.П., Шендрик Т.Г. Характеристика и состав углистых глин Александрийского месторождения // Углехимический журнал. - 2004. - №5-6. - С. 12-18.
(Особистий внесок здобувача: підготовка зразків ВГ для досліджень, участь у трактуванні ІЧ-спектрів ВГ).
16. Тамко В.А., Швец И.И., Саранчук В.И., Шендрик Т.Г., Маценко Г.П. Изменения состава и структурные преобразования в углистых глинах при пиролизе // Углехимический журнал. - 2005. - №1-2. - С. 35-41.
(Особистий внесок здобувача: підготовка зразків ВГ для досліджень, обробка рентгенограм, участь у трактуванні і обговоренні результатів рентгенівських, оптичних і спектральних досліджень).