Экстракция угля в органических растворителях

В процессе экстракции происходят такие явления, как растворение низкомолекулярных компонентов, расположенных в порах угольных соединений, разрыв донорно-акцепторных связей между макромолекулами в органическом составе угля и проникновение вместо них молекул растворителя. С помощью процесса экстракции на угле можно получить различные углеводородные сырье и химические продукты.

Изучение химического состава органических веществ угля, генетических связей этих веществ с исходными биологическими материалами, составляющими уголь, и рассмотрение путей превращения исходного биологического материала в уголь может быть достигнуто путем изучения состава продуктов, полученных при экстракции угля в более мягких условиях. К таким продуктам относятся гуминовые вещества. Основную часть органической массы угля составляют гуминовые кислоты.

Актуальность работы . В перспективе процесс экстракции угля рассматривается как основной источник сырья для получения органических углеводородов, необходимых для химической промышленности.

Новизна работы. Ведение процесса экстракции углей кияктинского и Ой-Карагайского месторождений в условиях высоких критических и температур кипения полюсных растворителей и получение углеводородного сырья, необходимого для химического и нефтехимического синтезов.

Цель работы – процесс экстракции бурых углей, получение жидких продуктов, определение их углеводородного состава, составление принципиальных и технологических схем процесса, материального баланса.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

• -    этапы образования углей, состав, строение, различные виды угля

сбор литературных данных о растворении растворителей;

• -    ведение процесса экстракции бурых углей, взятых на исследование;

• -    выделение гуминовых кислот из угля с процессом экстракции;

• -    исследование группового углеводородного состава жидких продуктов, полученных в процессе экстракции, методом ИК-спектроскопии.

В проведенной научно-исследовательской работе было установлено, что с помощью различных полюсных растворителей происходит процесс экстракции и получают большое количество углеводородных сырьевых продуктов.

Результаты исследования основаны на экспериментах, проведенных с помощью физико-химических методов на стандартных лабораторных устройствах.

Экспериментальная часть

• 1    Қияқты жәнe Oй-Қapaғaй кeн opны көмipлерінің физикa-химиялық cипaттaмaлapы

Объектом исследования стали угли Кияктинского и Ой-Карагайского месторождений. Физико-химические характеристики угля приведены в таблице 1 и состав минеральной части в таблице 1.

Таблица 1

Физико-химические характеристики углей Кияктинского и Ой-Карагайского месторождений

Место рожде ние	Характеристики
	Тех-ая влаж ност ь	Анали тическ ая влажн ость	Золь ност ь  в сухо м сост ояни и	Лета ющи е вещ еств а  в сухо м сост ояни и	Угле род в сухо м сост ояни и	Вод ород в сухо м сост ояни и	Азот в сухо м сост ояни и	Сера в сухо м сост ояни и	Кис лоро д в сухо м сост ояни и	Отнош ение С: Н
	Wdaf	Wdaf	Adaf	daf	daf	daf	Ndaf	daf	daf	С:Н
Ой-К-гай	12,2	7,8	12,0	35,0	75,0	5,2	0,7	0,1	15,4	15,0
Кияк	12,5	9,5	6,0	41,2	74,3	4,7	0,8	0,9	19,3	15,8

Таблица - 2

Состав минеральной части углей Кияктинского и Ой-Карагайского месторождений

Месторо ждение	Состав
	SiO 2 , %	Al 2 O 3 , %	Fe 2 O 3 , %	CaO, %	MgO, %	TiO 2, %	K 2 O+Na 2 O, %	SO 2 , %
Ой-Карагай	26,0	13,5	20,6	19,6	2,9	0,6	1,0	2,0
Кияк	36,7	21,9	12,9	8,1	3,3	0,7	4,5	11,9

Выделение гуминовых кислот из различных соединений угля и их применение в топливе определение источника исходного сырья является одним из важных вопросов. Важную роль играет качество угля и процесс переработки угля щелочами, проводимый с целью получения гуминовых кислот. В процессе переработки угля высокомолекулярные соединения уменьшаются и продолжают увеличиваться с повышением температуры.

С увеличением соотношения С:Н растворимость разломных выработок снижается. Для обработки угля различными растворителями соотношение С:Н должно быть между 8-16, кроме того, угольная зольность должна быть низкой, а выход летучих веществ не должен превышать 35-36%. Исходя из вышеприведенной таблицы, можно сделать следующий вывод: угли Ой-Карагайского и Кияктинского месторождений соответствуют заявленным требованиям. При этом зольность угля Кияктинского месторождения значительно ниже зольности угля Ой-Карагайского месторождения. Но летучие вещества дают противоположные значения. А отношения С: Н примерные.

Таким образом, элементный состав угля позволяет его химическую обработку, т. е. экстракцию, т. е. элементный состав угля определяет пригодность к процессу экстракции.

• 2 . Физико-химическим методом исследования состава угля кияктинского и Ой-Карагайского месторождений

Методом ИК-спектроскопии можно определить состав соединений, степень их чистоты, функциональные группы, провести количественные измерения, изучить внутримолекулярные и межмолекулярные взаимодействия.

Состав углей месторождения Кияк (рис.1) определяли с помощью ИК-Фурье спектроскопии и характеристика ИК-спектров представлена в таблице 2.

2-таблица

Результаты ИК-спектроскопии первичных углей

Приро да колебани й	Типы соединений	Частота колебаний, -1 см (Кияк)	Частота колебаний, см-1 (Ой-Карагай)
ν он	Гидроксильная и кетоновая группы	3384,66- 3580,68(слаб.)	3300 (сильный)
ν сн	Бензольевое кольцо в метиловой группе	2926,92 (слаб.)	2922 (сильный)
ν сн	R2CNH*-	2359,09- 2342,49(сильный)	‒
ν сн	С2H2n+1-(CO)S	1716,06 (сильный)	‒
ν с=с	-С=С-СООН	1684,43 (сильный)	‒
ν с=с	Первичные и вторичные амиды	1594,95-1507,69 (силь.)	1622 (слаб.)
ν сн	-CH 2 -CH 3	1488,87 (силь.)	‒
ν сн	-CH2-	1456,86 (силь.)	‒

ν сн	-C(CH 3 ) 2	1374,46 (сильный)	‒
δ с-о	Первичные и вторичные спирты		1399 (слаб.)
ν сос	Эпоксидные смолы и циклические эфиры	1258,29 (сильный)	1262 (сильный)
ν с-о	Фенолы		1230 1140 (сред.)
ν с-о	Первичные спирты	1031,74 (сред.)	1103 1036 (сред.)
ν нс-сн	Насыщенные соединения	632,62-768,83 (сильный)	450-920 (сильный)

2-рисунок. ИК-спектр угля Кияктинского месторождения

Список использованных литератур

Н.Г. Голованов. Уголь как топливо и химическое сырье. М.:2010. – C.4-5.

Агроскин. А.А. Химия и технология угля. М.:2013. – C. 3-6.

В.В.Видавский, Е.И. Прокопец. Сб. работ по химии углей. Харьков. 2011. – С.88.

Т.А Кухаренько. Обзор работ по исследованию химической структуры и происхождению горючих ископаемых, проведенных в СССР. Изв. ОТН АН. 2010.№2. – С.114-122.

В.И. Касаточкин. О строение карбонизированных веществ. Изв. ОТН АН.

2013. №10.стр 140; Изв.2014.№9, ДАН СССР.1952.№4.

С.Г.Аронов. Сущность процессов спекания углей и образования коска.

Журнал прикладной химии. 2012.№9. – С.927.

4572.p.1237-1238.

Гюльмaлиeв A. М., Гoлoвин Г. C., Глaдун Т. Г. Тeoрeтичecкиe ocнoвы химии угля. М.: Изд-вo Мocк. гoc. гoрнoгo ун-тa, 2018. 556 c.

Гюльмaлиeв A. М., Гaгaрин C. Г. // ХТТ. 2010. № 3. c 16―25.

Калечиц И.В. Уголь в современном мире, перспективы его изучения пользования// Химия твердого топлива. – 2011.-№3.-С.3-9

Стадников Г.Л. Происхождение углей и нефти.М.-Л.:Изд-е АНСССР, 2017.611с.