Автор:Сафин В.А., Бутузова Л.Ф. Янева Н.
Источник: Материалы V международной научно-практической конференции-выставки
“ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ИНДУСТРИАЛЬНЫХ МЕГАПОЛИСОВ” – 21-23 мая 2008 года
Донецк – Авдеевка с. 91-94.
Твердые горючие ископаемые широко используются в хозяйственной деятельности человека на протяжении нескольких столетий. Наиболее востребованным ТГИ является уголь, который был и остаётся основным сырьем в современном энергетическом и металлургическом комплексах Украины. Разведанные запасы ископаемых углей Украины составляют около 35 млрд. тонн, из них 97,6% приходятся на Донецкий бассейн. Большинство донецких углей, однако, практически не разрабатываются т.к. они принадлежат к восстановленному генетическому типу. Такие угли, богатые золой и серой, не отвечают европейским стандартам и используются крайне нерационально: для производства электроэнергии. Одна из причин, которая мешает использованию восстановленных углей для производства из них кокса, а также ценных органических веществ - недостаточная изученность их структуры и свойств.
Настоящее исследование структуры и свойств разновосстановленных спекающихся углей в пластическом состоянии проводилось с целью определения влияния генетического типа по восстановленности на термическую деструкцию их органической массы (ОМ). Объектами исследования служили 2 пары жирных углей Донецкого бассейна разного типа по восстановленности (а и в), которые при равной степени метаморфизма отличались содержанием водорода и гетероатомов. Термическую деструкцию проводили методом термофильтрации, используя центрифугу ХПИ [1]. В результате получили парогазовые продукты (Гг), жидкие нелетучие продукты (ЖНП) - Жг и твердый над сеточный остаток (Тг) (табл. 1). ЖНП анализировали химическими методами (экстракция, жидкостная хроматография), газо-хромато-масс- спектроскопическим методом (ГХ-МС); нерастворимую часть (НЧ) - с помощью ИК- спектроскопии с преобразованием Фурье. Анализ выхода продуктов деструкции показывает, что, как и толщина пластического слоя, содержание ЖНП в углях типа в значительно больше.
Таблица 1. Выход продуктов, полученных в центрифуге ХПИ
Разница в количестве ЖНП компенсируется за счет увеличения массы надсеточного остатка, тогда как выход газообразных продуктов деструкции практически одинаков для всех исследованных углей. Полученные ЖНП были проэкстрагированны по методу Греффе, последовательно гексаном, бензолом и ацетоном до обесцвечивания свежеприлитого растворителя. Далее экстракты разделялись по методу, который был предложен Русчевым [2]. Результаты экстракции ЖНП по Греффе представлены в табл. 2., из которой видно, что масса всех извлечённых экстрактов из ЖНП слабовостановленных углей в 2 раза выше, чем для их изометаморфных пар.
Таблица 2. Структурно-групповой состав ЖНП (мас. % на беззольное вещество).
Таким образом, ЖНП, полученные из жирных малосернистых углей, содержат больше низкомолекулярных продуктов и обладают лучшей подвижностью по отношению к твёрдой фазе. Анализ нейтральных масел методом ГХ-МС выявил более 80 соединений преимущественно ароматического характера. Нейтральные масла ЖНП сернистых углей содержат большее количество алканов. Углеводороды содержат 29-31 углеродный атом в цепи. Это подтверждает данные ИК-спектроскопии о наличии в восстановленных углях большого количества длинных углеводородных цепей [3]. Тип в ИК-спектры нерастворимой части ЖНП одинаковы для разных углей одного и того же генетического типа, но резко отличаются при сравнении НЧ разновосстановленных углей (рис 1.). Спектры НЧ ЖНП углей типа в по виду и интенсивности основных полос поглощения незначительно отличаются от ИК-спектров исходных углей, в то время как ОМ угля типа а подвергается значительной деструкции при нагревании. Об этом свидетельствует отсутствие поглощения, характерного для алифатических участков макромолекулы угля, и поглощения -ОН-групп, связанных водородными связями.
Рисунок 1. ИК-спектры нерастворимой части ЖНП.
Проведенный ранее пиролиз в реторте Фишера указывает на худшую спекаемость восстановленных жирных углей, несмотря на большую толщину пластического слоя. Этот факт можно также объяснить большей термической устойчивостью ОМ углей типа в. Полученные ЖНП содержат больше низкомолекулярных продуктов деструкции, как в растворимой, так и в нерастворимой части, которые обладают лучшей подвижностью и реакционной способностью по отношению к твёрдой фазе (надсеточному остатку). Органическая масса слабовосстановленных углей претерпевает значительно более сильные изменения при нагреве, образуя больше свободных радикалов. Последние, в свою очередь, активно сшивают ОМУ, и поэтому при пиролизе по Фишеру слабовосстановленные угли образуют более спеченный мелкопористый королек по сравнению с изометаморфными восстановленными углями.