CC BY
36
УДК: 622.74: 662.75; 665.775
Г. Ж. Карипова1, Ж. Б. Сатпаева2, С. Д. Фазылов2*, А. Б. Татеева1, А. Б. Каримова1
карагандинский государственный университет им. Е. А. Букетова, Караганда, Казахстан Караганда, ул. Университетская, д. 28
2Институт органического синтеза и углехимии РК, Караганда, Казахстан 100008, Караганда, ул. Алиханова, д. 1 *e-mail: [email protected]
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ МОДИФИЦИРУЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЭКСТРАКЦИОННЫЙ ВЫХОД БИТУМИНОЗНЫХ ВЕЩЕСТВ БУРОГО УГЛЯ
Исследовано влияние предварительной модифицирующей обработки бурого угля на выход получаемых битуминозных веществ в системе различных растворителей. Изучена эффективность деминерализации бурого угля растворами муравьиной, щавелевой, янтарной кислот. Показано, что использование предварительной обработки образцов углей кислотами приводит к значительному увеличению выхода экстрактов изученными растворителями.
Ключевые слова: бурый уголь, алкилирование, экстракция
Исследование состава, структуры угля и усовершенствование традиционных технологий экстрактивной переработки углей является актуальной и требует решения. Такие задачи могут быть решены за счет модифицирующей обработки углей, способствующей повышению выхода и качества продуктов. Согласно литературе [1, 2], предварительная обработка углей некоторыми химическими реагентами или использование методов физического воздействия приводит к изменению их состава, структуры и увеличению выхода низкомолекулярных продуктов в ходе их переработки. Известен ряд различных физических методов активации углей, например: вальцевание, перетирание и другие воздействия с приложением сдвиговых усилий; дробление, измельчение и другие воздействия, как результат сравнительно высокочастотного механического удара;
ультразвуковые колебания в жидких средах; фазовые превращения (криолиз),
электрогидравлический удар в жидких средах, облучение (лазерное) и др. [1, 2].
Среди эффективных химических методов модифицирования, позволяющих повысить реакционную способность угля, является метод алкилирования угля, включающую обработку угля алифатическим спиртом С1-С4 в присутствии катализатора при температуре кипения реакционной массы, отделение спиртового раствора, последующую экстракционную обработку угля экстрагентом и выделение целевого продукта -воска. В полученном по этому способу воске значительно снижено содержание веществ, не растворимых в экстрагенте, а также смол, поскольку эти соединения извлечены из угля в процессе предварительной обработки. Введение алкильной группы в уголь существенно облегчает растворимость угля, повышает реакционную способность углей в процессах растворения, гидрогенизации, так как происходит частичная деструкция угольных образцов - расщепление метиленовых и эфирных связей и т.д. То есть в
результате алкилирования углей повышается выход и других ценных продуктов - смол (в 2-3 раза) и гуминовых веществ (на 20 %). Предварительное алкилирование может улучшать характеристики не только восков, но и целой гаммы продуктов, получаемых из смол, гуминовых веществ и остаточного материала [1, 2].
Объектом исследования была выбрана товарная проба бурого угля Сарыкольского разреза (Центральный Казахстан) со следующими характеристиками (% мас.): зольность 23,47; содержание влаги 9,41; содержание углерода (Cdaf) 71,52; содержание водорода (Н^)7,95. Экспериментальные лабораторные исследования проводились в аппарате Сокслетта до полного обесцвечивания растворителя (смеси) [2].
В проводимых экспериментах образцы углей были подвергнуты предварительной
модифицирующей кислотной обработке в жидкой фазе (кипячение 3 ч) в присутствии бутанола. В качестве катализаторов процесса был испытан ряд кислот - муравьиная, щавелевая, янтарная (0,2 н), отличающиеся кислотностью. Роль спирта заключается, во-первых, в этерификации жирных карбоновых кислот и переэтерификации сложных эфиров большой молекулярной массы за счет чего повышается выход воска; во-вторых, в экстракции смол из жидкой фазы раствора воска в углеводородных растворителях. В ходе процесса смолы переходят в спиртовую фазу, а воск - в фазу углеводородного растворителя [3].
Эффективность катализатора оценивалась по количеству экстрагируемых продуктов, получаемых в процессе алкилирующей обработки, а также из модифицированной пробы экстракцией по Грефе последовательно гексаном и спирто-бензолом (1:1). Наблюдалось увеличение выхода экстрактов битуминозных веществ в зависимости от силы применяемой модифицирующей кислоты-катализатора.
В таблице 1 представлены выходы экстрагируемых веществ из алкилированного
Сарыкольского бурого угля в зависимости от применяемой кислоты-катализатора.
Таблица 1. Выходы экстрагируемых веществ из модифицированного Сарыкольского бурого угля в
Как следует из данных таблицы, использование предварительной обработки образцов углей кислотами привело к повышению экстрагируемости восков изученными растворителями.
Максимальный выход (5,8%) характерен для пробы угля, обработанного янтарной кислотой. Выход экстрактов изменяется не только от природы растворителей обработки бурого угля, но и от применяемого модифицирующего катализатора. Использование янтарной кислоты в качестве катализатора значительно увеличивает выход экстрактов до 5,8 %, что может быть связано также от лучшей его растворимости в спиртово-бензольной среде, т.к. наибольшие выходы экстрагентных веществ наблюдаются при использовании смешанных растворителей. Изучение изменения зольности деминерализованных остаток проб показало, что обработка кислотами приводит к снижению этого показателя, что также может свидетельствовать о проходивших реакциях модифицирования в органической массе угольного материала.
зависимости от применяемой кислоты-катализатора
Этанольно- 2-
Кислота-катализатор Гексановый экстракт, % бензольный (1:1) экстракт, % Пропанольно- бензольный (1:1) экстракт, %
Муравьиная 0,8 0,9 1
Щавелевая 2,4 3,6 3,4
Янтарная 3 5 5,8
Карипова Гульжанат Жумажанкызы, магистрант 1 курса химического факультета КарГУ им. Е. А. Букетова, Казахстан, Караганда, e-mail: [email protected]
Сатпаева Жанаркуль Болсынбековна, магистр естественных наук, научный сотрудник Института органического синтеза и углехимии РК, Казахстан, Караганда, e-mail: satpaeva_zh@mail. ru
Фазылов Серик Драхметович, д.х.н., профессор, главный научный сотрудник Института органического синтеза и углехимии РК, Казахстан, Караганда, e-mail: [email protected]
Татеева Алма Баймагамбетовна, к.х.н., доцент кафедры химической технологии и нефтехимии химического факультета КарГУ им. Е. А. Букетова, Казахстан, Караганда, e-mail:[email protected]
Каримова Алия Болатовна, к.х.н.,старший преподователь кафедры химической технологии и нефтехимии химического факультета КарГУ им. Е. А. Букетова, Казахстан, Караганда
Литература
1. Олбрайт Л. Ф., Голдсби А. Р. Алкилирование. Исследования и промышленное оформление процесса. М.: Химия, 1982. 324 с.
2. Zhang H., Mo Y., Sun M. // Proceed. Int. Conf Sci. & Technol. - Okinawa, 2005. - P. 102-104.
3. Жеребцов С. И. Модификация углей низких стадий метаморфизма алкилированием метанолом: дис.... канд. хим. наук. - К,, 2002. - С. 171.
4. Торгашин А. С. Влияние минеральных компонентов и модифицирующих обработок на надмолекулярную организацию и реакционную способность бурых углей: Автореф. дис. канд. хим. наук. - Красноярск, 2009. - 24 с.
Karipova Gulzhanat Zhumazhankyzy, Satpaeva Zhanarkul Bolsynbekovna, Fazylov Serik Drakhmetovich*, Tateyeva AlmaBaimagambetovna, Karimova AlyiaBolatovna
institute of Organic Synthesis and Coal Chemistry of the Republic of Kazakhstan, Karaganda, Kazakhstan. 2Karaganda State University after E.A. Buketov, Karaganda, Kazakhstan. *e-mail: [email protected]
STUDY OF INFLUENCE OF MODIFYING AFFECTING ON EXTRACTION EXIT OF BITUMINOUS SUBSTANCES OF BROWN COAL
Abstract
Influence of modifying rough-down of brown coal is investigational on the exit of the got bituminous substances in the system of different solvents. Efficiency of demineralization of brown coal solutions is studied by an ant, sorrel, succinic acids. It is shown that the use of rough-down of standards of coals results acids in the considerable increase of exit of extracts the studied solvents.
Keywords: brown coal, alkylation, extraction.
