Для устойчивого развития страны сырьевая база промышленности должна быть достаточно гибкой и основываться на применении различных взаимосвязанных видов органического сырья.
С этой точки зрения большую ценность имеют уголь, горючие сланцы, нефтебитуминозные породы.
В будущем возрастет потребление этих горючих ископаемых как источник энергии и будет развиваться их комплексная переработка в синтетическое топливо и химические продукты.
Это направление угле- и сланцехимии является предметом широкого изучения во многих странах, в том числе в Казахстане.
Отметим, что для ряда регионов их использование может быть экономически оправдано уже сейчас.
На территории Казахстана к настоящему времени выявлено около 25 месторождений проявлений горючих сланцев, приуроченных к отложениям верхнего девона, нижнего карбона, верхнего палеозоя, средней и верхней юры и палеогена.
Они различны по составу исходного вещества и условиям формирования, что в значительной степени предопределило их количественно-технологическую характеристику.
Все эти месторождения, за исключением Кендерлыкского и Чернозатонского, изучены крайне слабо. Запасы горючих сланцев Кендерлыкского месторождения составляют более 4 миллиардов тонн, из них 750 миллионов тонн балансовые. Кроме того, на данном месторождении возможна добыча более миллиарда тонн каменных и бурых углей, что повышает экономическую привлекательность разработки данного месторождения.
В институте новых химических технологий и материалов (НХТиМ) разрабатывается ряд процессов термохимической переработки горючих сланцев, в основу которых положены результаты исследований НХТиМ, по комплексной химико-технологической переработке каменных и бурых углей Казахстана, проведенных в 1990-2010 гг.
Данные исследования показали, что органическая и минеральная части горючих сланцев оказывают активирующее действие на термическое превращение бурых углей.
Активирующий эффект горючих сланцев ряд авторов объясняют тем, что образующиеся в интервале температур 390-440 °С жидкие продукты ожижения горючих сланцев содержат значительное количество тетрагидропроизводных конденсированных ароматических углеводородов, кислородных и азотистых соединений, а также алициклические спирты, которые обладают водорододонорными свойствами. По своей водородной активности эти соединения аналогичны тетралину, и в некоторых реакциях превосходят его по реакционной способности.
Подтверждением этому служат данные, свидетельствующие, что в области темпера-тур 390-440 °С при крекинге углеводородного сырья в присутствии горючего сланца активно протекают реакции гидрирования, восстановления, подавляются реакции димеризации, конденсации и ускоряется деструкция углерод-углеродной связи.
Минеральная часть горючего сланца, содержащая алюмосиликаты, оксиды железа и другие каталитически активные формы металлов, в свою очередь, активирует протекание реакции крекинга.
В настоящей работе изучен процесс совместной термокаталитической переработки бурого угля и горючего сланца Кендырлыкского месторождения.
Процесс ожижения угля и сланца, взятых в равных количествах по органической массе, проводили на лабораторной установке под давлением 5,0 МПа при температуре 420 °С. Для интенсификации процесса ожижения угля вводили каталитическую систему, состоящую из мелкодисперсных твердых частиц шлама обогащения полиметаллических руд.
На поверхности этих частиц дополнительно реализуются деструктивные процессы. В условиях опытов в процессе каталитической переработки смеси уголя и сланца не образовывались коксообразные продукты на стенках установки и в объеме реакционной смеси.
Жидкие продукты, полученные в процессе, подвергали дистилляции с отбором фракции с температурой кипения до 200 °С, фракции с температурой кипения 200-320 °С.
Остаток с температурой кипения выше 320 °С содержал в своем составе нерастворившиеся органические вещества сланца и угля и их минеральную часть. Характеристика процесса термокаталитической переработки бурого угля и рядового Кендырлыкского сланца приведены в табл. 1.
Как показали результаты исследований, каталитические свойства горючих сланцев позволяют осуществить в оптимальных условиях процесс термолиза органической массы угля с высокой степенью превращения в жидкие дистиллятные продукты без интенсивного коксообразования.
Степень превращения смеси органической массы сланца и угля гораздо выше, чем угля. Твердый остаток с температурой кипения выше 320 °С испытывали в качестве органического вяжущего для дорожного строительства (табл. 2).
Результаты испытаний свидетельствуют о том, что битумы на основе продуктов переработки смеси сланца и бурого угля месторождения Кендырлык удовлетворяют требованиям ГОСТа на нефтяные битумы.
Автор: Каирбеков Ж., Емельянова В., Мылтыкбаева Ж., Байжомартов Б. (НИИ Новых химических технологии и материалов Алматы)
