2.3 Өлшемдер мен эксперимент қателіктері

Гидрогендеу әдісімен көмірді сұйылту бойынша жүргізілетін тәжірибелер бірдей жағдайда параллель үш рет орындалды. Мұнда эксперименттердің салыстырмалы қателіктері 2 %-дан аспайды.

Көмірдің физика-химиялық сыипаттамаларын анықтаудағы анализ нәтижелерін салыстырмалы қателігін анықтау ГОСТ-қа сәйкес жүргізілді. Анализ нәтижесі ретінде параллель орындалған анықтаулардың нормативті дәлдікке дейін есептелген орташа арифметикалық мәні алынды.

Параллель жүргізілген анықтаулар арасындағы айырмашылық сенімді ықтималдық деңгей 95% болғанда, мемлекеттік стандартта көрсетілген мәндерден артпайды.

3 Экспериментттік бөлім және нәтижелерді талқылау

3.1 Зерттеу нысаны, гидрлейтін орта және катализатор сипаттамалары

Көмірді гидрогендеу арқылы жасанды сұйық өнімдер алу процесі, мұнайды терең өңдеу мен энергия қорын үнемдеу технологиялары салаларындағы үлкен жетістіктерге қарамастан қазіргі кездегі өзекті мәселелердің бірі болып табылады. Алдыңғы қатарлы әлем елдерінде көмірді терең өңдеудің жаңа технологияларын жасау, көмірдің химиялық және энергетикалық потенциалын неғұрлым толық пайдаланатын процестердің негізін қалау, әр процестің көрсеткішін жақсарту жұмыстары қарқынды жүргізілуде [73].

Көмірді гидрогендеу арқылы сұйылту процесін зерттеуде және практикада жүзеге асыруда басты міндет-оның шикізат базасын және физико-химиялық қасиеттерін анықтау болып табылады. Зерттеу нысаны ретінде «Қаражыра» кен орны көмірі алынды:

19 кесте – «Қаражыра» кен орны көмірінің физика-химиялық сипаттамалары

Көмірдің сипаттамасы	Белгіленуі	Өлшем бірлігі	І-пласт
Жалпы жұмыс ылғалы	Wr	%	13,5
Аналитикалық сынаманның ылғалдылығы	Wa	%	8,0
Құрғақ күйдегі күлділік	Ad	%	11,1
Аналитикалық сынаманың күлділігі	Aa	%	10,2
Құрғақ күлсіз күйдегі ұшқыш заттар шығымы	Vdf	%	45,4
Аналитикалық үлгідегі үшқыш заттар шығымы	Va	%	37,1
Жалпы күкірт	Sd	%	0,23
Фосфор	Pd	%	0,075
Хлор	CLd	%	0,12
Оттек	Odaf	%	19,8
Сутек	Hdaf	%	5,2
Азот	Ndaf	%	1,35
Көміртек	Cdaf	%	69,7
Жұмыс отынның жоғары жану жылуы	Qsdaf	МДж/кг	30,8
Жұмыс отынның төменгі жану жылуы	QSr	МДж/кг	18,56
Н/С	-	-	13,4
100Н/С	-	-	7,5

Көмірлер техникалық және химиялық құрамы жағынан ұқсас болғанмен, минералды бөліктің құрамымен айырықша ерекшеленеді. Көмірдің минералдық құрамы 20-кестеде көрсетілген:

20 кесте – Көмірдің минералды бөлігінің химиялық құрамы

Минералды бөлігінің құрамы	Мөлшері %
SiO2	59,50
Al2O3	24,54
Fe2O3	5,04
CaO	2,24
MgO	2,01
TiO2	1,35
K2O	1,57
Сирек кездесетін элементтер	0,39

Қаражыра көмірі әл Фараби атындағы ҚазҰУ жанындағы Жаңа технологиялар мен материалдар Ғылыми зерттеу институтының «Көмірді комплексті өңдеу» зертханасында зерттеу нысаны ретінде көп жылдан бері қолданылып келгендіктен оның физико-химиялық қасиеттері толығымен зерттелінген. Соңдықтанда «Қаражыра» кен орыны көмірі синтетикалық сұйық өнім алу мақсатында сұйылту процесі үшін жарамды екендігі дәлелденген [74].

Деструктивті гидрогендеу кезінде көмірдің пастатүзгішпен немесе сутек донорымен сипатының маңызы зор. Бұл процесте пастатүзгіш сутек доноры бар еріткіш болып табылады. Еріткіш –сутек доноры ретінде қайнау температурасы 500⁰ С –тан жоғары «Қаражамбас» мұнайының фракциясы қолданылды (21-кесте).

21 кесте - «Қаражамбас» жоғары тұтқырлы мұнайының физико-химиялық көрсеткіштері

Көрсеткіштері	Мөлшері
Тығыздық, кг/м3	943,1
Кинематикалық тұтқырлығы 303 К кезіндегі Сст	539,0
Молекулалық массасы	384,0
Көмірсутектік құрамы, % мас.: Парафин	1,5
Асфальтен	4,9
Шайыр	24,2
Элементтік құрамы, % мас.: С	82,5
Н	11,8
N	0,9
S	2,6
О	2,3
Кокстелуі, %	7,2
Ванадий мөлшері, г/т	320,0
Никель мөлшері, г/т	65-70

Кесте мәліметтерінен көрінгендей, мұнай жоғары шайырлы, жоғары күкіртті жеңіл фракцияның төмен шығымдылығымен сипатталады. Қаражамбас мұнайы мазутты отын ретінде және жолдарды салғанда асфальтты төсеніштерді біріктіруші ретінде қолданылады. Белгілі әдістермен тікелей айдау кезінде күкірт пен азот қосылыстарының жоғары мөлшері ғана емес, ванадий және никель металдары да кедергі келтіреді. Бұл металдар жанған кезде жеңіл балқитын шлактардың түзілуіне себепші болады. Ванадий, никель крекинг катализаторларының активтілігіне, талғампаздығына кері әсер етеді және қондырғыларды коррозияға ұшыратады [75].

Соңдықтан да жоғарыда атап өткендей, көмірден «жасанды мұнай» алу процесіне пастатүзгіш ретінде мұнайдың ауыр фракциясы алынды, оның сипаттамасы 22-кестеде берілген.

Сұйылтуды сутек доноры-мұнайлы еріткіш қатысында жүргізу көмірдің конверсиялану дәрежесін арттыратыны әдеби мәліметтерден белгілі [76].

22-кесте – Пастатүзгіш сипаттамасы

Сипаттамалары	ГОСТ	Мәні
Тығыздық, кг/м3	3900	955
Кинетикалық тұтқырлық, Сст м2/с	33-82	36,2
Күкірт, %	1437-75	1,21

ГОСТ 1058-75 сәйкес пастатүзгіш ретінде алынған вакуумды қалдық гудронның тығыздығы, кинетикалық тұтқырлығы мемлекеттік стандартта көрсетілген тиісті шамалардан артпайды. Күкірттің де болуы орташа. Құрамында ауыспалы валентті металдар бар мұнай қалдықтарын басқа процестер үшін тиімді пайдалану экономикалық, экологиялық жағынан маңызды болып табылады. Сондықтан жоғары тұтқырлы мұнай қалдықтары көмірден жасанды сұйық өнімдер алу процесіне пастатүзгіш ретінде алынды.

Сонымен қатар «Жаңажол» кен орынының мұнайы зерттеу нысаны ретінде алынды. Кен орын Ақтобе қаласының солтүстік шығысында орналасқан. Мұнайдың сипаттамалары 23 - кестеде келтірілген.

23 кесте – Жанажол кен орыны мұнайының техникалық көрсеткіштері

	Анықталатын сипаттамалардың атаулары	Зерттеу әдістері үшін нормативті құжаттардың белгіленуі		Нақты мәліметтер
	Мұнайдың тығыздығы	ГОСТ 3900-85 (СТ СЭВ 6754-89), МИ 2153-2001		0,8147 г/см3
	Судың мөлшері	ГОСТ 2477 -65 (СТ СЭВ 2382-80)		0,03 %
	Хлорлы тұздар мөлшері	ГОСТ 21534-76 (СТ СЭВ 2879-81)		16 мг/дм3

23-кестенің жалғасы
Күкіртсутек, метил, этил-меркаптан дардың мөлшері.	СТ РК 1473-2005	жоқ
Қаныққан бу қысымы	ГОСТ 1756-2000 (ИСО300799)	41,40 кПа
Механикалық қоспалардың мөлшері	ГОСТ 6370-83 (СТ СЭВ 2876-81)	0,0234 %
Күкірт мөлшері	ГОСТ 1437-75	0,68 %
Кинематикалық тұтқырлығы	ГОСТ 33-2000 (ИСО 310494)	2,583 сСт
Мұнайдың фракциялық құрамы	ГОСТ 2177-99 (ИСО 3405-88)	2000С-та=40 % 300 0С-та=61 %
Ағу және қату температурасы	ГОСТ 20287-91	- 49 0С
Парафин мөлшері	ГОСТ 11851-85	3,34 %
Хлорорганикалық қосылыстар мөлшері	ASTM D 4929-99, СТ РК 1529-2006	3,689 ppm

Дизель фракциясының құрамына кіретін қайнау температурасы жоғары компоненттерді анализдеу бензин фракциясын анализдеумен салыстырғанда күрделі. Дизельді фракция құрамындағы көмірсутектерді толық идентификациялау іс жүзінде мүмкін емес. Хроматоргаммадағы ең күшті шыңдар қалыпты көмірсутектерге тән. Яғни, фракция құрамындағы алкандар тобы басым. Бұл зерттелген дизель фракциясының цетан саны жоғары екенін көрсетеді. Ал цетан санын нақты анықтауға мүмкіндік болмады.

24 кесте – Қайнау температурасы 180-320 ⁰С фракция (дизель отыны) көмірсутектерінің мөлшері

Топ	Көмірсутектер	Мәні, %
1	С10	6,954
2	С11	11,92
3	С12	16,48
4	С13	18,93
5	С14	17,32
6	С15	15,84
7	С16	8,843
8	С17	2,696
9	С18	0,535
10	С19	0,482

Қаңқалы катализаторлар өндірісте және зертханалық практикада кеңінен қолданылады. Бұл олардың жоғары белсеңділігімен және оларды дайындаудың оңайлылығымен сипатталады. Жоғарғы жылу және электрөткізгіштігінің арқасында қаңқалы катализаторларды түрлі экзотермиялық процестерде және отын элементтерінің электродтарының белсеңді фазасы ретінде қоллдануға мүмкіндік береді. Ағымды жүйелер үшін құйма бетінен шаймаланған ірі гранулалы стационарлы катализаторларды қолданған ыңғайлы. Олар көміртек-көміртек байланыстарды қанықтыруда, карбонильді топты спиртке дейін, нитрил, нитроза, нитро және т.б. қосылыстарды аминдерге дейін тотықсыздандыруда, ароматты сақинаны, гетероциклдерді гидрлеуде, десульфирлеуде, дегалоидирлеуде, конденсация, циклизация, гидрогенолиз реакцияларында белсеңді болып табылады. Процесті жүргізу жағдайлары да түрліше болады – бөлме температурасынан теріс мәнді температураға дейін, төмен қысымнан бірнеше мегапаскальды қысымға дейін және газ немесе сұйық фазада жүруі мүмкін.

Кең ауқымды қолданысқа никель Реней және легирленген никель-алюминиелі құймалар негізіндегі қаңқалы катализаторлар шықты. Ренейдің никельді катализаторлары негізінен гидрлеуде және гидрогенолизде кеңінен қолданылады. Сутексіз атмосферада сутек ауысуымен жүзеге асатын реакциялар мен түрлі термиялық ауысулар жүзеге асады. Әр түрлі катализаторларда қанықпаған қосылыстарды сұйықфазалы гидрогенизация механизмін зерттеу Д.В.Сокольский және оның мектебінің зерттеушілерінің жұмыстарының бір бөлігі болып табылады [77]. Никель-Реней мұнайхимия, биологиялық белсеңді заттар, ароматты заттардың өндірістік процестері үшін аса маңызды болып табылады. Көпкомпонентті құймалы катализаторларды мұнай өңдеу, автотранспорт пен өндірістік қалдықтарды залалсыздандыру процестерінде қолдана бастады.

Термогравиметрия әдісі бойынша шаймалау барысында сілті концентрациясын өсіру мен температураны жоғарылатқанда Al(OH)₃ кристалдану дәрежесі өседі. Жұмсақ жағдайда (С_КОН=2%, Т=20-96°С) шаймаланған катализаторлар негізінен гидраргиллиттен ɣ-Al₂O₃·3H₂O, ал қатаң жағдайларда шаймаланған катализатор (20% KOH, 96°С) негізінен байериттен құралады. DTG-қисықтары бойынша есептелген катализаторлар құрамы 25-кестеде берілген [41].

25 кесте – Ni 50% Al 50 % катализаторлардың химиялық құрамы:

Шаймалау температурасы °С	2% КОН			20% KOH
	Ni	Al	Al(OH)3	Ni	Al	Al(OH)3
20 40 60 80 96	75,7 76,1 75,8 76,5 74,9	20,1 17,9 18,5 15,7 16,7	4,2 6,0 5,7 7,8 8,4	76,2 75,8 75,6 76,3 77,4	7,0 7,7 7,6 6,1 3,7	16,8 16,5 17,0 17,6 18,9