2 Тәжірибелерді жүргізу әдістемелері

2.1 Шикізаттын және катализатордың сипаттамалары

Жасанды сұйық өнімдер синтездеу үшін гидрогендеудің нысаны ретінде Қазақстан республикасының «Қаражыра» кен орынының көмірі алынды.

«Қаражыра» кен орны Шығыс Қазақстан облысы, Семей қаласынан оңтүстік- батысқа қарай 135 шақырым қашықтықта орналасқан. Ол 1967 жылдан бері белгілі болғанмен, сынақ полигонының территориясында орналасқандықтан барлау, өңдеу жұмыстары жүргізілмеген. Тек 1994 жылдан бастап ғана «Семей көмірлері» кәсіпорыны құрылып көмірді қазып, тарату жұмыстарымен айналыса бастады. Жүргізілген тексеру жұмыстарының нәтижеселері [190] бойынша көмір жоғарғы тас көмірлі пермотриасты, триасты және юралық шөгінділерге жатады. Тек юралық шөгінділер ғана практикалық тұрғыдан қызығушылық тудырады. 1991-1994 жылдары Гапеевский геологиялық барлау экспедиясы кен орынын толық барлап, алғашқы тексеру жұмыстарынынң мәліметтерін нақты тұжырымдауға мүмкіндік берді [191]. Көмірдің өнеркәсіптік қоры 1,3 млрд тоннаны құрайды.

Сынамалар негізінде көмірдің маңызды физика-химиялық қасиеттері: радиациялық көрсеткіш дәрежесі, ұсақтауға қабілеттілік коэффициенті, салыстырмалы абразивтілік коэффициенті, ылғалдығы, күлділігі және т.б. зерттелінді [17; 65].

Курчатов қаласындағы радиология институты жүргізген радиациялық көрсеткіш бақылау-1993 бойынша көмір радиациялық қауіптіліктің 1- класына жатады (370 БК/кг-ға дейін). Өнеркәсіпте және тұрмыста энергетикалық отын ретінде, күлді қалдықтарын құрылыста қолдануға болады. Қаныш Сәтпаев атындағы Геологиялық ғылымдар ғылыми-зертте институтында гидрогендеуге алынған көмірге жүргізілген зерттеу қорытындылары көмірдегі α, β –сәулелердің активтілігі табиғи фоннан артпайтындығын көрсетті [190].

2.2 Көмірдің физика-химиялық қасиеттерін анықтау

Көмірдің ылғалдылығын анықтау. Әдіс отынды кептіргіш шкафта 160±5⁰С температурада кептіріп, масса шығыны бойынша есептеуге негізделген.

Жалпы ылғалдылықты анықтау. Бөлшектерінің өлшемі <3 мм лабароториялық сынамалардан бюкстерге аналитикалық таразыда өлшеп, массасы 10±1,0 г отын өлшендісін алады. Бюкстерді кептірігіш шкафта орналастырып, температура 160±5⁰С жеткеннен кейін осы температурада 30 минут қыздырады. Кептіру уақыты аяқталғанан кейін бюкстерді кептіргіш шкафтан алып, қақпақтарын жауып 2-3 минут ауада, содан кейін эксикаторда бөлме температурасына дейін суытып, өлшейді.

Сынамадағы аналитикалық ылғалдылықты анықтау. Сынаманың аналитикалық ылғалдылығын кептіргіш шкафта кептіргенен кейінгі масса шығын бойынша төмендегі жағдайларды ескере отырып, анықтайды. Бөлшектерінің өлшемі < 0,2 мм болатын сынамадан аналитикалық таразыда массассы 1±0,1 г отын өлшендісін бюкстерге өлшеп алады. Бюкстерді алдын-ала қыздырылған кептіргіш шкафқа салып 160±5⁰С температурада 10 минут кептіреді. Кептіргенен кейін бюкстерді шкафтан алып, қақапағын жауып, 2-3 минут ауада, содан кейін эксикаторда бөлме температурасына дейін суытып, өлшейді.

Жалпы ылғалдың (W^r) және аналитикалық сынамадағы ылғалдың (W^a) массалық үлесін процентпен формула бойынша есептейді:

m₁

W= ──── × 100 (1)

m

мұндағы,

m₁- кептірген кездегі отын өлшендісі масасының шығыны;

m- отын өлшендісінің массасы.

Көмірдің күлділігін анықтау

Күлділікті анықтау үшін өлшендісі муфелді пеште өртелінеді. Күлді қалдықты 800-830⁰ С-та қыздырылады. Мөлшері 1 г болатын аналитикалық үлгіден алынған өлшенді алдын-ала өлшенген қайықшаларға салынып, 0,2 мг дәлдікке дейін өлшенеді. Қажетті жағдайда көмір өлшендісін 1 граммнан аз алуға болады. Аналитикалық үлгідегі бөлшектердің өлшемі 0,2 мм-нен аспауы керек.

Күлдеу. Өлшенді бар қайықша суық немесе 300⁰ С-қа дейін қыздырылған пешке салынады. Ары қарай пеш температурасын 11 - кестеде көрсетілген деңгей мен уақытқа сай арттырады.

11 – кесте. Көмірдің күлділігін анықтаудағы қыздыру жағдайлары

Қыздыру кезендері Минут	Температура , 0С
Бастапқы ,30 Келесі: 30-60 60 Күлді қалдықты қыздыру	250 500 800-830 (1,5 сағ.)

Күлді қалдықтары бар қайықшаны муфельді пештен алып, бөлме температурасына дейін суытып, өлшейді. Бақылау өлшемі 30 минут қосымша қыздырудан кейін жүргізіледі. Екі өлшем арасындағы айырма 1 мг-нен аспауы керек.

Зерттелетін көмір сынамасының күлділігі (%) формула бойынша есептейді:

(m₃ – m₁) x 100

А^а ─────────── (2)

(m₂ – m₁)

Мұндағы,

m₃- қыздырғаннан кейін күлді қалдықпен бірге қайықшаның массасы, г.

m₁- құрғатылған қайықшаның массасы, г.

m₂ –зерттелетін отын өлшендісі салынған қайықшаның массасы, г.

Әр үлгі бойынша күлділікті екі өлшендіні қатар алып анықтайды. Сынаманың құрғақ А^d массасына күлділігін формула бойынша есептейді:

А^а х 100

А^d= ──────── (3)

( 100 - W^a)

Мұндағы, W^a-сынамадағы аналитикалық ылғалдың массалық үлесі.

Көмірдің құрамындағы жалпы күкіртті анықтау

Әдіс отын өлшендісін Эшка қоспасымен (магний оксиді мен натрий карбонатының қоспасы) өртеп, ары қарай түзілген сульфаттарды ерітуге, сульфат иондарды барий хлоридімен тұз қышқылы ортасында барий сульфаты түрінде тұндыруға, соңғысының салмағын анықтауға негізделген.

Массасы 1 г отын өлшендісін алдын-ала 0,1 г дәлдікпен өлшенген 3г Эшка қоспасы бар фарфорлы тигельге салады. Қоспаны шыны таяқшамен әбден араластырып үстінгі бетін тегістеп, тағы 2-6г Эшка қоспасымен жабады. Тигельді муфельді пешке қойып бір жарым сағат 815±25⁰С температураға дейін қыздырады да, осы температурада екі сағат бойы ұстайды. Отын өлшендісін өртеп болғаннан кейін муфельді пештен алып суытады.

Күкірттін массалық үлесін бір аналитикалық сынамадан екі-үш отын өлшенділерін алып, қатар анықтайды. Анализдің барлық кезендерінен кейін, біруақытта қатар екі бақылау тәжірибелерін жүргізеді. Екі тәжірибе нәтижелері арасындағы айырмашылық 0,002г артпауы керек. Аналитикалық сынамадағы күкірттің массалық үлесін пайызбен келесі формула бойынша есептейді:

(4)

Мұндағы,

m₁- отынды анализдеу кезінде алынған барий сульфатының массасы, г.

m_{2 –} бақылау тәжірибесі кезінде алынған барий сульфатының массасы, г.

0,0080 – 100 мл стандартты калий сульфаты ерітіндісінің алынған барий сульфатының массасы, г.

0,1374 – барий сульфаты масасының күкіртке есептегендегі коэффициенті.

Көмірдің құрамындағы фосфорды анықтау

Әдіс көмір күлінен кремнеземді булау арқылы бөліп алып, фосфорды молибденді реактив көмегімен аммоний фосфомолибдаты түрінде тұндырып алуға негізделген. Массасы 1 г көмір күлінің өлшендісін платиналы тигельге салып 10мл азот қышқылы мен 5мл фторсутек қышқылы ерітінділерін қосады. Қоспаны құм моншасында 100⁰С-қа дейінгі температурада қыздыра отырып құрғақ қалдық қалғанша буландырады. Буландыру кезінде тұнбаның шашырап және аса құрғап кетпеуі үшін тигельдің қақпағы жабық болуы керек.

Күлдегі фосфордың массалық үлесін (Р^а) процентпен формула 5 бойынша есептейді:

(5)

Мұндағы, 0,0165- амионий фосфомолибдаты массасының фосфорға есептегенде коэффициенті

m₁- аммоний фосфомолибдатының массасы, г

m_2- бақылау тәжірибесі кезінде анықталған фосфомолибдатының массасы, г.

m₃ – қолданылған калий фосфаты ерітіндісінің көлеміндегі фосфордың массасы, г.

Құрғақ көмірдегі фосфордың массалық үлесін (Р^d) процентпен формула бойынша есептейді:

(6)

Мұндағы, Р^а- зерттелген сынамадан алынған күлдегі фосфордың массалық үлесі, 

А^d- құрғақ күйдегі сынамадағы күлдің массалық үлесі, .

Катализатордың меншікті бетінің ауданын анықтау

Катализатордың меншікті бетінің ауданы жылулық десорбция әдісімен анықталды. Бұл әдіс зерттелетін үлгімен түтік арқылы өтетін газ ағынының (аргон) жылу өткізгіштігінің өзгерісі бойынша газ қоспасынан аргонның сұйық азотпен суытқанда үлгінің бетінде адсорбцияланатын, ары қарай бөлме температурасына дейін қыздырғанда десорбцияланатын мөлшермен анықталады. Қоспадағы әртүрлі концентрацияға сәйкес келетін адсорбцияның бірнеше мәні алынып, адсорбция изотермасы тұрғызылады. Үлгінің меншікті бетінің ауданы БЭТ әдісімен есептеледі. Зерттеу арнаулы қондырғыда жүргізілді [193].

Катализаторды дериватографиялық анализ әдісімен зерттеу.

Катализаторда температураға тәуелді құрылымынан судың бөлініін дериватографиялық анализ көмегімен анықталды. Дериватограф –комплексті термоаналитикалық қоңдырғы. Онда бір қоңдырғының ішінде температураны (Т), массаның өзгерісі (ТГ), массаның өзгеруінің жылдамдығы (ДТГ) және зерттелетін заттын уақытқа байланысты жылуының өзгеруі (ДТА).Дериватограф Q–1500Д қондырғысы қарапайым 1500⁰ С дейінгі дериватографиялық өлшемдерді, сондай-ақ 1000⁰С дейінгі квази-изотермиялық квази-изобаралық термогравиметриялық зерттеулер үшін жарамды. Квазиизотермиялық және квазиизобаралық өлшемдер термогравиметрияның дәстүрлі өлшемдерімен салыстырғанда талғампаздығы жоғары және алынған нәтижелер зертеудің жағдайына тәуелді болмайды. Құрал өте сезімтал жұмыс істейтін болғандықтан орнатылған орыны температурасы тұрақты, және тыныштықта болукы керек. ДТГ қисығы мүмкін болатын механикалық импульстерге өте сезімтал сондықтан вибрация болмауы керек. Келген белге самописес көмегімен жазылады.