2.6 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 Тәжірибелердің нәтижелері және оларды талдау

3.1 Шикізаттың, катализатор мен гидрлеуші ортаның сипаттамасы

Барлық көмірлер өзінің элементтік құрамы, құрылысы, физика-химиялық қасиеттері бойынша ерекшеленеді. Қазіргі таңда гидрогендеу процесі кезінде элементтік құрамы мен физика-химиялық қасиеттерін біле отырып, көмірдің күйін анықтауға мүмкіндік беретін мәліметтер жеткілікті. Біздің республикамыз үшін дәл қазіргі кезде негізгі мұнай қорынан тазаланған аймақтардағы кен орындары көмірінің жарамдылғын бағалау өзекті мәселе болып отыр.

Сонымен қатар гидрогендеу үшін көмірдің жарамдылық бағасының бірден бір көрсеткіші метоморфизм (көмірлену) сатысы және петрографиялық құрамы болып табылады. Зерттеу объектісін таңдаған кезде алдымен көмірдің құрамындағы фюзенирленген компоненттер мен күлділігінің (13 масс.%) аз болуына мән беріледі.

Синтетикалық сұйық өнімдер синтезіне гидрогендеу объектісі ретінде Кендірлі кен орнының көмірі мен сланеці алынған. Көмірдің физикалық-механикалық сипаттамалары 12-кестеде келтірілген.

12 – кесте. Кендірлік кен орнының көмірі мен сланеціңің физика-химиялық қасиеттері

Көмірдің сипаттамасы	Өлшем бірлігі	Кендірлі кен орны
		көмір	сланц
Жұмыс жағдайындағы жалпы ылғалдылық Wt,	%	13,9	1-6
Аналитикалық үлгі ылғалдылығы, Wa	%	8,0	-
Құрғақ күйіндегі күл, Аd	%	15,2	68-73
Құрғақ күлсіз күйіндегі ұшқыш заттар, Vdaf	%	38,2	20
Жалпы құрғақ жағдайдағы көміртек, Cdt	%	65,2	74-77
Отынның жалпы құрғақ жағдайдағы сутек, Hdt	%	3,9	7,3-9,9
Құрғақ күлсіз жағдайдағы азот , Ndafd	%	1,7	0,6-1,3
Жұмыс жағдайындағы төменгі жану жылуы,Qvi	ккал/кг	4937	6 МДж/кг
Құрғақ күлсіз жағдайдағы жоғарғы жану жылуы, Qdafs	ккал/моль	7244	13 МДж/кг

Аталған кен орнының көмірі мен сланцінің физика-химиялық қасиеттері оларды синтетикалық сұйық отынға өңдеу технологиясына толығымен жауап беретін НИИ НХТиМ игерілгенін көрсетуге мімкіндік берді.

Кендірлі кен орны қоры 1619 млн.тоннаға бағаланған, көмір мен сланцті қазып алу ашық әдіспен жүргізіледі. Кендірлі кен орнының көмірі негізінде клафено-дюренді түрімен ұсынылған. Метоморфизм дәрежесі бойынша көмір газдық түріне жатады. Алайда, химиялық мәліметтер бойынша Кендірлі кен орнының көмірі көмірлену дәрежесі төмен, қоңыр, дәлірек айтқанда тас көмірге өтпелі қоңыр көмірге жатады. Кен орын Шығыс Қазақстан облысы Зайсан ауданының оңтүстік-шығыс бөлігінің шекарасында, Зайсан қаласынан оңтүстік шығысқа 50-65 км жерде орналасқан. Комплексті, көмірлі-сланцті кен орнына жатады. Көмірлері орта-жоғары карбонды қосылыстармен ұштасқан. IV пласт кен орнында қалың қабатқа ие (4,9-6,1м). Қалыңдығы 0,6 м көмірлі аргмиттің қабаты екі бумаға бөлінген: жоғарғы (1,5 м) – фюзено-кларенді және төменгі (3,0м), күрделі тығыз полуматовый кларенді. IV пласт 3,9 м қалыңдыққа ие және әрқайсысы 0,1м-ден екі аргиллит қабаты бар. Төменгі және жоғарғы бумалары жартылай жылтыр кларенмен, орташа матовый фюренмен қалыпталған.

Сонымен, таңдалған көмірлер химиялық қасиетімен қатар, петрографиялық қасиеті бойынша көмірлену дәрежесінің төмен екендігін дәлелдейді және алынған мәліметтер бойынша тек қана энергетикалық шикізат ретінде емес, сонымен қатар синтетикалық сұйық өнім алуда қолдану мүмкін екендігін анықтайды.

Тәжірибе жүргізу үшін көмірді орташалайды, бөлшектерінің өлшемі 200 мешке дейін ұнтақтайды. Көмірдің үлгілерін тотығудан қорғау мақсатында қауіпсіздік шараларын бақылай отырып байыппен сақтайды.

13 – кесте. Кендірлі кен орнының көмірі мен сланц күлінің химилық құрамы

Минералды бөлігінің құрамы	Мөлшері , %
	көмір	Сланц
SiO2	60,0	58,2
Al2O3	21,6	17,2
Fe2O3	3,6	7,3
CaO	7,5	2,3
MgO	1,0	1,0
TiO2	1,0	-
K2O + Na2O	1,0	10,6
SO3	-	3,4

Үлгіні ластайтын көздер ретінде реактивтер, атмосфера, шаң болуы ықтимал.

Көмірдің минералды бөлігінің химиялық құрамы анықталды.( 13 кестеде)

Кен орнына территориялық жағынан жақын орналасқан табиғи қазбаларды пайдалану экономикалық тұрғыдан алғанда тиімді, транспорттық тасымалдауға жұмсалатын шығынды аз талап ететіндігі ескеріле отырылып, көмірді гидрогендеу кезінде каталитикалық қасиеттерін зерттеу мақсатында «Қаражыра» кен орнынан жақын орналасқан (35 шақырым) «Семейтау» өңірінін табиғи цеолиті сыналды. Цеолиттің физика-химиялық сипаттамасы 10 –кестеде берілген.

Кестеден көрінгендей, «Семейтау» кен орны цеолитінің минералдық түрі- клиноптиолит. SiO₂/AI₂O₃ арақатынасы - 6,84. Алмасу катиондары ретінде кальций, магний, калий , натрий кіреді. Натрий және кальций мөлшерлері магний мен калийге қарағанда жоғарылау. Әдебиеттерде [78; 86; 87] келтірілген мәліметтер бойынша клиноптиолит минералында кремний мөлшері аз болса калций мөлшері жоғары, ал кремний мөлшері жоғары минералда натрий және калий мөлшері көп болады деп көрсеткен. Зерттеуге алынған табиғи цеолит әдеби мәліметтерге сай келеді [78]. Цеолиттер негізінен каталитикалық крекинг процесінің активті катализаторлары болып табылады. Көмірді деструктивті гидрогендеу көпсатылы процестерден тұрады, бастапқы шикізатты сутегімен гидрлеу және гидрленген шикізаттын қысым, температура және катализатор қатысында крекингісі жүреді. Деструктивті гидрогенизация немесе, қысқаша гидрогенизация нәтижесінде жоғары молекулалық қосылыстан төменгі молекулалық қосылыстың түзілуі жүретіндіктен бұл процес үшін катализатор ретінде сынау үлкен қызығушылық тудырды. Көмір еріткішпен жанасқанан кейін температура мен қысымның әсерінен бірнеше сатылардан өтеді; алғашында көмірдің ісінуі жүреді, одан кейін еріткіш көмірді біртіндеп еріте бастайды.

Бұл кезде температура көтерілген сайын көмірдің өзі де деполимерлену процесіне ұшырап, процесті жылдамдатады. Сұйылту процесінің алғашқы сатысында көмір табиғаты ароматты, құрамында гетероатомдардың мөлшері көп болатын үлкен молекулалық қосылыстар асфальтендерге айналады. Түзілген радикалды реакциялық-қабілетті фрагменттер сутек атомдарын қосып ала отырып, тұрақты өнімдер береді. Өтетін айналымдардың жылдамдықтарының арақатынасы қолданылған катализатордың табиғатымен анықталады. Гидрлеу процесінің активті катализаторлары жеңіл көмірсутектердің түзілу реакцияларын жылдамдатады. Яғни түзілетін көмірлі дистилляттардың сапасына тікелей әсер етеді. Сондықтанда катализаторды таңдау кезінде осы қасиеттеріне басты назар аударылады, яғни түзілген төменгі молекулалы қосылыстарды полимерленуге ұшыратпай тұрақтандырып, күкіртпен әрекеттескен жағдайда активтілігін төмендетпей, азот пен күкірттің сұйылу өнімдерінен бөлінуіне қамтамасыз ету. Табиғи цеолиттін молекулалық елегіштік қасиеті мен кеуектілігіне қосымша оң әсер ететін, гидрлеуші қасиеттері бар.

14 – кесте. «Семейтау» кен орыны цеолитінің негізгі физика-химиялық сипаттамасы

Көрсеткіш	Өлшем бірлігі	Сипаттамасы
Сыртқы түрі		Қызыл-қоңыр, сұр түсті
Цеолиттің массалық үлесі	%	50-84
Цеолиттің минералды түрі		Клиноптиолит
10-кестенің жалғасы
Органикалық мөлшері	%	Жоқ
Химиялық құрамы - SiO2 Al2O3 TiO2 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O		72,80 10,63 0,28 1,50 < 0,02 < 0,03 0,35 1,61 1,18
K2O SO2	%	5,04 < 0,25
SiO2/AI2O3 арақатынасы		6,84
Катион алмасу сыимдылығы Ca Mg K Na	Экв/г	0,55-0,63 0,024-0,070 0,0035-0,0065 0,025-0,072
Жалпы сиымдылығы		0,75-1,25
Уытты элементтер мөлшері - қорғасын - кадмий - мышьяк - сынап	%	< 0,001 - - -
Техникалық қасиеттері - меншікті салмағы -көлемдік массасы - кеуектілігі - ылғал сиымдылығы - ұсақтылғыштығы - термотұрақтылығы	г/см3 г/см3 г/см3 % 0С	2,34-2,44 2,18-2,28 5-9 2,33-3,70 4,4-7,9 400

Пастатүзгіш ретінде Қаражамбас ауыр мұнай фракцисы қолданылды. Қаражамбас мұнайы – Батыс Қазақстан мұнайының ішіндегі белгілі ең

тұтқыры, элементтік құрамы мынадай (мас. %): С - 84,09; Н - 12,5; N - 2,14; О - 0,88; S - 0,39. Бұл мұнайдың құрамында шайыр, күкірт көп, жеңіл фракция шығымы төмен болады. Қаражамбас мұнайының химилық құрамы 14 – кестеде келтірілген.

Қаражамбас мұнайын күкіртті жағатын мазут ретінде және жолға арналған тіккіш материалдар өндірісінде қолдануға болады. Белгілі әдістермен тура өңдеу тек азот, күкірт қосылыстарының мөлшері жоғары екендігіне ғана емес, құрамында сонымен қатар ванадий және никельдің болуына да байланысты. Бұл металлдардың болуы жану кезінде оңай балқитын шлактардың түзілуіне алып келеді. Ванадий және никель крекинг катализаторының активтілігі мен таңдамалылығына кері әсерін тигізеді,құрылғыларды коррозиға ұшыратады.

15 – кесте. Тұтқырлығы жоғары Қаражамбас мұнайының физика-химилық сипаттамасы

Сипаттама	Көрсеткіштер
Тығыздығы,кг/м3	943,1
Кинематикалық тұтқырлық, Сст 303 К	539
Молекулалық масса	384
Парафиндердің мөлшері,% мас.:	1,5
Асфальтендер	4,9
шайырлар	24,2
Элементтік құрамы,% мас.: С	82,5
Н	11,8
N	0,9
S	2,6
О	2,3
Кокстелуі,%	7,2
Ванадий массасы, г/т	320
Никель массасы, г/т	65-70