Физико-химические основы получения функциональных материалов из горючих сланцев

• Автор: Ромаденкина, Светлана Борисовна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 170 с. : ил.

Содержание
Введение

1. Физикохимические закономерности процессов перера

ботки горючих сланцев литературный обзор

1.1. Термодинамические и кинетические аспекты комплекс

пой переработки твердого топлива

1.1.1. Сравнительный анализ физикохимических характеристик

различных видов твердого топлива

1.1.2. Энергохимическое использование горючих сланцев

1.1.3. Механизмы процессов термоокислительной деструкции

твердого топлива

1.1.4. Влияние окислителей на теплотворную способность твер
дого топлива
1.1.5. Кинетика процессов термоокислительной деструкции
твердого топлива
1.2. Физикохимические закономерности процессов получе
ния композиционных материалов с многокомпонентными наполнителями
1.2.1. Обоснование выбора удельной энтальпии образования ком
позитов в качестве главной функции состояния
1.2.2. Взаимосвязь эксплуатационных показателей композицион
ных материалов, величины удельной энтальпии их образования и важнейших физикохимических параметров
1.2.3. Критерии выбора матриц для формования композитов на
основе многокомпонентных наполнителей
1.3. Избирательная адсорбция компонентов на поверхности
природных сорбентов
1.3.1. Адсорбция органических веществ и ионов тяжелых метал
лов природными сорбентами из неводных и водных систем
1.3.2. Основные ионные источники загрязнения водных сред
1.4. Другие направления использования сланцев и продуктов их переработки в промышленности
1.5. Выводы по главе
2. Объекты и методики исследования
2.1. Объекты исследования
2.2. Методики исследования
2.2.1. Дифференциальноинтегральная сканирующая калориметрия
2.2.2. Термогравиметрический анализ
2.2.3. Массспектроскопия
2.2.4. И К спектроскопия
2.2.5. Рентгенофазовый и рентгеноструктурный анализ
2.2.6. Методика построения гистограмм фазового состава
2.2.7. Методика диэлектрических испытаний
2.2.8. Термодинамические и кинетические расчеты
2.2.9. Определение хемостойкости натурального сланца
2.2 Физикомеханические испытания
2.2 Вискозиметрические испытания после контактирования нефтей со сланцами
2.2 Определение адсорбционной емкости катионов на поверхности продуктов переработки сланцев
2.2. Методы статистической обработки результатов
3. Взаимосвязь физикохимических свойств, элементного и фазового состава, функциональных групп и температуры термической обработки горючих сланцев
3.1. Физикохимические характеристики горючих сланцев
3.2. Термогравиметрический и рентгенофазовый анализы сланцев различных месторождений
3.3. Рентгенографическое исследование кристаллической структуры кероге на сланцев
3.4. ИК спектроскопический анализ органического вещества анионного состава минеральной части сланцев
3.5. Массспектроскопическое исследование элементного состава сланцев и продуктов их термической обработки
3.6. И К спектроскопическое исследование водо и хемостойкости сланцев
3.7. Выводы по главе
4. Физикохимические основы создания комбинированного твердого топлива из сланцев
4.1. Термодинамическое моделирование процессов термоокислительной деструкции сланцев
4.2. Взаимосвязь теплотворной способности и удельного теплового эффекта процесса термоокислительной деструкции сланцев
4.3. Кинетика процесса термоокислительной деструкции сланцев
4.4. Выбор матриц для получения топливных композиционных материалов
4.5. Повышение топливных кондиций сланцев путем контактирования с нефтями различных месторождений
4.6. Разработка способа извлечения органического вещества из сланцев
4.7. Выводы по главе
5. Физикохимические основы получения композиционных материалов на основе сланца и продуктов их переработки
5.1. Взаимосвязь убыли удельной энтальпии образования и
основных эксплуатационных показателей компонентов
сланцев от плотности
Влияние температуры термообработки сланца на величину удельного теплового эффекта процесса образования композитов с различными матрицами Влияние температуры термической обработки сланцев на прочностные характеристики и водостойкость сланцевых композитов с внутренними связующими продуктами
Разработка составов формового эбонита и резин общего назначения со сланцевым наполнителем Доказательство возможности применения сланцевого наполнителя в производстве лакокрасочных материалов Выводы по главе
Сорбционные свойства горючих сланцев и продуктов их термической обработки
Кинетика сорбции сланцами тяжелых фракций нефтей различных месторождений
Процессы сорбции сланцами и зольными остатками ионов тяжелых металлов из водных растворов Выводы по главе 6.
Список литературы Приложение
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Доминирующую роль по объемам запасов и освоению промышленной переработки принадлежит горючим сланцам. Общие запасы сланцев, содержащих от до органического вещества, превышает млрд т 1. Однако, несмотря на благоприятные для добычи условия, за
легания пластов и выгодное географическое расположение месторождений в Саратовской обл. Достоинством волжских сланцев по данным ООО Перелюбской горной компании является их низкая стоимость рубт, что в несколько раз меньше цены каменного и бурого углей, древесины и торфа. Горючие сланцы, добываемые главным образом в Прибалтийском и Волжском бассейнах, сжигаются в котельных электростанций. Зольный остаток применяют для получения вяжущих строительных материалов типа цемента. Термической обработкой горючих сланцев в условиях полукоксования 0 0С получают смолу , газовый бензин 1,0 1,5, пирогенетическую воду и горючие газы с высокой теплотой сгорания, т. Причиной ограниченного использования горючих сланцев в самостоятельном варианте в качестве твердого топлива является высокое содержание серы как в органической, так и в минеральной части, что создает экологические проблемы при переработки в условиях доступа воздуха. Кроме того высокая зольность, влажность и малое содержание органического вещества в сланцах не обеспечивают теплотворную способность на уровне тради ционных видов твердого топлива . Энергохимическое использование горючих сланцев В России первым энергетическим предприятием, работающим на горючих сланцах, была Саратовская ТЭЦ. В гг. Кохтла Ярве использовались вертикальные камерные печи с внешним обогревом. В настоящее время на заводе в г. Кохтла Ярве эти агрегаты демонтированы, а на заводе в г. Сланцы ещ используются для прокалки мелкого нефтяного кокса, поступающего с установок замедленного коксования. Попытка создания топочного устройства для сжигания высокосернистых сланцев их с внутри цикловой термической подготовкой в устройстве с твердым теплоносителем предпринята Энергетическим институтом 5. Плодотворная идея предварительной пирогазификации сернистых сланцев, возникла еще в начале х годов и нашла экспериментальное подтверждение в конце х . В наше время, как в России, так и за рубежом, для сжигания многозольного топлива разрабатываются топочные устройства с циркулирующим пссвдоожиженным слоем. Топочное устройство такого типа нашло применение на энергетическом предприятии Пама для сжигания горючих сланцев одного из месторождений Израиля , . Изза больших выбросов сернистого ангидрида, связанных с устаревшей,, технологией и техникой сжигания сернистого сланца, применение его в качестве энергетического топлива на крупных энергогенерирующих установках было прекращено. Последними работами Уральского ГТУ профессор Баскаков А. П., Московского института горючих ископаемых Беляев , Саратовского ГТУ профессор Стрельцов Ю. А., профессор Дворядкин А. Т. показано, что с помощью новых методов сжигания сланцев с незначительными добавками известняка удается обеспечить экологически чистое использование сланца в качестве местного энергетического топлива в энергогенерирующих установках малой мощности , , . Мно го проблем возникает в связи с утилизацией зольной части горючих сланцев . Отсюда можно сделать вывод о необходимости разработки такой энергохимической технологии. Кинетика и механизм процессов термоокислительной деструкции горючих сланцев системно не исследовались. Известны лишь литературные данные по принципиальной схеме процессов сгорания органического вещества сланца с переводом его в термобитум, сланцевую смолу, пек коксГ и газообразные продукты. Однако этих сведений недостаточно для полного представления процессов, протекающих при термоокислительной деструкции горючих сланцев. Известно, что механизм горения керогена во многом сходен с процессом горения других видов твердого топлива, в частности, каменного угля. При горении угля можно выделить три процесса, взаимосвязанных друг с другом пиролиз угля в результате которого образуются летучие соединения и богатый углеродом твердый продукт, называемый коксом, горение летучих соединений и горение кокса .