2 Эксперименттті жүргізу әдістемелері

2.1 Шикізаттың және катализатордың сипаттамалары

Жасанды сұйық өнімдер синтездеу үшін гидрогендеудің нысаны ретінде Қазақстан республикасының «Қаражыра» кен орынының көмірі алынды. Көмірдің өнеркәсіптік қоры 1,3 млрд тоннаны құрайды.

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. «Қаражамбас» мұнайы – белгілі Батыс Қазақстан мұнайларының ішінде жоғарлы тұтқыр (үнгіме № 108) мұнай қатарына жатады. Көмірден «жасанды мұнай» алу процесіне пастатүзгіш ретінде мұнайдың ауыр фракциясы алынды. 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.

Ал катализатор ретінде кен орнына территориялық жағынан жақын орналасқан (35 шақырым) «Семейтау» өңірінін табиғи цеолиті сыналды.

2.1.1 Экспериментті жүргізу әдістемесі мен құрал-жабдықтары

Тәжірибелер периодты режимдегі жоғары қысымды қондырғыда жүргізілді. Көмір мен пастатүзгіштің 1:2 арақатынасында алынған катализатор – табиғи цеолит тоттанбайтын болаттан тұратын стаканға салып, реакторға орналастырылады. Реактордың тығындарын тығыз бұрап, аргонмен үрлеп артық мөлшерде бастапқы газ қысымы берілді. Қоспа қажетті температураға дейін 5⁰ С/мин жылдамдықпен қыздырылып, берілген уақыт аралығында ұсталады. Температура мен қысым қажетті мәнге жеткенде араластырғыш құрылғылар іске қосылды. Барлық тәжірбиелер реакторды үнемі араластыра отырып, жүргізілді. Жүйедегі қысым өзгерісі манометр арқылы тексеріліп отырды. Тәжірибе температурасы автотрансформатор көмегімен реттеліп, КСП-4 приборының көрсетуі бойынша тіркелді. Реактор бөлме температурасына дейін суытылғаннан кейін бөлінген газтәрізді өнімдердің көлемі бөлінділері көрсетілген газометр арқылы өлшенді. Алынған гидрогенизат массасы өлшеніп, фракциялар бойынша дистилляцияланды.

Гидрогенизат шығымы келесі қатынас бойынша шығырылады:

А₁100

А, % =  (1)

А₀

мұндағы,

А₁ – гидрогенизат массасы, г;

А₀ – пастаның органикалық массасы, г.

Көмірді деструктивті гидрогендеу процесіне әртүрлі факторлардың әсерін білу мақсатында пастатүзгішті қолдану арқылы тәжірибелер жүргізілді. Сұйық өнімдер алу үшін көмірді гидрогендеудің қолайлы жағдайлары экспериментті математикалық жобалау әдісі арқылы табылды [92, 93].

Майлы көмір пастасын даярлауға бөлшектерінің өлшемі <3,4 мк болатын көмір, ал пастатүзгіш ретінде қайнау температурасы >500^оС вакуумды қалдық гудрон қолданылады. Тәжірибелер негізінде көмір пастатүзгіш арақатынасының қолайлы мөлшері 1:2 екені анықталды. Мұнайлы пастатүзгішпен тәжірибелер периодты режимдегі 4-суретте берілген қондырғыда жүргізілді. Модулді қондырғы Жаңа химиялық технологиялар және материалдарды ғылыми зерттеу институтында жасалған. Қондырғынын құрылымы төмендегідей:

Сурет 4 – Периодты режимде көмірді гидрогендеуге арналған жоғары қысымдағы кинетикалық қондырғы

1-реактор, 2-қосымша, 3-қыздырғыш, 4-амперметр, 5-кернеуді реттегіш, 6-хромель-копель терможұбы, 7-реле, 8-КСП-4, 9-үлгі манометр, 10-реттеу винтилі, 11-инертті газбен баллон, 12-газометр, 13-араластырғыш құрылғы, 14-нығыздайтын құрылғы, 15-қуысты бекітетін бұқтырма, 16-тығын болаттары.

Гидрлеу процесін жүргізу әдістемесі

Дизель отынының гидрлеу реакциясының кинетикасын потенциометрлік құрылғымен жалғанған, шыны «үйрек» типті термостатталған реакторда (5-сурет) жүргізді. Кинетикалық режимді реакторды қарқынды араластыру арқылы қамтамасыз етті (минутасына 300 – 400 тербелу), 180 см³ көлемді реактордағы сұйықтық мөлшері 40 см³ көлемінен аспады. Гидрлеу реакциясының жылдамдығын реакторға жалғанған термостатталған шыны бюреткадағы сутек мөлшері бойынша есептеді.

Реакторға сұйықтықты, кейін катализаторларды салып, тығынмен аузын бекітеміз. Гаметрдегі сутекті бюреткаға жалғап, реакциялық қоспаны 300-400 м³ көлемі сутекпен шайып аламыз. Реактордың герметикалығы тексеріліп, процеске қажет температура термостат көмегімен реттеледі. Латор көмегімен реакторды қажет температурада шайқайды және алғашқы тербеліс моментінен бастап секундомерді қосады. Уақыт өткен сайын сутектің жұмсалуын есептедң, гидрлену жылдамдығы 0,1 мл/мин болған кезде, реакция аяқтап, реактордағы сұйықтықты сүзіп алып, ары қарай анализдейді.

Потенциал шамасын потенциометр көмегімен ерітіндіге батырылған каломельді жартылай элементке қатысты платина электродымен анықтады және сутектік шкала бойынша қайта есепке алды.

Cурет 5 – Гидрлеудің лабораториялық қондырғысының сызбасы

Нәтижелерді W=f(Q) және W=f(φ) координаталарында өңдеді, мұндағы W – сутекті сіңіру жылдамдығы (моль/л·мин), Q – сіңірілген сутек мөлшері (моль/л) және φ – зерттелетін жүйелердің редокс-потенциалы.