Отандық шикізат негізіндегі көмірсілтілі реагенттерді қолданып, сазды бұрғылау ерітінділерін модификациялау туралы
АНЫҚТАМА 5
ҚЫСҚАРТЫЛҒАН БЕЛГІЛЕУЛЕР, СИМВОЛДАР, ӨЛШЕМ БІРЛІКТЕР МЕН ТЕРМИНДЕРДІҢ ТІЗІМІ
КІРІСПЕ
6
7
1 ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ 9
1.1 Көмірдің түзілу кезеңдері 9
1.2 Көмірдің физика.химиялық құрылымы және молекулалық моделі 12
1.3 Көмірден гумин қышқылдарын бөліп алу жолдары
1.3.1 Гумин қышқылдарының құрылымы мен қасиеттері 15
21
1.4
1.5 Қоңыр көмір негізіндегі көп компонентті реагенттер
1.4.1 Көп компонентті реагенттерді өндіру технологиясы
Құрамында көмірсілтілі реагент бар жуушы суйықтықтардың қасиеттері
1.5.1 Жуушы сұйықтықтарды химиялық реагенттермен модификациялау 22
24
26
28
2. ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ 29
2.1 Көмірдің физика.химиялық сипаттамаларын анықтау
2.1.1 Көмірдің ылғалдылығын анықтау
2.1.2 Көмірдің күлділігін анықтау 29
29
29
2.2 Көмірден гумин қышқылдарын бөліп алу әдістемесі 31
2.3
2.4
Көмірден гумин қышқылдарын бөлу процесін оптимизациялау
Тәжірибе жүргізуге қажетті материалдар және қондырғылар
2.4.1 Тәжірибе жүргізуге қажетті материалдар
2.4.2 Сазды ерітінділердің қасиеттерін анықтау қондырғылары
2.4.3 Тәжірибе жүргізудің әдістемесі 32
33
34
35
36
3. ТӘЖІРИБЕ НӘТИЖЕЛЕРІ МЕН ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ 34
3.1 Қоңыр көмірлердің технологиялық қасиеттері және оларды анықтау
3.1.1 Көмірсілтілі реагент өндірісінің шикізаттары
3.1.2 Қияқты кен орны көмірінің физика.химиялық сипаттамалары
34
3.2 Қияқты кен орны көмірінен гумин қышқылдарын бөліп алудың қолайлы жағдайларын анықтау
35
3.3 Қияқты кен орны көмірі және одан бөлініп алынған гумус қышқылдарының құрамын физика.химиялық әдістермен зерттеу
39
3.4
3.5 Қияқты кен орны көмірінен көмірсілтілі реагенттер (КСР) алудың технологиялық шамаларын қарқындатудың тәжірибелік зерттеулері
Көмірсілті реагенттерін модифицирлеу технологиясы
ҚОРЫТЫНДЫ
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
41
42
ҚЫСҚАРТЫЛҒАН БЕЛГІЛЕУЛЕР, СИМВОЛДАР, ӨЛШЕМ БІРЛІКТЕР МЕН ТЕРМИНДЕРДІҢ ТІЗІМІ
КІРІСПЕ
6
7
1 ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ 9
1.1 Көмірдің түзілу кезеңдері 9
1.2 Көмірдің физика.химиялық құрылымы және молекулалық моделі 12
1.3 Көмірден гумин қышқылдарын бөліп алу жолдары
1.3.1 Гумин қышқылдарының құрылымы мен қасиеттері 15
21
1.4
1.5 Қоңыр көмір негізіндегі көп компонентті реагенттер
1.4.1 Көп компонентті реагенттерді өндіру технологиясы
Құрамында көмірсілтілі реагент бар жуушы суйықтықтардың қасиеттері
1.5.1 Жуушы сұйықтықтарды химиялық реагенттермен модификациялау 22
24
26
28
2. ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ 29
2.1 Көмірдің физика.химиялық сипаттамаларын анықтау
2.1.1 Көмірдің ылғалдылығын анықтау
2.1.2 Көмірдің күлділігін анықтау 29
29
29
2.2 Көмірден гумин қышқылдарын бөліп алу әдістемесі 31
2.3
2.4
Көмірден гумин қышқылдарын бөлу процесін оптимизациялау
Тәжірибе жүргізуге қажетті материалдар және қондырғылар
2.4.1 Тәжірибе жүргізуге қажетті материалдар
2.4.2 Сазды ерітінділердің қасиеттерін анықтау қондырғылары
2.4.3 Тәжірибе жүргізудің әдістемесі 32
33
34
35
36
3. ТӘЖІРИБЕ НӘТИЖЕЛЕРІ МЕН ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ 34
3.1 Қоңыр көмірлердің технологиялық қасиеттері және оларды анықтау
3.1.1 Көмірсілтілі реагент өндірісінің шикізаттары
3.1.2 Қияқты кен орны көмірінің физика.химиялық сипаттамалары
34
3.2 Қияқты кен орны көмірінен гумин қышқылдарын бөліп алудың қолайлы жағдайларын анықтау
35
3.3 Қияқты кен орны көмірі және одан бөлініп алынған гумус қышқылдарының құрамын физика.химиялық әдістермен зерттеу
39
3.4
3.5 Қияқты кен орны көмірінен көмірсілтілі реагенттер (КСР) алудың технологиялық шамаларын қарқындатудың тәжірибелік зерттеулері
Көмірсілті реагенттерін модифицирлеу технологиясы
ҚОРЫТЫНДЫ
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
41
42
Зерттеу тақырыбының өзектілігі: Мұнай өндіру – Қазақстан Республикасындағы басты өнеркәсіп саласы болып табылады және үнемі жетілдіруді қажет етеді. Мұнайды өндіру тиімділігі, негізінен, қолданылатын технология мен материалдарға тікелей байланысты. Материалдардың маңызды бөліктері, соның ішінде бұрғылау жұмыстарын жүргізуде қолданылатын материалдар шет елдерден әкелінеді.
Заманауи бұрғылау ерітінділері – оларды дайындауда және реттеуде өзіндік спецификалық қасиеттері мен мәселелері бар күрделі көп компонентті жүйелер екенін ескеру керек. Бұрғылау ерітінділеріне қажетті қасиеттер мен көрсеткіштерді беру, сонымен қатар сол қасиеттерді өз дәрежесінде сақтап қалу – химиялық әдістермен шешілетін күрделі техникалық тапсырма болып табылады.
Зерттеулер нәтижесінде бұрғылау ерітінділерінің қасиеттерін жақсартуда қолданылатын химиялық реагенттерден кең тарағаны – қолжетімді және арзан материалды, тиімділігі жоғары – көмірсілтілі реагент болып табылды
Көмірсілтілі реагенттерді өндіруде құрамында белгілі мөлшерде (30%-дан аз емес) гумин қышқылы бар қоңыр көмірлер қолданылады. Алынған көмірсілтілі реагент қасиеттері оны өндіру жағдайларына (компоненттер қатынасы, температура, гуминді қышқылдың бейтараптану дәрежесі, кептіру) тікелей байланысты.
Бұл өнім Республика өнеркәсіптерінде өндірілмейді. Сол себептен де бұл өнімге деген қажеттіліктер Украина және Ресей Федерациясынан экспорттау арқылы қанағаттандырылады. Сонымен қатар Республикада реагенттердің қасиеттерін тудыратын және зерттейтін, бұрғылау ерітінділерінің қасиеттерін модифицирлейтін зерттеулер жүргізілмейді.
Ғылыми жаңалығы
- Қияқты кен орны көмірінен КСР алудың оптималды жағдайлары анықталып;
- қоңыр көмірден көмірсілтілі реагент өндіру технлогиясы әзірленіп, гумин қышқылдарын күйдіргіш натриймен толықтай бейтараптау іске асырылды;
- натрий гуматының шығымына көмір:сілті қатынасы және көмірдің дисперстілігінің әсері зерттелді;
- бұрғылау ерітінділерінің технологиялық көрсеткіштеріне (тұтқырлық, ығысудың статикалық кернеулігі) КСР құрамының әсері анықталды;
- компоненттерді араластыру ұзақтығына біртектілік коэффициентінің тәуелділігі зерттелді;
- құрамында Қияқты кен орнынан алынған КСР бар жуушы сұйықтықтар қасиеттері зерттелді.
Практикалық маңызы
- көмірсілтілі реагенттерді (КСР) қолдана отырып, бұрғылау ерітінділерінің қасиеттерін арттыру;
Заманауи бұрғылау ерітінділері – оларды дайындауда және реттеуде өзіндік спецификалық қасиеттері мен мәселелері бар күрделі көп компонентті жүйелер екенін ескеру керек. Бұрғылау ерітінділеріне қажетті қасиеттер мен көрсеткіштерді беру, сонымен қатар сол қасиеттерді өз дәрежесінде сақтап қалу – химиялық әдістермен шешілетін күрделі техникалық тапсырма болып табылады.
Зерттеулер нәтижесінде бұрғылау ерітінділерінің қасиеттерін жақсартуда қолданылатын химиялық реагенттерден кең тарағаны – қолжетімді және арзан материалды, тиімділігі жоғары – көмірсілтілі реагент болып табылды
Көмірсілтілі реагенттерді өндіруде құрамында белгілі мөлшерде (30%-дан аз емес) гумин қышқылы бар қоңыр көмірлер қолданылады. Алынған көмірсілтілі реагент қасиеттері оны өндіру жағдайларына (компоненттер қатынасы, температура, гуминді қышқылдың бейтараптану дәрежесі, кептіру) тікелей байланысты.
Бұл өнім Республика өнеркәсіптерінде өндірілмейді. Сол себептен де бұл өнімге деген қажеттіліктер Украина және Ресей Федерациясынан экспорттау арқылы қанағаттандырылады. Сонымен қатар Республикада реагенттердің қасиеттерін тудыратын және зерттейтін, бұрғылау ерітінділерінің қасиеттерін модифицирлейтін зерттеулер жүргізілмейді.
Ғылыми жаңалығы
- Қияқты кен орны көмірінен КСР алудың оптималды жағдайлары анықталып;
- қоңыр көмірден көмірсілтілі реагент өндіру технлогиясы әзірленіп, гумин қышқылдарын күйдіргіш натриймен толықтай бейтараптау іске асырылды;
- натрий гуматының шығымына көмір:сілті қатынасы және көмірдің дисперстілігінің әсері зерттелді;
- бұрғылау ерітінділерінің технологиялық көрсеткіштеріне (тұтқырлық, ығысудың статикалық кернеулігі) КСР құрамының әсері анықталды;
- компоненттерді араластыру ұзақтығына біртектілік коэффициентінің тәуелділігі зерттелді;
- құрамында Қияқты кен орнынан алынған КСР бар жуушы сұйықтықтар қасиеттері зерттелді.
Практикалық маңызы
- көмірсілтілі реагенттерді (КСР) қолдана отырып, бұрғылау ерітінділерінің қасиеттерін арттыру;
[1] Агроскин А.А. Химия и технология угля. М.: 1969. –С. 4-5.
[2] Еремин И. В., Лебедев В. В., Цикарев Д. А. Петрография и физические свойства углей. М.: Недра, 1980. -263 с.
[3] Аммосов И. М., Бабашкин Б. Г., Гречишников Н. П., Еремин И. В., Калмыков Г. С., Прянишников В. К. Промышленно-генетическая классификация углей СССР. М.: Наука, 1964. -175 с.
[4] Касаточкин В. И., Ларина Н. К. Строение и свойства природных углей. М.: Недра, 1975. -159 с.
[5] Камнева А. И., Платонов В.В. Теоретические основы химической технологии горючих ископаемых. М.: Химия, 1990, -288 с.
[6] Davidson R. M. Molecular structure of coal. IFA Coal Research. London. Coal Science, 1982. V.1. -160 с.
[7] Мухленов Н. П., Кузнецов Д. А. и др. Общая химическая технология. М.: 1970. -600 с.
[8] Кузнецов И. Н. Катализ химических превращений угля и биомассы. Новособирск: Наука, 1990
[9] Перешанц В., Кробля М., Муска Г. Проиводство и использование углеводородов. М.: Химия, 1987
[10] Аммосов И. М., Тан Сю-и. Стадии изменения углей и перегенитические отношения горючих ископаемых. М.: Изд. Академии Наук СССР, 1961. -116с.
[11] Orchin М., Colubie С., Anderson J.E., Starch H.H. Chermical structure and
properties of Coal. //U.S. Bur.of Mines. Bull. 1951. № 505. P. 133-136.
[12] Huck G., Harweil J. Versuch einer Modellvorstellung von Freibau der Kohle. // Brennstoff. - Chemie. 1953. B. 34. № 7-8. S. 97-102.
[13] Fitzgerald D., Van Krevelen D.W. Chemical structure and properties of coals. XXL. Kinetik of coal carbonization. // Fuel. 1959. V. 39. № 1. p. 17-37.
[14] Dryden J.G. Chemical structure of coal. //Fuel. 1953. V.52. № 3. P. 394-396.
[15] Given P.H. The distribution of gydrogen in coals and its relation to coal structure. // Fuel. 1960. V.39. № 2. P. 147-153.
[16] Ladner W.R. The 1977 Robems coal science Lecture. // J.Inst. Fuel. 1978. V.51. P. 67-70.
[17] Pitt G.J. Coal and Moder Coal Processing An Introduction. Academie Press. N.- Y. 1979. P. 44-50.
[18] Wiser W.H. A kinetic comprison of coal pyrolysis and coal dissolution. // Fuel. 1968. V.47. № 6. P. 475-486.
[19] Shinn J.N Fom coal to single-stage and two-stage products: a reactive model of ' coal structure. // Fuel. 1984. V.63. № 9. P. 1187-1196.
[20] Hill G.R., Lyon L.B. A new chemical structure for coal. // Ind. Eng. Chem. 1962. V. 54. № 6. P. 36-39.
[21] Huston J.L., Scott R.G., Studier M. H. Reaction of fluorine gas with coal and the aromaticity of coal. // Fuel. 1976. V. 55. № 10. P. 281-286.
[22] Касаточкин В.И., Ларина H.K. / Строение и свойства природных углей. М. Недра. 1975. 159 с.
[23] Головин Г.С. Зависимость физико-химических и технологических свойств углей от их структурных параметров. -М.: изд. ИГИ, 1994.
[24] Гюльмалиев A.M., Головин Г.С., Гладун Т.Г., Скопенко С.М.// ХХТ. - 1994. -№4-5.-С. 14.
[25] Гюльмалиев A.M., Гагарин С.Г., Головин Г.С., Гладун Т.Г// ХХТ. - 2000. -№ 6. - С.З.
[26] Гюльмалиев A.M., Головин Г.С., Гладун Т.Г// ХХТ. - 1996. -№ 3. - С.45
[27] Гюльмалиев A.M., Головин Г.С., Гладун Т.Г. // ХХТ. - 1999. -№ 5. - С.З.
[28] Гюльмалиев A.M., Головин Г.С., Гладун Т.Г. Теоретические основы химии угля. -М.: изд.МГГУ, 2003.
[29] Камнева А.И., Платонов В.В. Теоретические основы химической технологий горючих ископаемых. М.: Химия, 1990. -288 с.
[30] Александров И.В., Мочалов В.Ю. Выделение гуминовых веществ из бурых углей органическими азотсодержащими основаниями// Химия твердого топлива. 1994 г. № 6. С. 105-109.
[31] Носкова Л.П., Рохин А.В., Сорокин А.П. Получение восков и гуминовых кислот из бурого угля Сергеевского месторождения// Химия твердого топлива, 2007, № 3, с. 9-15.
[32] Семенова С.А., Патраков Ю.П., Батина М.В. Получение кислородсодержащих органических продуктов из окисленного в пласте бурого угля методом озонирования// Журнал прикладной химии. 2009, Т. 82. Вып. 1, С. 80-85.
[33] Семенова С.А., Патраков Ю.П., Батина М.В. Озонирование гуминовых кислот окисленного в пласте бурого угля// Химия твердого топлива. 2008, № 5, С. 8-14.
[34] Лиштван И.И. Физико-химическая механика гуминовых веществ. – Минск: Наука и техника, 1976. -262 с.
[35] Забрамный Д.Т. Углегуминовые кислоты и их использование – Ташкент: ФАН, 1980 -86 с.
[36] Наумов Г.В. Торф в биотехнологии/ Под ред. Лиштвина И.И. Минск: Наука и техника, 1987. -148 с.
[37] Кухаренко Т.А. Окисленные в пластах бурые и каменные угли. М.: Недра, 1987. -216 с.
[38] Гуминовые вещества в биосфере. Сб. Статей / Под ред. Орлова Д.С. М.: Наука, 1993. -236 с.
[38] Лиштван И.И., Капуцкий Ф.Н., Янута Ю.Г., Абрамен А.М., Новоша Ю.Ю., Стригуцкий В.П. Спектральные исследования фракций гуминовых кислот// Химия твердого топлива. 2006, № 4, С. 3-11.
[39] Хилько С.Л., Титов Е.В. Физико-химические свойства солей гуминовых кислот// Химия твердого топлива. 2006, № 3, С. 12-21.
[40] Марыганова В.В., Бамбалов Н.Н., Тычинская Л.Ю. Особенности химического состава и структуры гуминовых кислот, выделенных последовательной экстракцией торфа пирофосфатом и гидроксидом натрия// Химия твердого топлива. 2006, № 3, С. 3-11.
[41] Кузнецов П.Н., Кузнецова Л.И. Влияние минеральных компонентов бурых углей на свойства органической массы при взаимодействии с растворителями// Химия твердого топлива. 2008, № 6, С. 57-66.
[42] Новикова Л.Н., Эрдэнэчимэг Р., Пурэвсурэн Б., Вакульская Т.И., Кушнарёв Д.Ф., Рохин А.В. Состав гуминовых веществ окисленного бурого угля Монголии// Химия твердого топлива. 2010, № 2, С. 14-24.
[43] Ивачев Л.М. Промывочные жидкости и тампонажные смеси. – М.: Недра, 1987. –242 с.
[44] Михеев В.Л. Технологические свойства буровых растворов. – М.: Недра, 1972. -239 с.
[45] Кистер Э.Г. Химическая обработка буровых растворов. - М.: Недра, 1972.-392 с.
[46] Баранов С.Н., Саранчук В. И., Сапунов В. А. Химические продукты из угля. –Киев: Наукова думка, 1983. –116 с.
[47] Забрамный Д.Т., Победеносцева О.И. и др. Углегуминовые кислоты и их использование. – Ташкент: Фан, 1980. - 153 с.
[48] Каталог фирмы Baroid. - М., 1997. - 52 с.
[49] Кричко А. А., Лебедев В.В., Фарберов И. Л. Нетопливное использование угля. – М.: Недра, 1978. -215 с.
[50] Святец И. Е., Агроскин Л. А. Бурые угли как технологическое сырье. – М.: Недра, 1976. –223 с.
[51] Святец И. Е. Технологическое использование бурых углей. – М.: Недра, 1985. –207 с.
[52] Кухаренко Т. А. Окисленные в пластах бурые и каменные угли. – М.: Недра, 1972. –182 с.
[53] Победеносцева О. И., Умаров Ж. Т., Забрамный Д. Т. и др. К вопросу нетопливной переработки угля. // Химия твердого топлива. –1978. -№ 6. -С. 97-101.
[54] Умаров Ж. Т., Победеносцева О. И., Победеносцева Н. И. и др. Исследование свойств углещелочных реагентов из некоторых углей // Химия твердого топлива. –1981. -№ 6. -С. 72-77.
[55] Рязанов Р. А. Справочник по буровым растворам. – М.: Недра, 1979. –215 с.
[56] Советов Г. А., Жабин Н. И. Основы бурения и горного дела. –М.: Недра, 1980. –295 с.
[57] Рябченко В. И. Управление свойствами буровых растворов. – М.: Недра, 1990. –230 с.
[58] Ивачев Л. М. Промывочные жидкости в разведочном бурении. –М.: Недра, 1975. –216 с.
[59] Сухарев С. С. Стабилизация и регулирование промывочных жидкостей при бурении скважин. –М.: Недра, 1966. –208 с.
[60] Литяева З. А., Рябченко В.И. Глинопорошки для буровых растворов. – М.: Недра, 1992. –215 с.
[61] Дедиков Е. В., Кобзев Ю. В., Годунова Т. С., Чугунов Л. С. Утилизация отработанных буровых растворов в рекультивации земель // Газовая промышленность. - 1998. - №1. -С. 60-63.
[62] Мак-Фейдиэн М., Вайс Ф. И др. Новый буровой раствор на основе синтетической жидкости // Нефтегазовые технологии. -2002. -№ 5. -С. 35-38.
[63] Пат. 2110551. Россия. МПК6 C 09 K 7/04. Карпов В. М., Кириллов Г. А. - № 96110027/03. Заявл. 21.5.96. Опубл. 10.5.98. Бюл. № 13.
[64] Малышев В.П. Математическое планирование металлургического и химического эксперимента. – М.: Наука, 1977. -15 с.
[65] Ратов Б.Т. Мұнай және газ ұңғымаларын бұрғылау. – Алматы, 2010. 133-139.
[2] Еремин И. В., Лебедев В. В., Цикарев Д. А. Петрография и физические свойства углей. М.: Недра, 1980. -263 с.
[3] Аммосов И. М., Бабашкин Б. Г., Гречишников Н. П., Еремин И. В., Калмыков Г. С., Прянишников В. К. Промышленно-генетическая классификация углей СССР. М.: Наука, 1964. -175 с.
[4] Касаточкин В. И., Ларина Н. К. Строение и свойства природных углей. М.: Недра, 1975. -159 с.
[5] Камнева А. И., Платонов В.В. Теоретические основы химической технологии горючих ископаемых. М.: Химия, 1990, -288 с.
[6] Davidson R. M. Molecular structure of coal. IFA Coal Research. London. Coal Science, 1982. V.1. -160 с.
[7] Мухленов Н. П., Кузнецов Д. А. и др. Общая химическая технология. М.: 1970. -600 с.
[8] Кузнецов И. Н. Катализ химических превращений угля и биомассы. Новособирск: Наука, 1990
[9] Перешанц В., Кробля М., Муска Г. Проиводство и использование углеводородов. М.: Химия, 1987
[10] Аммосов И. М., Тан Сю-и. Стадии изменения углей и перегенитические отношения горючих ископаемых. М.: Изд. Академии Наук СССР, 1961. -116с.
[11] Orchin М., Colubie С., Anderson J.E., Starch H.H. Chermical structure and
properties of Coal. //U.S. Bur.of Mines. Bull. 1951. № 505. P. 133-136.
[12] Huck G., Harweil J. Versuch einer Modellvorstellung von Freibau der Kohle. // Brennstoff. - Chemie. 1953. B. 34. № 7-8. S. 97-102.
[13] Fitzgerald D., Van Krevelen D.W. Chemical structure and properties of coals. XXL. Kinetik of coal carbonization. // Fuel. 1959. V. 39. № 1. p. 17-37.
[14] Dryden J.G. Chemical structure of coal. //Fuel. 1953. V.52. № 3. P. 394-396.
[15] Given P.H. The distribution of gydrogen in coals and its relation to coal structure. // Fuel. 1960. V.39. № 2. P. 147-153.
[16] Ladner W.R. The 1977 Robems coal science Lecture. // J.Inst. Fuel. 1978. V.51. P. 67-70.
[17] Pitt G.J. Coal and Moder Coal Processing An Introduction. Academie Press. N.- Y. 1979. P. 44-50.
[18] Wiser W.H. A kinetic comprison of coal pyrolysis and coal dissolution. // Fuel. 1968. V.47. № 6. P. 475-486.
[19] Shinn J.N Fom coal to single-stage and two-stage products: a reactive model of ' coal structure. // Fuel. 1984. V.63. № 9. P. 1187-1196.
[20] Hill G.R., Lyon L.B. A new chemical structure for coal. // Ind. Eng. Chem. 1962. V. 54. № 6. P. 36-39.
[21] Huston J.L., Scott R.G., Studier M. H. Reaction of fluorine gas with coal and the aromaticity of coal. // Fuel. 1976. V. 55. № 10. P. 281-286.
[22] Касаточкин В.И., Ларина H.K. / Строение и свойства природных углей. М. Недра. 1975. 159 с.
[23] Головин Г.С. Зависимость физико-химических и технологических свойств углей от их структурных параметров. -М.: изд. ИГИ, 1994.
[24] Гюльмалиев A.M., Головин Г.С., Гладун Т.Г., Скопенко С.М.// ХХТ. - 1994. -№4-5.-С. 14.
[25] Гюльмалиев A.M., Гагарин С.Г., Головин Г.С., Гладун Т.Г// ХХТ. - 2000. -№ 6. - С.З.
[26] Гюльмалиев A.M., Головин Г.С., Гладун Т.Г// ХХТ. - 1996. -№ 3. - С.45
[27] Гюльмалиев A.M., Головин Г.С., Гладун Т.Г. // ХХТ. - 1999. -№ 5. - С.З.
[28] Гюльмалиев A.M., Головин Г.С., Гладун Т.Г. Теоретические основы химии угля. -М.: изд.МГГУ, 2003.
[29] Камнева А.И., Платонов В.В. Теоретические основы химической технологий горючих ископаемых. М.: Химия, 1990. -288 с.
[30] Александров И.В., Мочалов В.Ю. Выделение гуминовых веществ из бурых углей органическими азотсодержащими основаниями// Химия твердого топлива. 1994 г. № 6. С. 105-109.
[31] Носкова Л.П., Рохин А.В., Сорокин А.П. Получение восков и гуминовых кислот из бурого угля Сергеевского месторождения// Химия твердого топлива, 2007, № 3, с. 9-15.
[32] Семенова С.А., Патраков Ю.П., Батина М.В. Получение кислородсодержащих органических продуктов из окисленного в пласте бурого угля методом озонирования// Журнал прикладной химии. 2009, Т. 82. Вып. 1, С. 80-85.
[33] Семенова С.А., Патраков Ю.П., Батина М.В. Озонирование гуминовых кислот окисленного в пласте бурого угля// Химия твердого топлива. 2008, № 5, С. 8-14.
[34] Лиштван И.И. Физико-химическая механика гуминовых веществ. – Минск: Наука и техника, 1976. -262 с.
[35] Забрамный Д.Т. Углегуминовые кислоты и их использование – Ташкент: ФАН, 1980 -86 с.
[36] Наумов Г.В. Торф в биотехнологии/ Под ред. Лиштвина И.И. Минск: Наука и техника, 1987. -148 с.
[37] Кухаренко Т.А. Окисленные в пластах бурые и каменные угли. М.: Недра, 1987. -216 с.
[38] Гуминовые вещества в биосфере. Сб. Статей / Под ред. Орлова Д.С. М.: Наука, 1993. -236 с.
[38] Лиштван И.И., Капуцкий Ф.Н., Янута Ю.Г., Абрамен А.М., Новоша Ю.Ю., Стригуцкий В.П. Спектральные исследования фракций гуминовых кислот// Химия твердого топлива. 2006, № 4, С. 3-11.
[39] Хилько С.Л., Титов Е.В. Физико-химические свойства солей гуминовых кислот// Химия твердого топлива. 2006, № 3, С. 12-21.
[40] Марыганова В.В., Бамбалов Н.Н., Тычинская Л.Ю. Особенности химического состава и структуры гуминовых кислот, выделенных последовательной экстракцией торфа пирофосфатом и гидроксидом натрия// Химия твердого топлива. 2006, № 3, С. 3-11.
[41] Кузнецов П.Н., Кузнецова Л.И. Влияние минеральных компонентов бурых углей на свойства органической массы при взаимодействии с растворителями// Химия твердого топлива. 2008, № 6, С. 57-66.
[42] Новикова Л.Н., Эрдэнэчимэг Р., Пурэвсурэн Б., Вакульская Т.И., Кушнарёв Д.Ф., Рохин А.В. Состав гуминовых веществ окисленного бурого угля Монголии// Химия твердого топлива. 2010, № 2, С. 14-24.
[43] Ивачев Л.М. Промывочные жидкости и тампонажные смеси. – М.: Недра, 1987. –242 с.
[44] Михеев В.Л. Технологические свойства буровых растворов. – М.: Недра, 1972. -239 с.
[45] Кистер Э.Г. Химическая обработка буровых растворов. - М.: Недра, 1972.-392 с.
[46] Баранов С.Н., Саранчук В. И., Сапунов В. А. Химические продукты из угля. –Киев: Наукова думка, 1983. –116 с.
[47] Забрамный Д.Т., Победеносцева О.И. и др. Углегуминовые кислоты и их использование. – Ташкент: Фан, 1980. - 153 с.
[48] Каталог фирмы Baroid. - М., 1997. - 52 с.
[49] Кричко А. А., Лебедев В.В., Фарберов И. Л. Нетопливное использование угля. – М.: Недра, 1978. -215 с.
[50] Святец И. Е., Агроскин Л. А. Бурые угли как технологическое сырье. – М.: Недра, 1976. –223 с.
[51] Святец И. Е. Технологическое использование бурых углей. – М.: Недра, 1985. –207 с.
[52] Кухаренко Т. А. Окисленные в пластах бурые и каменные угли. – М.: Недра, 1972. –182 с.
[53] Победеносцева О. И., Умаров Ж. Т., Забрамный Д. Т. и др. К вопросу нетопливной переработки угля. // Химия твердого топлива. –1978. -№ 6. -С. 97-101.
[54] Умаров Ж. Т., Победеносцева О. И., Победеносцева Н. И. и др. Исследование свойств углещелочных реагентов из некоторых углей // Химия твердого топлива. –1981. -№ 6. -С. 72-77.
[55] Рязанов Р. А. Справочник по буровым растворам. – М.: Недра, 1979. –215 с.
[56] Советов Г. А., Жабин Н. И. Основы бурения и горного дела. –М.: Недра, 1980. –295 с.
[57] Рябченко В. И. Управление свойствами буровых растворов. – М.: Недра, 1990. –230 с.
[58] Ивачев Л. М. Промывочные жидкости в разведочном бурении. –М.: Недра, 1975. –216 с.
[59] Сухарев С. С. Стабилизация и регулирование промывочных жидкостей при бурении скважин. –М.: Недра, 1966. –208 с.
[60] Литяева З. А., Рябченко В.И. Глинопорошки для буровых растворов. – М.: Недра, 1992. –215 с.
[61] Дедиков Е. В., Кобзев Ю. В., Годунова Т. С., Чугунов Л. С. Утилизация отработанных буровых растворов в рекультивации земель // Газовая промышленность. - 1998. - №1. -С. 60-63.
[62] Мак-Фейдиэн М., Вайс Ф. И др. Новый буровой раствор на основе синтетической жидкости // Нефтегазовые технологии. -2002. -№ 5. -С. 35-38.
[63] Пат. 2110551. Россия. МПК6 C 09 K 7/04. Карпов В. М., Кириллов Г. А. - № 96110027/03. Заявл. 21.5.96. Опубл. 10.5.98. Бюл. № 13.
[64] Малышев В.П. Математическое планирование металлургического и химического эксперимента. – М.: Наука, 1977. -15 с.
[65] Ратов Б.Т. Мұнай және газ ұңғымаларын бұрғылау. – Алматы, 2010. 133-139.
ӘЛ-ФАРАБИ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ ФАКУЛЬТЕТІ
МАГИСТРАТУРА
6М070800 – Мұнай-газ ісі
МАГИСТЕРЛІК ДИССЕРТАЦИЯ
Отандық шикізат негізіндегі көмірсілтілі реагенттерді қолданып, сазды
бұрғылау ерітінділерін модификациялау
Орындаған___________ _________________________________ _2013ж.
қолы аты-
жөні
Ғылыми жетекшісі_____________ ____________ ____________________
регалиялары қолы
аты-жөні
___ ____________ 2013ж.
Қорғауға жіберілді:
Кафедра меңгерушісі ___________ ____________ ____________________
регалиялары қолы
аты-жөні
___ ____________ 2013ж.
Алматы 2013
МАЗМҰНЫ
АНЫҚТАМА 5
ҚЫСҚАРТЫЛҒАН БЕЛГІЛЕУЛЕР, СИМВОЛДАР, ӨЛШЕМ БІРЛІКТЕР МЕН
ТЕРМИНДЕРДІҢ ТІЗІМІ 6
КІРІСПЕ 7
1 ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ 9
1.1Көмірдің түзілу кезеңдері 9
1.2Көмірдің физика-химиялық құрылымы және молекулалық моделі 12
1.3Көмірден гумин қышқылдарын бөліп алу жолдары 15
1.3.1 Гумин қышқылдарының құрылымы мен қасиеттері 21
1.4Қоңыр көмір негізіндегі көп компонентті реагенттер 22
1.4.1 Көп компонентті реагенттерді өндіру технологиясы 24
1.5Құрамында көмірсілтілі реагент бар жуушы суйықтықтардың
қасиеттері 26
1.5.1 Жуушы сұйықтықтарды химиялық реагенттермен модификациялау
28
2. ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ 29
2.1Көмірдің физика-химиялық сипаттамаларын анықтау 29
2.1.1 Көмірдің ылғалдылығын анықтау 29
2.1.2 Көмірдің күлділігін анықтау 29
2.2Көмірден гумин қышқылдарын бөліп алу әдістемесі 31
2.3Көмірден гумин қышқылдарын бөлу процесін оптимизациялау 32
2.4Тәжірибе жүргізуге қажетті материалдар және қондырғылар 33
2.4.1 Тәжірибе жүргізуге қажетті материалдар 34
2.4.2 Сазды ерітінділердің қасиеттерін анықтау қондырғылары 35
2.4.3 Тәжірибе жүргізудің әдістемесі 36
3. ТӘЖІРИБЕ НӘТИЖЕЛЕРІ МЕН ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ 34
3.1Қоңыр көмірлердің технологиялық қасиеттері және оларды анықтау
3.1.1 Көмірсілтілі реагент өндірісінің шикізаттары 34
3.1.2 Қияқты кен орны көмірінің физика-химиялық сипаттамалары
3.2Қияқты кен орны көмірінен гумин қышқылдарын бөліп алудың
қолайлы жағдайларын анықтау 35
3.3Қияқты кен орны көмірі және одан бөлініп алынған гумус
қышқылдарының құрамын физика-химиялық әдістермен зерттеу 39
3.4Қияқты кен орны көмірінен көмірсілтілі реагенттер (КСР) алудың
технологиялық шамаларын қарқындатудың тәжірибелік зерттеулері
Көмірсілті реагенттерін модифицирлеу технологиясы 41
3.5ҚОРЫТЫНДЫ 42
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
НОРМАТИВТІ СІЛТЕМЕЛЕР
Диссертациялық жұмыста төмендегі стандарттар бойынша сілтемелер
келтірілді:
ГОСТ 27314-91 Қатты менералды отын. Ылғалдылықты анықтау әдісі.
ГОСТ 11022-95 Қатты менералды отын. Күлділікті анықтау әдістемелері.
ГОСТ 9517-94 Қатты менералды отын. Гумин қышқылдарының шығымын анықтау
әдістері.
ТУ 25-1604.006-83 Ротационды вискозиметр ВСН-3. Тезникалық шарттар.
АНЫҚТАМА
Көмір – органикалық масса, ылғал, минералды бөліктерден құралған күрделі
дисперсті жүйе.
Көмірлену – шымтезектің қоңыр көмірлер түзе антрацитке айналуы.
Метаморфизм – жер қыртысында көмірдің органикалық заттарының өзгерісі.
Гумин қышқылдары – құрылымдары ұқсас, молекулалық салмақтары бойынша
ерекшеленетін органикалық қосылыстар.
Фульвоқышқылдар – суда еритін гумин қышқылы.
Гематомелан – спирттерде еритін гумин қышқылы.
Гумус қышқылдары – суда да спирттерде де ерімейтін, бірақ сілтілерде еритін
гумин қышқылы.
Экстракциялау − экстрагентермен заттар қоспасынан компоненттерді бөліп
алауға арналған масса алмасу процесі.
Көмірсілтілі реагент − гумин қышқылдары бар қоңыр көмірлерді сілтімен өңдеу
нәтижесінде алынған өнім.
Шымтезексілтілі реагент – бұрғылау ерітіндісі үшін қолданылатын және
шымтезектен сілтілік экстракциялау арқылы алынатын гуматты заттар.
Саз − негізінен сазды минералдардан (каолинит, монтмориллонит) тұратын,
пластикалық қасиеті бар шөгінді тау жыныстары.
ҚЫСҚАРТЫЛҒАН БЕЛГІЛЕУЛЕР, СИМВОЛДАР, ӨЛШЕМ БІРЛІКТЕР МЕН ТЕРМИНДЕРДІҢ
ТІЗІМІ
КОМ – көмірдің органикалық массасы
Гум – гумин қышқылы құрылымының үзіндісі
ФҚ – фульвоқышқылы
ГҚ – гумус қышқылы
КСР – көмірсілтілі реагент
ЭМ – электронды микроскоп
ИҚ – инфрақызыл
Аr – ароматты конденсирленген сақиналар
СА – циклоалканды үзінділер
Х – функционалды топтар (-ОН, -СООН, -NH2; -SH)
R – алкильді орын басушылар (С1–Сn)
М – көпіршелі топтар (-(СН2)n-, -О-, -О-СН2-, -NH-, -S-)
ССБ − сульфитспиртті барда
КССБ − конденсирленген сульфитспиртті барда
КМЦ − карбоксиметилцеллюлоза
КІРІСПЕ
Зерттеу тақырыбының өзектілігі: Мұнай өндіру – Қазақстан
Республикасындағы басты өнеркәсіп саласы болып табылады және үнемі
жетілдіруді қажет етеді. Мұнайды өндіру тиімділігі, негізінен, қолданылатын
технология мен материалдарға тікелей байланысты. Материалдардың маңызды
бөліктері, соның ішінде бұрғылау жұмыстарын жүргізуде қолданылатын
материалдар шет елдерден әкелінеді.
Заманауи бұрғылау ерітінділері – оларды дайындауда және реттеуде
өзіндік спецификалық қасиеттері мен мәселелері бар күрделі көп компонентті
жүйелер екенін ескеру керек. Бұрғылау ерітінділеріне қажетті қасиеттер мен
көрсеткіштерді беру, сонымен қатар сол қасиеттерді өз дәрежесінде сақтап
қалу – химиялық әдістермен шешілетін күрделі техникалық тапсырма болып
табылады.
Зерттеулер нәтижесінде бұрғылау ерітінділерінің қасиеттерін жақсартуда
қолданылатын химиялық реагенттерден кең тарағаны – қолжетімді және арзан
материалды, тиімділігі жоғары – көмірсілтілі реагент болып табылды
Көмірсілтілі реагенттерді өндіруде құрамында белгілі мөлшерде (30%-дан
аз емес) гумин қышқылы бар қоңыр көмірлер қолданылады. Алынған көмірсілтілі
реагент қасиеттері оны өндіру жағдайларына (компоненттер қатынасы,
температура, гуминді қышқылдың бейтараптану дәрежесі, кептіру) тікелей
байланысты.
Бұл өнім Республика өнеркәсіптерінде өндірілмейді. Сол себептен де бұл
өнімге деген қажеттіліктер Украина және Ресей Федерациясынан экспорттау
арқылы қанағаттандырылады. Сонымен қатар Республикада реагенттердің
қасиеттерін тудыратын және зерттейтін, бұрғылау ерітінділерінің қасиеттерін
модифицирлейтін зерттеулер жүргізілмейді.
Ғылыми жаңалығы
- Қияқты кен орны көмірінен КСР алудың оптималды жағдайлары
анықталып;
- қоңыр көмірден көмірсілтілі реагент өндіру технлогиясы әзірленіп,
гумин қышқылдарын күйдіргіш натриймен толықтай бейтараптау іске
асырылды;
- натрий гуматының шығымына көмір:сілті қатынасы және көмірдің
дисперстілігінің әсері зерттелді;
- бұрғылау ерітінділерінің технологиялық көрсеткіштеріне
(тұтқырлық, ығысудың статикалық кернеулігі) КСР құрамының әсері
анықталды;
- компоненттерді араластыру ұзақтығына біртектілік коэффициентінің
тәуелділігі зерттелді;
- құрамында Қияқты кен орнынан алынған КСР бар жуушы сұйықтықтар
қасиеттері зерттелді.
Практикалық маңызы
- көмірсілтілі реагенттерді (КСР) қолдана отырып, бұрғылау
ерітінділерінің қасиеттерін арттыру;
- арзан әрі сапалы өнім – көмірсілтілі реагент (КСР) қолдану
арқылы мұнай және газ өндіруші компаниялардың шығынын төмендету;
- көмірсілтілі реагенттің (КСР) экономикалық тиімділігі және
экологиялық қауіпсіздігі;
Алынған ғылыми және тәжірибелік нәтижелер құрамында гумин қышқылдары
көп көмір кен орындарын, мұнай скважиналарын бұрғылауда сазды
ерітінділердің технологиялық көрсеткіштерін реттеу үшін кеңінен
қолданылады.
Магистрлік диссертация мақсаты – Қияқты кен орны көмірінен гумин
қышқылдарын бөліп алудың қолайлы жағдайларын анықтау. Көмірсілтілі
реагенттер алу және оларды қолдана отырып, сазды бұрғылау ерітінділерін
модификациялау.
Осы мақсатқа жету үшін келесі міндеттер қойылды:
- көмірден гумин қышқылдарын бөліп алудың қолайлы жағдайларын анықтау;
- бастапқы көмір мен көмірден бөлініп алынған гумус қышқылының құрамын
ИҚ-спектроскопия және электрондық микроскоп әдістерімен зерттеу;
- Гумин қышқылдарының шығымына көмір дисперстілігінің әсері.
- Көмірсілтілі реагенттің технологиялық көрсеткіш сипаттамаларына Қияқты
кен орны көмірінің физика-химиялық қасиеттерінің әсерін анықтау;
.
1. ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ
1.1 Көмірлердің түзілу кезеңдері
Көмірлердің түзілуі жайындағы мәліметтерді білудің маңызы өте зор.
Себебі, бұл мағлұматтар оларды генетикалық және өнеркәсіптік ситаттауға
негіз болады. Ең алғаш көмірлердің өсімдіктердің қалдықтарынантүзілгендігін
М.В. Ломоносов айтқан болатын [1]. Алайда көмірдің түзілуі күрделі табиғи
процестердің жиынтығы болғандықтан және бұл процестерге климат,
температура, қысым, уақыт пен тағы басқа көптеген факторлар әсерін
тигізетіндіктен, көмірлердің пайда болуы жайындағы теориялық мағлұматтар
химиялық, микробиологиялық және геологиялық болып бөлінеді. Әр түрлі
көмірлердің түзілуінде органикалық заттардың қандай компоненттері бастапқы
материал болып табылатындығы жайындағы теориялық мәліметтер әлі күнге дейін
нақты қалыптасқан емес. Көмірдің түзілуінің жалпы сызба-нұсқасы келесі
түрде сипатталады [2]:
Шымтезек
бастапқы 2
органикалық Қоңыр көмір
материал 3
1 Тас көмір антрацит
графит
4
5 6
Өсімдіктердің құрамына целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин, шайырлы
заттар, майлар, ақуыздар, көмірсулар, пектинді заттар кіретіні белгілі. 1-
кестеде көмірдің түзілуіне қатысатын өсімдіктер компоненттерінің элеметтік
құрамы келтірілген.
Кесте 1 − Көмірдің түзілуіне қатысатын өсімдіктер компоненттерінің
элементтік құрамы (%)
Компонент С Н О Компонент С Н О
Балауыздар 81 13,5 5,5 Ақуыздар 53 7 22
Шайырлар 79 10 11 Целлюлозалар 44 6 50
Майлар 76-79 11-13 10-12 Пектиндер 43 5 52
Лигниндер 63 6 31
Балауыз құрамына жоғары молекулалы май қышқылдарының күрделі эфирлері
мен жоғары алифатты спирттерден басқа С24–С34 қышқылдар, С24–С34 спирттер
мен кей жағдайда көмірсулар кіреді. Өсімдікте балауыз – өзінің құрамы мен
құрылысын сақтайтын және микроорганизмдер әсері берік қатты заттар. Мұндай
заттар қоңыр көмірлердің құрамында кездеседі.
Шайырлар – бір атомды спирттер мен қышқылдардан құралған күрделі
эфирлер. Мұндай заттар қанықпаған полиизопренді құрылымды және полимерлену
мен тотығуға қабілетті болғандықтан, ерігіштігі кеміп, молекулалық
массалары артып, балқымайтын қосылыстарға айналады.
Майлар – глицерин мен жоғары молекулалы қаныққан және қанықпаған
қышқылдардың күрделі эфирлері. Майлар жеңіл гидролизденеді және
микроорганизмдер әсерінен өзгереді, ал қанықпаған қышқылдар полимерлер түзе
тотығады.
Ақуыздар – коллоидты қасиетке ие жоғары молекулалы қосылыстар. Ақуыздар
өсімдіктердің құрамындағы моносахаридтермен байланысып, аминоқышқылдарды
түзе гидролизденеді.
Целлюлоза – құрамы күрделі сызықты құрылымды көмірсулар. Қысым мен
температура әсерлеріне тұрақты келеді, алайда ферменттер әсеріне тез
ұшырайды. Гемицеллюлоза – гидролизге оңай ұшырайтын, қышқыл мен сілтілерде
еритің көмірсулар қатарына кіретін қосылыстар. Бұл гетерополисахаридтер
гидролизденгенде целлюлоза сияқты глюкоза емес, моноза, фруктоза, галоктоза
және урон қышқылдарын түзеді.
Пектинді заттар өсімдік жасушалары қабырғаларынның механикалық
беріктігін арттырады және минералды қышқылдармен оңай гидролизденеді.
Гидролиз өнімдерінің құрамындағы карбоксильді топтар магний және кальций
тұздары мен метил эфирлері түрінде болады. Өсімдік жасушалары
қабырғаларының механикалық беріктігі олардың құрамында лигниннің болуымен
де түсіндіріледі. Лигниндердің целлюлозадан айырмашылығы олар
гидролизденбейді, химиялық реагенттерге берік, органикалық еріткіштер мен
суда ерімейді. Лигниндер құрамы ароматты қосылыстардан құралған ретсіз
құрылымды полимерлерге жатады. Бұл қосылыстардың құрамында оттек,
карбоксильді және гидроксильді топтар, ал ароматты қосылыстар құрамына
метокси топтар кіреді және олар өзара пропильді топтармен байланысады.
Лигниндердің молекулалық массасы 700-ден 6000 аралығында болады және
олардың химиялық беріктігі гумин қышқылдарының жинақталуымен түсіндіріледі
[2].
Сонымен, көмірдің түзілу процесі барысында химиялық берік компоненттер
түзіліп, ал беріктігі нашар компоненттер бұл процестерде ыдыраудың жарты-
лай өнімдері ретінде қатысады.
Органикалық заттардың шымтезекке айналуы химиялық реакциялар мен
бактериялардың әрекетінен болатындықтан, биохимиялық көмірлену деп аталады.
Шымтезектің қоңыр көмірлер түзе антрацитке айналуы көмірлену деп аталады.
Көмірлену дәрежесі тығыздықтарының артуымен, С, О, Н мөлшерінің өзгеруімен
және ұшқыш заттардың бөлінуімен сипатталады. Температура артқан сайын
көмірлену процесі артады, ал қысым осы жағдайларда жүретін химиялық
реакцияларды баяулатады.
Көмірдің негізгі петрографиялық сипаттамаларына метаморфизм дәрежесі,
петрографиялық құрамы мен тотықсыздану дәрежесі жатады. Метаморфизм – жер
қыртысында көмірдің органикалық заттарының өзгерісі. Метаморфизм жағдайында
органикалық көмір затының физикалық қасиеттері, химиялық құрамы мен ішкі
молекулалық құрылымы біртіндеп өзгеріске ұшырайды [3].
Көмірлердің петрографиялық құрамы микрокомпоненттері (мицералдар),
микролитотиптері (микроингредиенттер) және литотиптері (ингредиенттер)
бойынша ажыратылады. Әр түрлі физика-химиялық әдістермен көмірлердің
құрылысын зерттеу, көмір макромолекуласының құрылымы әр түрлі болатындығын
көрсеткен [2-4].
1.2 Көмірдің физика-химиялық құрылымы және молекулалық моделі
Жалпы көмірдің қасиетін физикалық және химиялық құрамын толықтай
зерттеу арқылы анықтайды.
Көмірдің негізгі физикалық қасиеттеріне тығыздығы, кеуектілігі,
беріктігі, серпімділігі, соққыға төтеп бергіштігі жатады. [5]. Көмірдің
оптикалық қасиеттеріне түсі, жылтырлығы, шашыратқыш қабілеттілігі, сынуы,
адсорбция және сәулелену дефракциясы жатады. Сондай-ақ көмірлер электрлік,
магниттік (электр өткізгіштігі, диэлектрлік тұрақтылығы, диамагтиттік
қабілеттілігі, парамагниттік резонанс) және химиялық қасиеттерімен (жылу
өткізгіштігі, меншікті жылу сыйымдылығы. Қыздырғанда созылмалығы)
сипатталады.
Көмірдің физикалық құрылымы тармақталған курделі құрылымды
молекулалардың орналасу ретін көрсетеді. Көмірдің барлық физикалық қасиеті
әртүрлі процестің жүру тәртібі және қыздырған кездегі өзгерісі физикалық
құрылымға байланысты. Көмірдің химиялық құрылымының бір ғана корбанизация
процесін алып қарасақ, ұқсастығына қарағанда айырмашылықтары айқынырақ
білінеді. Ал физикалық құрылымы керісінше ұқсастығын көрсетеді. Көмірдің
көптеген физикалық параметрлерінің өзгерісі тәжірибе жүзінде жүзеге
асырылған. Тәжірибе барысында көмірді майдалап үгіту кезінде беріктігі,
серпімділігі, соққыға төтеп бергіштігі және кеуектілігі маңызды болып
саналады, өйткенікеуектің бос көлемі әртүрлі процестегі көмірдің тәртібіне
елеулі әсер етеді.
Көмірдің химиялық құрамы 100 жылдан бері зерттеліп келе жатқан нысан.
Көптеген физико-химиялық және химиялық әдістерді қолданып сапалы және
көмірдің органикалық массасы жайында көптеген мағлұматтар алуға болады.
Әсіресе Р. М. Давидсонның [6] соңғы жинақтамасында нәтижелі қорытынды
берген.
Әртүрлі технологиялық процестерде көмірді шикізат ретінде пайдалану
барысында оның құрылымының және органикалық массасының химиялық қасетін
ескеру маңызды. Өйткені осы қасиеттері арқылы көмірдің қаншалықты реакцияға
қабілетті екені анықталады.
Көптаннажды өнеркәсіптік пиролиз, гидрогендеу, газдандыру
процестерінде көмірлердің органикалық массаларын максималды пайдалану
мақсатында, көмірдердің химиялық құрылымын, функциональді топтарды,
байланысқан конденсирленген ароматты ядролар мен бүйір радикалдарды терең
зерттеулерден өткізу қажет. Қазіргі физико-химиялық әдістерді (ИК- және ЯМР-
спектроскопия, ренгеноструктуралық анализ, сусыз ерітінділердегі
поляграфия, молекулалы спектрлі анализ, гель-хромотраграфия)пайдалану арқас
ында көмір молекуласының химиялық құрылымын зерттеу аса жоғары көрсетуде.
Барлық көмірлер органикалық массадан (КОМ) және минералды бөліктен тұрады.
[7] КОМ негізгі компонеттері көмірсутектерден , лигниндерден, ақуыздардан,
балауыздар мен шайырлы заттардан тұрады. Көмірдің органикалық массасының
элементті анализіне көміртек, сутек, оттек және күкірт кіреді.
ОС маркалы витриниттің ИК-спектрінде С-Н ароматты және алифатты
топтардың, ароматты С=С байланыстардың жұтылу сызықтары байқалады.
Сондай-ақ С-О-С , -ОН, С-О, С=О топтарына тән жұтылу сызықтары бар.
[8, 9] жұмыста көмірлердің химиялық құрылымы ароматты емес
байланыстармен байланысқан поликонденсирленген сақиналардан тұрады.
Көмірлерді корбанизациялау процесінде ароматты емес құрылымдардың мөлшері
азаяды. Көмірдің метомарфизм дәрежесінің өсуімен поликонденсация процесі
активтілеу өсіп, көмір өңдеу процесіне қажетті маңызды негізгі
сипаттамаларын иілгіштік, ерігіштік және т. б. қасиеттерін жоғалтады.
Қатты жанғыш қазбалардың топтық құрамын анықтау-зерттеудің дәстүрлі
әдісі. Топтық анализ ол торфты және көмірді әртүрлі еріткіш сұйықтықтарда
ерігіштігібойынша бөлуге негізделген. Олар келесі талаптарға жауап беруі
қажет. Әр-бір еріткіш, химиялық табиғаты бір-біріне жақын заттарды бөліп
шығару керек және ол толығымен жұмсалуы кажет. Топтық анализ қатты жанғыш
қазбалардан келесі топтық заттарды: липоидтер, моносахариттер және
полисахариттер, гумин қышқылдары және т.б. бөліп алудан тұрады.
Барлық жанғыш қазбалар С, Н, О, N, S бар қосылыстардан тұрады.
Көмірдің құрамындағы азот мөлшері 3-4% аспайды, көп жағдайда 1% құрайды.
Көмір құрамындағы азот мөлшерін анықтаудың стандартты әдісі, азотқұрамды
қосылыстарды көмір тотыққанша көмірдің үлесін концентрлі күкірт қышқылымен
қайнату арқылы аммоний сульфатына айналдыруға негізделген.
Табиғатта құрамында күкірті жоқ көмір кездеспейді. Көмірдің құрамындағы
күкірт мөлшері 10% дейін болады және ол келесі формада кездеседі:
сульфатты, пиритті, органикалық және элементті.
Төрт макроскопиялық ерекшеліктері бар генетикалық түрлерден тұратын
гумусты көмірлер үшін қазіргі кезеңдегі қалыптасқан жүйе ұсынылған: витрен
мен дюрен жалтыраған көмірлер үшін, кларен күңгірт көмірлер үшін және фюзен
жұмсақ қосылыстар үшін.
ТМД елдерінде қабылданған жүйе бойынша гумусты көмірлер үшін
микрокомпоненттерді, әрқайсысы морфологиялық салыстырғанда біртекті,
витринит, фюзинит және лейптенит топтарына бөледі [10].
Жалтыраған көмірлердің негізін құрайтын витринит тобына коллинит –
біртекті құрылымсыз шыны тәрізді масса мен телленит (құрылымды витрен) ағаш
тканінің айқын құрылымды клеткалары кіреді.
Фюзинит тобын құрайтындар: көмірдің жұмсақ қабаттарына кіретін және
көмірленген клеткалары минералды бөліктермен толтырылған немесе бос
құрылымды микрокомпонент – фюзиниттің өзі; микринит – құрылымы жоқ күңгірт
көмірдің құрамды бөлігі.
Сонымен, көмірлердің химиялық құрылымы едәуір күрделі құрылысты
Лейптинит тобын құрайтындар: экзинит (споралар), кутинит (кутикула),
теллинит (тозаңша), резинит (шайырлы тозаңша), суберинит (кутинирленген
талшықтар). Лейптенит тобының микрокомпаненттері витриниттің
ароматикалықпен салыстырғанда аморфты көміртек пен сутектің жоғары
мөлшерімен ерекшеленеді. Көмірде неғұрлым витринит көп болса, соғұрлым КОМ-
ның сұйылу проценті де жоғары болады [2]. Сондай-ақ 8-ден 16-ға дейінгі СН
қатынастары қолайлы болып табылады және ол эфирлі көмірлерде күкірт мөлшері
жоғары болған жағдайларда тиоэфирлі топтар, сондай-ақ алифатты тізбектер
немесе олардың комбинациялары арқылы байланысқан 20-30-дан көп емес
көміртек атомдарынан тұратын көмірдің органикалық заттарының қосылыс
фрагметтерін көрсетеді.
Көмір – органикалық масса, ылғал, минералды бөліктерден құралған
күрделі дисперсті жүйе. Көмірдің органикалық массасының элементтік құрамы,
макромолекуланың құрылымы көмірдің негізгі физика-химиялық және химия-
технологиялық қасиеттерін айқындайды. Көмірдің органикалық масасының
құрылымы әр алуан, алайда шартты түрде көміртектік бөлімі қаныққан және
ароматты құрылымдардың аралығында орналасады. Бірақ та көмірдің органикалық
массасының қасиеттері мен құрылымдары арасындағы байланыстарды
түсіндіргенде көптеген қарама-қайшылықтар кездеседі. Ол яғни көмір
молекуласының моделін әртүрлі көзқараспен қарап түсіріндіруінде
Н. Шторх және М. Орчен [11] көмірдің полиинденді құрылымын ұсынды.
Бұл құрылымда молекулалар оттекті көпіршекпен үшөлшемді бірлік арқылы
байланысқан.
Гук және Дж. Карвейл [12] көмірді құрамында алкил орынбасары бар,
овелен сияқты өте тұрақты ароматты сақина деген. Көмірлену дәрежесінің
өсуіне байланысты орындасарлардың үлесі азайып, ароматтығы жоғарлайды.
Ван-Кревелен [13] көмірді конденсирленген ароматты фрагменттерден тұрып
әртүрлі топтармен байланысады деген, яғни полимер түрінде елестеткен.
Драйден И. [14] бойынша көмір молекуласы 10 ароматты сақинадан кем
емес құрылымнан құрылған және бір-бірімен көміртек-көміртекті, оттекті,
метиленді көпіршемен байланысқан делінген. Көмірлену дәрежесі төмен
көмірлерде ароматты сақина үш конденсирленген сақинадан тұрады, ал
көмірлену дәрежесі жоғары көмірлерде ароматты сақина саны 10-20-ға дейін
жетеді. Біршама уақыттан кейін Драйден И. Көмірдің структуралық бірлігі
пирен немесе короненнің алкилорынбасарлы сақиналары жай эфирлі
байланыстармен байланысқанын анықтаған.
Гивен П., [15] Лендер Ж. [16] және Питт Г. [17] бойынша көмір ─ 1-, 2-,
және 3-конденсирленген ароматты сақиналар гидроароматты көпіршелермен
байланысқан. Ж. Лиднер [16] көмір құрылымын үшөлшемді дейді. Оның
құрамында 9,10-дегидрофенонтрен болуы мүмкін дейді, демек ол тегіс
болмайды.
Ал П Гивен [15] модельі бойынша құрылым үшөлшемді.
Г. Питтің [17] модельді құрылымы 9,10-дегидрофенентрен құрылымына
негізделген және ол мынадай тұжырымға келген, көмірдің құрамындағы
молекулалар өрімдемделіп байланысқан болады.
Вейбе [18] модельінің едәуір бөлігі ароматты және ароматты фрагменттер
арасында орналасқан жай эфирлер көпіршелермен байланысады. Бұл модель басқа
моделдерге қарағанда молекулалық торды айқын бейнелейді.
Мокрамолекуларар торға донарлы-акцепторлы байланыстармен байланысқан.
Дж. Шиннің [19] бойынша көмір төрт ароматтық сақинадан және одан да көп
сақинадан тұратын моно- және бициклді фрагменттерден тұрады делінген.
Ж. Хилл және Л. Лион [20] тұжырымдамаларына сәйкес КОМ-сы жоғары
алкилденген ароматты және гетероциклді ядродан (2-ден 9-ға дейін) тұрады.
Олар оттек және көміртек атомдарынан, көміртек-көміртек, үшөлшемді және
тетраэдрлік байланыстармен берік байланысады деген.
И. Хьюстан [21] бойынша көмір макромалекуласының орташа молекулалық
массасының құрылымдық бірлігі 300-700 құрайды. Кіші өлшемді
макромалекулалар–қоңыр көмірлер, ал үлкен өлшемділеріне–тас көмірлер
жатады. Тас көмірдің макромалекуласы гидроароматты фрагменттері –О– және
–СН2–көпіршесімен байланысады.
В. Касаточкин [22] тұжырымында көмір органикалық массасының құрылымы
жүйесіз құрылымды бос орны бар полимер делінген.
Оның құрылымы бір-бірімен ұзын алифатты тізбекпен байланысқан
полициклді конденсирленген ароматты ядродан (декоцеклен) тұрады.
Г. Головин және т. б. [23-28] көмірдің органикалық массасының орташа
статистикалық құрылымдық бірлігінің жалпылама моделі жасап шығарды.
Көмірдің органикалық массасының орташа статистикалық құрылымдық бірлігі
көмірдің физика-химиялық қасиеттері мен құрылысының өзара байланысын
айқындауда қолданылады Сурет 1. Модель бес құрылымдық үзінділерді
құрайды: Аr – ароматты конденсирленген сақиналар (сақиналардың саны орта
есеппен 1-ден 5-ке дейін болады); СА – циклоалканды үзінділер; Х –
функционалды топтар (-ОН, -СООН, -NH2; -SH); R – алкильді орын басушылар
(С1–Сn); М – көпіршелі топтар (-(СН2)n-, -О-, -О-СН2-, -NH-, -S-).
Метаморфизм қатарында құрылымдық үзінділердің ара қатынасы өзгереді: Аr
конденсир-ленген сақиналар артып, М, R, Х, СА мөлшерлері кемиді.
Сурет – 1 Көмірдің органикалық массасының орташа статистикалық құрылымы
1.3 Көмірден гумин қышқылдарын бөліп алу жолдары
Битумоидтарға қарағанда гумин қышқылдары қоңыр көмірлердің
органикалық масасын құрайтын негізгі компоненттердің бірі болып табылады.
Бұл қышқылдардың шымтезек құрамындағы гумин қышқылдарынан ешқандай
айырмашылығы болмайды және суда, этанолда ерігіштігі бойынша
фульвоқышқылдар, гематомеланды, гумусты қышқылдар болып жіктеледі. Бұл
қышқылдардың құрамына әртүрлі функционалды топтар кіреді [29].
Қоңыр көмірлердің қасиеттері олардың құрамындағы гумин қышқыл-дарының
сандық мөлшерлері мен сапалық құрамына байланысты өзгеріп отырады. Бұл
өзгерістерді гумин қышқылдарының құрамындағы функцио-налды топтардың
мөлшерінің көмірлену сатысында өзгеруінен байқауға болады. 2-кестеде
көмірлену дәрежесі әртүрлі қоңыр көмірлерден тотыққан тас көмірлерге
дейін функционалды топтардың мөлшерлерінің өзгерісі келтірілген. Тас
көмірлер ауадағы оттекпен автототығып, олардың құрамында қоңыр
көмірлердегі сияқты құрамы ұқсас гумин қышқылдары түзіледі.
Кестеден көрініп тұрғандай қоңыр көмірлердің түзілу сатысында
(көміртегі мөлшері 65-80 %) көмір құрамындағы оттегінің 80 %-дан астамы
функцио-налдық топтардың үлесінде болады.
Функционалды топтардың ішінде метоксильді топтардың шамасы өте аз,
бұл топтар көміртегінің мөлшері 75 %-дан жоғары көмірлерде мүлдем
кездеспейді. Активті оттегінің негізгі түрлері карбонильді және фенолды
гидроксотоп құрамында көбірек болып, көмірлену дәрежесі өскен сайын күрт
өзгереді. Фенолды гидроксотоп мөлшері 35,6-дан 52,2 %-ға дейін артып,
карбоксильді топтардың үлесі 30,4-дан 3,7 %-ға дейін кемиді.
Тас көмірлердің түзілу сатысында (көміртегі мөлшері 80 %-дан артық)
активті оттегінің негізгі үлесі карбонильді және фенолды топтардың
құрамында болады. Карбонильді топтардың үлесі көміртегінің мөлшері 90 %-
дан жоғары көмірлерде басым келеді. Көмірдегі оттегінің ең аз мөлшерінде
(2,5 %) тек қана карбонильді топ (16 %) кездесіп, оттегінің қалған бөлігі
(84 %) активсіз түрде болады. Сонымен көмірлену процесі барысында
функционалды топтардың сандық құрамымен қоса (көмірдегі оттегінің азаюы),
сапалық құрамы да өзгереді [29].
Кесте 2 − Көмірлену дәрежесі әртүрлі көмірлердегі гумин қышқылдарының
құрамындағы функционалды топтардың мөлшері
Функционалды топтардың көмірдегі Функционалды топтардың гумин
мөлшері, % (масс.) қышқылдарындағы мөлшері, % (масс.)
С Ожалпы СООН ОНфен. СО ОСН3 Оактивсіз
65,2 28,7 30,4 35,6 16,3 1,4 16,3
74,6 16,8 8,9 48,2 16,1 0,0 26,8
80,0 13,4 3,7 52,2 9,7 0,0 34,4
85,0 8,2 0,0 4,9 4,9 0,0 90,2
90,3 3,4 0,0 0,0 14,7 0,0 85,3
92,8 2,5 0,0 0,0 16,0 0,0 84,0
Сiлтi ерiтiндiлерi – шикiзаттан гумин қышқылдарын бөлiп алуда негiзгi
реагент. Көмiрден гумин қышқылдарын осы реагенттермен бөлiп алу
қышқылдардың өздерiне қарағанда сулы ерiтiндiлерде ионизациялау дәрежесi
жоғары тұздардың түзiлу процесi болып табылады.
(HOOC)nГум + nNaOH ( (NaOOC)nГум + nH2О (1)
Гумин қышқылдарын және олардың тұздарын алу үшін белгiлi температура
мен уақыт аралығында сiлтiнiң белгiлi концентрациясымен ұнтақталған
көмiрдi өңдейдi. Бұдан түзiлген гумат ерiтiндiде болады, ал
әрекеттеспеген көмiр қатты фазада қалып, сүзу немесе тұндыру арқылы
бөлiнедi. Гумат ерiтiндiсiнен минералды қышқылдармен өңдеу арқылы гумин
қышқылдарын бөледi.
Әртүрлi қарқындату әдiстерiн қолданып көмiрдiң бүкiл органикалық
массасын сілтіде еритiн өнiмдерге айналдыруға болады.
Гумин қышқылдарының шығымы көмiрдiң петрографиялық құрамына,
тотықтыру дәрежесiне, сондай-ақ сiлтi ерiтiндiсiнің мөлшеріне тәуелдi.
Себебі сілті ерітіндісінің көп не аз мөлшерінде гумин қышқылдарының
коагуля-циялануы жүреді. Шымтезек, қоңыр көмiр және оларды өңдеуден
алынған өнiмдерден бөлiнген гуминдi заттар негiзiнде өнеркәсiпте
дайындалған препараттар көп жағдайда сiлтiлiк металдар мен аммонийдiң
тұздары болатындықтан, олар гуминдердiң қолданылу аумағын тарылтады.
Гуминдi заттардың матрицасындағы металл катиондарын металл емес
катиондарға алмастырудың мақсаты гуминдердiң аниондық және катиондық
бөлiктерiнiң физика-химиялық қасиеттерiн кеңейту, улы қасиеттерiн азайту,
балластық емес препараттарды алу.
[30]-жұмыста қоңыр көмiрлерге құрамында азот бар органикалық
негiздермен әсер етіп, гуминдi заттарды бөлiп алу тәсiлдерi зерттелген.
Тәжiрибелерде әртүрлi (NaOH, Ca(OH)2, NH4OH, Al(OH)3, (CH3)4NOH) негiздер
қолданылған. Гумин қышқылдарының максимал шығымы көмiрдi 0,25 Н
тетраметилалюминий гидроксидi ерiтiндiсiмен өңдегенде байқалады. Көмiрдi
Ca(OH)2 және Al(OH)3 ерiтiндiлерiмен өңдегенде сулы гидролизаттан
ерiмейтiн гуматтар бөлiнетiндiктен, гумин қышқылдары түзiлмейдi. Бiрақ
Al(OH)3 –пен өңделген көмiрдi 1%-дық NaOH ерiтiндiсiмен қайтадан
шаймалаған кезде гумин қышқылдарының шығымы тек қана NaOH–пен өңдегеннен
гөрi бiршама жоғарылайды. Бұның себебi, көмiр матрицасына Al(OH)3
енгiзгенде және 150 0С температураға дейiн қыздырғанда алынған жанғыш
кеннiң органикалық массасы деструкцияға ұшырап, сiлтiде еритiн заттардың
шығымы артатындығында.
Гумин қышқылдарының шығымына температураның және термиялық өңдеудiң
әсерi зерттелген. Термиялық өңдеудiң ұзақтығы гумин қышқылдарының шығымын
кемiтедi. Оның себебi сiлтiнiң өте артық мөлшерiмен әсер еткенде көмірдің
органикалық массасында тотығу процесi жүрiп, қалдық көмiрдiң шығымы
артады. Температураны 150-ден 180 0С дейiн арттырғанда тетраметиламмоний
гидроксиді және калий гидроксидімен өңдеген көмiрден гумин қышқылдарының
шығымы төмендейді. Себебі термиялық тұрақтылығы онсыз да төмен карбон
қышқылдары тұздарының декарбоксилдену процесi жүреді. Сонымен қатар
тетраметиламмоний гидроксидін қолданғанда, ол триметиламин мен метанолға
ыдырайды да, гумин қышқылдарының шығымы төмендейдi. Алынған
тетраметиламмоний гуматы өсiмдiктiң дамуын тездететiн өнеркәсiптiк
стимуляторлар сияқты биологиялық белсендiлiк көрсетедi.
Көмiрдi майдалап ұсату гумин қышқылдарын бөлме температурасында қысқа
уақыт аралығында алуға мүмкiндiк бередi. Диметилформамид сияқты
электронды донорлы ерiткiштермен гумин қышқылдарын экстракциялау әдiсiнің
болашағы зор. Бұл жағдайда аз минералданған гумин қышқылдары алынады.
Көмірді әр түрлі органикалық еріткіштермен өңдеп, балауыз және гумин
қышқылдарын алу жолдары [31]-шы жұмыста қарастырылған. Алынған өнімдердің
шығымы, фракциялық, химиялық құрамы әртүрлі физика-химиялық әдістерді
қолданылып зерттелген. Балауыз бөлінгеннен кейінгі қалдық көмір құрамынан
гумин қышқылдарын экстракциялайды. Гумин қышқылдарының шығымы 69,7–74,4 %
құраған.
Гумин қышқылдарын бөлу әдiстерiн таңдау олардың шикiзат құрамындағы
мөлшерiне, құрамының тұрақтылығына және гумин қышқылдарының көмірдің
органикалық және минералды бөліктерімен байланысу дәрежесiне тәуелдi.
Тотыққан көмірлердегі гумин қышқылдарының функционалды құрамын газ және
сұйық фазаларда озондау әдісі бойынша түрлендіру жолдары [32-33]-ші
жұмыстарда жүргізілген. Озондау – жұмсақ жағдайда көмірдің органикалық
массасына оттекті функционалды топтарды енгізу және жаңа органикалық
өнімдерді алуға арналған тотықтыру әдістерінің бірі. Көмірді газ
фазасында озондау процесінде гумин қышқылдарының құрамында карбоксильді
топтардың артатындығы анықталған. Сұйық фазада тотықтыру процесін
хлороформ мен сірке қышқылы қатысында жүргізгенде гумин қышқылдарының
шығымы 94 % құраған.
Көмiрдегi күл мөлшерiнің жоғары болуынан технологиялық процестерде
қалдықтар көп болады да, гумин қышқылдарының сапасын төмендетедi.
Көмірден гумин қышқылдарын бөліп алуда әр кен орыны көмiрлерінің
құрылымдық ерекшелiктерiн ескере отырып, зерттеулер жүргiзу қажет.
1.3.1 Гумин қышқылдарының құрылымы мен қасиеттері
Табиғатта гуминді заттар кең тараған және өсімдіктер мен жануарлардың
қалдықтары биохимиялық ыдырау процестеріне ұшырау салдарынан барлық
жерлерде түзіледі. Бұл қосылыстар шымтезектің, топырақтың, көмірлердің
құрамына кіреді [34].
Гумин қышқылдары – табиғи жаңғыш кендерге (шымтезек, қоңыр көмір, тас
көмір) сілті ерітіндісімен әсер еткенде қою қоңыр түске боялатын
органикалық заттар. Гумин қышқылдарының сілтілі ерітіндісіне минералды
қышқылдармен бейтараптану реакциясын жүргізсе, аморфты қоңыр түсті тұнба
түзіледі [35]. Көмір түзілуінің шымтезек сатысында өсімдік қалдықтары жер
қыртысында әртүрлі микроорганизмдердің әсерінен гумин қышқылдарына
айналады. Табиғатта гумин қышқылының түзілуінің тағы бір жолы – тотығу
процесі. Бұл процесс атмосферадағы немесе судағы еріген оттегінің көмірге
немесе басқа органикалық заттарға әсер ету арқылы жүреді. Шымтезек пен
қоңыр көмірден алынған гумин қышқылдары көмірдің тотығуы процесінде
түзілген гумин қышқылдарынан көміртегінің сутегіне қатынасы бойынша
ерекшеленеді [36].
Шымтезек пен қоңыр көмірдегі гумин қышқылдарының құрамы мен мөлшері
әртүрлі және шымтезек түзілу сатысындағы өсімдіктің түріне, оның ыдырау
дәрежесіне байланысты болады. Қоңыр көмірде гумин қышқылдарының мөлшері
көмірдің табиғатына (топырақты, тығыз, жартылай жылтырақ және т.б.)
байланысты [37]. Гумин қышқылдарының құрылысы мен құрамы көмір кен
орындарына, көмірден бөліп алу технологияларына байланысты әртүрлі
болады. Гумин қышқылдары – құрылымдары ұқсас, молекулалық салмақтары
бойынша ерекшеленетін органикалық қосылыс-тардың жиынтығы. Ерігіштік
қасиеттеріне қарай оларды үш түрге бөлуге болады: суда еритіні –
фульвоқышқылдар, спирттерде еритіні – гиматомелан қышқылдары және суда
да спирттерде де ерімейтін, бірақ сілтілерде еритін түрі – гумус
қышқылдары. Гумин қышқылдарының негізгі бөлігін осы гумус қышқылдары
құрайды. Гумин қышқылдарының құрамына гиматомелан, гумус,
фульвоқышқылдармен қоса аминоқышқылдар, пептидтер, полисахаридтер және
көптеген микроэлементтер кіреді.
Гумин қышқылдарының құрылысы жөнінде көптеген болжамдар айтылып,
бірнеше ондаған формулалар ұсынылған. М. Шницер, И.Д. Комиссаров, В.И.
Касаточкин, С.С. Драгунов және басқаларының ұсынған формулалары белгілі
[38]. Бұл формулаларды құруда гумин қышқылдарының молекуласы негізінде
бензолоксикарбон қышқылдарының қарапайым қосылыстары, көмірсутектер мен
май қышқылдарының қосарланған туындыларынан бастап, тұйық тізбекті
полимерленген көміртегі қосылыстары түрінде болады деген болжамдарға
дейін әртүрлі принциптер мен сызба-нұсқалар пайдаланылды.
Гумин қышқылдарының осы уақытқа дейінгі белгілі қасиеттерін мейлінше
толық бейнелейтін формула екеу. Олардың біреуі И.Д. Комиссаров, екіншісі
Д.С. Орлов ұсынған формулалар. Алайда бұл формулалардың екеуі де
статистикалық формулалар, гумин қышқылдарының құрылымдық үзінді-лерінің
бiр-бiрiмен байланысы, олардың байланысу тәсiлдерi тек болжаммен
айтылған, тiкелей құрылымдық зерттеулермен дәлелденбенген. Дегенмен, бұл
формулалардың екеуі де гумин қышқылдарының қазіргі кездегi бiлгiлi
химиялық және физикалық қасиеттерiн жан-жақты айқындайды және олардың
физиологиялық белсендiлiктерiн түсiнуге негiз бола алады. Басқа да
формулалар сияқты, бұл формулалар гумин қышқылдарының екi мүшелi екенiн,
олардың құрамына моно- және полисахаридтер мен полипептидтер типтес
гидролизденген компоненттер кiретiнiн көрсетедi. Гидролизденбеген бөлiгi
С=С көпiршесi арқылы қос байланыстардың тiзбегiн құрайтын аз
конденсирленген бензоидты үзінділерден тұрады. Сонымен қатар,
гидролизденбеген бөлiктiң құрамында азотты және оттектi гетероциклдер де
кіреді.
Гумин қышқылдарының ерекшелiгi ретiнде олардың молекуласының амино,
амидо, метоксильді, карбоксильді, фенолды және спирттi гидроксил-дермен,
хиноидты топтармен қаныққандығын айтуға болады.
Әртүрлі көмірлердің құрамындағы гумин қышқылдары элементтік құрамы
мен функционалды топтардың мөлшері бойынша көмірлену деңгейіне қарай бір-
бірінен ерекшеленеді. Көмірлену деңгейі өскен сайын гумин қышқылдарында
көміртегі мөлшері өсіп, сутегі, оттегі, азот, күкірт мөлшерлері азаяды.
Гумин қышқылдарының көптеген үлгiлерiнде құрамында активтi оттегi бар
топтардың мөлшерлерi (мг-эквг) мынадай: карбоксильдер – 2-5 %; фенолдi
гидроксильдер – 2,5-5 %; хиноидты топтар – 0,6-4 %; альдегидтердiң
карбониль топтары – 0,2-1,5 %. Гумин қышқылдарында альдегидтердiң
карбониль топтары кетондардікіне қарағанда әлдеқайда белсендiлеу болады.
Гумин қышқыл-дарының үлгілерін сұйық аммиактағы натрий металымен
реакцияластыру арқылы жай эфирлi байланыстардың бар екендiгi дәлелдендi.
Сiлтiлiк ортада калий перманганатымен тотықтырып, алынған қышқылдарды
Е.А.Григорьева ұсынған газ-сұйық хроматография әдiсiмен зерттегенде,
меллит қышқылының (поликонденсирленген жүйелердi тотықтырудан түзiлетiн
бензолполикарбон кышқылы) түзілмейтіндігін, негiзiнен три және
тетрабензол-карбон қышқылдарының түзiлетiнi анықталды [38].
И.Д. Комиссаров ұсынған формула бойынша Сурет 2 гумин қышқылдары
полиқосарланған жүйелерге жатады. Бұл жағдай көптеген факторлармен
дәлелденген. Мысалы, молекулалық (-орбиталдарында электрондардың шоғыр-
лануына байланысты түзілетін полиқосарланған жүйелерде атомдардың өзара
әсерлесуi күшейіп, жеке байланыстардың өзiндiк дербестiгiнiң бiршама
әлсірейтіндігі белгiлi.
Бұл жағдайды гумин қышқылдарының электрондық жұтылу спектрлерінен
байқауға болады. Гумин қышқылдарының ерiтiндiлерi спектрдiң қысқа
толқынды ауданына қарай жылжытылған көрiнетiн және ультракүлгiн
аудандарында тұтас жұтылу жолағымен сипатталады. Спектрлердiң жiңiшке
жолақтарға ыдырамауы атомдардың хромофорлы топтасуларының жалпы жұтылу
жолағына аз әсер ететіндігін көрсетедi [38].
Гумин қышқылдарының полиқосарланған жүйелерге жататыны осындай
жүйелерге тән болатын басқа да қасиеттерiмен дәлелденген, ол қасиеттер:
донор-акцепторлы механизм бойынша ассоциаттар түзу қабiлетi, органикалық
ерiткiштерде нашар еруi, аз созылғыштығы және жоғары термиялық
тұрақтылығы.
Гумин қышқылдарының электрондық құрылымының қосарланған жүйелері,
сондай-ақ молекулалардың "қаңқалы" бөлiгiмен тiкелей байланысқан
функционалды топтардың (-электрондарын да қамтиды. Бұл жағдай
функционалды топтардың әрекеттесу қабiлетiне, қышқылдық-негiздiк және
тотығу-тотықсыздандыру қасиеттерiне едәуiр әсер етедi.
Гумин қышқылдары құрамы күрделi және тұрақсыз жоғары молекулалы
қосылыстар болғандықтан, ұсынылған формулалардың ешқайсысы гумин
қышқылдары молекулаларының құрылысын дәл сипаттайтын формула деуге
болмайды. Дегенмен бұл формулалар гумин қышқылдарының қасиеттерiн
сипаттауға, олардың әрекеттесу қабiлетiн болжауға, құрылымдық зерттеу
әдiстерiн жетiлдiруге мүмкiндiк бередi. Басқаша айтқанда, жеке формулалар
молекула құрылымын шамамен болса да бейнелейдi. Гумин қышқылдары айнымалы
құрамды қосылыстарға жатқанмен де олардың молекулалық формуласын құрып
қолдануға болады, бiрақ бұл формулалардың бәрi де ықтимал формула екенiн
естен шығармау керек [38].
Гумин қышқылдарының молекулалық құрылымын сипаттайтын қазiргi кездегi
белгiлi екi сызба-нұсқаны қарастырудан ғылымның бұл саладағы дамуы шамалы
екенiн көремiз. Қазiрше осы заттардың макромолекулаларының құрылымы
туралы түсiнiктерiмiз өте жуық болғанмен, көптеген жағдайда олар кейбiр
реакциялардың механизмiн және кинетикасын түсiндiруге, гумин қышқылдары
негiзiнде алынған препараттардың қасиеттерiн болжауға мүмкіндік береді.
Сурет − 2 И.Д.Комиссаров бойынша гумин қышқылдарының құрылымдық
ұяшығы құрылысының сызба-нұсқасы
Гумин қышқылдарының жан-жақты химиялық әрекеттесулерге түсуiн
ароматты ядролар мен алифатты тiзбектерде әртүрлi функционалдық топтардың
болуымен және макромолекула тұлғасының құрылымдық ерекшелiгiмен
түсіндіруге болады. Гумин қышқылдарының химиялық өзгерістерін үш түрге
бөліп қарастыруға болады: 1) макромолекуланың шеткi, ең қозғалмалы
бөлiгiндегi процестер; 2) гумин қышқылдарының тұрақты "ядролық"
бөлiгiндегi реакциялар; 3) макромолекуланың тұтас өзгерісін қамтитын
процестер.
Гумин қышқылдары қатысында жүретiн химиялық реакцияларды олардың
механизмi жағынан екi типке бөлiп қарастыруға болады:
1) гетеролиттiк реакциялар, онда гумин қышқылдарының макро-молекуласы
өзiнiң полифункционалдылығына байланысты жаңа химиялық байланысқа
нуклеофильдi немесе электрофильдi агент түрiнде түседi;
2) радикалдық немесе гомолиттiк реакциялар, онда коваленттiк байланыс
әрекеттесушi реагенттердiң бiр-бiр электрондары арқылы түзiледi.
Гетеролиттiк реакцияларда гумин қышқылдарына "шабуылдың" нысанасы
ретінде фенолды және спирттi гидроксильдер, карбоксиль, карбониль және
басқа да функционалдық топтар, көмiртек қанқасындағы қос байланыстар
қатысады. Гумин қышқылдары құрылысының ерекшелiктерi макромоле-куланың
осындай активтi орталықтарының қатысуымен жүретiн химиялық
әрекеттесулерге айтарлықтай әсер етедi.
Гумин қышқылдарының ароматты ядросы арқылы жүретiн реакциялар типi –
электрофильдiк орын басу реакциялары. Олар нитрлеу, галогендеу, алкилдеу,
диазоттау және басқа реакциялар. Фенолды гидроксильдiң болуы гидроксиль
тобындағы оттек атомдарының р-электрондары мен ароматты ядроның (-
электрондарының қосарлануы нәтижесiнде ароматты ядроның электрон
тығыздығы артып, электрофильдiк агенттің шабуылын арттырады. Гумин
қышқылдарымен химиялық әрекеттесудiң гомолиттiк процесiнде бос радикалды
реакциялар маңызды орын алады. Парамагниттiк қаситтерiне байланысты гумин
қышқылдарын тұрақты бос макромолекулалар деп қарастыруға болады. Гумин
қышқылдары реакцияларының бос радикалды түрі әртүрлi. Олар: қанықпаған
жүйелердiң (-электрондарымен әрекеттесу арқылы жүретiн қосып алу,
радикалдық орын басу және қозғалмалы бос радикалдармен әрекеттесу арқылы
жүретiн рекомбинация реакциялары. Осы реакциялардың соңғысының гумин
қышқылдарын қолдана отырып, бос радикалды механизммен жүретiн процестердi
баяулатуда практикалық маңызы өте зор.
Сонымен, жоғарыда айтылғандарды ескере отырып, гумин қышқылдары
туралы қысқаша қорытынды жасауға болады. Гумин қышқылдары – алғашқы
заттарға байланысты бiр-бiрiнен кейбiр айырмашылықтары бар, бiрақ жалпы
құрылыстары бiрдей жоғары молекулалы, қара қоңыр түстi заттар. Химиялық
формуласына келсек, гумин қышқылдары – ароматты ядролары ароматты емес
бөлiктермен жалғасқан, конденсирлену дәрежелерi аз, ароматты оксикарбон
қышқылдары. Гумин қышқылдарының жалпы құрылымы, мысалы ядросында және
бүйiр тiзбегiнде әртүрлi функционалды топтар, қозғалмалы (-электрондар
бар ароматты қосылыстардың және парамагнитті орталықтардың болуы, олардың
ион алмасу, комплекс түзу, таутомерия, тотығу-тотықсыздану реакцияларына
қабiлеттiлiгiн, жалпы айтқанда, олардың қасиеттерiнiң әмбебаптығын
қамтамасыз етедi.
Гумин қышқылдарындағы функционалды топтардың сандық және сапалық
құрамын әртүрлі физикалық, химиялық әдістермен анықтауға болады. Гумин
қышқылдарын кальций ацетатымен әрекеттестіріп, реакция нәтижесінде
түзілген сірке қышқылын калий немесе натрий гидроксидімен титрлеу арқылы
карбоксильді топтардың мөлшерін анықтайды (Гум – гумин қышқылы
құрылымының үзіндісі) [29]:
2Гум-СООН + (СН3 СОО)2 Са ( (Гум СОО)2 Са + 2СН3 СООН (2)
Гумин қышқылдарын гидроксиламин гидрохлоридімен әрекеттестіріп,
бөлінген хлорлысутек қышқылын сілті ертіндісімен титрлеп, карбонильді
топтардың мөлшерін анықтайды:
Гум-СНО + NН2 ОН·НСl ( Гум-СН = NОН + Н2 О + НСl (3)
Гумин қышқылдарын қыздыра отырып йодсутек қышқылымен әсер етіп,
түзілген ұшқыш метилйодидін күміс нитратымен тұнбаға түсіріп,
гравиметриялық әдіспен метоксильді топтарды анықтайды:
Гум-ОСН3 + НI ( Гум-ОН + СН3I (4)
Гумин қышқылдарын қалайы (II) хлоридімен тотықсыздандырып, реагенттің
артық мөлшерін кері титрлеу әдісімен хиноидты топтарды анықтайды:
(5)
Гумин қышқылдары жоғары температурада немесе бөлме температурасында
ұзақ уақыт аралығында әртүрлі өзгерістерге түсе алады. 100 0С жоғары
температурада гумин қышқылдарының сілті ертінділерінде ерігіштігі азаяды.
Жаңғыш кендердің табиғатына, метаморфизм дәрежесіне тәуелді гумин
қышқылдарының құрамында алифатты, ароматты фрагменттері бар төмен
молекулалы, сондай-ақ жоғары молекулалы қосылыстар болады. Шымтезекті
сулы ерітінді және натрий тұздарымен өңдеу барысында алынған гумин
қышқылдарының құрамында липидтер, азотты қосылыстар көптеп кездескен.
Сілтілі ортада бөлінген гумин қышқылдарының құрамы алифатты құрылымды
қосылыстардан құралған. Қышқылды ортадар бөлінген гумин қышқылыдары
құрамында оттекті функционалды топтары бар конденсирленген ароматты
қосылыстардан құралатындығы анықталған [39].
Гуминді заттардың молекулалары табиғи қосылыстарға жатады. Олардың
молекулаларының көмірсутекті бөлігі (гидрофобты) ретсіз тармақталған
құрылымды болып келеді. Гидрофильді бөлігі карбоксильді, гидроксильді
және тағы басқа топтардан құралады. Сульфирленген түрлерінде
диссоциациялануға қабілетті қосымша сульфотоп болады. Жоғарыда аталған
барлық функционалды топтар натрий гуматы молекуласынның құрылымында
ретсіз орналасады да, олардың молекулалары нақты дифильді қасиет
көрсетпейді [40].
Гуминді қосылыстардың гетерогендігі мен полидисперстілігі, сондай-
ақ құрамында әр түрлі функционалды топтар бар алифатты және ароматты
құрылымдардың болуынан бұл қосылыстар әр алуан физика-химиялық қасиет
көрсетеді. Экстракциялау қабілеттілгінің артуына қарай алынған түрлі
реагенттерді қолданып, шымтезек құрамынан құрылымы мен молекулалық
салмағы әр түрлі гуминді препараттарды алуға болатындығы [41]-шы жұмыста
зерттелген. Алынған гуминді қосылыстардың құрамы ароматты, алифатты
құрылымдар және оттекті фукционалды топтар бойынша ерекшеленген.
Қатты отындардың құрамына Д.И. Менделеевтің периодтық жүйесіндегі 70-
ке жуық элементтер кіреді. Концентрациясына қарай барлық минералды
компоненттер макро және микрокомпонентті болып жіктеледі. Бұл минералды
компоненттердің біршама бөлігі көмірдің органикалық массасының құрамында
болады. Органикалық еріткіштер химиялық қасиеттеріне қарай көмірдің
органикалық массасымен әр түрлі әрекеттеседі. Көмір молекуласында
металдардың басым көпшілігі катион алмастырғыш түрде болатындығы
зерттелген [20]. Көмірдің органикалық массасының декатиондалынуына қарай
олардың деполимерленуі жеңіл жүретіндігі анықталған.
Көмірді бөлме температурасында 20 %-дық азот қышқылымен, 30 %-дық
сутектің асқын тотығымен, 4,8 %-дық калий перманганатымен тотықтыру
арқылы гумин қышқылдарының шығымын арттыруға болатындығы [42]-ші жұмыста
қарастырылған. КОМ-на азот қышқылымен әсер ароматты сақинаның
электрофильді орын басу реакциясына әкеліп, нитрофенолдар түзіледі,
алкильді бүйір тізбектердің деметилирленуі мен деструкциясы салдарынан
СарО-құрылымдар артып, тотығу рекциясы нәтижесінде алифатты карбоксильді
және карбонильді топтардың мөлшері артады. Сутектің асқын тотығымен және
калий перманганатымен өңдеу нәтижесінде молекула аралық сутектік байланыс-
тармен байланысқан және бос күйіндегі гидроксильді топтар, СНар-
байланыстар, метильді, метиленді, карбоксильді топтар мөлшері артады.
1.4 Қоңыр көмір негізіндегі көп компонентті реагенттер
Бұрғылауда қолданылатын гуматты реагенттерге шымтезексілтілі және
көмірсілтілі реагенттер жатады.
Шымтезексілтілі реагенттерде белсенді заттар гумин қышқылдарының натрий
тұзы болып табылады, сондықтан қоңыр көмірлерден алынған көмірсілтілі
реагентттерге көп жағынан ұқсас. Шымтезексілтілі реагент субергіштігін
азайтушы ретінде аз белменді және ол ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ ФАКУЛЬТЕТІ
МАГИСТРАТУРА
6М070800 – Мұнай-газ ісі
МАГИСТЕРЛІК ДИССЕРТАЦИЯ
Отандық шикізат негізіндегі көмірсілтілі реагенттерді қолданып, сазды
бұрғылау ерітінділерін модификациялау
Орындаған___________ _________________________________ _2013ж.
қолы аты-
жөні
Ғылыми жетекшісі_____________ ____________ ____________________
регалиялары қолы
аты-жөні
___ ____________ 2013ж.
Қорғауға жіберілді:
Кафедра меңгерушісі ___________ ____________ ____________________
регалиялары қолы
аты-жөні
___ ____________ 2013ж.
Алматы 2013
МАЗМҰНЫ
АНЫҚТАМА 5
ҚЫСҚАРТЫЛҒАН БЕЛГІЛЕУЛЕР, СИМВОЛДАР, ӨЛШЕМ БІРЛІКТЕР МЕН
ТЕРМИНДЕРДІҢ ТІЗІМІ 6
КІРІСПЕ 7
1 ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ 9
1.1Көмірдің түзілу кезеңдері 9
1.2Көмірдің физика-химиялық құрылымы және молекулалық моделі 12
1.3Көмірден гумин қышқылдарын бөліп алу жолдары 15
1.3.1 Гумин қышқылдарының құрылымы мен қасиеттері 21
1.4Қоңыр көмір негізіндегі көп компонентті реагенттер 22
1.4.1 Көп компонентті реагенттерді өндіру технологиясы 24
1.5Құрамында көмірсілтілі реагент бар жуушы суйықтықтардың
қасиеттері 26
1.5.1 Жуушы сұйықтықтарды химиялық реагенттермен модификациялау
28
2. ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ 29
2.1Көмірдің физика-химиялық сипаттамаларын анықтау 29
2.1.1 Көмірдің ылғалдылығын анықтау 29
2.1.2 Көмірдің күлділігін анықтау 29
2.2Көмірден гумин қышқылдарын бөліп алу әдістемесі 31
2.3Көмірден гумин қышқылдарын бөлу процесін оптимизациялау 32
2.4Тәжірибе жүргізуге қажетті материалдар және қондырғылар 33
2.4.1 Тәжірибе жүргізуге қажетті материалдар 34
2.4.2 Сазды ерітінділердің қасиеттерін анықтау қондырғылары 35
2.4.3 Тәжірибе жүргізудің әдістемесі 36
3. ТӘЖІРИБЕ НӘТИЖЕЛЕРІ МЕН ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ 34
3.1Қоңыр көмірлердің технологиялық қасиеттері және оларды анықтау
3.1.1 Көмірсілтілі реагент өндірісінің шикізаттары 34
3.1.2 Қияқты кен орны көмірінің физика-химиялық сипаттамалары
3.2Қияқты кен орны көмірінен гумин қышқылдарын бөліп алудың
қолайлы жағдайларын анықтау 35
3.3Қияқты кен орны көмірі және одан бөлініп алынған гумус
қышқылдарының құрамын физика-химиялық әдістермен зерттеу 39
3.4Қияқты кен орны көмірінен көмірсілтілі реагенттер (КСР) алудың
технологиялық шамаларын қарқындатудың тәжірибелік зерттеулері
Көмірсілті реагенттерін модифицирлеу технологиясы 41
3.5ҚОРЫТЫНДЫ 42
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
НОРМАТИВТІ СІЛТЕМЕЛЕР
Диссертациялық жұмыста төмендегі стандарттар бойынша сілтемелер
келтірілді:
ГОСТ 27314-91 Қатты менералды отын. Ылғалдылықты анықтау әдісі.
ГОСТ 11022-95 Қатты менералды отын. Күлділікті анықтау әдістемелері.
ГОСТ 9517-94 Қатты менералды отын. Гумин қышқылдарының шығымын анықтау
әдістері.
ТУ 25-1604.006-83 Ротационды вискозиметр ВСН-3. Тезникалық шарттар.
АНЫҚТАМА
Көмір – органикалық масса, ылғал, минералды бөліктерден құралған күрделі
дисперсті жүйе.
Көмірлену – шымтезектің қоңыр көмірлер түзе антрацитке айналуы.
Метаморфизм – жер қыртысында көмірдің органикалық заттарының өзгерісі.
Гумин қышқылдары – құрылымдары ұқсас, молекулалық салмақтары бойынша
ерекшеленетін органикалық қосылыстар.
Фульвоқышқылдар – суда еритін гумин қышқылы.
Гематомелан – спирттерде еритін гумин қышқылы.
Гумус қышқылдары – суда да спирттерде де ерімейтін, бірақ сілтілерде еритін
гумин қышқылы.
Экстракциялау − экстрагентермен заттар қоспасынан компоненттерді бөліп
алауға арналған масса алмасу процесі.
Көмірсілтілі реагент − гумин қышқылдары бар қоңыр көмірлерді сілтімен өңдеу
нәтижесінде алынған өнім.
Шымтезексілтілі реагент – бұрғылау ерітіндісі үшін қолданылатын және
шымтезектен сілтілік экстракциялау арқылы алынатын гуматты заттар.
Саз − негізінен сазды минералдардан (каолинит, монтмориллонит) тұратын,
пластикалық қасиеті бар шөгінді тау жыныстары.
ҚЫСҚАРТЫЛҒАН БЕЛГІЛЕУЛЕР, СИМВОЛДАР, ӨЛШЕМ БІРЛІКТЕР МЕН ТЕРМИНДЕРДІҢ
ТІЗІМІ
КОМ – көмірдің органикалық массасы
Гум – гумин қышқылы құрылымының үзіндісі
ФҚ – фульвоқышқылы
ГҚ – гумус қышқылы
КСР – көмірсілтілі реагент
ЭМ – электронды микроскоп
ИҚ – инфрақызыл
Аr – ароматты конденсирленген сақиналар
СА – циклоалканды үзінділер
Х – функционалды топтар (-ОН, -СООН, -NH2; -SH)
R – алкильді орын басушылар (С1–Сn)
М – көпіршелі топтар (-(СН2)n-, -О-, -О-СН2-, -NH-, -S-)
ССБ − сульфитспиртті барда
КССБ − конденсирленген сульфитспиртті барда
КМЦ − карбоксиметилцеллюлоза
КІРІСПЕ
Зерттеу тақырыбының өзектілігі: Мұнай өндіру – Қазақстан
Республикасындағы басты өнеркәсіп саласы болып табылады және үнемі
жетілдіруді қажет етеді. Мұнайды өндіру тиімділігі, негізінен, қолданылатын
технология мен материалдарға тікелей байланысты. Материалдардың маңызды
бөліктері, соның ішінде бұрғылау жұмыстарын жүргізуде қолданылатын
материалдар шет елдерден әкелінеді.
Заманауи бұрғылау ерітінділері – оларды дайындауда және реттеуде
өзіндік спецификалық қасиеттері мен мәселелері бар күрделі көп компонентті
жүйелер екенін ескеру керек. Бұрғылау ерітінділеріне қажетті қасиеттер мен
көрсеткіштерді беру, сонымен қатар сол қасиеттерді өз дәрежесінде сақтап
қалу – химиялық әдістермен шешілетін күрделі техникалық тапсырма болып
табылады.
Зерттеулер нәтижесінде бұрғылау ерітінділерінің қасиеттерін жақсартуда
қолданылатын химиялық реагенттерден кең тарағаны – қолжетімді және арзан
материалды, тиімділігі жоғары – көмірсілтілі реагент болып табылды
Көмірсілтілі реагенттерді өндіруде құрамында белгілі мөлшерде (30%-дан
аз емес) гумин қышқылы бар қоңыр көмірлер қолданылады. Алынған көмірсілтілі
реагент қасиеттері оны өндіру жағдайларына (компоненттер қатынасы,
температура, гуминді қышқылдың бейтараптану дәрежесі, кептіру) тікелей
байланысты.
Бұл өнім Республика өнеркәсіптерінде өндірілмейді. Сол себептен де бұл
өнімге деген қажеттіліктер Украина және Ресей Федерациясынан экспорттау
арқылы қанағаттандырылады. Сонымен қатар Республикада реагенттердің
қасиеттерін тудыратын және зерттейтін, бұрғылау ерітінділерінің қасиеттерін
модифицирлейтін зерттеулер жүргізілмейді.
Ғылыми жаңалығы
- Қияқты кен орны көмірінен КСР алудың оптималды жағдайлары
анықталып;
- қоңыр көмірден көмірсілтілі реагент өндіру технлогиясы әзірленіп,
гумин қышқылдарын күйдіргіш натриймен толықтай бейтараптау іске
асырылды;
- натрий гуматының шығымына көмір:сілті қатынасы және көмірдің
дисперстілігінің әсері зерттелді;
- бұрғылау ерітінділерінің технологиялық көрсеткіштеріне
(тұтқырлық, ығысудың статикалық кернеулігі) КСР құрамының әсері
анықталды;
- компоненттерді араластыру ұзақтығына біртектілік коэффициентінің
тәуелділігі зерттелді;
- құрамында Қияқты кен орнынан алынған КСР бар жуушы сұйықтықтар
қасиеттері зерттелді.
Практикалық маңызы
- көмірсілтілі реагенттерді (КСР) қолдана отырып, бұрғылау
ерітінділерінің қасиеттерін арттыру;
- арзан әрі сапалы өнім – көмірсілтілі реагент (КСР) қолдану
арқылы мұнай және газ өндіруші компаниялардың шығынын төмендету;
- көмірсілтілі реагенттің (КСР) экономикалық тиімділігі және
экологиялық қауіпсіздігі;
Алынған ғылыми және тәжірибелік нәтижелер құрамында гумин қышқылдары
көп көмір кен орындарын, мұнай скважиналарын бұрғылауда сазды
ерітінділердің технологиялық көрсеткіштерін реттеу үшін кеңінен
қолданылады.
Магистрлік диссертация мақсаты – Қияқты кен орны көмірінен гумин
қышқылдарын бөліп алудың қолайлы жағдайларын анықтау. Көмірсілтілі
реагенттер алу және оларды қолдана отырып, сазды бұрғылау ерітінділерін
модификациялау.
Осы мақсатқа жету үшін келесі міндеттер қойылды:
- көмірден гумин қышқылдарын бөліп алудың қолайлы жағдайларын анықтау;
- бастапқы көмір мен көмірден бөлініп алынған гумус қышқылының құрамын
ИҚ-спектроскопия және электрондық микроскоп әдістерімен зерттеу;
- Гумин қышқылдарының шығымына көмір дисперстілігінің әсері.
- Көмірсілтілі реагенттің технологиялық көрсеткіш сипаттамаларына Қияқты
кен орны көмірінің физика-химиялық қасиеттерінің әсерін анықтау;
.
1. ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ
1.1 Көмірлердің түзілу кезеңдері
Көмірлердің түзілуі жайындағы мәліметтерді білудің маңызы өте зор.
Себебі, бұл мағлұматтар оларды генетикалық және өнеркәсіптік ситаттауға
негіз болады. Ең алғаш көмірлердің өсімдіктердің қалдықтарынантүзілгендігін
М.В. Ломоносов айтқан болатын [1]. Алайда көмірдің түзілуі күрделі табиғи
процестердің жиынтығы болғандықтан және бұл процестерге климат,
температура, қысым, уақыт пен тағы басқа көптеген факторлар әсерін
тигізетіндіктен, көмірлердің пайда болуы жайындағы теориялық мағлұматтар
химиялық, микробиологиялық және геологиялық болып бөлінеді. Әр түрлі
көмірлердің түзілуінде органикалық заттардың қандай компоненттері бастапқы
материал болып табылатындығы жайындағы теориялық мәліметтер әлі күнге дейін
нақты қалыптасқан емес. Көмірдің түзілуінің жалпы сызба-нұсқасы келесі
түрде сипатталады [2]:
Шымтезек
бастапқы 2
органикалық Қоңыр көмір
материал 3
1 Тас көмір антрацит
графит
4
5 6
Өсімдіктердің құрамына целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин, шайырлы
заттар, майлар, ақуыздар, көмірсулар, пектинді заттар кіретіні белгілі. 1-
кестеде көмірдің түзілуіне қатысатын өсімдіктер компоненттерінің элеметтік
құрамы келтірілген.
Кесте 1 − Көмірдің түзілуіне қатысатын өсімдіктер компоненттерінің
элементтік құрамы (%)
Компонент С Н О Компонент С Н О
Балауыздар 81 13,5 5,5 Ақуыздар 53 7 22
Шайырлар 79 10 11 Целлюлозалар 44 6 50
Майлар 76-79 11-13 10-12 Пектиндер 43 5 52
Лигниндер 63 6 31
Балауыз құрамына жоғары молекулалы май қышқылдарының күрделі эфирлері
мен жоғары алифатты спирттерден басқа С24–С34 қышқылдар, С24–С34 спирттер
мен кей жағдайда көмірсулар кіреді. Өсімдікте балауыз – өзінің құрамы мен
құрылысын сақтайтын және микроорганизмдер әсері берік қатты заттар. Мұндай
заттар қоңыр көмірлердің құрамында кездеседі.
Шайырлар – бір атомды спирттер мен қышқылдардан құралған күрделі
эфирлер. Мұндай заттар қанықпаған полиизопренді құрылымды және полимерлену
мен тотығуға қабілетті болғандықтан, ерігіштігі кеміп, молекулалық
массалары артып, балқымайтын қосылыстарға айналады.
Майлар – глицерин мен жоғары молекулалы қаныққан және қанықпаған
қышқылдардың күрделі эфирлері. Майлар жеңіл гидролизденеді және
микроорганизмдер әсерінен өзгереді, ал қанықпаған қышқылдар полимерлер түзе
тотығады.
Ақуыздар – коллоидты қасиетке ие жоғары молекулалы қосылыстар. Ақуыздар
өсімдіктердің құрамындағы моносахаридтермен байланысып, аминоқышқылдарды
түзе гидролизденеді.
Целлюлоза – құрамы күрделі сызықты құрылымды көмірсулар. Қысым мен
температура әсерлеріне тұрақты келеді, алайда ферменттер әсеріне тез
ұшырайды. Гемицеллюлоза – гидролизге оңай ұшырайтын, қышқыл мен сілтілерде
еритің көмірсулар қатарына кіретін қосылыстар. Бұл гетерополисахаридтер
гидролизденгенде целлюлоза сияқты глюкоза емес, моноза, фруктоза, галоктоза
және урон қышқылдарын түзеді.
Пектинді заттар өсімдік жасушалары қабырғаларынның механикалық
беріктігін арттырады және минералды қышқылдармен оңай гидролизденеді.
Гидролиз өнімдерінің құрамындағы карбоксильді топтар магний және кальций
тұздары мен метил эфирлері түрінде болады. Өсімдік жасушалары
қабырғаларының механикалық беріктігі олардың құрамында лигниннің болуымен
де түсіндіріледі. Лигниндердің целлюлозадан айырмашылығы олар
гидролизденбейді, химиялық реагенттерге берік, органикалық еріткіштер мен
суда ерімейді. Лигниндер құрамы ароматты қосылыстардан құралған ретсіз
құрылымды полимерлерге жатады. Бұл қосылыстардың құрамында оттек,
карбоксильді және гидроксильді топтар, ал ароматты қосылыстар құрамына
метокси топтар кіреді және олар өзара пропильді топтармен байланысады.
Лигниндердің молекулалық массасы 700-ден 6000 аралығында болады және
олардың химиялық беріктігі гумин қышқылдарының жинақталуымен түсіндіріледі
[2].
Сонымен, көмірдің түзілу процесі барысында химиялық берік компоненттер
түзіліп, ал беріктігі нашар компоненттер бұл процестерде ыдыраудың жарты-
лай өнімдері ретінде қатысады.
Органикалық заттардың шымтезекке айналуы химиялық реакциялар мен
бактериялардың әрекетінен болатындықтан, биохимиялық көмірлену деп аталады.
Шымтезектің қоңыр көмірлер түзе антрацитке айналуы көмірлену деп аталады.
Көмірлену дәрежесі тығыздықтарының артуымен, С, О, Н мөлшерінің өзгеруімен
және ұшқыш заттардың бөлінуімен сипатталады. Температура артқан сайын
көмірлену процесі артады, ал қысым осы жағдайларда жүретін химиялық
реакцияларды баяулатады.
Көмірдің негізгі петрографиялық сипаттамаларына метаморфизм дәрежесі,
петрографиялық құрамы мен тотықсыздану дәрежесі жатады. Метаморфизм – жер
қыртысында көмірдің органикалық заттарының өзгерісі. Метаморфизм жағдайында
органикалық көмір затының физикалық қасиеттері, химиялық құрамы мен ішкі
молекулалық құрылымы біртіндеп өзгеріске ұшырайды [3].
Көмірлердің петрографиялық құрамы микрокомпоненттері (мицералдар),
микролитотиптері (микроингредиенттер) және литотиптері (ингредиенттер)
бойынша ажыратылады. Әр түрлі физика-химиялық әдістермен көмірлердің
құрылысын зерттеу, көмір макромолекуласының құрылымы әр түрлі болатындығын
көрсеткен [2-4].
1.2 Көмірдің физика-химиялық құрылымы және молекулалық моделі
Жалпы көмірдің қасиетін физикалық және химиялық құрамын толықтай
зерттеу арқылы анықтайды.
Көмірдің негізгі физикалық қасиеттеріне тығыздығы, кеуектілігі,
беріктігі, серпімділігі, соққыға төтеп бергіштігі жатады. [5]. Көмірдің
оптикалық қасиеттеріне түсі, жылтырлығы, шашыратқыш қабілеттілігі, сынуы,
адсорбция және сәулелену дефракциясы жатады. Сондай-ақ көмірлер электрлік,
магниттік (электр өткізгіштігі, диэлектрлік тұрақтылығы, диамагтиттік
қабілеттілігі, парамагниттік резонанс) және химиялық қасиеттерімен (жылу
өткізгіштігі, меншікті жылу сыйымдылығы. Қыздырғанда созылмалығы)
сипатталады.
Көмірдің физикалық құрылымы тармақталған курделі құрылымды
молекулалардың орналасу ретін көрсетеді. Көмірдің барлық физикалық қасиеті
әртүрлі процестің жүру тәртібі және қыздырған кездегі өзгерісі физикалық
құрылымға байланысты. Көмірдің химиялық құрылымының бір ғана корбанизация
процесін алып қарасақ, ұқсастығына қарағанда айырмашылықтары айқынырақ
білінеді. Ал физикалық құрылымы керісінше ұқсастығын көрсетеді. Көмірдің
көптеген физикалық параметрлерінің өзгерісі тәжірибе жүзінде жүзеге
асырылған. Тәжірибе барысында көмірді майдалап үгіту кезінде беріктігі,
серпімділігі, соққыға төтеп бергіштігі және кеуектілігі маңызды болып
саналады, өйткенікеуектің бос көлемі әртүрлі процестегі көмірдің тәртібіне
елеулі әсер етеді.
Көмірдің химиялық құрамы 100 жылдан бері зерттеліп келе жатқан нысан.
Көптеген физико-химиялық және химиялық әдістерді қолданып сапалы және
көмірдің органикалық массасы жайында көптеген мағлұматтар алуға болады.
Әсіресе Р. М. Давидсонның [6] соңғы жинақтамасында нәтижелі қорытынды
берген.
Әртүрлі технологиялық процестерде көмірді шикізат ретінде пайдалану
барысында оның құрылымының және органикалық массасының химиялық қасетін
ескеру маңызды. Өйткені осы қасиеттері арқылы көмірдің қаншалықты реакцияға
қабілетті екені анықталады.
Көптаннажды өнеркәсіптік пиролиз, гидрогендеу, газдандыру
процестерінде көмірлердің органикалық массаларын максималды пайдалану
мақсатында, көмірдердің химиялық құрылымын, функциональді топтарды,
байланысқан конденсирленген ароматты ядролар мен бүйір радикалдарды терең
зерттеулерден өткізу қажет. Қазіргі физико-химиялық әдістерді (ИК- және ЯМР-
спектроскопия, ренгеноструктуралық анализ, сусыз ерітінділердегі
поляграфия, молекулалы спектрлі анализ, гель-хромотраграфия)пайдалану арқас
ында көмір молекуласының химиялық құрылымын зерттеу аса жоғары көрсетуде.
Барлық көмірлер органикалық массадан (КОМ) және минералды бөліктен тұрады.
[7] КОМ негізгі компонеттері көмірсутектерден , лигниндерден, ақуыздардан,
балауыздар мен шайырлы заттардан тұрады. Көмірдің органикалық массасының
элементті анализіне көміртек, сутек, оттек және күкірт кіреді.
ОС маркалы витриниттің ИК-спектрінде С-Н ароматты және алифатты
топтардың, ароматты С=С байланыстардың жұтылу сызықтары байқалады.
Сондай-ақ С-О-С , -ОН, С-О, С=О топтарына тән жұтылу сызықтары бар.
[8, 9] жұмыста көмірлердің химиялық құрылымы ароматты емес
байланыстармен байланысқан поликонденсирленген сақиналардан тұрады.
Көмірлерді корбанизациялау процесінде ароматты емес құрылымдардың мөлшері
азаяды. Көмірдің метомарфизм дәрежесінің өсуімен поликонденсация процесі
активтілеу өсіп, көмір өңдеу процесіне қажетті маңызды негізгі
сипаттамаларын иілгіштік, ерігіштік және т. б. қасиеттерін жоғалтады.
Қатты жанғыш қазбалардың топтық құрамын анықтау-зерттеудің дәстүрлі
әдісі. Топтық анализ ол торфты және көмірді әртүрлі еріткіш сұйықтықтарда
ерігіштігібойынша бөлуге негізделген. Олар келесі талаптарға жауап беруі
қажет. Әр-бір еріткіш, химиялық табиғаты бір-біріне жақын заттарды бөліп
шығару керек және ол толығымен жұмсалуы кажет. Топтық анализ қатты жанғыш
қазбалардан келесі топтық заттарды: липоидтер, моносахариттер және
полисахариттер, гумин қышқылдары және т.б. бөліп алудан тұрады.
Барлық жанғыш қазбалар С, Н, О, N, S бар қосылыстардан тұрады.
Көмірдің құрамындағы азот мөлшері 3-4% аспайды, көп жағдайда 1% құрайды.
Көмір құрамындағы азот мөлшерін анықтаудың стандартты әдісі, азотқұрамды
қосылыстарды көмір тотыққанша көмірдің үлесін концентрлі күкірт қышқылымен
қайнату арқылы аммоний сульфатына айналдыруға негізделген.
Табиғатта құрамында күкірті жоқ көмір кездеспейді. Көмірдің құрамындағы
күкірт мөлшері 10% дейін болады және ол келесі формада кездеседі:
сульфатты, пиритті, органикалық және элементті.
Төрт макроскопиялық ерекшеліктері бар генетикалық түрлерден тұратын
гумусты көмірлер үшін қазіргі кезеңдегі қалыптасқан жүйе ұсынылған: витрен
мен дюрен жалтыраған көмірлер үшін, кларен күңгірт көмірлер үшін және фюзен
жұмсақ қосылыстар үшін.
ТМД елдерінде қабылданған жүйе бойынша гумусты көмірлер үшін
микрокомпоненттерді, әрқайсысы морфологиялық салыстырғанда біртекті,
витринит, фюзинит және лейптенит топтарына бөледі [10].
Жалтыраған көмірлердің негізін құрайтын витринит тобына коллинит –
біртекті құрылымсыз шыны тәрізді масса мен телленит (құрылымды витрен) ағаш
тканінің айқын құрылымды клеткалары кіреді.
Фюзинит тобын құрайтындар: көмірдің жұмсақ қабаттарына кіретін және
көмірленген клеткалары минералды бөліктермен толтырылған немесе бос
құрылымды микрокомпонент – фюзиниттің өзі; микринит – құрылымы жоқ күңгірт
көмірдің құрамды бөлігі.
Сонымен, көмірлердің химиялық құрылымы едәуір күрделі құрылысты
Лейптинит тобын құрайтындар: экзинит (споралар), кутинит (кутикула),
теллинит (тозаңша), резинит (шайырлы тозаңша), суберинит (кутинирленген
талшықтар). Лейптенит тобының микрокомпаненттері витриниттің
ароматикалықпен салыстырғанда аморфты көміртек пен сутектің жоғары
мөлшерімен ерекшеленеді. Көмірде неғұрлым витринит көп болса, соғұрлым КОМ-
ның сұйылу проценті де жоғары болады [2]. Сондай-ақ 8-ден 16-ға дейінгі СН
қатынастары қолайлы болып табылады және ол эфирлі көмірлерде күкірт мөлшері
жоғары болған жағдайларда тиоэфирлі топтар, сондай-ақ алифатты тізбектер
немесе олардың комбинациялары арқылы байланысқан 20-30-дан көп емес
көміртек атомдарынан тұратын көмірдің органикалық заттарының қосылыс
фрагметтерін көрсетеді.
Көмір – органикалық масса, ылғал, минералды бөліктерден құралған
күрделі дисперсті жүйе. Көмірдің органикалық массасының элементтік құрамы,
макромолекуланың құрылымы көмірдің негізгі физика-химиялық және химия-
технологиялық қасиеттерін айқындайды. Көмірдің органикалық масасының
құрылымы әр алуан, алайда шартты түрде көміртектік бөлімі қаныққан және
ароматты құрылымдардың аралығында орналасады. Бірақ та көмірдің органикалық
массасының қасиеттері мен құрылымдары арасындағы байланыстарды
түсіндіргенде көптеген қарама-қайшылықтар кездеседі. Ол яғни көмір
молекуласының моделін әртүрлі көзқараспен қарап түсіріндіруінде
Н. Шторх және М. Орчен [11] көмірдің полиинденді құрылымын ұсынды.
Бұл құрылымда молекулалар оттекті көпіршекпен үшөлшемді бірлік арқылы
байланысқан.
Гук және Дж. Карвейл [12] көмірді құрамында алкил орынбасары бар,
овелен сияқты өте тұрақты ароматты сақина деген. Көмірлену дәрежесінің
өсуіне байланысты орындасарлардың үлесі азайып, ароматтығы жоғарлайды.
Ван-Кревелен [13] көмірді конденсирленген ароматты фрагменттерден тұрып
әртүрлі топтармен байланысады деген, яғни полимер түрінде елестеткен.
Драйден И. [14] бойынша көмір молекуласы 10 ароматты сақинадан кем
емес құрылымнан құрылған және бір-бірімен көміртек-көміртекті, оттекті,
метиленді көпіршемен байланысқан делінген. Көмірлену дәрежесі төмен
көмірлерде ароматты сақина үш конденсирленген сақинадан тұрады, ал
көмірлену дәрежесі жоғары көмірлерде ароматты сақина саны 10-20-ға дейін
жетеді. Біршама уақыттан кейін Драйден И. Көмірдің структуралық бірлігі
пирен немесе короненнің алкилорынбасарлы сақиналары жай эфирлі
байланыстармен байланысқанын анықтаған.
Гивен П., [15] Лендер Ж. [16] және Питт Г. [17] бойынша көмір ─ 1-, 2-,
және 3-конденсирленген ароматты сақиналар гидроароматты көпіршелермен
байланысқан. Ж. Лиднер [16] көмір құрылымын үшөлшемді дейді. Оның
құрамында 9,10-дегидрофенонтрен болуы мүмкін дейді, демек ол тегіс
болмайды.
Ал П Гивен [15] модельі бойынша құрылым үшөлшемді.
Г. Питтің [17] модельді құрылымы 9,10-дегидрофенентрен құрылымына
негізделген және ол мынадай тұжырымға келген, көмірдің құрамындағы
молекулалар өрімдемделіп байланысқан болады.
Вейбе [18] модельінің едәуір бөлігі ароматты және ароматты фрагменттер
арасында орналасқан жай эфирлер көпіршелермен байланысады. Бұл модель басқа
моделдерге қарағанда молекулалық торды айқын бейнелейді.
Мокрамолекуларар торға донарлы-акцепторлы байланыстармен байланысқан.
Дж. Шиннің [19] бойынша көмір төрт ароматтық сақинадан және одан да көп
сақинадан тұратын моно- және бициклді фрагменттерден тұрады делінген.
Ж. Хилл және Л. Лион [20] тұжырымдамаларына сәйкес КОМ-сы жоғары
алкилденген ароматты және гетероциклді ядродан (2-ден 9-ға дейін) тұрады.
Олар оттек және көміртек атомдарынан, көміртек-көміртек, үшөлшемді және
тетраэдрлік байланыстармен берік байланысады деген.
И. Хьюстан [21] бойынша көмір макромалекуласының орташа молекулалық
массасының құрылымдық бірлігі 300-700 құрайды. Кіші өлшемді
макромалекулалар–қоңыр көмірлер, ал үлкен өлшемділеріне–тас көмірлер
жатады. Тас көмірдің макромалекуласы гидроароматты фрагменттері –О– және
–СН2–көпіршесімен байланысады.
В. Касаточкин [22] тұжырымында көмір органикалық массасының құрылымы
жүйесіз құрылымды бос орны бар полимер делінген.
Оның құрылымы бір-бірімен ұзын алифатты тізбекпен байланысқан
полициклді конденсирленген ароматты ядродан (декоцеклен) тұрады.
Г. Головин және т. б. [23-28] көмірдің органикалық массасының орташа
статистикалық құрылымдық бірлігінің жалпылама моделі жасап шығарды.
Көмірдің органикалық массасының орташа статистикалық құрылымдық бірлігі
көмірдің физика-химиялық қасиеттері мен құрылысының өзара байланысын
айқындауда қолданылады Сурет 1. Модель бес құрылымдық үзінділерді
құрайды: Аr – ароматты конденсирленген сақиналар (сақиналардың саны орта
есеппен 1-ден 5-ке дейін болады); СА – циклоалканды үзінділер; Х –
функционалды топтар (-ОН, -СООН, -NH2; -SH); R – алкильді орын басушылар
(С1–Сn); М – көпіршелі топтар (-(СН2)n-, -О-, -О-СН2-, -NH-, -S-).
Метаморфизм қатарында құрылымдық үзінділердің ара қатынасы өзгереді: Аr
конденсир-ленген сақиналар артып, М, R, Х, СА мөлшерлері кемиді.
Сурет – 1 Көмірдің органикалық массасының орташа статистикалық құрылымы
1.3 Көмірден гумин қышқылдарын бөліп алу жолдары
Битумоидтарға қарағанда гумин қышқылдары қоңыр көмірлердің
органикалық масасын құрайтын негізгі компоненттердің бірі болып табылады.
Бұл қышқылдардың шымтезек құрамындағы гумин қышқылдарынан ешқандай
айырмашылығы болмайды және суда, этанолда ерігіштігі бойынша
фульвоқышқылдар, гематомеланды, гумусты қышқылдар болып жіктеледі. Бұл
қышқылдардың құрамына әртүрлі функционалды топтар кіреді [29].
Қоңыр көмірлердің қасиеттері олардың құрамындағы гумин қышқыл-дарының
сандық мөлшерлері мен сапалық құрамына байланысты өзгеріп отырады. Бұл
өзгерістерді гумин қышқылдарының құрамындағы функцио-налды топтардың
мөлшерінің көмірлену сатысында өзгеруінен байқауға болады. 2-кестеде
көмірлену дәрежесі әртүрлі қоңыр көмірлерден тотыққан тас көмірлерге
дейін функционалды топтардың мөлшерлерінің өзгерісі келтірілген. Тас
көмірлер ауадағы оттекпен автототығып, олардың құрамында қоңыр
көмірлердегі сияқты құрамы ұқсас гумин қышқылдары түзіледі.
Кестеден көрініп тұрғандай қоңыр көмірлердің түзілу сатысында
(көміртегі мөлшері 65-80 %) көмір құрамындағы оттегінің 80 %-дан астамы
функцио-налдық топтардың үлесінде болады.
Функционалды топтардың ішінде метоксильді топтардың шамасы өте аз,
бұл топтар көміртегінің мөлшері 75 %-дан жоғары көмірлерде мүлдем
кездеспейді. Активті оттегінің негізгі түрлері карбонильді және фенолды
гидроксотоп құрамында көбірек болып, көмірлену дәрежесі өскен сайын күрт
өзгереді. Фенолды гидроксотоп мөлшері 35,6-дан 52,2 %-ға дейін артып,
карбоксильді топтардың үлесі 30,4-дан 3,7 %-ға дейін кемиді.
Тас көмірлердің түзілу сатысында (көміртегі мөлшері 80 %-дан артық)
активті оттегінің негізгі үлесі карбонильді және фенолды топтардың
құрамында болады. Карбонильді топтардың үлесі көміртегінің мөлшері 90 %-
дан жоғары көмірлерде басым келеді. Көмірдегі оттегінің ең аз мөлшерінде
(2,5 %) тек қана карбонильді топ (16 %) кездесіп, оттегінің қалған бөлігі
(84 %) активсіз түрде болады. Сонымен көмірлену процесі барысында
функционалды топтардың сандық құрамымен қоса (көмірдегі оттегінің азаюы),
сапалық құрамы да өзгереді [29].
Кесте 2 − Көмірлену дәрежесі әртүрлі көмірлердегі гумин қышқылдарының
құрамындағы функционалды топтардың мөлшері
Функционалды топтардың көмірдегі Функционалды топтардың гумин
мөлшері, % (масс.) қышқылдарындағы мөлшері, % (масс.)
С Ожалпы СООН ОНфен. СО ОСН3 Оактивсіз
65,2 28,7 30,4 35,6 16,3 1,4 16,3
74,6 16,8 8,9 48,2 16,1 0,0 26,8
80,0 13,4 3,7 52,2 9,7 0,0 34,4
85,0 8,2 0,0 4,9 4,9 0,0 90,2
90,3 3,4 0,0 0,0 14,7 0,0 85,3
92,8 2,5 0,0 0,0 16,0 0,0 84,0
Сiлтi ерiтiндiлерi – шикiзаттан гумин қышқылдарын бөлiп алуда негiзгi
реагент. Көмiрден гумин қышқылдарын осы реагенттермен бөлiп алу
қышқылдардың өздерiне қарағанда сулы ерiтiндiлерде ионизациялау дәрежесi
жоғары тұздардың түзiлу процесi болып табылады.
(HOOC)nГум + nNaOH ( (NaOOC)nГум + nH2О (1)
Гумин қышқылдарын және олардың тұздарын алу үшін белгiлi температура
мен уақыт аралығында сiлтiнiң белгiлi концентрациясымен ұнтақталған
көмiрдi өңдейдi. Бұдан түзiлген гумат ерiтiндiде болады, ал
әрекеттеспеген көмiр қатты фазада қалып, сүзу немесе тұндыру арқылы
бөлiнедi. Гумат ерiтiндiсiнен минералды қышқылдармен өңдеу арқылы гумин
қышқылдарын бөледi.
Әртүрлi қарқындату әдiстерiн қолданып көмiрдiң бүкiл органикалық
массасын сілтіде еритiн өнiмдерге айналдыруға болады.
Гумин қышқылдарының шығымы көмiрдiң петрографиялық құрамына,
тотықтыру дәрежесiне, сондай-ақ сiлтi ерiтiндiсiнің мөлшеріне тәуелдi.
Себебі сілті ерітіндісінің көп не аз мөлшерінде гумин қышқылдарының
коагуля-циялануы жүреді. Шымтезек, қоңыр көмiр және оларды өңдеуден
алынған өнiмдерден бөлiнген гуминдi заттар негiзiнде өнеркәсiпте
дайындалған препараттар көп жағдайда сiлтiлiк металдар мен аммонийдiң
тұздары болатындықтан, олар гуминдердiң қолданылу аумағын тарылтады.
Гуминдi заттардың матрицасындағы металл катиондарын металл емес
катиондарға алмастырудың мақсаты гуминдердiң аниондық және катиондық
бөлiктерiнiң физика-химиялық қасиеттерiн кеңейту, улы қасиеттерiн азайту,
балластық емес препараттарды алу.
[30]-жұмыста қоңыр көмiрлерге құрамында азот бар органикалық
негiздермен әсер етіп, гуминдi заттарды бөлiп алу тәсiлдерi зерттелген.
Тәжiрибелерде әртүрлi (NaOH, Ca(OH)2, NH4OH, Al(OH)3, (CH3)4NOH) негiздер
қолданылған. Гумин қышқылдарының максимал шығымы көмiрдi 0,25 Н
тетраметилалюминий гидроксидi ерiтiндiсiмен өңдегенде байқалады. Көмiрдi
Ca(OH)2 және Al(OH)3 ерiтiндiлерiмен өңдегенде сулы гидролизаттан
ерiмейтiн гуматтар бөлiнетiндiктен, гумин қышқылдары түзiлмейдi. Бiрақ
Al(OH)3 –пен өңделген көмiрдi 1%-дық NaOH ерiтiндiсiмен қайтадан
шаймалаған кезде гумин қышқылдарының шығымы тек қана NaOH–пен өңдегеннен
гөрi бiршама жоғарылайды. Бұның себебi, көмiр матрицасына Al(OH)3
енгiзгенде және 150 0С температураға дейiн қыздырғанда алынған жанғыш
кеннiң органикалық массасы деструкцияға ұшырап, сiлтiде еритiн заттардың
шығымы артатындығында.
Гумин қышқылдарының шығымына температураның және термиялық өңдеудiң
әсерi зерттелген. Термиялық өңдеудiң ұзақтығы гумин қышқылдарының шығымын
кемiтедi. Оның себебi сiлтiнiң өте артық мөлшерiмен әсер еткенде көмірдің
органикалық массасында тотығу процесi жүрiп, қалдық көмiрдiң шығымы
артады. Температураны 150-ден 180 0С дейiн арттырғанда тетраметиламмоний
гидроксиді және калий гидроксидімен өңдеген көмiрден гумин қышқылдарының
шығымы төмендейді. Себебі термиялық тұрақтылығы онсыз да төмен карбон
қышқылдары тұздарының декарбоксилдену процесi жүреді. Сонымен қатар
тетраметиламмоний гидроксидін қолданғанда, ол триметиламин мен метанолға
ыдырайды да, гумин қышқылдарының шығымы төмендейдi. Алынған
тетраметиламмоний гуматы өсiмдiктiң дамуын тездететiн өнеркәсiптiк
стимуляторлар сияқты биологиялық белсендiлiк көрсетедi.
Көмiрдi майдалап ұсату гумин қышқылдарын бөлме температурасында қысқа
уақыт аралығында алуға мүмкiндiк бередi. Диметилформамид сияқты
электронды донорлы ерiткiштермен гумин қышқылдарын экстракциялау әдiсiнің
болашағы зор. Бұл жағдайда аз минералданған гумин қышқылдары алынады.
Көмірді әр түрлі органикалық еріткіштермен өңдеп, балауыз және гумин
қышқылдарын алу жолдары [31]-шы жұмыста қарастырылған. Алынған өнімдердің
шығымы, фракциялық, химиялық құрамы әртүрлі физика-химиялық әдістерді
қолданылып зерттелген. Балауыз бөлінгеннен кейінгі қалдық көмір құрамынан
гумин қышқылдарын экстракциялайды. Гумин қышқылдарының шығымы 69,7–74,4 %
құраған.
Гумин қышқылдарын бөлу әдiстерiн таңдау олардың шикiзат құрамындағы
мөлшерiне, құрамының тұрақтылығына және гумин қышқылдарының көмірдің
органикалық және минералды бөліктерімен байланысу дәрежесiне тәуелдi.
Тотыққан көмірлердегі гумин қышқылдарының функционалды құрамын газ және
сұйық фазаларда озондау әдісі бойынша түрлендіру жолдары [32-33]-ші
жұмыстарда жүргізілген. Озондау – жұмсақ жағдайда көмірдің органикалық
массасына оттекті функционалды топтарды енгізу және жаңа органикалық
өнімдерді алуға арналған тотықтыру әдістерінің бірі. Көмірді газ
фазасында озондау процесінде гумин қышқылдарының құрамында карбоксильді
топтардың артатындығы анықталған. Сұйық фазада тотықтыру процесін
хлороформ мен сірке қышқылы қатысында жүргізгенде гумин қышқылдарының
шығымы 94 % құраған.
Көмiрдегi күл мөлшерiнің жоғары болуынан технологиялық процестерде
қалдықтар көп болады да, гумин қышқылдарының сапасын төмендетедi.
Көмірден гумин қышқылдарын бөліп алуда әр кен орыны көмiрлерінің
құрылымдық ерекшелiктерiн ескере отырып, зерттеулер жүргiзу қажет.
1.3.1 Гумин қышқылдарының құрылымы мен қасиеттері
Табиғатта гуминді заттар кең тараған және өсімдіктер мен жануарлардың
қалдықтары биохимиялық ыдырау процестеріне ұшырау салдарынан барлық
жерлерде түзіледі. Бұл қосылыстар шымтезектің, топырақтың, көмірлердің
құрамына кіреді [34].
Гумин қышқылдары – табиғи жаңғыш кендерге (шымтезек, қоңыр көмір, тас
көмір) сілті ерітіндісімен әсер еткенде қою қоңыр түске боялатын
органикалық заттар. Гумин қышқылдарының сілтілі ерітіндісіне минералды
қышқылдармен бейтараптану реакциясын жүргізсе, аморфты қоңыр түсті тұнба
түзіледі [35]. Көмір түзілуінің шымтезек сатысында өсімдік қалдықтары жер
қыртысында әртүрлі микроорганизмдердің әсерінен гумин қышқылдарына
айналады. Табиғатта гумин қышқылының түзілуінің тағы бір жолы – тотығу
процесі. Бұл процесс атмосферадағы немесе судағы еріген оттегінің көмірге
немесе басқа органикалық заттарға әсер ету арқылы жүреді. Шымтезек пен
қоңыр көмірден алынған гумин қышқылдары көмірдің тотығуы процесінде
түзілген гумин қышқылдарынан көміртегінің сутегіне қатынасы бойынша
ерекшеленеді [36].
Шымтезек пен қоңыр көмірдегі гумин қышқылдарының құрамы мен мөлшері
әртүрлі және шымтезек түзілу сатысындағы өсімдіктің түріне, оның ыдырау
дәрежесіне байланысты болады. Қоңыр көмірде гумин қышқылдарының мөлшері
көмірдің табиғатына (топырақты, тығыз, жартылай жылтырақ және т.б.)
байланысты [37]. Гумин қышқылдарының құрылысы мен құрамы көмір кен
орындарына, көмірден бөліп алу технологияларына байланысты әртүрлі
болады. Гумин қышқылдары – құрылымдары ұқсас, молекулалық салмақтары
бойынша ерекшеленетін органикалық қосылыс-тардың жиынтығы. Ерігіштік
қасиеттеріне қарай оларды үш түрге бөлуге болады: суда еритіні –
фульвоқышқылдар, спирттерде еритіні – гиматомелан қышқылдары және суда
да спирттерде де ерімейтін, бірақ сілтілерде еритін түрі – гумус
қышқылдары. Гумин қышқылдарының негізгі бөлігін осы гумус қышқылдары
құрайды. Гумин қышқылдарының құрамына гиматомелан, гумус,
фульвоқышқылдармен қоса аминоқышқылдар, пептидтер, полисахаридтер және
көптеген микроэлементтер кіреді.
Гумин қышқылдарының құрылысы жөнінде көптеген болжамдар айтылып,
бірнеше ондаған формулалар ұсынылған. М. Шницер, И.Д. Комиссаров, В.И.
Касаточкин, С.С. Драгунов және басқаларының ұсынған формулалары белгілі
[38]. Бұл формулаларды құруда гумин қышқылдарының молекуласы негізінде
бензолоксикарбон қышқылдарының қарапайым қосылыстары, көмірсутектер мен
май қышқылдарының қосарланған туындыларынан бастап, тұйық тізбекті
полимерленген көміртегі қосылыстары түрінде болады деген болжамдарға
дейін әртүрлі принциптер мен сызба-нұсқалар пайдаланылды.
Гумин қышқылдарының осы уақытқа дейінгі белгілі қасиеттерін мейлінше
толық бейнелейтін формула екеу. Олардың біреуі И.Д. Комиссаров, екіншісі
Д.С. Орлов ұсынған формулалар. Алайда бұл формулалардың екеуі де
статистикалық формулалар, гумин қышқылдарының құрылымдық үзінді-лерінің
бiр-бiрiмен байланысы, олардың байланысу тәсiлдерi тек болжаммен
айтылған, тiкелей құрылымдық зерттеулермен дәлелденбенген. Дегенмен, бұл
формулалардың екеуі де гумин қышқылдарының қазіргі кездегi бiлгiлi
химиялық және физикалық қасиеттерiн жан-жақты айқындайды және олардың
физиологиялық белсендiлiктерiн түсiнуге негiз бола алады. Басқа да
формулалар сияқты, бұл формулалар гумин қышқылдарының екi мүшелi екенiн,
олардың құрамына моно- және полисахаридтер мен полипептидтер типтес
гидролизденген компоненттер кiретiнiн көрсетедi. Гидролизденбеген бөлiгi
С=С көпiршесi арқылы қос байланыстардың тiзбегiн құрайтын аз
конденсирленген бензоидты үзінділерден тұрады. Сонымен қатар,
гидролизденбеген бөлiктiң құрамында азотты және оттектi гетероциклдер де
кіреді.
Гумин қышқылдарының ерекшелiгi ретiнде олардың молекуласының амино,
амидо, метоксильді, карбоксильді, фенолды және спирттi гидроксил-дермен,
хиноидты топтармен қаныққандығын айтуға болады.
Әртүрлі көмірлердің құрамындағы гумин қышқылдары элементтік құрамы
мен функционалды топтардың мөлшері бойынша көмірлену деңгейіне қарай бір-
бірінен ерекшеленеді. Көмірлену деңгейі өскен сайын гумин қышқылдарында
көміртегі мөлшері өсіп, сутегі, оттегі, азот, күкірт мөлшерлері азаяды.
Гумин қышқылдарының көптеген үлгiлерiнде құрамында активтi оттегi бар
топтардың мөлшерлерi (мг-эквг) мынадай: карбоксильдер – 2-5 %; фенолдi
гидроксильдер – 2,5-5 %; хиноидты топтар – 0,6-4 %; альдегидтердiң
карбониль топтары – 0,2-1,5 %. Гумин қышқылдарында альдегидтердiң
карбониль топтары кетондардікіне қарағанда әлдеқайда белсендiлеу болады.
Гумин қышқыл-дарының үлгілерін сұйық аммиактағы натрий металымен
реакцияластыру арқылы жай эфирлi байланыстардың бар екендiгi дәлелдендi.
Сiлтiлiк ортада калий перманганатымен тотықтырып, алынған қышқылдарды
Е.А.Григорьева ұсынған газ-сұйық хроматография әдiсiмен зерттегенде,
меллит қышқылының (поликонденсирленген жүйелердi тотықтырудан түзiлетiн
бензолполикарбон кышқылы) түзілмейтіндігін, негiзiнен три және
тетрабензол-карбон қышқылдарының түзiлетiнi анықталды [38].
И.Д. Комиссаров ұсынған формула бойынша Сурет 2 гумин қышқылдары
полиқосарланған жүйелерге жатады. Бұл жағдай көптеген факторлармен
дәлелденген. Мысалы, молекулалық (-орбиталдарында электрондардың шоғыр-
лануына байланысты түзілетін полиқосарланған жүйелерде атомдардың өзара
әсерлесуi күшейіп, жеке байланыстардың өзiндiк дербестiгiнiң бiршама
әлсірейтіндігі белгiлi.
Бұл жағдайды гумин қышқылдарының электрондық жұтылу спектрлерінен
байқауға болады. Гумин қышқылдарының ерiтiндiлерi спектрдiң қысқа
толқынды ауданына қарай жылжытылған көрiнетiн және ультракүлгiн
аудандарында тұтас жұтылу жолағымен сипатталады. Спектрлердiң жiңiшке
жолақтарға ыдырамауы атомдардың хромофорлы топтасуларының жалпы жұтылу
жолағына аз әсер ететіндігін көрсетедi [38].
Гумин қышқылдарының полиқосарланған жүйелерге жататыны осындай
жүйелерге тән болатын басқа да қасиеттерiмен дәлелденген, ол қасиеттер:
донор-акцепторлы механизм бойынша ассоциаттар түзу қабiлетi, органикалық
ерiткiштерде нашар еруi, аз созылғыштығы және жоғары термиялық
тұрақтылығы.
Гумин қышқылдарының электрондық құрылымының қосарланған жүйелері,
сондай-ақ молекулалардың "қаңқалы" бөлiгiмен тiкелей байланысқан
функционалды топтардың (-электрондарын да қамтиды. Бұл жағдай
функционалды топтардың әрекеттесу қабiлетiне, қышқылдық-негiздiк және
тотығу-тотықсыздандыру қасиеттерiне едәуiр әсер етедi.
Гумин қышқылдары құрамы күрделi және тұрақсыз жоғары молекулалы
қосылыстар болғандықтан, ұсынылған формулалардың ешқайсысы гумин
қышқылдары молекулаларының құрылысын дәл сипаттайтын формула деуге
болмайды. Дегенмен бұл формулалар гумин қышқылдарының қасиеттерiн
сипаттауға, олардың әрекеттесу қабiлетiн болжауға, құрылымдық зерттеу
әдiстерiн жетiлдiруге мүмкiндiк бередi. Басқаша айтқанда, жеке формулалар
молекула құрылымын шамамен болса да бейнелейдi. Гумин қышқылдары айнымалы
құрамды қосылыстарға жатқанмен де олардың молекулалық формуласын құрып
қолдануға болады, бiрақ бұл формулалардың бәрi де ықтимал формула екенiн
естен шығармау керек [38].
Гумин қышқылдарының молекулалық құрылымын сипаттайтын қазiргi кездегi
белгiлi екi сызба-нұсқаны қарастырудан ғылымның бұл саладағы дамуы шамалы
екенiн көремiз. Қазiрше осы заттардың макромолекулаларының құрылымы
туралы түсiнiктерiмiз өте жуық болғанмен, көптеген жағдайда олар кейбiр
реакциялардың механизмiн және кинетикасын түсiндiруге, гумин қышқылдары
негiзiнде алынған препараттардың қасиеттерiн болжауға мүмкіндік береді.
Сурет − 2 И.Д.Комиссаров бойынша гумин қышқылдарының құрылымдық
ұяшығы құрылысының сызба-нұсқасы
Гумин қышқылдарының жан-жақты химиялық әрекеттесулерге түсуiн
ароматты ядролар мен алифатты тiзбектерде әртүрлi функционалдық топтардың
болуымен және макромолекула тұлғасының құрылымдық ерекшелiгiмен
түсіндіруге болады. Гумин қышқылдарының химиялық өзгерістерін үш түрге
бөліп қарастыруға болады: 1) макромолекуланың шеткi, ең қозғалмалы
бөлiгiндегi процестер; 2) гумин қышқылдарының тұрақты "ядролық"
бөлiгiндегi реакциялар; 3) макромолекуланың тұтас өзгерісін қамтитын
процестер.
Гумин қышқылдары қатысында жүретiн химиялық реакцияларды олардың
механизмi жағынан екi типке бөлiп қарастыруға болады:
1) гетеролиттiк реакциялар, онда гумин қышқылдарының макро-молекуласы
өзiнiң полифункционалдылығына байланысты жаңа химиялық байланысқа
нуклеофильдi немесе электрофильдi агент түрiнде түседi;
2) радикалдық немесе гомолиттiк реакциялар, онда коваленттiк байланыс
әрекеттесушi реагенттердiң бiр-бiр электрондары арқылы түзiледi.
Гетеролиттiк реакцияларда гумин қышқылдарына "шабуылдың" нысанасы
ретінде фенолды және спирттi гидроксильдер, карбоксиль, карбониль және
басқа да функционалдық топтар, көмiртек қанқасындағы қос байланыстар
қатысады. Гумин қышқылдары құрылысының ерекшелiктерi макромоле-куланың
осындай активтi орталықтарының қатысуымен жүретiн химиялық
әрекеттесулерге айтарлықтай әсер етедi.
Гумин қышқылдарының ароматты ядросы арқылы жүретiн реакциялар типi –
электрофильдiк орын басу реакциялары. Олар нитрлеу, галогендеу, алкилдеу,
диазоттау және басқа реакциялар. Фенолды гидроксильдiң болуы гидроксиль
тобындағы оттек атомдарының р-электрондары мен ароматты ядроның (-
электрондарының қосарлануы нәтижесiнде ароматты ядроның электрон
тығыздығы артып, электрофильдiк агенттің шабуылын арттырады. Гумин
қышқылдарымен химиялық әрекеттесудiң гомолиттiк процесiнде бос радикалды
реакциялар маңызды орын алады. Парамагниттiк қаситтерiне байланысты гумин
қышқылдарын тұрақты бос макромолекулалар деп қарастыруға болады. Гумин
қышқылдары реакцияларының бос радикалды түрі әртүрлi. Олар: қанықпаған
жүйелердiң (-электрондарымен әрекеттесу арқылы жүретiн қосып алу,
радикалдық орын басу және қозғалмалы бос радикалдармен әрекеттесу арқылы
жүретiн рекомбинация реакциялары. Осы реакциялардың соңғысының гумин
қышқылдарын қолдана отырып, бос радикалды механизммен жүретiн процестердi
баяулатуда практикалық маңызы өте зор.
Сонымен, жоғарыда айтылғандарды ескере отырып, гумин қышқылдары
туралы қысқаша қорытынды жасауға болады. Гумин қышқылдары – алғашқы
заттарға байланысты бiр-бiрiнен кейбiр айырмашылықтары бар, бiрақ жалпы
құрылыстары бiрдей жоғары молекулалы, қара қоңыр түстi заттар. Химиялық
формуласына келсек, гумин қышқылдары – ароматты ядролары ароматты емес
бөлiктермен жалғасқан, конденсирлену дәрежелерi аз, ароматты оксикарбон
қышқылдары. Гумин қышқылдарының жалпы құрылымы, мысалы ядросында және
бүйiр тiзбегiнде әртүрлi функционалды топтар, қозғалмалы (-электрондар
бар ароматты қосылыстардың және парамагнитті орталықтардың болуы, олардың
ион алмасу, комплекс түзу, таутомерия, тотығу-тотықсыздану реакцияларына
қабiлеттiлiгiн, жалпы айтқанда, олардың қасиеттерiнiң әмбебаптығын
қамтамасыз етедi.
Гумин қышқылдарындағы функционалды топтардың сандық және сапалық
құрамын әртүрлі физикалық, химиялық әдістермен анықтауға болады. Гумин
қышқылдарын кальций ацетатымен әрекеттестіріп, реакция нәтижесінде
түзілген сірке қышқылын калий немесе натрий гидроксидімен титрлеу арқылы
карбоксильді топтардың мөлшерін анықтайды (Гум – гумин қышқылы
құрылымының үзіндісі) [29]:
2Гум-СООН + (СН3 СОО)2 Са ( (Гум СОО)2 Са + 2СН3 СООН (2)
Гумин қышқылдарын гидроксиламин гидрохлоридімен әрекеттестіріп,
бөлінген хлорлысутек қышқылын сілті ертіндісімен титрлеп, карбонильді
топтардың мөлшерін анықтайды:
Гум-СНО + NН2 ОН·НСl ( Гум-СН = NОН + Н2 О + НСl (3)
Гумин қышқылдарын қыздыра отырып йодсутек қышқылымен әсер етіп,
түзілген ұшқыш метилйодидін күміс нитратымен тұнбаға түсіріп,
гравиметриялық әдіспен метоксильді топтарды анықтайды:
Гум-ОСН3 + НI ( Гум-ОН + СН3I (4)
Гумин қышқылдарын қалайы (II) хлоридімен тотықсыздандырып, реагенттің
артық мөлшерін кері титрлеу әдісімен хиноидты топтарды анықтайды:
(5)
Гумин қышқылдары жоғары температурада немесе бөлме температурасында
ұзақ уақыт аралығында әртүрлі өзгерістерге түсе алады. 100 0С жоғары
температурада гумин қышқылдарының сілті ертінділерінде ерігіштігі азаяды.
Жаңғыш кендердің табиғатына, метаморфизм дәрежесіне тәуелді гумин
қышқылдарының құрамында алифатты, ароматты фрагменттері бар төмен
молекулалы, сондай-ақ жоғары молекулалы қосылыстар болады. Шымтезекті
сулы ерітінді және натрий тұздарымен өңдеу барысында алынған гумин
қышқылдарының құрамында липидтер, азотты қосылыстар көптеп кездескен.
Сілтілі ортада бөлінген гумин қышқылдарының құрамы алифатты құрылымды
қосылыстардан құралған. Қышқылды ортадар бөлінген гумин қышқылыдары
құрамында оттекті функционалды топтары бар конденсирленген ароматты
қосылыстардан құралатындығы анықталған [39].
Гуминді заттардың молекулалары табиғи қосылыстарға жатады. Олардың
молекулаларының көмірсутекті бөлігі (гидрофобты) ретсіз тармақталған
құрылымды болып келеді. Гидрофильді бөлігі карбоксильді, гидроксильді
және тағы басқа топтардан құралады. Сульфирленген түрлерінде
диссоциациялануға қабілетті қосымша сульфотоп болады. Жоғарыда аталған
барлық функционалды топтар натрий гуматы молекуласынның құрылымында
ретсіз орналасады да, олардың молекулалары нақты дифильді қасиет
көрсетпейді [40].
Гуминді қосылыстардың гетерогендігі мен полидисперстілігі, сондай-
ақ құрамында әр түрлі функционалды топтар бар алифатты және ароматты
құрылымдардың болуынан бұл қосылыстар әр алуан физика-химиялық қасиет
көрсетеді. Экстракциялау қабілеттілгінің артуына қарай алынған түрлі
реагенттерді қолданып, шымтезек құрамынан құрылымы мен молекулалық
салмағы әр түрлі гуминді препараттарды алуға болатындығы [41]-шы жұмыста
зерттелген. Алынған гуминді қосылыстардың құрамы ароматты, алифатты
құрылымдар және оттекті фукционалды топтар бойынша ерекшеленген.
Қатты отындардың құрамына Д.И. Менделеевтің периодтық жүйесіндегі 70-
ке жуық элементтер кіреді. Концентрациясына қарай барлық минералды
компоненттер макро және микрокомпонентті болып жіктеледі. Бұл минералды
компоненттердің біршама бөлігі көмірдің органикалық массасының құрамында
болады. Органикалық еріткіштер химиялық қасиеттеріне қарай көмірдің
органикалық массасымен әр түрлі әрекеттеседі. Көмір молекуласында
металдардың басым көпшілігі катион алмастырғыш түрде болатындығы
зерттелген [20]. Көмірдің органикалық массасының декатиондалынуына қарай
олардың деполимерленуі жеңіл жүретіндігі анықталған.
Көмірді бөлме температурасында 20 %-дық азот қышқылымен, 30 %-дық
сутектің асқын тотығымен, 4,8 %-дық калий перманганатымен тотықтыру
арқылы гумин қышқылдарының шығымын арттыруға болатындығы [42]-ші жұмыста
қарастырылған. КОМ-на азот қышқылымен әсер ароматты сақинаның
электрофильді орын басу реакциясына әкеліп, нитрофенолдар түзіледі,
алкильді бүйір тізбектердің деметилирленуі мен деструкциясы салдарынан
СарО-құрылымдар артып, тотығу рекциясы нәтижесінде алифатты карбоксильді
және карбонильді топтардың мөлшері артады. Сутектің асқын тотығымен және
калий перманганатымен өңдеу нәтижесінде молекула аралық сутектік байланыс-
тармен байланысқан және бос күйіндегі гидроксильді топтар, СНар-
байланыстар, метильді, метиленді, карбоксильді топтар мөлшері артады.
1.4 Қоңыр көмір негізіндегі көп компонентті реагенттер
Бұрғылауда қолданылатын гуматты реагенттерге шымтезексілтілі және
көмірсілтілі реагенттер жатады.
Шымтезексілтілі реагенттерде белсенді заттар гумин қышқылдарының натрий
тұзы болып табылады, сондықтан қоңыр көмірлерден алынған көмірсілтілі
реагентттерге көп жағынан ұқсас. Шымтезексілтілі реагент субергіштігін
азайтушы ретінде аз белменді және ол ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz