способ приготовления гидроксиметильных производных буроугольных фульвокислот
| Классы МПК: | C10G1/00 Получение жидких углеводородных смесей из горючих сланцев, нефтеносного песка или неплавких твердых углеродсодержащих или тп материалов, например из древесины, каменного угля |
| Автор(ы): | Потапов Вадим Петрович (RU), Счастливцев Евгений Леонидович (RU), Мандров Герман Александрович (RU) |
| Патентообладатель(и): | Учреждение Российской академии наук Институт угля и углехимии Сибирского отделения РАН (ИУУ СО РАН) (RU) |
| Приоритеты: |
подача заявки:
2010-01-19 публикация патента:
20.11.2011 |
Изобретение относится к области нетопливной переработки бурых углей и может быть использовано для получения углехимических продуктов из бурого угля. Способ приготовления гидроксиметильных производных фульвокислот состоит в том, что измельченный до размера частиц менее 500 мкм бурый уголь переводят в водорастворимые соли высокомолекулярных соединений, а затем в высокомолекулярные органические кислоты, состоящие из нерастворимой в воде составляющей в виде гидрогелей и растворимой составляющей в виде пасты, из которой экстракцией изопропиловым спиртом выделяют фульвокислоты, которые под действием формальдегида превращают в гидроксиметильные производные фульвокислот. Технический результат - получение более реакционноспособных гидроксиметильных производных фульвокислот. 4 ил.
Формула изобретения
Способ приготовления гидроксиметильных производных буроугольных фульвокислот, отличающийся тем, что измельченный до размера частиц менее 500 мкм бурый уголь переводят в водорастворимые соли высокомолекулярных соединений, а затем в высокомолекулярные органические кислоты, состоящие из не растворимой в воде составляющей в виде гидрогелей и растворимой составляющей в виде пасты, из которой экстракцией изопропиловым спиртом выделяют фульвокислоты, которые под действием формальдегида превращают в более реакционноспособные гидроксиметильные производные фульвокислот.
Описание изобретения к патенту
Предлагаемый патент на изобретение относится к области нетопливного использования бурых углей и может применяться при синтезе различных химических продуктов на основе буроугольных фульвокислот.
Гуминовые и фульвокислоты представляют собой смесь высокомолекулярных соединений, имеющих в своем составе различные функциональные группы, способные к химическим взаимодействиям.
Среднестатистические структурные формулы гуминовых кислот (ГК) и фульвокислот (ФК) приведены ниже.
Нерегулярность строения углеродного скелета ГК и ФК обусловливает разнообразие и переменный состав структурных фрагментов, образующих их молекулы. Для описания химических реакций с участием фульвокислот в дальнейшем будем отображать формулу ФК символом: [Rфульво-Н].
Среди известных способов получения гидроксиметильных производных известен способ получения гумино-формальдегидных полимеров при взаимодействии гуминовых кислот с формальдегидом (И.Н.Рябова, Г.А.Мустафина / Модификация углегуминовых кислот формальдегидом // Журнал прикладной химии, 2003, т.76, вып.2, с.269-271).
Особенности прототипа: гумино-формальдегидный полимер по сравнению с ГК имеет повышенную молекулярную массу и невысокую реакционную способность, вследствие чего рекомендован для использования в качестве сорбентов или структурообразователей почв.
Целью предлагаемого изобретения является получение фульво-формальдегидного продукта с повышенной реакционной способностью, пригодного для дальнейшего использования в органических синтезах.
Поставленная цель достигается тем, что выделенная экстракцией изопропиловым спиртом из буроугольной пасты фульвокислота взаимодействует в реакторе с формальдегидом, образуя эластичный фульво-формальдегидный продукт: Rфульво-Н+СН2О Rфульво-CH2OH.
Предлагаемое изобретение поясняется технологической схемой (фиг.1) и описанием процесса. Бурый уголь измельчают в механической шаровой мельнице 1 со стальными шарами до размера частиц крупностью 0-500 мкм.
Из шаровой мельницы измельченный бурый уголь загружают в шнековый дозатор сырья 2. В мерник сырья 3 заливают 5%-ный раствор гидроокиси натрия, который затем сливают в промежуточный сборник 4. Включают горизонтальную виброцентробежную мельницу ЦЭМ-7 5 (далее по тексту мельница-активатор 5) и насосом 6 прокачивают раствор гидроксида натрия по трубопроводному контуру через мельницу-активатор 5 («Мельницы и механохимические активаторы». Рекламный проспект института Химии твердого тела и механохимии СО РАН).
При работающей мельнице-активаторе 5 включают шнековый дозатор сырья 2 и в раствор гидроксида натрия вводят мелкоизмельченный уголь. В мельнице-активаторе 5 происходит их смешивание и одновременно дополнительное измельчение угля. После того как весь уголь из дозатора поступит в мельницу-активатор 5, угольную суспензию еще определенное время прокачивают через мельницу-активатор 5 до тех пор, пока не произойдет максимальный переход бурого угля в водорастворимые соли высокомолекулярных соединений. По мере окончания процесса мельницу активатор 5 останавливают и готовую суспензию водорастворимых солей высокомолекулярных соединений с остаточным бурым углем из сборника 4 насосом 7 прокачивают через контрольный фильтр 9 в приемный сборник 12. Не прошедшую через контрольный фильтр 9 буроугольную суспензию сливают в сборник 8, откуда по мере накопления направляют на осадительно-фильтрующую центрифугу 10, где водорастворимые соли высокомолекулярных соединений отделяют от остаточного бурого угля, который по мере накопления в сборнике 11 направляют на повторное измельчение в промежуточный сборник 4. Из сборника 12 водорастворимые соли высокомолекулярных соединений насосом 13 перекачивают в емкость 15, где с помощью 10%-ного раствора соляной кислоты, подаваемой из мерника 14, водорастворимые соли высокомолекулярных соединений переводят при рН 2 в свободные кислоты, часть из которых растворяется в воде (фульвокислоты), а другая часть не растворяется в воде (гуминовые кислоты). В сборнике 16 происходит отстаивание и разделение свободных кислот на два слоя, которые окончательно разделяются на осадительно-фильтрующей центрифуге 17. Нерастворимую в воде субстанцию в виде кислых гидрогелей высокомолекулярных гуминовых кислот выгружают в сборник 18 для хранения и дальнейшей переработки, а растворимую водную составляющую менее высокомолекулярных фульвокислот направляют в мерник 19, откуда передают в перегонный куб 21 для отгонки соляной кислоты. Перегонный куб 21 снабжен обогревателем и водяным холодильником 22. По мере отгонки соляной кислоты в приемник 23 перегонный куб 21 охлаждают и из мерника 20 загружают определенный объем изопропилового спирта, перемешивают и передают через друк-фильтр 24 в сборник изопропилового экстракта 25. Экстракцию изопропиловым спиртом проводят несколько раз до глубокого извлечения фульвокислот. Изопропиловый экстракт фульвокислот из сборника 25 передают в реактор 28, из которого через водяной холодильник 29 отгоняют определенный объем изопропилового спирта в сборник 30. Из мерника 27 в реактор 28 приливают формальдегид и проводят при перемешивании синтез гидроксиметильных производных фульвокислот. По окончании синтеза из реакционной массы отгоняют избыток растворителя, после чего подвижную реакционную массу охлаждают, а затем полученный эластичный полимерный продукт выдавливают из реактора 28 на нутч-фильтр 31 и далее используют в различных органических синтезах.
Пример получения гидроксиметильных производных фульвокислот из бурого угля.
Для синтеза гидроксиметильных производных фульвокислот используют товарную пробу бурого угля марки 2Б разреза «Кайчакский» (Барандатское месторождение, Кузбасс).
| Характеристика исходного бурого угля: | |
| Содержание влаги, Wa, % по массе | 5,0 |
| Зольность, Ad, % по массе | 9,8 |
| Высшая теплота сгорания, Qsdaf, ккал/кг | 4700 |
| Выход летучих веществ, Vdaf, по массе | 45,8 |
| Углерод, Cdaf | 72,9 |
| Водород, Hdaf | 5,3 |
Фульвокислоты, полученные по вышеописанной технологии, в количестве 50 мл (30%-ного раствора в изопропиловом спирте) смешивают в реакторе с 90 мл (30%-ного водного раствора формальдегида) и при температуре реакционной массы 60°С при перемешивании в течение 1 часа превращают в гидроксиметильные производные фульвокислот. По окончании синтеза из реакционной массы отгоняют избыток растворителя, после чего подвижную реакционную массу охлаждают, а затем полученный эластичный полимерный продукт выдавливают из реактора на нутч-фильтр и далее используют в различных органических синтезах.
Для оценки качества полученного продукта снимают ИК-спектры исходной и модифицированной фульвокислот (фиг.2).
Для гидроксиметильных производных фульвокислот появилась новая полоса поглощения 3391 см-1, соответствующая валентным колебаниям гидроксильных групп. Раздвоенная интенсивная полоса поглощения в области 2976-2891 см-1 соответствует валентным колебаниям алифатических групп (CH2) и (СН3). Менее интенсивная раздвоенная полоса в области 1470-1391 см-1 также принадлежит алифатическим группам (CH2) и (СН 3).
При взаимодействии гидроксиметильных производных фульвокислот с диизоцианатом был получен жесткий полиуретан, ИК-спектр которого приведен на фиг.3. Для этого полимера появилась новая интенсивная узкая полоса в области 1677 см -1, что связано с валентными колебаниями (C-N) и деформационными колебаниями (N-H) амидных групп.
На фиг.4 приведены электронные фотографии модифицированных фульвокислот. Видно, что структуры полимеров заметно различаются.
Класс C10G1/00 Получение жидких углеводородных смесей из горючих сланцев, нефтеносного песка или неплавких твердых углеродсодержащих или тп материалов, например из древесины, каменного угля
