ДЕЛОВЫЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ УГЛЕХИМИКОВ
Углехимия как одна из наиболее важных в практическом отношении
химических дисциплин ориентирована на разработку эффективных
процессов переработки твердых горючих ископаемых в ценные
химические продукты и материалы. Рассмотрим некоторые
принципиальные соображения о рыночном варианте развития
исследовательской и производственной деятельности в углехимии.
Ю. Рокосов, кандидат химических наук,
ведущий научный сотрудник ИУУ СО РАН
С. Усков, кандидат химических наук
Современную углехимию все еще нельзя отнести к
высокотехнологичным отраслям. Она продолжает накапливать данные о
происхождении, составе, строении и свойствах твердых горючих
ископаемых, необходимые для разработки эффективных процессов и
методов их переработки. Наблюдается явный дефицит разработок,
достаточно подготовленных в техническом и экономическом
отношениях. Однако высокая активность исследователей в области
химии ископаемого твердого топлива должна привести к таким
разработкам. Организация производств на их основе в странах с
развитой рыночной экономикой пойдет через малые
высокотехнологичные фирмы, образующие структурную и
производственную базу для более крупных предприятий. Можно
полагать, что этот путь реализации научных разработок будет иметь
место и в углехимической отрасли России. Но в этом случае
необходимо наращивать усилия в фундаментальном направлении,
понимая, что это основа основ.
В сложившихся в России условиях работа академических институтов
непосредственно на производственные углехимические организации
бесперспективна в стратегическом отношении. Даже те производства,
которые имели свои научно-исследовательские лаборатории,
вынуждены их сокращать по численности или закрывать.
Взаимодействие с ними академических институтов наталкивается на
проблемы, связанные, с одной стороны, с отсутствием
подготовленных научных разработок, а с другой с нежеланием
финансировать эти разработки на контрактной основе. В то же время
сторонники госпланового варианта «устойчивого развития» стремятся
через декларируемую кооперацию с заводом (организацию
«научно-производственного центра») выпросить у правительства и
областной администрации дополнительные дотационные средства для
поддержки малоэффективно работающих академических организаций.
Одновременно они осуществляют реорганизацию основных научных
подразделений, которая проявляется в фактическом сокращении
объема и в снижении качества фундаментальных исследований. Между
тем, фундаментальные исследования в углехимии нужны рынку, а
рынок нужен для привлечения внимания к проблеме, для изыскания
средств на ее решение, выбора наилучших вариантов решения и
получения положительных результатов, заключающихся в организации
высокотехнологичного бизнеса в углехимической отрасли.
Особенно актуальна ныне задача организации исследований в области
химии гумолитовых углей и получаемых на их основе углеродных
материалов. Имеющийся в Институте угля и углехимии СО РАН опыт
исследований сапропелитовых углей и получаемых из них продуктов
во многом уникален. Этот опыт наводит на мысль о том, что в химии
гумолитовых твердых топлив необходимо ставить и решать сходные
проблемы фундаментальных исследований.
На этот именно путь недавно стали американские ученые.
Предложенная ими концепция изучения гумитовых углей совпадает с
разработанными нами подходами к исследованию и использованию
сапропелитовых углей. Во-первых, предполагается подбор реакций,
разрушающих избранные «мостиковые» связи, и тщательное выделение
целевых структурных фрагментов. Во-вторых, выделенные структурные
фрагменты рассматриваются в качестве реагентов для последующего
синтеза ароматических соединений и углеродных материалов с
высокими технологическими свойствами. Возможности реализации
таких подходов связаны с достижениями инструментальной техники
структурного анализа органического вещества углей и компьютерного
моделирования его основных структурных элементов. Обоснованные
структурные модели позволяют продвигаться к планированию прямых
путей конверсии твердых горючих ископаемых в ценные химические
продукты. Органическое вещество гумитовых углей с его типичной
полициклической ароматической структурой рассматривается как
перспективное сырье для будущего производства ароматических
мономеров, особенно двух-четырехкольчатых. Ароматические мономеры
нужны для растущего рынка полимерных материалов технических
пластиков, полиэфирных волокон, полиимидов и жидкокристаллических
полимеров.
Некоторые конкретные результаты и достижения лаборатории химии
сапропелитовых углей ИУУ СО РАН связаны с получением новой
информации о физико-химической природе процессов образования и
гидротермального изменения полимерлипидного вещества,
составляющего основную органическую массу сапропелитовых горючих
ископаемых. Эти результаты важны для разработки новых способов
переработки сапропелитовых твердых горючих ископаемых в
синтетическое нефтехимическое сырье. Работы в этом направлении
стимулируют развитие гидротермальной углехимии, в том числе химии
гидротермального разложения сапропелитовых углеродистых пород.
Американский исследователь и предприниматель Дж. Сайнор отмечал,
что в ближайшей перспективе получение из сапропелитовых горючих
сланцев ценных химических продуктов может быть экономически
обоснованным, если ориентироваться на небольшое (800 кубометров
сланцевого масла в день) производство некоторых продуктов,
например битума, карбоновых кислот, парафина, фенолов, креозота,
коллидина и пиридина. Из экономических соображений одну часть
продукции он предполагает реализовывать на местном рынке, а
другую в пределах США. Первое место по выработке в ряду
продуктов, предназначенных к продаже на национальном американском
рынке, занимают карбоновые кислоты. Это объясняется тем, что
смеси карбоновых кислот находят спрос в силу постоянной
потребности в буровых жидкостях для эксплуатации нефтяных
скважин, а также применяются в производстве синтетического
каучука и пластических масс, эмульгаторов и специальных
композиций для пищевой, металлургической, станкостроительной,
автотранспортной промышленности.
С точки зрения потенциального использования сапропелитовых
горючих ископаемых для получения ценных химических продуктов
метод гидротермального разложения кажется наиболее
обнадёживающим. Незначительное образование высокомолекулярных
смолистых продуктов в экспериментах по гидротермальному
разложению сапропелитов позволяет отделять неорганическое
вещество от органических продуктов в виде порошка. В
экологическом отношении замечательно, что основные продукты
гидротермального разложения сапропелитовых горючих
ископаемых алифатические карбоновые кислоты, алкилкетоны, алканы и
алкилфенолы относятся к биоразлагаемым соединениям. В
перспективе карбоновые кислоты гидротермального разложения
сапропелитов могут быть использованы и непосредственно на месте
своего образования, in situ, в качестве экстрагентов вредных или
ценных химических элементов. Последнее представляется возможным
при гидротермальной обработке сапропелитов совместно с рудами или
отходами промышленного производства.
Суть дальнейших проектов может заключаться в попытках сочетания
разработанного нами способа гидротермального разложения
сапропелитов с радиационно-химическим воздействием.
Такое сочетание гидротермального и радиационного воздействия
позволит, по-видимому, проводить процессы гидротермального
разложения сапропелитовых углей и сланцев при сравнительно низких
температурах и давлениях в отсутствие химических инициаторов и
катализаторов.
В лаборатории химии сапропелитовых углей ИУУ СО РАН
разрабатывалась также проблема, связанная с получением новой
информации о физико-химических закономерностях изменения
адсорбционных свойств углеродных материалов продуктов
пиролитического превращения ископаемого органического вещества
сапропелитовой природы. Из продуктов контролируемого пиролиза
углей и нефти, а также ряда органических веществ удалось получить
наноструктурированные углеродные материалы, обладающие хорошими
адсорбционными свойствами. Предварительные испытания показали,
что они способны поглощать метан и очень перспективны как
адсорбенты для его хранения и транспортировки. За необычные
полезные свойства эти материалы в Институте катализа СО РАН стали
именовать кемеритами. В настоящее время накоплен значительный
опыт по направленному синтезу и исследованию этих уникальных
ультрамикропористых углеродных материалов, обладающих высокой
удельной поверхностью до 3300 м2/г и значительным объемом
микропор (пор с размером менее 2 нм) от 1 до 1.6 см3/г.
Перспективность таких материалов заключается еще и в возможности
стабилизации высокодисперсных частиц платины в их микропорах.
Предварительные эксперименты, проведенные коллективом
исследователей Института катализа, показали, что на основе
кемеритов возможно создание нового поколения
наноструктурированных углеродных носителей для получения активных
катодных платиновых катализаторов с высокодиспергированными
активированными платиновыми частицами.
Есть два подхода к использованию в России высоких технологий
глубокой переработки углей: один если они покупаются за
рубежом и лишь слегка модифицируются применительно к местным
условиям (тогда нам можно ограничиться созданием консалтинговых
фирм для продвижения зарубежных разработок на российский
рынок); другой создание у себя нового опыта путем
использования научно-обоснованной стратегии углехимических
исследований. Последняя, подобно дорожной карте, будет полезна
только в том случае, если мы потратим время и усилия, чтобы
действительно последовать ей. Удачная стратегия это сумма
возможностей. И часто единственный способ установить границы
возможного выйти в невозможное. На пределы своих возможностей
наталкивается лишь тот, кто верит в существование таких пределов.
Правда заключается в следующем: отечественный опыт организации
работ в углехимии в состоянии, на наш взгляд, удовлетворить нашу
потребность в выработке стратегии «новой углехимии». Эту
стратегию надо не только сформулировать ее надо осуществить.
В международном соперничестве по разработке высоких технологий
глубокой переработки углей победителем выйдет тот, кто найдет в
себе силы и мужество продолжить фундаментальные исследования
происхождения, состава, строения и свойств твердых горючих
ископаемых. Иначе говоря, основательное изучение углей и
разработка эффективных процессов их переработки идут рука об
руку.
Стратегия углехимических исследований, которую мы должны взять на
вооружение, не только поможет не проиграть, но приведет к победе над
конкурентами, в деле, в жизни. Хотелось бы, чтобы такая
стратегия была выработана и принята нашим научным сообществом уже
в текущем году.
г. Кемерово
стр. 6
|