Нүүрсийг халууны аргаар боловсруулж, нефть төстэй шингэн бүтээгдэхүүн гарган авах судалгаа
Салбар : Байгалийн шинжлэх ухаан
Төслийн дугаар :
Төслийн төрөл : Сэдэвт ажил
Хугацаа: 2014-2016
Санхүүжилт: 30000.00 мян.төг
Түлхүүр үг : Нүүрс, пиролиз, халуун уусгалт, баяжуулалт, устөрөгчийн донор уусгагч, тетралин, декалин
Үр дүн
1.Судалгааны үндсэн объект болгон сонгож авсан 4 ордын нүүрсний дээжүүдээс стандартын дагуу дундаж болон аналитик дээж бэлтгэж техникийн үндсэн үзүүлэлтүүдийг Нарийн сухайт- Wa -1,00%, Аd -15,8%, Vdaf -36,90%, Q-7685 ккал/кг Эрээн - Wa-1,81%, Аd -16,63%, Vdaf-46,28%, Q-5892 ккал/кг; Хөөт (Дорнод) - Wa-12,71%, Аd -9,07%, Vdaf -45,74%, Q-6233 ккал/кг; Баянтээг- Wa -3,34%, Аd -12,71%, Vdaf -47,61%, Q-7311 ккал/кг болохыг тодорхойллоо.
2.Органик элементийн бүрэлдэхүүний хувьд Нарийн сухайт-, Сdaf-84,85% ,Нdaf-4,43%, Sdt-1,6%;Ndaf =0,51%, Odaf ба бусад =9,39%; Эрээн- Сdaf-79,22% ,Нdaf-5,55%, Sdt-1,21%;Ndaf =1,59%, Odaf ба бусад =18,43%; Хөөт (Дорнод) - Сdaf-61,85% ,Нdaf-5,83%, Sdt-0,6%;Ndaf =0,51%, Odaf ба бусад =31,21%; Баянтээг-Сdaf-78,6% ,Нdaf-4,95%, Sdt-0,62%;Ndaf =0,36%, Odaf ба бусад =24,68% болохыг тодорхойлов.
3.Судалгаанд хамрагдсан 4 ордын нүүрсний хүхрийн ерөнхий агуулга (Sобш ) ба түүний төрлүүдээр тухайлбал сульфатын (Sс), пиритийн (Sп) органик(Sор) хүхрийн хэмжээг тус тус тодорхойлоход Баянтээгийн нүүрсэнд Sобш-0,42%; Sс-0,04%; Sп-0,31%; Sор-0,07%; Дорнодын Хөөтийн нүүрсэнд Sобш-1,23%; Sс-0,043%; Sп-0,46%; Sор-0,73%; Нарийн сухайтын нүүрсэнд Sобш-1,30%; Sс-0,15%; Sп-0,065%; Sор-1,00% тус тус агуулагдаж байна.
4.Судалгаанд хамрагдсан 4 ордын нүүрсний дэгдэмхий бодисын агуулга (Vdaf), витринитийн ойльын зэрэг (Ro), органик массын бичил бүрэлдэхүүн болох витринит(V) липтинит(L) инертинит (I) ба эрдэс(M)-ийн хэмжээг анх удаа тодорхойлоход Баянтээгийн нүүрсэнд Vdaf -47,58%; Ro -0,487%; V -86%; L -7%;I-1%; M-6%; Дорнодын Хөөтийн нүүрсэнд Vdaf -47,8%; Ro -0,335%; V -81%; L -4%;I-4%; M-11%; Эрээний нүүрсэнд Vdaf -44,85%; Ro -0,595%; V -63%; L -3%;I-7%; M-27%; Нарийн сухайтын нүүрсэнд Vdaf -36,94%; Ro -0,778%; V -70%; L -3%;I-25%; M-2% тус тус агуулагдаж байна.
5.Нарийн сухайт, Баянтээг, Эрээн, Дорнодын Хөөт зэрэг 4 ордын нүүрсний техникийн ба петрографийн шинж чанар, элементийн бүрэлдэхүүн, үнсний химийн найрлага зэргийг тодорхойлсоны дүнд Нарийн сухайтын нүүрс нь дээд ангилалын битумт коксждог Г маркийн чулуун нүүрс, Баянтээгийн нүүрс нь хүрнээс чулуун нүүрс руу шилжиж байгаа саббитумт доод ангилалын Д маркийн чулуун нүүрс, Эрээний нүүрс нь мөн хүрнээс чулуун нүүрс руу шилжиж байгаа саббитумт доод ангилалын Д маркийн чулуун нүүрс, Дорнодын Хөөтийн нүүрс нь лигнитийн төрлийн Б2 маркийн хүрэн нүүрс болохыг тус тус тогтоов.
6.Дөрвөн ордын нүүрсний термогравиметрийн нарийвчилсан шинжилгээг хийж гарган авсан ТГ, ДТА, ДТГ муруйнуудад үндэслэн халууны задралын үе шатуудыг тогтоож, халууны задралын механизмыг тайлбарлав. Нүүрсний термогравиметрийн ТГ муруйнуудад үндэслэн нүүрс бүрийн халуун тэсвэрлэлтийн индексүүд Т5%, Т 15%, Т 25% ( Нарийн сухайтын нүүрс Т5% =425.3oC; Т 15% = 498.6oC; Т 25% = 620.0oC, Эрээний нүүрс Т5% =281.0oC; Т 15% = 455.5oC; Т 25% = 505.4oC, Баянтээгийн нүүрс Т5% =348.9oC; Т 15% = 455.8oC; Т 25% = 490.1oC, Хөөтийн нүүрс Т5% =83.1oC; Т 15% = 314.5oC; Т 25% = 434.6oC)-ийг тодорхойлж, эдгээр нүүрсийг органик массын халуун тэсвэрлэх чанараараа Нарийн сухайт, Эрээн, Баянтээг, Хөөт гэсэн дараалалыг үүсгэж байгааг анх удаа тогтоов.
7.Нарийн сухайт (15. 8%), Эрээн (16.6%), Баянтээг (12.7%), Дорнодын Хөөт (9.1%) зэрэг 4 ордын нүүрсний үнслэгийн хэмжээг бууруулахын тулд нүүрсийг ширхэглэлээс нь хамааруулан (0.63-1.0 мм, 1-1.5 мм, 1.5-3.0 мм) хүнд шингэний (1300-1800 кг/м3 нягттай ZnCl2-ийн уусмал) баяжуулалт хийсэн туршилтуудын дүнд 4 ордын нүүрсний үнслэгийг 1300 кг/м¬3 нягттай хүнд шингэнд баяжуулахад үнслэг нь Нарийн сухайт (3.1%), Эрээн (5.6%), Баянтээг (3.9%), Дорнодын Хөөт (6.0%) зэрэг 4 нүүрсэнд 3.10-6,00 % хүртэл буурсан баяжмал гарган авсан ба орд тус бүр дээр баяжуулалтын зүй тогтолыг баяжуулалтын муруйг байгуулан илэрхийлж 4 ордын нүүрснээс тус бүрд нь 5%-аас ихгүй үнслэг бүхий баяжмалуудыг гарган авч халуун уусгалтын туршилт хийв.
8.Нүүрсийг пиролизын аргаар халууны задралд оруулж нефть төстэй шингэн бүтээгдэхүүн гарган авах судалгааны хүрээнд 4 ордын нүүрсний пиролизын шингэн бүтээгдэхүүнүүд хатуу үлдэгдэл,давирхай, задралын ус, хийн гарцыг халаалтын температур (200-700 ба 800оС)-аас хамааруулан цуврал туршилтуудаар судалж пиролизын хамгийн чухал бүтээгдэхүүн болох давирхайн гарц хамгийн их байх халаалтын нөхцлийг Нарийн сухайт -700 оС-д 3.8%, Баянтээг-550 оС-д 14.6 %, Хөөт -550 оС-д 9.4 %, Эрээн-700 оС-д 16.2% болохыг тус тус тогтоов.
9.Мөн 4 ордын нүүрсний пиролизын туршилтуудыг энэхүү тогтоосон нөхцлөөр томруулсан ретортонд олон удаа явуулж гарган авсан давирхайг тус бүрд нь халуун уусгалтын туршилтын ажилд хэрэглэх 0,5 л давирхайн хуримтлалыг бий болгож ерийн нөхцөлд янз бүрийн буцлах температын хязгаарт фракцлан нэрж гарцуудыг нь тодорхойлоход Баянтээгийн нүүрсний давирхайн 180оС –д 11.58%, 180-230оС –д 13.24%, 230 -250оС –д 5,84 %, 250 -280оС –д 5,84%, 280 -320оС –д 7,67%, 320-аас дээш оС –д 51,02%; Хөөт (Дорнод )-ийн нүүрсний давирхайн 180оС –д 45,36%, 180-230оС –д 9,22%, 230 -250оС –д 3,6 %, 250 -280оС –д 3,9%, 280 -320оС –д 13.66%, 320-аас дээш оС –д 20.34%;Эрээний нүүрсний давирхайн 180оС –д 6,44%, 180-230оС –д 13,21%, 230 -250оС –д 5,82 %, 250 -280оС –д 6,53%, 280 -320оС –д 10,6%, 320-аас дээш оС –д 51,02%; Нарийн сухайтын нүүрсний давирхайн 180оС –д 3.7 %, 180-230оС –д 9.2 %, 230 -250оС –д 7.1 %, 250 -280оС –д 4.5 %, 280 -320оС –д 2.0 %, 320-аас дээш оС –д 73.5 % болохыг тус тус тодорхойлов.
10.Мөн хуримтлуулж усгүйжүүлсэн давирхайны химийн бүрэлдэхүүнийг бүлэг органик нэгдлүүдээр тордорхойлоход Баянтээгийн нүүрсний давирхайнд чөлөөт нүүрс төрөгч-16.5%, органик сууриуд -2.4%, органик хүчлүүд -1.8%, фенолууд -12.1%, асфальтейнүүд-10.5%, преасфальтейнүүд-56.8%; Хөөт (Дорнод )-ийн нүүрсний давирхайнд чөлөөт нүүрс төрөгч-19.7%, органик сууриуд -1.5%, органик хүчлүүд -1.0%, фенолууд -10.7%, асфальтейнүүд-12.4%, преасфальтейнүүд-54.7%; Эрээний нүүрсний давирхайнд чөлөөт нүүрс төрөгч-3.0%, органик сууриуд -1.0%, органик хүчлүүд -1.0%, фенолууд -0.5%, асфальтейнүүд-5.5%, преасфальтейнүүд-89.0%; Нарийн сухайтын нүүрсний давирхайнд чөлөөт нүүрс төрөгч-2.6 %, органик сууриуд -1.0 %,органик хүчлүүд -5.5 %, фенолууд -3.5%, асфальтейнүүд-2.4%, преасфальтейнүүд-85.0% болохыг тус тус тодорхойлов.
11.Пиролизын хатуу бүтээгдэхүүн болох нүүрсжсэн хатуу үлдэгдлийн техникийн үзүүлэлтүүдийг тодорхойлоход Баянтээгийн нүүрсний хатуу үлдэгдлийн чийг, Wа-0,7 %, үнс, Aa-16.1%, Ad-16,2%, дэгдэмихий бодисын гарц Va-3.8%,Vdaf-9,5, илчлэг Qdaf -7875.2 ккал/кг; Хөөт (Дорнод)-ийн нүүрсний хатуу үлдэгдлийн чийг, Wа-0.8%, үнс, Aa-12.7%, Ad-12.8%, дэгдэмихий бодисын гарц Va-8.7%,Vdaf-8.8%, илчлэг Qdaf -8588.5 ккал/кг; Эрээний нүүрсний хатуу үлдэгдлийн чийг, Wа-0,4 %, үнс, Aa-22,4%, Ad-22,5%, дэгдэмхий бодисын гарц Va-9,7%,Vdaf-12,6, илчлэг Qdaf -7655 ккал/кг; Нарийн сухайтын нүүрсний хатуу үлдэгдлийн чийг, Wа-2.5 %, үнс, Aa-11.2 %, Ad-11.5 %, дэгдэмхий бодисын гарц Va-2.4 %,Vdaf-2.8 %, Qdaf -8156 ккал/кг болохыг тус тус тодорхойлов.
12.Судалгаанд хамрагдсан 4 нүүрсний үнсэнд рентгенфлюоресценцийн шинжилгээ хийсэн дүнгээс үзэхэд Нарийн сухайтын нүүрсний үнсэнд Fe2O3 ба SiO2 хамгийн их, Al2O3, CaO, SO3, MgO, K2O, TiO2 дундаж, бусад ислүүд маш бага агуулгатай байгаа ба уг үнсэн дэх шүлтлэг ба хүчиллэг ислүүдийн нийлбэрийн харьцааг [(Fe2O3 + CaO + MgO + Na2O + K2O) /( SiO2 + AI2O3 + TiO2)] тооцоход хүчиллэг (0,4) чанартай байна. Эрээний нүүрсний үнсэнд SiO2 хамгийн их, Fe2O3, Al2O3, CaO, SO3, MgO, K2O, TiO2 дундаж, бусад ислүүд маш бага агуулгатай байгаа ба уг үнс нь хүчиллэг (0,8) чанартай байна.Баянтээгийн нүүрсний үнсэнд SiO2, Al2O3 хамгийн их, CaO, P2O5, Fe2O3, SO3, дундаж, бусад ислүүд маш бага агуулгатай байгаа ба уг үнс нь хүчиллэг (0,4) чанартай байна. Хөөт (Дорнод)-ийн нүүрсний үнсэнд SiO2 хамгийн их, Fe2O3, Al2O3, CaO, SO3, MgO, Na2O, дундаж, бусад ислүүд маш бага агуулгатай байгаа ба уг үнс нь шүлтлэг (1.0) чанартай байна.
13.Судалгаанд хамрагдсан Нарийн сухайт, Баянтээг, Эрээн, Хөөт (Дорнод)-ийн 4 ордын нүүрсний дээжүүдийг устөрөгчийн донор уусгагч болох тетралин, декалин, давирхайн орчинд халаалтын янз бүрийн температурт (350,400 ба 450 oC), тогтмол хугацаа (120 мин.) ба нүүрс : тетралиний харьцаанд (1 : 1,8 г. ) зэвэрдэггүй гангаар хийсэн автоклаванд халуун уусгалтанд оруулах халуунд уусан задрах зэрэгийг тогтоох, нүүрсний хатуу үлдэгдэл, шингэн ба хийн бүтээгдэхүүний гарцыг тогтоох маш их ажиллагаа цаг шаардсан цуврал туршилтууд 50 гаруй удаа хийлээ. Туршилтын дүнгээс үзэхэд халаалтын температурыг 350- аас 450 oC хүртэл нэмэгдүүлэхэд зөвхөн пиролизын давирхай хэрэглэснээс бусад бүх тохиолдолд хатуу үлдэгдлийн гарц буурч харин шингэн ба хийн бүтээгдэхүүний гарц нэмэгдэж байгаа зүй тогтол ажиглагдаж байгаа ба термолизын хамгийн чухал бүтээгдэхүүн болох шингэн бүтээгдэхүүний гарц хамгийн их байх халаалтын температур 450 оС болохыг тодорхойлов. Тухайлбал энэ температурт шингэн бүтээгдэхүүний гарц Нарийн сухайтын нүүрсний хувьд тетралинд-54.0%, декалинд-7.1%, давирхайнд-17.1%; Баянтээгийн нүүрсний хувьд тетралинд-48.1%, декалинд-7.1%, давирхайнд-8.3%; Хөөт (Дорнод)-ийн нүүрсний хувьд тетралинд-49,1%, декалинд-6.3%, давирхайнд-11.6%; Эрээний нүүрсний хувьд тетралинд-32.8%, декалинд-5.9%, давирхайнд-8.9% болохыг тогтоов. Термолизын орчноор нүүрсний пиролизын давирхай хэрэглэсэн тохиолдолд хатуу үлдэгдлийн гарц ихсэн байгаа нь давирхай өөрөө нүүрсжин полимержих процесст орсонтой холбоотой гэж үзэж байна.
Судалгаанд хамрагдсан Нарийн сухайт, Баянтээг, Эрээн, Хөөт ( Дорнод) 4 нүүрсний үнсэнд рентгенфлюоресценцийн дүнгээс үзэхэд эдгээр нүүрсний үнсэнд кварц (SiO2), ангидрид (CaSO4), акерманит [Ca2(Mg0.75Al0.25) (S4.75Al0.25)O7], албит [Na(S3Al)O8] зэрэг эрдсүүд хамгийн нийтлэг тодорхойлогдож байна.
14.Давирхайг уснаас нь салгасны дараа гексан, бензол, дихлорметан зэрэг уусгачид уусах чанарыг нь силикагелээр цэнэглэсэн колонк ашиглан хроматографийн аргаар тодорхойлоход Нарийн сухайтын нүүрсний пиролизын давирхайн гександ уусдаг фракц-34.4 %, бензолд уусдаг-20.0 %, дихлорметанд уусдаг-9.3 %; Эрээний нүүрсний пиролизын давирхайнд гександ уусдаг фракц-0.1 %, бензолд уусдаг-40,0 %, дихлорметанд уусдаг-5.1 %; Баянтээгийн нүүрсний пиролизын давирхайнд гександ уусдаг фракц-7.3 %, бензолд уусдаг-30.6%, дихлорметанд уусдаг-14.1%; Дорнодын Хөөтийн нүүрсний пиролизын давирхайнд гександ уусдаг фракц-3.9 %, бензолд уусдаг-29.0 %, дихлорметанд уусдаг-16.0 % болохыг тус тус тодорхойлов.
15.Эдгээр 4 нүүрсний пиролизын давирхайн гексан, бензол ба дихлорметанд уусдаг фракц тус бүрийн химийн найрлагын нарийвчилсан бүрэлдэхүүнийг орчин үеийн өндөр мэдрэмжтэй GC/MS хроматомасс спектрийн аргаар тодорхойлов.
16.Судалгаанд хамрагдсан 4 ордын нүүрсний тетралины орчинд халуун уусгалтын туршилтаар гарган авсан шингэн бүтээгдэхүүнийг хлороформоор уусган фракцласан фракцийн хроматомасс спектрийн (GC/MS) анализын шинжилгээгээр Баянтээгийн нүүрсэнд 49, Хөөтийн нүүрсэнд 33, Эрээний нүүрсэнд 39, Нарийн сухайтын нүүрсэнд 42 органк нэгдлүүдийг тус тус таньж тодорхойлсон.