«...Начавшийся под воздействием науки и ее открытии переворот в развитии производительных сил будет все более значительным, и глубоким»
Из доклада товарища Л. И. БРЕЖНЕВА на XXIV съезде КПСС.
Член-корреспондент АН Эстонской ССР О. КИРРЕТ, директор Института химии АН ЭССР, и доктор технических наук, профессор М. ГУБЕРГРИЦ [г. Таллин).
Об этих научно-исследовательских работах, проводимых Институтом химии АН ЭССР, рассказывают директор института О. Киррет, и профессор института М. Губергриц.
Одной из важнейших проблем химии биологически активных веществ является их синтез. В настоящее время в народном хозяйстве потребность в этих веществах, особенно в витаминах «А», «Е», «К», резко повысилась. Эту потребность не в состоянии покрыть производство, базирующееся на натуральном сырье, поэтому значение синтеза таких веществ трудно переоценить. На опытно-технической базе АН ЭССР создана установка, позволяющая получать такие вещества, как цитраль, терпинол, витамины «А», «Е», «К» Промышленное внедрение нового метода синтеза позволит в ближайшие годы полностью удовлетворить потребность народного хозяйства в названных дефицитных веществах. Весьма перспективные результаты обещают дать также разработанные эстонскими химиками методы получения реактивов высокой чистоты, и эталонных веществ.
Над вопросами математического обеспечения электронных вычислительных машин эстонские ученые начали работать недавно, но достигнутые результаты уже заслуживают внимания. Прежде всего надо отметить разработку системы автоматического программирования с процедурной ориентацией МАЛГОЛ. Для обработки строчной информации, встречающейся в основном в задачах переработки данных при планировании, и управлении, создана специальная система автоматического программирования ВЕЛГОЛ.
Ощутимые для практики результаты имеются по оптимальному управлению непрерывными нестационарными процессами химической технологии, в частности в производстве формальдегида с серебристым катализатором. Из-за старения катализатора, свойства которого заранее недостаточно известны, неясна также длительность одного производственного цикла. Используя опыт, и постоянно накапливая данные о ходе процесса, а также применяя уравнения кинетики, система управления вырабатывает сигналы управления при помощи комплекса алгоритмов на ЭВМ. В настоящее время растет сеть производств, где применяется эта эффективная система.
Работа представителей общественных наук связана с практическими задачами социалистического строительства. Учеными Эстонии разработана схема перспективного развития производительных сил ЭССР на период до 1980 года. В настоящее время составляется прогноз рационального использования природных, материальных, и трудовых ресурсов республики на период до 2000 года.
На основе исследований и опытно-промышленных работ, проведенных Институтом химии Академии наук ЭССР совместно с Энергетическим институтом имени Г. М. Кржижановского, и работниками сланцехимической промышленности, в текущем пятилетии будет построен первый в нашей стране энерготехнологический комплекс на твердом топливе - прибалтийском горючем сланце.
За создание современной теории деструкции прибалтийского сланца группа сотрудников Института химии АН ЭССР удостоена премии Советской Эстонии. Горючие сланцы по своему происхождению, химическому составу и свойствам занимают особое место среди природных горючих ископаемых. Как показывают исследования, мировые запасы органического вещества, заключенного в горючих сланцах, значительно превосходят ресурсы его в составе всех прочих горючих ископаемых.
Запасы сланцев в Советском Союзе составляют примерно четвертую часть мировых ресурсов. Наиболее крупные месторождения находятся в Прибалтике, Поволжье, Оренбургской области, на Украине, в Казахстане, и в Сибири.
По возрасту горючие сланцы, пожалуй, самые древние из твердых горючих ископаемых. Образовались они из отложений на дне теплых и неглубоких морей, заливов, лагун. Эти отложения - погибшая морская флора, и фауна, продукты жизнедеятельности морских организмов - претерпели целый ряд превращений, которые проходили в насыщенной воздухом воде и всегда при невысоких температуре, и давлении. В таких условиях органическое вещество отложений не обугливалось, но составляющие его белки, жиры и углеводы подвергались мягкому окислению, и разложению. Конечный продукт всех превращений - органическое вещество кероген - представляет собой своеобразный природный полимер.
Условия и продолжительность формирования керогена, и минеральной части сланцев для разных месторождений различны, поэтому различны и некоторые свойства сланцев. Общее между ними то, что в органической массе их содержится много кислорода, что она практически не растворяется в органических жидкостях и нетермостойка. Это отличает сланцы от других горючих ископаемых.
В недрах Прибалтийского сланцевого бассейна находятся отложения двух видов горючих сланцев диктионемового, содержащего 12 - 20 процентов керогена, и кукерсита, в котором органическое вещество составляет 28 - 55 процентов. При нагревании кукерсита без доступа воздуха при температуре около 300° наступает разложение сланца с активным выделением воды, окислов углерода, и сероводорода. При температуре около 390° сланец размягчается и становится пластичным, но при дальнейшем повышении температуры это свойство исчезает. Процесс разложения полностью завершается при сравнительно низкой температуре - около 520°.
Общий выход летучих веществ при такой обработке (полукоксовании) кукерсита весьма велик до 85 процентов к весу керогена. Доля смолы в этих летучих веществах достигает 80 процентов. В смоле, и газах содержится большое количество фенолов, парафиновых, нафтеновых, олефиновых и ароматических углеводородов, а также, и других соединений, представляющих ценность для химической промышленности. Как видно, сланцы и сланцепродукты целесообразно использовать не столько в качестве топлива, сколько в качестве химического сырья.
Сейчас в Институте химии АН ЭССР ведутся большие работы по изучению сланцев. Мы остановимся на трех направлениях в этих работах. Одно из них - это синтез насыщенных двухосновных (дикарбоновых) кислот из керогена кукерсита.
Эксперименты показали, что в процессе окисления керогена в сравнительно мягких условиях получаются насыщенные двухосновные кислоты с различным числом атомов углерода в основной цепи молекулы. Из них наибольший интерес представляют кислоты с числом атомов углерода от четырех до десяти, так, как они являются весьма ценным сырьем для разных отраслей химической промышленности.
Дальнейшие работы показали, что на основе «сланцевых» дикарбоновых кислот можно синтезировать высококачественные, морозостойкие пластификаторы - вещества, которые позволяют резко улучшить потребительские качества целого ряда полимерных материалов, и пластических масс, можно синтезировать жесткие пенополимерные материалы, полиамиды и полиуретаны - исходные материалы для получения синтетических волокон.
«Сланцевые» дикарбоновые кислоты, как показали испытания, в ряде случаев могут вполне эффективно заменить дорогостоящие адипиновую, и себациновую кислоты, применяемые в химической промышленности для получения высокомолекулярных соединений, пластификаторов, смазочных масел специального назначения и для других целей. Из перекристаллизованной смеси этих кислот можно получить полноценные полиамиды, отвечающие современным требованиям к подобным материалам.
В плане развития сланцеперерабатывающей промышленности в 1973 - 1975 годах предусмотрено проектирование в Эстонском сланцевом бассейне опытно-промышленного цеха по синтезу дикарбоновых кислот. В процессе окисления керогена возникают побочные продукты - так называемые полифункциональные кислоты. Сейчас ведется тщательное изучение состава, и строения этих кислот.
Надо заметить, что на основе полифункциональных кислот разработан способ изготовления препарата СРВ – сланцевого ростового вещества. Биологические, цитогенетические, агрохимические, и токсикологические испытания, проведенные в специализированных институтах, позволили рекомендовать это вещество для использования в сельском хозяйстве с целью повышения урожайности ряда сельскохозяйственных культур. Особенно эффективно СРВ увеличивает первые сборы томатов - почти в три раза.
Второе направление работ в изучении сланцев - это создание, и внедрение новых методов термической переработки сланца. Совместно с Энергетическим институтом имени Г. М. Кржижановского в Москве, НИИсланцев, и сланцехимическим комбинатом «Кивиыли» разработан, испытан, и подготовлен к промышленному внедрению метод переработки зернистого сланца. Сущность метода - в быстром нагреве зернистого сланца зольным остатком, который получается после дожигания собственного полукокса в специальной технологической топке.
Интенсивная переработка сланца позволяет, таким образом, получить большое количество этилена, пропилена, бутилена - хорошо известного сырья для синтеза полимеров, пластмасс, и ряда химикатов.
При дополнительном нагреве без доступа воздуха легкой фракции смолы, получаемой при полукоксовании, выход газообразного химического сырья удваивается, и появляется возможность получения легких ароматических углеводородов. Смесь средней, и тяжелой фракции смол - отличное топливо.
Качество продукции, и высокая мощность установок для переработки сланцев позволяют положить этот метод в основу энерготехнологического комбинирования, идея которого была выдвинута в свое время Г. М. Кржижановским, а именно углеводородное сырье, получаемое при переработке, направляется на предприятия химической промышленности, а топливо - на крупные теплоэлектростанции.
Условия эксплуатации электростанций при переходе их на облагороженное газовое, и мазутное топливо резко улучшаются по сравнению с тем, когда сжигается многозольный сланец. Как показывают технико-экономические расчеты, все расходы на организацию термической переработки сланцев полностью окупаются.
В настоящее время на основе полученных данных завершается разработка проекта первого в нашей стране энерготехнологического комплекса, который позволит только сократить попадание в атмосферу зольно-сажевых выбросов, и сернистых газов. Естественно, что сократится их попадание в реки, и моря.
Третье направление работ - это создание нового звена в сланцевой промышленности синтез поверхностно-активных веществ, в частности моющих средств, на основе компонентов сланцевой смолы.
В получаемой при переработке сланцев смоле содержится много олефиновых углеводородов с числом атомов углерода в молекуле от семи до пятнадцати. Из этих соединений можно получать поверхностно-активные вещества, и моющие средства, которые поддаются биохимическому разложению при попадании в водоемы.
При использовании нефтяного сырья необходимый ассортимент олефинов удается получить лишь в итоге сложных операций, а применение фракций сланцевой смолы для этих целей существенно сокращает расходы.
Исследования в этой области были начаты с разработки способов очистки фракции с пределами кипения 150 - 250° от нестабильных компонентов. Дальнейшая обработка - ректификация - позволила получить фракцию, содержащую весьма высокое количество (60 процентов) олефиновых углеводородов. После взаимодействия с бензолом, и ряда других операций из фракции получаются так называемые алкиларил-сульфонаты - вещества, обладающие высокой моющей активностью. Эти вещества известны под названием сульфонол. Экспертиза показала, что сланцевый сульфонол удовлетворяет всем современным требованиям, предъявляемым к синтетическим моющим средствам, и, главное, не загрязняет природу. Он так же, как, и мыло, со временем разлагается.
В 1971 году на сланцехимическом комбинате «Кивиыли» был введен в эксплуатацию первый цех для промышленного синтеза сульфонола. Естественно, что в науке о сланцах есть еще белые пятна, но над их расшифровкой трудится большой коллектив института. Опыт, накопленный в этой области в ЭССР, может послужить основой для решения проблемы использования горючих сланцев в масштабе всей страны.
