Производство углещелочных реагентов и гуминовых стимуляторов роста растений Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 622.332/54 М.В. Шумейко

ПРОИЗВОДСТВО УГЛЕЩЕЛОЧНЫХ РЕАГЕНТОВ И ГУМИНОВЫХ СТИМУЛЯТОРОВ РОСТА РАСТЕНИЙ

Описаны технологии производства углещелочных реагентов и области их применения, способы получения безбалластного гумата натрия из бурого угля либо торфа.

Углещелочные реагенты (УЩР)

В генезисе гумусовых углей определяющей является торфяная стадия. Важное значение в образовании торфов и почв имеет биосинтез гумино-вых веществ. По данным рентгеноструктурного анализа, многократно подтвержденным другими методами, гуминовые кислоты представляют собой молекулярные образования с конденсированным ароматическим ядром, в боковых звеньях которых содержатся карбоксильные группы. Обширная группа еще недостаточно изученных веществ органической массы углей, сходных по строению, молекулы которых содержат ароматическое ядро, была обобщена под названием «гуминовые вещества». Весьма сходны с ними по строению асфальтены, карбены и другие вещества, извлекаемые из угля органическими растворителями. Отличие заключается в природе функциональных групп.

Исследование состава, свойств и возможностей использования гумино-вых веществ, получаемых из бурых и окисленных в природных условиях каменных углей, позволило организовать небольшое по масштабам, но имеющее промышленное значение производство УЩР.

Экстрагированный бурый уголь подвергают пропарке для удаления остатков растворителя. Такой уголь используют в

качестве энергетического топлива. На Семеновском заводе горного воска (Украина) из него в основном получают УЩР.

Технология производства УЩР основана на способности слабых водных растворов щелочей извлекать из бурых углей гуминовые кислоты. В отличие от некоторых бурых углей, органическое вещество каменных углей практически не способно растворяться ни в воде, ни в нейтральных органических растворителях (за исключением смоляных включений) или реагировать со слабыми водными растворами щелочей и минеральных кислот.

При обработке бурых углей выход гуминовых кислот зависит от концентрации раствора щелочи, температуры и продолжительности обработки. Существенным фактором является качество обрабатываемых бурых углей - содержание в нем гуминовых веществ. Таким образом, речь идет уже не о растворах гуминовой органической части углей, а ее гидролитическом расщеплении щелочами, т. е. о деструкции под влиянием химически активных реагентов. В производстве УЩР наиболее эффективно используются молотые землистые угли Днепровского и Южно-Уральского бассейнов, содержание гуминовых веществ в которых достигает 40 %. Технология изготовления УЩР весьма простая, а сырьевая база практически не ограничена. На

Семеновском заводе горного воска (Украина) УЩР получают из экстракционного бурого угля путем смешивания его с 42 % - ным раствором каустической соды в соотношении 6 : 1 (в пересчете на сухое вещество). После охлаждения в бункере и выдерживания в затаренном виде (в мешках) в течение нескольких суток реагент отгружают потребителям. Подобное производство имеется еще на трех действующих предприятиях России, мощность каждого из которых составляет несколько десятков тысяч тонн.

Впервые УЩР были применены в нашей стране для обработки растворов, используемых в буровой технике, взамен карбоксилметилцеллюлозы и других дорогостоящих химических продуктов. При обработке УЩР глинистых промывочных жидкостей ускоряется прохождение скважин, предотвращаются отвалы и набухание пластов, уменьшается фильтрация жидкой фазы. В этом отношении УЩР обладают существенным преимуществом по сравнению с другими реагентами. Они способны в течение 30 мин. снизить водоотдачу промывочных жид-

С 3

костей до 5 см даже в условиях применения морской воды и малоколлоидных глин, которые в необработанном виде имеют водоотдачу свыше 30 см3. Благодаря этому УЩР широко применяют на морских промыслах.

Гуминовые стимуляторы роста растений

Важная характеристика бурых углей - наличие в их составе гуминовых веществ, прежде всего гумусовых кислот, содержание которых меняется в широких пределах (5-80 %) в зависимости от условий залегания углей и других факторов.

Основой скелета молекул гуминовых кислот является ароматическая система, содержащая в качестве заместителей гидроксильные (в основном, феноль-

ные), карбоксильные и метоксильные группы. Обнаружены также эфирные, сложноэфирные и альдегидные группы. Гуминовые кислоты представляют собой полидисперсные системы, которые в зависимости от рН можно разделить на ряд фракций с различными молекулярными массами (обычно 500-50000 ед.). Однако все фракции содержат практически одни и те же функциональные группы, что свидетельствует об общности их строения.

Водорастворимые гуминовые препараты, получаемые из углей, используют в сельском хозяйстве для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Использование гуматов в сельскохозяйственной практике во многом связано с биологической активностью препаратов, обусловленной наличием в них заметного количества карбоксильных, гидроксильных (фенольных) и хиноидной групп. Полученные экспериментальные данные (табл. 1) показали, что в большинстве случаев содержание активных функциональных групп, содержащихся в гуминовых кислотах, хорошо характеризует биологическую активность гуматов натрия.

Гуматы натрия - экологически чистые, безвредные биологические стимуляторы роста и развития растений. Гуматы натрия снижают действие ядовитых химических веществ на растения уменьшает накопление их в растительной массе, в плодах и овощах. Они увеличивают всхожесть семян и энергию прорастания, способствуют прививаемости росту и растения при пересадке, ускоряют рост и развитие растений.

Получение гуминовых стимуляторов роста растений из бурых углей заключается в их взаимодействии со щелочью. Однако технология изготовления УЩР, в настоящее время реализованная на Семеновском заводе горного воска и других мелких установках приводит к

Таблица 1 Таблща 2

Содержание активных функциональных групп Повышение урожайн°сти сельскохозяйствтных в гуминовых кислотах и биологическая активносИЫтмятМШйМДринх испытаниях безбалластных полученных из бурых углей (по В.В. Родэ) гумат°е натрии

Уголь

(бассейн,

месторождение,

разрез

Южно-Уральский Тюльганское Канско-Агинский Березовское Ирша-Бородинское Низаровское Дальний Восток Нижнее-Бикинский Лучегорский Павловский

Содержание минеральных компонентов в гумате натрия (за вычетом натрия, %)

1-3

0-3

1-3 0-2

4-7

1-4

2-3

Содержа/н*ЛЬКт«Внй1|йствениая рупп в іуміііікМІхІуРа_____

КОлщщый-эквнт

карбокс

ные

и. Ра

ку

3,7-7,2

3,0-3,2

4,0-

4,1-

3,3

4,1

получению так называемых балластных гуматов, содержащих до 70 % остаточного угля. По близкой схеме осуществляется производство торфяных гуматов, где также получают балластные препараты. Применение балластных гуматов создает трудности, связанные с засорением почвы, особенно в условиях защищенного грунта и с возможным самовозгоранием товарной продукции при хранении. Балластные препараты гуматов в ограниченном количестве выпускаются и зару-бежом - в Венгрии, Италии, США, Японии, главным образом, путем переработки торфов.

Наиболее перспективным является разработка новой технологии получения безбалластных гуммитов, применение которых устраняет отмеченные недостатки. В последние годы активно развиваются работы по получению безбалла-стных гуминовых стимуляторов роста растений из бурых углей для использования в сельском хозяйстве. В настоящее время разработаны основы технологии и освоена опытная установка (производительностью до 5 т гуматов в год) по получению безбалластных гуматов натрия.

ишфенолпуста курунзыа ена з

Коэм^ва^сре*

Ра: іс

Мн

М(

Ог

То

Пш

Гр

Прр

Го

хиноид-

еленунюыемасс

ог§л?-тние

рковь

ур27-3,0

ма'2,5-2,9

еница

чиЫг1,4

,с° ,4-1,6

ро>Ь-17

Подсолнечник

1.1-1,7

тра?ы-1,5 1,8-2,1 1,5-1,8 1,0-1,2

1.2-1,4 1,4-1,6

БиологиЧест УPожайности, кая аКтивноС-Гь^ контролю___

прирост массы

ра

тений, % 10,3-35,0

к Контролю 12,0-20

12.8-20,9

26.2-28,3

21.0-25,9

20.0-26,4

12.5-26,2

18.2-24,3

11.0-14,2

13.9-31,7

14.0-26,5

15.5-17,8 038-22,6

30-35

27-32

26-31

30-35

13-15

15-17

17-21

Закрытый грунт

Огурцы

Томаты

12.5-36,0

16.5-25,0

Получение чистых гуматов осуществляется по следующей схеме. Подсушенный измельченный уголь смешивается с водным раствором каустической соды (едкого натрия), смесь выдерживают с перемешиванием при заданной температуре и продолжительности, затем подают на разделение на твердую (не растворившийся остаточный уголь) и жидкую (щелочной раствор гуматов) фаз. Раствор гуматов поступает на сушку для получения твердых гуматов или, в случае применения стимуляторов роста растений вблизи места их производства, доводится до нужной кондиции и используется по своему прямому назначению. Твердый остаток является отходом производства и может быть идти на сжигание, а дистиллат от упаривания можно использовать для повторного приготовления раствора щелочи или его можно сбрасывать в канализацию.

Технология производства безблластно-го гумата натрия отработана в условиях опытной установки на Жилевской ОПОФ

(Московская область). В течение 10 лет гуматы (до 2 т/год) поставлялись и с успехом применялись более чем в 15 сельскохозяйственных предприятиях с использованием в открытом и закрытом грунтах (табл. 2).

Для организации промышленного производства разработан технический проект установки по получению 500 т сухого порошка гуматов из бурых углей в год. Выход гуматов зависит от свойств угля и колеблется в пределах 10-30 % в расчете на сухой беззольный уголь. Так, например, для получения 500 т гуматов в год потребуется 6410 т угля Тюльган-ского буроугольного бассейна или 2100 т угля Канско-Агинского бассейна.

Небольшие хозяйства используют также микробиологический способ производства безбалластного гумата натрия из бурого угля либо торфа. Его производят во многих местах России, однако про-

изводительность способа ограничена. Срок окупаемости ус-тановки в Жилево 78 месяцев. Годовой расход энер-

горесурсов: электроэнергия - 222 тыс. кВт/час; пар - 1500 Гкал; вода - 23 тыс. м3; численность обслуживающего персонала - 34 чел.

При микробиологическом способе производство гуматов ниже, но оно требует для круглогодового производства размещения установки, достаточно простой, в помещении.

Подобные установки можно сооружать во всех угольных бассейнах, располагающих запасами бурого угля (от Подмосковного до Южно-Якутс-кого) и успешно применять гуматы для повышения урожайности сельскохозяйственных культур на 15-25 % как в открытом, так и в закрытом нрунтах. В г. Сургуте гуматы производятся из местных торфов. ШИЗ

— Коротко об авторе ------------------------------------------------------------

Шумейко М.В. - кандидат экономических наук, директор представительства в странах СНГ компании «Continental contitech.

Рецензент д-р техн. наук, проф. Ю.А. Чернегов.

------------------------------------------------------ © М.В. Шумейко, 2008

УДК 622.332/54 М.В. Шумейко

РАЗРАБОТКИ ОАО «ТЕРМОКОКС» ПРИМЕНИТЕЛЬНО К РЯДУ ОТРАСЛЕЙ И ИХ СОЦИАЛЬНОЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

Выделены и охарактеризованы химические вещества, получаемые экстракцией из бурого угля, описаны возможные сферы их применения, приведены результаты техникоэкономического исследования производства угольных сорбентов из канско-ачинских углей.