Tööstuskeemia labor

Nimetus
Põlevkivikeemia uurimisrühm (kuni 2022)
Industrial chemistry laboratory
Oil shale chemistry research group (until 2022)
Uurimisrühma juht
Võtmesõna
keemiatehnoloogia
läbivooluprotsessid
jääkmaterjalide väärindamine
dikarboksüülhapped ja nende derivaadid
oksüdatsioon
methods of oxidation of oil shaleand kerogen for the conversion of dicarboxylicacid derivatives
Ülevaade
Tööstuskeemia labori peamiseks ülesandeks on lahendada tööstusettevõtete keemia- ja keemiatehnoloogilisi probleeme. Uurimisrühma kuuluvad nii keemikud kui ka insenerid, kes otsivad teaduspõhiseid lahendusi keemiatehnoloogia probleemidele, millega kohalikud ettevõtted silmitsi seisavad. Suurt rõhku pannakse põlevkivi alternatiivsete kasutusviiside uurimisele, näiteks selle kasutamisele peenkeemiatoodete toorainena, ja erinevate tööstusjääkide ringlussevõtule. Uurimistöö sisaldab nii väikese mastaabiga laborikatseid kui ka kilogrammiskaalas pilootseadme ehitamist ning tööstusliku pilootseadme kavandamist. Selle tulemusena on loodud ainulaadne reaktorsüsteem ning saadavate produktide eraldamise ja analüüsimise võimekus. Loodud seadmestik võimaldab läbi viia ja testida ka teisi keemilisi muundamisprotsesse voolus kõrgetel rõhkudel ja temperatuuridel ning arendada jätkusuutlikke lahendusi erinevatele keerulistele probleemidele. Labori senised põhisuunad on seotud põlevkivi, selles sisalduva orgaanilise materjali ja põlevkivi tuha uurimisega.
The research is carried out in the framework of the project “Technological Platform for Processing Oil Shale Kerogen into Dicarboxylic Acids”(Smart Specialization Program, contract LLKEE20030, KEROX II) in order to develop a continuous-flow process and initial conditions were studied for that perquisites to introduce the technology to practice. KEROX II project develops further the initial technological platform from KEROX I (Smart specialization programme,contract LEP17009, KEROX I, 2017–2019).It was shown that the oxidation of kerogen to water-soluble organic compounds can be directly used or upgraded to value-added products and should be considered as an alternative direction for improving the oil shale industry. A direct dependence of kerogen transformation on the oxidant amount at different oil shale concentrations was observed. Oil shale with the highest degree of kerogen induced the decomposition of DCAs the most. It was also shown that the amount of DCAs in the mixture of dissolved organics can be doubled by additional oxidation with nitric acid.The application of a semi-continuous process using a trickle-bed reactor did not improve the yield of dissolved organics and the method was considered unsuitable for kerogen dissolution.The results to achieve a continuous-flow process revealed the sulphuric acid can be used for pre-treatment of the raw material and as an additive to the oxidation process. The results are presented in Estonian Patent Application (Lopp,M.; Kaldas, K.; Preegel, G.; Muldma, K.; Niidu,A. Põlevkivi kerogeeni oksüdeeriva lahustamise meetod. Est. Pat. Appl. (2021), EE 2019000020A 20210215).
Tähtsamad tulemused
2022. aastal viidi läbi Eesti põlevkivi HNO3-ga oksüdeerimine 120 oC juures, uuriti oksüdeerimise kineetikat ja tahke faasi käitumist ekstraheerimisel. Näidati, et 94% algses aines sisalduvast süsinikust saab ekstraheerida 3 tunniga ja 96% pärast 24 tunni kestnud reaktsiooni. Näidati, et suurem osa kaltsiidist eemaldati reaktsiooni esimese tunni jooksul isegi 80 oC juures ning jääk koosnes valdavalt ränipõhistest mineraalidest – kvartidest, päevakivist, illiidist. Protsessi käigus toimunud eripinna muutused ja sellega seotud muutused osakeste suurusjaotuses olid selgelt korrelatsioonis ekstraheerimise kineetikaga, mida saab kasutada vahendina edasiste protsessi arendamise etappide planeerimisel. Tulemused näitavad selgelt, et eesti põlevkivi oksüdatiivsel leotamisel on protsessi optimeerimisega võimalik saada kõrgeid saagiseid, mis võimaldab kasutada seda väärtuslikku toorainet kõrgema lisandväärtusega keemiatootmiseks võrreldes energiatootmisega, mis on selle praegune peamine kasutusala.