煤全组分分离工艺中溶剂循环优化研究

 摘要 为了研究煤全组分分离工艺中溶剂循环优化问题,采用新鲜NMP溶剂、精馏塔釜液NMP和减压蒸馏回收NMP溶剂分别与CS2按体积比1：1的比例配成混合溶剂,同时使用反萃取剂,对淮北童亭煤进行了温和条件下的萃取反萃取实验研究,分别制得了相应的萃余煤组分、精煤组分、沥青质组分和轻质组分四大族组分,对各族组分的产率和FTIR特征吸收峰进行了对比研究。结果表明：原煤经三种溶剂三级萃取后总产率以新鲜NMP溶剂>精馏塔釜液NMP>减压回收NMP溶剂;三种溶剂萃取所得同一族组分组成结构彼此相似,脂肪族成分主要富集于沥青质组分,含氢键缔合的-OH（或-NH）及酚类组分主要富集于精煤组分,而含芳香族结构的成分和矿物质则主要富集于萃余煤组分中。精馏塔釜液NMP可直接作为循环溶剂使用,当其中的轻质组分积累到一定量后,提取部分塔釜液由减压蒸馏除去其中的轻质组分后再循环,以此实现溶剂的循环优化利用。在此基础上提出了煤全组分分离工艺技术路线。     

褐煤制备无灰煤的工艺研究

为拓宽褐煤利用范围,以褐煤为原料,研究了无灰煤的制备工艺,考察了反应温度、溶剂种类、反应时间和固液比对萃取率和无灰煤灰分的影响。试验结果表明,以N-甲基吡咯烷酮(NMP)为溶剂,反应温度360℃、反应时间1 h、固液比4∶200的条件下,萃取率可达48.8%,无灰煤灰分为0.54%。通过红外光谱分析发现,反应过程发生非共价键断裂与氢键缔合,使得无灰煤性质优于褐煤,黏结性指数达到95.61。     

褐煤与塑料共混非液化中度加氢改性试验研究

为研究在非液化加氢反应条件下添加聚丙烯（塑料）对褐煤加氢的影响,进行了8MPa氢压、不同反应温度条件下褐煤加氢及褐煤与聚丙烯共混加氢试验,分析和测定了加氢煤的官能团、热解反应性和黏结性。结果表明,加氢反应使得褐煤结构发生了明显改变,煤结构中脂肪烃含量明显增多,其热解反应性显著提高,300和350oC加氢反应后,煤的黏结指数从0分别提高到9．47和14．44;相同加氢反应条件下,褐煤与聚丙烯共混加氢反应后煤的热解反应性、黏结性虽然比原煤好,但与未添加塑料的加氢煤相比,均有不同程度的降低,在非液化中度加氢反应条件下,聚丙烯的添加对褐煤通过加氢反应改善其黏结性带来不利影响。     

煤族组分有机元素组成研究

以烟煤为研究对象,使用CS2/NMP混合溶剂和反萃取剂,将徐州夹河气煤、河南平顶山肥煤和山西介休焦煤在常温常压下分离为萃余煤组分、沥青质组分、精煤组分和轻质组分四大族组分,对各族组分的产率和有机元素组成进行了对比研究.     

褐煤非液化中度催化加氢增黏改性的试验研究

以元宝山褐煤为研究对象,选用硫酸亚铁作为催化剂,对褐煤进行了非液化中度加氢和催化加氢以及与塑料共混催化加氢增黏改性的试验研究,分析和测定了加氢煤的官能团、热解反应性和黏结性。结果表明,褐煤在反应温度为350℃和10MPa的氢压下加氢和催化加氢反应8h后,煤的结构发生了显著变化,煤中脂肪结构显著增多,热解反应性明显提高,煤的黏结性得到显著提高和改善,催化加氢煤的黏结指数从0提高到18.97。在350℃褐煤在催化加氢过程中,聚丙烯的添加弱化了对煤的加氢增黏效果。反应温度为400℃时,催化加氢对煤黏结性的提高影响很小,适宜的加氢反应温度能够使褐煤加氢获得较高的黏结性。     

萃取条件对制备煤系针状焦原料的影响

以煤焦油沥青为原料,采用一次溶剂萃取静置沉降的办法,制得2~4环芳烃为主的精制沥青,考察了烷烃含量和溶剂溶质比等条件对萃取效果的影响,并用精制沥青热聚合制备针状焦。结果表明,随着烷烃含量的升高,萃取液粘度变低,精制沥青的收率变小;精制沥青收率随溶剂溶质比的增大而增加,萃取液的黏度随着溶剂溶质比的增大而减小;温度升高,沥青的溶解度先增大后变缓。综合考虑适宜的操作条件为:当烷烃含量为5%~10%、溶剂溶质比为2∶1、沉降时间为6h以及沉降温度为60℃时,将所得精制沥青热聚合制备针状焦,微观结构良好,具有广泛的纤维状结构。     

华北石炭二叠纪肥煤梯度密度分选产物的黏结特性实验研究

针对我国炼焦精煤生产中焦煤和肥煤产量的比例不足以及炼焦煤的煤质有下降趋势,基于炼焦煤的黏结特性与分选密度密切相关,利用梯度密度分选实验对华北某石炭二叠纪肥煤黏结特性与分选密度之间的关系进行研究,以期为肥煤用作炼焦配煤提供数据支撑。结果发现:经减灰后浮煤的镜质组含量比原煤明显富集,导致浮煤的挥发分产率比其原煤增高1.30%,浮煤的黏结指数(G R.I)比原煤高20个单位;该煤黏结性指标均以-1.28 g/cm 3级浮煤的最高,其奥阿膨胀度(b)达243.3%,G R.I值为99.6;软化温度、膨胀温度和固化温度随密度级的变化不明显,但温差(ΔT)越大则表明其黏结性越好,ΔT随分离密度级的增加而降低。黏结指数和b值随浮沉密度级(L)升高基本呈线性降低的趋势,G R.I=144.14-35.14 L,b=1716.6-1152.14 L。     

新疆艾丁褐煤直接液化反应动力学

为研究褐煤直接液化反应动力学,在100 m L微型高压釜中,对艾丁褐煤进行等温加氢液化实验研究,建立了褐煤直接液化反应的动力学模型,并通过Origin软件回归出各反应速率常数及相应的活化能和指前因子。结果表明,煤中的反应组分生成各产物的反应速率顺序为:非酚油沥青质酚气体;反应组分M1主要生成非酚油和沥青质,是直接转化成非酚油和酚的主要来源,沥青质向非酚油的转化是非酚油产率增加的速率控制步骤,沥青质向酚的转化速率是酚产率增加的速率控制步骤,实行分级加氢液化更有利于控制和提高非酚油和酚的产率;褐煤中仅生成CO2的组分M2在一定温度条件下,短时间即可转化为CO2,并转化完全;液化反应中反应组分(M1)向气体(Gas)转化,以及沥青质(PAA)向酚(Phe)转化过程对温度较敏感。     

低变质烟煤加氢增塑过程中岩相特征变化试验研究

运用高压釜反应器和偏光显微镜,研究了低变质烟煤增塑过程中岩相特征变化,分析了影响增塑煤黏结性的主要因素.结果表明：在反应温度达到330 ℃之前,煤的黏结性基本上没有发生变化,镜质组反射率随温度上升略有升高;反应温度达到350 ℃后,煤的黏结性显著增强,同时增塑煤煤岩特征发生了显著变化,微镜惰煤是增塑煤中主要的显微煤岩类型.煤粒在热解、溶胀、催化剂、加氢、新组分形成的综合作用下发生结构变化和颗粒间融并,是导致煤黏结性增强和岩相特征变化的主要原因.350 ℃下增塑煤的黏结性主要来自于新生可溶组分,由煤结构变化引起的黏结性增加需要更高的反应温度.     

宝清褐煤蜡树脂物化学组成研究

褐煤蜡树脂是褐煤蜡的一种伴生组分,对褐煤蜡产品质量和后续利用影响较大。为了研究不同溶剂对提取的树脂组分是否有影响,本文采用溶剂萃取法分离树脂组分,将宝清褐煤蜡分别用甲苯、乙醇、NICE绿色萃取剂3种不同溶剂分离出树脂组分,利用全段GC-MS分析和红外光谱分析研究树脂的化学组成,同时分析其物理性能指标。研究结果表明,3种不同溶剂树脂提取物化学成分组成非常接近,仅在部分化合物含量上略有差异,主要是由C18-C30的烷烃、酮类、醇类、酯类、烯烃、醛类及醚类等物质组成。甲苯提取物含较多烷烃类物质,乙醇提取物含较多酯类物质,NICE绿色萃取剂提取物含较多醇类和酮类物质。     

黏结性烟煤氧化破黏及热贯通特性

为了探索黏结性烟煤在地下气化通道贯通过程中热贯通特性,采用空气预热氧化的方法,研究并获得了温度、流量、时间3个因素对烟煤黏结指数的影响规律,以及低温氧化破黏前后烟煤燃烧贯通特性。实验表明,随着氧化温度的升高、空气流速的增大、破黏时间的延长,烟煤黏结性都显著下降,最适合的破黏温度为140～180 ℃;破黏后煤样燃烧的初始引发温度降低,2 920 min破黏后的煤样与原煤相比,初始引发温度降低了28 ℃;破黏处理后的煤样燃烧扩展速率提高了20%,燃烧贯通时间缩短;因此破黏后有利于黏结性烟煤地下气化通道的形成和扩展。     

GC/MS分析灵武萃取残渣加氢热解反应产物的化学组成

以环己烷为溶剂,在5MPa氢气初压、300℃下对灵武萃取残渣进行热解,并利用气相色谱/质谱联用(GC/MS)技术对热解产物进行分析。在灵武萃取残渣加氢热解反应混合物中检测到45种化合物,可以分类为酚类化合物、脂肪烃、芳烃、酯类化合物和含杂原子化合物。脂肪烃和酯类化合物的相对含量较高,酯类中以邻苯二甲酸酯系为主,烷烃碳原子数分布在C12～C25范围内;芳烃均为2～3环的烷基取代芳烃;检测到两种生物标记物,三辛酸甘油酯和角鲨烯,其中角鲨烯是灵武萃取残渣加氢热解反应混合物中相对含量最高的化合物。     

超临界甲醇对褐煤液化预处理的试验研究

利用高温高压装置研究了超临界甲醇对锡林浩特褐煤的处理过程,考察了温度、压力、催化剂及脱灰处理等因素对褐煤处理效果的影响,同时通过对萃取物和萃余残煤分别进行红外光谱表征和化学分析,探讨了处理过程中褐煤含氧官能团的脱除规律.结果表明,以NaOH为催化剂,反应压力9.0MPa,温度310℃,即达到甲醇的超临界状态时,煤的平均萃取率可达22.47％,此时停留时间为60min为宜,溶煤质量比约为5∶1;在温度300C、压力8.5 MPa以上,煤中的羧基和酚羟基基本脱除完全,而羰基的脱除率为10.74％;当温度达到330℃时,羰基的脱除率最高,为32.28％.     

溶剂和水分对液化油煤浆流变性质的影响

在常压和30～70 ℃的常温条件下研究了制浆溶剂和原料煤水分对煤浆流变特性的影响,发现溶剂的性质是影响油煤浆流变特性的主要内在因素.在研究的温度范围内,2种溶剂本身均为牛顿流体,而用它们配置的煤浆体系在较低浓度（30%）和较高温度（70 ℃）下为牛顿流体,其它条件下则表现为不同类型的非牛顿流体;2种溶剂的煤浆体系偏离牛顿流体的程度均随浓度增大和温度降低而增大,而起始溶剂PHO配制煤浆的黏度、触变性和偏离牛顿流体的程度均高于循环油REC煤浆体系.原料煤含水量对煤浆流变特性有一定的影响,且较低温度下水分的影响比较高温度下更为明显;煤中水分越少,煤浆体系偏离牛顿流体程度越大.     

煤液化残渣固体热载体法热解实验研究

对煤加氢液化残渣基本物性进行了考察,针对其加热易软化熔融、强黏结性等特性带来的进料困难、热解黏结以及粉尘与热解油气难以分离等问题,构建了集固体热载体快速热解和移动颗粒层除尘为一体的双循环反应系统,探讨了利用该系统连续热解残渣提油的可行性。结果表明,残渣可萃取物占残渣1/2以上,其含有的高分子量有机物使其具有强黏结性。通过配入一定比例惰性物料,可以有效地降低残渣的黏结性。采用螺旋进料器与文丘里进料器组合进料,并配合双层导管冷却的方式可以实现残渣连续顺畅地进料。固体热载体双循环反应系统残渣热解实验表明,采用石英砂掺混进料、流化床快速热解和移动颗粒层过滤除尘技术,可从残渣中高效提取清洁的热解油。热解温度为500 ℃,流化操作气速比U0/Umf为2.8,石英砂-残渣掺混比为4∶1时,热解油产率达23%,是铝甑值的2.1倍。     

中低温煤焦油化学组成及结构的分子水平表征

以内蒙褐煤提质装置生产的中低温煤焦油为原料,研究建立了中低温煤焦油自身结构-组成-性质的分子水平表征方法,从宏观水平描述了中低温煤焦油的物理化学性质,在分子层次上详细研究了中低温煤焦油及其不同馏程、不同性质亚组分的化学组成。首先将中低温煤焦油全馏分进行实沸点蒸馏分离为16个窄馏分并进行性质分析,其次对180℃重质馏分通过酸碱萃取分离出酸性组分、碱性组分和中性组分,并且中性组分在萃取色谱装置上分离获取6个特征亚组分;利用GC/MS分析了其全馏分、窄馏分及各亚组分的分子结构特征。结果表明,该煤焦油全馏分的水含量为28%,20℃时密度1 003.7 kg/m~3,氧含量为7.4%,180℃馏分含量为14.24%,360℃馏分含量为63.4%,属一种典型的中低温煤焦油。中低温煤焦油的180℃轻质馏分的分子组成以苯、甲苯和二甲苯为主,含有部分小分子烷烃和烯烃。在 180℃重质馏分中,其酸性组分占27.6%,碱性组分占2.46%,中性组分占69.94%。中性组分中饱和分为33.60%,芳香分为38.70%,胶质占为25.10%,沥青质为2.60%。且中间馏分和重质馏分中含有大量酚类化合物,其分子结构类型以芳烃为主,同时存在长链正构烷烃。中低温煤焦油中含有大量含氧化合物,主要是酚类化合物,以烷基苯酚类为主,在160～280℃相对丰度较高,少部分以酮类化合物存在。     

不同变质程度煤燃烧阶段链烃生成规律

为研究封闭火区内不同煤种生成气体组分及变化规律,选取平庄矿褐煤、王营矿气煤、朱仙庄矿焦煤和马堡矿瘦煤为试验煤样,通过热重确定了煤燃烧阶段的温度范围。采用双管电炉自制程序升温燃烧试验对4种不同变质程度的煤进行燃烧,对生成的链烃初现温度、体积分数及氧浓度变化规律进行了分析。研究结果表明:褐煤、气煤、焦煤和瘦煤燃烧阶段温度分别为247~433,279~542,313~574和333~618℃;煤变质程度越高,则其生成链烃气体的体积分数越小且耗氧量越大。当发生火灾事故且封闭火区后,可以综合考虑煤变质程度与火区监测的链烃生成量等因素,并根据链烃气体与温度的变化规律判定封闭火区火势发展状况,为进一步开展灭火奠定基础。