山东金源气煤萃取后的族组成和化学组成研究

通过超声萃取的方法,采用苯、二硫化碳(CS2)和四氢呋喃(THF)三种溶剂对山东金源气煤的四种不同煤体结构煤(原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤)进行了分级萃取,结合元素分析、工业分析以及柱层析法,对煤样的化学组成和族组成进行了测试.结果表明,随着变质程度的增加,溶剂萃取率有增大的趋势;溶剂萃取作用下,C元素和H元素含量增加,S元素和O元素含量减小,这种变化趋势主要是煤中主要元素相对含量变化的体现;随着煤体破坏程度增加,气煤萃取物中的总烃含量增大,非烃类含量减小,与无烟煤呈现相反的变化趋势;尽管煤体结构不同,但各煤样的不同溶剂萃取物的族组分相对含量均呈现一致性的对比关系.     

系列煤分级萃取物的族组成特征

采用不同溶剂对褐煤、焦煤、低变质程度的无烟煤以及较高变质程度的无烟煤等4个煤级煤样分级超声萃取，根据萃取物中的族组成含量的实际测定和分析发现：1）溶剂萃取率主要受控于煤级，实质上是煤的显微组分和小分子化合物的含量对萃取率的控制；2）随着煤化程度的提高，萃取物中烃类含量有增加的趋势，而沥青质＋非烃含量呈现减小的变化规律；3）不同溶剂的前两次萃取即可将煤中的绝大多数游离组分溶出，萃取的继续进行，以吸附态存在于微孔中和镶嵌于大分子网络结构中的组分的相对含量增加．     

煤的溶剂萃取研究进展(Ⅰ) 有机溶剂及其萃取机理

讨论了煤的溶剂萃取研究现状,主要介绍单一溶剂,如四氢呋喃(THF)、环己酮(CHO)及吡啶(Py)等;混合溶剂,主要是N-甲基吡咯烷酮(NMP)混合溶剂,如CS2/NMP和CHO/NMP等的萃取性能.介绍添加剂、煤岩组成以及辅助手段等对煤溶剂萃取的影响,辅助手段主要是超声辐射、电磁辐射以及化学处理等,它们或多或少改变萃取过程,一般可使萃取率提高.同时对单一溶剂萃取机理、混合溶剂萃取机理、添加剂增溶机理以及辅助手段增溶机理等进行了讨论.研究证明,煤的有机溶剂萃取受许多因素影响,其中改变溶剂或加入一定量添加剂可以在一定程度上改变煤的溶剂萃取性能,实验条件也是一个重要的影响因素,但煤本身的问题,诸如煤的结构、煤的组成、变质程度以及煤岩组成等也会对煤的溶剂萃取性能产生重要影响.     

不同体积分数THF萃取后焦煤的GC/MS和FTIR分析

以山西古交焦煤为实验用样,采用不同体积分数的四氢呋喃(THF)溶剂进行萃取,计算得到溶剂萃取率,并分别对萃取物的化合物组成和萃余物的主要官能团进行气相色谱-质谱联用(GC/MS)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析。结果表明:萃取率随着THF体积分数的增加呈现增大的趋势,随着萃取时间的增加和萃取温度的升高,分别呈现倒"∽"波动和倒"V"型的变化趋势;焦煤的THF萃取物主要为脂肪烃、芳香烃和含杂原子有机化合物等,其中芳香烃相对含量最小,含杂原子有机化合物相对含量最大,且多为含氧化合物。进一步发现,随着THF体积分数的增加,萃取物的脂肪烃含量先增大后减小,而杂原子化合物含量呈现相反的变化规律,芳香烃则仅在THF纯溶剂萃取作用下能检测到。25℃萃取物中的酯类、醛类和羧酸类等含氧化合物较多,45℃萃取物中醇类化合物明显增多。此外,水溶剂的存在有利于醇类和酸类低分子化合物的溶出。从焦煤及其各萃余物中的官能团分布来看,100%THF萃余物中脂肪烃含量最高,富氢指数I_1达到3.24;脂肪链结构参数I_4随THF体积分数的增大呈先增大后减小的趋势,且在100%THF萃取时最小,为2.59;相比于芳香结构的化合物,脂肪族化合物相对溶出更多,是萃余物芳构化程度I_2计算值增大的原因。而受杂原子化合物中含氧低分子化合物溶出影响,萃余煤含氧指数I_3在不同体积分数的THF萃取后表现出先增大再减小的特征。研究认为,尽管萃取过程中水不占据主导地位,但在一定程度上会影响THF溶剂的萃取化合物类型及抑制其萃取能力。     

煤的溶剂萃取研究进展（I）有机溶剂及其萃取机理

讨论了煤的溶剂萃取研究现状，主要介绍单一溶剂，如四氢呋喃（THF）、环已酮（CHO）及吡啶（Py)等；混合溶剂，主要是N－甲基吡咯烷酮（NMP）混合溶剂，如CS2／NMP和CHO／NMP等的萃取性能，介绍添加剂、煤岩组成以及辅助手段等对煤溶剂萃取的影响，辅助手段主要是超声辐射、电磁辐射以及化学处理等，它们或多或少改变萃取过程，一般可使萃取率提高，同时对单一溶剂萃取机理、混合溶剂萃取机理、添加剂增溶机理以及辅助手段增溶机理等进行了讨论。研究证明，煤的有机溶剂萃取受许多因素影响，其中改变溶剂或加入一定量添加剂可以在一定程度上改变煤的溶剂萃取性能，实验条件也是一个重要的影响因素，但煤本身的问题，诸如煤的结构、煤的组成、实质程度以及煤岩组成等也会对煤的溶剂萃取性能产生重要影响。     

云南褐煤溶剂萃取研究

用索式抽提的方法,研究了褐煤在四氢呋喃(THF)、正己烷和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)三种溶剂中和不同萃取时间下的萃取率,同时对褐煤在加入不同添加剂和经酸碱处理后的萃取率进行了研究。结果表明,褐煤在DMF溶剂中具有较高的萃取率,延长萃取时间、加入添加剂和酸碱处理都能提高煤样的萃取率。同时,采用正己烷、THF和DMF溶剂进行分级萃取的方法,利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)为分析测试技术,对原煤、不同溶剂萃取物和残煤的组成和结构进行对比分析。结果表明,采用分级萃取可实现煤中有机成分的初步分离,煤样的有机物质包含饱和酯、长链烷烃、芳烃、醇和酚类物质。     

不同溶剂抽提下高阶煤的化学组成和结构变化

以山西长治霍尔辛赫矿贫煤为研究对象,对煤样分别进行了不同溶剂的抽提,并借助柱层析法和X射线衍射技术(XRD)对抽提物和抽余物进行了测试分析.结果表明:高阶煤进行溶剂抽提后,THF对煤样的抽提率最高,其次是CS2、丙酮和乙醇,苯的抽提率最低;除CS2抽提物中非烃类含量高于总烃含量外,其余溶剂的抽提物均表现为总烃含量大于非烃类含量,同时,随着抽提效果的增强,抽提物中非烃类化合物的质量分数逐渐增大;经溶剂抽提后抽余物的基本结构单元(BSU)的芳香层间距d002、堆砌度Lc和芳香层数N均表现出大于原煤微晶结构的规律,而延展度La在溶剂抽提后却呈现出小于原煤微晶结构延展度的特性.     

不同煤岩成分萃取后的表面张力变化

选取平顶山焦煤和霍尔辛赫贫煤作为研究对象,分别用四氢呋喃(THF)、二硫化碳(CS_2)、丙酮、醋酸(HAc)和正己烷等有机溶剂对煤样进行索氏萃取,借助于索氏萃取仪和接触角测量仪,对溶剂萃取前后煤样的萃取率、煤-水接触角及表面张力进行测试计算分析.结果表明:镜煤的萃取率最高,其次是亮煤和暗煤,相同的煤岩成分,用THF和CS_2作为溶剂的萃取率最大,用HAc和正己烷作为溶剂的萃取率较小,相比而言,焦煤萃取率显著大于贫煤萃取率;暗煤的煤-水接触角最大,其次为亮煤,镜煤的煤-水接触角最小,而表面张力呈现相反的对应关系;萃取后,不同煤岩成分的煤-水接触角的对应关系并没有明显的变化;THF和CS_2作为溶剂萃余物的接触角和表面张力的改变最为明显,而HAc和正己烷作为溶剂对煤表面的亲水基团萃取效果较弱,接触角与表面张力变化不显著.     

构造煤萃取物光谱特征与排烃层析效应

基于"相似相溶"原理,采用三氯甲烷溶剂萃取方法对不同煤级原生结构煤和共生构造煤进行超声-微波协同萃取,借助红外光谱、柱层析和色谱-质谱测试手段,对萃取物结构组成进行分析.研究表明:随煤级的增加,原生结构煤的萃取率全部小于共生构造煤,原生结构煤萃取率呈减少趋势,构造煤萃取率呈增加趋势,主要取决于演化过程中煤体结构的变化;萃取物呈阶段性、爆发性溶出,脂肪族类物质表现尤为明显,这与不同煤级煤中小分子的赋存形式有关;色谱-质谱测定与红外光谱分析预测结果基本一致,各煤级萃取物脂肪烃较多,芳香烃较少.从微观成烃理论和化学动力学原理对煤成烃成因进行探讨,用层析理论对烃类运移进行了描述.     

两种贵州煤苯-甲醇萃取物族组成分析与萃取动力学探讨

利用苯-甲醇混合溶剂对贵州月亮田和六枝2种煤样进行了索氏萃取,并用柱色谱对萃取物进行了族组分分离。利用GC／MS分析研究了萃取物的族组成,并对萃取动力学特征进行了探讨。实验结果表明:萃取过程阶段性明显,萃取物中烷烃和芳烃含量较高;六枝煤中含有多种含氮和含硫的杂环化合物。     

煤的CS2/NMP混合溶剂抽提研究进展

综述了 CS2 /NMP混合溶剂用于煤抽提的研究进展 ,着重介绍了煤阶、煤岩组分、添加物和各种辅助手段对抽提率的影响 ,并对添加物的增溶机理、混合溶剂的抽提机理、抽提动力学以及抽提物的表征等问题进行了讨论 ,指出高抽提率的溶剂抽提不仅对于煤结构的研究有着重要的意义 ,而且可望成为获取高附加值产品和煤净化的新途径     

神府煤石油醚萃取物组成及萃取过程分析

采用自行研制的萃取系统对神府煤进行了石油醚溶剂萃取,并结合GC/MS技术对萃取物进行了定性和定量分析,讨论了萃取物的化学组成及其萃取过程.结果显示,神府煤石油醚萃取物的GC/MS可测组分主要由脂肪烃、芳烃及含氧杂原子化合物组成,其中含氧化合物相对含量达到72%;各次循环萃取量经历了从低到高、再从高到低的过程;各分子化合物在溶剂中的溶解析出规律有较大差异.     

Prediction of Optimum Composition of the Mixed Solvent N-Methylpyrrolidone/Ethylene Glycol for the Extraction of Aromatics

Abstract

The optimum composition of mixed solvent which is usually determined experimentally is predicted by a method in which the minimum total energy required for extraction and subsequent solvent recovery by distillation is calculated. The method is demonstrated using N-methylpyrrolidone (NMP) and monoethylene glycol (EG) as mixed solvent for the extraction of benzene from a hexane/benzene mixture. UNIFAC method was used to predict liquid phase equilibria in extraction and liquid-vapor equilibria in distillation. To demonstrate the method flexibility, ethylene glycol was replaced by water as another alternative solvent, and the optimum composition of the new mixed solvent of NMP/water was predicted. However this particular mixed solvent required much higher energy than NMP/EG case.     

煤的化学族组成研究(Ⅱ)煤的可溶化体系的优化

煤的可溶化体系是煤化学族组成研究的前提和关键，通过从高抽提率、溶剂回收性、普遍适应性、快捷省时、方便准确等方面综合考察溶剂选择、溶剂组合方式、溶剂抽提方式等因素对煤可溶化的影响，提出了一套较为优化的可溶化体系，以满足煤化学族组成研究的需要．     

烟煤和褐煤分级萃取物的GC/MS分析

采用乙醇、丙酮、离子液体/N-甲基吡咯烷酮(ILs/NMP)和在微波辅助下ILs/NMP分别对宁夏双马烟煤(SM)、宁夏鸳鸯湖烟煤(YYH)、云南莲花塘褐煤(LHT)、内蒙古通辽褐煤(TL)进行分级萃取,依次得到了萃取物(E 1~E 4)和萃余煤(R 1~R 4)。利用气相色谱质谱联用(GC/MS)对E 1~E 4进行分析,傅立叶变换红外光谱(FT-IR)对R 1~R 4进行分析。结果表明:经乙醇、丙酮分级萃取之后,不同种类的亲水型离子液体对同一种煤的萃取率不同,亲水型离子液体与疏水型离子液体对同一种煤的萃取效果也不同,疏水型离子液体的萃取率更高。[Bmim]NTf 2/NMP的可检测化合物中发现酰胺类化合物,[Bmim]Cl/NMP的可检测化合物没有发现酰胺类化合物。分级萃取的萃余煤(R 1~R 4)中脂肪族化合物,芳香族化合物及含氮化合物的含量逐级减少,相应地,它们在萃取液中含量增大。微波辅助下,离子液体的加入可使煤中强键断裂,使萃取液中含氮化合物的种类明显增加。     

微波辅助萃取煤的实验研究

在微波辅助下,以神府煤为主要研究对象,四氢呋喃、丙酮、甲醇为溶剂,考察了萃取温度、时间、溶剂量及煤粒度对萃取率的影响,结果显示:使上述3种沸点接近的不同溶剂萃取率达到最佳值,所需要的萃取温度、溶剂量及煤粒度相差大;同时探讨了以四氢呋喃、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,对不同变质程度煤的微波辅助萃取效果,结果是变质程度相似的煤在相同萃取条件下萃取率不同。运用红外光谱现代分析技术,对神府脱灰煤和四氢呋喃抽提残煤的结构进行对比分析,结果表明萃取并没有破坏煤的大分子结构。     

苯、噻吩、N-甲基吡咯烷酮间汽液平衡的研究

介绍了利用汽液双平衡的小型平衡釜,在常压下测定苯、噻吩、N-甲基吡咯烷酮间三元体系的汽液平衡数据的实验。对此三元体系,分别用Wilson、NRTL、UNIQUAC模型对实测数据进行了关联,结果表明,3个模型均能较好地应用于此物系的汽液平衡的预测,其中Wilson方程关联结果最好。对苯/噻吩的相对挥发度与N-甲基吡咯烷酮浓度的关系曲线的分析表明,随着N-甲基吡咯烷酮浓度的增加,苯/噻吩之间的相对挥发度从1.15增加到1.35。实验结果表明,N-甲基吡咯烷酮是一种能改变苯、噻吩二元体系相对挥发度的良好萃取剂。     

回收NMP-CS2混合溶剂萃取原煤基本性状研究

以平顶山煤和徐州煤为原料,利用回收NMP与CS_2混合溶剂和反萃取剂将两种煤全组分分离成萃余煤组分、沥青质组分、精煤组分和轻质组分四大族组分,主要对比原煤及各族组分的真密度、工业分析与元素分析。结果表明,萃余煤组分真密度最大,分别为1.59和1.45,精煤组分与沥青质组分真密度低于原煤。轻质组分具有较多非共价键成键点,易与水分子形成氢键,水分含量最高,分别为6.09%和5.77%,而萃余煤组分水分含量最低,分别为0.96%和0.63%。沥青质组分接近无灰。挥发分含量以轻质组分沥青质组分精煤组分原煤萃余煤组分顺序降低。C元素含量以精煤组分与沥青质组分相对较高,萃余煤组分C元素含量较两者偏低,分别为80.91%和80.65%。轻质组分中N、O和S元素含量较高,C元素含量最低。