煤的化学族组成与煤的热解初探

2011年第10期广东化工第38卷总第22www.gdchem.com77煤的化学族组成与煤的热解初探刘成坚(广州开发区环境监测站,广东广州510730)摘要煤的热解和煤的组成和结构关系密切,根据煤的化学族组成研究方法,将煤中有机物分为饱和分、芳香分,胶质、沥青质、碳青质应速度参数,综合各步研究进行反应集总就可以得到整个煤的热解模型。由于此模型建立在化学族组成的基础上,化学族组成是在从分子水平对煤进行认识和硏究,这样求得的煤热解模型机理淸晰、预測准确性高、具有普适性,与以往的模型有较大的不同。在当前煤热解研究中,此种方法是一个较好的研究思路[关键词煤:化学族组成;热解;集总模警6识码A图分类号TQ[文章编号]0071865(2011)10-007701The application of Coal Chemical Group compositionon the Pyrolysis of coalLiu Chengjian(Environmental Monitoring Station of Guangzhou Development Zone, Guangzhou 510730, ChinaAbstract: The pyrolysis of coal is closely related to the composition and structure of coal. On the basis of the coal chemical group composition, the coal isdivided into the following fractions: saturates, aromatics, colloid, asphaltene, carbines and carboids. Firstly by studying the pyrolysis characteristic of the singlefraction, the reaction kinetics of coal pyrolysis is got. Secondly, on the basis, the interaction among each fraction is studied, thus the reaction net can be constructed,the reaction velocity is got. Finally, by using the lumped method, the model of coal pyrolysis is got. Because the model is based on the chemical group composition,which is a way studying coal from the molecule level, this model of coal pyrolysis can provide clear reaction mechanism, more accurate prediction and more generalplication. This model is different from the former model very much. In the research of the coal pyrolysis, the method is a better thinking way.Keywords: coal媒是世界上可开采的化石燃料资源中重要的组成部分,其地2煤的化学族组成在煤热解研究方面的应用和天然气资源很少,因而开发替代分迫切的问题。认识煤的热解是指煤在隔绝空气或惰性气氛条件下持续加热至较到煤的巨大、直接和长期的潜力,因而值得大力开发新的或改高温度时,所发生的一系列物理变化和化学反应的复杂过程。煤的热解和煤的组成和结构关系密切,可通过热解研究阐明煤的分决的要愿首先是那些在解决目前煤安利用间越和发展高交洁结构此外煤的热解是一种人工发化过程:与天然成媒过程有都包括煤的热解过程,在某些情况下,煤的热解甚至可以决定加解过程中的化学反应是非常复杂的,包括煤中有机质的裂解,裂设计和工程放大,需要精确的动力学数据和产品收率数据,为了过程中的分解及化合,缩聚产物的进一步分解再缩聚等过程。充分发挥潜在优势,关键步骤的机理研究也很重要。要解决这些集总方法就是对于复杂的多组分体系,利用物理和化学的手条件下的他学反应反应行为“作为度的化学族组戏方法,首次的集总,类或假组分,进而研究这些集总、类或假组分的性质对煤进行分子水平的分族研究,它将对煤的热解过程研究起到很行之有效的方法。集总方法在重质油研究中普遍采用。根据煤的1煤化学族组成研究的基本思路化学族组成研究方法,利用溶剂化学极性的不同,将煤中有机物分为饱和分、芳香分,胶质、沥青质、碳青质和焦六组分,研究煤的可溶化技术是指在不破坏共价键的前提下,在特定温和条件下煤的高抽提率技术,它是从分子水平分离煤,进清分衔组分的化学结构组成及其在热场中的变化,阶段热其它物质(煤中其它物质、反应气氛、添加物、催化剂)的相互作和确定煤化学结构的关键。对煤的抽提率越高,抽提物越能较真实用及反应控制理谂,可以为煤的结构和煤的转化过程研究提供种新的方法研究煤热解动力学就可以在化学族组成的基础上通过集总方法等对煤的萃取率为30%左右,甚至更低,因此仅通过对由此所得萃进行研究。通常研究建立一个过程的动力学模型大致分为三步完成取物的分析难以说明煤的基本结构和组成。日本的饭野等在研究常第一步,把反应体系中所包含的数目众多的化合物按一定原温下烟煤的溶剂萃取的过程中发现的二硫化碳-N甲基-2-吡咯烷酮则进行集总分类,简化问题以利于模型处理。( CS-NMP)混和溶剂的溶煤效果特別显著,如在室温下,对某些烟煤第二步,确定反应网络,建立各集总组分的反应动力学方程可得到45%~78%的高萃取率。国内的魏贤勇、陈茺等也在这方面第三步,确定模型的动力学参数,进行模型检验煤中既含有多种无机矿物质,又含有分子量大小不等的有机物具体到煤的热解,即利用溶剂化学极性的不同,将煤中有机纯研充图单个组芬的热解,泼质举模组在此对煤中有机化合物按化学极性大小的不同进行化学组分分离,考基础上研究各族成分之间反应网络,求得反应察煤各组分化学组成及化学结构特征,以期得到煤内部结构与利速度参数,综合各步研究进行反应集总就可以得到整个煤的热解用性能的关系。模型。由于此模型建立在化学族组成的基础上,化学族组成是在按照一定的要求,利用溶剂化学极性的不同,将从分子水平对煤进行认识和研究,这样求得的煤热解模型机理清有机物分为饱和分、芳香分,胶质、沥青质、碳青质和焦等虚拟组晰、预测准确性高、具有普适性,与以往的模型有较大的不同。分,研究每一虚拟组分的化学结构组成及其在热场中的变化,阶段可以说将煤的研究提高到当然,由于煤的化学族组成提出时间不长,还有许多需要解的相互作用及反应控制理论,为煤的结构和煤的转化过程研究提供种新的方法。另外,根据需要可合并或细分,得到不同的族组成(下转第73页2011年第10期广东化工第38卷总第222期www.gdchem.com明氯仿是非常适合于穿透萃取工艺的一种溶剂。穿透萃取操作灵其能最大化的提取烟碱,使其变废为宝,创造经济价值。活、简便。可单柱运行,也可根据情况并联或串联运行,人为的控制萃取率参考文献1.3.4液膜萃取法〕薛小平,陈懿,王茂胜,等,烟碱的研究现状[安镦农业科学.2008液膜苯取的基本原理:由有机溶液浸泡的膜将池中酸碱液隔3610):4121-4122,4143溶液“碱液中的游离烟碱会溶于膜中的有机溶剂,升转移到酸相196302]韩芳然,唐桂林,用废烟草生产烟碱的工艺条件研究凹].现代化工中形成盐,成盐的烟碱溶在水相不能迁移回到碱相溶液,随萃取时间的延长,酸液中烟碱盐的浓度会不断增加,直到新的平衡3]胡海潮,孟春,李峰,等。废弃烟叶中烟碱与茄尼醇的提取与纯化门.福产品果N单乙模和的9复析分法入填购升及师高等科作表面活性剂,磺化煤油作溶剂,硫酸水溶液作内相试剂制成油包水型的乳状液膜,外相料液中的烟碱透过液膜进入内相[S]高莲珍,仲丽,用微型水蒸气蒸馏法提取烟碱的改进[门.昌吉学院学报与内相中的硫酸形成硫酸烟碱,富集在内然后采用高压2003(3):86-进行破乳。此法操作比较简单,得到的烟碱纯度高。郭志峰6卫青,刘维涓,蔡卿,等,烟碱蒸馏简易装置及实验条件研究[云南采用液膜萃取技术对本地产烟叶的烟碱进行了分析,膜载体使⑦康湛莹,张辉,姜文勇,等,高纯烟碱提取工艺研究化学工程师烷,十六烷和cHCl膜萃取后的样品经 GCPMS分析表明,滤8刘本法,向兴凯,二次萃取燕馏法从烟草中提取天然烟碱,精细化工,下,以CHCl3浸泡的膜载体的萃取效果比较女1998,15(1):55-561.3.5微波萃取法卬9]路绪旺,崔鹖,姚育翠,二次萃取蒸馏法提取废次烟叶中烟碱的硏究微波萃取技术是指利用微波加热来加速溶剂对固体样品中目.应用化学,2006(1):4850,53标萃取物的萃取过亚红等8以废次烟叶为原料,用正交实[10]Fischer M, Jefferies T M. Optimization of nicotion extraction from tobaco验法优化了烟叶中烟碱的微波提取工艺。确定了微波提取烟碱的using Supercritical fluid technology with dynamic extraction modeling]. JAgric Food Chen,1996,44:1258-1264最佳工艺辐射时间为5min,固液比为1:5,微波功率为600W王美兰等叫以废次烟叶为原料,对微波辅助提取的条件做了进「1门]超宇,赵辉,张镭,超临界CO2从烟草中提取天然烟碱[.化学工步优化。优化后的提取工艺条件为:pH3,微波处理时间8min程师,1998(5):51-52温度50℃,功率600W,料液比1:30。烟碱的提取率为90.8%[12]Rincon J, De Lucas A, Garcia M A, et al. Preliminary srudy on thesupercritical Carbon dioxideextraction of nicotine from tobacco刘雷等采用正交试验设计研究了烟碱提取的工艺条件,结果表 wastes]. SeParation Science And Technology.,199339:1411423比0:1谢长芹,宁井铭团以废次烟叶和烟末为原料研究了烟碱93年,伟,李桂伴,超界(革取废次烟叶中烟碱工艺优化门化提取技术,结果表明:微波浸提组合为浸没提功率40W、浸提时4廖卫华,日华冲,李晓蒙,超临界流体萃取烟草中天然烟碱门广东药学院学报,2002,18(2);8990为903%的烟碱产品提取率可达951%1.3.6超声波萃取方法匀5]吕建华,李永才·穿透萃取烟碱工艺[门,化学工程师,1997(4):50-5116]王献科,李玉萍,液膜法提取烟草中的尼古[信阳师范学院学报:超声波提取技术在天然产物提取中显示了巨大的优势,利用自然科学版,2001,14(4):450453超声波产生的强烈振动,空化效应、搅拌作用等可以加速植物有1刀郭志峰,王磊,李鹏亮,等,液膜萃取本地产烟叶中烟碱的研究门.分效成分进人溶剂,提高提取率,缩短提取时间,简化操作步骤析试验室,200910):88-91中的烟碱。结果表明:用水做提取介质,在固液比为1:5(gmL)8王亚红,王亚丽,曲小姝。废次烟叶中烟碱微波提取工艺研究[河0温度下超声提取30咄’用458单宁酸进行沉淀,烟碱的提19王美兰,曹栋,王帅微波辅助提取工艺在废次烟草烟碱提取中的应的超声波提取工艺,其最佳工艺为以乙醇作为提取溶剂,超声时刘雷,杨民峰,刘晋宏,等,微波和超声波在烟碱提取中的作用U.烟次烟叶提取烟碱进行了研究,实验结果表明,用乙醇作为提取剂,超声时间30min、超声频率20kHz、温度50℃、乙醇浓度[21]谢长芹,宁井铭.微波法提取烟碱的研究[,安徽农业科学,2006,50%、浸泡时间2h的条件下,提取液中烟碱含量为233mgmL34(22):6043,6059艾心灵等6对烟草中绿原酸、烟碱和茄尼醇的超声波辅助提取进[22]Ng L K, Hupe M. Effects of moisture content in cigar tobacco on nicotine行了研究结果表明:最佳工艺条件为:pH为4的95%乙醇作溶 assisted techn. Journal fo Chromatography A.200,100111[23陈小东,欧阳玉祝,陈志章.单宁酸沉淀法提取废烟叶中的烟碱[中绿原酸、烟碱和茄尼醇的提取率分别为9365%、9542%和8235国野生植物资源,2010(5):5860%, Jones等采用超声微波技术和AOAC方法提取烟草中的生物(2黄志强,周民杰,毛明现,等:正交试验法优选废次烟叶烟碱的超声碱,结果显示经过超声和改进的AOAC方法用于萃取烟草中的生波提取工艺[.化学工程师,200105254物碱更方便,精确度更高。25]周民杰,梁柏林,毛明现。废次烟叶超声提取烟碱的研究[门,化学工2展望程师,2006(4):5961[26艾心灵,王洪新,朱松.烟草中绿原酸、烟碱和茄尼醇的超声波辅助少的重要方面。但是每年都有大量的低次烟叶产生,它的处理提取.烟草科技,20074):45-48成了一个非常麻烦的问题。低次烟叶中含有应用价值很高的烟碱,我们可以从中提取出来然后应用于其它行业。所以我们从废次(本文文献格式:马俊勃.烟碱提取的研究进展[J].广东化工,叶和卷烟下脚料中提取高纯度烟碱,就要找出最佳的提取方法使2011,38(10):72-73)(上接第77页)参考文献究。要用煤的化学族组成进行煤的热解基础研究还有很多工作要(1田原宇,田亚峻,黄伟,等,煤的化学族组成研究(1)煤的六组分分离做,但在目前煤热解研究中,此种方法是一个较好的研究思路法的建立门煤炭转化(增刊),2001,24:7-93结论[2]MA埃利奥特,煤利用化学(上)M]北京:化学工业出版社,1991煤的化学族组成的基础上,利用集总方法进行煤的热解基3]柳水行,范耀华,张昌样,石油沥青M,北京:石油工业出版社,1984使煤的热解硏究能从分子水平上进行研究,为煤的热解4翁惠新,毛信军,石油炼制时程反应动力学M,北京:烃加工出版社,1987过程的反应历程、反应机理以及反应动力学等方面的研究提供了(本文文献格式:刘成坚.煤的化学族组成与煤的热解初探[J广