煤化学第六章 煤的溶剂抽提

1、第六章 煤的溶剂抽提,主要内容： （1）煤的族组成的概念及研究方法 （2）煤溶剂萃取机理 （3）煤溶剂萃取方法 （4）煤溶剂萃取的影响因素,4-3 煤的族组成,第六章 煤的溶剂抽提,一、煤的族组成的概念及研究方法 煤的族组成是指在一定条件下，对煤的分子结构没有破坏的情况下，进行分子分离后得到的组成。通常利用的手段就是溶剂萃取，即通过对煤有一定溶解能力的溶剂进行萃取分离的过程。通过不同溶解能力的溶剂分级处理，可以得到组成不同的组分。虽然同一溶剂萃取得到的组分结构类似，但也不是纯净组分，仍然是一族的混合物，因此，这种组分称为煤的族组成。 在分子水平上对煤进行分离 科学意义；工业意义,二、煤溶剂萃取

2、的概念 煤的溶剂萃取又称为煤的溶剂抽提 ，它是指使用溶剂在一定温度下溶解、提取煤中可溶物的操作过程。,第六章 煤的溶剂抽提,三、溶剂萃取机理 现代煤化学理论认为, 煤是组成极其复杂的混合物, 是由彼此结构相似但又不完全相同的结构单元通过桥键连结而成的立体网状大分子。煤分子间相互作用力包括较强的离子间力(低阶煤中) 、电荷转移力(高挥发分煤中) 、-作用力(高阶煤中) ,以及较弱的作用力,如氢键、范德华力等,这些作用力共同作用的结果使煤在大多数有机溶剂中不易溶解。对煤有较强能力的萃取溶剂应该能有效地削弱煤分子间的作用力,并对可萃取物有较强的溶解能力。 。,第六章 煤的溶剂抽提,陈茺认为,煤片段之

3、间通过非共价键直接连接,片段间也可能缠绕,溶剂萃取时部分非共价键被破坏,一些片段游离出来溶于溶剂,片段间的连接松动。环己酮通过羰基与煤分子中羟基形成很强的氢键,可有效地削弱煤分子间的作用力,它对富含羟基、脂肪性强、芳香度和缩合度低的煤有良好的萃取性能。李凡认为,吡啶具有很强的电子给予体性能和形成氢键的能力,它可以破坏煤分子间的供电- 受电键,使小分子被溶解下来,即吡啶主要是将煤大分子网络结构中的含CH3 、CH2 、C H 脂肪侧链、C O 官能团和OH等小分子化合物萃取出来。,三、溶剂萃取机理,第六章 煤的溶剂抽提,渗透与扩散效应是影响萃取的主要物理因素。萃取溶剂必须首先渗透到煤的结构网络中

4、去,才可能与可萃取物发生溶解作用。 溶解于溶剂中的物质必须尽快向外扩散,新鲜溶剂继续渗透到孔中才能使溶解作用不断地进行。因此煤中孔隙的大小影响着溶剂向煤中渗透的难易,而溶剂的黏度则直接影响着溶剂和萃取物的渗透和扩散行为。,三、溶剂萃取机理,第六章 煤的溶剂抽提,三、煤溶剂萃取的溶剂 (1) 中性溶剂： 脂肪烃类石油醚； 芳香烃类四氢萘、苯、甲苯、二甲苯等； 含氧化合物乙醚、丙酮等； 含氯化合物氯仿(CHCl3)、四氯化碳； (2) 碱性溶剂：含氮化合物吡啶、喹啉等； (3) 酸性溶剂：各种酚类； (4) 混合溶剂：焦油馏分、蒽油等或上述各种溶剂的混合（工业应用）。,第六章 煤的溶剂抽提,四、煤

5、溶剂萃取的方法 （1）常规萃取 （2）特殊萃取 （3）萃取热解 （4）化学萃取氢解 （5）超临界萃取,第六章 煤的溶剂抽提,四、煤溶剂萃取的方法 （1）常规萃取： 在l00以下，采用一般溶剂(苯、乙醇等)萃取时，萃取物仅占煤的百分之几，萃取物是由树脂和树蜡所组成的物质，不是煤的代表性的结构成分。,第六章 煤的溶剂抽提,四、煤溶剂萃取的方法 （2）特殊萃取 在200以下的温度，用亲核性的溶剂(具有给予电子性质的胺类、酚类及羰基类溶剂)萃取时，萃取物占煤的20%40%。其萃取物与煤有机质的基本结构单元类似，对煤的结构研究是重要的。 在此条件下，萃取纯属物理过程。,第六章 煤的溶剂抽提,四、煤溶剂萃

6、取的方法 （3）萃取热解 在200以上的温度，有时在300或350以下的温度，用菲、萘酚、蒽油、沥青等进行萃取时，甚至能得到90%以上的萃取物。萃取物是煤本身受到某种程度的热分解后所萃取出来的物质。采用这种方法主要是工业性的目的。,第六章 煤的溶剂抽提,四、煤溶剂萃取的方法 （4）化学萃取氢解（加氢液化） 在300以上采用供氢溶剂(四氢萘、氢化菲等，它们是既较易给出氢、又较易从H2那里得到氢的那种溶剂)，将煤在加氢分解的同时进行萃取。,第六章 煤的溶剂抽提,四、煤溶剂萃取的方法 （5）超临界萃取supercritical solvent 以甲苯、异丙醇或水为溶剂在超过溶剂临界点的条件下萃取煤。

7、萃取温度一般在400左右。萃取率可达30%以上，它已发展成为一种煤液化工艺。,第六章 煤的溶剂抽提,超临界萃取,超临界流体萃取的基本原理：当气体处于超临界状态时，成为性质介于液体和气体之间的单一相态，具有和液体相近的密度，粘度虽高于气体但明显低于液体，扩散系数为液体的10100倍，因此对物料有较好的渗透性和较强的溶解能力，能够将物料中某些成分提取出来。并且超临界流体的密度和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加，极性增大，可将不同极性的成分进行分部提取。提取完成后，改变体系温度或压力，使超临界流体变成普通气体逸散出去，物料中已提取的成分就可以完全或基本上完全析出，达到提取和分离的目的。,五、煤溶

8、剂萃取的影响因素 （1）溶剂的影响 一般认为，煤的溶剂萃取是通过溶剂扩散渗透交联键断裂煤网络结构打开有机质溶解的过程进行的。因此，能对这几个中间过程产生影响的试剂或操作均可以影响萃取率及萃取速率。 迄今为止，人们已试验了几十种溶剂及其2 种或2 种以上的混合物对煤的萃取性能，但仅吡啶、乙二胺、N- 甲基吡咯烷酮(NMP) 等少数几种溶剂的萃取率较高，并且发现混合溶剂往往具有比单一溶剂好得多的溶解性能。,第六章 煤的溶剂抽提,五、煤溶剂萃取的影响因素 （2）煤化程度的影响 碳含量小于86 %的煤，萃取率随C的质量分数升高而增加； 碳含量大于86 %的煤，萃取率反而随C 的质量分数增加而急剧下降;

9、 一般以C 质量分数在86 %左右的煤萃取率最高。,第六章 煤的溶剂抽提,五、煤溶剂萃取的影响因素 （3）煤岩组分的影响 稳定组 镜质组 丝质组,第六章 煤的溶剂抽提,五、煤溶剂萃取的影响因素 （4）辅助手段理对煤溶解性的影响 超声振荡：在煤-溶剂固液体系中引起的特殊空化作用及附加产生的4 个效应-湍动效应、微扰效应、界面效应、聚能效应，能大大加快传统溶剂萃取的速率并提高过程的收率； 微波辐射：经常用来代替加热，因为它能使溶剂快速升温，并且与极性分子的选择性作用而使萃取效率提高。,煤的溶剂抽提,结构单元之间的桥键断裂生成自由基碎片； 脂肪侧链受热易裂解，生成气态烃，如：CH4C2H6等； 含氧官能团的裂解，含氧官能团的热稳定性顺序为： OH C=O COOH OCH3。 羧基热稳定性低，200就开始分解，生成CO2和H2O。羰基在400左右裂解生成CO，羟基不易脱除，到70080