不同煤階煤的CS2-NMP萃取率及與煤性質(zhì)的關(guān)聯(lián)

第28卷第3期煤炭轉化VoL 28 No. 32005年7月COAL CONVERSIONJu.2005不同煤階煤的CS2NMP萃取率及與煤性質(zhì)的關(guān)聯(lián)中峻1)李小燕?)鄒綱明3)王志忠摘要對6種不同變質(zhì)程度煤(包括氣煤、弱黏煤、肥煤、焦煤和瘦煤)常溫常壓下用CS2NMP混合溶劑進(jìn)行了萃取實(shí)驗,結果表明,揮發(fā)分(V屾)為35%左右的煤具有最高的萃取率,達到43.05%,不同煤階煤的萃取率與其奧壓膨脹度及塑性溫度區間近似呈線(xiàn)性關(guān)系.通過(guò)對原煤、萃取殘渣和生成焦粒的紅外對比分析教明,不同變質(zhì)程度煤經(jīng)過(guò)萃取后,殘渣中脂肪烴和脂環(huán)烴含量有所減少,礦物質(zhì)大都在殘渣中,氫鍵締合峰的強弱隨不同煤種表現不同,肥煤和氣煤氫鍵締合的極性鍵都位于煤中的大分子上,而焦煤和弱黏煤中的極性鍵大都在小分子化合物上關(guān)鍵詞CS2NMP,萃取,不同煤階,煤,紅外光譜中圖分類(lèi)號TQ531.50引言混合劑接近,將得到的過(guò)濾殘渣用丙酮洗滌4次,在105℃~110℃烘箱中干燥1h,稱(chēng)重并計算萃取用溶劑抽提或萃取煤是研究煤結構與性質(zhì)的一率.將萃取液分別以常壓和減壓蒸餾回收CS2和種有效手段口,Lino等發(fā)現用CS2NMP混合溶NMP保存萃取物及殘渣以待分析.5劑對煙煤進(jìn)行抽提,效果很好,在室溫下抽提率可達萃取率計算公式45%~78%(wt,daf).煤中可抽提物數量的多少與萃取率(%)性質(zhì)對煙煤的成焦能力起很大的作用,表現在對煤(1-M)×原煤重一殘渣重×100%粒的黏結及膠質(zhì)體的生成實(shí)驗表明,抽提后的殘渣用于煉焦往往表現出很差的黏結性.3為了深入了紅外分析采用 Bio-rad Fts-165裂解紅外光解不同變質(zhì)程度煤中抽提物的多少及剩余殘渣化學(xué)譜儀,將1mg樣品與約180 mg KBr混合研磨后,性質(zhì)的變化本實(shí)驗選用CS2NMP混合溶劑對文制成小片,在紅外光譜中以4cm-的分辨率掃描16獻[4]中6種不同煤階煤A1,A5,B1,C1,Dl和Y1次獲得光譜圖分別進(jìn)行萃取,計算其苯取率,并對原煤、焦炭和萃2結果與討論取殘渣作了紅外對比分析種煤CS2-NMP混合溶劑的萃取率見(jiàn)表1,對1實(shí)驗部分于萃取物曾試圖用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀來(lái)分析其煤樣及分析數據以及炭化過(guò)程見(jiàn)文獻[4]奧壓成分,但實(shí)際情況是,色譜柱溫度升到330℃,除膨脹度測定根據GB5450-85.萃取過(guò)程:將用CS2及NMP兩溶劑外仍無(wú)其他物質(zhì)被氣化,從而znCl2溶液洗選過(guò)的煤樣粉碎至200目以下,稱(chēng)2g使抽提物的分析成為一個(gè)難點(diǎn)左右,放入錐形瓶中,加入新配制的CS2NMP混合衰1幾種煤的宣溫常壓革取率溶劑(1:1,V/V)200mL,室溫常壓下,磁力攪拌Table 1 Extraction yield of six coals in CS:-NMP1h,然后進(jìn)行離心分離和過(guò)濾,并對移去萃取液的under room temperature and pressure殘渣進(jìn)行循環(huán)萃取,直到萃取液的顏色與新配制的中國煤化x-1828.50山西省自然科學(xué)基金資助項目(961067)CNMHG1)博士、副教授;4)教授、博士生導師,太原理工大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院,030024太原;2)碩士,山西大學(xué)化學(xué)系,太原0300063)教授廣東茂名學(xué)院,525000廣東茂名收稿日期:200501-03;修回日期:2005-05-20煤炭轉化2005年2.1萃取率與各因素的相關(guān)關(guān)系萃取率,膨脹度b值是膠質(zhì)體數量與質(zhì)量的體現,因而可以得出,具有較高溶劑萃取率的煤在煉焦過(guò)程從萃取率對揮發(fā)分的三階回歸曲線(xiàn)(見(jiàn)圖1)來(lái)中,生成較多膠質(zhì)體,有利于煤粒的黏結,同樣說(shuō)明看,隨煤階的降低,煤中CS2NMP可萃取物先是逐煤樣中的可萃取物是形成膠質(zhì)體的重要原料.研究漸升高,當揮發(fā)分達到35%daf)左右時(shí),萃取率達煤樣萃取物的組成結構以及在焦炭形成過(guò)程中所起到最大值,然后隨煤階的進(jìn)一步降低而減少.在配煤的作用是研究成焦機理的重要方向.煉焦過(guò)程中,要求配合煤中各單種煤的膠質(zhì)體軟化區間和溫度間隔能較好地搭接,這樣可使配合煤在煉焦過(guò)程中,能在較大的溫度范圍內,使焦煤料處于塑性狀態(tài),從而改善黏結過(guò)程.各種煤的塑性區間不同,其中,肥煤的開(kāi)始軟化溫度最早,塑性溫度區間10最寬,瘦煤固化溫度最晚,塑性溫度區間最窄.圖2表明,不同煤階煤的塑性溫度區間與煤中的溶劑可150b/%萃取物含量呈很好的正相關(guān)關(guān)系,也就是說(shuō),煤中的圖3萃取率與最大膨脹度關(guān)系圖可萃取物的多少在一定程度上決定了煉焦過(guò)程中塑Fig 3 Relation between extraction percent and性溫度區間的寬窄,而塑性溫度區間越寬的煤料其maximum dilatation黏結能力越強,所以煤中可萃取物含量的多少在一2.2原煤和抽提殘渣及焦炭的紅外光譜分析定程度上決定了煤料的黏結能力A5,B1,Cl,D1和Y1五種煤的原煤、萃取殘渣和焦炭的紅外對比圖見(jiàn)第3頁(yè)圖4.根據圖4,對煤和煤抽提物的紅外光譜特征吸收帶的歸屬進(jìn)行分析A5煤由于變質(zhì)程度較高,三種形式的紅外圖中氫鍵締合峰都極小,原煤中有2850cm-1~2950cm-1脂肪族和脂環(huán)族中CH,CH2和CH3的伸縮振動(dòng),有1100cm-硅酸鹽礦物和870cm-‘碳酸鹽礦物峰,700cm-1~860cm-1不很顯著(zhù),表明芳環(huán)上多元圖1萃取率隨揮發(fā)分變化關(guān)系圖取代基較少.殘渣中,2950cm-1肩峰減小,2900Fig 1 Relation between extractionpercent and volatilem-1相差不大,2850cm-稍有減小,表明萃取后,殘渣中脂肪CH3,CH2和脂環(huán)CH2減少,值得注意的是,殘渣中700cm1~860cm-1峰形增強,表明芳環(huán)上取代基較多,而原煤中未表現出.A5焦炭中2950cm-幾乎沒(méi)有,2900cm1和2850cm減小很多,有芳環(huán)取代基峰,比殘渣稍小,礦物峰比殘渣略小Bl原煤氫鍵締合峰很強,有強烈的2950cm11502870cm-脂肪和脂環(huán)峰,有1603cm-1較強烈酚芳(3-41)/℃環(huán),也有1035cm硅酸鹽礦物峰,芳環(huán)上的多元取代圖2萃取率與塑性溫度區間關(guān)系圖基也很多,還有542cm氧化鋁礦物殘渣中,氫鍵締Fig. 2 Relation between extraction percent and合峰減弱2950cm-略有減少,表明脂肪烴減少,所有plastic temperature domain礦中國煤化工肪和脂環(huán)峰不顯著(zhù)硅萃取實(shí)驗所用到的6種煤中,A1和D1煤樣在酸CNMHG代基消失,酚芳環(huán)也消膨脹度測定實(shí)驗中不表現膨脹的特性,對其余4種失煤作萃取率與最大膨脹度關(guān)系見(jiàn)圖3,二者呈很好C1原煤中氫鍵締合峰弱于殘渣,脂肪和脂環(huán)峰的正線(xiàn)性相關(guān)關(guān)系,膨脹度大的煤具有相對較高的略強于殘渣,硅酸鹽礦物殘渣中峰形較大芳環(huán)上多第3期申峻等不同煤階煤的CS2-NMP萃取率及與煤性質(zhì)的關(guān)聯(lián)元取代基比原煤中峰形較大,奇怪的是,生成的焦中五種煤中與A5相當,芳環(huán)上也有多元取代基,但強仍有氫鍵締合峰和部分的脂肪和脂環(huán)峰,芳環(huán)上多度較小,￥1殘渣中氫鍵締合強于原煤,脂肪和脂環(huán)元取代基消失.硅酸鹽礦物峰消失,可能是硅酸鹽在峰強度變化不大,有硅酸鹽礦物,殘渣中酚羥基、醚炭化中分解了鍵等強于原煤,芳環(huán)上有多元取代基.值得注意的D1殘渣中氫鍵締合峰弱于原煤,D1不論是原是,生成的焦中仍然有部分脂環(huán)和脂肪物存在,且有煤還是殘渣,它的脂肪和脂環(huán)峰都非常小,在所測的一些氫鍵締合峰5035030002500200015001000500350030002500200015001000500Wavenumber /cm-1350030002500200015001000500350030002500200015001000500Wavenumber /cm-I60350030002500200015001000500Wavenumber /em-l圖45種原煤和抽提殘渣及焦炭的紅外光譜圖Fig 4 IR spectrum of five coals, extracting residua and cokesa——A5;bB1;c-C1;dDl;e￥1總之,不同變質(zhì)程度煤經(jīng)過(guò)萃取后,殘渣中脂肪就可以萃取出更多的小分子化合物.經(jīng)過(guò)強萃取劑萃烴和脂環(huán)烴含量有所減少,硅酸鹽和氧化鋁等礦物峰取后中國煤化工煤說(shuō)明酚羥基及進(jìn)一步增強,說(shuō)明礦物質(zhì)大都在殘渣中氫鍵締合峰氮雜環(huán)CNMHG建都位于煤中的大的強弱隨不同煤種表現不同.文獻[8表明,萃取溶劑分子上,萃取了一部分小分子化合物后,其締合強度萃取能力越強,越能削弱煤中的非共價(jià)鍵相互作用,增強,如Ⅵ1和C1煤;反之,若殘渣中氫鍵締合峰弱煤炭轉化2005年于原煤,說(shuō)明煤中的極性鍵大都在小分子化合物上,混合溶劑進(jìn)行萃取實(shí)驗,結果表明,揮發(fā)分(V如)為經(jīng)過(guò)混合溶劑的萃取,可以脫除大部分的氫鍵締合作35%左右的煤具有最高的萃取率達到43.05%.不用力使殘渣氫鍵締合峰減弱,如B1和Dl等同煤階煤的萃取率與其奧壓膨脹度及塑性溫度區間生成的焦炭中都沒(méi)有芳環(huán)上多元取代基的存近似呈線(xiàn)性關(guān)系,通過(guò)對原煤、萃取殘渣和生成焦粒在,脂肪烴和脂環(huán)烴除Y1和C1外,都極其不明顯,的紅外對比分析表明,不同變質(zhì)程度煤經(jīng)過(guò)萃取后硅酸鹽、碳酸鹽礦物峰也比原煤減少,而芳香C—C殘渣中脂肪烴和脂環(huán)烴含量有所減少,礦物質(zhì)大都鍵增多.說(shuō)明炭化過(guò)程中發(fā)生了脫去取代基的反應,在殘渣中,氫鍵締合峰的強弱隨不同煤種表現不同,脂肪烴和脂環(huán)烴減少,甚至消失,硅酸鹽和碳酸鹽礦肥煤和氣煤氫鍵締合的極性鍵都位于煤中的大分子物發(fā)生分解,失去酸根離子上,而焦煤和弱黏煤中的極性鍵大都在小分子化合3結論物上對6種不同變質(zhì)程度煤常溫常壓用CS2NMP[1]葉翠平,馮杰謝克昌.煤的溶劑抽提與抽提物性質(zhì)的研究.煤炭轉化,2002,25(3);1-5[2] Takanohashi T, Yanagida T, lino M. 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Fuel, 1981,60(11):1083-1090[4]申峻,李小燕鄒綱明等焦炭顯微強度的測定及與煤性質(zhì)的關(guān)聯(lián),煤炭學(xué)報,2003,28(3):303-306[5]寰新華,秦志宏徐紅星等,用CS2NMP混合溶劑抽提法制備潔凈煤.煤炭轉化,1999,22(2);53-55[6]吳瑾光,近代傅里葉變換紅外光譜技術(shù)及應用(下卷).北京:科學(xué)技術(shù)文獻出版社,1994[7]舒新前,王祖訥,徐精求等.神府煤煤巖組分的結構特征及其差異.燃料化學(xué)學(xué)報,1996,24(5):426-43[8]申峻,鄒綱明,王志忠,煤物理結構特性的研究進(jìn)展.煤化工,1999(4)15-17EXTRACTION YIELD OF DIFFERENT RANK COALS IN CS2-NMPAND THEIR RELATION WITH COALS PROPERTYShen Jun Li Xiaoyan Zou Gangming'and Wang ZhizhongCollege of Chemistry and Chemical Engineering, Taiyuan University of Technology030024 Taiyuan; Chemistry Department, Shanzi University, 030006Taiyuan;** Department of Chemical Engineering, MaomingCollege, 525000 Maoming, guangdong)ABSTRACt Six different rank coals (including gas coal, weak-caking coal, fat coal, cokingoal and lean coal) are extracted by CS2-NMP mixing solvents under room temperature and pressure,the coal with volatile 35% shows the highest extraction yield (43. 05%). Extraction yieldof different rank coals have linear relations with their Au-Ar dilatation and plastic temperaturedomain. By the IR spectra of coal, residua and coke, it showsd that after extracting, the contentof aliphatic and alicyclic in residua decreases, most minerals in residua, Different rank coals showdifferent intensity of hydrogen bonds: in fat and gas coals, this bonds locate in macrostructuresin lean and weak-caking coals, they are in extractable中國煤化工sKEY WORDS CS,-NMP, extraction, different raHCNMHG