2011年第10期廣東化工第38卷總第22www.gdchem.com77煤的化學族組成與煤的熱解初探劉成堅(廣州開發(fā)區(qū)環(huán)境監(jiān)測站,廣東廣州510730)摘要煤的熱解和煤的組成和結構關系密切,根據(jù)煤的化學族組成研究方法,將煤中有機物分為飽和分、芳香分,膠質、瀝青質、碳青質應速度參數(shù),綜合各步研究進行反應集總就可以得到整個煤的熱解模型。由于此模型建立在化學族組成的基礎上,化學族組成是在從分子水平對煤進行認識和硏究,這樣求得的煤熱解模型機理淸晰、預測準確性高、具有普適性,與以往的模型有較大的不同。在當前煤熱解研究中,此種方法是一個較好的研究思路[關鍵詞煤:化學族組成;熱解;集總模警6識碼A圖分類號TQ[文章編號]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媒是世界上可開采的化石燃料資源中重要的組成部分,其地2煤的化學族組成在煤熱解研究方面的應用和天然氣資源很少,因而開發(fā)替代分迫切的問題。認識煤的熱解是指煤在隔絕空氣或惰性氣氛條件下持續(xù)加熱至較到煤的巨大、直接和長期的潛力,因而值得大力開發(fā)新的或改高溫度時,所發(fā)生的一系列物理變化和化學反應的復雜過程。煤的熱解和煤的組成和結構關系密切,可通過熱解研究闡明煤的分決的要愿首先是那些在解決目前煤安利用間越和發(fā)展高交潔結構此外煤的熱解是一種人工發(fā)化過程:與天然成媒過程有都包括煤的熱解過程,在某些情況下,煤的熱解甚至可以決定加解過程中的化學反應是非常復雜的,包括煤中有機質的裂解,裂設計和工程放大,需要精確的動力學數(shù)據(jù)和產品收率數(shù)據(jù),為了過程中的分解及化合,縮聚產物的進一步分解再縮聚等過程。充分發(fā)揮潛在優(yōu)勢,關鍵步驟的機理研究也很重要。要解決這些集總方法就是對于復雜的多組分體系,利用物理和化學的手條件下的他學反應反應行為“作為度的化學族組戲方法,首次的集總,類或假組分,進而研究這些集總、類或假組分的性質對煤進行分子水平的分族研究,它將對煤的熱解過程研究起到很行之有效的方法。集總方法在重質油研究中普遍采用。根據(jù)煤的1煤化學族組成研究的基本思路化學族組成研究方法,利用溶劑化學極性的不同,將煤中有機物分為飽和分、芳香分,膠質、瀝青質、碳青質和焦六組分,研究煤的可溶化技術是指在不破壞共價鍵的前提下,在特定溫和條件下煤的高抽提率技術,它是從分子水平分離煤,進清分銜組分的化學結構組成及其在熱場中的變化,階段熱其它物質(煤中其它物質、反應氣氛、添加物、催化劑)的相互作和確定煤化學結構的關鍵。對煤的抽提率越高,抽提物越能較真實用及反應控制理諗,可以為煤的結構和煤的轉化過程研究提供種新的方法研究煤熱解動力學就可以在化學族組成的基礎上通過集總方法等對煤的萃取率為30%左右,甚至更低,因此僅通過對由此所得萃進行研究。通常研究建立一個過程的動力學模型大致分為三步完成取物的分析難以說明煤的基本結構和組成。日本的飯野等在研究常第一步,把反應體系中所包含的數(shù)目眾多的化合物按一定原溫下煙煤的溶劑萃取的過程中發(fā)現(xiàn)的二硫化碳-N甲基-2-吡咯烷酮則進行集總分類,簡化問題以利于模型處理。( CS-NMP)混和溶劑的溶煤效果特別顯著,如在室溫下,對某些煙煤第二步,確定反應網(wǎng)絡,建立各集總組分的反應動力學方程可得到45%~78%的高萃取率。國內的魏賢勇、陳茺等也在這方面第三步,確定模型的動力學參數(shù),進行模型檢驗煤中既含有多種無機礦物質,又含有分子量大小不等的有機物具體到煤的熱解,即利用溶劑化學極性的不同,將煤中有機純研充圖單個組芬的熱解,潑質舉模組在此對煤中有機化合物按化學極性大小的不同進行化學組分分離,考基礎上研究各族成分之間反應網(wǎng)絡,求得反應察煤各組分化學組成及化學結構特征,以期得到煤內部結構與利速度參數(shù),綜合各步研究進行反應集總就可以得到整個煤的熱解用性能的關系。模型。由于此模型建立在化學族組成的基礎上,化學族組成是在按照一定的要求,利用溶劑化學極性的不同,將從分子水平對煤進行認識和研究,這樣求得的煤熱解模型機理清有機物分為飽和分、芳香分,膠質、瀝青質、碳青質和焦等虛擬組晰、預測準確性高、具有普適性,與以往的模型有較大的不同。分,研究每一虛擬組分的化學結構組成及其在熱場中的變化,階段可以說將煤的研究提高到當然,由于煤的化學族組成提出時間不長,還有許多需要解的相互作用及反應控制理論,為煤的結構和煤的轉化過程研究提供種新的方法。另外,根據(jù)需要可合并或細分,得到不同的族組成(下轉第73頁2011年第10期廣東化工第38卷總第222期www.gdchem.com明氯仿是非常適合于穿透萃取工藝的一種溶劑。穿透萃取操作靈其能最大化的提取煙堿,使其變廢為寶,創(chuàng)造經濟價值?；?、簡便?？蓡沃\行,也可根據(jù)情況并聯(lián)或串聯(lián)運行,人為的控制萃取率參考文獻1.3.4液膜萃取法〕薛小平,陳懿,王茂勝,等,煙堿的研究現(xiàn)狀[安鐓農業(yè)科學.2008液膜苯取的基本原理:由有機溶液浸泡的膜將池中酸堿液隔3610):4121-4122,4143溶液“堿液中的游離煙堿會溶于膜中的有機溶劑,升轉移到酸相196302]韓芳然,唐桂林,用廢煙草生產煙堿的工藝條件研究凹].現(xiàn)代化工中形成鹽,成鹽的煙堿溶在水相不能遷移回到堿相溶液,隨萃取時間的延長,酸液中煙堿鹽的濃度會不斷增加,直到新的平衡3]胡海潮,孟春,李峰,等。廢棄煙葉中煙堿與茄尼醇的提取與純化門.福產品果N單乙模和的9復析分法入填購升及師高等科作表面活性劑,磺化煤油作溶劑,硫酸水溶液作內相試劑制成油包水型的乳狀液膜,外相料液中的煙堿透過液膜進入內相[S]高蓮珍,仲麗,用微型水蒸氣蒸餾法提取煙堿的改進[門.昌吉學院學報與內相中的硫酸形成硫酸煙堿,富集在內然后采用高壓2003(3):86-進行破乳。此法操作比較簡單,得到的煙堿純度高。郭志峰6衛(wèi)青,劉維涓,蔡卿,等,煙堿蒸餾簡易裝置及實驗條件研究[云南采用液膜萃取技術對本地產煙葉的煙堿進行了分析,膜載體使⑦康湛瑩,張輝,姜文勇,等,高純煙堿提取工藝研究化學工程師烷,十六烷和cHCl膜萃取后的樣品經 GCPMS分析表明,濾8劉本法,向興凱,二次萃取燕餾法從煙草中提取天然煙堿,精細化工,下,以CHCl3浸泡的膜載體的萃取效果比較女1998,15(1):55-561.3.5微波萃取法卬9]路緒旺,崔鹖,姚育翠,二次萃取蒸餾法提取廢次煙葉中煙堿的硏究微波萃取技術是指利用微波加熱來加速溶劑對固體樣品中目.應用化學,2006(1):4850,53標萃取物的萃取過亞紅等8以廢次煙葉為原料,用正交實[10]Fischer M, Jefferies T M. Optimization of nicotion extraction from tobaco驗法優(yōu)化了煙葉中煙堿的微波提取工藝。確定了微波提取煙堿的using Supercritical fluid technology with dynamic extraction modeling]. JAgric Food Chen,1996,44:1258-1264最佳工藝輻射時間為5min,固液比為1:5,微波功率為600W王美蘭等叫以廢次煙葉為原料,對微波輔助提取的條件做了進「1門]超宇,趙輝,張鐳,超臨界CO2從煙草中提取天然煙堿[.化學工步優(yōu)化。優(yōu)化后的提取工藝條件為:pH3,微波處理時間8min程師,1998(5):51-52溫度50℃,功率600W,料液比1:30。煙堿的提取率為90.8%[12]Rincon J, De Lucas A, Garcia M A, et al. Preliminary srudy on thesupercritical Carbon dioxideextraction of nicotine from tobacco劉雷等采用正交試驗設計研究了煙堿提取的工藝條件,結果表 wastes]. SeParation Science And Technology.,199339:1411423比0:1謝長芹,寧井銘團以廢次煙葉和煙末為原料研究了煙堿93年,偉,李桂伴,超界(革取廢次煙葉中煙堿工藝優(yōu)化門化提取技術,結果表明:微波浸提組合為浸沒提功率40W、浸提時4廖衛(wèi)華,日華沖,李曉蒙,超臨界流體萃取煙草中天然煙堿門廣東藥學院學報,2002,18(2);8990為903%的煙堿產品提取率可達951%1.3.6超聲波萃取方法勻5]呂建華,李永才·穿透萃取煙堿工藝[門,化學工程師,1997(4):50-5116]王獻科,李玉萍,液膜法提取煙草中的尼古[信陽師范學院學報:超聲波提取技術在天然產物提取中顯示了巨大的優(yōu)勢,利用自然科學版,2001,14(4):450453超聲波產生的強烈振動,空化效應、攪拌作用等可以加速植物有1刀郭志峰,王磊,李鵬亮,等,液膜萃取本地產煙葉中煙堿的研究門.分效成分進人溶劑,提高提取率,縮短提取時間,簡化操作步驟析試驗室,200910):88-91中的煙堿。結果表明:用水做提取介質,在固液比為1:5(gmL)8王亞紅,王亞麗,曲小姝。廢次煙葉中煙堿微波提取工藝研究[河0溫度下超聲提取30咄’用458單寧酸進行沉淀,煙堿的提19王美蘭,曹棟,王帥微波輔助提取工藝在廢次煙草煙堿提取中的應的超聲波提取工藝,其最佳工藝為以乙醇作為提取溶劑,超聲時劉雷,楊民峰,劉晉宏,等,微波和超聲波在煙堿提取中的作用U.煙次煙葉提取煙堿進行了研究,實驗結果表明,用乙醇作為提取劑,超聲時間30min、超聲頻率20kHz、溫度50℃、乙醇濃度[21]謝長芹,寧井銘.微波法提取煙堿的研究[,安徽農業(yè)科學,2006,50%、浸泡時間2h的條件下,提取液中煙堿含量為233mgmL34(22):6043,6059艾心靈等6對煙草中綠原酸、煙堿和茄尼醇的超聲波輔助提取進[22]Ng L K, Hupe M. Effects of moisture content in cigar tobacco on nicotine行了研究結果表明:最佳工藝條件為:pH為4的95%乙醇作溶 assisted techn. Journal fo Chromatography A.200,100111[23陳小東,歐陽玉祝,陳志章.單寧酸沉淀法提取廢煙葉中的煙堿[中綠原酸、煙堿和茄尼醇的提取率分別為9365%、9542%和8235國野生植物資源,2010(5):5860%, Jones等采用超聲微波技術和AOAC方法提取煙草中的生物(2黃志強,周民杰,毛明現(xiàn),等:正交試驗法優(yōu)選廢次煙葉煙堿的超聲堿,結果顯示經過超聲和改進的AOAC方法用于萃取煙草中的生波提取工藝[.化學工程師,200105254物堿更方便,精確度更高。25]周民杰,梁柏林,毛明現(xiàn)。廢次煙葉超聲提取煙堿的研究[門,化學工2展望程師,2006(4):5961[26艾心靈,王洪新,朱松.煙草中綠原酸、煙堿和茄尼醇的超聲波輔助少的重要方面。但是每年都有大量的低次煙葉產生,它的處理提取.煙草科技,20074):45-48成了一個非常麻煩的問題。低次煙葉中含有應用價值很高的煙堿,我們可以從中提取出來然后應用于其它行業(yè)。所以我們從廢次(本文文獻格式:馬俊勃.煙堿提取的研究進展[J].廣東化工,葉和卷煙下腳料中提取高純度煙堿,就要找出最佳的提取方法使2011,38(10):72-73)(上接第77頁)參考文獻究。要用煤的化學族組成進行煤的熱解基礎研究還有很多工作要(1田原宇,田亞峻,黃偉,等,煤的化學族組成研究(1)煤的六組分分離做,但在目前煤熱解研究中,此種方法是一個較好的研究思路法的建立門煤炭轉化(增刊),2001,24:7-93結論[2]MA埃利奧特,煤利用化學(上)M]北京:化學工業(yè)出版社,1991煤的化學族組成的基礎上,利用集總方法進行煤的熱解基3]柳水行,范耀華,張昌樣,石油瀝青M,北京:石油工業(yè)出版社,1984使煤的熱解硏究能從分子水平上進行研究,為煤的熱解4翁惠新,毛信軍,石油煉制時程反應動力學M,北京:烴加工出版社,1987過程的反應歷程、反應機理以及反應動力學等方面的研究提供了(本文文獻格式:劉成堅.煤的化學族組成與煤的熱解初探[J廣