2011年第10期廣東化工第38卷總第22www.gdchem.com77煤的化學(xué)族組成與煤的熱解初探劉成堅(jiān)(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(jié)構(gòu)關(guān)系密切,根據(jù)煤的化學(xué)族組成研究方法,將煤中有機(jī)物分為飽和分、芳香分,膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、碳青質(zhì)應(yīng)速度參數(shù),綜合各步研究進(jìn)行反應(yīng)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(xué)族組成的基礎(chǔ)上,化學(xué)族組成是在從分子水平對煤進(jìn)行認(rèn)識和硏究,這樣求得的煤熱解模型機(jī)理淸晰、預(yù)測準(zhǔn)確性高、具有普適性,與以往的模型有較大的不同。在當(dāng)前煤熱解研究中,此種方法是一個較好的研究思路[關(guān)鍵詞煤:化學(xué)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(xué)族組成在煤熱解研究方面的應(yīng)用和天然氣資源很少,因而開發(fā)替代分迫切的問題。認(rèn)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(xué)反應(yīng)的復(fù)雜過程。煤的熱解和煤的組成和結(jié)構(gòu)關(guān)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(jié)構(gòu)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(xué)反應(yīng)是非常復(fù)雜的,包括煤中有機(jī)質(zhì)的裂解,裂設(shè)計(jì)和工程放大,需要精確的動力學(xué)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品收率數(shù)據(jù),為了過程中的分解及化合,縮聚產(chǎn)物的進(jìn)一步分解再縮聚等過程。充分發(fā)揮潛在優(yōu)勢,關(guān)鍵步驟的機(jī)理研究也很重要。要解決這些集總方法就是對于復(fù)雜的多組分體系,利用物理和化學(xué)的手條件下的他學(xué)反應(yīng)反應(yīng)行為“作為度的化學(xué)族組戲方法,首次的集總,類或假組分,進(jìn)而研究這些集總、類或假組分的性質(zhì)對煤進(jìn)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(zhì)油研究中普遍采用。根據(jù)煤的1煤化學(xué)族組成研究的基本思路化學(xué)族組成研究方法,利用溶劑化學(xué)極性的不同,將煤中有機(jī)物分為飽和分、芳香分,膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、碳青質(zhì)和焦六組分,研究煤的可溶化技術(shù)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(shù),它是從分子水平分離煤,進(jìn)清分銜組分的化學(xué)結(jié)構(gòu)組成及其在熱場中的變化,階段熱其它物質(zhì)(煤中其它物質(zhì)、反應(yīng)氣氛、添加物、催化劑)的相互作和確定煤化學(xué)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。對煤的抽提率越高,抽提物越能較真實(shí)用及反應(yīng)控制理諗,可以為煤的結(jié)構(gòu)和煤的轉(zhuǎn)化過程研究提供種新的方法研究煤熱解動力學(xué)就可以在化學(xué)族組成的基礎(chǔ)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(jìn)行研究。通常研究建立一個過程的動力學(xué)模型大致分為三步完成取物的分析難以說明煤的基本結(jié)構(gòu)和組成。日本的飯野等在研究常第一步,把反應(yīng)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(jìn)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(yīng)網(wǎng)絡(luò),建立各集總組分的反應(yīng)動力學(xué)方程可得到45%~78%的高萃取率。國內(nèi)的魏賢勇、陳茺等也在這方面第三步,確定模型的動力學(xué)參數(shù),進(jìn)行模型檢驗(yàn)煤中既含有多種無機(jī)礦物質(zhì),又含有分子量大小不等的有機(jī)物具體到煤的熱解,即利用溶劑化學(xué)極性的不同,將煤中有機(jī)純研充圖單個組芬的熱解,潑質(zhì)舉模組在此對煤中有機(jī)化合物按化學(xué)極性大小的不同進(jìn)行化學(xué)組分分離,考基礎(chǔ)上研究各族成分之間反應(yīng)網(wǎng)絡(luò),求得反應(yīng)察煤各組分化學(xué)組成及化學(xué)結(jié)構(gòu)特征,以期得到煤內(nèi)部結(jié)構(gòu)與利速度參數(shù),綜合各步研究進(jìn)行反應(yīng)集總就可以得到整個煤的熱解用性能的關(guān)系。模型。由于此模型建立在化學(xué)族組成的基礎(chǔ)上,化學(xué)族組成是在按照一定的要求,利用溶劑化學(xué)極性的不同,將從分子水平對煤進(jìn)行認(rèn)識和研究,這樣求得的煤熱解模型機(jī)理清有機(jī)物分為飽和分、芳香分,膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、碳青質(zhì)和焦等虛擬組晰、預(yù)測準(zhǔn)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(xué)結(jié)構(gòu)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(dāng)然,由于煤的化學(xué)族組成提出時間不長,還有許多需要解的相互作用及反應(yīng)控制理論,為煤的結(jié)構(gòu)和煤的轉(zhuǎn)化過程研究提供種新的方法。另外,根據(jù)需要可合并或細(xì)分,得到不同的族組成(下轉(zhuǎn)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(jīng)濟(jì)價值?；?、簡便?？蓡沃\(yùn)行,也可根據(jù)情況并聯(lián)或串聯(lián)運(yùn)行,人為的控制萃取率參考文獻(xiàn)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(nóng)業(yè)科學(xué).2008液膜苯取的基本原理:由有機(jī)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(jī)溶劑,升轉(zhuǎn)移到酸相196302]韓芳然,唐桂林,用廢煙草生產(chǎn)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(chǎn)品果N單乙模和的9復(fù)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(nèi)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(jìn)入內(nèi)相[S]高蓮珍,仲麗,用微型水蒸氣蒸餾法提取煙堿的改進(jìn)[門.昌吉學(xué)院學(xué)報(bào)與內(nèi)相中的硫酸形成硫酸煙堿,富集在內(nèi)然后采用高壓2003(3):86-進(jìn)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(shí)驗(yàn)條件研究[云南采用液膜萃取技術(shù)對本地產(chǎn)煙葉的煙堿進(jìn)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(xué)工程師烷,十六烷和cHCl膜萃取后的樣品經(jīng) 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(xì)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(shù)是指利用微波加熱來加速溶劑對固體樣品中目.應(yīng)用化學(xué),2006(1):4850,53標(biāo)萃取物的萃取過亞紅等8以廢次煙葉為原料,用正交實(shí)[10]Fischer M, Jefferies T M. Optimization of nicotion extraction from tobaco驗(yàn)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(jìn)「1門]超宇,趙輝,張鐳,超臨界CO2從煙草中提取天然煙堿[.化學(xué)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(yàn)設(shè)計(jì)研究了煙堿提取的工藝條件,結(jié)果表 wastes]. SeParation Science And Technology.,199339:1411423比0:1謝長芹,寧井銘團(tuán)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(shù),結(jié)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(xué)院學(xué)報(bào),2002,18(2);8990為903%的煙堿產(chǎn)品提取率可達(dá)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(xué)工程師,1997(4):50-5116]王獻(xiàn)科,李玉萍,液膜法提取煙草中的尼古[信陽師范學(xué)院學(xué)報(bào):超聲波提取技術(shù)在天然產(chǎn)物提取中顯示了巨大的優(yōu)勢,利用自然科學(xué)版,2001,14(4):450453超聲波產(chǎn)生的強(qiáng)烈振動,空化效應(yīng)、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(chǎn)煙葉中煙堿的研究門.分效成分進(jìn)人溶劑,提高提取率,縮短提取時間,簡化操作步驟析試驗(yàn)室,200910):88-91中的煙堿。結(jié)果表明:用水做提取介質(zhì),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(jìn)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(yīng)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(jìn)行了研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)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(nóng)業(yè)科學(xué),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(jìn)[22]Ng L K, Hupe M. Effects of moisture content in cigar tobacco on nicotine行了研究結(jié)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(shù)和AOAC方法提取煙草中的生物(2黃志強(qiáng),周民杰,毛明現(xiàn),等:正交試驗(yàn)法優(yōu)選廢次煙葉煙堿的超聲堿,結(jié)果顯示經(jīng)過超聲和改進(jìn)的AOAC方法用于萃取煙草中的生波提取工藝[.化學(xué)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(xué)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(chǎn)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(yīng)用價值很高的煙堿,我們可以從中提取出來然后應(yīng)用于其它行業(yè)。所以我們從廢次(本文文獻(xiàn)格式:馬俊勃.煙堿提取的研究進(jìn)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(xiàn)究。要用煤的化學(xué)族組成進(jìn)行煤的熱解基礎(chǔ)研究還有很多工作要(1田原宇,田亞峻,黃偉,等,煤的化學(xué)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(zhuǎn)化(增刊),2001,24:7-93結(jié)論[2]MA埃利奧特,煤利用化學(xué)(上)M]北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1991煤的化學(xué)族組成的基礎(chǔ)上,利用集總方法進(jìn)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(jìn)行研究,為煤的熱解4翁惠新,毛信軍,石油煉制時程反應(yīng)動力學(xué)M,北京:烴加工出版社,1987過程的反應(yīng)歷程、反應(yīng)機(jī)理以及反應(yīng)動力學(xué)等方面的研究提供了(本文文獻(xiàn)格式:劉成堅(jiān).煤的化學(xué)族組成與煤的熱解初探[J廣