CN104091504A - 煤结构模型的构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤结构模型的构建方法。该构建方法包括以下步骤：S1，对煤进行加氢液化，对所得到的产物进行抽提得到油品，对油品进行气相色谱与质谱联用分析表征；S2，对煤进行元素分析和固体核磁分析表征得到煤的结构参数；S3，利用气相色谱与质谱联用分析表征的结果和煤的结构参数构建煤大分子结构模型；S4，对煤大分子结构模型进行固体核磁碳谱预测得到预测碳谱，并将预测碳谱与实验碳谱进行比较，根据比较结果对煤大分子结构模型进行修正，得到煤结构模型。应用本发明的技术方案，能够准确的对煤结构模型进行构建，从而可以从化学角度更好的了解煤的结构和性质，对煤的高效转化和利用起指导作用。

Description

煤结构模型的构建方法

技术领域

本发明涉及煤结构模型搭建方法技术领域，具体而言，涉及一种煤结构模型的构建方法。

背景技术

煤主要是由远古植物遗骸经过7000万年以上的漫长岁月在复杂的地质环境下转化成的不可再生的宝贵的化石资源。作为能源利用，煤炭促进了第一、二次工业革命的发展，为现代社会经济增长奠定了基础。尤其在我国，煤在国民经济中所起的作用更加明显。

我国的煤炭资源比较丰富，储量占世界总量的13％，居世界第二位。我国西部煤炭储量占全国总储量约70％。目前，我国的煤炭主要还是做燃料利用。燃煤在提供热能和电能的同时，也排放出大量的烟尘、CO₂、NO_x和SO_x等有害成分，造成包括温室效应和酸雨在内严重的环境污染。作为宝贵的化石资源，煤炭的洁净和高效利用将对我国国民经济的可持续发展起到至关重要的作用。

以煤为化工原料，进行煤的化工利用正在成为神华集团一个新的发展板块。从技术和操作上看，煤的燃烧、气化、热解、液化过程差别很大，文献中已有很多关于这些技术的化学反应描述。但从煤化学的角度来看，这些过程都是热化学过程，都首先涉及煤在热场中的化学变化――煤的热裂解。随后而来的才是煤的热解产物(热解碎片和半焦)与其它化学物质的相互作用，如在燃烧过程中主要涉及与氧的反应，在气化过程中主要涉及与氧、水和CO₂的反应，在液化过程中主要涉及与氢的反应。煤的组成结构模型一直是煤化学研究的核心问题之一，特定煤工艺性能表现与所采用的原料煤的组成结构的关系十分密切。对原料煤组成结构的研究不仅仅是单纯的理论研究，也是开发和优化煤化工工艺的基础。

目前国内外对煤的结构模型一般是传统的化学结构模型、物理结构模型、综合模型等，许多研究学者也对煤组成结构进行了推导，但由于煤成煤植物的多样性和植物演化的阶段性，导致不同时代的煤和植物不同组成部分形成的煤其组成结构及性质有一定的差别，结构组成非常复杂，对煤的总体组成和结构，对组成煤的不同分子的认识仍然是零散的、模糊的，这些模型对实际工业生产指导有较大局限性。而煤的高效利用和洁净技术开发主要依托于对煤的微观组成和结构的研究，煤的组成结构的研究是认识煤性质的重要基础，煤的各方面的性质都与煤的组成和结构有关，煤转化的任何过程几乎都伴随着煤组成结构的变化。因此，有必要对煤的组成结构进行深入研究，并将其与工艺性能相结合，以更好的指导工业生产。

发明内容

本发明旨在提供一种煤结构模型的构建方法，以从化学角度更好的了解煤的结构和性质，对煤的高效转化和利用起指导作用。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种煤结构模型的构建方法。该构建方法包括以下步骤：S1，对煤进行加氢液化，对所得到的产物进行抽提得到油品，对油品进行气相色谱与质谱联用分析表征；S2，对煤进行元素分析和固体核磁分析表征得到煤的结构参数；S3，利用气相色谱与质谱联用分析表征的结果和煤的结构参数构建煤大分子结构模型；S4，对煤大分子结构模型进行固体核磁碳谱预测得到预测碳谱，并将预测碳谱与实验碳谱进行比较，根据比较结果对煤大分子结构模型进行修正，得到煤结构模型。

进一步地，加氢液化在间歇式高压釜中进行，反应温度为380～470℃，氢初压为5～12MPa，反应时间为0～90分钟。

进一步地，加氢液化在间歇式高压釜中进行，反应温度为400～450℃，氢初压为8～10MPa，反应时间为30～60分钟。

进一步地，抽提采用的溶剂为烷烃。

进一步地，烷烃为正戊烷或正己烷。

进一步地，元素分析中的元素包括碳、氢、氧、氮和硫。

进一步地，固体核磁分析表征包括分峰拟合，得到不同基团中碳的含量。

进一步地，分峰拟合采用的软件为orgin7.5软件；对煤大分子结构模型进行固体核磁碳谱预测采用的软件为ACD/NMR Predictor软件。

进一步地，煤大分子结构模型的原子数在255以内。

应用本发明的技术方案，能够准确的对煤结构模型进行构建，从而可以从化学角度更好的了解煤的结构和性质，对煤的高效转化和利用起指导作用。与现有技术中的建模方法相比，该方法更加准确，简便，更能更好地说明煤的结构模型。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了实施例1中煤样的分峰拟合谱图；

图2示出了实施例1得到的煤结构模型的实验碳谱和预测碳谱的对比图；以及

图3示出了实施例1得到的煤结构模型。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

根据本发明一种典型的实施方式，提供一种煤结构模型的构建方法。该构建方法包括以下步骤：S1，对煤进行加氢液化，所得到的产物进行抽提得到油品，对油品进行气相色谱与质谱联用分析表征；S2，对煤进行元素分析和固体核磁分析表征得到煤的结构参数；S3，利用气相色谱与质谱联用分析表征的结果和煤的结构参数构建煤大分子结构模型，并对煤大分子结构模型进行固体核磁碳谱预测得到预测碳谱；S4，将预测碳谱与实验碳谱进行比较并对煤大分子结构模型进行修正，得到煤结构模型。

应用本发明的技术方案，能够准确的对煤结构模型进行构建，从而可以化学角度更好的了解煤的结构和性质，对煤的高效转化和利用起指导作用。

该方法相对来说比较准确，简便，更能很好地说明煤的结构模型。因为固体核磁代表的是煤样的骨架结构，所以结构模型的核磁谱图与实验谱图进行比较如果吻合性较好，说明分子结构模型的骨架碳的分布没有问题。

优选的，加氢液化在间歇式高压釜中进行，反应温度为380～470℃，氢初压为5～12MPa，反应时间为0～90分钟。在此反应条件下，加氢液化反应比较充分，也不生成焦等产物。进一步优选的，加氢液化在间歇式高压釜中进行，反应温度为400～450℃，氢初压为8～10MPa，反应时间为30～60分钟。

本发明中，抽提采用的溶剂可以是烷烃，优选的，烷烃为正戊烷或正己烷，其中最优选的为正己烷，因为正己烷的毒性最小，方便操作。

根据本发明一种典型的实施方式，元素分析中的元素包括碳、氢、氧、氮和硫。固体核磁分析表征包括分峰拟合，得到不同基团中碳的含量。

根据本发明一种典型的实施方式，分峰拟合采用的软件为orgin7.5软件；对煤大分子结构模型进行固体核磁碳谱预测采用的软件为ACD/NMR Predictor软件，煤大分子结构模型的原子数在255以内。

下面将结合实施例进一步说明本发明的有益效果(下述实验中没有详细描述的步骤均采用本领域的常规技术手段完成)。

实施例1

取20克煤样(内蒙)在间歇式高压釜中进行加氢液化实验，所采用的反应温度为440℃，反应压力为10MPa，反应时间为40分钟。反应完成后得到产物，将产物用正己烷抽提，抽提后的油品进行GC-MS分析表征，结果参见表1；取煤样进行元素分析，其结果参见表2；对煤样进行固体核磁分析表征，并用orgin7.5软件进行分峰拟合，得到煤样分峰拟合谱图，见图1，分峰拟合后的不同碳的参数见表3。将GC-MS数据与元素分析和核磁不同碳参数相结合得到煤样的结构模型，将该结构模型用ACD/NMR Predictor软件进行预测，将预测所得谱图与实验谱图(实验谱图是用固体核磁仪器测试得到的谱图)进行比对(参见图2)，得到与实验谱图吻合性较好的煤结构模型(参见图3)。

表1 油品GC-MS结果

序号	化合物	序号	化合物
				1	十三烷	19	1-甲基-四氢萘
2	十四烷	20	1,3-二甲基萘
				3	环十四烷	21	2,3,6-三甲基萘
4	苯	22	蒽
				5	甲苯	23	芴
6	丙基苯	24	十六烷
				7	萘	25	十七烷
8	甲基萘	26	二甲基联苯
				9	乙氢萘	27	四氢蒽
10	丙烯基萘	28	芘
				11	十八烷	29	四氢芘
12	二十烷	30	二十八烷
				13	甲基芘	31	二十七烷
14	甲基苯并菲	32	苯并蒽
				15	二萘嵌苯	33	苊
16	壬烷	34	环己烷基苯
				17	联环己烷	35	二苯并呋喃
18	二苯并呋喃	36	丁基四氢萘

表2 煤样的元素分析

表3 样品的结构参数(％)

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：能够准确的对煤结构模型进行构建，从而可以化学角度更好的了解煤的结构和性质，对煤的高效转化和利用起指导作用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种煤结构模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，对煤进行加氢液化，对所得到的产物进行抽提得到油品，对所述油品进行气相色谱与质谱联用分析表征；

S2，对煤进行元素分析和固体核磁分析表征得到煤的结构参数；

S3，利用所述气相色谱与质谱联用分析表征的结果和所述煤的结构参数构建煤大分子结构模型；

S4，对所述煤大分子结构模型进行固体核磁碳谱预测得到预测碳谱，并将所述预测碳谱与实验碳谱进行比较，根据比较结果对所述煤大分子结构模型进行修正，得到所述煤结构模型。

2.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述加氢液化在间歇式高压釜中进行，反应温度为380～470℃，氢初压为5～12MPa，反应时间为0～90分钟。

3.根据权利要求2所述的构建方法，其特征在于，所述加氢液化在间歇式高压釜中进行，反应温度为400～450℃，氢初压为8～10MPa，反应时间为30～60分钟。

4.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述抽提采用的溶剂为烷烃。

5.根据权利要求4所述的构建方法，其特征在于，所述烷烃为正戊烷或正己烷。

6.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述元素分析中的元素包括碳、氢、氧、氮和硫。

7.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述固体核磁分析表征包括分峰拟合，得到不同基团中碳的含量。

8.根据权利要求7所述的构建方法，其特征在于，所述分峰拟合采用的软件为orgin7.5软件；对所述煤大分子结构模型进行固体核磁碳谱预测采用的软件为ACD/NMR Predictor软件。

9.根据权利要求8所述的构建方法，其特征在于，所述煤大分子结构模型的原子数在255以内。