CN111892937A - 一种煤焦油轻质组分中芳香化合物全组分分布表征方法 - Google Patents

一种煤焦油轻质组分中芳香化合物全组分分布表征方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种一种煤焦油轻质组分中芳香化合物全组分分布表征方法，所述表征方法包括以下步骤：步骤1：对收集的煤焦油进行预处理获得粗煤焦油样品；步骤2：对粗煤焦油进行蒸馏处理获得轻质煤焦油；步骤3：对得到的轻质煤焦油组分中芳香化合物进行检测；步骤4：对检测数据进行统计分析并根据芳香化合物分子结构特征进行芳香组分分类；步骤5：对分类后得到的芳香系的组分特性进行表征。该表征方法为轻质煤焦油以及粗煤焦油的进一步工业化应用提供理论指导和方案参考。

Description

一种煤焦油轻质组分中芳香化合物全组分分布表征方法
技术领域
本发明涉及煤焦油品质表征，具体涉及到煤焦油轻质组分中芳香化合物全组分分布表征方法。
背景技术
煤焦油作为煤炭分级转化资源化利用的主要产物之一，是一种具有高附加值的重要化工原料，既可以用来进行高压加氢反应生产汽油、柴油，也可以经过化工分离工艺获取高附加值化工产物，如苯，甲苯，对二甲苯(BTX)以及苯酚，甲酚，二甲酚(PCX)等。近年来，煤焦油中富含的苯，甲苯等组分作为碳源能大幅降低石墨烯生长温度，实现石墨烯低能耗生长如公开号为CN111039281A的中国专利公开的孔石墨烯材料及其制备方法、电容器电极、电容器和电动装置。因此，煤焦油作为一种化工原料，具有极高的工业价值和广泛的应用空间。
煤焦油是一种组分及其复杂的混合物，主要由轻质组分和重质组分构成，研究表明煤焦油的高附加值组分如BTX，PCX，蒽等均分布于轻质煤焦油芳香组分中，相较粗煤焦油组分，轻质煤焦油组分种类数量已经大大降低，但是依然高达1000种左右，主要芳香组分也高达数百种，这些轻质煤焦油主要芳香化合物的全组分分布特性对煤焦油进一步工业应用的工艺方案选择、反应参数设定，催化剂的选定等有着决定性影响，目前对轻质煤焦油组分表征主要集中在某种或某几种芳香化合物的分布表征，尚缺乏对轻质煤焦油全芳香组分分布特性表征信息，究其原因，主要是缺乏轻质煤焦油全芳香组分分布特性的表征方法。
发明内容
本发明的主要目的主要是提供一种煤焦油轻质组分中主要芳香化合物全组分分布表征方法，为轻质煤焦油以及粗煤焦油的进一步工业化应用提供理论指导和方案参考。
本发明提供的技术方案为：
一种煤焦油轻质组分中芳香化合物全组分分布表征方法，所述表征方法包括以下步骤：
步骤1：对收集的煤焦油进行预处理获得粗煤焦油样品；
步骤2：对粗煤焦油进行蒸馏处理实现轻质煤焦油和重质煤焦油分离并获得轻质煤焦油；
步骤3：对得到的轻质煤焦油组分中芳香化合物进行检测；
步骤4：对检测数据进行统计分析并根据芳香化合物分子结构特征进行芳香组分分类；
步骤5：对分类后得到的芳香系的组分特性进行表征。
所述步骤1中的预处理后获得的粗煤焦油样品组分中不包含有水以及灰分。进一步的，煤焦油预处理采用非极性萃取剂对煤焦油进行萃取处理，以去除煤焦油中的水分以及灰分。
进一步的，萃取后获得的粗煤焦油和萃取剂的混合物进行旋转蒸馏实现萃取剂和粗煤焦油的分离，获得粗煤焦油。
进一步的，粗煤焦油和萃取剂分离设定的旋转蒸馏温度略高于萃取剂的常压沸点温度。
进一步的，粗煤焦油进一步进行真空蒸馏，实现粗煤焦油中轻质组分和重质组分分离获得轻质组分。进一步的，所述步骤2中对粗煤焦油真空蒸馏条件为：蒸馏温度＜300℃，蒸馏压力(绝对压力)＜1MPa。
进一步的，蒸馏过程中选用干冰及酒精混合物作为冷阱冷却剂，冷却剂温度维持在-30℃左右。
所述步骤2中采用轻质煤焦油和重质煤焦油对粗煤焦油进行初步表征。
进一步的，蒸馏获得轻质煤焦油采用色谱-质谱(GC-MS)联用仪进行检测；色谱选用非极性色谱柱；色谱柱箱升温程序终点温度不得低于粗煤焦油蒸馏处理的蒸馏温度，实现煤焦油轻质组分的芳香组分高效分离。
进一步的，将GC-MS数据根据分子结构进行统计分析。所述步骤4中芳香化合物分子结构包括骨架结构和辅助结构。所述芳香化合物分子结构中以芳香环数量最高的芳香族单体或其与特定官能团组成的组合体作为骨架结构。当有机分子结构中无芳香环结构，也可将类芳香环结构(如吡啶)作为骨架结构。进一步的，将具有相同骨架结构的芳香化合物划归为一类，并根据骨架结构对该类芳香化合物进行命名。
进一步的，所述芳香化合物分子结构中以侧链，桥链以及芳香环数量低于骨架芳香环数量的芳香族单体作为辅助结构。
进一步的，对具有相同骨架的同类芳香组分特性进行进一步表征，对该类芳香组分的种类总数N1，该类芳香组分中含有多芳香单体的化合物种类总数N2，该类芳香化合物分子结构的平均侧链数N3进行统计表征。
进一步，芳香化合物分子结构平均侧链数N3的计算公式如下：
Figure BDA0002541216140000031
其中，xi为该类芳香组分第i种芳香组分分子结构侧链数。
本发明提供的煤焦油轻质组分中芳香化合物全组分分布表征方法，通过对煤焦油轻质组分主要芳香芳香化合物全组分分布特性进行检测表征，获得煤焦油轻质组分中主要芳香化合物全组分分布特性，为煤焦油进一步工业化利用如提取化工产品，炭材料制备及合成汽柴油的转化工艺选择，反应参数设置等提供理论依据和实践参考。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
实施例1
1、以800℃烟煤流化床N2气氛下热解煤焦油轻质组分全芳香化合物组分分布表征为例。选取一定数量煤焦油溶解于二氯甲烷(CHCl2)溶液，并利用砂芯漏斗对煤焦油的二氯甲烷溶液进行抽滤处理，以去除煤焦油中所含灰分。
2、利用分液漏斗对煤焦油二氯甲烷溶液进行分液处理，以去除煤焦油中水分。
3、将去除水分的煤焦油二氯甲烷溶液进行水浴旋转蒸馏处理，水浴温度设定在40-50℃，实现煤焦油和二氯甲烷(CHCl2)溶剂分离，获得粗煤焦油。
4、利用微型真空蒸馏仪对除去水分和灰分后的粗煤焦油进行真空蒸馏，蒸馏温度为300℃，蒸馏压力100mbar，实现粗煤焦油中轻质组分和重质组分分离，获得轻质煤焦油组分。
5、将获得的轻质煤焦油利用气相色谱质谱联用仪(GC-MS)对分离获得轻质煤焦油进行检测分析，并对GC-MS检测数据进行系统统计分析。
6、根据检测出的轻质煤焦油中芳香组分分子结构中芳香环数最多的芳香单体作为该分子骨架结构，芳香组分分子结构中侧链，芳香单体之间的桥链，芳香环数低于骨架结构芳香环数的其它芳香单体作为辅助结构，并根据芳香组分分子骨架结构对煤焦油芳香化合物组分进行分类，将具有相同骨架结构的芳香化合物归为一类，并以骨架结构特征对该类芳香化合物进行命名，具体如表1所示。
表1芳香组分分类
Figure BDA0002541216140000051
7、对各系列芳香化合物组分特性进行表征，分别统计各系列芳香化合物物质种类N1，含有多芳香单体的芳香化合物种类总数N2，芳香化合物分子结构平均侧链数N3，如表2所示。
表2芳香组分特性表征
Figure BDA0002541216140000052
Figure BDA0002541216140000061
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种煤焦油轻质组分中芳香化合物全组分分布表征方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对收集的煤焦油进行预处理获得粗煤焦油样品；
步骤2：对粗煤焦油进行蒸馏处理实现轻质煤焦油和重质煤焦油分离并获得轻质煤焦油；
步骤3：对得到的轻质煤焦油组分中芳香化合物进行检测；
步骤4：对检测数据进行统计分析并根据芳香化合物分子结构特征进行芳香组分分类；
步骤5：对分类后得到的芳香组分特性进行表征。
2.如权利要求1所述的煤焦油轻质组分中芳香化合物全组分分布表征方法，其特征在于，所述步骤1中的预处理后获得的粗煤焦油样品组分中不包含有水以及灰分。
3.如权利要求1所述的煤焦油轻质组分中芳香化合物全组分分布表征方法，其特征在于，所述步骤2中对粗煤焦油蒸馏处理的条件为：蒸发温度＜300℃，蒸发绝对压力＜1MPa。
4.如权利要求1所述的煤焦油轻质组分中芳香化合物全组分分布表征方法，其特征在于，所述步骤2中采用轻质煤焦油和重质煤焦油对粗煤焦油进行初步表征。
5.如权利要求1所述的煤焦油轻质组分中芳香化合物全组分分布表征方法，其特征在于，所述步骤4中芳香化合物分子结构包括骨架结构和辅助结构。
6.如权利要求5所述的煤焦油轻质组分中芳香化合物全组分分布表征方法，其特征在于，所述芳香化合物分子结构中以芳香环数量最高的芳香族单体或其与特定官能团组成的组合体作为骨架结构；当有机分子结构中无芳香环结构，将类芳香环结构作为骨架结构。
7.如权利要求5所述的煤焦油轻质组分中芳香化合物全组分分布表征方法，其特征在于，所述芳香化合物分子结构中以侧链，桥链以及芳香环数量低于骨架芳香环数量的芳香族单体作为辅助结构。
8.如权利要求5或6所述的煤焦油轻质组分中芳香化合物全组分分布表征方法，其特征在于，所述步骤4中芳香组分分类根据芳香化合物分子的骨架结构进行，将具有相同骨架结构的芳香化合物归为同一类，并以骨架结构对该类芳香化合物进行命名。
9.如权利要求1所述的煤焦油轻质组分中芳香化合物全组分分布表征方法，其特征在于，所述步骤5中以分子骨架结构分类而形成的芳香组分特性采用芳香化合物种类总数目N1、分子结构中多芳香族单体的芳香化合物种类数目N2和芳香系芳香化合分子平均侧链数N3来进行表征。
10.如权利要求9所述的煤焦油轻质组分中芳香化合物全组分分布表征方法，其特征在于，芳香系芳香化合分子平均侧链数N3采用以下公式计算：
Figure FDA0002541216130000021
其中，xi为一类芳香组分中第i种芳香组分分子结构侧链数。
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