一种煤的分级利用的方法技术

技术编号:7086025 阅读:339 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术公开了用超临界二氧化碳与有机溶剂混合来进行煤的萃取,实现煤的分级利用的方法。采用溶剂萃取来分离煤中低分子化合物与主体结构,是煤的清洁高效利用的重要方法。当前常用CS2与有机溶剂(如NMP或DMF等)的混合溶剂进行萃取,然而该方法采用了有毒和后续分离困难的CS2,大大限制了该方法的广泛应用。本发明专利技术中采用无毒无害、可循环利用的超临界二氧化碳代替CS2,且与有机溶剂间分离简单,过程环保,能有效提高煤的利用效率,可很好的实现煤的分级利用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于煤清洁利用领域,具体涉及煤的萃取。
技术介绍
通过溶剂萃取的方法来分离煤中低分子化合物与主体结构对于煤的化学结构的研究并且对于煤本身更清洁高效的利用而言是一种重要的手段。在众多萃取方法中,二硫化碳与有机溶剂(如NMP或DMF等)进行等体积的混合的萃取被广泛应用于煤的萃取研究中。然而此方法有如下两点不足,第一,二硫化碳本身是一种有毒物质,实验过程中会对人体的健康造成一定的伤害,且气味难闻又易燃烧,增加了操作的危险性;第二,在溶剂、溶质分离时由于二硫化碳的存在增加了后续的分离步骤,繁化了分离过程。以上两点共同限制了该方法的放大应用。超临界二氧化碳是一种无毒无害、清洁高效的萃取溶剂,此外由于其在临界点处的特殊性质使得其与溶质的分离十分方便,无需另外的分离设备。
技术实现思路
本专利技术的目的即希望用超临界二氧化碳代替二硫化碳来与有机溶剂(如NMP或 DMF等)混合萃取煤。具体实施例方式以下结合具体实施例作进一步详述,对本专利技术作进一步的说明,但本专利技术不局限于以下实施例。实施例取一定质量的煤粉倒入高压装置中,在高压装置内加入1/2体积的有机溶剂如 DMF,拧上法兰螺丝,将高压釜放置于冰水混合物中进行降温冷却,待釜体温度降至5°C以下时打开钢瓶减压阀与高压釜入口阀门,通入一定时间的二氧化碳气体,在该温度以及钢瓶压力(5MPa)下,釜内部分二氧化碳将以液态形式的存在,通气时间的长短视具体的操作温度、压力而定,通气时间与温度、压力的大致关系由前期试验经验获得。通气完毕后关闭入口处阀门,取出高压釜,拭干表面水分后放入炉体内,打开加热开关,加热釜体至预设温度 (该温度需高于超临界二氧化碳的临界温度31°C ),随着釜体温度压力的上升,釜内液相二氧化碳发生相变逐渐变为气相,带温度高于31°C,压力高于7. IMPa时,釜中的二氧化碳以超临界形式存在,并在搅拌桨的作用下与釜内有机溶剂混合为一相,并开始对煤进行萃取。萃取完成之后,关闭搅拌桨以及加热电源,将高压釜取出置于水缸中冷却,待温度、压力降至临界点以下,此时釜内的二氧化碳重新变为气体,与有机溶剂分为上下两相, 溶质溶于有机溶剂中。此时打开高压釜出口阀门,放出二氧化碳气体,倒出釜底有机溶剂与萃余煤,余煤用乙醇进行多次清洗,直至清洗液为无色为止,而后放入烘箱中烘干、称量获得固体萃余煤,萃取液使用减压蒸馏来脱除有机溶剂,浓缩液通过丙酮溶解用气相色谱-质谱联用仪分析萃取物组分。附图说明图1所示为45°C、7. 4MPa及14. 8MPa下ScO)2/DMF与C&/DMF体系萃取率与混合溶剂中DMF所占的体积之间的关系。由图可见,单一溶剂萃取时纯无论高压还是低压下萃取率的值均为0,纯 DMF的萃取率为5. 8%,因此起到溶剂萃取作用的主要来自于DMF而非&C02,当两者混合后,起初萃取率随着DMF所占体积的增加而上升,并于1 1处达到了最大值,随后便随DMF 体积比的增大而减小。由1 1附近的萃取率大于纯DMF的萃取率可见,ScCO2的存在对促进了萃取,其曲线形状与CS2/DMF体系十分相似,因此可以认为,同CS2 —样,Sc(X)2与DMF 间也发生了 “协合效应”,即Sc(X)2在体系中也起到了疏通扩散、减少传质阻力的作用,且在 1 1处达到了最佳配比。图中还可看到压力对于萃取率的影响。在相同温度下,压力的提高有利于萃取的进行。根据超临界流体性质,压力增大使得超临界流溶剂体密度增大,流体性质向液体靠拢,由此与DMF间产生了更好的混合。然而在本试验中压力提高50%后萃取率最大增幅只有13%,可见^CO2并非萃取过程的主要影响,由此也间接说明了其在混合中的辅助地位。此外图中还可看到,&C02/DMF体系的萃取效果均低于CS2/DMF,这可从热力学、 动力学两方面给予解释。从热力学角度来讲,萃取率的高低同煤与溶剂的溶解度参数大小有关,溶解度参数越接近,萃取率越高。对C含量低于80%的烟煤而言溶解度参数δ C在 11. 5 15. 0(cal. cm-3)0. 5 之间,CS2/DMF(1 1)的 δ c 约为 11. 1,而 ScO)2/DMF(l 1) 的δ c则在9. 6左右,故其萃取效果不如CS2/DMF ;从动力学角度来看,溶剂及萃取物的传质扩散过程很大程度上影响着萃取速率,实际的萃取过程更受动力学因素的影响。因此萃取率低也可能由于釜内搅拌的原因使得没能与DMF充分的混合,从而使得降低扩散阻力的作用未能很好的发挥出来。通过对萃取物使用GCMS分析,45°C时两种压力下萃取液中分别存在如下产物表145°C、7. 4MPa,ScO)2/DMF 1 1 萃取物组成及含量权利要求1.一种新型的煤的萃取方法,其特征在于使用超临界二氧化碳与有机溶剂作为混合溶剂,对煤进行萃取,实现煤的分级利用。2.如权利要求1所述的煤的萃取方法,其特征在于所使用的煤为褐煤以及其它煤种。3 如权利要求1所述的新型的煤的萃取方法,其特征在于所使用的有机溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)或丙酮。4.如权利要求1所述的新型的煤的萃取方法,其特征在于温度变化的范围在45°C 150°C。5.如权利要求1所述的新型的煤的萃取方法,其特征在于压力的变化范围在7. 30MPa。6.如权利要求1所述的新型的煤的萃取方法其特征在于超临界二氧化碳在混合溶剂中所占的体积分数的变化范围为1-100%。7.如权利要求1所述的煤的萃取方法,特征在于,萃取之后的煤用乙醇或丙酮进行多次清洗,直至清洗液为无色为止,而后烘干获得固体萃取煤。8.如权利要求1所述的煤的萃取方法,特征在于,萃取液使用减压蒸馏来脱除有机溶剂,浓缩液通过丙酮或四氢呋喃或正己烷溶解得到萃取物。全文摘要本专利技术公开了用超临界二氧化碳与有机溶剂混合来进行煤的萃取,实现煤的分级利用的方法。采用溶剂萃取来分离煤中低分子化合物与主体结构,是煤的清洁高效利用的重要方法。当前常用CS2与有机溶剂(如NMP或DMF等)的混合溶剂进行萃取,然而该方法采用了有毒和后续分离困难的CS2,大大限制了该方法的广泛应用。本专利技术中采用无毒无害、可循环利用的超临界二氧化碳代替CS2,且与有机溶剂间分离简单,过程环保,能有效提高煤的利用效率,可很好的实现煤的分级利用。文档编号B01D11/02GK102335522SQ20111026308公开日2012年2月1日 申请日期2011年9月7日 优先权日2011年9月7日专利技术者于广锁, 代正华, 刘海峰, 周志杰, 孙晔, 孙诗炜, 李伟锋, 梁钦锋, 王亦飞, 王兴军, 王辅臣, 许建良, 郭庆华, 郭晓镭, 陈雪莉, 龚欣 申请人:华东理工大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型的煤的萃取方法,其特征在于使用超临界二氧化碳与有机溶剂作为混合溶剂,对煤进行萃取,实现煤的分级利用。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:王辅臣王兴军于广锁龚欣刘海峰王亦飞陈雪莉周志杰代正华李伟锋梁钦锋郭晓镭郭庆华许建良孙诗炜孙晔
申请(专利权)人:华东理工大学
类型:发明
国别省市:31

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