基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法技术

本发明专利技术涉及溶胀剂技术领域，是一种基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法；根据待选溶胀剂的三维溶解度参数计算出待选溶胀剂的三个分数参数，然后将待选溶胀剂的三个分数参数绘制在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中；若待选溶胀剂的三个分数参数位于溶胀剂三元图中的原煤三维溶度窗中，则该待选溶胀剂为良溶剂。本发明专利技术通过建立的原煤三维溶度窗能够快速准确的确定单一溶剂或二元混合溶剂对煤是否具有溶胀效果，特别二元混合溶剂对煤有溶胀效果的最佳配比，本发明专利技术较传统方法大大缩短了筛选周期，降低了工作量，同时节省了实验材料的消耗，具有筛选溶剂宽、实用性和通用性强的特点，提高了工作效率，降低了操作成本，对生产实践具有指导作用。

Screening method of swelling agent based on thermodynamic parameters of coal

The invention relates to the field of swelling agent technology, is a kind of swelling coal thermodynamic parameters based on agent selection method; calculate three scores to be selected according to the parameters of swelling agent three solubility parameters to be selected swelling agent three scores, rendering parameters to be selected and swelling agent containing coal swelling agent three-dimensional solubility window three yuan; three points to be selected if the parameters of swelling agent in three-dimensional solubility window coal swelling agent three yuan in the figure, the candidate is a good solvent swelling agent. Through the window to establish three-dimensional solubility of coal quickly and accurately determine the single solvent or mixed solvent of coal is two yuan with a swelling effect, the best ratio of special two yuan mixed solvent swelling effect on coal, the invention is superior to the traditional methods greatly shorten the screening period, reduce workload, and save the experimental material consumption with wide, solvent screening, practicality and versatility characteristics, improve work efficiency, reduce operating costs, with the guidance of the production practice.

【技术实现步骤摘要】
基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法
本专利技术涉及溶胀剂
，是一种基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法。
技术介绍
煤溶胀是指煤在溶剂的作用下，煤中的共价键断裂流动性增强，煤的结构疏松、体积增大、自由能降低的过程。利用有机溶剂对煤进行溶胀预处理，可断裂煤结构中的氢键等弱键，疏松煤大分子的网络结构，并使其中小分子在煤大分子结构中进行重排，进而增强煤自身供氢性能，改善煤热解或加氢液化反应性，从而提高煤转化效率。煤溶胀可用于研究煤的化学结构、热解及加氢反应，对研究煤结构、提高焦油产率和液化转化率都具有非常重要的指导意义。溶胀剂的选择是溶胀过程效果的关键，适宜的溶胀剂主要考虑以下几个因素：溶剂的高溶解性、经济性、热稳定性和化学稳定性等特点。单一溶剂对煤的溶胀效果由于受溶剂与煤之间的相互作用影响，溶胀度较差，而二元混合溶剂能够减弱甚至打破这种相互作用，提高溶胀度。目前有关二元溶剂的选择以及溶剂的配比的确定主要使用经验法、实验法以及采用模糊综合评判选择，经验法存在工作量大、筛选溶剂窄和通用性不强，实验法存在工作量大和筛选溶剂窄，模糊综合评判存在实用性和通用性不强、筛选溶剂窄等缺点。因此，优化筛选出性能优良的二元混合溶胀剂成为当前煤溶胀处理的首要任务。溶解度参数是物质内聚能密度的平方根，是物质的固有性质。三维溶解度参数是将内聚能化为色散力、极性力和氢键三种分子间作用力。其中,色散力作用的分量主要来自于原子间的色散力,极性力作用的分量来自于分子间的诱导偶极力和瞬时偶极力,氢键力作用的分量主要来自由分子间的氢键。三维溶解度参数目前主要应用于预测聚合物在不同溶剂中的溶解性和交联聚合物在不同溶剂中的溶胀行为；但有关三维溶解度参数应用在原煤溶胀剂的筛选中，还未见相关文献和报道。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有方法存在工作量大、筛选溶剂窄、实用性和通用性不强的缺点；但有关三维溶解度参数应用在原煤溶胀剂的筛选中，还未见相关文献和报道的问题。本专利技术的技术方案是通过以下措施来实现的：一种基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，按下述方法进行：根据待选溶胀剂的三维溶解度参数计算出待选溶胀剂的三个分数参数，然后将待选溶胀剂的三个分数参数色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh，绘制在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中；若待选溶胀剂的三个分数参数位于溶胀剂三元图中的原煤三维溶度窗中，则该待选溶胀剂为良溶剂，若待选溶胀剂的三个分数参数位于溶胀剂三元图中的原煤三维溶度窗外，则该待选溶胀剂为不良溶剂。下面是对上述专利技术技术方案的进一步优化或/和改进：上述待选溶胀剂为单一溶剂或二元混合溶剂。上述包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图按下述方法得到：第一步，以色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh绘制等边三角形，得到溶胀剂三元图；第二步，将一系列良溶剂和一系列不良溶剂对应的色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh绘制在溶胀剂三元图中，沿着一系列良溶剂的边缘，画一个椭圆，将一系列良溶剂包含在椭圆内，同时将一系列不良溶剂排除在椭圆外，溶胀剂三元图中的椭圆即为原煤三维溶度窗。上述良溶剂按下述方法得到：第一步，原煤粉碎后得到碎原煤；第二步，碎原煤用蒸馏水清洗后，氮气保护下将清洗后的碎原煤在温度为70℃至75℃的酸液中反应23h至24h，反应后用蒸馏水洗至中性，得到一次煤样；第三步，一次煤样在温度为105℃至110℃下干燥3h至3.5h，干燥后再在温度为180℃下真空干燥16h至17h，得到二次煤样；第四步，二次煤样装填至离心管中，将离心管置入离心机中，在转速为3000r/min至4000r/min下离心10min至15min，离心后测量二次煤样在离心管中的高度，得到h1；第五步，离心后将离心管中的二次煤样捣松，按每1克二次煤样中加入5mL有机溶剂计，在离心管中的二次煤样中加入有机溶剂并混合均匀，封口垂直静置后将离心管重新置入离心机中，在转速为3000r/min至4000r/min下离心10min至15min，离心后测量二次煤样在离心管中的高度，得到h2，根据溶胀度计算公式Q＝h2/h1，计算出溶胀度Q值，若溶胀度Q值大于1为良溶剂，若溶胀度Q值等于1为不良溶剂。上述酸液为氢氟酸、浓盐酸和蒸馏水按体积比为1:3:4混合得到；或/和，按1克碎原煤中加入10毫升至15毫升酸液计，氮气保护下将清洗后的碎原煤在温度为70℃至75℃的酸液中反应23h至24h；或/和，封口垂直静置20h至24h。上述有机溶剂为正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷、正癸烷、正十一烷、正十二烷、环戊烷、环己烷、苯、甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、乙苯、丁苯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、噻吩、四氢呋喃、吡啶、1,4-二氧六环、环氧丙烷、硝基甲烷、二硫化碳、1-己烯、环己烯、苯乙烯、丙酮、戊酮、3-戊酮、环己酮、乙醚、丁醚、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、1-丁醇、异丁醇、乙腈、水、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮。上述一系列良溶剂包括二氯甲烷、氯仿、噻吩、四氢呋喃、吡啶、1,4-二氧六环、环氧丙烷、丙酮、戊酮、3-戊酮、环己酮、乙醚、丁醚、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、1-丁醇、异丁醇、乙腈、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮；一系列不良溶剂包括正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷、正癸烷、正十一烷、正十二烷、环戊烷、环己烷、苯、甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、乙苯、丁苯、四氯化碳、硝基甲烷、二硫化碳、1-己烯、环己烯、苯乙烯和水。本专利技术基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，通过建立的原煤三维溶度窗能够快速准确的确定单一溶剂或二元混合溶剂对煤是否具有溶胀效果，特别是能快速准确的确定二元混合溶剂对煤有溶胀效果的最佳配比，本专利技术基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法较传统方法大大缩短了筛选周期，降低了工作量，同时节省了实验材料的消耗，具有筛选溶剂宽、实用性和通用性强的特点，提高了工作效率，降低了操作成本，对生产实践具有指导作用。附图说明附图1为本专利技术包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图。附图2为实施例8中丙酮与正己烷按不同体积比得到的待选溶胀剂，在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中的分布图。附图3为实施例9中丙酮与二硫化碳按不同体积比得到的待选溶胀剂，在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中的分布图。附图4为实施例10中乙醇与苯按不同体积比得到的待选溶胀剂，在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中的分布图。附图5为实施例11中3种待选溶胀剂乙二胺、邻苯二甲酸二甲酯、N,N-二甲基乙酰胺，在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中的分布图。具体实施方式本专利技术不受下述实施例的限制，可根据本专利技术的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。实施例1，该基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，按下述方法进行：根据待选溶胀剂的三维溶解度参数计算出待选溶胀剂的三个分数参数，然后将待选溶胀剂的三个分数参数色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh，绘制在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中；若待选溶胀剂的三个分数参数位于溶胀剂三元图中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，其特征在于按下述方法进行：根据待选溶胀剂的三维溶解度参数计算出待选溶胀剂的三个分数参数，然后将待选溶胀剂的三个分数参数色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh，绘制在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中；若待选溶胀剂的三个分数参数位于溶胀剂三元图中的原煤三维溶度窗中，则该待选溶胀剂为良溶剂，若待选溶胀剂的三个分数参数位于溶胀剂三元图中的原煤三维溶度窗外，则该待选溶胀剂为不良溶剂。

【技术特征摘要】
1.一种基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，其特征在于按下述方法进行：根据待选溶胀剂的三维溶解度参数计算出待选溶胀剂的三个分数参数，然后将待选溶胀剂的三个分数参数色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh，绘制在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中；若待选溶胀剂的三个分数参数位于溶胀剂三元图中的原煤三维溶度窗中，则该待选溶胀剂为良溶剂，若待选溶胀剂的三个分数参数位于溶胀剂三元图中的原煤三维溶度窗外，则该待选溶胀剂为不良溶剂。2.根据权利要求1所述的基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，其特征在于待选溶胀剂为单一溶剂或二元混合溶剂。3.根据权利要求1或2所述的基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，其特征在于包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图按下述方法得到：第一步，以色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh绘制等边三角形，得到溶胀剂三元图；第二步，将一系列良溶剂和一系列不良溶剂对应的色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh绘制在溶胀剂三元图中，沿着一系列良溶剂的边缘，画一个椭圆，将一系列良溶剂包含在椭圆内，同时将一系列不良溶剂排除在椭圆外，溶胀剂三元图中的椭圆即为原煤三维溶度窗。4.根据权利要求3所述的基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，其特征在于良溶剂按下述方法得到：第一步，原煤粉碎后得到碎原煤；第二步，碎原煤用蒸馏水清洗后，氮气保护下将清洗后的碎原煤在温度为70℃至75℃的酸液中反应23h至24h，反应后用蒸馏水洗至中性，得到一次煤样；第三步，一次煤样在温度为105℃至110℃下干燥3h至3.5h，干燥后再在温度为180℃下真空干燥16h至17h，得到二次煤样；第四步，二次煤样装填至离心管中，将离心管置入离心机中，在转速为3000r/min至4000r/min下离心10min至15min，离心后测量二次煤样在离心管中的高度，得到h1；第五步，离心后将离心管中的二次煤样捣松，按每1克二次煤样中加入5mL有机溶剂计，在离心管中的二次煤样中加入有机溶剂并混合均匀，封口垂直静置后将离心管重新置入离心机中，在转速为3000r/min至4000r/min下离心10min至15min，离心后测量二次煤样在离心管中的高度，得到h2，根据溶胀度计算公式Q＝h2/h1，计算出溶胀度Q值...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，潘薪羽，赵丽，马空军，
申请(专利权)人：新疆大学，
类型：发明
国别省市：新疆,65