燃料及燃烧：3.第一篇 第三章 煤有机质的化学结构.ppt

煤的溶剂抽提性质煤的溶剂抽提性质第三章 煤有机质的化学结构煤的基本结构单元煤的基本结构单元煤的基本结构单元煤的基本结构单元煤的基本结构单元煤的基本结构单元1 一、煤化学结构的研究办法一、煤化学结构的研究办法 1 1）物理研究法）物理研究法：：红外光谱，X射线衍射，核磁共振，密度，折射率等 2 2）物理化学的研究方法：）物理化学的研究方法：溶剂抽提和吸附性能等 3 3）化学研究法：）化学研究法：氧化，加氢，解聚，烷基化，热解和官能团分析等 煤的溶剂抽提性质煤的溶剂抽提性质2二、煤的溶剂抽提性质二、煤的溶剂抽提性质•溶剂抽提是最经典的煤化学研究方法之一，溶剂抽提是最经典的煤化学研究方法之一，至今仍在不断发展中至今仍在不断发展中•对煤的溶剂抽提物的分析可为煤结构研究提对煤的溶剂抽提物的分析可为煤结构研究提供大量信息供大量信息3•根据溶剂种类、抽提温度和压力等条件的不同，煤的根据溶剂种类、抽提温度和压力等条件的不同，煤的溶剂抽提可以分为以下溶剂抽提可以分为以下5类：类：u普通抽提普通抽提：：≤100℃的温度下，用普通的低沸点有机溶剂抽提此种抽提的抽提物很少。

如：苯、氯仿CH3Cl和乙醇.u特定抽提特定抽提：：≤200℃，采用具有电子给予体性质的亲核性溶剂如酚类、胺类和抽提物产率较高20-40%，甚至超过50%抽提中基本上无化学变化，对煤的结构研究特别重要u超临界抽提超临界抽提：：以甲苯、异丙醇或水为溶剂在超过溶剂临界点的条件下抽提煤抽提温度一般在400℃左右抽提率可达30%以上它已发展成为一种液化工艺4u热解抽提热解抽提：：抽提温度在300℃以上，溶剂中有菲、蒽、喹啉和焦油馏分等因抽提中伴有热解反应，故称热解抽提抽提率一般在60%以上，少数煤甚至高达90%u加氢抽提加氢抽提：：抽提温度在300℃以上，采用供氢溶剂或采用非供氢溶剂但在有氢气存在的条件下进行抽提抽提中伴有热解和加氢反应，是典型的煤液化方法，因此抽提率较高51.普通抽提普通抽提•褐煤的苯-乙醇抽提:以1:1的苯和乙醇混合溶液在沸点下抽提褐煤，所得抽提物称为沥青它是由树酯、树蜡和少量地沥青组成的复杂化合物•氯仿抽提：为研究煤的粘结机理，对煤的氯仿抽提已进行过不少研究表3-1为原煤和经预处理后的煤用氯仿在其沸点温度下抽提所达到的抽提率6•煤经过快速预热后，氯仿抽提物的组成分析见表3-2。

抽提率在中等变质程度烟煤处出现最高点72.特定抽提特定抽提•特定抽提最常用的溶剂是吡啶、有机胺类和甲基吡咯特定抽提最常用的溶剂是吡啶、有机胺类和甲基吡咯烷酮等 例：吡啶抽提：吡啶在沸点温度下对煤的抽提率和抽提物的碳、氢元素组成见表3-3图3-1 是煤的吡啶抽提物的溶剂分级8图图3-1 是煤的吡啶抽提物的溶剂分级是煤的吡啶抽提物的溶剂分级 煤煤吡啶不溶物吡啶不溶物（（ɑ-ɑ-级分）级分）吡啶可溶物吡啶可溶物石油醚不溶物石油醚不溶物氯仿不溶物氯仿不溶物（（β β- -级分）级分）氯仿可溶物氯仿可溶物（（ϒ ϒ- -级分）级分）石油醚可溶物石油醚可溶物（（ϒ ϒ1 1- -级分）级分）乙醚可溶物乙醚可溶物（（ϒ ϒ2 2- -级分）级分）乙醚不溶物乙醚不溶物丙酮不溶物丙酮不溶物（（ϒ ϒ4 4- -级级分）分）丙酮可溶物丙酮可溶物（（ϒ ϒ3 3- -级分）级分）9•由上表可见，吡啶的抽提率明显高于普通的有机溶剂在烟煤阶段，抽提率先随变质程度的增加而增加，在煤中含C量为88%左右时达到最大值，然后随变质程度的进一步提高而急剧下降。

抽提物的元素组成与原煤很接近由于煤的复杂性，有些国家的煤在C 83%左右时，吡啶抽提物的产率最高•吡啶抽提率较高的原因是： 由于吡啶具有很强的亲核性和形成氢键的能力，故与煤的有机质之间产生较强的分子作用力 10 煤的基本结构单元煤的基本结构单元•通过解聚等方法的研究，发现煤与一般聚合物不同，后者是由单一化学结构的一种或几种单体聚合而成，而煤的单位仅仅彼此相似，具体组成并不完全相同为区别起见，通常称为结构单元•煤结构单元的外围部分主要是含氧（还有少量硫和氮）官能团和烷基侧链111.含氧官能团的测定方法含氧官能团的测定方法•羧基（-COOH):它是褐煤的特性官能团，有酸性，且比乙酸强测定方法如下：•酚羟基（-OH）：一般认为，绝大多数煤只含酚羟基而无醇羟基他们存在于泥炭、褐煤和烟煤中•羰基：羰基无酸性，在煤中分布很广，从泥炭到无烟煤都含有羰基12•甲氧基（-OCH3):它仅存在于泥炭和软褐煤中，能和HI反应生成CH3I，再用碘量法测定•醌基：它是羰基的一种形式，有氧化性，还没有标准测定方法，也难以测定•醚键：它不属于官能团，但可以测定 然后测定煤中增加的羟基或测定与煤结合的碘。

132.含氧官能团与煤化程度的关系含氧官能团与煤化程度的关系 煤中的含氧官能团随煤化程度的增加而急剧降低，其中以羟基为最多，其次是羰基和羧基在煤化过程中，甲氧基首先消失，接着是羧基，它在典型烟煤中已不再存在图中其它氧主要是指醚键和杂环氧143.煤中的含硫和含氮官能团煤中的含硫和含氮官能团•煤的性质与氧相似，所以煤中的含硫官能团种类与含氧官能团差不多所以硫含量比氧含量低，加上分析测定方面的困难，故煤中的硫的分布尚未完全弄清• 表3-8列出了几种美国煤有机硫的形态分布。