[发明专利]一种煤的分级利用的方法

说明书

技术领域

本发明属于煤清洁利用领域，具体涉及煤的萃取。 

背景技术

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。 

发明内容

本发明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。 

具体实施方式

以下结合具体实施例作进一步详述，对本发明作进一步的说明，但本发明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℃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℃)，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℃，压力高于7.1MPa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。 

图1所示为45℃、7.4MPa及14.8MPa下ScCO₂/DMF与CS₂/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ScCO₂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ScCO₂，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CS₂一样，ScCO₂与DMF间也发生了“协合效应”，即ScCO₂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ScCO₂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。