[发明专利]一种基于离子液体的煤含碳残渣萃取分离的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种以离子液体为萃取剂，分离煤加工工艺过程产生的含碳固体残渣中沥青烯类物质的方法。

背景技术：

中国能源资源的特点是煤炭资源丰富，石油、天然气相对匮乏，这个特点决定了我国的能源结构是以煤为主体，而且煤炭作为我国主要能源的格局在相当长时间内是难以改变的。大力发展煤化工行业是我国能源发展的趋势，涉及煤的焦化、气化、间接液化、直接液化以及煤的化工制品等多个领域。如何高效、洁净的充分利用煤炭资源，降低石油供应短缺，实现能源、经济、环境的协调发展是我国当前紧迫而具战略性的任务。

煤炭直接或间接液化、焦化等工艺的主要产品是燃料气、燃料油，同时不可避免的产生一定量的固体残渣，例如，煤直接液化过程产生的残渣约占原煤总量的30％。进一步有效利用这些残渣，对煤炭资源的高效洁净利用以及煤炭加工工艺的经济性有着不可低估的影响。煤加工工艺过程产生的含碳残渣中主要包括重质油、沥青烯类物质、未反应的煤和矿物质等，其中沥青烯类物质主要由多环的稠合芳烃组成，具有芳香度高、碳含量高、容易聚合或交联等特点，是重要的芳碳资源，是制备高性能碳素材料的优质原料。目前，煤含碳残渣的利用方式有直接燃烧、焦化制油、气化制氢等，其中以燃烧为主，没有实现对残渣中沥青烯类物质的高附加值利用。

利用煤含碳残渣分离出的沥青烯类物质改性后制备中间相沥青，进而生产高附加值碳素材料如碳纤维、针状焦等，是煤残渣高附加值利用的一个研究热点。中国专利(公开号CN101580729A)中报道了利用有机溶剂萃取煤残渣中的煤液化油沥青，进而改性生产中间相沥青的技术；中国专利(公开号CN101885976A)中报道了利用煤液化过程中产生的液化油品萃取煤液化残渣中的重质液化油和沥青类物质的方法。中国专利(公开号CN1948148A)中报道了采用甲苯和四氢呋喃萃取沥青烯和前沥青烯，以及碳化制备纳米碳管的技术。中国专利(公开号CN1629257A)中报道了采用吡啶类和喹啉类离子液体溶剂溶解清除原油开采中沥青质沉积物，清除沥青质、进行再生的方法。

离子液体作为一种新型“绿色溶剂”，具有传统有机溶剂不可比拟的特性，如蒸汽压低、不易挥发、熔点低、具有很强的溶解能力、较好的热稳定性和化学稳定性、较宽的液态范围、可循环使用等，广泛应用于电化学、催化、材料合成和分离等化学化工领域，尤其在分离纤维素上取得了较大的进展。目前尝试利用纯离子液体作为萃取剂分离煤含碳残渣中的沥青烯类物质并进一步制备中间相的文献报道几乎没有。中国专利(公开号CN102041014A)中报道了采用离子液体复合萃取剂分离煤直接液化残渣中的沥青烯、前沥青烯和/或重质油，其中所用的离子液体阳离子为咪唑类，处理的残渣为煤直接液化残渣；而本发明用到的萃取剂是纯离子液体而且阳离子为吡啶类和铵类，且处理的煤含碳残渣包括煤直接/间接液化残渣、煤焦化过程中的焦油渣以及煤焦油蒸馏残渣等，两者保护内容不同。

基于以上研究现状，本发明以离子液体为萃取剂，采用萃取和反萃两步，高效、快速的分离煤含碳残渣中的沥青烯类物质。其优势在于所用的离子液体可以一步合成、价廉、粘度低、易于再生，有效地缩短萃取分离时间，避免使用有机类溶剂萃取分离时形成的二次污染，同时可以大大提高萃取分离选择性。由沥青烯类物质改性制备的中间相沥青是制备高性能碳素材料的前驱体，因而本发明具有广阔的应用前景。

发明内容：

本发明的目的是针对目前煤加工工艺过程产生的含碳残渣的低附加值利用现状，进行煤残渣的高附加值利用。开发了一种以离子液体为萃取剂，分离煤含碳残渣中沥青烯类物质的有效方法，从而为制备优质碳素材料提供原料。

本发明中使用的离子液体由吡啶类、铵类阳离子和羧酸类、硫酸二烷基酯类阴离子组成。其中吡啶类、铵类阳离子是含有氢或不同侧链碳数的吡啶、铵离子中的一种，阴离子是甲酸根离子(Of^-)、醋酸根离子(OAc^-)、丙酸根离子(OP^-)、苯甲酸根离子(Ba^-)、硫酸二甲酯离子(DMS^-)和硫酸二乙酯离子(DES^-)。以上离子液体的结构式可举例如下：

三乙胺甲酸盐离子液体([TEtA][Of])      3-甲基吡啶醋酸盐离子液体([MPy][OAc])

三乙胺丙酸盐离子液体([TEtA][OP])      3-甲基吡啶苯甲酸盐离子液体([MPy][Ba])