[發明專利]一種采用共溶劑解聚中低階煤的方法

無效

• 申請號: 201310513330.6
• 申請日: 2013-10-28
• 公開（公告）號: CN103525500A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 雷智平;劉啟文;程露露;水恒福;王知彩;任世彪;康世剛
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: C10L9/02
• 分類號: C10L9/02
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 蔣海軍

技術領域

本發明屬于中低階煤綜合利用技術領域，具體涉及中低階煤在溫和條件下于離子液體和有機溶劑組成的共溶劑中解聚、解聚產物與共溶劑分離的方法和工藝。

背景技術

我國中低階煤資源豐富，尤其是褐煤已探明的保有儲量達1303億t。由于大部分褐煤存在高灰分（約30%）、高水分（20-50%）、低熱值（約14?MJ·kg^-1）、低灰溶點、熱穩定性差和容易風化自燃等問題因而被視為劣質燃料。用熱溶的方法從煤中分離有機質得到“HyperCoal”（超凈煤）是近年來煤化工界開發的重要潔凈煤技術，其目標是獲得煤熱溶物收率超過60%，灰分低于0.02%的無灰煤，該無灰煤可以直接噴入燃氣輪機燃燒發電、實現催化低溫氣化或制備高性能炭材料原料。同時超凈煤在高效可循環使用的催化劑作用下可高效轉化為油品或高附加值的化工產品。中低階煤特別是褐煤在常規有機溶劑熱溶過程中熱溶物的收率較低，這限制了中低階煤制備超凈煤技術的發展。

目前煙煤熱溶所用的溶劑基本為1-甲基萘、甲基萘油和輕質循環油等，向上述溶劑中加入甲醇、水或HCl水溶液、N-甲基吡咯烷酮等可促進煙煤的熱溶，但為了達到高萃取率熱溶一般是在較高溫度（350℃）左右進行。然而在較高溫度下的熱溶煙煤已經開始熱解，其結果必然導致熱溶物中產生部分熱縮聚產物，因而必然影響了熱溶物的轉化性能。為了在低溫下高收率獲得中低階煤的熱溶物，需要開發溫和條件下中低階煤的熱溶解聚技術。離子液體具有不揮發、不易燃、催化等特性，有望替代傳統的有機溶劑。最近，美國Paul?Painter研究小組（Energy?Fuels,?2010,?24(3):?1848–1853）報道了離子液體可以溶解、分解煤到一定微細顆粒，相對于煤在NMP和吡啶中的溶解能力，煤在離子液體和NMP、離子液體和吡啶中的溶解能力顯著增加。雷智平等發現離子液體1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽可高效解離先鋒褐煤，在200℃時1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽對其萃取率可達74%（Fuel,?2012,?95:630-633），但以上萃取過程中離子液體用量較大，限制了其的工業化應用。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種采用離子液體和有機溶劑組合成的共溶劑解聚中低階煤的方法和工藝。將離子液體與有機溶劑相結合而構成的共溶劑體系，不僅對中低價煤具有高效解聚性能，同時可顯著降低離子液體用量，提高過程的經濟性。

為實現上述目的，本發明是通過以下技術方案予以實現的。

本發明提供一種采用共溶劑解聚中低階煤的方法，該方法步驟如下：

（1）選擇有利于高效解聚中低階煤的離子液體與有機溶劑組成共溶劑，將中低階煤和共溶劑加入到反應釜，其中中低階煤與共溶劑的質量之比為1:1～100；所述離子液體為1-丁基-3-甲基咪唑氯鹽、1-丁基-3-甲基咪唑溴鹽、二甲基咪唑磺酸甲酯鹽、丁基咪唑三氟甲磺酸鹽、乙基-甲基咪唑乙酸鹽、1-甲基-3-烯丙基咪唑氯鹽、1-丁基-3-甲基咪唑乙酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑甲酸鹽或1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽，所述有機溶劑為乙酸乙酯、四氫萘、甲醇、乙醇、甲基萘、甲基萘油或N-甲基吡咯烷酮，所述有機溶劑與離子液體的質量之比為

1～100：1；

（2）將步驟（1）的中低階煤和共溶劑形成的混合物，在100～350^oC加熱0.5～10小時，反應結束后自然冷卻到室溫；

（3）將步驟（2）反應所得的混合物通過離心分離和濾膜過濾分離分別得到未反應的殘渣和濾液；

（4）將步驟（3）的濾液通過先蒸發然后水洗可得有機溶劑和離子液體，離子液體和有機溶劑可循環使用；

（5）將步驟（4）得到的解聚產物進行真空干燥。

本發明的特征在于利用離子液體與有機溶劑進行不同比例混合形成二元混合溶劑對中低階煤進行熱溶萃取，將離子液體和有機溶劑對中低階煤中大量的弱鍵合結構進行高效解離的性能相結合，達到在顯著降低離子液體用量的基礎上高效解聚中低級煤的目的。

本發明提供的溫和條件下中低階煤在離子液體和有機溶劑共同作用下的解聚和解聚產物與離子液體和有機溶劑分離的方法和工藝具有以下優點：

1、萃取溫度低（100～350℃），工藝穩定，易于控制且工藝操作簡單；

2、離子液體和有機溶劑可循環使用可有效提高過程的經濟性；

3、萃取過程簡單、中低階煤萃取產率高；

4、萃取產物直接或延伸作為生產多種高附加值的有機化合物或重要的化工原料。