基于定向反应-溶剂萃取的中低温煤焦油沥青质的调控分离机制研究

The composition and structure analysis of coal tar is the premise of its transform utilization. It is also a very important fundamental problem in the science of coal tar. However, the separation and analysis of asphaltene components is a difficult point in this field. This project starts from the composition and structure characteristics of the asphaltene, putting forward the separation method of the basis of “the orientation chemical reaction, with solvent extraction as the core”. Using the separation idea of “step by step” and in virtue of the analysis of advanced characterization methods establishes the theoretical analysis method of asphaltene composition and its structure. In the technical level, “fix” the target component in asphaltene through orientation chemical reaction, and then use solvent extraction to “take off” the components that didn’t react with asphaltene so as to peel off the components of the asphaltene “step by step”. In the theoretical level, comprehensive analysis the reinforcement of orientation chemical reaction and the regulation of solvent extraction for the influence and mechanism of action of asphaltene components separation efficiency, composition and structure of the product, establish the model systematically based on BP neural network in the orientation chemical reaction-solvent extraction for accurate prediction model of asphaltene separation. The project results can provide a set of relationships that begins from “reaction - separation - composition”, which can conduct the method and theory of separation of asphaltene, help to promote the understanding of asphaltene composition and structure to the development of molecular level.

煤焦油的组成与结构分析是其转化利用的前提，也是煤焦油科学中一个非常重要的基础性问题，而其中沥青质中组分的分离与分析是该领域的难点。本项目拟从沥青质的组成和结构特点出发，提出“以定向反应为基础、溶剂萃取分离为核心”的分离策略。运用“层层剥离”的分离理念并借助先进的分析表征手段，建立沥青质分子层次组成和结构的理论解析方法。在技术层面，通过对沥青质中目标组分进行定向化学反应予以“固定”，采用溶剂萃取对沥青质未反应组分进行“剥离”，从而实现对沥青质组分的“层层剥离”。在理论层面，综合分析定向反应强化和溶剂萃取调控对沥青质组分分离效率、产物组成和结构的影响规律及作用机制，系统建立基于BP神经网络的定向反应-溶剂萃取用于沥青质组分分离的精准预测模型。本项目成果可提供出一套从“反应-分离-组成”之间的关系入手，进行沥青质组分分离的方法与理论，有助于推动对沥青质组成和结构的认识向分子层次发展。

煤焦油的组成与结构分析是其转化利用的前提，也是煤焦油科学中一个非常重要的基础性问题，而其中沥青质中组分的分离与分析是该领域的难点。本项目提出“以定向反应为基础、溶剂萃取分离为核心”的分离策略。运用“层层剥离”的分离理念并借助先进的分析表征手段，建立沥青质分子层次组成和结构的理论解析方法。以中低温煤焦油重油为原料，首先将其分为正己烷不溶热苯可溶和热苯不溶两部分，通过对其组成结构表征分析，获得了沥青质的总体组成结构信息。通过超声-热回流萃取得到中低温煤焦油沥青质，采用定向反应-溶剂梯级萃取分离的方法对其进行组分分离和组成结构分析研究。通过碱酸洗和梯级萃取分离（甲苯、甲醇、四氢呋喃）将沥青质分离为若干组分，考察其组分分布情况。在此基础上，以沥青质碱酸产物和酸碱产物为原料，与甲醛、多聚甲醛分别在酸性和碱性催化条件下反应得到反应产物，反应产物再进行溶剂梯度萃取分离分为若干组分，采用元素分析、GC/MS、Py-GC/MS、TG、FTIR和Uv-fluorescence spectra等表征手段对分离组分进行了直接（物理分析）和间接（化学降解）的组成结构表征。通过研究发现，沥青质碱酸洗反应产物及碱产物梯级萃取分离过程中，碱洗固定的酸性化合物中含氧物质较高，含量为10.65%；碱洗酸洗物中含氮化合物的含量比较较高，含量为13.46%。对沥青质碱酸洗和酸碱洗剩余物分别与甲醛（碱催化）反应-梯度萃取分离物的分析发现，芳烃主要富集在沥青质碱酸洗和酸碱洗与甲醛反应物的甲苯萃取物中，酚类化合物富集在沥青质碱酸洗和酸碱洗与甲醛反应物的甲醇萃取物中，含氧化合物和杂原子化合物主要富集在四氢呋喃萃取物中和四氢呋喃不溶物中。本项目建立了煤焦油沥青质组分的定向反应—溶剂萃取分离新方法，实现了沥青质组分的有效富集。该研究对煤焦油沥青质的进一步加工（制备碳材料和化学品等）具有重要的指导意义。