高温煤焦油高值化利用的基础研究

High-temperature coal tar (HTCT) mainly consists of condensed aromatics (CAs), most of which (especially highly condensed aromatics) are value-added organic chemicals with very important applications. However, as a mixture of by-products from coke-making, HTCH has very complex composition and there are complex intermolecular interactions (IMIAs, mainly including different pai-pai interactions, hydrogen bonds and pai-pai/hydrogen bond complex interactions) among various components in HTCT, so separating most of pure CAs from HTCT with conventional methods is very difficult. Based on our previous work, in this project we try to separate pure CAs as more as possible by sequential extraction (SE), pressured gradient column chromatography (PGCC) and stepped crystallization (SC) to reveal IMIAs among CAs in HTCT and among the selected solvents, adsorbents and CAs in HTCT by tracking analysis of the extracts from the SE, effluents from the PGCC and the pure CAs from the SC. The strengths of the IMIAs will be evaluated by the method of computational chemistry. The above investigations are expected to provide important scientific basis for smart technology of HTCT separation and for value-added utilization of HTCT.

高温煤焦油主要由缩合芳香族化合物组成，其中诸多成分（特别是高度缩合的芳香族化合物）是高附加值的有机化学品，具有十分重要的用途。然而，作为炼焦的副产物，高温煤焦油的组成十分复杂，各组分存在着复杂的分子间作用力（主要包括不同类型的pai-pai相互作用、氢键作用和pai-pai/氢键复合作用），用传统的方法分离其中大部分缩合芳香族化合物纯品十分困难。基于前期的研究工作，本项目拟采用逐级萃取、加压梯度柱层析和分步结晶的方法从高温煤焦油中尽可能多地精细分离缩合芳香族化合物纯品，通过对逐级萃取所得各级萃取物、加压梯度柱层析所得各洗脱馏分和分步重结晶所得各纯品的跟踪分析揭示高温煤焦油中缩合芳香族化合物分子间的作用力、选用的溶剂和吸附剂与高温煤焦油中缩合芳香族化合物分子间的作用力，借助计算化学的方法评价这些分子间作用力的强度，为优化高温煤焦油的精细分离工艺和实现高温煤焦油的高值化利用提供重要的理论依据。

高温煤焦油（HTCT）主要由缩合芳香族化合物（CAs）组成，其中诸多成分是高附加值的有机化学品，具有十分重要的用途。然而，作为炼焦的副产物，HTCT的组成极其复杂，各组分存在着复杂的分子间作用力，用传统的方法分离其中诸多CAs十分困难。本项目采用分级萃取、加压梯度柱层析和分步结晶的方法从HTCT中富集CAs，通过对逐级萃取所得各级萃取物、加压梯度柱层析所得各洗脱馏分和分步重结晶所得各纯品的跟踪分析揭示HTCT中CAs分子间的作用力、选用的溶剂和吸附剂与HTCT中CAs分子间的作用力，借助计算化学的方法评价这些分子间作用力的强度。研究结果表明，HTCT分离过程中涉及的分子间的相互作用包括范德华力、氢键、...相互作用、>CH2...X、>C=O...X和HO...X（X表示>NH、-N<或羟基取代的芳环）及Y...键（Y表示>CH2、>C=O或-OH）；与缩合芳烃相比，含杂原子CAs之间的作用力及其与溶剂和层析柱固定相之间的作用力更强；CAs的缩合程度越高，分子间的相互作用越强，萃取和洗脱越困难，但易于形成晶体；2-6环非取代缩合芳烃是HTCT石油醚萃取物的主要成分，可以用石油醚萃取和后续的分离从HTCT中大量富集2-6环非取代缩合芳烃乃至获取2-6环非取代缩合芳烃纯品；从HTCT中富集了13种缩合芳烃和3种氮杂环芳香族化合物；发明了预减压蒸馏回收溶剂的技术，有助于在后续的本项目成果推广应用后降低生产成本和避免环境污染。这些研究结果为通过逐级分离HTCT获得尽可能多的CAs纯品提供了重要的科学依据。例如，根据CAs的缩合程度、是否含杂原子、所含杂原子的种类和位置与分子间作用力强度的关系，可以依次选择不同的溶剂和其它条件从HTCT中逐级分离出CAs纯品。在国内外学术期刊上共发表论文30篇（其中SCI源期刊论文22篇），获得授权国家发明专利7件和江苏省科学技术三等奖。