基于煤分子结构的分质转化利用

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1、基于煤分子结构的分质转化贾建军(西安科技大学化学与化工学院，西安710000)摘要：煤是重要的能源物质，同时也是众多化学品的原材料，煤的清洁高效利川对国K经济的发展和环境保护具有举足轻重的作用。本文对煤的化学组成及物理结构进行了简要介绍，并对一些基于煤分子结构的分质转化利用：溶剂提取、低温液相氧化和煤基新材料的相关研宄成果进行了综述。关键词：煤；分子结构；分质转化ThecoalgradingconversionbasedonmolecularstructureJIAjian-jun(Schoolofchemistryandchemi

2、calengineering,Xi'anuniversityofscienceandtechnology,Xi'an710000,China)Abstract:Coalisimportantenergymaterial，butalsorawmaterialofmanychemicals，cleanutilizationofcoalplaysadecisiveroleinthedevelopmentofnationaleconomyandtheenvironmentalprotection.Inthispaperthechemical

3、compositionandphysicalstructureofcoalwasbriefintroduced，mainlysummarizedthecoalgradingconversionbasedonmolecularstructure:solventextraction，liquidphaseoxidationatlowtemperaturesandnewmaterial.Keyvvords:coal;molecularstructure;gradingconversion我国富煤、贫油、少气的化石能源禀赋条件和可再生能源技

4、术突破的历史进程，决定了我国能源消费结构必然以煤炭为主，并将维持相当长的阶段。煤炭既是重要的工业与民用燃料，也是重要的化工原料，如何在高效利川有限的煤炭资源的同时，保护我们赖以生存的环境，迫切的要求我们对煤炭分质转化利用进行深入的研究。煤炭分质转化利用，是一种根据不同煤炭种类所具有的不同的性“质”一不同的组分、质量、性质等，对煤炭资源进行区别转化”梯级利用的科学理念。根据煤炭的物质构成"理化性质”等指标，对不同种类的煤炭进行分质转化利用，可以建立一个博大精深的煤炭清洁岛效转化利用科学体系m。其中依据煤炭分子结构的特点将不同性质的煤加

5、以分质然后对特定分子结构的煤进行转化利川的的技术不仅满足了人们对能源和化工品的需求，同时也大大降低了煤炭直接燃烧带来的环境问题，逐渐成为煤炭高效淸洁利用的重要发展方向。1.煤的分子结构1.1元素组成煤的元素纟11成，是研究煤的变质程度，计算煤的发热量，估算煤的干馏产物的重要指标，也是工业屮以煤作燃料时进行热iH十算的基础。煤的变质程度不同，其结构单元不同，元素组成也不同。对煤元素的分析主要是研宂煤中碳、氢、氧、氮和硫的含量。碳是煤中最主要的组成部分，是煤大分子结构的骨架，从泥煤到褐煤再到无烟煤，随着煤变质程度的升高，碳含量逐渐增加，

6、最终达到类似于石墨的超级无烟煤。氢是煤中第二重要的元素，是煤屮芳香结构和脂肪烃结构的重要组分，含量不高但发热量人，氢含量不仅与成煤物质有关，还和煤化程度有关，随着煤化程度的升高，氢含:W:逐渐降低。氧存在于煤的杂环结构和支链结构中，主要以羟基、羧基、甲氧基和醚键的形式存在，不同类型的煤以及不同变质程度的煤中氧含量变化较大，随着变质程度的加深，氧含量逐渐降低。氮在煤中的含量较少，主要来自于成煤物质中的蛋白质，多在质量分数0.8—1.8%的范围内变化。硫在煤屮以无机硫和有机硫两种形式存在，有时还含有少呈的元素硫。无机硫包括硫化物硫和硫酸

7、盐硫，有机硫来自于成煤物质蛋白质，以硫醚、硫醇、硫酮、噻吩类杂环物形式存在，组成较为复杂［21。1.2化学结构煤的有机质是由大量相对分子质量不同、分子结构相似似又不完全相同的“相似化合物”组成的混合物。主要分为两部分：一部分是以芳香结构为主的环状化合物，称为大分子化合物，这些大分子化合物巾芳香结构稠环、脂肪环和杂环构成大分子的多环芳烃，在这些多环芳烃上还连接着烷基侧链和各种官能团，结构相似的单元通过次甲基键、醚键、硫键和芳香碳碳键等化学键相互连接成三维结构；另一部分是以链状结构为主的化合物，称力低分子化合物。这些独立于缩聚芳香结构并

8、分散其中的低分子化合物主要是一些脂肪烃类物质，分子量在500左右，可用普通的有机溶剂如苯、醇等萃取出来，性质与煤主体有很大区别l3j。建立煤的结构模型是研究煤的化学结构的重要方法，也是揭示煤液化、热解等化学变化的基础，根据煤的各种结构