留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

低温煤焦油常渣C5沥青质的分离与表征

张倩玉 许志明 赵锁奇

张倩玉, 许志明, 赵锁奇. 低温煤焦油常渣C5沥青质的分离与表征[J]. 燃料化学学报(中英文), 2016, 44(11): 1318-1325.
引用本文: 张倩玉, 许志明, 赵锁奇. 低温煤焦油常渣C5沥青质的分离与表征[J]. 燃料化学学报(中英文), 2016, 44(11): 1318-1325.
ZHANG Qian-yu, XU Zhi-ming, ZHAO Suo-qi. Separation and characterization of C5-asphaltene from low temperature coal tar[J]. Journal of Fuel Chemistry and Technology, 2016, 44(11): 1318-1325.
Citation: ZHANG Qian-yu, XU Zhi-ming, ZHAO Suo-qi. Separation and characterization of C5-asphaltene from low temperature coal tar[J]. Journal of Fuel Chemistry and Technology, 2016, 44(11): 1318-1325.

低温煤焦油常渣C5沥青质的分离与表征

基金项目: 国家重点基础研究发展计划(863计划,2011AA05A2024)资助
详细信息
    通讯作者:

    许志明, Tel:13910615646, E-mail:scf@cup.edu.cn

  • 中图分类号: TQ523

Separation and characterization of C5-asphaltene from low temperature coal tar

Funds: The project was supported by the National Basic Research Program of China (863 program, 2011AA05A2024)
  • 摘要: 从低温煤焦油中蒸馏提取出大于350℃的常渣,以正戊烷、正戊烷+5%乙醇、正戊烷+5%异丙醇三种溶剂沉淀沥青质。通过1H-NMR、13C-NMR、傅里叶变换离子回旋共振质谱仪(FT-ICR MS)、元素分析和相对分子量测定等手段对重组分沥青质的结构参数、杂原子化合物的分布等方面进行了分析,构建含杂原子的平均分子结构模型。结果表明,乙醇和异丙醇的加入可以显著降低C5-沥青质的收率,所得沥青质的芳香性增强,平均分子量增大,为更高缩合度的具有较短侧链的结构;极性溶剂的加入没有改变沥青质中杂原子化合物的类型,但是O1和O2中一部分低缩合度的化合物转移到可溶质中,O3-O6化合物的相对丰度增大,表明混合溶剂有利于萃取低缩合度的化合物。
  • 图  1  不同沥青质的GPC曲线

    Figure  1  Molecular weight distributions of different asphaltenes

    图  2  不同沥青质的1H-NMR谱图

    Figure  2  1H-NMR spectra of different asphaltenes

    图  3  不同沥青质的负离子ESI FT-ICR MS谱图

    Figure  3  Negative-ion ESI FT-ICR MS spectrum of different asphaltenes

    图  4  不同沥青质的杂原子分布

    Figure  4  Heteroatom class and type distribution of different asphaltenes

    图  5  不同沥青质的O1类DBE及碳数分布

    Figure  5  DBE number vs the carbon number for O1 class in different asphaltenes

    图  6  不同沥青质的O2类DBE及碳数分布

    Figure  6  DBE number vs the carbon number for O2 class in different asphaltenes

    图  7  不同沥青质的O3-O6类DBE及碳数分布

    Figure  7  DBE number vs the carbon number for O3-O6 class in different asphaltenes

    图  8  不同沥青质的N1O1类DBE及碳数分布

    Figure  8  DBE number vs the carbon number for N1O1 class in different asphaltenes

    表  1  原料油的基本性质

    Table  1  Main properties of the raw maeterial

    wCCR/% ρ20/(g·cm-3) η100/(mPa·s) Mn w(C7 asphaltene)/% w(oxygen)/% H/C (atomic ratio)
    17.73 1.103 590.20 339 26.58 7.80 1.14
    下载: 导出CSV

    表  2  溶剂的物性参数

    Table  2  Physical parameters of several solvents

    Solvent Boiling point t/℃ Polarity Molecular weight
    n-pentane 36.1 0 72.15
    Ethanol 78.3 4.3 46.07
    iso-propanol 82.4 3.9 60.06
    下载: 导出CSV

    表  3  煤焦油重组分沥青质元素分析和分子量

    Table  3  Elemental analysis and molecular weights of coal tar asphaltene

    Sample Element analysis w/% H/C (atomic ratio) Mn Mw Polydispersitya Mw/Mn
    C H N S O
    C5 83.73 7.46 0.81 0.20 7.00 1.07 398 708 1.78
    C5+C2 77.94 6.11 1.18 0.30 6.92 0.94 541 1 046 1.93
    C5+C3 82.43 6.06 1.42 0.30 8.60 0.88 523 1 020 1.95
    下载: 导出CSV

    表  4  两种算法计算1H-NMR谱图的氢分布

    Table  4  Calculated numbers of hydrogen atoms from 1H-NMR by two methods

    H type C5 C5+C2 C5+C3
    Method 1 HA 8.26 13.40 11.77
    Hα 8.64 10.50 10.71
    Hβ 9.81 6.97 7.09
    Hγ 2.73 1.97 1.87
    Method 2 HA 9.53 13.22 12.77
    Hα 7.21 11.20 10.78
    Hβ 9.42 6.16 6.19
    Hγ 3.29 2.21 1.71
    下载: 导出CSV

    表  5  两种算法计算1H-NMR芳碳率和13C-NMR芳碳率相对误差

    Table  5  Relative error of fA calculation by two methods

    C5 C5+C2 C5+C3
    13C-NMR fA 0.67 0.70 0.74
    1H-NMR fA method 1 0.62 0.72 0.72
    method 2 0.66 0.73 0.75
    Relative method 1 7.46 2.68 2.70
    error/% method 2 1.49 4.28 1.35
    下载: 导出CSV

    表  6  沥青质的平均分子结构参数

    Table  6  Average structure parameters of coal tar asphaltene

    Structure parameter C5 C5+C2 C5+C3
    CA 18.27 25.62 26.78
    CN 3.97 7.50 7.42
    CP 5.51 1.98 1.69
    fA 0.66 0.73 0.75
    fN 0.14 0.21 0.21
    fP 0.20 0.06 0.05
    RT 4.89 6.90 7.79
    RA 3.56 4.40 5.31
    RN 1.32 2.50 2.47
    RA/RN 2.70 1.76 2.15
    HAU/CA 0.82 0.83 0.79
    σ 0.36 0.37 0.39
    n 1 1 1
    L 5.03 2.70 2.97
    Average molecular Formula C28H32 N0.23O1.74 C35H32 N0.45O2.33 C36H31 N0.53O2.81
    下载: 导出CSV

    表  7  沥青质的平均分子结构

    Table  7  Average structure of different asphaltenes

    C5 C5+C2 C5+C3
    下载: 导出CSV
  • [1] 吴乐乐, 邓文安, 李传, 张英红, 王晓杰.煤焦油重组分沥青质性质分析及对加氢裂化生焦影响的推测[J].燃料化学学报, 2014, 42(8):938-944. http://rlhxxb.sxicc.ac.cn/CN/abstract/abstract18468.shtml

    WU Le-le, DENG Wen-an, LI Chuan, ZHANG Ying-hong, WANG Xiao-jie. Properties of coal tar heavy fraction and its relevance to coking in hydrocracking[J].J Fuel Chem Technol, 2014, 42(8):938-944. http://rlhxxb.sxicc.ac.cn/CN/abstract/abstract18468.shtml
    [2] 孙昱东, 杨朝合, 韩忠祥.沥青质含量对渣油加氢转化残渣油收率和性质的影响[J].燃料化学学报, 2012, 40(5):545-549. http://rlhxxb.sxicc.ac.cn/CN/abstract/abstract17941.shtml

    SUN Yu-dong, YANG Chao-he, HAN Zhong-xiang. Influence of asphaltene content on yield and properties of hydrotreated residue[J]. J Fuel Chem Technol, 2012, 40(5):545-549. http://rlhxxb.sxicc.ac.cn/CN/abstract/abstract17941.shtml
    [3] KERSHAW J R, BLACK K J T. Structure characterization of coal-tar and petroleum pitches[J]. Energy Fuels, 1993, 7(3):420-425. doi: 10.1021/ef00039a014
    [4] 裴贤丰.低温煤焦油沥青质和胶质的分离与表征[J].洁净煤技术, 2011, 17(4):43-45. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JJMS201104016.htm

    PEI Xian-feng. Separation and characterization of low temperature coal tar asphaltene and resin[J]. Clean Coal Technol, 2011, 17(4):43-45. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JJMS201104016.htm
    [5] 孙智慧, 李稳宏, 马海霞, 李冬, 田盼盼, 牛梦龙.中低温煤焦油重组分分离与表征[J].煤炭学报, 2015, 40(9):2187-2192. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-MTXB201509033.htm

    SUN Zhi-hui, LI Wen-hong, MA Hai-xia, LI Dong, TIAN Pan-pan, NIU Meng-long. Separation and characterization of middle and low temperature coal tar heavy fraction[J]. J China Coal Soc, 2015, 40(9):2187-2192. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-MTXB201509033.htm
    [6] 侯翠利, 秦志宏, 陈德仁, 陈娟, 张丽英, 李保民.童亭煤族组分的溶剂萃取及萃取物分析[J].洁净煤技术, 2010, 16(1):94-98. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JJMS201001034.htm

    HOU Cui-li, QIN Zhi-hong, CHEN De-ren, CHEN Juan, ZHANG Li-ying, LI Bao-min. Analysis of extracts from solvent extraction of group components to Tongting coal[J]. Clean Coal Technol, 2010, 16(1):94-98. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JJMS201001034.htm
    [7] 谢克昌.煤的结构与反应性[M].北京:科学出版社, 2002.

    XIE Ke-chang. Coal Structure and Its Reactivity[M]. Beijing:Science Press, 2002.
    [8] 谷小会.神华煤直接液化残渣结构特性的探讨[D].北京:煤炭科学研究总院, 2005.

    GU Xiao-hui. Study on the structure characteristics from the Shenhua coal direct liquefaction residue[D]. Beijing:China Coal Research Institute, 2005.
    [9] 朱永红, 黄江流, 淡勇, 王磊, 李稳宏, 李冬.中低温煤焦油沥青质的分析表征[J].石油学报(石油加工), 2016, 32(2):334-342. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SXJG201602018.htm

    ZHU Yong-hong, HUANG Jiang-liu, DAN Yong, WANG Lei, LI Wen-hong, LI Dong. Analysis and characterization of medium low temperature coal tar asphaltene[J]. Acta Pet Sin (Pet Process Sect), 2016, 32(2):334-342. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SXJG201602018.htm
    [10] RODGERS R P, HENDRICKSON C L, EMMETT M R, MARSHALL A G, GREANEY M, QIAN K. Molecular characterization of petroporphyrins in crude oil by electrospray ionization fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry[J]. Can J Chem, 2001, 79(5/6):546-551. https://www.researchgate.net/publication/237382193_Molecular_characterization_of_petroporphyrins_in_crude_oil_by_electrospray_ionization_Fourier_transform_ion_cyclotron_resonance_mass_spectrometry
    [11] WU Z, JERNSTROM S, HUGHEY C A, RODGERS R P, MARSHALL A G. Resolution of 10000 compositionally distinct components in polar coal extracts by negative-ion electrospray ionization Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry[J]. Energy Fuels, 2003, 17(4):946-953. doi: 10.1021/ef030026m
    [12] SHI Q, YAN Y, WU X, LI S, CHUNG K, ZHAO S, XU C. Identification of dihydroxy aromatic compounds in a low-temperature pyrolysis coal tar by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry (FT-ICR MS)[J]. Energy Fuels, 2010, 24(10):5533-5538. doi: 10.1021/ef1007352
    [13] 龙海洋.低温煤焦油的分子组成研究[D].北京:中国石油大学, 2012.

    LONG Hai-yang. Composition of low temperature coal tar[D]. Beijing:University of Petroleum, 2012.
    [14] 吕君, 高丽娟, 朱亚明, 赵雪飞, 王志雨.中低温煤焦油沥青组成及结构的表征[J].材料导报, 2016, 30(4):127-131. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CLDB201608031.htm

    LÜ Jun, GAO Li-juan, ZHU Ya-ming, ZHAO Xue-fei, WANG Zhi-yu. Compositions and structure characterizations of medium and low temperature coal tar pitch[J]. Mater Rev, 2016, 30(4):127-131. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CLDB201608031.htm
  • 加载中
图(8) / 表(7)
计量
  • 文章访问数:  115
  • HTML全文浏览量:  54
  • PDF下载量:  11
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-07-08
  • 修回日期:  2016-09-01
  • 网络出版日期:  2021-01-23
  • 刊出日期:  2016-11-10

目录

    /

    返回文章
    返回