毕业时间：2012年6月（硕士）

毕业去向：中国石油工程建设有限公司西南分公司

导师：史权 副教授

学科专业：化学工艺

研究方向：石油物性及重质油化学

 

学位论文题目

低温煤焦油的分子组成研究

Composition of Low Temperature Coal Tar

 

论文摘要

大规模煤制清洁燃料被国家科技部立项为十二五期间的国家高技术研究发展计划(“863”)重大项目。低温煤焦油是低阶煤提质的主要副产物，产量巨大，然而由于缺乏对于这一复杂体系化学组成的深入研究，限制了其综合利用的方案制定。本论文选取Lurgi煤气化副产的低温煤焦油作为研究对象，并根据其基本组成特点，将蒸馏分离、酸碱萃取分离、萃取色谱分离等方法有效的结合在一起，建立了一套合理的低温煤焦油分离方案。然后通过气相色谱质谱联用仪(GC-MS)与傅立叶变换离子回旋共振质谱仪(FT-ICR MS)对分离出来的亚组分进行了深入研究。

低温煤焦油密度与水接近，350 ℃以前可蒸馏馏分占焦油总量的65 wt%左右，氧含量高是其最主要特点，硫、氮元素含量较低，金属元素含量低于一般石油产品。酸性和碱性化合物是低温煤焦油的重要组成部分。

酸性化合物含量超过20 wt%，主要以苯酚、茚酚和萘酚类化合物为主，鉴定出了多种类型含有2－6个芳香环的一元酚，以及多种二元酚类化合物。酚类化合物的烷基取代碳原子数主要分布在0－6之间，范围上限超过30。鉴别出了具有明显偶碳优势连续分布的正构脂肪酸类化合物，C24、C 26、C28正构脂肪酸显示最强相对丰度。在煤焦油中还首次鉴别出了一些酸性含氧三环二萜类特殊化合物。ESI FT-ICR MS研究表明，酸性化合物中除了含有GC-MS鉴定的酚类和羧酸类化合物之外，还存在O3、O4、O5、O6、N1O1、N1O2、N1O3、O1S1类多种杂原子化合物。

碱性化合物在低温煤焦油中的含量低于3 wt%，主要以喹啉及其短侧链的烷基取代物为主，包括1－7环的吡啶型含氮化合物，FT-ICR MS在碱性化合物中鉴定出15种不同类型的碱性化合物，包括N1、N2、N3、N1O1、N1O2、N1O3、N1S1、N2O1、N2O2、N2O3、N3O1、N3O2、N2O1S1、N1O1S1、N1O2S1类杂原子化合物。

中性化合物是低温煤焦油中含量最高的化合物，主要以饱和烃、芳香烃为主，同时还存在烯烃、噻吩类、酮类、咔唑类等中性杂原子化合物。通过萃取色谱分离结合GC-MS、FT-ICR MS分析，全面表征了不同类型化合物的分子大小以及缩合度分布范围。此外，首次鉴别出C8-C28长链烷基腈类含氮化合物。

本论文在分子水平上对低温煤焦油的化学组成进行了深入研究，取得了较多新认识，为低温煤焦油的加工利用提供了重要的基础理论数据。

关键词：低温煤焦油；ESI FT-ICR MS；酸性化合物；碱性化合物；中性化合物

 

发表学术论文

1. [1]Pan N, Cui D, Li R, Shi Q, Chung KH, Long H, Li Y, Zhang Y, Zhao S, Xu C. Characterization of middle-temperature gasification coal tar. Part 1: Bulk properties and molecular compositions of distillates and basic fractions. Energy Fuels 2012;26(9):5719–28
   https://doi.org/10.1021/ef3007323

2. [2]Long H, Shi Q, Pan N, Zhang Y, Cui D, Chung KH, Zhao S, Xu C. Characterization of middle-temperature gasification coal tar. Part 2: Neutral fraction by extrography followed by gas chromatography-mass spectrometry and electrospray ionization coupled with fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry. Energy and Fuels. 26. 6 ed.; 2012:3424–31.

3. [3]Shi Q, Pan N, Long H, Cui D, Guo X, Long Y, Chung KH, Zhao S, Xu C, Hsu CS. Characterization of middle-temperature gasification coal tar. Part 3: Molecular composition of acidic compounds. Energy Fuels 2013;27(1):108–17
   https://doi.org/10.1021/ef301431y