煤結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建方法。該構(gòu)建方法包括以下步驟：S1，對煤進行加氫液化，對所得到的產(chǎn)物進行抽提得到油品，對油品進行氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用分析表征；S2，對煤進行元素分析和固體核磁分析表征得到煤的結(jié)構(gòu)參數(shù)；S3，利用氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用分析表征的結(jié)果和煤的結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)建煤大分子結(jié)構(gòu)模型；S4，對煤大分子結(jié)構(gòu)模型進行固體核磁碳譜預(yù)測得到預(yù)測碳譜，并將預(yù)測碳譜與實驗碳譜進行比較，根據(jù)比較結(jié)果對煤大分子結(jié)構(gòu)模型進行修正，得到煤結(jié)構(gòu)模型。應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠準(zhǔn)確的對煤結(jié)構(gòu)模型進行構(gòu)建，從而可以從化學(xué)角度更好的了解煤的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，對煤的高效轉(zhuǎn)化和利用起指導(dǎo)作用。
【專利說明】煤結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煤結(jié)構(gòu)模型搭建方法【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，涉及一種煤結(jié)構(gòu)模型的構(gòu) 建方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 煤主要是由遠古植物遺骸經(jīng)過7000萬年以上的漫長歲月在復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境下轉(zhuǎn) 化成的不可再生的寶貴的化石資源。作為能源利用，煤炭促進了第一、二次工業(yè)革命的發(fā) 展，為現(xiàn)代社會經(jīng)濟增長奠定了基礎(chǔ)。尤其在我國，煤在國民經(jīng)濟中所起的作用更加明顯。
[0003] 我國的煤炭資源比較豐富，儲量占世界總量的13%，居世界第二位。我國西部煤炭 儲量占全國總儲量約70%。目前，我國的煤炭主要還是做燃料利用。燃煤在提供熱能和電 能的同時，也排放出大量的煙塵、C0 2、N0X和S0X等有害成分，造成包括溫室效應(yīng)和酸雨在內(nèi) 嚴(yán)重的環(huán)境污染。作為寶貴的化石資源，煤炭的潔凈和高效利用將對我國國民經(jīng)濟的可持 續(xù)發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。
[0004] 以煤為化工原料，進行煤的化工利用正在成為神華集團一個新的發(fā)展板塊。從技 術(shù)和操作上看，煤的燃燒、氣化、熱解、液化過程差別很大，文獻中已有很多關(guān)于這些技術(shù)的 化學(xué)反應(yīng)描述。但從煤化學(xué)的角度來看，這些過程都是熱化學(xué)過程，都首先涉及煤在熱場中 的化學(xué)變化一一煤的熱裂解。隨后而來的才是煤的熱解產(chǎn)物（熱解碎片和半焦）與其它化 學(xué)物質(zhì)的相互作用，如在燃燒過程中主要涉及與氧的反應(yīng)，在氣化過程中主要涉及與氧、水 和co 2的反應(yīng)，在液化過程中主要涉及與氫的反應(yīng)。煤的組成結(jié)構(gòu)模型一直是煤化學(xué)研究 的核心問題之一，特定煤工藝性能表現(xiàn)與所采用的原料煤的組成結(jié)構(gòu)的關(guān)系十分密切。對 原料煤組成結(jié)構(gòu)的研究不僅僅是單純的理論研究，也是開發(fā)和優(yōu)化煤化工工藝的基礎(chǔ)。
[0005] 目前國內(nèi)外對煤的結(jié)構(gòu)模型一般是傳統(tǒng)的化學(xué)結(jié)構(gòu)模型、物理結(jié)構(gòu)模型、綜合模 型等，許多研究學(xué)者也對煤組成結(jié)構(gòu)進行了推導(dǎo)，但由于煤成煤植物的多樣性和植物演化 的階段性，導(dǎo)致不同時代的煤和植物不同組成部分形成的煤其組成結(jié)構(gòu)及性質(zhì)有一定的差 另IJ，結(jié)構(gòu)組成非常復(fù)雜，對煤的總體組成和結(jié)構(gòu)，對組成煤的不同分子的認識仍然是零散 的、模糊的，這些模型對實際工業(yè)生產(chǎn)指導(dǎo)有較大局限性。而煤的高效利用和潔凈技術(shù)開 發(fā)主要依托于對煤的微觀組成和結(jié)構(gòu)的研究，煤的組成結(jié)構(gòu)的研究是認識煤性質(zhì)的重要基 礎(chǔ)，煤的各方面的性質(zhì)都與煤的組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)，煤轉(zhuǎn)化的任何過程幾乎都伴隨著煤組成 結(jié)構(gòu)的變化。因此，有必要對煤的組成結(jié)構(gòu)進行深入研究，并將其與工藝性能相結(jié)合，以更 好的指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明旨在提供一種煤結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建方法，以從化學(xué)角度更好的了解煤的結(jié)構(gòu) 和性質(zhì)，對煤的高效轉(zhuǎn)化和利用起指導(dǎo)作用。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種煤結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建方法。 該構(gòu)建方法包括以下步驟：S1，對煤進行加氫液化，對所得到的產(chǎn)物進行抽提得到油品，對 油品進行氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用分析表征；S2,對煤進行元素分析和固體核磁分析表征得到 煤的結(jié)構(gòu)參數(shù)；S3,利用氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用分析表征的結(jié)果和煤的結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)建煤大分 子結(jié)構(gòu)模型；S4,對煤大分子結(jié)構(gòu)模型進行固體核磁碳譜預(yù)測得到預(yù)測碳譜，并將預(yù)測碳譜 與實驗碳譜進行比較，根據(jù)比較結(jié)果對煤大分子結(jié)構(gòu)模型進行修正，得到煤結(jié)構(gòu)模型。
[0008] 進一步地，加氫液化在間歇式高壓荃中進行，反應(yīng)溫度為380?470°C,氫初壓為 5?12MPa，反應(yīng)時間為0?90分鐘。
[0009] 進一步地，加氫液化在間歇式高壓荃中進行，反應(yīng)溫度為400?450°C,氫初壓為 8?lOMPa，反應(yīng)時間為30?60分鐘。
[0010] 進一步地，抽提采用的溶劑為烷烴。
[0011] 進一步地，烷烴為正戊烷或正己烷。
[0012] 進一步地，元素分析中的元素包括碳、氫、氧、氮和硫。
[0013] 進一步地，固體核磁分析表征包括分峰擬合，得到不同基團中碳的含量。
[0014] 進一步地，分峰擬合采用的軟件為〇rgin7. 5軟件；對煤大分子結(jié)構(gòu)模型進行固體 核磁碳譜預(yù)測采用的軟件為A⑶/NMR Predictor軟件。
[0015] 進一步地，煤大分子結(jié)構(gòu)模型的原子數(shù)在255以內(nèi)。
[0016] 應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠準(zhǔn)確的對煤結(jié)構(gòu)模型進行構(gòu)建，從而可以從化學(xué)角 度更好的了解煤的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，對煤的高效轉(zhuǎn)化和利用起指導(dǎo)作用。與現(xiàn)有技術(shù)中的建模 方法相比，該方法更加準(zhǔn)確，簡便，更能更好地說明煤的結(jié)構(gòu)模型。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示 意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0018] 圖1示出了實施例1中煤樣的分峰擬合譜圖；
[0019] 圖2示出了實施例1得到的煤結(jié)構(gòu)模型的實驗碳譜和預(yù)測碳譜的對比圖；以及
[0020] 圖3示出了實施例1得到的煤結(jié)構(gòu)模型。

【具體實施方式】
[0021] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明一種典型的實施方式，提供一種煤結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建方法。該構(gòu)建方法 包括以下步驟：S1，對煤進行加氫液化，所得到的產(chǎn)物進行抽提得到油品，對油品進行氣相 色譜與質(zhì)譜聯(lián)用分析表征；S2,對煤進行元素分析和固體核磁分析表征得到煤的結(jié)構(gòu)參數(shù)； S3,利用氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用分析表征的結(jié)果和煤的結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)建煤大分子結(jié)構(gòu)模型，并 對煤大分子結(jié)構(gòu)模型進行固體核磁碳譜預(yù)測得到預(yù)測碳譜；S4,將預(yù)測碳譜與實驗碳譜進 行比較并對煤大分子結(jié)構(gòu)模型進行修正，得到煤結(jié)構(gòu)模型。
[0023] 應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠準(zhǔn)確的對煤結(jié)構(gòu)模型進行構(gòu)建，從而可以化學(xué)角度 更好的了解煤的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，對煤的高效轉(zhuǎn)化和利用起指導(dǎo)作用。
[0024] 該方法相對來說比較準(zhǔn)確，簡便，更能很好地說明煤的結(jié)構(gòu)模型。因為固體核磁代 表的是煤樣的骨架結(jié)構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)模型的核磁譜圖與實驗譜圖進行比較如果吻合性較好， 說明分子結(jié)構(gòu)模型的骨架碳的分布沒有問題。
[0025] 優(yōu)選的，加氫液化在間歇式高壓荃中進行，反應(yīng)溫度為380?470°C,氫初壓為5? 12MPa,反應(yīng)時間為0?90分鐘。在此反應(yīng)條件下，加氫液化反應(yīng)比較充分,也不生成焦等 產(chǎn)物。進一步優(yōu)選的，加氫液化在間歇式高壓釜中進行，反應(yīng)溫度為400?450°C，氫初壓為 8?lOMPa，反應(yīng)時間為30?60分鐘。
[0026] 本發(fā)明中，抽提采用的溶劑可以是烷烴，優(yōu)選的，烷烴為正戊烷或正己烷，其中最 優(yōu)選的為正己烷，因為正己烷的毒性最小，方便操作。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明一種典型的實施方式，元素分析中的元素包括碳、氫、氧、氮和硫。固體 核磁分析表征包括分峰擬合，得到不同基團中碳的含量。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明一種典型的實施方式，分峰擬合采用的軟件為orgin7. 5軟件；對煤大 分子結(jié)構(gòu)模型進行固體核磁碳譜預(yù)測采用的軟件為ACD/NMR Predictor軟件，煤大分子結(jié) 構(gòu)模型的原子數(shù)在255以內(nèi)。
[0029] 下面將結(jié)合實施例進一步說明本發(fā)明的有益效果（下述實驗中沒有詳細描述的 步驟均采用本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)手段完成）。
[0030] 實施例1
[0031] 取20克煤樣（內(nèi)蒙）在間歇式高壓釜中進行加氫液化實驗，所采用的反應(yīng)溫度為 440°C，反應(yīng)壓力為lOMPa，反應(yīng)時間為40分鐘。反應(yīng)完成后得到產(chǎn)物，將產(chǎn)物用正己烷抽 提，抽提后的油品進行GC-MS分析表征，結(jié)果參見表1 ;取煤樣進行元素分析，其結(jié)果參見表 2 ;對煤樣進行固體核磁分析表征，并用orgin7. 5軟件進行分峰擬合，得到煤樣分峰擬合譜 圖，見圖1，分峰擬合后的不同碳的參數(shù)見表3。將GC-MS數(shù)據(jù)與元素分析和核磁不同碳參數(shù) 相結(jié)合得到煤樣的結(jié)構(gòu)模型，將該結(jié)構(gòu)模型用ACD/NMR Predictor軟件進行預(yù)測，將預(yù)測所 得譜圖與實驗譜圖（實驗譜圖是用固體核磁儀器測試得到的譜圖）進行比對（參見圖2)， 得到與實驗譜圖吻合性較好的煤結(jié)構(gòu)模型（參見圖3)。
[0032] 表1油品GC-MS結(jié)果
[0033]

【權(quán)利要求】
1. 一種煤結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟： S1，對煤進行加氫液化，對所得到的產(chǎn)物進行抽提得到油品，對所述油品進行氣相色譜 與質(zhì)譜聯(lián)用分析表征； 52, 對煤進行元素分析和固體核磁分析表征得到煤的結(jié)構(gòu)參數(shù)； 53, 利用所述氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用分析表征的結(jié)果和所述煤的結(jié)構(gòu)參數(shù)構(gòu)建煤大分子 結(jié)構(gòu)模型； 54, 對所述煤大分子結(jié)構(gòu)模型進行固體核磁碳譜預(yù)測得到預(yù)測碳譜，并將所述預(yù)測碳 譜與實驗碳譜進行比較，根據(jù)比較結(jié)果對所述煤大分子結(jié)構(gòu)模型進行修正，得到所述煤結(jié) 構(gòu)模型。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建方法，其特征在于，所述加氫液化在間歇式高壓釜中進 行，反應(yīng)溫度為380?470°C，氫初壓為5?12MPa，反應(yīng)時間為0?90分鐘。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的構(gòu)建方法，其特征在于，所述加氫液化在間歇式高壓釜中進 行，反應(yīng)溫度為400?450°C，氫初壓為8?lOMPa，反應(yīng)時間為30?60分鐘。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建方法，其特征在于，所述抽提采用的溶劑為烷烴。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的構(gòu)建方法，其特征在于，所述烷烴為正戊烷或正己烷。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建方法，其特征在于，所述元素分析中的元素包括碳、氫、 氧、氮和硫。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)建方法，其特征在于，所述固體核磁分析表征包括分峰擬 合，得到不同基團中碳的含量。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的構(gòu)建方法，其特征在于，所述分峰擬合采用的軟件為 orgin7. 5軟件；對所述煤大分子結(jié)構(gòu)模型進行固體核磁碳譜預(yù)測采用的軟件為ACD/NMR Predictor 軟件。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的構(gòu)建方法，其特征在于，所述煤大分子結(jié)構(gòu)模型的原子數(shù)在 255以內(nèi)。
【文檔編號】G09B23/24GK104091504SQ201410368109
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月29日
【發(fā)明者】藺華林, 李克健, 章序文, 王洪學(xué) 申請人:神華集團有限責(zé)任公司, 中國神華煤制油化工有限公司, 中國神華煤制油化工有限公司上海研究院