低溫煤焦油超聲萃取物的組成分析*

師 浩，王富強，何一凡，馬 倩，高 勇**，白錦軍，亢玉紅，李大艷

(1.榆林學院化學與化工學院 陜西省低變質煤潔凈利用重點實驗室，陜西 榆林 719000；2.西安航天動力試驗技術研究所,陜西 西安 710100；3.榆林學院 外國語學院，陜西 榆林 719000)

低溫煤焦油是一種具有刺激性臭味的黑色或黑褐色的黏稠狀液體[1]，是煤在低溫干餾和氣化過程中獲得的產品。煤焦油中組分非常復雜，其中有機化合物組分約有上萬種，已被鑒定的約有500余種，由這些化合物組成的產品中，有些產品不可能或不能經濟的從石油產品中獲取[2-3]。煤焦油產品在世界化工原料需求中有極其重要的地位，分離提純后加工可用于制造樹脂、工程塑料、染料、油漆以及醫藥方面[4]。傳統的焦油加工通常采用的是管式爐常壓連續蒸餾的方法，分離效率低，分離出的產品種類少，能源消耗大，環境污染嚴重[5]。有文獻報道，采用常溫常壓下溶劑萃取的方法分離煤焦油，大大改善了操作環境，提高了分離效果[5-7]。作者采用等體積的石油醚/甲醇混合溶液作萃取劑超聲萃取低溫煤焦油，并對石油醚萃取物中的有機質組分進行分析。

1 實驗部分

1.1 原料、試劑與儀器

低溫煤焦油：陜北榆林。

石油醚、甲醇：分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

旋轉蒸發儀：RE-201D，鞏義市宇翔儀器有限公司；真空抽濾儀：SHZ-D(Ⅲ)，河南省予華儀器有限公司；氣相色譜/質譜儀：Agilent7890/5973，安捷倫公司。

1.2 低溫煤焦油的萃取

t=10 ℃，量取煤焦油10 g加入燒杯，再分別量取50 mL石油醚、甲醇加入燒杯，將燒杯放入超聲波振蕩機中超聲萃取10 min，靜置20 min。取上層石油醚萃取液并用0.45 μm有機濾膜在抽濾機上過濾備用，再次向燒杯加入石油醚，使液位至100 mL。重復上述步驟至燒杯內加入新鮮石油醚后基本不變色。將備用的萃取液放入油浴旋轉蒸發儀，設置油溫t=80 ℃、n=20 r/min進行旋蒸，得到石油醚萃取物。

1.3 萃取物的分析

萃取物用氣相色譜/質譜聯用儀(GC-MS)分析，其中各組分的相對含量用RC表示。GC-MS利用氣相色譜作為質譜的進樣系統，使復雜的化學組分得到分離；利用質譜儀作為檢測器進行定性和定量的分析，主要用于定性、定量分析沸點較低且熱穩定性好的化合物。

2 結果與討論

2.1 煤焦油萃取物中各組分總體含量

石油醚萃取煤焦油各組分總體含量見圖1。

圖1 石油醚萃取煤焦油各組分總體含量圖

由圖1可知，石油醚萃取物中，芳烴含量最高，烷烴類次之，兩者超過總組分的60%。說明用石油醚萃取陜北榆林地區低溫煤焦油的組分中主要以芳香族化合物和烷烴為主。萃取物中含有一定量的含氧化合物和含氮化合物，說明陜北榆林地區低溫煤焦油中含有一定量的氧與氮元素。

2.2 烷烴

萃取物中烷烴的組成和相對含量見表1。

表1 烷烴的組成

由表1可知，組分相對含量大于1%的烷烴共有7種，占總組分的25.60%；相對含量大于4%的烷烴共有2種，占總組分的14.19%。烷烴類組分的相對含量占總組分的32.50%，正構烷烴的相對含量最高，占總組分的14.45%，支鏈烷烴的相對含量最低，占總組分的5.43%，環烷烴相對含量占總組分的12.62%。表明陜北榆林地區低溫煤焦油中烷烴多為長直的鏈烷烴和環狀的烷烴，帶支鏈的烷烴較少，導致低溫煤焦油的熔沸點可能會相對較高。

2.3 烯烴

萃取物中烯烴的組成和相對含量見表2。

表2 烯烴的組成

由表2可知，組分相對含量大于1%的烯烴共有2種，占總組分的9.85%。烯烴類組分的相對含量占總組分的10.71%，且主要以正構烯烴和支鏈烯烴為主。其中支鏈烯烴的相對含量較高，占總組分的9.85%，正構烯烴的相對含量占總組分的0.86%。表明陜北地區低溫煤焦油中烯烴含量少而且多為支鏈烯烴。

2.4 芳烴

萃取物中芳烴的組成和相對含量見表3。

表3 芳烴的組成

由表3可知，組分相對含量大于1%的芳烴共有13種，占總組分的32.50%；芳烴主要以非取代的芳烴、三烷基取代的苯、烷基取代的聯苯、萘、二烷基取代的萘、芴和菲為主。芳烴類組分的相對含量占總組分的35.60%。表明陜北榆林地區低溫煤焦油中芳香族化合物中主要是苯、聯苯、萘、茚、芴、蒽、菲、芘等，其種類較多，但相對含量都不高。

2.5 含氧化合物

萃取物中含氧化合物的組成和相對含量見表4。

表4 含氧化合物的組成

由表4可知，含氧化合物中酚的組分含量大于13%，醇和醛的組分含量分別小于3%和1%。表明陜北榆林地區低溫煤焦油中含氧化合物含量較高，且多以酚的形式存在。

2.6 含氮化合物

萃取物中含氮化合物的組成和相對含量見表5。

表5 含氮化合物的組成

由表5可知，相對含量大于1%的含氮化合物共有1種，占總組分的1.37%。含氮化合物類組分的相對含量占總組分的3.89%。表明陜北榆林地區煤焦油中含氮化合物的含量較低。

3 結 論

陜北榆林地區低溫煤焦油超聲萃取物中烷烴和芳烴的相對含量超過總組分的60%，其中烷烴多為直鏈，芳香族化合物種類較多，如苯、聯苯、萘、茚、芴、蒽、菲、芘等，但相對含量均較低。烷烴和芳烴通過斷鏈催化加氫可獲得汽油、柴油和燃料油等油品[8]。烯烴的相對含量約占總組分10%，且多為支鏈烯烴。含氧化合物的相對含量占總組分的17%，且主要是酚類。含氮化合物的相對含量較低，僅占總組分的3.89%。