技术领域
[0001] 本发明涉及低阶煤炭转化利用技术领域,具体涉及一种从褐煤中提取褐煤蜡的方法。
相关背景技术
[0002] 在我国的能源结构中,煤长期占据着主导地位,煤作为燃料主要用于燃烧,燃烧产生的大量CO2是影响碳达峰碳中和的罪魁祸首。尤其内蒙古、云南地区褐煤水分含量高、含氧组分占比高,含有丰富的苯环、含氧官能团(‑COOH、‑CHO、‑OH)和侧链等结构,为制取化学品提供理论基础和资源基础。褐煤蜡(Montan Wax)是含蜡褐煤中的一种重要组分,其主要制备方式是利用有机溶剂萃取,初级产品因含有树脂和地沥青等有害组分呈黑褐色,简称粗蜡。粗蜡经处理后,可以制成浅色蜡和改质蜡,通称为精蜡,精蜡具有熔点高、硬度大、揩擦光强度好、对酸和其他活性溶剂的化学稳定性强、易溶于大部分有机溶剂,能与多种蜡、硬脂酸、高分子材料等很好的熔合的优点,具有极高的利用价值,是一种重要的精细化工品。特别是褐煤蜡属植物源,本身无毒,无致癌作用,近些年在生物制药中应用越来越多。提取褐煤蜡是提高我国褐煤高附加值利用的现实途径之一,褐煤蜡被认为是均匀分布在褐煤中的,并且二者之间存在多种分子间作用力,因此利用不同的溶剂打破褐煤蜡与褐煤之间的作用力是目前褐煤蜡的提取研究重点。目前提取褐煤蜡采取的最普遍的方法是萃取法,萃取剂的选择限制了褐煤蜡使用。而且目前的工业生产工艺中提取褐煤蜡的溶剂主要是苯类(苯、甲苯或者苯/酒精、苯/汽油混合溶剂)、乙酸乙酯、石油醚以及乙醇‑汽油、乙醇‑环己烷、乙醇‑二氯乙烷、乙醇‑丙酮等混合溶剂,但是此类物质在化学反应中存在有毒、致癌、易引起爆炸等安全问题,除此之外,以上溶剂不仅对褐煤中的蜡质溶解较大,而且也溶出较多的树脂和地沥青,这在一定程度上影响了粗蜡的质量。因此,各国都在努力研究新的溶剂。我国褐煤蜡的生产工艺还是将重点解决萃取剂的选择和优化,以提高褐煤蜡的性能,减少传统工艺的“三废”污染问题。传统褐煤蜡生产比较粗放,一般为露天生产,生产装置连续性不好。未来褐煤蜡的生产工艺急需开发绿色低毒萃取剂,并需要针对不同地区的褐煤蜡产品组成特点,研发完整的连续运行工艺技术。同时满足安全性、环保性和经济性,为开展现代工业化生产实施提供支撑。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述,以下实施例是对本发明的解释而本发明不局限于以下实施例:
实施例1一种从褐煤中提取褐煤蜡的方法,具体包括以下步骤:
(1)对原料褐煤进行工业分析,得到水分、灰分、挥发分、固定碳和蜡含量分析数据;
(2)原料褐煤通过破碎筛分得到0.2‑0.5mm、0.5‑1mm、1‑2mm、2‑3mm四个不同的粒级,密封保存以备用;
(3)将步骤(2)中0.2‑0.5mm粒级的原料褐煤加入90℃恒温干燥箱中进行干燥2h;
(4)取1000g干燥后的原料褐煤加入4000mL质量百分比浓度为40%的冰乙酸中,在
80℃、800rpm条件下加热搅拌2h,得到混合物;
(5)将混合物用保温漏斗趁热减压抽滤,并用质量百分比浓度为40%的冰乙酸洗涤残渣2次,分离得到脱蜡煤和富蜡溶液;
(6)使用旋转蒸发仪在80℃下对富蜡溶液进行蒸发,将富蜡溶液中溶剂回收,剩余固体在75℃的恒温干燥箱中干燥至恒重,得到褐煤蜡粗品;
(7)将褐煤蜡粗品放入烧杯中并置于磁力搅拌装置上,用1:1的水‑苯溶液洗涤5次,转入分液漏斗分离,上层溶液用旋转蒸发仪蒸去溶剂,75℃恒温干燥箱中干燥至恒重,得到的褐煤蜡产品,对产品进行蜡含量、树脂含量、地沥青含量、苯不溶物、灰分、酸值、皂化值分析并计算褐煤蜡产率。
实施例2一种从褐煤中提取褐煤蜡的方法,具体包括以下步骤:
(1)将实施例1筛选得到的粒级为0.5‑1mm粒级的原料褐煤加入90℃恒温干燥箱中进行干燥2.5h;
(2)取1000g干燥后的原料褐煤加入4000mL质量百分比浓度为70%的冰乙酸中进行加热搅拌,在80℃、900rpm条件下加热搅拌2h,得到混合物;
(3)将混合物用保温漏斗趁热减压抽滤,并用质量百分比浓度为70%的冰乙酸洗涤残渣2次,分离得到脱蜡煤和富蜡溶液;
(4)使用旋转蒸发仪在85℃下对富蜡溶液进行蒸发,将富蜡溶液中溶剂回收,剩余固体在75℃的恒温干燥箱中干燥至恒重,得到褐煤蜡粗品;
(5)将褐煤蜡粗品放入烧杯中并置于磁力搅拌装置上,用1:1的水‑苯溶液洗涤5次,转入分液漏斗分离,上层溶液用旋转蒸发仪蒸去溶剂,75℃恒温干燥箱中干燥至恒重,得到的褐煤蜡产品,对产品进行蜡含量、树脂含量、地沥青含量、苯不溶物、灰分、酸值、皂化值分析并计算褐煤蜡产率。
实施例3一种从褐煤中提取褐煤蜡的方法,具体包括以下步骤:
(1)将实施例2筛选得到的粒级为1‑2mm的原料褐煤加入100℃恒温干燥箱中进行干燥2h;
(2)取1000g干燥后的原料褐煤加入4500mL质量百分比浓度为83.5%的冰乙酸中进行加热搅拌,在90℃、950rpm条件下加热搅拌2.5h,得到混合物;
(3)将混合物用保温漏斗趁热减压抽滤,并用质量百分比浓度为83.5%的冰乙酸洗涤残渣3次,分离得到脱蜡煤和富蜡溶液;
(4)使用旋转蒸发仪在90℃下对富蜡溶液进行蒸发,将富蜡溶液中溶剂回收,剩余固体在75℃的恒温干燥箱中干燥至恒重,得到褐煤蜡粗品;
(5)将褐煤蜡粗品放入烧杯中并置于磁力搅拌装置上,用1:1的水‑苯溶液洗涤6次,转入分液漏斗分离,上层溶液用旋转蒸发仪蒸去溶剂,75℃恒温干燥箱中干燥至恒重,得到的褐煤蜡产品,对产品进行蜡含量、树脂含量、地沥青含量、苯不溶物、灰分、酸值、皂化值、核磁共振和红外光谱分析并计算褐煤蜡产率。
实施例4一种从褐煤中提取褐煤蜡的方法,具体包括以下步骤:
(1)将实施例1筛选得到的粒级为2‑3mm粒级的原料褐煤加入100℃恒温干燥箱中进行干燥3h;
(2)取1000g干燥后的原料褐煤加入5000mL质量百分比浓度为98%的冰乙酸中进行加热搅拌,在100℃、1000rpm条件下加热搅拌3h,得到混合物;
(3)将混合物用保温漏斗趁热减压抽滤,并用质量百分比浓度为98%的冰乙酸洗涤残渣4次,分离得到脱蜡煤和富蜡溶液;
(4)使用旋转蒸发仪在100℃下对富蜡溶液进行蒸发,将富蜡溶液中溶剂回收,剩余固体在75℃的恒温干燥箱中干燥至恒重,得到褐煤蜡粗品;
(5)将褐煤蜡粗品放入烧杯中并置于磁力搅拌装置上,用1:1的水‑苯溶液洗涤7次,转入分液漏斗分离,上层溶液用旋转蒸发仪蒸去溶剂,75℃恒温干燥箱中干燥至恒重,得到的褐煤蜡产品,对产品进行蜡含量、树脂含量、地沥青含量、苯不溶物、灰分、酸值、皂化值分析并计算褐煤蜡产率。
对比例1本对比例和实施例3的区别在于提取褐煤蜡的溶剂不是冰乙酸而是甲苯,具体的:一种从褐煤中提取褐煤蜡的方法,具体包括以下步骤:
(1)将1‑2mm粒级的原料褐煤加入100℃恒温干燥箱中进行干燥2h;
(2)取1000g干燥后的原料褐煤加入4500mL甲苯中进行加热搅拌,在90℃、950rpm条件下加热搅拌2.5h,得到混合物;
(3)将混合物用保温漏斗趁热减压抽滤,并用甲苯洗涤残渣3次,分离得到脱蜡煤和富蜡溶液;
(4)使用旋转蒸发仪在90℃下对富蜡溶液进行蒸发,将富蜡溶液中溶剂回收,剩余固体在75℃的恒温干燥箱中干燥至恒重,得到褐煤蜡粗品;
(5)将褐煤蜡粗品放入烧杯中并置于磁力搅拌装置上,用1:1的水‑苯溶液洗涤6次,转入分液漏斗分离,上层溶液用旋转蒸发仪蒸去溶剂,75℃恒温干燥箱中干燥至恒重,得到的褐煤蜡产品,对产品进行蜡含量、树脂含量、地沥青含量、苯不溶物、灰分、酸值、皂化值分析并计算褐煤蜡产率。
对比例2本对比例和实施例3的区别在于提取褐煤蜡的溶剂不是冰乙酸而是乙酸乙酯,具体的:
一种从褐煤中提取褐煤蜡的方法,具体包括以下步骤:
(1)将1‑2mm粒级的原料褐煤加入100℃恒温干燥箱中进行干燥2h;
(2)取1000g干燥后的原料褐煤加入4500mL乙酸乙酯中进行加热搅拌,在90℃、
950rpm条件下加热搅拌2.5h,得到混合物;
(3)将混合物用保温漏斗趁热减压抽滤,并用乙酸乙酯洗涤残渣4次,分离得到脱蜡煤和富蜡溶液;
(4)使用旋转蒸发仪在90℃下对富蜡溶液进行蒸发,将富蜡溶液中溶剂回收,剩余固体在75℃的恒温干燥箱中干燥至恒重,得到褐煤蜡粗品;
(5)将褐煤蜡粗品放入烧杯中并置于磁力搅拌装置上,用1:1的水‑苯溶液洗涤6次,转入分液漏斗分离,上层溶液用旋转蒸发仪蒸去溶剂,75℃恒温干燥箱中干燥至恒重,得到的褐煤蜡产品,对产品进行蜡含量、树脂含量、地沥青含量、苯不溶物、灰分、酸值、皂化值分析并计算褐煤蜡产率。
对比例3本对比例和实施例3的区别在于提取褐煤蜡的溶剂冰乙酸质量百分比浓度为32.5%,具体的:
(1)将实施例2筛选得到的粒级为1‑2mm的原料褐煤加入100℃恒温干燥箱中进行干燥2h;
(2)取1000g干燥后的原料褐煤加入4500mL质量百分比浓度为32.5%的冰乙酸中进行加热搅拌,在90℃、950rpm条件下加热搅拌2.5h,得到混合物;
(3)将混合物用保温漏斗趁热减压抽滤,并用质量百分比浓度为32.5%的冰乙酸洗涤残渣3次,分离得到脱蜡煤和富蜡溶液;
(4)使用旋转蒸发仪在90℃下对富蜡溶液进行蒸发,将富蜡溶液中溶剂回收,剩余固体在75℃的恒温干燥箱中干燥至恒重,得到褐煤蜡粗品;
(5)将褐煤蜡粗品放入烧杯中并置于磁力搅拌装置上,用1:1的水‑苯溶液洗涤6次,转入分液漏斗分离,上层溶液用旋转蒸发仪蒸去溶剂,75℃恒温干燥箱中干燥至恒重,得到的褐煤蜡产品,对产品进行蜡含量、树脂含量、地沥青含量、苯不溶物、灰分、酸值、皂化值分析并计算褐煤蜡产率。
对比例4本对比例和实施例3的区别在于提取褐煤蜡的溶剂冰乙酸质量百分比浓度为6%,具体的:
(1)将实施例2筛选得到的粒级为1‑2mm的原料褐煤加入100℃恒温干燥箱中进行干燥2h;
(2)取1000g干燥后的原料褐煤加入4500mL质量百分比浓度为6%的冰乙酸中进行加热搅拌,在90℃、950rpm条件下加热搅拌2.5h,得到混合物;
(3)将混合物用保温漏斗趁热减压抽滤,并用质量百分比浓度为6%的冰乙酸洗涤残渣3次,分离得到脱蜡煤和富蜡溶液;
(4)使用旋转蒸发仪在90℃下对富蜡溶液进行蒸发,将富蜡溶液中溶剂回收,剩余固体在75℃的恒温干燥箱中干燥至恒重,得到褐煤蜡粗品;
(5)将褐煤蜡粗品放入烧杯中并置于磁力搅拌装置上,用1:1的水‑苯溶液洗涤6次,转入分液漏斗分离,上层溶液用旋转蒸发仪蒸去溶剂,75℃恒温干燥箱中干燥至恒重,得到的褐煤蜡产品,对产品进行蜡含量、树脂含量、地沥青含量、苯不溶物、灰分、酸值、皂化值分析并计算褐煤蜡产率。
原料褐煤工业分析数据如表1所示,实施例1‑4和对比例1‑4的产品指标分析结果如表2所示。
表1原料褐煤工业分析数据表
表2实施例1‑4和对比例1‑4的产品指标分析表
由表2的数据可看出,相同的褐煤原煤,提取溶剂不同,褐煤蜡产率也存在较大差异,使用甲苯和乙酸乙酯溶剂提取褐煤蜡,褐煤蜡产率仅为1.56%和1.81%,而本发明使用冰乙酸提取褐煤蜡,褐煤蜡的产率最高可达3.89%,提取效果显著,同时可以看出,在一定浓度范围内,冰醋酸的浓度越高,对褐煤蜡的提取效果越好。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。