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1、煤的分离方法概要：煤中有机质是复杂的高分子有机化合物,主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成,而碳、氢、氧三者总和约占有机质的 95%以上；煤中的无机质也含有少量的碳、氢、氧、硫等元素. 碳是煤中最重要的组分, 其含量随煤化程度的加深而增高.泥炭中碳含量为 50%60%, 褐煤为 60%70%,烟煤为 74%92%,无烟煤为 90%98%. 根据煤结构中组成分子量的大小可分为四个部分，本文试讨论先将煤进行液化，根据分子量的大小进行筛选对煤进行分离。一、背景介绍煤炭是我国最主要的化石能源，根据美国能源部情报局的数据显示，2011 年中国消耗的煤炭量为 34.5 亿吨，差不多是全世界总消耗量的一半
2、。而随着我国发电量的不断增长，中国对于煤炭的需求量也还会不断上升。中国有着极为丰富的煤炭资源。按照当前全世界的煤炭消耗量估计，全球的煤炭资源还可供使用 200 年左右，相对于石油仅仅 40 多年的时间来说还能使用很长的一段时间。然而，煤炭这一化石能源相比石油也有着极大的缺陷。当前导致中国空气质量问题最主要的元凶 PM2.5 的主要来源就是煤炭。因此，如何清洁利用煤炭成为我国最主要考虑的问题之一。煤的分子结构很复杂，一些学者提出了煤的复合结构模型，认为煤的有机质可以设想由以下四个部分复合而成。第一部分，是以化学共价键结合为主的三维交联的大分子，形成不溶性的刚性网络结构，它的主要前身物来自维管植物
3、中以芳族结构为基础的木质素。第二部分，包括相对分子质量一千至数千，相当于沥青质和前沥青质的大型和中型分子，这些分子中包含较多的极性官能团，它们以各种物理力为主，或相互缔合，或与第一部分大分子中的极性基团相缔合，成为三维网络结构的一部分。第三部分，包括相对分子质量数百至一千左右，相对于非烃部分，具有较强极性的中小型分子，它们可以分子的形式处于大分子网络结构的空隙之中，也可以物理力与第一和第二部分相互缔合而存在。第四部分，主要为相对分子质量小于数百的非极性分子，包括各种饱和烃和芳烃，它们多呈游离态而被包络、吸附或固溶于由以上三部分构成的网络之中。煤液化是把固体煤炭通过化学加工过程，使其转化为液体燃
4、料、化工原料和产品的先进洁净煤技术。根据不同的加工路线，煤炭液化可分为直接液化和间接液化两大类。其中煤炭的直接液化是将煤在氢气和催化剂的作用下，通过加氢裂化转变为液体燃料的过程。裂化是一种使烃类分子分裂为几个较小分子的过程。因主要通过加氢手段，故又称煤的加氢液化法。煤直接液化技术是由德国人于 1913 年发现的，并于煤直接液化技术是由德国人于1913 年发现的，并于二战期间在德国实现了工业化生产。德国先后有 12 套煤炭直接液化装置建成投产，到 1944 年，德国煤炭直接液化工厂的油品生产能力已达到 423 万吨/年。二战后，中东地区大量廉价石油的开发，煤炭直接液化工厂失去竞争力并关闭。70
5、年代初期，由于世界范围内的石油危机，煤炭液化技术又开始活跃起来。日本、德国、美国等工业发达国家，在原有基础上相继研究开发出一批煤炭直接液化新工艺，其中的大部分研究工作重点是降低反应条件的苛刻度，从而达到降低煤液化油生产成本的目的。目前世界上有代表性的直接液化工艺是日本的 NEDOL 工艺、德国的 IGOR 工艺和美国的 HTI工艺。这些新直接液化工艺的共同特点是，反应条件与老液化工艺相比大大缓和，压力由40MPa 降低至 1730MPa ，产油率和油品质量都有较大幅度提高，降低了生产成本。到目前为止，上述国家均已完成了新工艺技术的处理煤 100t/d 级以上大型中间试验，具备了建设大规模液化厂
6、的技术能力。煤炭直接液化作为曾经工业化的生产技术，在技术上是可行的。目前国外没有工业化生产厂的主要原因是，在发达国家由于原料煤价格、设备造价和人工费用偏高等导致生产成本偏高，难以与石油竞争。但在中国由于我国煤炭占了化石能源的 70%，故我国对于煤液化政府依然是报以高度的重视。反渗透法是应用于海水淡化的一种方法，又称超过滤法，是 1953 年才开始采用的一种膜分离淡化法。该法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开的。在通常情况下，淡水通过半透膜扩散到海水一侧，从而使海水一侧的液面逐渐升高，直至一定的高度才停止，这个过程为渗透。此时，海水一侧高出的水柱静压称为渗透压。如果
7、对海水一侧施加一大于海水渗透压的外压，那么海水中的纯水将反渗透到淡水中。反渗透法的最大优点是节能。它的能耗仅为电渗析法的 1/2，蒸馏法的 1/40。因此，从1974 年起，美日等发达国家先后把发展重心转向反渗透法。本文试通过应用类似反渗透法中的渗透膜来对煤液化后的产物根据分子量的大小来进行分离。二、具体方案及操作方法1、洗煤由于煤的直接液化法对于煤的品质有要求，因此必须先进行洗煤来去除煤中的大部分灰分。操作方法：采用泡沫浮选法，将煤经破碎与磨碎使各种矿物解离成单体颗粒，并使颗粒大小符合浮选要求。向磨矿后的矿浆加入浮选药剂并搅拌调和，使与矿物颗粒作用，以扩大不同矿物颗粒间的可浮选差别。将调好的
8、矿浆送入浮选槽，搅拌充气。最后分别收集起矿浆表面的和沉于浆底的矿物颗粒。2、直接液化考虑到应使液化条件较为宽松，采用日本 NEDOL 工艺，反应压力为 1719Mpa，反应温度为 430465，催化剂采用合成硫化铁，催化剂加入量为 4%；固液分离采用减压蒸馏，配煤浆用的循环溶剂单独加氢，以提高溶剂的供氢能力。工艺图 1如下：3、渗透膜过滤分离将液化产物通过渗透膜进行层层分离，用不同的渗透膜分离出不同大小分子量的成分。从而达到对煤的分离。对于膜的要求：由于液化产物具有较高的温度，因此对于膜的耐高温性有一定要求。三、预期结果最理想的结果应是成功的将液态产物分离为相对分子质量大于数千的大分子成分，具有不溶性的刚性网络结构、相对分子质量一千至数千的大中型分子，包含有较多的极性官能团、相对分子质量数百至一千的较小型分子和相对分子质量小于数百的非极性分子。再可根据不同成分分别进行研究其性质，根据不同成分的性质决定其用途。四、总结由于本论文仅处于设想阶段，对于渗透膜具体的材料以及设计缺乏相应的必要研究，因此难以具体的说明渗透膜的制作方法。以及对于渗透膜制作工艺的难易程度缺乏准确的认识。撰写本文的主要出发点在于提供一种分离的思路。具体可行与否以及相应的改进还需后续更细致具体的研究。1 引用于煤炭直接液化工艺的讨论 ，李杰，王东胜，1006-6772（2005）03-0049-04
