低温煤焦油超声萃取物的组成分析*

师 浩，王富强，何一凡，马 倩，高 勇**，白锦军，亢玉红，李大艳

(1.榆林学院化学与化工学院 陕西省低变质煤洁净利用重点实验室，陕西 榆林 719000；2.西安航天动力试验技术研究所,陕西 西安 710100；3.榆林学院 外国语学院，陕西 榆林 719000)

低温煤焦油是一种具有刺激性臭味的黑色或黑褐色的黏稠状液体[1]，是煤在低温干馏和气化过程中获得的产品。煤焦油中组分非常复杂，其中有机化合物组分约有上万种，已被鉴定的约有500余种，由这些化合物组成的产品中，有些产品不可能或不能经济的从石油产品中获取[2-3]。煤焦油产品在世界化工原料需求中有极其重要的地位，分离提纯后加工可用于制造树脂、工程塑料、染料、油漆以及医药方面[4]。传统的焦油加工通常采用的是管式炉常压连续蒸馏的方法，分离效率低，分离出的产品种类少，能源消耗大，环境污染严重[5]。有文献报道，采用常温常压下溶剂萃取的方法分离煤焦油，大大改善了操作环境，提高了分离效果[5-7]。作者采用等体积的石油醚/甲醇混合溶液作萃取剂超声萃取低温煤焦油，并对石油醚萃取物中的有机质组分进行分析。

1 实验部分

1.1 原料、试剂与仪器

低温煤焦油：陕北榆林。

石油醚、甲醇：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

旋转蒸发仪：RE-201D，巩义市宇翔仪器有限公司；真空抽滤仪：SHZ-D(Ⅲ)，河南省予华仪器有限公司；气相色谱/质谱仪：Agilent7890/5973，安捷伦公司。

1.2 低温煤焦油的萃取

t=10 ℃，量取煤焦油10 g加入烧杯，再分别量取50 mL石油醚、甲醇加入烧杯，将烧杯放入超声波振荡机中超声萃取10 min，静置20 min。取上层石油醚萃取液并用0.45 μm有机滤膜在抽滤机上过滤备用，再次向烧杯加入石油醚，使液位至100 mL。重复上述步骤至烧杯内加入新鲜石油醚后基本不变色。将备用的萃取液放入油浴旋转蒸发仪，设置油温t=80 ℃、n=20 r/min进行旋蒸，得到石油醚萃取物。

1.3 萃取物的分析

萃取物用气相色谱/质谱联用仪(GC-MS)分析，其中各组分的相对含量用RC表示。GC-MS利用气相色谱作为质谱的进样系统，使复杂的化学组分得到分离；利用质谱仪作为检测器进行定性和定量的分析，主要用于定性、定量分析沸点较低且热稳定性好的化合物。

2 结果与讨论

2.1 煤焦油萃取物中各组分总体含量

石油醚萃取煤焦油各组分总体含量见图1。

图1 石油醚萃取煤焦油各组分总体含量图

由图1可知，石油醚萃取物中，芳烃含量最高，烷烃类次之，两者超过总组分的60%。说明用石油醚萃取陕北榆林地区低温煤焦油的组分中主要以芳香族化合物和烷烃为主。萃取物中含有一定量的含氧化合物和含氮化合物，说明陕北榆林地区低温煤焦油中含有一定量的氧与氮元素。

2.2 烷烃

萃取物中烷烃的组成和相对含量见表1。

表1 烷烃的组成

由表1可知，组分相对含量大于1%的烷烃共有7种，占总组分的25.60%；相对含量大于4%的烷烃共有2种，占总组分的14.19%。烷烃类组分的相对含量占总组分的32.50%，正构烷烃的相对含量最高，占总组分的14.45%，支链烷烃的相对含量最低，占总组分的5.43%，环烷烃相对含量占总组分的12.62%。表明陕北榆林地区低温煤焦油中烷烃多为长直的链烷烃和环状的烷烃，带支链的烷烃较少，导致低温煤焦油的熔沸点可能会相对较高。

2.3 烯烃

萃取物中烯烃的组成和相对含量见表2。

表2 烯烃的组成

由表2可知，组分相对含量大于1%的烯烃共有2种，占总组分的9.85%。烯烃类组分的相对含量占总组分的10.71%，且主要以正构烯烃和支链烯烃为主。其中支链烯烃的相对含量较高，占总组分的9.85%，正构烯烃的相对含量占总组分的0.86%。表明陕北地区低温煤焦油中烯烃含量少而且多为支链烯烃。

2.4 芳烃

萃取物中芳烃的组成和相对含量见表3。

表3 芳烃的组成

由表3可知，组分相对含量大于1%的芳烃共有13种，占总组分的32.50%；芳烃主要以非取代的芳烃、三烷基取代的苯、烷基取代的联苯、萘、二烷基取代的萘、芴和菲为主。芳烃类组分的相对含量占总组分的35.60%。表明陕北榆林地区低温煤焦油中芳香族化合物中主要是苯、联苯、萘、茚、芴、蒽、菲、芘等，其种类较多，但相对含量都不高。

2.5 含氧化合物

萃取物中含氧化合物的组成和相对含量见表4。

表4 含氧化合物的组成

由表4可知，含氧化合物中酚的组分含量大于13%，醇和醛的组分含量分别小于3%和1%。表明陕北榆林地区低温煤焦油中含氧化合物含量较高，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组成和相对含量见表5。

表5 含氮化合物的组成

由表5可知，相对含量大于1%的含氮化合物共有1种，占总组分的1.37%。含氮化合物类组分的相对含量占总组分的3.89%。表明陕北榆林地区煤焦油中含氮化合物的含量较低。

3 结 论

陕北榆林地区低温煤焦油超声萃取物中烷烃和芳烃的相对含量超过总组分的60%，其中烷烃多为直链，芳香族化合物种类较多，如苯、联苯、萘、茚、芴、蒽、菲、芘等，但相对含量均较低。烷烃和芳烃通过断链催化加氢可获得汽油、柴油和燃料油等油品[8]。烯烃的相对含量约占总组分10%，且多为支链烯烃。含氧化合物的相对含量占总组分的17%，且主要是酚类。含氮化合物的相对含量较低，仅占总组分的3.89%。