煤组成的复杂性、结构的非明确性和组分分离的困难性,使煤的全组分特别是有机质的全组分利用迄今未有可靠方法和技术出现。本项目借助煤的溶胀特性和溶解平衡理论,在前期探索性实验的基础上,研究在温和条件下以萃取和反萃取的方法分离煤中族组分的可行路线及最佳参数,确定完全符合煤组成结构实际的族组分划分方案;分析各族组分的诸如分子量分布范围、微观形态特征、物理与化学结构特点和元素分布等组成与结构信息,构造煤复合结构概念模型的详细描述和组成规律;结合对各族组分的基本物化性质和工艺性质的分析研究,提出各族组分的潜在应用领域,为真正意义上的煤的全组分综合高效利用提供一条可行的途径;通过该法从煤中直接而完整地分离出粘结组分,为煤中是否真实存在粘结组分的世纪煤科学问题提供基本事实和确切证据,并由此揭示煤中粘结性的来源本质和形成机理,为开发新的配煤炼焦技术提供重要理论基础。
煤组成结构是煤科学与煤加工技术中最基础、最具指导意义而又最复杂、至今尚不明确的重要问题,煤的全组分分离与利用迄今也未有可靠方法出现。本项目通过萃取与反萃取,首次在温和条件下实现了煤全组分分离,得到了6种族组分产品;运用各种近现代分析测试手段,解析了各族组分的宏观与微观形态特征、物理与化学结构特点以及热解与气化特性等组成、结构和性质;分析了煤中小分子赋存方式与溶出规律;构造了煤嵌布结构模型及概念描述;提出了煤粘结性来源及形成机理;探讨了各族组分的潜在应用方向。形成的重要结果包括萃取反萃取方法是在溶剂解离煤分子间相应作用力后按"物以类聚"的原则凝聚相应的族组分而实现的完全分离;各族组分从宏观到微观、从组成到性质均存在重大差异,"各尽其才"是煤全组分高效利用的最合理途径;结构上煤是由大分子、中型分子(包括中Ⅰ型和中Ⅱ型)、较小分子和小分子之五类族组分以镶嵌的分布方式相互连接而成的混合物,其中小分子组分又主要以游离态、微孔嵌入态和网络嵌入态三种形态存在于各族组分中;煤中的苯、萘、蒽和菲系列化合物及长链烷烃是形成煤粘结性的活性组分;活性组分越多,热解时形成胶质体液相就越多,粘结能力也就越强。