基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法
阅读：82发布：2020-05-14
专利汇可以提供基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及溶胀剂技术领域，是一种基于 煤 热 力 学参数的溶胀剂筛选方法；根据待选溶胀剂的三维 溶解度 参数计算出待选溶胀剂的三个分数参数，然后将待选溶胀剂的三个分数参数绘制在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中；若待选溶胀剂的三个分数参数位于溶胀剂三元图中的原煤三维溶度窗中，则该待选溶胀剂为良 溶剂 。本发明通过建立的原煤三维溶度窗能够快速准确的确定单一溶剂或二元混合溶剂对煤是否具有溶胀效果，特别二元混合溶剂对煤有溶胀效果的最佳配比，本发明较传统方法大大缩短了筛选周期，降低了工作量，同时节省了实验材料的消耗，具有筛选溶剂宽、实用性和通用性强的特点，提高了工作效率，降低了操作成本，对生产实践具有指导作用。，下面是基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法专利的具体信息内容。
1.一种基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，其特征在于按下述方法进行：根据待选溶胀剂的三维溶解度参数计算出待选溶胀剂的三个分数参数，然后将待选溶胀剂的三个分数参数色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh，绘制在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中；若待选溶胀剂的三个分数参数位于溶胀剂三元图中的原煤三维溶度窗中，则该待选溶胀剂为良溶剂，若待选溶胀剂的三个分数参数位于溶胀剂三元图中的原煤三维溶度窗外，则该待选溶胀剂为不良溶剂。
2.根据权利要求1所述的基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，其特征在于待选溶胀剂为单一溶剂或二元混合溶剂。
3.根据权利要求1或2所述的基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，其特征在于包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图按下述方法得到：第一步，以色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh绘制等边三角形，得到溶胀剂三元图；第二步，将一系列良溶剂和一系列不良溶剂对应的色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh绘制在溶胀剂三元图中，沿着一系列良溶剂的边缘，画一个椭圆，将一系列良溶剂包含在椭圆内，同时将一系列不良溶剂排除在椭圆外，溶胀剂三元图中的椭圆即为原煤三维溶度窗。
4.根据权利要求3所述的基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，其特征在于良溶剂按下述方法得到：第一步，原煤粉碎后得到碎原煤；第二步，碎原煤用蒸馏水清洗后，氮气保护下将清洗后的碎原煤在温度为70℃至75℃的酸液中反应23h至24h，反应后用蒸馏水洗至中性，得到一次煤样；第三步，一次煤样在温度为105℃至110℃下干燥3h至3.5h，干燥后再在温度为180℃下真空干燥16h至17h，得到二次煤样；第四步，二次煤样装填至离心管中，将离心管置入离心机中，在转速为3000r/min至4000r/min下离心10min至15min，离心后测量二次煤样在离心管中的高度，得到h1；第五步，离心后将离心管中的二次煤样捣松，按每1克二次煤样中加入5mL有机溶剂计，在离心管中的二次煤样中加入有机溶剂并混合均匀，封口垂直静置后将离心管重新置入离心机中，在转速为3000r/min至4000r/min下离心10min至
15min，离心后测量二次煤样在离心管中的高度，得到h2，根据溶胀度计算公式Q＝h2/h1，计算出溶胀度Q值，若溶胀度Q值大于1为良溶剂，若溶胀度Q值等于1为不良溶剂。
5.根据权利要求4所述的基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，其特征在于酸液为氢氟酸、浓盐酸和蒸馏水按体积比为1:3:4混合得到；或/和，按1克碎原煤中加入10毫升至15毫升酸液计，氮气保护下将清洗后的碎原煤在温度为70℃至75℃的酸液中反应23h至24h；
或/和，封口垂直静置20h至24h。
6.根据权利要求4或5所述的基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，其特征在于有机溶剂为正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷、正癸烷、正十一烷、正十二烷、环戊烷、环己烷、苯、甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、乙苯、丁苯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、噻吩、四氢呋喃、吡啶、1,4-二氧六环、环氧丙烷、硝基甲烷、二硫化碳、1-己烯、环己烯、苯乙烯、丙酮、戊酮、3-戊酮、环己酮、乙醚、丁醚、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、1-丁醇、异丁醇、乙腈、水、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮。
7.根据权利要求4或5所述的基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，其特征在于一系列良溶剂包括二氯甲烷、氯仿、噻吩、四氢呋喃、吡啶、1,4-二氧六环、环氧丙烷、丙酮、戊酮、3-戊酮、环己酮、乙醚、丁醚、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、1-丁醇、异丁醇、乙腈、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮；一系列不良溶剂包括正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷、正癸烷、正十一烷、正十二烷、环戊烷、环己烷、苯、甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、乙苯、丁苯、四氯化碳、硝基甲烷、二硫化碳、1-己烯、环己烯、苯乙烯和水。
8.根据权利要求3或6所述的基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，其特征在于一系列良溶剂包括二氯甲烷、氯仿、噻吩、四氢呋喃、吡啶、1,4-二氧六环、环氧丙烷、丙酮、戊酮、3-戊酮、环己酮、乙醚、丁醚、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、1-丁醇、异丁醇、乙腈、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮；一系列不良溶剂包括正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷、正癸烷、正十一烷、正十二烷、环戊烷、环己烷、苯、甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、乙苯、丁苯、四氯化碳、硝基甲烷、二硫化碳、1-己烯、环己烯、苯乙烯和水。
基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法
技术领域
背景技术
[0002] 煤溶胀是指煤在溶剂的作用下，煤中的共价键断裂流动性增强，煤的结构疏松、体积增大、自由能降低的过程。利用有机溶剂对煤进行溶胀预处理，可断裂煤结构中的氢键等
弱键，疏松煤大分子的网络结构，并使其中小分子在煤大分子结构中进行重排，进而增强煤
自身供氢性能，改善煤热解或加氢液化反应性，从而提高煤转化效率。煤溶胀可用于研究煤
的化学结构、热解及加氢反应，对研究煤结构、提高焦油产率和液化转化率都具有非常重要
的指导意义。
弱键，疏松煤大分子的网络结构，并使其中小分子在煤大分子结构中进行重排，进而增强煤
自身供氢性能，改善煤热解或加氢液化反应性，从而提高煤转化效率。煤溶胀可用于研究煤
的化学结构、热解及加氢反应，对研究煤结构、提高焦油产率和液化转化率都具有非常重要
的指导意义。
[0003] 溶胀剂的选择是溶胀过程效果的关键，适宜的溶胀剂主要考虑以下几个因素：溶剂的高溶解性、经济性、热稳定性和化学稳定性等特点。单一溶剂对煤的溶胀效果由于受溶
剂与煤之间的相互作用影响，溶胀度较差，而二元混合溶剂能够减弱甚至打破这种相互作
用，提高溶胀度。目前有关二元溶剂的选择以及溶剂的配比的确定主要使用经验法、实验法
以及采用模糊综合评判选择，经验法存在工作量大、筛选溶剂窄和通用性不强，实验法存在
工作量大和筛选溶剂窄，模糊综合评判存在实用性和通用性不强、筛选溶剂窄等缺点。因
此，优化筛选出性能优良的二元混合溶胀剂成为当前煤溶胀处理的首要任务。
剂与煤之间的相互作用影响，溶胀度较差，而二元混合溶剂能够减弱甚至打破这种相互作
用，提高溶胀度。目前有关二元溶剂的选择以及溶剂的配比的确定主要使用经验法、实验法
以及采用模糊综合评判选择，经验法存在工作量大、筛选溶剂窄和通用性不强，实验法存在
工作量大和筛选溶剂窄，模糊综合评判存在实用性和通用性不强、筛选溶剂窄等缺点。因
此，优化筛选出性能优良的二元混合溶胀剂成为当前煤溶胀处理的首要任务。
[0004] 溶解度参数是物质内聚能密度的平方根，是物质的固有性质。三维溶解度参数是将内聚能化为色散力、极性力和氢键三种分子间作用力。其中,色散力作用的分量主要来自
于原子间的色散力,极性力作用的分量来自于分子间的诱导偶极力和瞬时偶极力,氢键力
作用的分量主要来自由分子间的氢键。三维溶解度参数目前主要应用于预测聚合物在不同
溶剂中的溶解性和交联聚合物在不同溶剂中的溶胀行为；但有关三维溶解度参数应用在原
煤溶胀剂的筛选中，还未见相关文献和报道。
于原子间的色散力,极性力作用的分量来自于分子间的诱导偶极力和瞬时偶极力,氢键力
作用的分量主要来自由分子间的氢键。三维溶解度参数目前主要应用于预测聚合物在不同
溶剂中的溶解性和交联聚合物在不同溶剂中的溶胀行为；但有关三维溶解度参数应用在原
煤溶胀剂的筛选中，还未见相关文献和报道。
发明内容
[0005] 本发明提供了一种基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有方法存在工作量大、筛选溶剂窄、实用性和通用性不强的缺点；但
有关三维溶解度参数应用在原煤溶胀剂的筛选中，还未见相关文献和报道的问题。
有关三维溶解度参数应用在原煤溶胀剂的筛选中，还未见相关文献和报道的问题。
[0006] 本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，按下述方法进行：根据待选溶胀剂的三维溶解度参数计算出待选溶胀剂的三个分
数参数，然后将待选溶胀剂的三个分数参数色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数
分量fh，绘制在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中；若待选溶胀剂的三个分数参数
位于溶胀剂三元图中的原煤三维溶度窗中，则该待选溶胀剂为良溶剂，若待选溶胀剂的三
个分数参数位于溶胀剂三元图中的原煤三维溶度窗外，则该待选溶胀剂为不良溶剂。
数参数，然后将待选溶胀剂的三个分数参数色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数
分量fh，绘制在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中；若待选溶胀剂的三个分数参数
位于溶胀剂三元图中的原煤三维溶度窗中，则该待选溶胀剂为良溶剂，若待选溶胀剂的三
个分数参数位于溶胀剂三元图中的原煤三维溶度窗外，则该待选溶胀剂为不良溶剂。
[0007] 下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：
[0008] 上述待选溶胀剂为单一溶剂或二元混合溶剂。
[0009] 上述包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图按下述方法得到：第一步，以色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh绘制等边三角形，得到溶胀剂三元图；第二
步，将一系列良溶剂和一系列不良溶剂对应的色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参
数分量fh绘制在溶胀剂三元图中，沿着一系列良溶剂的边缘，画一个椭圆，将一系列良溶剂
包含在椭圆内，同时将一系列不良溶剂排除在椭圆外，溶胀剂三元图中的椭圆即为原煤三
维溶度窗。
步，将一系列良溶剂和一系列不良溶剂对应的色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参
数分量fh绘制在溶胀剂三元图中，沿着一系列良溶剂的边缘，画一个椭圆，将一系列良溶剂
包含在椭圆内，同时将一系列不良溶剂排除在椭圆外，溶胀剂三元图中的椭圆即为原煤三
维溶度窗。
[0010] 上述良溶剂按下述方法得到：第一步，原煤粉碎后得到碎原煤；第二步，碎原煤用蒸馏水清洗后，氮气保护下将清洗后的碎原煤在温度为70℃至75℃的酸液中反应23h至
24h，反应后用蒸馏水洗至中性，得到一次煤样；第三步，一次煤样在温度为105℃至110℃下
干燥3h至3.5h，干燥后再在温度为180℃下真空干燥16h至17h，得到二次煤样；第四步，二次
煤样装填至离心管中，将离心管置入离心机中，在转速为3000r/min至4000r/min下离心
10min至15min，离心后测量二次煤样在离心管中的高度，得到h1；第五步，离心后将离心管
中的二次煤样捣松，按每1克二次煤样中加入5mL有机溶剂计，在离心管中的二次煤样中加
入有机溶剂并混合均匀，封口垂直静置后将离心管重新置入离心机中，在转速为3000r/min
至4000r/min下离心10min至15min，离心后测量二次煤样在离心管中的高度，得到h2，根据
溶胀度计算公式Q＝h2/h1，计算出溶胀度Q值，若溶胀度Q值大于1为良溶剂，若溶胀度Q值等
于1为不良溶剂。
24h，反应后用蒸馏水洗至中性，得到一次煤样；第三步，一次煤样在温度为105℃至110℃下
干燥3h至3.5h，干燥后再在温度为180℃下真空干燥16h至17h，得到二次煤样；第四步，二次
煤样装填至离心管中，将离心管置入离心机中，在转速为3000r/min至4000r/min下离心
10min至15min，离心后测量二次煤样在离心管中的高度，得到h1；第五步，离心后将离心管
中的二次煤样捣松，按每1克二次煤样中加入5mL有机溶剂计，在离心管中的二次煤样中加
入有机溶剂并混合均匀，封口垂直静置后将离心管重新置入离心机中，在转速为3000r/min
至4000r/min下离心10min至15min，离心后测量二次煤样在离心管中的高度，得到h2，根据
溶胀度计算公式Q＝h2/h1，计算出溶胀度Q值，若溶胀度Q值大于1为良溶剂，若溶胀度Q值等
于1为不良溶剂。
[0011] 上述酸液为氢氟酸、浓盐酸和蒸馏水按体积比为1:3:4混合得到；或/和，按1克碎原煤中加入10毫升至15毫升酸液计，氮气保护下将清洗后的碎原煤在温度为70℃至75℃的
酸液中反应23h至24h；或/和，封口垂直静置20h至24h。
酸液中反应23h至24h；或/和，封口垂直静置20h至24h。
[0012] 上述有机溶剂为正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷、正癸烷、正十一烷、正十二烷、环戊烷、环己烷、苯、甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、乙苯、丁苯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、噻吩、四氢呋喃、吡啶、1,4-二氧六环、环氧丙烷、硝基甲烷、二硫化碳、1-己烯、环己烯、苯乙烯、丙酮、戊酮、3-戊酮、环己酮、乙醚、丁醚、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、1-丁醇、异丁醇、乙腈、水、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮。
[0013] 上述一系列良溶剂包括二氯甲烷、氯仿、噻吩、四氢呋喃、吡啶、1,4-二氧六环、环氧丙烷、丙酮、戊酮、3-戊酮、环己酮、乙醚、丁醚、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、1-丁醇、异丁醇、乙腈、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮；一系列不良溶剂包括正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷、正癸烷、正十一烷、正十二烷、环戊烷、环己烷、苯、甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、乙苯、丁苯、四氯化碳、硝基甲烷、二硫化碳、1-己烯、环己烯、苯乙烯和水。
[0014] 本发明基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，通过建立的原煤三维溶度窗能够快速准确的确定单一溶剂或二元混合溶剂对煤是否具有溶胀效果，特别是能快速准确的确定
二元混合溶剂对煤有溶胀效果的最佳配比，本发明基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法较
传统方法大大缩短了筛选周期，降低了工作量，同时节省了实验材料的消耗，具有筛选溶剂
宽、实用性和通用性强的特点，提高了工作效率，降低了操作成本，对生产实践具有指导作
用。
附图说明
二元混合溶剂对煤有溶胀效果的最佳配比，本发明基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法较
传统方法大大缩短了筛选周期，降低了工作量，同时节省了实验材料的消耗，具有筛选溶剂
宽、实用性和通用性强的特点，提高了工作效率，降低了操作成本，对生产实践具有指导作
用。
附图说明
[0015] 附图1为本发明包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图。
[0016] 附图2为实施例8中丙酮与正己烷按不同体积比得到的待选溶胀剂，在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中的分布图。
[0017] 附图3为实施例9中丙酮与二硫化碳按不同体积比得到的待选溶胀剂，在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中的分布图。
[0018] 附图4为实施例10中乙醇与苯按不同体积比得到的待选溶胀剂，在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中的分布图。
[0019] 附图5为实施例11中3种待选溶胀剂乙二胺、邻苯二甲酸二甲酯、N,N-二甲基乙酰胺，在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中的分布图。
具体实施方式
[0020] 本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
[0021] 实施例1，该基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，按下述方法进行：根据待选溶胀剂的三维溶解度参数计算出待选溶胀剂的三个分数参数，然后将待选溶胀剂的三个分数
参数色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh，绘制在包含有原煤三维溶度窗
的溶胀剂三元图中；若待选溶胀剂的三个分数参数位于溶胀剂三元图中的原煤三维溶度窗
中，则该待选溶胀剂为良溶剂，若待选溶胀剂的三个分数参数位于溶胀剂三元图中的原煤
三维溶度窗外，则该待选溶胀剂为不良溶剂。
参数色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh，绘制在包含有原煤三维溶度窗
的溶胀剂三元图中；若待选溶胀剂的三个分数参数位于溶胀剂三元图中的原煤三维溶度窗
中，则该待选溶胀剂为良溶剂，若待选溶胀剂的三个分数参数位于溶胀剂三元图中的原煤
三维溶度窗外，则该待选溶胀剂为不良溶剂。
[0022] 实施例2，作为上述实施例的优化，待选溶胀剂为单一溶剂或二元混合溶剂。二元混合溶剂的三维溶解度参数依据线性叠加关系进行计算。
[0023] 实施例3，作为上述实施例的优化，包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图按下述方法得到：第一步，以色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh绘制等边三角
形，得到溶胀剂三元图；第二步，将一系列良溶剂和一系列不良溶剂对应的色散力分量fd、
极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh绘制在溶胀剂三元图中，沿着一系列良溶剂的边缘，
画一个椭圆，将一系列良溶剂包含在椭圆内，同时将一系列不良溶剂排除在椭圆外，溶胀剂
三元图中的椭圆即为原煤三维溶度窗。
形，得到溶胀剂三元图；第二步，将一系列良溶剂和一系列不良溶剂对应的色散力分量fd、
极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh绘制在溶胀剂三元图中，沿着一系列良溶剂的边缘，
画一个椭圆，将一系列良溶剂包含在椭圆内，同时将一系列不良溶剂排除在椭圆外，溶胀剂
三元图中的椭圆即为原煤三维溶度窗。
[0024] 实施例4，作为上述实施例的优化，良溶剂按下述方法得到：第一步，原煤粉碎后得到碎原煤；第二步，碎原煤用蒸馏水清洗后，氮气保护下将清洗后的碎原煤在温度为70℃至
75℃的酸液中反应23h至24h，反应后用蒸馏水洗至中性，得到一次煤样；第三步，一次煤样
在温度为105℃至110℃下干燥3h至3.5h，干燥后再在温度为180℃下真空干燥16h至17h，得
到二次煤样；第四步，二次煤样装填至离心管中，将离心管置入离心机中，在转速为3000r/
min至4000r/min下离心10min至15min，离心后测量二次煤样在离心管中的高度，得到h1；第
五步，离心后将离心管中的二次煤样捣松，按每1克二次煤样中加入5mL有机溶剂计，在离心
管中的二次煤样中加入有机溶剂并混合均匀，封口垂直静置后将离心管重新置入离心机
中，在转速为3000r/min至4000r/min下离心10min至15min，离心后测量二次煤样在离心管
中的高度，得到h2，根据溶胀度计算公式Q＝h2/h1，计算出溶胀度Q值，若溶胀度Q值大于1为
良溶剂，若溶胀度Q值等于1为不良溶剂。
75℃的酸液中反应23h至24h，反应后用蒸馏水洗至中性，得到一次煤样；第三步，一次煤样
在温度为105℃至110℃下干燥3h至3.5h，干燥后再在温度为180℃下真空干燥16h至17h，得
到二次煤样；第四步，二次煤样装填至离心管中，将离心管置入离心机中，在转速为3000r/
min至4000r/min下离心10min至15min，离心后测量二次煤样在离心管中的高度，得到h1；第
五步，离心后将离心管中的二次煤样捣松，按每1克二次煤样中加入5mL有机溶剂计，在离心
管中的二次煤样中加入有机溶剂并混合均匀，封口垂直静置后将离心管重新置入离心机
中，在转速为3000r/min至4000r/min下离心10min至15min，离心后测量二次煤样在离心管
中的高度，得到h2，根据溶胀度计算公式Q＝h2/h1，计算出溶胀度Q值，若溶胀度Q值大于1为
良溶剂，若溶胀度Q值等于1为不良溶剂。
[0025] 实施例5，作为上述实施例的优化，酸液为氢氟酸、浓盐酸和蒸馏水按体积比为1:3:4混合得到；或/和，按1克碎原煤中加入10毫升至15毫升酸液计，氮气保护下将清洗后的
碎原煤在温度为70℃至75℃的酸液中反应23h至24h；或/和，封口垂直静置20h至24h。
碎原煤在温度为70℃至75℃的酸液中反应23h至24h；或/和，封口垂直静置20h至24h。
[0026] 实施例6，作为上述实施例的优化，有机溶剂为正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷、正癸烷、正十一烷、正十二烷、环戊烷、环己烷、苯、甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、乙苯、丁苯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、噻吩、四氢呋喃、吡啶、1,4-二氧六环、环氧丙烷、硝基甲烷、二硫化碳、1-己烯、环己烯、苯乙烯、丙酮、戊酮、3-戊酮、环己酮、乙醚、丁醚、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、1-丁醇、异丁醇、乙腈、水、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮。
[0027] 实施例7，作为上述实施例的优化，一系列良溶剂包括二氯甲烷、氯仿、噻吩、四氢呋喃、吡啶、1,4-二氧六环、环氧丙烷、丙酮、戊酮、3-戊酮、环己酮、乙醚、丁醚、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、1-丁醇、异丁醇、乙腈、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮；一系列不良溶剂包括正己烷、正庚烷、正辛烷、正
壬烷、正癸烷、正十一烷、正十二烷、环戊烷、环己烷、苯、甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、乙苯、丁苯、四氯化碳、硝基甲烷、二硫化碳、1-己烯、环己烯、苯乙烯和水。
壬烷、正癸烷、正十一烷、正十二烷、环戊烷、环己烷、苯、甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、乙苯、丁苯、四氯化碳、硝基甲烷、二硫化碳、1-己烯、环己烯、苯乙烯和水。
[0028] 根据上述实施例3至实施例7得到的本发明包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图见图1所示；在图1中，1为正己烷、2为正庚烷、3为正辛烷、4为正壬烷、5为正癸烷、6为正十一烷、7为正十二烷、8为环戊烷、9为环己烷、10为苯、11为甲苯、12为邻二甲苯、13为对二甲苯、14为乙苯、15为丁苯、16为二氯甲烷、17为氯仿、18为四氯化碳、19为噻吩、20为四氢呋
喃、21为吡啶、22为1,4-二氧六环、23为环氧丙烷、24为硝基甲烷、25为二硫化碳、26为1-己
烯、27为环己烯、28为苯乙烯、29为丙酮、30为戊酮、31为3-戊酮、32为环己酮、33为乙醚、34为丁醚、35为甲醇、36为乙醇、37为正丙醇、38为异丙醇、39为1-丁醇、40为异丁醇、41为乙
腈、42为水、43为甲酸甲酯、44为乙酸甲酯、45为乙酸乙酯、46为丙酸甲酯、47为丙酸乙酯、48为N,N-二甲基乙酰胺、49为N-甲基吡咯烷酮。
喃、21为吡啶、22为1,4-二氧六环、23为环氧丙烷、24为硝基甲烷、25为二硫化碳、26为1-己
烯、27为环己烯、28为苯乙烯、29为丙酮、30为戊酮、31为3-戊酮、32为环己酮、33为乙醚、34为丁醚、35为甲醇、36为乙醇、37为正丙醇、38为异丙醇、39为1-丁醇、40为异丁醇、41为乙
腈、42为水、43为甲酸甲酯、44为乙酸甲酯、45为乙酸乙酯、46为丙酸甲酯、47为丙酸乙酯、48为N,N-二甲基乙酰胺、49为N-甲基吡咯烷酮。
[0029] 在图1中，由于1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，18在图1中与坐标轴重合，13,30,40在图1中分别与12,31,39三点重合，因此在图1中未能表示出来；从图1可以看出良溶剂为二氯甲烷、氯仿、噻吩、四氢呋喃、吡啶、1,4-二氧六环、环氧丙烷、丙酮、戊酮、3-戊酮、环己酮、乙醚、丁醚、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、1-丁醇、异丁醇、乙腈、甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮，绘制为实心三角形；不良溶
剂为正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷、正癸烷、正十一烷、正十二烷、环戊烷、环己烷、苯、甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、乙苯、丁苯、四氯化碳、硝基甲烷、二硫化碳、1-己烯、环己烯、苯乙烯、水，绘制为空心三角形。
剂为正己烷、正庚烷、正辛烷、正壬烷、正癸烷、正十一烷、正十二烷、环戊烷、环己烷、苯、甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、乙苯、丁苯、四氯化碳、硝基甲烷、二硫化碳、1-己烯、环己烯、苯乙烯、水，绘制为空心三角形。
[0030] 本发明中的色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh可通过下列公式计算得到：
[0031] fd＝δd/(δd+δp+δh)
[0032] fp＝δp/(δd+δp+δh)
[0033] fh＝δh/(δd+δp+δh)
[0034] fd+fp+fh＝1.0
[0035] 式中δd，δp，δh分别为三维溶解度参数的色散力参数，极性力参数，氢键力参数；fd，fp，fh分别为三维溶解度参数的色散力分数参数，极性力分数参数，氢键力分数参数。
[0036] 实施例8，该基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，按下述方法进行：选择2种待选溶胀剂丙酮与正己烷，丙酮与正己烷按10:0、9:1、8:2、7:3、6:4、5:5、4:6、3:7、2:8、1:9和0:
10的不同体积比混合，得到不同比例的待选溶胀剂，根据不同比例的待选溶胀剂的三维溶
解度参数计算出对应不同比例的待选溶胀剂的三个分数参数，然后将对应不同比例的待选
溶胀剂的三个分数参数色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh，分别绘制在
包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中；实施例8中丙酮与正己烷按不同体积比得到的
待选溶胀剂，在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中的分布图见图2所示；从图2可以
看出，丙酮与正己烷的体积比为10:0、9:1、8:2、7:3、6:4、5:5和4:6时，三维溶解度参数的三个分数参数均落在了溶胀剂三元图中的原煤三维溶度窗内。
10的不同体积比混合，得到不同比例的待选溶胀剂，根据不同比例的待选溶胀剂的三维溶
解度参数计算出对应不同比例的待选溶胀剂的三个分数参数，然后将对应不同比例的待选
溶胀剂的三个分数参数色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh，分别绘制在
包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中；实施例8中丙酮与正己烷按不同体积比得到的
待选溶胀剂，在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中的分布图见图2所示；从图2可以
看出，丙酮与正己烷的体积比为10:0、9:1、8:2、7:3、6:4、5:5和4:6时，三维溶解度参数的三个分数参数均落在了溶胀剂三元图中的原煤三维溶度窗内。
[0037] 对应实施例8的验证实验：(1)将原煤粉碎、研磨、筛分，筛出120目，煤样盛入烧杯备用；(2)将筛分后的煤样在聚四氟烧杯中用蒸馏水清洗10min；通氮气保护，70℃水浴中将
煤样在配制的酸液中加热24h，再用蒸馏水将煤样洗至中性；(3)煤样在电热鼓风干燥箱中
105℃加热3h；再转移至真空干燥箱中，通氮气保护，180℃加热16h；(4)测定煤的溶胀度：取
1g的干燥后的煤样，放在标有刻度的10mL离心管中，然后将离心管放入离心机中，在3000r/
min条件下离心15min后，测定煤样高度h1；将煤样捣松，分别加入5mL混合溶剂，混合溶剂分
别按体积比为丙酮：正己烷＝10:0、9:1、8:2、7:3、6:4、5:5、4:6、3:7、2:8、1:9、0:10；边加混合溶剂边搅拌使煤和混合溶剂充分的接触，封口垂直静置，避免溶剂挥发而影响实验结果；
再将离心管放入离心机中，在3000r/min条件下离心15min后测定煤样高度h2；溶胀度计算
为：Q＝h2/h1，不同体积比混合的丙酮与正己烷对煤的溶胀度分别为Q10：0＝1.21，Q9：0＝
1.18，Q8：2＝1.15，Q7：3＝1.13，Q6：4＝1.09，Q5：5＝1.07，Q4：6＝1.04，Q3：7＝1，Q2：8＝1，Q1：9＝1，Q0：10＝1；然后将测定的溶胀度与图2进行对比，其中，混合溶剂的三维溶解度参数按摩尔分
数计算方法进行计算；(5)将溶胀后的煤样进行抽滤，并先后用丙酮和蒸馏水将残留溶剂清
洗干净，将煤样在电热鼓风干燥箱中105℃加热3h；再转移至真空干燥箱中，通氮气保护，
180℃加热16h；(6)差减法称取煤样30g，催化剂Fe2O3加入量为3％(以Fe计)，助催化剂单质S
的加入量为Fe:S＝1:2(摩尔比)，供氢溶剂为THN，煤溶比为1:1.75，将四者混合均匀，放入
高压反应釜；(7)用脱脂棉擦拭反应釜的密封圈，盖上釜盖，均匀拧紧螺母；用H2置换高压釜
内气体3次后充至6MPa，压力恒定不变后将反应釜放入炉膛；(8)插热电偶测温仪，装搅拌皮
带，通冷却水，搅拌速度设定为300r/min，开加热器；控制升温速度保持在3～5℃/min，每5
分钟记录一次炉膛温度、釜内温度以及釜压，到反应温度430℃至460℃反应60min至70min；
(9)取出反应釜，迅速用鼓风机强制冷却，放空釜内气体，移出固液产物；(10)固液产物分离
及计算：固液产物依次用正己烷、甲苯和四氢呋喃进行索氏抽提，分别抽提48h、48h和24h，
每次抽提后均干燥12h称重。
煤样在配制的酸液中加热24h，再用蒸馏水将煤样洗至中性；(3)煤样在电热鼓风干燥箱中
105℃加热3h；再转移至真空干燥箱中，通氮气保护，180℃加热16h；(4)测定煤的溶胀度：取
1g的干燥后的煤样，放在标有刻度的10mL离心管中，然后将离心管放入离心机中，在3000r/
min条件下离心15min后，测定煤样高度h1；将煤样捣松，分别加入5mL混合溶剂，混合溶剂分
别按体积比为丙酮：正己烷＝10:0、9:1、8:2、7:3、6:4、5:5、4:6、3:7、2:8、1:9、0:10；边加混合溶剂边搅拌使煤和混合溶剂充分的接触，封口垂直静置，避免溶剂挥发而影响实验结果；
再将离心管放入离心机中，在3000r/min条件下离心15min后测定煤样高度h2；溶胀度计算
为：Q＝h2/h1，不同体积比混合的丙酮与正己烷对煤的溶胀度分别为Q10：0＝1.21，Q9：0＝
1.18，Q8：2＝1.15，Q7：3＝1.13，Q6：4＝1.09，Q5：5＝1.07，Q4：6＝1.04，Q3：7＝1，Q2：8＝1，Q1：9＝1，Q0：10＝1；然后将测定的溶胀度与图2进行对比，其中，混合溶剂的三维溶解度参数按摩尔分
数计算方法进行计算；(5)将溶胀后的煤样进行抽滤，并先后用丙酮和蒸馏水将残留溶剂清
洗干净，将煤样在电热鼓风干燥箱中105℃加热3h；再转移至真空干燥箱中，通氮气保护，
180℃加热16h；(6)差减法称取煤样30g，催化剂Fe2O3加入量为3％(以Fe计)，助催化剂单质S
的加入量为Fe:S＝1:2(摩尔比)，供氢溶剂为THN，煤溶比为1:1.75，将四者混合均匀，放入
高压反应釜；(7)用脱脂棉擦拭反应釜的密封圈，盖上釜盖，均匀拧紧螺母；用H2置换高压釜
内气体3次后充至6MPa，压力恒定不变后将反应釜放入炉膛；(8)插热电偶测温仪，装搅拌皮
带，通冷却水，搅拌速度设定为300r/min，开加热器；控制升温速度保持在3～5℃/min，每5
分钟记录一次炉膛温度、釜内温度以及釜压，到反应温度430℃至460℃反应60min至70min；
(9)取出反应釜，迅速用鼓风机强制冷却，放空釜内气体，移出固液产物；(10)固液产物分离
及计算：固液产物依次用正己烷、甲苯和四氢呋喃进行索氏抽提，分别抽提48h、48h和24h，
每次抽提后均干燥12h称重。
[0038] 液化产物产率计算根据抽提前后的质量差，具体计算如下：
[0039] 计算如下：
[0040] ①油产率：
[0041] ②沥青烯产率：
[0042] ③前沥青烯产率：
[0043] ④液化产率：ηliq.＝ηOil+ηAS+ηPS
[0044] 式中：m0：反应后釜内固液产物、抽提器、脱脂棉和滤纸筒的总质量；
[0045] m1：正己烷萃取后质量；
[0046] m2：甲苯萃取后质量；
[0047] m3：四氢呋喃萃取后质量；
[0048] mSolvent：反应前放入反应釜内溶剂的质量；
[0049] mdaf,coal：反应前放入反应釜内干燥无灰基煤的质量；
[0050] 不同体积比混合的丙酮与正己烷溶剂溶胀煤的液化产率分别为ηliq10：0＝75.15，ηliq9：0＝74.01，ηliq8：2＝70.58，ηliq7：3＝69.94，ηliq6：4＝67.51，ηliq5：5＝66.19，ηliq4：6＝
63.88，ηliq3：7＝62.61，ηliq2：8＝62.59，ηliq1：9＝62.63，ηliq0：10＝62.61，ηliq原煤＝62.58。
63.88，ηliq3：7＝62.61，ηliq2：8＝62.59，ηliq1：9＝62.63，ηliq0：10＝62.61，ηliq原煤＝62.58。
[0051] 对应实施例8的验证实验说明丙酮与正己烷的体积比为10:0、9:1、8:2、7:3、6:4、5:5和4:6时，这七种混合溶剂对煤具有溶胀效果，与图2相一致，并且距原煤三维溶度窗中
心越近，溶胀度越大，说明使用本发明基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法可行；溶胀煤的
液化产率与溶胀度的规律一致，使用本发明基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法判定的最
佳二元混合溶剂对原煤进行溶胀后，溶胀率相对原煤得到很大提升。
心越近，溶胀度越大，说明使用本发明基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法可行；溶胀煤的
液化产率与溶胀度的规律一致，使用本发明基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法判定的最
佳二元混合溶剂对原煤进行溶胀后，溶胀率相对原煤得到很大提升。
[0052] 实施例9，该基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，按下述方法进行：选择2种待选溶胀剂丙酮与二硫化碳，丙酮与二硫化碳按10:0、9:1、8:2、7:3、6:4、5:5、4:6、3:7、2:8、1:
9、0:10的不同体积比混合，得到不同比例的待选溶胀剂，根据不同比例的待选溶胀剂的三
维溶解度参数计算出对应不同比例的待选溶胀剂的三个分数参数，然后将对应不同比例的
待选溶胀剂的三个分数参数色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh，分别绘
制在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中；实施例9中丙酮与二硫化碳按不同体积比
得到的待选溶胀剂，在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中的分布图见图3所示；从图
3可以看出，丙酮与二硫化碳的体积比为10:0，9:1，8:2，7:3，6:4时，三维溶解度参数的三个分数参数均落在了溶胀剂三元图中的原煤三维溶度窗内。
9、0:10的不同体积比混合，得到不同比例的待选溶胀剂，根据不同比例的待选溶胀剂的三
维溶解度参数计算出对应不同比例的待选溶胀剂的三个分数参数，然后将对应不同比例的
待选溶胀剂的三个分数参数色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh，分别绘
制在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中；实施例9中丙酮与二硫化碳按不同体积比
得到的待选溶胀剂，在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中的分布图见图3所示；从图
3可以看出，丙酮与二硫化碳的体积比为10:0，9:1，8:2，7:3，6:4时，三维溶解度参数的三个分数参数均落在了溶胀剂三元图中的原煤三维溶度窗内。
[0053] 对应实施例9的验证实验：(1)将原煤粉碎、研磨、筛分，筛出120目，煤样盛入烧杯备用；(2)将筛分后的煤样在聚四氟烧杯中用蒸馏水清洗10min；通氮气保护，70℃水浴中将
煤样在配制的酸液中加热24h，再用蒸馏水将煤样洗至中性；(3)煤样在电热鼓风干燥箱中
105℃加热3h；再转移至真空干燥箱中，通氮气保护，180℃加热16h；(4)测定煤的溶胀度：取
1g的干燥后的煤样，放在标有刻度的10mL离心管中，然后将离心管放入离心机中，在3000r/
min条件下离心15min后，测定煤样高度h1；将煤样捣松，分别加入5mL混合溶剂，混合溶剂分
别按体积比为丙酮：二硫化碳＝10:0、9:1、8:2、7:3、6:4、5:5、4:6、3:7、2:8、1:9、0:10；边加混合溶剂边搅拌使煤和混合溶剂充分的接触，封口垂直静置，避免溶剂挥发而影响实验结
果；再将离心管放入离心机中，在3000r/min条件下离心15min后测定煤样高度h2；溶胀度计
算为：Q＝h2/h1，不同体积比混合的丙酮与二硫化碳溶剂对煤的溶胀度分别为Q10：0＝1.21，
Q9：0＝1.17，Q8：2＝1.14，Q7：3＝1.11，Q6：4＝1.05，Q5：5＝1，Q4：6＝1，Q3：7＝1，Q2：8＝1，Q1：9＝1，Q0：10＝1；然后将测定的溶胀度与图3进行对比，其中，混合溶剂的三维溶解度参数按摩尔分
数计算方法进行计算；(5)将溶胀后的煤样进行抽滤，并先后用丙酮和蒸馏水将残留溶剂清
洗干净，将煤样在电热鼓风干燥箱中105℃加热3h；再转移至真空干燥箱中，通氮气保护，
180℃加热16h；(6)差减法称取煤样30g，催化剂Fe2O3加入量为3％(以Fe计)，助催化剂单质S
的加入量为Fe:S＝1:2(摩尔比)，供氢溶剂为THN，煤溶比为1:1.75，将四者混合均匀，放入
高压反应釜；(7)用脱脂棉擦拭反应釜的密封圈，盖上釜盖，均匀拧紧螺母；用H2置换高压釜
内气体3次后充至6MPa，压力恒定不变后将反应釜放入炉膛；(8)插热电偶测温仪，装搅拌皮
带，通冷却水，搅拌速度设定为300r/min，开加热器。控制升温速度保持在3℃/min至5℃/
min，每5分钟记录一次炉膛温度、釜内温度以及釜压，到反应温度430℃至460℃反应60min
至70min；(9)取出反应釜，迅速用鼓风机强制冷却，放空釜内气体，移出固液产物；(10)固液
产物分离及计算：固液产物依次用正己烷、甲苯和四氢呋喃进行索氏抽提，分别抽提48h、
48h和24h，每次抽提后均干燥12h称重。
煤样在配制的酸液中加热24h，再用蒸馏水将煤样洗至中性；(3)煤样在电热鼓风干燥箱中
105℃加热3h；再转移至真空干燥箱中，通氮气保护，180℃加热16h；(4)测定煤的溶胀度：取
1g的干燥后的煤样，放在标有刻度的10mL离心管中，然后将离心管放入离心机中，在3000r/
min条件下离心15min后，测定煤样高度h1；将煤样捣松，分别加入5mL混合溶剂，混合溶剂分
别按体积比为丙酮：二硫化碳＝10:0、9:1、8:2、7:3、6:4、5:5、4:6、3:7、2:8、1:9、0:10；边加混合溶剂边搅拌使煤和混合溶剂充分的接触，封口垂直静置，避免溶剂挥发而影响实验结
果；再将离心管放入离心机中，在3000r/min条件下离心15min后测定煤样高度h2；溶胀度计
算为：Q＝h2/h1，不同体积比混合的丙酮与二硫化碳溶剂对煤的溶胀度分别为Q10：0＝1.21，
Q9：0＝1.17，Q8：2＝1.14，Q7：3＝1.11，Q6：4＝1.05，Q5：5＝1，Q4：6＝1，Q3：7＝1，Q2：8＝1，Q1：9＝1，Q0：10＝1；然后将测定的溶胀度与图3进行对比，其中，混合溶剂的三维溶解度参数按摩尔分
数计算方法进行计算；(5)将溶胀后的煤样进行抽滤，并先后用丙酮和蒸馏水将残留溶剂清
洗干净，将煤样在电热鼓风干燥箱中105℃加热3h；再转移至真空干燥箱中，通氮气保护，
180℃加热16h；(6)差减法称取煤样30g，催化剂Fe2O3加入量为3％(以Fe计)，助催化剂单质S
的加入量为Fe:S＝1:2(摩尔比)，供氢溶剂为THN，煤溶比为1:1.75，将四者混合均匀，放入
高压反应釜；(7)用脱脂棉擦拭反应釜的密封圈，盖上釜盖，均匀拧紧螺母；用H2置换高压釜
内气体3次后充至6MPa，压力恒定不变后将反应釜放入炉膛；(8)插热电偶测温仪，装搅拌皮
带，通冷却水，搅拌速度设定为300r/min，开加热器。控制升温速度保持在3℃/min至5℃/
min，每5分钟记录一次炉膛温度、釜内温度以及釜压，到反应温度430℃至460℃反应60min
至70min；(9)取出反应釜，迅速用鼓风机强制冷却，放空釜内气体，移出固液产物；(10)固液
产物分离及计算：固液产物依次用正己烷、甲苯和四氢呋喃进行索氏抽提，分别抽提48h、
48h和24h，每次抽提后均干燥12h称重。
[0054] 液化产物产率计算根据抽提前后的质量差，具体计算如下：
[0055] 计算如下：
[0056] ①油产率：
[0057] ②沥青烯产率：
[0058] ③前沥青烯产率：
[0059] ④液化产率：ηliq.＝ηOil+ηAS+ηPS
[0060] 式中：m0：反应后釜内固液产物、抽提器、脱脂棉和滤纸筒的总质量；
[0061] m1：正己烷萃取后质量；
[0062] m2：甲苯萃取后质量；
[0063] m3：四氢呋喃萃取后质量；
[0064] mSolvent：反应前放入反应釜内溶剂的质量；
[0065] mdaf,coal：反应前放入反应釜内干燥无灰基煤的质量；
[0066] 不同体积比混合的丙酮与二硫化碳溶剂溶胀煤的液化产率分别为ηliq10：0＝75.21，ηliq9：0＝73.10，ηliq8：2＝71.69，ηliq7：3＝67.11，ηliq6：4＝63.51，ηliq5：5＝62.71，ηliq4：6＝62.66，ηliq3：7＝62.58，ηliq2：8＝62.62，ηliq1：9＝62.63，ηliq0：10＝62.56，ηliq原煤＝62.58。
[0067] 丙酮与二硫化碳的体积为10:0、9:1、8:2、7:3、6:4时，这五种混合溶剂对煤具有溶胀效果，与图3相一致，并且距原煤三维溶度窗中心越近，溶胀度越大，说明使用本发明基于
煤热力学参数的溶胀剂筛选方法可行；溶胀煤的液化产率与溶胀度的规律一致，使用本发
明基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法判定的最佳二元混合溶剂对原煤进行溶胀后，溶胀
率相对原煤得到很大提升。
煤热力学参数的溶胀剂筛选方法可行；溶胀煤的液化产率与溶胀度的规律一致，使用本发
明基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法判定的最佳二元混合溶剂对原煤进行溶胀后，溶胀
率相对原煤得到很大提升。
[0068] 实施例10，该基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，按下述方法进行：选择2种待选溶胀剂乙醇与苯，乙醇与苯按10:0、9:1、8:2、7:3、6:4、5:5、4:6、3:7、2:8、1:9、0:10的不同体积比混合，得到不同比例的待选溶胀剂，根据不同比例的待选溶胀剂的三维溶解度参
数计算出对应不同比例的待选溶胀剂的三个分数参数，然后将对应不同比例的待选溶胀剂
的三个分数参数色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh，分别绘制在包含有
原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中；实施例10中乙醇与苯按不同体积比得到的待选溶胀
剂，在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中的分布图见图4所示；从图4可以看出，乙醇
与苯的体积比为10:0、9:1、8:2、7:3、6:4、5:5、4:6、3:7时，三维溶解度参数的三个分数参数均落在了溶胀剂三元图中的原煤三维溶度窗内。
数计算出对应不同比例的待选溶胀剂的三个分数参数，然后将对应不同比例的待选溶胀剂
的三个分数参数色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh，分别绘制在包含有
原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中；实施例10中乙醇与苯按不同体积比得到的待选溶胀
剂，在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中的分布图见图4所示；从图4可以看出，乙醇
与苯的体积比为10:0、9:1、8:2、7:3、6:4、5:5、4:6、3:7时，三维溶解度参数的三个分数参数均落在了溶胀剂三元图中的原煤三维溶度窗内。
[0069] 对应实施例10的验证实验：(1)将原煤粉碎、研磨、筛分，筛出120目，煤样盛入烧杯备用；(2)将筛分后的煤样在聚四氟烧杯中用蒸馏水清洗15min；通氮气保护，70℃水浴中将
煤样在配制的酸液中加热24h，再用蒸馏水将煤样洗至中性；(3)煤样在电热鼓风干燥箱中
110℃加热3.5h；再转移至真空干燥箱中，通氮气保护，180℃加热17h；(4)测定煤的溶胀度：
取1g的干燥后的煤样，放在标有刻度的10mL离心管中，然后将离心管放入离心机中，在
3000r/min条件下离心15min后，测定煤样高度h1；将煤样捣松，分别加入5mL混合溶剂，混合
溶剂分别按体积比为乙醇：苯＝10:0，9:1，8:2，7:3，6:4，5:5，4:6，3:7，2:8，1:9，0:10；边加混合溶剂边搅拌使煤和混合溶剂充分的接触，封口垂直静置，避免溶剂挥发而影响实验结
果；再将离心管放入离心机中，在3000r/min条件下离心15min后测定煤样高度h2；溶胀度计
算为：Q＝h2/h1，不同体积比混合的乙醇与苯对煤的溶胀度分别为Q10：0＝1.19，Q9：0＝1.23，Q8：2＝1.25，Q7：3＝1.20，Q6：4＝1.17，Q5：5＝1.15，Q4：6＝1.12，Q3：7＝1.09，Q2：8＝1，Q1：9＝1，Q0：10＝1；然后将测定的溶胀度与图4进行对比，其中，混合溶剂的三维溶解度参数按摩尔分
数计算方法进行计算；(5)将溶胀后的煤样进行抽滤，并先后用丙酮和蒸馏水将残留溶剂清
洗干净，将煤样在电热鼓风干燥箱中110℃加热3.5h；再转移至真空干燥箱中，通氮气保护，
180℃加热17h；(6)差减法称取煤样30g，催化剂Fe2O3加入量为3％(以Fe计)，助催化剂单质S
的加入量为Fe:S＝1:2(摩尔比)，供氢溶剂为THN，煤溶比为1:1.75，将四者混合均匀，放入
高压反应釜；(7)用脱脂棉擦拭反应釜的密封圈，盖上釜盖，均匀拧紧螺母；用H2置换高压釜
内气体3次后充至6MPa，压力恒定不变后将反应釜放入炉膛；(8)插热电偶测温仪，装搅拌皮
带，通冷却水，搅拌速度设定为300r/min，开加热器；控制升温速度保持在3℃/min至5℃/
min，每5分钟记录一次炉膛温度、釜内温度以及釜压，到反应温度430℃至460℃反应60min
至70min；(9)取出反应釜，迅速用鼓风机强制冷却，放空釜内气体，移出固液产物；(10)固液
产物分离及计算：固液产物依次用正己烷、甲苯和四氢呋喃进行索氏抽提，分别抽提48h、
48h和24h，每次抽提后均干燥12h称重。
煤样在配制的酸液中加热24h，再用蒸馏水将煤样洗至中性；(3)煤样在电热鼓风干燥箱中
110℃加热3.5h；再转移至真空干燥箱中，通氮气保护，180℃加热17h；(4)测定煤的溶胀度：
取1g的干燥后的煤样，放在标有刻度的10mL离心管中，然后将离心管放入离心机中，在
3000r/min条件下离心15min后，测定煤样高度h1；将煤样捣松，分别加入5mL混合溶剂，混合
溶剂分别按体积比为乙醇：苯＝10:0，9:1，8:2，7:3，6:4，5:5，4:6，3:7，2:8，1:9，0:10；边加混合溶剂边搅拌使煤和混合溶剂充分的接触，封口垂直静置，避免溶剂挥发而影响实验结
果；再将离心管放入离心机中，在3000r/min条件下离心15min后测定煤样高度h2；溶胀度计
算为：Q＝h2/h1，不同体积比混合的乙醇与苯对煤的溶胀度分别为Q10：0＝1.19，Q9：0＝1.23，Q8：2＝1.25，Q7：3＝1.20，Q6：4＝1.17，Q5：5＝1.15，Q4：6＝1.12，Q3：7＝1.09，Q2：8＝1，Q1：9＝1，Q0：10＝1；然后将测定的溶胀度与图4进行对比，其中，混合溶剂的三维溶解度参数按摩尔分
数计算方法进行计算；(5)将溶胀后的煤样进行抽滤，并先后用丙酮和蒸馏水将残留溶剂清
洗干净，将煤样在电热鼓风干燥箱中110℃加热3.5h；再转移至真空干燥箱中，通氮气保护，
180℃加热17h；(6)差减法称取煤样30g，催化剂Fe2O3加入量为3％(以Fe计)，助催化剂单质S
的加入量为Fe:S＝1:2(摩尔比)，供氢溶剂为THN，煤溶比为1:1.75，将四者混合均匀，放入
高压反应釜；(7)用脱脂棉擦拭反应釜的密封圈，盖上釜盖，均匀拧紧螺母；用H2置换高压釜
内气体3次后充至6MPa，压力恒定不变后将反应釜放入炉膛；(8)插热电偶测温仪，装搅拌皮
带，通冷却水，搅拌速度设定为300r/min，开加热器；控制升温速度保持在3℃/min至5℃/
min，每5分钟记录一次炉膛温度、釜内温度以及釜压，到反应温度430℃至460℃反应60min
至70min；(9)取出反应釜，迅速用鼓风机强制冷却，放空釜内气体，移出固液产物；(10)固液
产物分离及计算：固液产物依次用正己烷、甲苯和四氢呋喃进行索氏抽提，分别抽提48h、
48h和24h，每次抽提后均干燥12h称重。
[0070] 液化产物产率计算根据抽提前后的质量差，具体计算如下：
[0071] 计算如下：
[0072] ①油产率：
[0073] ②沥青烯产率：
[0074] ③前沥青烯产率：
[0075] ④液化产率：ηliq.＝ηOil+ηAS+ηPS
[0076] 式中：m0：反应后釜内固液产物、抽提器、脱脂棉和滤纸筒的总质量；
[0077] m1：正己烷萃取后质量；
[0078] m2：甲苯萃取后质量；
[0079] m3：四氢呋喃萃取后质量；
[0080] mSolvent：反应前放入反应釜内溶剂的质量；
[0081] mdaf,coal：反应前放入反应釜内干燥无灰基煤的质量；
[0082] 不同体积比混合的乙醇与苯溶胀煤的液化产率分别为ηliq10：0＝72.68，ηliq9：0＝74.26，ηliq8：2＝75.58，ηliq7：3＝72.84，ηliq6：4＝71.24，ηliq5：5＝69.01，ηliq4：6＝67.48，ηliq3：7＝64.53，ηliq2：8＝63.10，ηliq1：9＝62.55，ηliq0：10＝62.64，ηliq原煤＝62.58。
[0083] 乙醇与苯的体积为10:0、9:1、8:2、7:3、6:4、5:5、4:6、3:7时，这八种混合溶剂对煤具有溶胀效果，与图4相一致，并且距原煤三维溶度窗中心越近，溶胀度越大，说明使用本发明基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法可行；溶胀煤的液化产率与溶胀度的规律一致，使
用本发明基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法判定的最佳二元混合溶剂对原煤进行溶胀
后，溶胀率相对原煤得到很大提升。
用本发明基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法判定的最佳二元混合溶剂对原煤进行溶胀
后，溶胀率相对原煤得到很大提升。
[0084] 实施例11，该基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，按下述方法进行：选择3种待选溶胀剂乙二胺、邻苯二甲酸二甲酯、N,N-二甲基乙酰胺，根据3种待选溶胀剂的三维溶解
度参数计算出对应的待选溶胀剂的三个分数参数，然后将对应的待选溶胀剂的三个分数参
数色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh，分别绘制在包含有原煤三维溶度
窗的溶胀剂三元图中；实施例11中3种待选溶胀剂乙二胺、邻苯二甲酸二甲酯、N,N-二甲基
乙酰胺，在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中的分布图见图5所示；从图5可以看出，
乙二胺与N,N-二甲基乙酰胺的三维溶解度参数的三个分数参数均落在了溶胀剂三元图中
的原煤三维溶度窗内。
度参数计算出对应的待选溶胀剂的三个分数参数，然后将对应的待选溶胀剂的三个分数参
数色散力分量fd、极性力参数分量fp和氢键力参数分量fh，分别绘制在包含有原煤三维溶度
窗的溶胀剂三元图中；实施例11中3种待选溶胀剂乙二胺、邻苯二甲酸二甲酯、N,N-二甲基
乙酰胺，在包含有原煤三维溶度窗的溶胀剂三元图中的分布图见图5所示；从图5可以看出，
乙二胺与N,N-二甲基乙酰胺的三维溶解度参数的三个分数参数均落在了溶胀剂三元图中
的原煤三维溶度窗内。
[0085] 对应实施例11的验证实验：(1)将原煤粉碎、研磨、筛分，筛出120目，煤样盛入烧杯备用；(2)将筛分后的煤样在聚四氟烧杯中用蒸馏水清洗15min；通氮气保护，70℃水浴中将
煤样在配制的酸液中加热24h，再用蒸馏水将煤样洗至中性；(3)煤样在电热鼓风干燥箱中
110℃加热3.5h；再转移至真空干燥箱中，通氮气保护，180℃加热17h；(4)测定煤的溶胀度：
取1g的干燥后的煤样，放在标有刻度的10mL离心管中，然后将离心管放入离心机中，在
3000r/min条件下离心15min后，测定煤样高度h1；将煤样捣松，分别加入5mL乙二胺、邻苯二
甲酸二甲酯、N,N-二甲基乙酰胺，边加边搅拌使煤和溶剂充分的接触，封口垂直静置，避免
溶剂挥发而影响实验结果；再将离心管放入离心机中，在3000r/min条件下离心15min后测
定煤样高度h2；溶胀度计算为：Q＝h2/h1，Q乙二胺＝1.81，Q邻苯二甲酸二甲酯＝1，QN,N-二甲基乙酰胺＝2.06；然后将测定的溶胀度与图5进行对比；(5)将溶胀后的煤样进行抽滤，并先后用丙酮和蒸馏水
将残留溶剂清洗干净，将煤样在电热鼓风干燥箱中110℃加热3.5h；再转移至真空干燥箱
中，通氮气保护，180℃加热17h；(6)差减法称取煤样30g，催化剂Fe2O3加入量为3％(以Fe
计)，助催化剂单质S的加入量为Fe:S＝1:2(摩尔比)，供氢溶剂为THN，煤溶比为1:1.75，将
四者混合均匀，放入高压反应釜；(7)用脱脂棉擦拭反应釜的密封圈，盖上釜盖，均匀拧紧螺
母；用H2置换高压釜内气体3次后充至6MPa，压力恒定不变后将反应釜放入炉膛；(8)插热电
偶测温仪，装搅拌皮带，通冷却水，搅拌速度设定为300r/min，开加热器；控制升温速度保持
在3℃/min至5℃/min，每5分钟记录一次炉膛温度、釜内温度以及釜压，到反应温度430℃至
460℃反应60min至70min；(9)取出反应釜，迅速用鼓风机强制冷却，放空釜内气体，移出固
液产物；(10)固液产物分离及计算：固液产物依次用正己烷、甲苯和四氢呋喃进行索氏抽
提，分别抽提48h、48h和24h，每次抽提后均干燥12h称重。
煤样在配制的酸液中加热24h，再用蒸馏水将煤样洗至中性；(3)煤样在电热鼓风干燥箱中
110℃加热3.5h；再转移至真空干燥箱中，通氮气保护，180℃加热17h；(4)测定煤的溶胀度：
取1g的干燥后的煤样，放在标有刻度的10mL离心管中，然后将离心管放入离心机中，在
3000r/min条件下离心15min后，测定煤样高度h1；将煤样捣松，分别加入5mL乙二胺、邻苯二
甲酸二甲酯、N,N-二甲基乙酰胺，边加边搅拌使煤和溶剂充分的接触，封口垂直静置，避免
溶剂挥发而影响实验结果；再将离心管放入离心机中，在3000r/min条件下离心15min后测
定煤样高度h2；溶胀度计算为：Q＝h2/h1，Q乙二胺＝1.81，Q邻苯二甲酸二甲酯＝1，QN,N-二甲基乙酰胺＝2.06；然后将测定的溶胀度与图5进行对比；(5)将溶胀后的煤样进行抽滤，并先后用丙酮和蒸馏水
将残留溶剂清洗干净，将煤样在电热鼓风干燥箱中110℃加热3.5h；再转移至真空干燥箱
中，通氮气保护，180℃加热17h；(6)差减法称取煤样30g，催化剂Fe2O3加入量为3％(以Fe
计)，助催化剂单质S的加入量为Fe:S＝1:2(摩尔比)，供氢溶剂为THN，煤溶比为1:1.75，将
四者混合均匀，放入高压反应釜；(7)用脱脂棉擦拭反应釜的密封圈，盖上釜盖，均匀拧紧螺
母；用H2置换高压釜内气体3次后充至6MPa，压力恒定不变后将反应釜放入炉膛；(8)插热电
偶测温仪，装搅拌皮带，通冷却水，搅拌速度设定为300r/min，开加热器；控制升温速度保持
在3℃/min至5℃/min，每5分钟记录一次炉膛温度、釜内温度以及釜压，到反应温度430℃至
460℃反应60min至70min；(9)取出反应釜，迅速用鼓风机强制冷却，放空釜内气体，移出固
液产物；(10)固液产物分离及计算：固液产物依次用正己烷、甲苯和四氢呋喃进行索氏抽
提，分别抽提48h、48h和24h，每次抽提后均干燥12h称重。
[0086] 液化产物产率计算根据抽提前后的质量差，具体计算如下：
[0087] 计算如下：
[0088] ①油产率：
[0089] ②沥青烯产率：
[0090] ③前沥青烯产率：
[0091] ④液化产率：ηliq.＝ηOil+ηAS+ηPS
[0092] 式中：m0：反应后釜内固液产物、抽提器、脱脂棉和滤纸筒的总质量；
[0093] m1：正己烷萃取后质量；
[0094] m2：甲苯萃取后质量；
[0095] m3：四氢呋喃萃取后质量；
[0096] mSolvent：反应前放入反应釜内溶剂的质量；
[0097] mdaf,coal：反应前放入反应釜内干燥无灰基煤的质量；
[0098] 3种待选溶胀剂乙二胺、邻苯二甲酸二甲酯、N,N-二甲基乙酰胺的液化产率分别为ηliqN,N-二甲基乙酰胺＝76.68，ηliq乙二胺＝71.14，ηliq邻苯二甲酸二甲酯＝62.53，ηliq原煤＝62.58。
[0099] 乙二胺与N,N-二甲基乙酰胺对煤具有溶胀效果，与图5相一致，并且距原煤三维溶度窗中心越近，溶胀度越大，说明使用本发明基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法可行；溶
胀煤的液化产率与溶胀度的规律一致，使用本发明基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法判
定的溶胀剂对原煤进行溶胀后，溶胀率相对原煤得到很大提升。
胀煤的液化产率与溶胀度的规律一致，使用本发明基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法判
定的溶胀剂对原煤进行溶胀后，溶胀率相对原煤得到很大提升。
[0100] 综上所述，本发明基于煤热力学参数的溶胀剂筛选方法，通过建立的原煤三维溶度窗能够快速准确的确定单一溶剂或二元混合溶剂对煤是否具有溶胀效果，特别是能快速
准确的确定二元混合溶剂对煤有溶胀效果的最佳配比，本发明基于煤热力学参数的溶胀剂
筛选方法较传统方法大大缩短了筛选周期，降低了工作量，同时节省了实验材料的消耗，具
有筛选溶剂宽、实用性和通用性强的特点，提高了工作效率，降低了操作成本，对生产实践
具有指导作用。
准确的确定二元混合溶剂对煤有溶胀效果的最佳配比，本发明基于煤热力学参数的溶胀剂
筛选方法较传统方法大大缩短了筛选周期，降低了工作量，同时节省了实验材料的消耗，具
有筛选溶剂宽、实用性和通用性强的特点，提高了工作效率，降低了操作成本，对生产实践
具有指导作用。
[0101] 以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
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