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低温煤焦油化学破乳脱水机理的基础研究

作　者: 王世宇
导　师: 曲思建；王利斌
学　校: 煤炭科学研究总院
专　业: 化学工艺
关键词: 低温煤焦油脱水乳状液稳定性化学破乳机理沥青质胶质
分类号: TQ522.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

鉴于低温煤焦油物理性质和化学组成的特点,高温焦油所采用的加压静置和管式炉闪蒸的脱水方法已不能满足低温煤焦油的脱水工艺要求,探索研究先进的油-水分离新技术是低温煤焦油科学开发和综合利用的难点和关键技术之一。本文将借鉴原油化学破乳脱水方法的理论基础,结合高温焦油的脱水工艺,从低温煤焦油乳状液的视角着手,深入研究影响低温煤焦油乳状液稳定性和破乳机理的关键因素,为低温煤焦油化学破乳机理和破乳剂的选择提供理论指导。首先,对低温煤焦油进行了基本物理性质、元素组成和模拟蒸馏分析,可知其密度和水较接近,黏度较大、H/C比较低,氧含量较高,硫含量较低和重质组分含量较高的特点,这些因素都直接或间接的影响着乳状液的稳定性和破乳机理。其次,通过柱层析族组分分离和GC/MS相结合的方法,将低温煤焦油划分为脂肪族、芳香族、酯族和极性物等四个族,深入研究了脂肪烃(链烷烃、环烷烃和烯烃等)、芳香烃(萘、葸和菲等)、含氧化合物和含氮化合物的种类和相对含量,以达到对低温煤焦油乳状液连续相的全面认识,进而探讨其对乳状液的稳定性和破乳机理的影响。第三,低温煤焦油天然表面活性剂——沥青质和胶质的分离和表征。借鉴石油三组分分离沥青质和胶质的方法,分离提取出低温煤焦油沥青质和胶质。然后,对获取的沥青质和胶质样品分别进行了以下几项测试分析：(1)元素分析；(2)凝胶渗透色谱(GPC)测定其平均分子量和分子量分布；(3)1H-NMR谱图信息对芳香度和结构参数的表征和计算；(4) FTIR谱图对其官能团的定性分析。最后,根据以上表征信息,对沥青质和胶质的平均分子结构单元进行了科学合理的结构模拟。与原油破乳机理相比,低温煤焦油乳状液稳定性和破乳机理的决定性因素是界面张力,而不是界面膜的强度,这是低温煤焦油破乳剂甄选的主要原则之一。低温煤焦油破乳过程的难点是分散相液珠的油-水分层,而不是液珠的絮凝。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
引言  10-11
第一章文献综述  11-30
  1.1 国内外煤炭低温热解发展的概况  11-14
  1.2 低温煤焦油科学研究和综合利用状况  14-19
    1.2.1 低温煤焦油的基本性质  14
    1.2.2 低温煤焦油的基本组成  14-16
    1.2.3 低温煤焦油的综合利用情况  16-19
  1.3 乳状液概论  19-21
  1.4 高温焦油脱水和原油脱水工艺原理简介  21-23
    1.4.1 高温焦油脱水工艺  21-22
    1.4.2 原油脱水工艺  22-23
  1.5 石油乳状液破乳基本理论  23-27
    1.5.1 天然乳化剂对原油乳状液破乳的阻碍作用  23-24
    1.5.2 原油乳状液的成膜物质  24-25
    1.5.3 破乳机理  25-27
  1.6 本课题的提出及研究意义  27-28
  1.7 本课题主要研究内容  28-29
  1.8 本课题研究路线流程图  29-30
第二章样品的采集及基本性质分析  30-46
  2.1 低温煤焦油样品的采集及基本性质分析  30-40
    2.1.1 低温煤焦油样品采集  30
    2.1.2 低温煤焦油样品的基本性质测试  30-40
      2.1.2.1 实验部分  30-38
      2.1.2.2 实验结果及分析  38-40
  2.2 低温煤焦油样品的模拟蒸馏测试分析  40-43
    2.2.1 模拟蒸馏馏程分析方法概述  40
    2.2.2 实验部分  40-41
    2.2.3 实验结果及分析  41-43
  2.3 焦化氨水的浓度测试  43-45
    2.3.1 引言  43-44
    2.3.2 实验部分  44-45
    2.3.3 实验结果及分析  45
  2.4 本章小结  45-46
第三章低温煤焦油乳状液连续相研究  46-67
  3.1 柱层析色谱低温煤焦油族组成分离  46-50
    3.1.1 方法与原理简介  46-47
    3.1.2 实验步骤和试验流程  47-48
    3.1.3 结果与讨论  48-50
  3.2 GC-MS对低温煤焦油族组成的研究  50-61
    3.2.1 引言  50-51
    3.2.2 实验仪器及方法  51
    3.2.3 结果与讨论  51-61
      3.2.3.1 脂肪族  51-54
      3.2.3.2 芳香族  54-55
      3.2.3.3 酯族  55-59
      3.2.3.4 极性物  59
      3.2.3.5 各类化合物在焦油中的相对含量关系  59-61
  3.3 低温煤焦油黏度与温度的相关性研究  61-64
    3.3.1 引言  61
    3.3.2 实验部分  61-62
    3.3.3 结果及分析  62-64
  3.4 低温煤焦油油-水界面张力的测定  64-66
    3.4.1 引言  64-65
    3.4.2 实验部分  65
    3.4.3 结果及分析  65-66
  3.5 小结  66-67
第四章沥青质和胶质的分离与表征——乳状液界面活性组分研究  67-92
  4.1 序言  67-69
  4.2 低温煤焦油沥青质和胶质的提取分离  69-71
    4.2.1 低温煤焦油样品脱蜡  69-70
    4.2.2 三组分分离法分离沥青质和胶质  70-71
  4.3 沥青质和胶质的元素分析  71-73
  4.4 沥青质和胶质的平均分子量测定  73-76
    4.4.1 实验原理  73-74
    4.4.2 实验部分  74-75
    4.4.3 实验结果与讨论  75-76
  4.5 核磁共振对沥青质和胶质的研究  76-82
    4.5.1 实验原理  76-77
    4.5.2 实验部分  77-78
    4.5.3 结果与讨论  78-82
  4.6 红外对沥青质和胶质的研究  82-88
    4.6.1 实验原理  82-83
    4.6.2 实验部分  83
    4.6.3 结果与讨论  83-88
      4.6.3.1 芳香结构  84-86
      4.6.3.2 脂肪性C-H结构  86
      4.6.3.3 含氧基团  86-88
  4.7 低温煤焦油沥青质和胶质的平均分子式和分子结构  88-91
  4.8 本章小结  91-92
第五章低温煤焦油化学破乳机理的影响因素研究  92-99
  5.1 低温煤焦油物理性质对低温煤焦油乳状液稳定性及破乳机理的影响  92-94
    5.1.1 黏度对稳定性及破乳机理的影响  92-93
    5.1.2 密度对稳定性及破乳机理的影响  93
    5.1.3 水相组成对稳定性及破乳机理的影响  93-94
  5.2 低温煤焦油化学组成对低温煤焦油乳状液稳定性及破乳机理的影响  94-95
    5.2.1 石油蜡对稳定性及破乳机理的影响  94
    5.2.2 芳香烃对稳定性及破乳机理的影响  94-95
    5.2.3 非烃化合物对稳定性及破乳机理的影响  95
  5.3 沥青质和胶质对破乳机理和破乳剂选择的影响  95-99
    5.3.1 沥青质和胶质性质对破乳机理的影响  95-97
      5.3.1.1 沥青质和胶质的平均分子量和元素分析  95-96
      5.3.1.2 沥青质和胶质的结构  96-97
      5.3.1.3 沥青质和胶质的杂原子  97
    5.3.2 低温煤焦油破乳剂的选择  97-99
第六章结论与展望  99-101
  6.1 主要结论  99
  6.2 论文的创新点  99-100
  6.3 论文不足与工作展望  100-101
参考文献  101-106
附录A  106-107
附录B  107-119
附录C  119-120
附录D  120-121
附录E  121-123
致谢  123-124
在学校期间发表的学术论文  124

低温煤焦油化学破乳脱水机理的基础研究

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