煤化工废水萃取脱酚及流程模拟研究

发布时间：2019-09-16 07:20

【摘要】：我国对天然气的需求不断增长,煤制清洁燃气能够有效缓解我国的天然气需求压力。固定床气化由于甲烷产量高,投资低等特点使得90%以上的煤制清洁燃气都使用固定床气化。但固定床气化会产生大量的高浓度含酚废水,废水中除单元酚外,多元酚约占总酚的1/3～1/2,会使得废水难以处理。同时酚也是一种基本化工原料,能够用于制造药品、酚醛树脂等产品,具有重要的回收价值。但目前工业上对于酚类物质的回收效率不高,本论文结合实验和流程模拟的手段对如何更高效地回收酚类物质进行研究。本文全面分析比较酯类、酮类、醚类等溶剂后,优选乙酸仲丁酯作为脱酚萃取剂。通过实验比较其对单元酚、多元酚的萃取效果,以及萃取温度等多种萃取工艺条件对乙酸仲丁酯萃取脱酚效果的影响。然后采用液液平衡釜结合气相色谱分析法,在常压下测定了"乙酸仲丁酯-苯酚-水"以及"乙酸仲丁酯-对苯二酚-水"两种三元物系分别在25℃、40℃、50℃不同温度时的液液相平衡数据,以及"乙酸仲丁酯-苯酚-对苯二酚-水"四元物系在40℃时的液液相平衡数据。经活度系数方程拟合二元交互作用参数,然后利用其参数对萃取塔、溶剂回收塔及溶剂汽提塔进行了流程模拟,得到各个塔的设计参数。最后,得到萃取工艺条件参数和萃取流程中各塔的设计参数,经小试连续萃取装置试验验证,达到了较好的萃取脱酚效果。研究发现:(1)经过实验室萃取脱酚实验,确定在pH=8,相比R=1:4～1:5,温度T=40～45℃时乙酸仲丁酯能够达到最佳的萃取脱酚效果;(2)通过液液相平衡实验,得到了常压下"乙酸仲丁酯-苯酚-水"以及"乙酸仲丁酯-对苯二酚-水"两种三元物系分别在25℃、40℃、50℃时的液液相平衡数据,以及"乙酸仲丁酯-苯酚-对苯二酚-水"四元物系在40℃时的液液相平衡数据,并对得到的数据进行了热力学验证,结果显示相关性系数R2值均大于0.99,表明测得的液液相平衡数据有效。采用NRTL以及UNIQUAC热力学活度系数方程对获得的相平衡数据进行了关联,回归得到各方程对应的二元交互作用参数,经实验值与模拟值的误差分析后,结果显示均方根偏差(RMSD)均在0.2%左右,表明NRTL和UNIQUAC活度系数模型拟合度都很好。(3)利用Aspen流程模拟软件,采用UNIQUAC和NRTL热力学活度系数方程对萃取塔、溶剂回收塔及溶剂汽提塔进行流程模拟。设定废水进料流量为100t/h,温度为40℃,压力为0.1MPa。对于萃取塔选用的是UNIQUAC方程,确定萃取级数n=6,萃取相比R=1:4。对于溶剂回收塔和溶剂汽提塔采用的是NRTL方程,确定溶剂回收塔的理论塔板数N=10,进料位置为第5块塔板;溶剂汽提塔的理论塔板数N=5,进料位置为第1块塔板。经萃取脱酚流程模拟计算确定各塔设计参数后,废水总酚浓度从13000mg/L降至400mg/L以下,苯酚浓度从8750mg/L降低至50mg/L以下。萃取剂回收利用率可高达99%以上。(4)利用小试装置进行连续实验对模拟结果进行了验证,当萃取塔萃取级数n=6,相比R=1:4时,总酚脱酚率达到90%以上,单元酚脱酚率高达96%。综上,本文对萃取剂的工艺条件参数和工业塔设计参数进行了优化设计,经实验验证可取得良好的萃取效果,本研究结果能够为工艺优化和工业设计提供基础数据,从而能为减轻煤化工过程环境的污染做出贡献。
【图文】：

资费用和萃取过程的操作费用相权衡。实验分别测定了不同条件下的总酚萃取效逡逑率和挥发酚萃取效率来分析比较不同的萃取剂的萃取能力。逡逑图２．２为在不同相比下，乙酸仲丁酯、甲基异丁基甲酮、二异丙基醚三种萃逡逑取剂一级萃取后总酚萃取效率对比图。从图中可以看出，各萃取剂的对总酚的萃逡逑取效率随相比的减小（即萃取剂用量的减少）而逐渐降低，乙酸仲丁酯和甲基异逡逑丁基甲酮对总酚的萃取效果明显优于二异丙基醚，是由于二异丙基醚对多元酚的逡逑分配系数低造成了二异丙基醚的总酚萃取效率降低。从图２．２中还可以看出在相逡逑比为丨：１？１：邋３时，甲基异丁基甲酮的脱酚率稍高于乙酸仲丁酯，而在相比大于逡逑等于丨：４时，情况发生逆转，乙酸仲丁酯的脱酚效率优于Ｍ１ＢＫ。可见，随着逡逑相比的减小，乙酸仲丁酯萃取率的下降速度稍缓于甲基异丁基甲酮，可以推测随逡逑着相比的继续减小，乙酸仲丁酯的优势将会更加明显。逡逑９０邋逦逡逑—ＳＢＡＣ逡逑攀－＼．逦—ＭＩＢＫ逡逑§邋８０邋＂逦、逦－＾－ＤＩＰＥ逡逑ｌ７；逡逑１邋＾逦逡逑Ｂ邋６０邋－逦＊逡逑ｉ邋．逡逑￡邋５０邋－逡逑Ｓ逡逑４０邋逦１逦逦逦１逦逦逦１逦逦逦１逦逦逦１逦逡逑１：１逦１：２逦１：３逦１：４逦１：５逡逑Ｒ逡逑图２．２三种萃取剂一级萃取后总酚萃取率对比图（Ｔ＝４０°Ｃ

同的总酚萃取率来探讨乙酸仲丁酯的萃取性能。实验设定条件为ｐＨ＝８．０，萃取逡逑级数ｎ＝ｌ，相比Ｒ＝ｌ：５。逡逑图２．５为在不同ｐＨ值下乙酸仲丁酯的对总酚的脱酚效率。从图中可以看出，逡逑随着温度的升高，萃取效率是降低的。显然，乙酸仲丁酯萃取酚类物质是是放热逡逑过程，温度升高不利于萃取。为了提高萃取脱酚的效率，，温度选择越低越好，但逡逑是由于工业上进入到萃取塔中的废水温度较高，大幅度降温会产生较大的能耗，逡逑综合考虑经济效益和萃取效果两方面的因素，选择萃取温度在４０？４５°Ｃ为宜。逡逑２０逡逑
【学位授予单位】：煤炭科学研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X784;O658.2

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本文编号：2536038