亲水性可逆溶剂的合成及其在油砂分离中的应用

发布时间：2020-08-27 18:00

【摘要】：随着人类社会发展对能源需求的不断增加、常规石油资源的不断消耗,各国已开始将注意力转向非常规石油资源,如重油、油砂、油页岩等。采用溶剂萃取法分离油砂具有普适性强、操作温度低、萃取率高、溶剂可回收等优点,添加助剂如水、离子液体等辅助溶剂萃取更可以进一步提升油砂萃取效果。然而,该技术目前仍存在一些问题,如溶剂的高挥发性、溶剂回收能耗大、溶剂残留量和细砂夹带量较大等,限制了进一步商业化应用。因此,设计和开发新型绿色溶剂和助剂,使二者有机结合实现清洁分离,是目前油砂分离领域的重要研究方向。亲水性可逆溶剂是一类高沸点低挥发性溶剂,具有亲疏水性质可调的优点,因而在萃取领域备受关注。可逆溶剂分别作为溶剂和助剂均在油砂萃取方面展现了良好的分离能力,但缺乏可以将可逆溶剂的双重作用有机结合起来的工艺。本文合成了一种新型可逆溶剂N,N,N′,N′-四乙基-1,3-丙二胺(简称TEPDA),建立了TEPDA-水复合萃取工艺,实现了油砂分离中溶剂和助剂的双重作用。通过表征手段对合成溶剂TEPDA的结构和可逆性质进行了验证,确定了TEPDA为一种新型二胺链状结构的亲水性可逆溶剂。通过理论计算,分析了TEPDA在水中存在三种状态的转变。通过模拟软件,预测了TEPDA的毒理学性质,表明该溶剂较传统可逆溶剂更具优势。在以上研究的基础上,本文建立了油砂分离的TEPDA-水复合萃取工艺,研究了水的用量、溶剂用量等因素对沥青萃取率的影响。研究表明,当采用油砂:TEPDA:水=1:2:0.6(g/mL/mL),萃取温度为25°C,时间为30min时,沥青一次回收率可达90%,二次回收率达96%;采用通气辅助加热法可以实现TEPDA与沥青的分离、TEPDA的回收,回收后的TEPDA可进行多次循环使用,不影响萃取效果。同时,该复合萃取工艺可提高萃取后产物的品质,使沥青中的细砂夹带量和残砂中的溶剂残留量降低。为探究萃取过程的作用机理,本文通过Zeta电位、水滴渗透实验、QCM-D、界面张力等表征手段分别研究了可逆溶剂与固体、沥青之间的相互作用。TEPDA在萃取中表现为溶剂和助剂双重作用,大部分TEPDA以疏水的非离子态起到软化和溶解沥青油的作用,降低沥青的黏度。少量的TEPDA以离子态存在于水相中,起到类似表面活性剂的作用。当与稀释的沥青接触时累积在油水界面处,降低了油水界面张力,使得固体表面更加亲水,从而促进油固分离。因此,本文所建立的新型可逆溶剂TEPDA-水复合萃取工艺可实现油砂沥青的高效分离,为非常规石油资源的开采提供了新的指导思路。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ413;TE624
【图文】：

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的世界油砂储量（约 400Gt）是常规石油资源的两倍瑞拉、印度尼西亚、俄罗斯、中国等国家[4-6]。在我其中可开采资源量约为 22.6 亿吨[7]。-20%的沥青，1-5%的水和 80-85%的砂粒组成，外观图 1-1 所示[8]。其中，沥青的黏度一般高于 1×10砂常以团聚的固体块状形式存在，这也加大了对油砂青组成复杂，为便于分析，通常根据极性的不同将沥、芳香份、胶质和沥青质[1]。其中，饱和份的极性最烃组成；芳香份极性比饱和份高，多为单环或多环环芳烃；而沥青质的组成最为复杂，在四组份中极是指能溶解于甲苯溶剂但不溶于相对分子质量较低烷）的组分[8,10]。沥青四组份中还包含一些酸性活性组分往往能和碱等相互作用而生成表面活性成分，沥青分离效果[1, 11]。

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第 1 章文献综述性油砂和亲油性油砂均适用，而不局限于特定类型的油砂；过程无水参与，不会产生萃取后的大量废水，节约水资源；萃取过程在室温下进行，操作温度低；沥青油萃取率较高；所用萃取溶剂可循环使用[6,44]。因此，溶剂萃取法也被认为是最有可能取代水洗法而工业化的一项技术。

叔胺,仲胺,亲水性,溶剂

天津大学硕士学位论文耗较高。与以上两种结构相比，叔胺易于合成、正向和逆向过程速度适中、过程能耗较低，因此叔胺结构是研究最多的一种亲水性可逆溶剂，其结构一单胺型包括链状、脂肪环类和苯环类等，常见结构如图 1-6 所示[56,58,59]。在结构中，N,N 二甲基环己胺（简称：DMCHA）被认为是性质最佳的一种亲可逆溶剂而被广泛研究[56, 58, 60-62]。

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