石油焦中钒的微波—超声波协同助浸工艺及机理研究

发布时间：2020-04-14 21:36

【摘要】：石油焦是将石油渣油经过延迟焦化设备得到产品,是炼油厂的副产品。石油焦作为电解铝用预焙阳极的主要原料,在电解铝行业预焙阳极被认为是电解槽的“心脏”,保证石油焦质量之重要性可想而知。随着社会的不断发展,资源逐渐匮乏,国内外原油的品质不断下滑,其中国外原油显著的特点就是杂质含量偏高,我们所关注的是杂质元素钒的含量也偏高。我国是原油进口国,原油中钒的含量不断升高,导致生产过程中的副产品石油焦中钒的含量也升高。钒在电解铝过程中是一种非常有害的杂质元素。铝的电解过程中,钒的存在能加速炭阳极消耗,增加电解电阻率,降低电解效率和降低铝液品位等。因此针对降低石油焦中钒的方法进行探讨是本课题的主要任务。1、对石油焦进行XRF和XRD分析,得知其主要成分是碳和氧,钒(V~(3+)、V~(4+))主要以难溶的低价态形式存在。本课题利用次氯酸钠对石油焦先进行氧化,再配制NaOH-Na_2CO_3混合溶液作为浸出剂进行浸出。浸出过程中加入表面活性剂,观察表面活性剂对浸出过程的影响,研究结果表明加入表面活性剂能够降低浸出溶液表面张力和接触角,并有效提高钒的浸出率。通过实验确定了最佳浸出条件:反应温度95℃、氢氧化钠浓度为150g/L、钠的摩尔比(Na_2CO_3/NaOH)1:3、液固比6:1、次氯酸钠20m L、浸出反应3h后,钒浸出效果最好,达到了90.91%。2、研究改变加热方式对浸出的影响。微波代替水浴的加热方式进行浸出。与水浴加热浸出条件下进行对比,发现微波功率在500 W时,浸出温度95℃、碱浓度为125 g/L、钠的摩尔比(Na_2CO_3/NaOH)为1:3、活性剂浓度400 mg/L、液固比为5:1、浸出时间为2 h,钒浸出率便达到同等较高水平,钒浸出率为89.54%。实验结果表明,引入微波加热浸出使浸出剂和表面活性剂浓度降低了,反应液固比减小和反应时间缩短。这得益于引入微波加热从石油焦内部加热,使得石油焦产生裂痕,增加了浸出溶剂与石油焦接触的有效反应面积,反应进行的更为彻底,反应速率加快。3、研究微波-超声波协同碱浸石油焦中钒的浸出工艺和浸出动力学。由于超声波空化效应在固-液多相反应中的特殊作用,使得浸出过程得到进一步改善。实验结果表明,微波500 W,超声波1000 W时,温度为95℃,氢氧化钠浓度为125 g/L,钠的摩尔比(Na2CO3/Na OH)1:3,液固比为5:1,表面活性剂为400 mg/L时,微波-超声波组合浸出反应90 min后所得浸出率达到了89.53%。分析对比微波-超声波组合浸出、微波单独浸出、传统水浴浸出所得浸出液的物理化学性质,发现在浸出过程中引入微波-超声波能够降低浸出剂溶液的表面张力和浸出溶剂与石油焦之间的接触角,从而增大浸出溶剂与石油焦之间的接触面积,改善浸出环境,提高了钒的浸出率,从而达到强化浸出的效果。深入研究微波-超声波组合浸出石油焦中钒的过程,发现该浸出过程属于固膜扩散控制,钒浸出率实验数据符合固膜扩散控制收缩核模型,通过计算可得钒浸出过程之化学反应表观活化能,Ea=23.65 k J/mol。
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE626.87

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