中低温煤焦油预处理工艺及氮化合物的脱除规律研究

发布时间：2020-10-26 18:15

　　 中低温煤焦油通过加氢可制备清洁轻质燃料油,对缓解我国石油短缺的现状具有重要意义。加氢过程中,煤焦油中的铁和氮杂原子容易引起设备腐蚀和催化剂中毒失活等一系列问题。尤其是煤焦油中富含大量结构复杂的含氮化合物,其赋存形态和脱除规律尚不明确。因此,在加氢前需对煤焦油进行预处理以脱除这些杂质组分。首先,采用酸精制法对煤焦油进行预处理,重点研究煤焦油中铁、氮杂原子的脱除规律。其次,采用酸中和-柱层析法对360℃煤焦油馏分中的碱氮和非碱氮化合物进行富集,利用气相色谱-质谱联用(GC-MS)对其进行表征,考察不同酸浓度对含氮化合物富集效果的影响,研究出一种适合360℃馏分中氮化合物的富集方法,在此基础上研究了预处理前后360℃馏分中氮化合物的赋存形态和脱除规律。最后,利用电喷雾电离源(ESI)结合傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)技术,研究预处理前后360℃馏分油中碱氮和非碱氮化合物的赋存形态和脱除规律。所得结论如下:(1)煤焦油最佳预处理条件为:添加5 wt%H_2SO_4水溶液于煤焦油中,质量比为0.5:1,再加入200μg/g的P_2破乳剂,在80℃下搅拌60 min,60℃下静置120 min。在此条件下,铁、氮的脱除率分别可达70.29%和72.16%。该预处理技术对于煤焦油中铁、氮的脱除具有较好的效果。(2)360℃馏分中苯胺类、喹啉类与吡啶类等碱氮含量的比值约为1:4:1,吲哚类、吡唑类和吡咯类等非碱氮含量的比值为5:8:1。预处理后,360℃馏分中总氮的脱除率为74.54%,碱氮和非碱氮化合物脱除的难易程度分别为:喹啉类吡啶类苯胺类、吲哚类吡咯类吡唑类。其中容易造成催化剂失活的碱氮被大量脱除,苯胺类、吡啶类和喹啉类化合物的脱除率分别为93.75%、83.70%和80.95%。非碱氮类化合物也在一定程度上被脱除,如吡唑类化合物的脱除率可达73.91%。(3)360℃馏分中碱氮和非碱氮均主要有N_1、N_2、N_3和N_4四种类型。碱氮的相对丰度从高到低为N_1N_2N_3N_4,其中N_1类主要为吡啶类和喹啉类化合物;非碱氮的相对丰度从高到低为N_4N_2N_1N_3,其中N_4类主要为吡唑类化合物。预处理后,360℃馏分中总氮的脱除率为70.35%,碱氮的相对丰度从高到低为N_1N_2N_4N_3,其中N_1类主要是恶嗪类化合物,主要以NOS类存在,被大量脱除的碱氮化合物主要为喹啉类、吡啶-醇类、哌啶硫胺类、吡嗪类和嘧啶类化合物。预处理后非碱氮化合物的相对丰度从高到低为N_2N_4N_1N_3,其中N_2类主要是吲哚类和吡唑类化合物,非碱氮化合物中主要被脱除的是吲哚类、咔唑类和吡唑类。以上研究成果为煤焦油加氢工艺提供理论基础,对杂原子化合物的脱除提供参考依据,对于煤焦油的加工利用具有重大意义。
【学位单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TQ523.6
【部分图文】：

程试验器 SYD-0165 上海昌吉地质电阻炉 SX-4-10 天津市泰斯特的方法，探究不同种类的酸精制剂和助剂、浓度油的净化效果，探索出一条适合中低温煤焦油预子达到净化的目的。焦油于烧杯中，在一定温度下水浴加热，加入一定内经机械搅拌充分混合，在合适的温度下，恒温处理工艺过程见图 2.2。之后分离油水两相，再用杂原子痕量。处理后的煤焦油待用。

定时间内经机械搅拌充分混合，在合适的温度下，恒温静置一定时间图 2.1，预处理工艺过程见图 2.2。之后分离油水两相，再用适量超纯水水相中的杂原子痕量。处理后的煤焦油待用。图 2.1 煤焦油预处理装置Fig.1.1 Coal tar pretreatment device

图 3.1 减压馏程试验器3.1 Distillation range tester with reduced pre合物具有较弱的碱性，可与强有机酸和，酸度强，价格便宜。因此，选择盐酸作类富集。对<360℃馏分中的氮化合物进行分类、图 3.2。
【参考文献】

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本文编号：2857339