蒸馏技术对煤沥青中毒性多环芳烃脱除效果的研究

发布时间：2019-07-15 14:44

【摘要】：道路建设与国民经济的增长和人民生活水平的提高密切相关。煤沥青(Coal tar pitch,CTP)作为筑路材料,不仅能润湿碎石混合料,使其黏附在一起,而且使用该混合料铺设的路面耐油、耐腐蚀、路面摩擦系数大;另外,与石油沥青相比,国内CTP储量丰富、价格低廉,经济效益更明显。但由于CTP中含有大量毒性多环芳烃(PAHs),对人体和环境造成危害,因此需要对其毒性组分进行脱除,以满足环境标准的要求。本文采用常、减压蒸馏的方法对CTP进行处理,以达到脱除CTP中毒性多环芳烃的目的。首先使用Aspen Plus软件模拟蒸馏过程,说明试验的可行性和蒸馏的预期效果;然后通过常、减压蒸馏试验考察美国环保署(EPA)优先监控的16种PAHs的脱除效果,并对蒸馏工艺条件进行优化,同时,对煤沥青及蒸馏残渣的基本性质、水可溶物和毒性当量进行测定、分析和比较;最后通过元素分析、GC-MS、FT-IR、XRD和TG/DTG等表征手段,对蒸馏残渣进行组分和结构表征,探究蒸馏过程中煤沥青发生的化学反应和结构变化。得到以下相关结论:(1)煤沥青(JYCTP)中PAHs的富集使用溶剂提取法,根据“相似相溶”的原则选择甲苯作为提取溶剂,平均提取率为76.13%;从提取物的GC色谱图中可读取14种目标PAHs,其中,未发现2环的苊烯,苯并[b]荧蒽和苯并[k]荧蒽的色谱峰重合;每克煤沥青中16种目标PAHs含量为119.88mg。(2)Aspen Plus软件蒸馏模拟中,蒸馏样品通过虚拟和真实组分结合的方法来表征,蒸馏单元操作选择Separators中的Flash 2模块,物性方法选择NRTL-RK模型。由于蒸馏试验实际过程中存在馏分损失和化学反应,因此实验结果比模拟结果略低。(3)JYCTP的常、减压蒸馏试验结果表明,随着蒸馏温度的升高,馏分收率增大。馏分中目标PAHs种类增多、含量增大,约在435℃以后,2~3环的PAHs含量基本保持不变,4~5环的PAHs约在405℃时才开始蒸出。残渣收率随温度的升高逐渐降低,其中目标PAHs含量也降低,2~3环的PAHs在435℃以后的蒸馏残渣中完全检测不到。与常压蒸馏相比,减压蒸馏对PAHs的脱除效果较好;当蒸馏温度为425℃时,减压残渣中目标PAHs的总脱除率可达49.82%。(4)蒸馏残渣检测结果表明,蒸馏温度越高,蒸馏残渣的甲苯不溶物含量和结焦值越高;残渣软化点升高,减压残渣的软化点在405℃前高于常压残渣,405℃之后低于常压残渣;残渣抽提率降低,相同温度下,减压残渣的抽提率大于常压残渣,而且其差值随温度升高逐渐增大;另外,常、减压蒸馏残渣的当量毒性降低明显,425℃时,降低率均在40%左右;而且,残渣水可溶物中的PAHs含量均明显降低,其中,减压残渣降低较大,425℃时的残渣水可溶物中基本检测不到目标PAHs。(5)使用元素分析、GC-MS、FT-IR、XRD和TG/DTG对蒸馏残渣进行组分和结构的表征,结果表明,蒸馏残渣C/H比升高,芳香度升高,蒸馏残渣溶剂提取物中4~6环芳烃的种类数较多,6环芳烃的相对含量较高,多出的物质主要是由低环物质缩合和甲基取代得来的;蒸馏残渣的芳香骨架结构和芳环取代特征峰的强度均有所增加;其芳香环层间距(d002)减小,芳香环层片数Me增大,堆砌高度Lc增大,芳香环层片直径则是先减小,再增大;而且,减压残渣的以上变化均小于常压残渣。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ522.65

【参考文献】