中低温煤焦油的成分分析与分离

中低温煤焦油的成分分析与分离

1煤中酚类化合物的分离提取中低温焦油是焦油工业中低温干燥剂的副产品，通过焦焦油制备生产焦焦油，占装配厂的3%4%。常温下呈暗褐色粘稠状液体,密度通常在0.95-1.10g/cm3之间,具有特殊臭味。煤焦油的成分非常复杂,其中主要是芳香族化合物,如酚类、萘、苊、芴、蒽等。煤焦油中大量杂质化合物的存在不仅影响煤焦油品质和后续加工工艺,而且污染环境,如果能够进行有效的分离将是宝贵的有机化工原料。煤焦油中各组分的分离一般先采用蒸馏方法切取各种馏分,使各单组分产品浓缩集中到相应温度的馏分中,再进一步利用物理和化学的方法进行分离。酚及其同系物在煤焦油中含量一般在30%左右,有时高达40%-50%,是重要的化工原料,可作为塑料、粘结剂、杀虫剂、消毒剂、表面活性剂等多种产品的原料。随着工业的迅速发展,对酚类物质的需求量也逐渐增加。所以从煤焦油中提取酚类物质具有重要的意义。煤中酚类化合物的分离提取方法主要有化学法和选择溶剂抽提法,目前工业上仍以化学碱洗法为主。此法操作简单、技术成熟、应用广泛。此处以苯酚为例说明碱洗法脱酚的反应原理。碱洗脱酚:苯酚呈弱酸性,能与一定浓度的氢氧化钠溶液反应生成酚钠盐。当焦油馏分用一定浓度氢氧化钠溶液洗涤时,焦油中的酚类化合物与氢氧化钠发生如下反应:生成的酚钠盐易溶于水。因此,分离出含酚钠盐的水层进行下一步分解。酚钠盐分解:分离出的酚钠盐用酸性物质分解,即可得到酚类化合物和水相。可用的酸性物质有硫酸和二氧化碳气体。如采用硫酸分解法分解,可发生如下反应:酚钠盐分解后,在分液漏斗中静置分层,分离即可得到酚类化合物。2中低温煤焦油中酚类化合物的提取酚类物质的提取一般只切取煤焦油一定范围内的馏分油进行提取。由于苯酚、甲酚、二甲酚的沸点范围为180℃~230℃,所以小于230℃的馏分中所含的酚类物质主要是低级酚,而大于230℃的馏分中主要是高级酚,中低温煤焦油中酚类化合物的提取,一般只切取柴油馏分以前,也即300℃以前的馏分进行提取。2.1煤焦油保温实验研究本实验采用常压蒸馏装置,并做了简单改进,主要有:(1)保温措施。普通蒸馏中一般被加热的物质是水或有机溶剂,较为纯净且沸点较低,所以不需要特殊的保温措施。而对于煤焦油这样组成相当复杂、物质沸点范围较宽的复杂混合物,要将其进行有效的分馏,加热温度尤为重要,如果整体保温不好就会影响到形成的蒸汽是否能顺利冷凝至接收瓶中,因此保温措施是关键。实验中的的目标蒸馏产物是300℃以下的馏分油,故选择加热套的量程为室温400℃,用耐高温的保温棉将整个装置紧紧缠绕,并用铁丝固定。(2)质量测定。为了更方便的记录蒸馏过程中馏分蒸出量与时间的关系,在接收瓶的底部放置一台电子秤,便于随时记录馏分的质量。2.2实验装置的安装(1)原料预热。由于原料煤焦油在室温下黏度很大,流动性极差,造成了转移的不便,故在倒入三口烧瓶之前要先预热。预热是在烘箱中进行,将烘箱的温度调至50℃,在此温度下放置30分钟。之后可趁热将其转移至已经称重的三口烧瓶中,称量装有煤焦油的三口烧瓶质量,得出蒸馏原油质量。三口烧瓶中加入少量沸石,以免蒸馏过程中出现暴沸现象。(2)装置安装。将蒸馏实验装置按照从左到右的顺序进行安装。(3)脱水过程。蒸馏前先将加热套温度设置为100℃,并开启机械搅拌器。待加热套升至100℃时,恒温5min。若没有水分馏出则继续升温,升温幅度不宜太大,每次升温约5℃。直至有液滴馏出后恒温,待水分蒸完后,脱水过程结束。(4)保温蒸馏。换取干燥洁净并称重的馏分油接收瓶,继续升温回收馏分。在此步骤中,不仅要观察加热套的温度,同时要注意温度计的升温情况。调节加热套温度待温度计温度升至300℃时,暂停升温,直至没有馏分馏出为止,同时记录时间及馏出馏分油的质量。3提取酚油和测定粗酚含量3.1蒸出的馏分实验前处理:由于煤焦油中含有大量固体杂质,虽经蒸馏但仍有可能有部分杂质没有去除。为减少对实验的影响,可以在实验之前,将蒸出的馏分进行抽滤除杂。具体实验流程图见图1。3.2中低温煤焦油中提取粗酚的实验研究根据文献数据,碱洗法从煤焦油中提取酚类化合物的时候,温度、氢氧化钠溶液浓度和硫酸溶液的浓度对酚类化合物提取率都有影响。为了获得中低温煤焦油中提取粗酚的最佳条件,选取如下工艺条件进行实验:温度(A):A1=50℃A2=60℃A3=70℃氢氧化钠(B):B1=10%B2=15%B3=20%硫酸(C):C1=50%C2=60%C3=70%为简化实验次数,采用正交实验方案进行测定。使用正交表中的L9(34)的表,所得实验组合如表1所示。3.3低温馏分油粗酚钠的制备在实验之前对低温焦油馏分的密度进行测定。取一定体积的馏分油,称量其质量,并计算出低温焦油馏分油的密度,做好记录。并按照正交实验方案中每一组的实验条件提前配置好所需浓度的氢氧化钠溶液和硫酸溶液。等配置好的溶液冷却至室温,按照以下实验步骤进行实验:(1)取10mL已过滤的低温馏分油至烧杯,加入等体积已配置好的一定浓度的氢氧化钠溶液,一定温度下进行水浴加热并搅拌10min,然后移入分液漏斗,静置10min,分离出下层粗酚钠溶液。洗涤两次。(2)在得到的粗酚钠溶液中加入一定浓度的硫酸溶液10mL―15mL,一定温度下进行水浴加热并不断搅拌10min,移入分液漏斗静置10min,分离出粗酚,洗涤两次。(3)称量所提取的粗酚质量,并计算出煤焦油馏分中的粗酚含量。3.4粗酚含量测定取一定体积的馏分油,在表1的各个条件下,按照实验步骤进行粗酚提取,并计算粗酚含量。实验及计算结果如表2所示。由表2可以看出,在实验五条件下,即温度为60℃、氢氧化钠浓度为15%、硫酸浓度为70%时,粗酚的提取率最高。4硫酸浓度对粗酚提取率的影响(1)采用正交实验法确定了提取粗酚的最佳实验方案。实验结果表明,在温度为60℃、氢氧化钠浓度为15%、硫酸浓度为70%的条件下粗酚的提取率最高。