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离子液体在页岩油脱氮中的应用研究

方胜凡  
【摘要】:页岩油作为传统石油的可替补能源,对其进行研究和开采符合中国的国家战略要求。国内页岩油具有储量丰富、与石油性质相近、含氮量高等特点,因此开发利用页岩油就必须对其进行脱氮精制。离子液体因具有稳定性好、溶解能力强、设计性好等诸多优异的特性,被广泛应用于燃料油的脱氮、脱硫研究。在传统油品的脱氮研究的基础上,本文利用离子液体进行了页岩油脱氮的实验研究,研究内容和结论如下:(1)分别采用直接合成法和间接合成法制备了[Bmim]Cl、[Bmim]Ac、[Bmim]Ac/ZnAc2、[Bmim]Cl/ZnAc2,核磁共振波谱和红外光谱鉴定出产物满足实验要求,而且前两种离子液体的纯度均在98%以上;(2)分馏出抚顺千金乡炼油厂的页岩油的柴油馏分(200~350℃),通过气相色谱质谱联用仪和有机元素分析仪分析得出其中含有67种氮化物,氮含量为1.75%,从质量分数上看,所含氮化物喹啉类腈类苯胺类吲哚类咔唑类吡啶类酰胺类吖啶类,其中喹啉类、吡啶类、苯胺类和吖啶类等碱性含氮化合物中氮含量约占总氮含量的66%,腈类、咔唑类、吲哚类和酰胺类等中性含氮化合物中的氮含量约占总氮含量的33%;从分子结构上看,主要包括五元杂环氮化物、含苯环氮化物、六元杂环氮化物和脂肪烃基氮化物,并依此配制中性氮(十二腈、咔唑、吲哚中的氮)含量约为1000ppm、碱性氮(喹啉、吡啶、2,4,6-三甲基苯胺中的氮)含量约为2000 ppm的页岩油模型油6种;(3)用[Bmim]Cl、[Bmim]Ac、[Bmim]Ac/ZnAc2、[Bmim]Cl/ZnAc2 4种离子液体对6种模型油的脱氮实验研究,当萃取温度为40℃、剂油比为1:1(w/w)时,这4种离子液体对碱性氮的萃取平衡时间基本在20~60min 内,[Bmim]Ac[Bmim]Cl≈[Bmim]Cl/ZnAc2[Bmim]Ac/ZnAc2,对中性氮的萃取平衡时间均在10min之内。当萃取时间固定(碱性氮为1h,中性氮为30 min)、剂油比为1:1(w/w)时,这4种离子液体在35~50℃内对氮化物有最大脱除率,而且温度敏感性[Bmim]Ac[Bmim]Ac/ZnAc2[Bmim]Cl≈[Bmim]Cl/ZnAc2。整体而言,这4种离子液体对碱性氮的脱除率基本为 60%~80%,而且[Bmim]Ac/ZnAc2[Bmim]Cl/ZnAc2[Bmim]Ac[Bmim]Cl,对中性氮的脱除率均在96%以上。(4)当萃取温度为40℃、萃取时间为1 h时,用[Bmim]Ac、[Bmim]Ac/ZnAc2进行页岩油柴油馏分脱氮研究,剂油比为2:1时,脱氮率最高,分别为57.7%、52.1%;经过二级萃取后,脱氮率最高,分别为60%、53.7%,比其他非加氢脱氮技术高出10~20%;[Bmim]Ac、[Bmim]Ac/ZnAc2物理混合(质量比1:1)后的脱氮率仅为26.3%。


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