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低温煤焦油化学破乳脱水机理的基础研究

王世宇  
【摘要】:鉴于低温煤焦油物理性质和化学组成的特点,高温焦油所采用的加压静置和管式炉闪蒸的脱水方法已不能满足低温煤焦油的脱水工艺要求,探索研究先进的油-水分离新技术是低温煤焦油科学开发和综合利用的难点和关键技术之一。本文将借鉴原油化学破乳脱水方法的理论基础,结合高温焦油的脱水工艺,从低温煤焦油乳状液的视角着手,深入研究影响低温煤焦油乳状液稳定性和破乳机理的关键因素,为低温煤焦油化学破乳机理和破乳剂的选择提供理论指导。 首先,对低温煤焦油进行了基本物理性质、元素组成和模拟蒸馏分析,可知其密度和水较接近,黏度较大、H/C比较低,氧含量较高,硫含量较低和重质组分含量较高的特点,这些因素都直接或间接的影响着乳状液的稳定性和破乳机理。 其次,通过柱层析族组分分离和GC/MS相结合的方法,将低温煤焦油划分为脂肪族、芳香族、酯族和极性物等四个族,深入研究了脂肪烃(链烷烃、环烷烃和烯烃等)、芳香烃(萘、葸和菲等)、含氧化合物和含氮化合物的种类和相对含量,以达到对低温煤焦油乳状液连续相的全面认识,进而探讨其对乳状液的稳定性和破乳机理的影响。 第三,低温煤焦油天然表面活性剂——沥青质和胶质的分离和表征。借鉴石油三组分分离沥青质和胶质的方法,分离提取出低温煤焦油沥青质和胶质。然后,对获取的沥青质和胶质样品分别进行了以下几项测试分析:(1)元素分析;(2)凝胶渗透色谱(GPC)测定其平均分子量和分子量分布;(3)1H-NMR谱图信息对芳香度和结构参数的表征和计算;(4) FTIR谱图对其官能团的定性分析。最后,根据以上表征信息,对沥青质和胶质的平均分子结构单元进行了科学合理的结构模拟。 与原油破乳机理相比,低温煤焦油乳状液稳定性和破乳机理的决定性因素是界面张力,而不是界面膜的强度,这是低温煤焦油破乳剂甄选的主要原则之一。低温煤焦油破乳过程的难点是分散相液珠的油-水分层,而不是液珠的絮凝。


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