多联产系统煤热解焦油析出特性及焦油深加工利用试验研究

摘要

煤部分气化技术是煤洁净煤技术的重要研究方向之一，对我国煤炭资源的高效利用有重要意义.浙江大学开发的循环流化床煤部分气化多联产技术实现了热、电、焦油和煤气的多联产，具有很广泛的应用前景。本文主要研究多联产系统中焦油析出特性和煤焦油的深加工利用。
　　 本文在1MW热电气焦油多联产试验装置上研究热解温度、煤种对焦油产率和焦油基本特性以及焦油的成分含量的影响，结果表明，煤样的挥发份含量对焦油的产率有一定的影响，挥发份越高，其焦油产率越高。温度对焦油产率的影响较大，随着温度升高，焦油产率是先升高后降低的过程。通过GC-MS分析发现，不同于萘类、菲类等芳香重质组分，苯类、酚类和直链的烷烃类更容易在低温条件下析出。在温度较低和较高时，焦油中轻质组分含量比例较大，说明温度较高时，焦油组分趋于向低沸点和高沸点两侧范围集中分布。此外，煤中的氧含量也对焦油酚类含量有明显的影响。
　　 在此基础上，论文对12MW热电气焦油多联产系统生产的焦油进行了大量试验研究。结果表明，随温度的升高，急冷塔焦油的灰分含量、碳氢比、软化点、黏度和沥青质含量增大。针对初期制得的重质焦油，本文分别采用机械脱水，过滤和添加添加剂的方式以解决焦油的高含水率、高灰分含量和高黏度所带来的应用上的制约。
　　 为了对焦油进行深加工利用，文中用常减压蒸馏仪器对焦油进行切割，并用层析、GC-MS、FT-IR等方法对焦油不同温度段的馏分进行分析，发现焦油170℃-230℃有较高的含酚率，且焦油馏分中含有一定比例的硫化物、氮化物和烯烃。文中并进一步开展了焦油馏分的碱法提酚和加氢精制研究。
　　 为了提高本工艺的环境友好性，文中最后开展含酚废水处理的相关研究。以乙酸丁酯为萃取剂，经过多级萃取，可以将废水中的挥发酚含量降到国标要求的排放标准以内。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1.绪论

1.1 我国煤炭利用现状

1.2 煤多联产技术

1.3 煤焦油的定义和性质

1.4 煤焦油的应用现状和前景

1.4.1 煤焦油整体作为燃料油

1.4.2 焦油中有价值物质的提取

1.4.3 煤焦油加氢精制和加氢裂化

1.4.4 沥青的利用

1.5 煤焦油应用的制约因素

1.5.1 煤焦油的高灰分含量

1.5.2 煤焦油的高黏度

1.5.3 煤焦油高含水量

1.5.4 高的多环芳烃

1.5.5 高的含硫量

1.5.6 高的合氮量

1.6 本文的研究内容与意义

2.1MW多联产系统煤焦油析出特性研究

2.1 引言

2.2 热电气焦油多联产试验台介绍

2.3 焦油取样分析

2.3.1 焦油取样系统

2.3.2 焦油的取样过程

2.3.3 焦油重度分析法

2.3.4 焦油组分GC-MS分析

2.4 试验工况

2.5 结果分析

2.5.1 煤种和温度对焦油产率的影响

2.5.2 温度对焦油成分的影响

2.5.3 热解温度对焦油各组分的影响

2.5.4 热解温度对焦油中烷烃类组分的影响

2.5.5 热解温度对焦油中酚类的影响

2.5.6 热解温度对焦油中苯类、萘类的影响

2.5.7 煤种对焦油成分的影响

2.6 本章小结

3.12MW热电气焦油多联产系统焦油特性分析和焦油初加工研究

3.112MW热电气焦油多联产系统

3.2 煤气净化系统

3.3 试验工况

3.4 焦油特性分析

3.4.1 焦油产率

3.4.2 焦油的密度

3.4.3 煤焦油的元素分析和工业分析

3.4.4 煤焦油层析试验

3.4.5 焦油软化点的测量

3.4.6 焦油黏度的测量

3.5 煤焦油的预处理研究

3.5.1 热解焦油的脱水处理

3.5.2 热解焦油的过滤处理

3.5.3 灰分和甲苯不溶物对焦油黏度的影响

3.5.4 添加剂对热解焦油的流动性的影响

3.6 本章小结与讨论

4.焦油蒸馏试验和成分分析研究

4.1 概述

4.2 热解焦油的蒸馏试验

4.2.1 实沸点蒸馏的意义

4.2.2 蒸馏装置及使用方法

4.2.3 蒸馏试验方案确定

4.2.4 热解油蒸馏特性分析

4.3 馏分热解焦油的组分分析

4.3.1 红外光谱官能团分析

4.3.2 焦油中不同组分的分析

4.3.3 不同馏分的化学组成分析

4.4 焦油馏分的整体综合利用

5.焦油馏分油提酚和初加氢精制试验研究

5.1 概述

5.2 焦油提酚的研究

5.2.1 焦油提酚的意义

5.2.2 焦油提酚的主要工艺

5.2.3 焦油碱法提酚结果比较

5.2.4 焦油馏分中的碱性组分和中性组分

5.3 焦油加氢研究

5.3.1 加氢精制意义

5.3.2 加氢精制的反应机理

5.3.3 加氢精制试验台介绍和影响因素

5.3.4 试验步骤

5.3.5 硫氮含量分析方法

5.3.6170℃-230℃馏分热解油加氢精制硫氮脱除特性分析

5.4 本章小结

6.多联产工艺的废水处理

6.1 废水处理的意义

6.2 含酚废水处理的主要工艺

6.3 废水分析

6.4 废水中酚的萃取

6.4.1 废水中酚的萃取原理

6.4.2 萃取剂的选择

6.4.3 废水的萃取过程

6.5 结果分析

6.5.1 萃取条件的影响

6.5.2 萃取级数和萃取剂与水体积比率的确定

6.5.3 萃余液中乙酸丁酯的回收

6.6 本章小结

7.全文总结与展望

7.1 全文总结

7.2 本文创新点

7.3 研究展望和建议

参考文献

附录

作者攻读硕士学位期间发表的论文目录