煤焦油是一个组分上万种的复杂混合物。目前, 每年从中获得500 万吨各类化工产品, 约占煤焦油总量的55%, 组分中萘含量为8%-12%, 相对较多, 1-甲基萘、苊、芴、蒽、菲、甲基菲、荧蒽、芘和苯并芴等组分含量为1%-2%, 剩余组分含量相对较少, 均在1%以下。
与传统的煤焦油分离技术相比, 煤焦油低温萃取分离技术既能满足节能要求, 最重要的是除去煤焦油中的QI, 经过分离提纯能够得到众多高附加值的精细化学品, 是生产燃料、农药、医药等重要原料, 重组分是生产针状焦等负极材料和高性能筑路沥青的重要原料。
煤焦油低温萃取分离条件主要分析萃取体系、试验温度、萃取次数、沉降分离条件等。萃取溶剂的选择是萃取分离工艺的关键, 关系到分离过程的实现, 也是提高萃取分离能力和降低能耗的一条途径, 试验温度对节能降耗至关重要, 试验选择溶剂、萃取温度和次数研究, 寻求最佳萃取条件, 有效节能降耗。
1 试验
1.1 仪器和试剂
仪器:7890A/5975C型气/质谱连用仪 (GC/MS) , FID检测器;0.1mg的分析天平。
试剂:石油醚, 丙酮, 苯, 萘、喹啉、蒽、菲等 (色谱级) 。
1.2 原料分析
煤焦油轻组分相对较多, 属于中低温煤焦油, 其工业分析:密度d420为1.17, E80为1.32, TI%为5.38%, Ad为0.03, Mad为0.18。
1.3 试验方法
先用GC/MS定性分析, 称取适量萘、喹啉、蒽 (色谱级) 等配制成混合标准样品。
溶剂配比以1:2 体积比, 不同温度 (60℃、50℃、40℃) 下, 不同的萃取时间、萃取次数进行取样, 适量的样品用丙酮作为溶剂稀释, 在一定的色谱条件下进行定量分析。
2 结果与讨论
2.1 分析条件及结果
分析条件:EI源, 离子化电压70ev, 离子源温度230℃, 载气He;流速:1.0ml/min , 分流比:20:1;进样口温度:280℃ 扫描范围:50-500amu;程序升温:初始温度60℃, 停留5min升温速率3℃/min, 升至300℃, 停留20min。
化合物的鉴定按PBM法与NIST谱图库数据进行计算机检索对照, 根据置信度或相似度确定化合物的结构, 从而完成定性分析。定量分析根据仪器检测器的响应值与被测组分的含量, 在一定限定条件下成正比关系进行定量分析。
2.2 试验数据
以煤焦油中含量较高的萘相对量来进行统计比对, 每次萃取时间是1h, 每一温度下, 取样5次。
由表2-2可见, 不论在哪个温度下, 第一次萃取物质的溶解度最大, 二次萃取, 第三次萃取都明显降低, 第四次萃取意义不大, 第五次萃取没有必要再做, 首次萃取溶解最佳。最佳萃取时间30min左右。 石油醚为非极性溶剂, 根据相似相溶原理, 易于溶解烃类物质, 而且随着温度的升高, 溶解性较好, 轻组分的萃取率也较高, 但是温度越高越接近其沸点, 挥发也越快, 不利于溶解, 考虑能耗, 适宜的溶解温度应是接近沸点温度。
2.3 对照试验
萘含量:60℃760.24 g/ml, 50℃231.97 g/ml, 40℃194.27 g/ml, 60℃下喹啉、间甲酚、萘、茚、吲哚、1-甲基萘、芴、蒽、菲、芘的含量明显比在50℃、40℃下要高许多, 可采用60℃作为萃取的最佳温度。
3 结语
通过萃取温度和萃取时间试验, 首次萃取溶解度较大, 能把煤焦油中的轻组分大部分萃取出, 最佳萃取温度60℃, 温度较温和, 与传统工艺相比, 减少了高温高压操作, 能耗大大降低, 节约成本。轻组分和重组分能较好的分离, 实现轻组分作为加氢制燃料油的原料;重组分作为生产改质沥青的原料。
摘要：以煤焦油为原料, 利用溶剂A、B快速低能耗地将煤焦油分为轻、重两种组分, 对于轻组分, 用气/质联用仪 (GC/MS) 进行定性、定量分析。研究在不同的温度下, 萃取次数下的萃取效率。
关键词：煤焦油,萃取,温度,次数
参考文献
[1] 水恒福, 张德祥, 张超群.《煤焦油分离与精制》[M].北京:化学工业出版社, 2007.446-461.