DOI:10.19476/j.ysxb.1004.0609.2004.s1.017

10kg/次煤焦油溶剂萃取分离系统与工艺

伍林 曹淑超 陈保军 汪旋冰 张渊 秦晓蓉 魏贤勇 陈清如

  武汉科技大学应用化学研究所  

  中国矿业大学化工学院  

  中国矿业大学化工学院 武汉430081  

  徐州221008  

摘 要：

介绍了10kg/次煤焦油溶剂萃取分离系统的流程及特点, 并在此萃取分离系统中研究了对煤焦油中2～4环芳香族化合物的分离效果。结果表明:当工业酒精与焦油质量比约为1∶1, 转速为150r/min, 每次搅拌30min, 静置30min, 进行5～6次萃取分离时, 即可将煤焦油中的1～4环化合物完全萃取, 从而得到软化点达110℃的沥青, 显示该系统具有较好的萃取分离效果;各组分在萃取相和萃余相中的浓度有很高的相关系数 (r>0.95) , 符合у=a+b/x型式的双曲线方程;该萃取体系可能为扩散控制过程。

关键词：

煤焦油;多环芳烃;萃取;分离系统;

中图分类号： TQ522

Technology of solvents extraction separation system of processing 10 kg coal tar per pot

Abstract：

The technological process and character of solvents extraction separation system of self-designed for coal tar, which can extract coal tar 10 kg per pot, were introduced. The separation effectiveness of 14 ring aromatic hydrocarbons from coal tar was examed. The tests show that 14 ring aromatics can be completely extracted from coal tar by 56 times operation using equivalent ethanol for industrial use as extraction solvent, obtaining coal tar pitch with soften point as high as 110 ℃. The extraction is inferred to be the diffusion controlling process. The correlation coefficient of the concentration of the main compounds in extraction phase and residua are accorded with the hyperbola equations of y=a+b/x.

Keyword：

coal tar; polycyclic aromatic hydrocarbons; extraction; separation system;

我国高温煤焦油加工工艺需要解决的主要难题依然是如何提高焦油中各单组分的分离效率, 如何提高所得产品的纯度以及如何改善一系列配套的生产工艺和操作条件。 在解决这些问题方面, 德国的多塔减压蒸馏工艺虽具有较多优势, 但仍存在着有待完善之处 ^[1,2,3,4,5] 。 本文作者简要介绍了自行设计的10 kg/次煤焦油溶剂萃取分离系统的流程、 特点及工艺条件试验结果。

110 kg/次煤焦油溶剂萃取分离系统及其特点

10 kg/次煤焦油溶剂萃取分离系统外观如图1所示。 包括9个单元: 焦油溶剂萃取分离单元、 溶剂循环单元、 动力单元、 冷却单元、 尾气处理单元、 温度控制显示单元、 磁力搅拌调速控制单元、 在线指示单元和通风安全单元。 与传统的焦油蒸馏工艺相比, 该工艺具有以下特点: 操作条件温和。 能耗低, 分离效果好, 第5次加热萃取时, 萃余相中的2~4环芳香族化合物被完全萃取, 5次的累积萃取率达100%。 环境污染小, 操作系统具有广泛的适用性, 并且操作方便、 简单、 高效 ^[6,7,8,9] 。

图1 10 kg/次煤焦油溶剂萃取分离系统外观图

2累积萃取率与搅拌速度之间的关系

为了考察搅拌速度与累积萃取率之间的关系, 试验选用搅拌速度分别为50, 100, 150, 200, 300 r/min, 结果见图2。

图2 累积萃取率与搅拌速度的关系 1—1次; 2—2次; 3—3次; 4—4次; 5—5次; 6—6次

从图2可以看出, 每次萃取随着搅拌速度的增加, 1~4环芳香族化合物的累积萃取率也提高, 当搅拌速度超过150 r/min时, 累积萃取率增加较小。 这是因为在本萃取体系中, 萃取速率的大小主要是受焦油中1~4环芳香族化合物在乙醇中的扩散速度所控制, 随着搅拌速度的增加, 乙醇与焦油组分间的相对运动增加, 组分的分散度增大, 即增加了两相接触的表面积, 同时, 使扩散膜的厚度δ降低, 因此萃取速度随搅拌速度提高而升高。

而当搅拌速度达到150 r/min以上时, 虽然搅拌强度加强, 但累积萃取率变化不显著, 可能的原因有: 1) 转速增加, 没有使液滴的分散度增大, 只不过是增大了体系中物料的整体运动速度, 因此表现出萃取速度变化较小的现象; 2) 可能是由于随着搅拌速度的提高, 液滴的运动速度增加的同时, 其聚合的程度也增加, 抵消了液滴分散度的增加, 结果使液滴的总界面积变得与搅拌速度的变化无关; 3) 可能是由于液滴内部循环不充分, 搅拌效率明显减小, 使液滴内部的传质受搅拌速度变化的影响较小; 4) 可能是此时萃取相和萃余相中的各组分的浓度已达到平衡, 再提高搅拌速度, 对萃取效率影响较小。

3组分在萃取相和萃余相中的浓度分布

第一次萃取后各组分在萃取相和萃余相中浓度 (C_s—C_t) 关系见图3。

图3 各组分在萃取相和萃余相中的浓度 (Cs—Ct) 关系

由图中的C_s—C_t回归方程可以看出, 各组分在萃取相和萃余相中的浓度有很高的相关系数 (r>0.95) , 符合у=a+b/x型式的双曲线方程。 这说明各个组分在一定的溶剂中的溶解度随着转速的增加而增加, 当达到一定的程度时, 各组分在萃取相中和萃余相中的浓度达到平衡, 再继续增加转速对萃取相和萃余相的浓度改变作用效果很小, 因此, 在萃取操作时, 选择合适的搅拌速度对提高萃取效率很重要。 进一步证实煤焦油中2~4环芳香族化合物被工业酒精萃取的过程, 在转速<150 r/min时属于动力学扩散控制过程, 而当转速高于200 r/min时, 则萃取效率与搅拌速度关系不大, 而只与各组分在萃取相和萃余相中的平衡浓度有关。 由各组分的分配比D=C_s/C_t值可以看出, 当转速低于100 r/min时, 各组分的分配比都较小 (<0.6) , 而当转速提高到150 r/min时, 甲基萘、 苊烯、 苊和蒽等组分的分配比值都大于1, 而萘、 二苯并呋喃、 菲、 萤蒽和芘等组分的分配比值小于1, 这可能与这些组分在溶剂中的溶解性也有很大的关系 ^{[10,11,12,13,14,15]} 。

4 结论

1) 通过研究转速与累积萃取率的关系, 发现该萃取体系可能为扩散控制过程。

2) 各组分在萃取相和萃余相中的浓度有很高的相关系数 (r>0.95) , 符合у=a+b/x型式的双曲线方程。

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