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WCL-M萃取设备处理油页岩干馏含酚废水中酚的模拟研究

编辑:管理员    发布时间:2016/7/22 11:17:49

WCL-M萃取设备处理油页岩干馏含酚废水中酚的模拟研究

油页岩热解生产页岩油的工业过程产生大量的高浓度含酚废水,如果不加以处理直接排放将带来严重的环境问题,这也是制约页岩油工业化发展的原因之一。虽然酚类物质是有机污染物,但也是有机化工原料,所以回收利用是处理酚类物质的目的所在。

在热解温度490℃下,以固体热载体法热解某油页岩,对此过程中产生的页岩油含酚废水进行水质分析,在此基础上以苯酚、邻甲酚、间甲酚和对甲酚为模型化合物配制模拟废水代替页岩油含酚废水,采用溶剂萃取法对含酚废水进行模拟研究。同时以NRTL方程为模型方程,运用Aspen PlusApp,以详细的相平衡实验数据来矫正NRTL模型参数,细致的研究了模拟废水中一甲基酚对苯酚萃取效果的影响。

以某油页岩干馏模拟废水为原料液,以甲基叔戊基醚(TAME)和醋酸丁酷作为脱酚溶剂,在不同温度(20℃. 25℃. 30℃, 35℃)和不同水油相体积比(5:1, 3:1,1:1, 1:3, 1:5)条件下进行萃取实验,研究结果表明甲基酚的存在使得苯酚的萃取率变化趋势不同于甲基酚不存在时的,并且在水油相比为3:1时出现最大值,以TAME和醋酸丁酷萃取苯酚和邻甲酚为溶质的模拟废水时,苯酚在20℃和水油相比3:1时的萃取率为0.9702和0.9623;三种甲基酚的萃取率则以随着水油相比的减小而减小为主要趋势,温度对其影响比较小;相同条件下,对苯酚萃取影响大小的顺序是间甲酚>邻甲酚>对甲酚。

本文采用某App考察了错流、逆流萃取工艺,比较错流逆流的萃取效果。还研究了新威尼斯注册送28网站的萃取流程,并考察了相比、温度、塔板数、塔板效率等因素对新威尼斯注册送28网站萃取效果的影响。通某App对此过程的模拟和灵敏度分析,得出在水油相比为3:1,温度为20℃塔板数为5,塔板效率假定为0.9的条件下萃取效果最好。在此条件下对以苯酚、邻甲酚、间甲酚和对甲酚为溶质的模拟废水进料进行新威尼斯注册送28网站模拟计算,新威尼斯注册送28网站流出的水相中苯酚含量约为0.2829 mg/L,对甲酚含量为0.000947 mg/L邻甲酚和间甲酚萃取后含量也有很大幅度的降低。

随着现代工业的迅勐发展,能源短缺成为世界性问题,寻找可替代能源成为世界各个国家的主要任务。2011年,国际石油网报道,中国原油产量20364.6万吨,进口量25377.9万吨(同比增长6.05 % ),进口金额为1966.64亿美金(同比增长45.3 % ),对进口原油的依赖度达到57.9,原油进口依存度超越能源警戒线,对国家能源安全构成严重威胁。油页岩,是一种沉积岩,将其加热到500℃时能热解产生页岩油。世界油页岩资源丰富,其储量折算成页岩油远大于世界已探明原油储量,且勘探开发利用程度较低。中国油页岩资源丰富。在当前高油价时代,页岩油可成为石油的补充和替代能源。

油页岩热解生产页岩油的工业过程产生大量的高浓度含酚废水,如果不加以处理直接排放将带来严重的环境问题,这也是制约页岩油工业化发展的原因之一。虽然酚类物质是有机污染物,但也是有机化工原料,所以回收利用是处理酚类物质的目的所在。处理工业含酚废水的目的有两个方面,降低酚含量和回收利用酚类物质。降低废水中酚含量的目的是减少酚类物质对环境和人类的污染和危害,回收利用酚类物质是因为酚类物质是有机化工的重要原料。工业含酚废水有很多种,但是不同的含酚废水都有着自己的特点,所以处理工业含酚废水的原理和方法也不相同。目前处理工业含酚废水的方法有很多,有化学法、物理法、物理化学法、生化法等,还有新型处理技术如光技术、声技术等。

溶剂萃取法处理工艺比较成熟,本文应用此技术对油页岩干馏过程中生成的含酚废水进行萃取模拟研究。页岩油含酚废水中酚类物质的浓度大、种类多、组成复杂,如果不加以处理而直接排放将带来严重的环境问题。但是页岩油含酚废水中各种酚类化合物之间相互影响、相互作用,使得降低废水中酚类物质的浓度和对其回收利用的难度加大了,寻求合适的页岩油含酚废水的处理和回收工艺变得更加重要和关键。其中,含酚废水中邻甲酚、间甲酚和对甲酚的含量略低于苯酚的含量,对苯酚浓度的降低和回收利用有很大的影响,所以研究页岩油含酚废水中邻甲酚、间甲酚和对甲酚的存在对苯酚浓度的降低和其回收利用的影响显得非常重要。本文通过比较各物质的物理化学性质,选择甲基叔戊基醚和醋酸丁醋作为萃取剂,以萃取实验数据为基础,运用Aspen Plus模拟App,研究含酚废水中甲基酚的存在对苯酚萃取效果的影响,并对不同的萃取工艺流程进行模拟和灵敏度分析,研究邻甲酚、间甲酚和对甲酚对苯酚萃取的影响。

当今油页岩现状油页岩又称油母页岩,是一种沉积岩,具无机矿物质的骨架,并含固体有机物质,主要为油母质及少量沥青质(Bitumen) 。

从全球角度看,世界油页岩资源丰富],页岩油资源丰富的国家有美国、俄罗斯、中国等。中国油页岩预测资源约7200亿吨,折算成页岩油可达470亿吨居世界第八位。我国油页岩详细信息如表1.1所示。


2油页岩处理工艺

目前,油页岩主要用于干馏炼油和燃烧产气发电外,还可以用于制取水泥等建材。

(1)油页岩干馏工艺分为地下干馏和地上干馏,地下干馏又分为真地下千馏、改良式地下干馏和电热法地下干馏,地上干馏所用的油页岩干馏炉可分为外热式炉和内热式炉。内热式千馏炉又分为块状、颗粒和粉末页岩千馏炉。

a块状页岩干馏炉有抚顺式干馏炉、茂名圆炉、茂名方炉、基维特干馏炉、佩特洛瑟克斯炉和岩石泵炉。

抚顺式干馏炉是内热式干馏炉,是油页岩干馏和页岩半焦气化过程连接在一起的直立圆筒型炉,上部为千馏段,下部为气化段。

茂名方炉是一种气燃式方炉,是采用循环气燃烧供热以干馏油页岩的一种内热式块状页岩干馏炉。它由进入炉内均匀混合的循环气和空气在高温的页岩半焦层中进行燃烧与还原反应,由反应所产生的的高温热载体提供给页岩油千馏所需要的热员。(油页岩干馏含酚废水中酚萃取模拟研究)

b颗粒和粉木汕页岩干馏炉包括葛洛特炉、塔瑟克炉、鲁奇一鲁尔盖斯炉、大工固体热载体干馏炉和粉末页岩流化干馏炉。

大工固体热载体一-.馏工艺原理是油页岩与作为热载体的页岩灰在移动床干馏反应器内混合而被加热干馏,生成页岩油气和半焦。半焦和页岩灰混合物在加热提升管被空气喷射上流,半焦固定碳等有机质而燃烧生成页岩灰。部分页岩灰自旋分器分出而循环去与页岩混合在干馏反应器中加热干馏页岩,构成循环系统。

油页岩燃烧工艺包括很多种,每个国家都有自己的油页岩燃烧工艺。

某油页岩燃烧上艺有某地的海油页岩电厂的悬浮燃烧式锅炉、某亚油页岩电厂的悬浮燃烧式锅炉和某油页岩电厂的循环流化燃烧式锅炉。

3油页岩各处理工艺含酚废水的产生及水质特点

不同油页岩处理工艺下含酚废水的特点也不同。

页岩油含酚废水是在油页岩干馏过程中产生的。油页岩的热解通常包括三个过程。第一,油页岩的加热过程;第二,油页岩热解过程;第三,热解产物扩散和逸出过程。

油页岩热解产生的水溶液中含有水溶性的酚类、硫化氢、能溶于水的氨、氧化物、二氧化碳、有机碱及乳化油等。其中的酚类物质浓度高、组成复杂、种类多。其中挥发酚和不挥发酚含量分别为0.2~0.6 g/L和1.2~5.5 g/L。目前针对页岩油干馏废水处理方法的具体研究还没有,所以寻找和探究对页岩油干馏废水的处理工艺有很大的发展和利用空间。

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