煤气化副产物中低级酚的分析与分离研究

【摘要】：本文在综述粗酚的来源、用途及市场、粗酚分离精制技术及研究现状基础上,以煤气化过程中产生的粗酚为研究对象,通过对不同极性色谱柱的比较分析,筛选出适合于该体系组成分析的FFAP毛细管柱,并建立了苯酚与甲酚的定性定量分析方法,获得粗酚中低级酚含量约66%,说明粗酚分离具有重要的经济价值和社会意义,可实现煤化工降本增效,符合国家产业政策。首先,根据粗酚体系组成特点设计了双塔精馏分离工艺,并搭建了粗酚预处理装置(1#塔)和苯酚与甲酚分离装置(2#塔),同时进行了物料衡算、理论塔板数测定和回流比R对产品质量的影响考察。结果表明,2#塔理论塔板数为14块;塔顶温度约95℃,压力约18k Pa的条件下,当R=5~7时,可回收约75%、纯度高达99.8%的苯酚;塔釜温度约160℃,压力约18k Pa条件下,当R=9~10时,获得甲酚含量87%的产品,回收率约为57%。然后,以来自2#塔的含甲酚87%(wt)的物料(n(3-甲基苯酚):n(4-甲基苯酚)?2:1)为原料,采用单因素实验考察了主要工艺参数对尿素络合法分离3-甲基苯酚的纯度及回收率的影响。结果表明,在n(尿素):n(3-甲基苯酚)=1.43:1,V(溶剂):V(混酚)=3.5:1,络合反应温度为90℃、时间60 min和终止析出温度为-15℃、时间100 min条件下,3-甲基苯酚回收率约为55%,纯度达97%以上。通过FT-IR谱图分析络合物中存在分子间氢键O-H…O=C。在此基础上,采用B3LY/6-311++G(3df,2p)水平对C7H7O-H…CO(NH2)2体系进行几何优化与频率计算获得络合物稳定构型并进行了自然键轨道分析。结果表明:3-甲基苯酚和4-甲基苯酚与尿素间的氢键相互作用能分别为-34.96 k J/mol和-8.20 k J/mol,证实酚羟基和尿素羰基间存在较强的氢键。氢键键长分别为0.1780 nm和0.1892 nm;静电荷转移量分别为0.031e和0.011e。最后,本文采用溴化钙络合法调节尿素络合法获得的滤液中3-甲基苯酚和4-甲基苯酚的比例2:1,循环采用尿素络合法提高3-甲基苯酚的回收率。结果显示,当n(Ca Br2):n(4-甲基苯酚)=0.6:1,反应6 h时,循环一次即可使3-甲基苯酚的回收率提高至70%。 【关键词】：粗酚 双塔精馏 络合结晶 3-甲基苯酚 4-甲基苯酚 分离
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ541;TQ243
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 前言9-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 选题背景及意义10
• 1.2 酚类化合物的来源及应用10-15
• 1.2.1 酚类化合物的来源10-12
• 1.2.2 酚类化合物的用途及市场分析12-15
• 1.3 粗酚中苯酚与甲酚的分离研究15-16
• 1.3.1 分离原理15
• 1.3.2 间歇减压精馏工艺15-16
• 1.4 3-甲基苯酚和 4-甲基苯酚的分离研究16-21
• 1.4.1 物理分离法16-19
• 1.4.2 反应分离法19-21
• 1.4.3 尿素络合分离法的优势21
• 1.5 本课题研究方案21
• 1.6 主要研究内容21-23
• 第二章 分析方法的建立23-35
• 2.1 色谱分离柱的筛选26-27
• 2.2 色谱定量分析方法确定27-28
• 2.3 色谱标准曲线的绘制及方法验证28-33
• 2.3.1 标准曲线绘制28-30
• 2.3.2 方法验证30-33
• 2.4 原料组成定量分析33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 鲁奇炉煤气化粗酚中苯酚与甲酚的分离研究35-44
• 3.1 双塔精馏工艺流程35-37
• 3.1.1 工艺流程示意图35-36
• 3.1.2 主要设备参数及其规格36-37
• 3.2 产品分析及标准37
• 3.3 研究结果及分析37-43
• 3.3.1 物料衡算37-40
• 3.3.2 2~#塔回流比对产品纯度影响分析40-41
• 3.3.3 2~#塔最小理论塔板数的测定41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 3-甲基苯酚与 4-甲基苯酚的分离研究44-61
• 4.1 3-甲基苯酚的分离44-46
• 4.1.1 工艺流程44-45
• 4.1.2 操作过程45-46
• 4.2 工艺参数对 3-甲基苯酚回收率和纯度的影响46-53
• 4.2.1 产品纯度和回收率的计算47-48
• 4.2.2 络合剂用量的影响48-49
• 4.2.3 温度的影响49-50
• 4.2.4 溶剂用量的影响50-51
• 4.2.5 反应时间的影响51-53
• 4.3 络合物结构表征及理论研究53-57
• 4.3.1 氢键相互作用能计算方法54-55
• 4.3.2 几何结构与氢键相互作用能55-56
• 4.3.3 NBO电荷分析56-57
• 4.4 提高 3-甲基苯酚回收率研究57-59
• 4.5 粗酚分离工艺流程图59
• 4.6 本章小结59-61
• 第五章 结论61-63
• 参考文献63-66
• 致谢66-67
• 攻读硕士学位期间公开发表的论文67

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