水资源短缺已成为煤化工可持续发展的瓶颈。煤化工废水近零排放环保标准是强制性的，是水资源可持续利用的重要举措。工业界和学术界已经研发和实施了各种废水近零排放处理工艺，但在工业应用中还无一套流程能真正做到废水零排放。实践表明二元酚尤其是对苯二酚的高效脱除已成为该流程的关键难题。萃取脱酚单元出水总酚浓度控制在300mg/L以下，对于实现废水近零排放意义重大。然而，受到现有萃取剂脱酚能力不足的限制，萃取出水总酚浓度不达指标，大约350-800mg/L之间。
　　本研究针对萃取剂官能团与酚羟基结合力低和碳骨架空间位阻效应导致的萃取分配系数低问题，采用结构特征耦合计算机辅助分子设计(Computer-Aided Molecule Design，CAMD)方法，开发一种高效萃取脱二元酚体系，使得两级出水总酚≤300mg/L。分析了包括碳链长度、碳链异构和碳链不饱和度在内的分子结构特征和萃取性能间的构效关系，建立了结构特征耦合CAMD筛选萃取剂的方法。以分配系数和溶解度为比较指标，结合UNIFAC模型和萃取实验，选择对二元酚具有高分配系数的萃取剂。结构特征规律表明，短链型萃取剂的萃取效率优于长链结构、直链优于支链结构、具有碳碳双键的优于饱和碳链结构的溶剂。最终，甲基丙基酮(Methyl Propyl Ketone，MPK)被确认为单一溶剂中性能最优的。实验分析了MPK的脱酚性能。结果表明，两级萃取后，二元酚浓度降低至260mg/L，总酚降低至288mg/L，三级后二元酚降低至68mg/L，总酚降低至71mg/L。
　　针对单一溶剂萃取能力不足及萃取脱酚性能和溶解度的矛盾问题，采用溶剂间协同效应的路线，开发一种高效、低损的混合萃取剂。分析了官能团间的协同效应，应用分子结构特征耦合CAMD方法，选择萃取性能优异的溶剂混合物。结果表明，醇羟基和羰基、酯或醚存在萃取脱酚协同效应。协同萃取分配系数、溶剂与水互溶度和溶剂与水共沸点三个方面比较了MPK+正戊醇、甲基异丁基酮(Methyl Isobutyl Ketone，MIBK)+正戊醇、乙酸丙酯+正戊醇和二异丙醚(Diisopropylether，DIPE)+正戊醇间的性能。最终确定了MIBK+正戊醇为最适宜的混合萃取剂，适宜的组成为60%MIBK+40%正戊醇。实验分析了MIBK+正戊醇在不同组成比例下的脱酚效果。研究发现，在正戊醇体积分数为10%-70%，两级萃取后总酚含量低于300mg/L。在正戊醇体积分数为40%时，两级萃取后，二元酚降至171mg/L，总酚浓度降至190mg/L，三级后二元酚降至36mg/L，总酚降至38mg/L。
　　本研究测定了常温常压下五元体系MIBK-正戊醇-苯酚-对苯二酚-水的液液相平衡数据。分配系数和分离因子量化了MIBK+正戊醇的萃取性能，并且和MPK、MIBK萃取酚的分配系数进行了比较。AspenPlus回归了NRTL和UNIQUAC模型的二元交互作用参数。NRTL和UNIQUAC模型的模拟值跟实验数据的均方根误差分别为0.027%、0.039%。因此，两个模型都可以很好地模拟相平衡数据。较UNIQUAC模型，NRTL模拟结果更加准确。
　　以130t/h的煤气化废水为基准，开发了混合萃取剂60%MIBK+40%正戊醇的配套萃取脱酚流程。对协同萃取流程包括萃取塔、溶剂回收塔和溶剂汽提塔进行了建模和模拟，并且对三个塔进行了参数分析。研究发现，两级逆流萃取后，总酚可降低至161mg/L。在不改变原有设备尺寸的条件下，新流程可以实现萃取相中粗酚和萃取剂的分离、萃余相中水和萃取剂的分离。精馏回收得到的混合萃取剂组成不会发生改变。