石油沥青烟气中硫化物脱除研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hjm19840220
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我国公路运输业的快速发展对于道路石油沥青的需求日渐增多,导致道路石油沥青表观消耗量逐年增长,道路石油沥青在高温拌和过程中会释放出一些有毒臭味烟气,对附近居民健康以及环境造成影响。石油沥青烟气总量小、种类多、活性强,国内外对于它的定性、定量分析存在一定难度。因此还没有针对石油沥青材料所制定的危险性分析评价标准。结合国内外文献,本文主要研究了两种道路石油沥青烟气中硫化物的组成和含量,首次尝试用低共熔溶剂(DES)对石油沥青中硫化物进行脱除。选用两种来自中东高硫原油生产的道路石油沥青(型号:QL-70A和ZH-90A),对其分别进行热重、四组分分析及红外分析。热重分析得出两种道路石油沥青在245℃之前失重不明显,QL-70A在245-514℃之间质量快速减少;ZH-90A在245-507℃之间质量快速减少。温度到达700℃时,QL-70A失重率约为87.30%;ZH-90A失重率约为88.54%。对两种石油沥青在160℃下恒温4 h分析得出QL-70A温度到达160℃失重率约为0.18%,ZH-90A温度到达160℃失重率约为0.24%。两种道路石油沥青四组分(饱和分?芳香分?胶质和沥青质)中含有C-S键,同时含有大量的烷烃,芳烃和醛类物质的吸收峰。相比较于饱和烃,其他组分在指纹区有较多吸收峰,说明其他组分比饱和烃组分更加复杂。搜集两种沥青160℃下产生烟气并对其进行气相色谱-质谱联用(GC-MS)和红外分析得出QL-70A和ZH-90A产生的烟气中分别检测出102和148种物质,烷烃类占绝大部分,其次含有烯烃、芳烃,还含有醇、酯、酸和杂原子类物质。根据道路石油沥青烟气中物质的组成配置相应的石油沥青模型化合物溶液,用低共熔溶剂(DES)对模型化合物溶液中硫化物(二苯并噻吩DBT和苯并噻吩BT)进行脱除。用四丁基溴化铵(TBAB)作为氢键受体,聚乙二醇(PEG)作为氢键供体,对不同分子量(PEG200、400、600、800)的聚乙二醇进行筛选。对DES的供体受体比例、合成时间、合成温度进行优化。用最优合成条件下的DES对石油沥青模型化合物溶液进行萃取,对剂油比、萃取温度、时间、转速进行优化研究,考察最优条件下的萃取率。结果如下:四丁基溴化铵(TBAB)和分子量为400(PEG400)的聚乙二醇组成的DES萃取效果最好,因为PEG600、800分子量较大,空间位阻较多不利于脱硫。PEG400较PEG200脱硫效果好是由于该聚乙二醇分子有较长的碳原子链,降低了空间位阻引起的氢键相互作用,减少了供受体之间的氢键作用从而有利于脱硫。TBAB/PEG400低共熔溶剂在HBA:HBD摩尔比为1:2,合成温度为90℃,合成时间为3 h时为优合成条件。使用最优条件下合成的低共熔溶剂在室温下剂油比3.5:1、反应时间30 min、转速600 r/min,DBT脱除率最高,可达95.54%;室温下剂油比2:1、反应时间30 min、转速600 r/min对BT的脱除率最高,可达89.4%。连续萃取5次后DBT和BT萃取率分别降为45%和41%。DES循环使用8次后,对DBT和BT的萃取率仍可达85.3%和65.2%。按照石油沥青模型化合物溶液筛选出的优化条件对2种真实石油沥青进行萃取,硫化物萃取率可达24%以上。
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