酚油成分分析及其分离的研究Word格式文档下载.docx
- 文档编号:20239499
- 上传时间:2023-01-21
- 格式:DOCX
- 页数:9
- 大小:21.79KB
酚油成分分析及其分离的研究Word格式文档下载.docx
《酚油成分分析及其分离的研究Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《酚油成分分析及其分离的研究Word格式文档下载.docx(9页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
_Toc387960609"
AbstractPAGEREF_Toc387960609\h2
_Toc387960610"
1引言PAGEREF_Toc387960610\h3
_Toc387960611"
1.1研究背景PAGEREF_Toc387960611\h3
_Toc387960612"
1.2研究意义PAGEREF_Toc387960612\h4
_Toc387960613"
1.3研究内容PAGEREF_Toc387960613\h6
_Toc387960614"
2实验部分PAGEREF_Toc387960614\h7
_Toc387960615"
2.1主要试剂与仪器设备PAGEREF_Toc387960615\h7
_Toc387960616"
2.1.1试验原料与试剂PAGEREF_Toc387960616\h7
_Toc387960617"
2.1.2实验仪器PAGEREF_Toc387960617\h7
_Toc387960618"
2.2实验内容PAGEREF_Toc387960618\h8
_Toc387960619"
2.2.1酚油样品的制备PAGEREF_Toc387960619\h8
_Toc387960620"
2.3实验方法PAGEREF_Toc387960620\h8
_Toc387960621"
2.3.1酚油的常压精馏PAGEREF_Toc387960621\h8
_Toc387960622"
2.3.2酚油的减压精馏PAGEREF_Toc387960622\h8
_Toc387960623"
2.4GC-MS参数PAGEREF_Toc387960623\h8
_Toc387960624"
2.4.1GC参数PAGEREF_Toc387960624\h8
_Toc387960637"
2.4.2MS参数PAGEREF_Toc387960637\h9
_Toc387960638"
3结果与讨论PAGEREF_Toc387960638\h10
_Toc387960639"
3.1酚油GC-MS成分分析PAGEREF_Toc387960639\h10
_Toc387960641"
3.2酚油的常压精馏PAGEREF_Toc387960641\h13
_Toc387960643"
3.3酚油减压精馏PAGEREF_Toc387960643\h14
_Toc387960644"
3.4酚油减压精馏各馏分段中成分与酚油中主要成分的比较PAGEREF_Toc387960644\h15
_Toc387960645"
4结论PAGEREF_Toc387960645\h23
_Toc387960646"
参考文献:
PAGEREF_Toc387960646\h24
_Toc387960647"
致谢PAGEREF_Toc387960647\h25
摘要:
本文以新疆阜康市永鑫煤化有限公司酚油为例,对酚油进行综合分析、减压精馏,并对不同馏分使用GC-MS进行定量分析。
GC-MS的结果的分析发现,酚油中成分有33种,9种主要成分为乙苯、对二甲苯、1-乙基-2-甲基苯、邻三甲苯、氧茚、二氢化茚、茚、2-甲基氧茚、萘,占总量的75.18%。
其中以二氢化茚含量最高为33.99%。
通过对酚油减压精馏馏分的GC-MS分析,发现某些化合物在特定馏分中富集,达到了初步分离的目的,为酚油的进一步深加工做铺垫。
关键字:
酚油;
成分分析;
分离;
GC-MS;
减压精馏
StudyofPhenoloilcompositionanalysisandseparation
Abstract:
Inthisthesis,phenoloilfromXinjiangFukangYongxincoalificationCo.,LTD.,iscomprehensiveanalyzedandseparatedbydecompressingdistillation.EachfractionisquantitativelyanalyzedbyGC-MS.Theresultsshowthatthereare33compoundsinthephenoloilandthe9maincomponentsoccupied75.18%areethylbenzene,p-Xylene,1-ethyl-2-methylBenzene,O-trimethylbenzene,benzofuran,indane,indene,2-methylbenzofuran,andnaphthalene,whichindanedominatesashighas33.99%.BasedonresultsofphenoloildecompressdistillationandGC-MSanalysisoftheirfraction,itisfoundthatcertaincompoundsenrichedincertainfractions,andthepreliminaryseparationachieved.Thisworkprovidesusefulinformationforfurtherprocessingofphenoloil.
Keywords:
Phenoloil;
componentanalysis;
separation;
GC-MS;
decompressdistillation
1引言
1.1研究背景
我国是一个能源生产大国和消费大国,但人均能源资源拥有量远远低于世界平均水平,面对目前化石能源(特别是石油)消耗带来的严重战略危机,调整能源结构己迫在眉睫。
丰富的煤炭资源是人们比较青睐的替代石油能源的来源。
我国煤炭资源丰富,近年来煤化工产业发展迅速,特别是新疆地区大量焦化厂建立,生产焦炭及煤焦油。
煤焦油中主要成分是芳烃及杂环类有机化合物[1]。
这些化合物是重要的化工原料,尤其是酚类化合物在很多方面都有着广泛的用途,有十分诱人的回收价值。
煤焦油是由煤在隔绝空气加强热干馏条件下制得,为煤干馏过程中所得到的一种液体产物高温干馏(即焦化)得到的焦油称为高温干馏煤焦油(简称高温煤焦油),低温干馏(见煤低温干馏)得到的焦油称为低温干馏煤焦油(简称低温煤焦油)[2]。
两者的组成和性质不同,其加工利用方法各异。
高温煤焦油黑色粘稠液体,相对密度大于1.0,含大量沥青其他成分是芳烃及杂环HYPERLINK"
\t"
_blank"
有机化合物[3]。
包含的化合物已被鉴定的达400余种。
工业上将煤焦油集中加工,有利于分离提取含量很少的化合物[4]。
加工过程首先按沸点范围蒸馏分割为各种馏分,轻油:
>
170℃的馏分,产率为0.04%-0.80%;
酚油:
170℃-210℃的馏分,产率为1.00%-2.50%;
萘油:
210℃-300℃的馏分,产率为10%-13%;
洗油:
230℃-300℃的馏分,产率为4.5-6.5%;
蒽油:
280℃-310℃的馏分,产率为21%-30%;
沥青:
为焦油蒸馏残余物,产率为54%-56%。
高温煤焦油中主要成分见表1-1[5]。
表1-1高温煤焦油中主要组成
1.2研究意义
煤焦油酸性组分主要存在于酚油中。
目前对酚油的加工首先将酚油用NaOH稀溶液处理,是酚类变成钠盐而溶于水[6]。
油水分离后,除去中性油杂质,再用硫酸进行酸解,粗酚析出。
酚类化合物根据沸点不同可分为高级酚和低级酚[7]。
高级酚主要包括三甲基酚、乙基酚、丙基酚、α-萘酚、β-萘酚等[8]。
高级酚在煤焦油中的含量低,提取和分离困难,目前还没有十分有效的方法。
低级酚包括苯酚、甲酚、二甲酚等,其组成在高温煤焦油和低温煤焦油中还有所不同,且随焦化温度的变化而不同。
在高温煤焦油中各种酚的含量见表1-2[9]。
表1-2高温煤焦油中酚类组成
高温煤焦油主要是由芳香烃所组成的复杂混合物,煤焦油中酚类占到10%~30%[10],酚类化合物是重要的化工原料,在合成纤维,工程塑料、农药、医药、炸药、增塑剂、防腐剂、香料及染料中间体等方面有着广泛的用途,有着诱人的回收利用的前景[11]。
酚油中含有20%-30%的酚类化合物,酚类化合物加甲醛精致可得到酚醛树脂。
酚类物质的用途见表1-3[12]。
表1-3酚类化合物的用途
1.3研究内容
本次试验主要结合新疆阜康市永鑫煤化有限公司生产实际,和实验室的研究情况,本论文采用对酚油进行减压精馏,并对不同馏分采用GC-MS的定量方法分析酚油的组成[13,14]。
根据GC-MS的定量方法分析结合文献给定出来的数十余种化合物进行比较。
通过对酚油的常压及减压精馏,分析不同馏分段的组成,并与酚油中主要成分对比,实现酚油的分离。
2实验部分
2.1主要试剂与仪器设备
2.1.1试验原料与试剂
表2-1药品名称及相关信息
2.1.2实验仪器
表2-2实验仪器
2.2实验内容
2.2.1酚油样品的制备
用100ul~1000ul的移液枪分别移取酚油样品250ul、2500ul于25.00ml的容量瓶中,以甲苯为溶剂,将酚油稀释100倍和10倍,对稀释液做GC-MS分析,分析酚油中主要成分。
2.3实验方法
2.3.1酚油的常压精馏
称取一定量的酚油样品加入磁子,采用恒温加热磁力搅拌器,刺型分馏柱外侧进行保温,直形冷凝管采用水冷,每隔一分钟读取温度,收集不同温度段的馏分,计算各馏分段的收集率,并采用GC-MS技术成分分析。
2.3.2酚油的减压精馏
称取酚油样品,采用恒温加热磁力搅拌器,循环水真空泵进行减压精馏,收集不同温度段的馏分收集不同温度段的馏分,计算各馏分段的收集率,并采用GC-MS技术成分分析。
对比酚油常压精馏和减压精馏的效果。
从而确定较好的实验方法。
M`
W%=—————×
100%
M
式中:
W—收集率:
M`—收集的各馏分质量,g
M—称取得酚油总质量,g
富集率的定义:
在精馏过程中,馏分段中某一成分在本馏分段中的质量分数占该成分在总量中质量分数的百分比。
W`
富集率=—————×
W总
W`—馏分段中某一成分在本馏分段中的质量分数
W—该成分在总量中的质量分数
2.4GC-MS参数
2.4.1GC参数
色谱柱:
DB-5(30m×
0.25μm×
25mm)隔垫吹扫流量:
3ml/min
进样口温度280℃载气:
氦气
总流量:
104ml/min进样量:
0.2μl
分流比100:
1。
表2-3色谱柱升温程序
2.4.2MS参数
采集模式:
全扫描溶剂延迟5min
EMV模式:
增益因子离子源温度:
230℃
四级杆温度;
150℃扫描质量范围/aum:
50.00~550.00
3结果与讨论
3.1酚油GC-MS成分分析
图3-1酚油稀释10倍进样量为1ul色谱图
图3-2酚油稀释10倍进样量0.2ul色谱图
从图3-1和图3-2比较可以看出,进样量0.2ul比进样量1ul峰型更好,谱图更加清晰,有利于对酚油的成分分析。
所以在后续酚油减压精馏馏分的GC-MS成分分析中进样量采用0.2ul。
表3-1酚油稀释10倍成分分析
图3-3酚油稀释100倍色谱图
表3-2酚油稀释100倍成分分析
采用气相色谱-质谱联用技术(GC-MS),分析酚油中成分,当酚油稀释10倍时,共鉴定出酚油中33种成分,根据表3-1中数据可以得出酚油中主要成分有乙苯、对二甲苯、1-乙基-2-甲基苯、邻三甲苯、氧茚、二氢化茚、茚、2-甲基氧茚、萘,占酚油总量的75.18%。
当酚油稀释100倍时,共鉴定出酚油中有19种成分,根据表3-2中数据可以得出酚油中主要成分占酚油中总量的81.84%。
虽然酚油中主要成分稀释100倍比稀释10倍含量高,但是稀释10倍中酚油成分比稀释100倍中酚油成分更完全,原因是由于稀释100倍比稀释10倍的浓度低,使含量减低的化合物在GC-MS色谱图中信号较弱,无法显示出来。
从而使得稀释10倍的成分分析数据,对酚油的成分分析提供更好的依据。
因此对酚油的成分分析选择稀释10倍的数据。
中然后对酚油进行精馏,收集不同温度段的馏分,分析其中组成及其含量。
3.2酚油的常压精馏
表3-3酚油常压精馏不同温度段的收集率
表3-3显示通过以上两组平行实验做比较可以的得出,由于酚油的沸点较高,导致温度升至一定温度是无法在上升,且剩余的酚油质量过多,没有达到实验预期的目的,所以将实验改为减压精馏。
将常压精馏剩余的残油做减压精馏,比较各馏分段的收集率和精馏效果。
表3-4减压不同馏分段收集率比较
由表3-3可得对两次常压精馏剩余酚油做减压精馏,通过比较以上两组平行实验,可以看出酚油的减压精馏可以将酚油中切割成不同的馏分段,因此在后续的工作中直接采用减压精馏的方法对酚油中组分进行分离。
3.3酚油减压精馏
表3-5酚油减压精馏各馏分段收集率
从表3-5中可看出酚油减压精馏馏分段可分为三段,38℃~76℃(30.63%),78℃~90℃(44.14%),92℃~108℃(15.15%)和残液(3.99%)。
表中还可看出损失率比较大,在6%左右,其主要原因是由于在减压精馏过程中有一部分馏分残留在刺型分馏柱和直形冷凝管内壁上,使得损失率较大。
3.4酚油减压精馏各馏分段中成分与酚油中主要成分的比较
第一段馏分38℃-76℃的色谱图见图3-4,GC-MS定量分析结果见表3-6和3-7。
从表3-6可以看出乙苯、对二甲苯、1-乙基-2-甲苯、邻三甲苯、氧茚在38℃-76℃这一馏分段富集,富集率都超过100%,而茚在这一馏分段中并没有出现。
通过与表3-7对比发现,乙苯、对二甲苯、邻二甲苯、2,4-二甲基吡啶、1-乙基2-甲基苯的采出率都超过了80%,对二甲苯、邻二甲苯、2,4-二甲基吡啶的采出率在90%以上。
图3-438℃-76℃馏分色谱图
表3-6馏分在38℃-76℃中成分与酚油中主要成分的比较
表3-738℃~76℃馏分中主要成分
第二段馏分78℃-90℃的色谱图见图3-5,GC-MS定量分析结果见表3-8和3-9。
从图3-5可以看出保留时间在10以前几乎没有物质出现。
从表3-8可以看出邻三甲苯、氧茚、二氢化茚、茚在78℃-90℃这一馏分段富集,富集率都超过100%。
与表3-9对比发现,苯甲腈、间三甲苯、二氢化茚、的采出率比较高。
与上一馏分段相比较,乙苯、对二甲苯在76℃以前已全部采出。
图3-578℃-90℃馏分色谱图
表3-8馏分在78℃-90℃中成分与酚油中主要成分的比较
表3-978℃~90℃馏分中主要成分
第三段馏分92℃-108℃的色谱图见图3-6,GC-MS定量分析结果见表3-10和3-11。
从图3-10中可以看出保留时间在10以前的化合物在这一馏分段中完全没有,说明在这之前的物质已92℃以前已全部分离。
表3-10可以看出二氢化茚、茚、2-甲基氧茚、萘在92℃-108℃这一馏分段富集率都超过100%,其中2-甲基氧茚的富集率为337.11%,茚的富集率为331.11%。
但是从表14中可得出,2-甲基氧茚在这一馏分段中的采出率仅为40.24%,茚的采出率为14.17%,没有完全富集。
从表3-11中还可以看出,邻甲苯腈的采出率为90.91%,几乎全部采出。
与前面两个馏分段相比,二氢化茚的含量下降,萘的含量由0.20%增加到1.66%。
图3-692℃-108℃馏分色谱图
表3-10馏分在92℃-108℃中成分与酚油中主要成分的比较
表3-1192℃-108℃馏分主要成分
残液的色谱图见图3-7,GC-MS定量分析结果见表3-12和3-14。
由图3-7和图3-2比较可知,保留时间在15min以前的物质在残液中没有电信号。
结合表3-12可得出乙苯、对二甲苯、邻二甲苯、2,4-二甲基吡啶、1-乙基-2-甲基苯、邻三甲苯、苯甲腈、间三甲苯、氧茚、二氢化茚、茚、2-甲基氧茚在残液中完全没有,说明这些物质已全部分离完毕。
表3-12还可以看出萘的富集率最高达到229.07%,与表3-13比较得,萘的采出率为31.93%。
2,6-二甲基苯酚和2,3,-二甲基苯酚在酚油中并不存在,而在残液中出现。
原因是由于酚油本身显碱性,酚油成分中2-甲基苯甲腈和苯胺类物质在一定温度范围内和碱性条件下可转化为酚类物质。
图3-7残液色谱图
表3-12酚油中主要成分与第三段馏分成分比较
表3-13残液中主要成分分析
通过GC-MS分析和各馏分组成与酚油中成分比较,可以得出在38℃-76℃馏分中可以富集乙苯、对二甲苯、1-乙基-2-甲基苯、邻三甲苯、氧茚,并且乙苯和对二甲苯可全部采出。
在78℃-90℃馏分中主要富集二氢化茚、茚,1-乙基-2-甲基苯和邻三甲苯在90℃以前全部采出。
在92℃-108℃馏分中邻甲苯腈全部采出。
残液中只有六种物质,其主要成分是萘。
4结论
1、采用气相色谱-质谱联用技术(GC-MS),分析酚油中成分,共鉴定出乙苯、对二甲苯、1-乙基-2-甲基苯、邻三甲苯、氧茚、二氢化茚、茚、2-甲基氧茚、萘等33种成分,为全面了解酚油成分提供参考,也为开发利用酚油资源提供一定的理论依据。
2、对酚油进行精馏是应采用减压精馏,酚油减压精馏馏分段可分为三段,38℃~76℃(30.63%),78℃~90℃(44.14%),92℃~108℃(15.15%)和残液(3.99%)。
3、通过对酚油进行减压精馏,在不同馏分段可以将某几种化合物富集,起到初步分离的目的,主要体现在以下几方面:
(1)在76℃以前可以将酚油中的乙苯和二甲苯提取出来。
(2)在90℃以前可以将邻三甲苯和1-乙基-2-甲苯提取出来。
二氢化茚、茚、氧茚主要富集在78℃-90℃这一馏分段中。
(3)在90℃-108℃邻甲苯腈几乎全部采出。
(4)萘主要富集在残液中
4、通过对酚油中主要成分的分析和主要成分与酚油减压精馏中各馏分段的成分的比较可以得出,某些物质可以在特定的温度范围内富集,达到初步分离的目的,为酚油的进一步深加工做铺垫。
参考文献:
[1]NOVOTNYM,STRANDJW,SMITHTSL,etal.Compositionalstudiesofcoaltarbycapillarygaschromatography/massspectrometry[J].Fuel,1981,60:
213-220.
[2]肖瑞华.煤焦油化工学[M].北京:
冶金工业出版社,2002.
[3]张军民,刘弓.低温煤焦油的综合利用[J].煤炭转化.2010,33(3):
92-96.
[4]孙会青,中低温煤焦油脱水及酚类物提取的研究[D].北京:
煤科总院煤化工分院,2009.
[5]张军民,刘弓.低温煤焦油的综合利用[J].煤炭转化,2010,33(3):
[6]魏文德.有机化工原料大全(上卷北京:
化学工业出版社,1999:
267-270.
[7]肖瑞华.煤焦油化工学[M].北京:
冶金工业出版社,2009:
8-10.
[8]柏玉娟,孟庆侠.七台河煤焦油的萃取和分析[J].广东化?
工,2012,39
(1):
96.
[9]胡发亭,张晓静,李培霖.煤焦油加工技术进展及工业化现状[J].转化利用,2011,17(5):
31-35.
[10]张飓,孙会青,白效言,王利斌?
低温煤焦油的基本性质及综合利用[J].洁净煤技术,2009,15(6):
57-60.
[11]贾永忠,贾丽.煤焦油中酚的提取利用[J].当代化工,2008,37
(2):
194-196.
[12]赵亮富.煤焦油产品精制及下游产品开发的探析[J].太原科技,2005,3:
25-26.
[13]SongS.L.,LiC.J.,MaX.D.,etal.ChineseJournalofAnalyticalChemistry(宋淑玲,李重九,马晓东,等.分析化学,2008,36(12):
1526.
[14]王明泰,牟峻,吴剑等.2006,25(11):
110.
致谢
本文是在王帅老师的悉心指导下完成的。
王帅老师为论文研究思路的设计和文献的选择提供了有益的指导,同时引导我们如何思考问题、解决问题。
使得论文在完成阶段少走了很多弯路。
同时,王帅老师严谨细致的治学态度也令我受益匪浅。
在论文完成之际,谨向王帅老师致以衷心的感谢!
感谢班主任胡轶老师两年来的在生活上的悉心照顾和学习工作中的支持与鼓励。
同时感谢分析测试中心的杜老师、刘丛老师、白希老师,。
尤其是白希老师,当我们对实验仪器的操作有什么问题的时候,有了白老师的帮助让我们的实验能够正常解决。
没有他们对分析仪器操作上的细心及耐心的讲解,使我从客观上了解分析仪器的工作原理,更能熟练掌握仪器的操作要领。
在以后的生活和工作上都有很大的作用。
也感谢班主任胡轶老师对我们生活上无微不至的照顾,一直操劳着我们的毕业论文以及就业问题,令我们全班同学都倍感温馨。
最后,我还要非常感谢诸位同学,是他们无私地为我提出了很多富有启发性的建议,提供了很多宝贵的资料,和他们一起交流使我受益匪浅。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 成分 分析 及其 分离 研究
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)