煤焦油精制过程的模拟研究
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ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ
ｔｗｏ．ｃｏｌｕｍｎ
ｔｗｅｌｖｅ
ｏｎｅ
ｃｏｌｕｍｎｓ
ａｎｄ ｔｗｏ ｆｌａｓｈ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒｓ
ｏｎｅ．ｃｏｌｕｍｎ ｅｌｅｖｅｎ
ｃｏｌｕｍｎｓ ａｎｄ
ｉｎ ｃｏｓｔ．
ｆｌａｓｈ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ．Ｓｏ ｔｈｅ ｏｎｅ—ｃｏｌｕｍｎ ｉＳ ｂｅｔｔｅｒ
ｔｈａｎ
ｔｈｅ
ｔｗｏ．ｃｏｌｕｍｎ
Ｏｎ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｉｓ
ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ
ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ
ａｎｄ
ｒｅｆｍｅ ｏｆ
ｃｏａｌ ｔａｒ，ｔｈｅ
ｃａｌｌ
ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ
ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｔｈｅ
ｒｅｓｅａｒｃｈ
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ｐｕｒｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ
ａ ｓａｖｅ
ｒｅｆｉｎｉｎｇ
ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ．
ｐｒｏｄｕｃｔｓ
ｕｓｅｓ
ｄｅｃｉｓｉｏｎ．
Ｔｈｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｔｈｅ ｆｌｏｗｓｈｅｅｔｉｎｇ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＰＲＯ １１ ｗｉｔｈ ＰＲＯＶＩＶＩＳＩＯＮＴＭ
ｔｏ
ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｔｗｏ－ｃｏｌｕｍｎ ａｎｄ ｏｎｅ．ｃｏｌｕｍｎ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｔａｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ｏｆ ｐｈｅｎｏｌ，ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ，ａ－ｍｅｔｈｙｌ ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ，１３－ｍｅｔｈｙｌ ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ，ａｃｅｎａｐｈｔｈｅｎｅ ａｎｄ
第一章文献综述
要组分还有吡啶碱、古马隆和茚等。酚油馏分一般送去进行酸碱洗涤，提取酚和 吡啶碱。洗后酚油用于制取古马隆一茚树脂。
表１－３酚油馏分的质量控制指标
ｍｌｂｌｅ ｌ－３ Ｔｈｅ
Ｑｕｋｉｔｙ
Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｎｏｒｍ ｏｆ Ｐｈｅｎｏｌ Ｏｉｌ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｅ
１．２．１．３萘油馏分 萘油馏分是煤焦油蒸馏时切取的馏程为２１０～２３０℃的馏出物。其产率为无 水煤焦油的１０％＂－－－１３％。煤焦油中的萘８０％＂－＇８５％集中在萘油馏分中。其他主 要组分还有甲基萘、硫茚、酚和吡啶碱等。萘油馏分一般送去进行酸碱洗涤，提 取酚和吡啶碱，然后用蒸馏法生产工业萘。
ｆｌｕｏｒｉｎｅ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ
ｔｏ
ｔｈｅ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ
ｏｆ
ｔｈｅ
ｃｏａｌ
ｔａｒ
ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，
ｄｕｍｍｙ－ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｏ ｐｉｔｃｈ ｉｎ ｃｏａｌ ｔａｒ，ｓｕｉｔａｂｌｅ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ ｍｏｄｅｌｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ，ａｎｄ ｒｅｇｒｅｓｓｅｓ ｍｉｓｍａｔｃｈ—ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ
ａｎａｌｏｇ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ Ｔｈｅ ｒｅｆｉｎｉｎｇ
ａｎｄ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｄａｔｅ
ｓｈｏｗｓ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ．
ｐｒｏｄｕｃｔｓ
ｐｕｒｉｔｙ ｏｆ ｔｗｏ・－ｃｏｌｕｍｎ
ａｎｄ ｏｎｅ・－ｃｏｌｕｍｎ
ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｏｎｅ－ｃｏｌｕｍｎ
天津大学 硕士学位论文 煤焦油精制过程的模拟研究 姓名：王立成 申请学位级别：硕士 专业：化学工程 指导教师：孙津生 20070601
摘要
煤焦油中含有１万多种化合物，其中大量单体化合物互相溶解形成低共溶混 合物，并且许多组分还组成多元共沸体系，这给蒸馏分离造成很大困难。尽管我 国在煤焦油加工方面取得了一些成绩，但与发达国家相比，仍然存在着工艺落后， 很少利用相关软件进行模拟等突出问题。化工流程模拟技术能为工程设计、新工 艺的开发提供强有力的工具，有助于提高人们的工作效率和决策的科学性。 本文利用流程模拟软件ＰＲＯ １１
Ｔａｂｌｅ １－１ Ｔｈｅ Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆＫｅｙ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ Ｃｏａｌ Ｔａｒ
第一章文献综述
・
表卜１煤焦油的主要组分含量（续表）旧
Ｔａｂｌｅ ｌ・１ Ｔｈｅ Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆＫｅｙ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ Ｃｏａｌ Ｔａｒ（ｃｏｎｔｉｎｕｅｄ）
１．２煤焦油主要加工产品的性质及用途 １．２．１煤焦油馏分
关键词：煤焦油，分离，两塔式，一塔式，流程模拟
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｔｈｅｒｅ
ａｒｅ
ｍｏｒｅ ｔｈａｎ
ｔｅｎ
ｔｈｏｕｓａｎｄｓ
ｔｏ
ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏａｌ
ｔａｒ．Ｍａｎｙ
ｍｏｎｏｃａｓｅ
ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｈａｒｍｏｎｉｚｅ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ
ｔｏ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｅ
ｆｏｒｍ ｌＯＷ ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｍｉｘｔｕｒｅ．Ｔｈａｔ ｍａｋｅｓ ｉｔ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ
（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）
学位论文作者签名：
王支茂
导师签名：
签字日期：２Ｄ０１年６月ｆ３日
签字日期：７年６月，；日
第一章文献综述
第一文献综述
１．１煤焦油的性质和组成
１．１．１煤焦油的性质
煤焦油是煤炭干馏时生成的具有刺激性臭味的黑色或黑褐色粘稠状液体，简 称焦油…。煤焦油按干馏温度可分为低温煤焦油、中温煤焦油和高温煤焦油，在 焦炭生产中得到的煤焦油属于高温煤焦油。它是粗煤气冷却过程中冷凝、分离出 来的焦炉煤气净化产品之一。煤焦油是一种高芳香度的碳氢化合物的复杂混合 物，绝大部分为带侧链或不带测链的多环、稠环化合物和含氧、硫、氮的杂环化 合物，并含有少量脂肪烃、环烷烃和不饱和烃，还夹带有煤尘、焦尘和热解炭瞳３。 刚回收的煤焦油还含有５％左右的溶有多种无机盐和其他杂质的水分。由于有颗 粒极细的热解炭的存在，水分往往和油形成稳定的乳化液。煤焦油的绝大多数组 分熔点较高，但由于大量单体化合物互相融解而形成低共溶混合物，使煤焦油在 常温下仍呈液体状态。煤焦油的许多组分还组成大量多元共沸体系，给蒸馏分离 造成很大困难口１。
ｃａｉｌ
ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｆｌｏｗｓｈｅｅｔｉｎｇ
ｏｆｆｅｒ ｆｏｒｃｅｆｕｌ ｔｏｏｌｓ ｆｏｒ
ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｏｗ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｉｔ Ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｗｏｒｋ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
ａｎｄ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ
ｒｅａｃｈ ｔｈｅ ｐｕｒｉｔｙ
ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｐｒｏｐｏｓｉｎｇ
Ｔｈｅ
Ｃａｎ
ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔ ｃａｒｌ
ｇｕｉｄｅ ｔｈｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ｏｆ ｃｏａｌ ｔａｒ，ｉｔ
ｂｅ ｕｓｅｄ
ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｃｋａｇｅ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓ．
１．１．２煤焦油的组成
煤焦油含有１万多种化合物旧，按化学性质可分为中性的烃类、酸性的酚类 和碱性的吡啶、喹啉类化合物。目前已坚定出５００多种化合物，其含量共占煤焦 油质量的５５％，其中中性化合物１７４种，酸性化合物６３种，碱性化合物１１３种， 其余为稠环和含氧、硫的杂环化合物障１。
表卜ｌ煤焦油的主要组分含量嗍
ａｎｄ
ｓｅｐａｒａｔｅ．Ａｌｔｈｏｕｇｈ ｇｒｅａｔ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｍａｄｅ ｉｎ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｈｅ
ｃｏａｌ ｔａｒ，ｔｈｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌ
ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ
ａｒｅ ｆａｒ，ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ
表卜４萘油馏分的质量控制指标
Ｔａｂｌｅ １－４ Ｔｈｅ
Ｑｕｌｄｔｙ
Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｎｏｒｍ ｏｆＮａｐｈｔｈａｌｅｎｅ Ｏｉｌ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｅ
１．２．１．４洗油馏分 洗油馏分是煤焦油蒸馏时切取的馏程为２３０＂＇３００℃的馏出物。产率为无水 煤焦油的４．５％～６．５％。主要组分有甲基萘、二甲基萘、苊、联苯、芴、喹啉、 吲哚和高沸点酚等。洗油馏分主要用于生产供吸收焦炉煤气所含的苯及其同系物 用的洗油，也可以进一步精馏切取窄馏分，以提取甲基萘、吲哚、联苯、苊、氧 芴和芴等产品。在提取喹啉类化合物和高沸点酚时，需用酸、碱洗涤。洗油用于 洗苯时要脱除其中的酚，因为酚的存在能促使洗油乳化，降低吸苯效果。
ｔａｒ
ｉｓ ａｌｍｏｓｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ａｔ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｐｕｒｉｔｙ ｂｅｔｔｅｒ
ｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｔｈｅ
ｏｎｅ
ｉｓ
ｔｈａｎ ｔｈｅ ｔｗｏ－ｃｏｌｕｎｍ
ｆｌｏｗｓｈｅｅｔ ｎｅｅｄｓ
ｃｏｕｎｔｅｒｐａｒｔ ｉｎ
ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ
ｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｔｈｅ
ｗｉｔｈ
ＰＲＯＶＩＶＩＳＩｏＮ。刑对煤焦油两塔式分离
和一塔式分离工艺进行了模拟，并对苯酚、萘、Ｑ一甲基萘、Ｂ一甲基萘、苊、芴 进行了精制，根据煤焦油组分的特点，用虚拟组分法确定煤焦油中沥青的组成， 选择合适的热力学模型，适其情况进行修改，对不符合条件的参数进行了回归和 修正，模拟计算结果与现场数据相比较完全符合误差范围，且满足工艺流程的要 求。 通过研究发现，煤焦油两塔式分离与一塔式分离在精制产品纯度方面相差不 大，都能制得纯度比较高的产品。在产品的集中度方面，一塔式明显比两塔式要 好。两塔式需要用１２个塔和２个闪蒸器，一塔式要用１１个塔和１个闪蒸器， 在生产成本方面一塔式也明显优于两塔式。 本文在对煤焦油分离精制的基础上，对原有的工艺流程进行了改进，使精制 产品的计算纯度达到了结晶产品的纯度要求，而且节能。 利用本文的研究成果，可以对煤焦油的分离精制进行指导，可以作为工艺数 据包来使用，在软件中搭建的工艺流程为流程改进提供了基础。
，
煤焦油蒸馏一般按其中所含不同组分的沸点分割成：轻油馏分（１７０℃以前）， 酚油馏分（１７０～２１０℃），萘油馏分（２１０～２３０℃），洗油馏分（２３０＂３００℃）， 一蒽油馏分（３００＂＂３３０℃），二蒽油馏分（３３０＂３６０℃）及沥青（大于３６０℃）口１。 １．２．１．１轻油馏分 轻油馏分是煤焦油蒸馏时切取的馏程为１７０℃前的馏出物。其产率为无水煤 焦油的０．４％～０．８％。主要组分为苯及其同系物哺１，并含有少量的古马隆和茚等 不饱和化合物及微量的萘。轻油馏分一般并入吸苯后的洗油（富油），或并入粗 苯中加工制取苯类产品。
表１－６一蒽油馏分的质量控制指标
Ｔａｂｌｅ １－６ Ｔｈｅ
Ｑｕｋｉｔｙ
Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｎｏｒｍ ｏｆ Ｏｎｅ－Ａｎｔｈｒａｃｅｎｅ Ｏｉｌ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｅ
１．２．１．６二蒽油馏分 二蒽油馏分是煤焦油蒸馏时切取的馏程为３３０－－－３６０。Ｃ的馏出物。其产率为 无水煤焦油的４％－－－１０ ｏ／ｏ，主要组分有苯基萘、荧葸、芘、苯基芴等。二蒽油馏 分主要用于配制生产炭黑的原料油或筑路沥青等，也可作为提取荧蒽和芘等化工 产品的原料。
书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中
作了明确的说明并表示了谢意。
学位论文作者签名ｉ
王立忒
签字日期：
２００７年
ｆ月１３日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解苤鲞盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。
特授权苤洼盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检
索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。．
表１－５洗油馏分的质量控制指标
Ｔａｂｌｅ １－５ Ｔｈｅ Ｑｕｋｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｎｏｒｍ ｏｆＡｂｓｏｒｂｅｒ Ｏｉｌ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｅ
第一章文献综述
１．２．１．５一蒽油馏分 一蒽油馏分是煤焦油蒸馏时切取的馏程为３００～－３３０＂Ｃ的馏分。产率为无水 煤焦油的１４％＂－２０％。主要组分有蒽、菲、咔唑和芘等。一葸油馏分是分离制 取粗葸的原料，也可直接配制生产炭黑的原料油。
表１－２轻油馏分的质量控制指标
Ｔａｂｌｅ １－２
Ｔｈｅ Ｑｕｋｉｔｙ
０．８８－～０．９
Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｎｏｒｍ ｏｆＬｉｇｈｔ Ｏｉｌ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｅ
密度（２０℃）／ｇ・ｃｒｎ＂３ 酚含量／％
初馏点／＇Ｃ １８０。前馏出量，％
＞９５ ＞９０
＜５
１．２．１．２酚油馏分 酚油馏分是煤焦油蒸馏时切取的馏程为１７０－－一２１０＂Ｃ的馏出物。其产率为无水 煤焦油的１．４％～２．３％。煤焦油中的酚４０％－－－５０％集中在这段馏分中。其他主
液抽提苯酚精馏固体处理聚合物普通闪蒸模型闪蒸阀压缩机膨胀机泵管线混合器分离器精馏模型insideoutsurechemdist算法两三相精馏四个初值估算器电解质反应精馏和间歇精馏简捷模型液一液抽提填料塔的设计和核算塔板的设计和核算热虹吸再沸器换热器模型管壳式简单式和lng换热器区域分析加热冷却曲线第二章课题研究的理论基础表21prouwithprovivisiontm软件模型续表table21thesoftwaremodelofpro11withprovivisiontmcontinued软件模型说明反应器模型转化和平衡反应活塞流反应器连续搅拌罐式反应器在线fortran反应动力学吉布斯自由能最小变换和甲烷化反应器沸腾釜式反应器profimatics重整和加氢器模型界面间歇反应器聚合物模型连续搅拌釜反应器活塞流反应器擦膜式蒸发器固体模型晶器溶解器逆流倾析器离心分离器旋转过滤器干燥器固体分离器旋风分离器4pro11provivisiontm软件组分数据库包括2000多个纯组分数据库以dippr为基础的库固体性质1900多组分种类电解质库非库组分虚拟组分和性质化验描述用户库根据结构确定性质多个化验混合用于聚合物的vankrevelen方法混合物数据包括用于3000多个vle二元作用在线二元参数300多个lle二元作用在线二元参数2200种在线共沸混合物用于参数估算专用数据包等
ＫＥＹ
ＷＯＲＤＳ：ｃｏａｌ ｔａｒ，ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｏｎｅ—ｃｏｌｕｍｎ，ｔｗｏ－ｃｏｌｕｍｎ，ｆｌｏｗｓｈｅｅｔｉｎｇ
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表
或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞盘堂或其他教育机构的学位或证
ｔｗｏ．ｃｏｌｕｍｎ
ｔｗｅｌｖｅ
ｏｎｅ
ｃｏｌｕｍｎｓ
ａｎｄ ｔｗｏ ｆｌａｓｈ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒｓ
ｏｎｅ．ｃｏｌｕｍｎ ｅｌｅｖｅｎ
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ｉｎ ｃｏｓｔ．
ｆｌａｓｈ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ．Ｓｏ ｔｈｅ ｏｎｅ—ｃｏｌｕｍｎ ｉＳ ｂｅｔｔｅｒ
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ｔｗｏ．ｃｏｌｕｍｎ
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ｔｈｅ ｆｌｏｗｓｈｅｅｔｉｎｇ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＰＲＯ １１ ｗｉｔｈ ＰＲＯＶＩＶＩＳＩＯＮＴＭ
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ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｔｗｏ－ｃｏｌｕｍｎ ａｎｄ ｏｎｅ．ｃｏｌｕｍｎ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｔａｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ｏｆ ｐｈｅｎｏｌ，ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ，ａ－ｍｅｔｈｙｌ ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ，１３－ｍｅｔｈｙｌ ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ，ａｃｅｎａｐｈｔｈｅｎｅ ａｎｄ
第一章文献综述
要组分还有吡啶碱、古马隆和茚等。酚油馏分一般送去进行酸碱洗涤，提取酚和 吡啶碱。洗后酚油用于制取古马隆一茚树脂。
表１－３酚油馏分的质量控制指标
ｍｌｂｌｅ ｌ－３ Ｔｈｅ
Ｑｕｋｉｔｙ
Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｎｏｒｍ ｏｆ Ｐｈｅｎｏｌ Ｏｉｌ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｅ
１．２．１．３萘油馏分 萘油馏分是煤焦油蒸馏时切取的馏程为２１０～２３０℃的馏出物。其产率为无 水煤焦油的１０％＂－－－１３％。煤焦油中的萘８０％＂－＇８５％集中在萘油馏分中。其他主 要组分还有甲基萘、硫茚、酚和吡啶碱等。萘油馏分一般送去进行酸碱洗涤，提 取酚和吡啶碱，然后用蒸馏法生产工业萘。
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ｔａｒ
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ｄｕｍｍｙ－ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｔｏ ｐｉｔｃｈ ｉｎ ｃｏａｌ ｔａｒ，ｓｕｉｔａｂｌｅ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ ｍｏｄｅｌｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ，ａｎｄ ｒｅｇｒｅｓｓｅｓ ｍｉｓｍａｔｃｈ—ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ
ａｎａｌｏｇ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ Ｔｈｅ ｒｅｆｉｎｉｎｇ
ａｎｄ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｄａｔｅ
ｓｈｏｗｓ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ．
ｐｒｏｄｕｃｔｓ
ｐｕｒｉｔｙ ｏｆ ｔｗｏ・－ｃｏｌｕｍｎ
ａｎｄ ｏｎｅ・－ｃｏｌｕｍｎ
ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｏｎｅ－ｃｏｌｕｍｎ
天津大学 硕士学位论文 煤焦油精制过程的模拟研究 姓名：王立成 申请学位级别：硕士 专业：化学工程 指导教师：孙津生 20070601
摘要
煤焦油中含有１万多种化合物，其中大量单体化合物互相溶解形成低共溶混 合物，并且许多组分还组成多元共沸体系，这给蒸馏分离造成很大困难。尽管我 国在煤焦油加工方面取得了一些成绩，但与发达国家相比，仍然存在着工艺落后， 很少利用相关软件进行模拟等突出问题。化工流程模拟技术能为工程设计、新工 艺的开发提供强有力的工具，有助于提高人们的工作效率和决策的科学性。 本文利用流程模拟软件ＰＲＯ １１
Ｔａｂｌｅ １－１ Ｔｈｅ Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆＫｅｙ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ Ｃｏａｌ Ｔａｒ
第一章文献综述
・
表卜１煤焦油的主要组分含量（续表）旧
Ｔａｂｌｅ ｌ・１ Ｔｈｅ Ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆＫｅｙ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ Ｃｏａｌ Ｔａｒ（ｃｏｎｔｉｎｕｅｄ）
１．２煤焦油主要加工产品的性质及用途 １．２．１煤焦油馏分
关键词：煤焦油，分离，两塔式，一塔式，流程模拟
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｔｈｅｒｅ
ａｒｅ
ｍｏｒｅ ｔｈａｎ
ｔｅｎ
ｔｈｏｕｓａｎｄｓ
ｔｏ
ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏａｌ
ｔａｒ．Ｍａｎｙ
ｍｏｎｏｃａｓｅ
ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｈａｒｍｏｎｉｚｅ ｅａｃｈ ｏｔｈｅｒ
ｔｏ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｅ
ｆｏｒｍ ｌＯＷ ｅｕｔｅｃｔｉｃ ｍｉｘｔｕｒｅ．Ｔｈａｔ ｍａｋｅｓ ｉｔ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ
（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）
学位论文作者签名：
王支茂
导师签名：
签字日期：２Ｄ０１年６月ｆ３日
签字日期：７年６月，；日
第一章文献综述
第一文献综述
１．１煤焦油的性质和组成
１．１．１煤焦油的性质
煤焦油是煤炭干馏时生成的具有刺激性臭味的黑色或黑褐色粘稠状液体，简 称焦油…。煤焦油按干馏温度可分为低温煤焦油、中温煤焦油和高温煤焦油，在 焦炭生产中得到的煤焦油属于高温煤焦油。它是粗煤气冷却过程中冷凝、分离出 来的焦炉煤气净化产品之一。煤焦油是一种高芳香度的碳氢化合物的复杂混合 物，绝大部分为带侧链或不带测链的多环、稠环化合物和含氧、硫、氮的杂环化 合物，并含有少量脂肪烃、环烷烃和不饱和烃，还夹带有煤尘、焦尘和热解炭瞳３。 刚回收的煤焦油还含有５％左右的溶有多种无机盐和其他杂质的水分。由于有颗 粒极细的热解炭的存在，水分往往和油形成稳定的乳化液。煤焦油的绝大多数组 分熔点较高，但由于大量单体化合物互相融解而形成低共溶混合物，使煤焦油在 常温下仍呈液体状态。煤焦油的许多组分还组成大量多元共沸体系，给蒸馏分离 造成很大困难口１。
ｃａｉｌ
ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｆｌｏｗｓｈｅｅｔｉｎｇ
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ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
ａｎｄ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ
ｒｅａｃｈ ｔｈｅ ｐｕｒｉｔｙ
ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｐｒｏｐｏｓｉｎｇ
Ｔｈｅ
Ｃａｎ
ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔ ｃａｒｌ
ｇｕｉｄｅ ｔｈｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ｏｆ ｃｏａｌ ｔａｒ，ｉｔ
ｂｅ ｕｓｅｄ
ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｃｋａｇｅ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓ．
１．１．２煤焦油的组成
煤焦油含有１万多种化合物旧，按化学性质可分为中性的烃类、酸性的酚类 和碱性的吡啶、喹啉类化合物。目前已坚定出５００多种化合物，其含量共占煤焦 油质量的５５％，其中中性化合物１７４种，酸性化合物６３种，碱性化合物１１３种， 其余为稠环和含氧、硫的杂环化合物障１。
表卜ｌ煤焦油的主要组分含量嗍
ａｎｄ
ｓｅｐａｒａｔｅ．Ａｌｔｈｏｕｇｈ ｇｒｅａｔ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｍａｄｅ ｉｎ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｈｅ
ｃｏａｌ ｔａｒ，ｔｈｅ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌ
ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ
ａｒｅ ｆａｒ，ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ
表卜４萘油馏分的质量控制指标
Ｔａｂｌｅ １－４ Ｔｈｅ
Ｑｕｌｄｔｙ
Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｎｏｒｍ ｏｆＮａｐｈｔｈａｌｅｎｅ Ｏｉｌ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｅ
１．２．１．４洗油馏分 洗油馏分是煤焦油蒸馏时切取的馏程为２３０＂＇３００℃的馏出物。产率为无水 煤焦油的４．５％～６．５％。主要组分有甲基萘、二甲基萘、苊、联苯、芴、喹啉、 吲哚和高沸点酚等。洗油馏分主要用于生产供吸收焦炉煤气所含的苯及其同系物 用的洗油，也可以进一步精馏切取窄馏分，以提取甲基萘、吲哚、联苯、苊、氧 芴和芴等产品。在提取喹啉类化合物和高沸点酚时，需用酸、碱洗涤。洗油用于 洗苯时要脱除其中的酚，因为酚的存在能促使洗油乳化，降低吸苯效果。
ｔａｒ
ｉｓ ａｌｍｏｓｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ａｔ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｐｕｒｉｔｙ ｂｅｔｔｅｒ
ｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｔｈｅ
ｏｎｅ
ｉｓ
ｔｈａｎ ｔｈｅ ｔｗｏ－ｃｏｌｕｎｍ
ｆｌｏｗｓｈｅｅｔ ｎｅｅｄｓ
ｃｏｕｎｔｅｒｐａｒｔ ｉｎ
ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ
ｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｔｈｅ
ｗｉｔｈ
ＰＲＯＶＩＶＩＳＩｏＮ。刑对煤焦油两塔式分离
和一塔式分离工艺进行了模拟，并对苯酚、萘、Ｑ一甲基萘、Ｂ一甲基萘、苊、芴 进行了精制，根据煤焦油组分的特点，用虚拟组分法确定煤焦油中沥青的组成， 选择合适的热力学模型，适其情况进行修改，对不符合条件的参数进行了回归和 修正，模拟计算结果与现场数据相比较完全符合误差范围，且满足工艺流程的要 求。 通过研究发现，煤焦油两塔式分离与一塔式分离在精制产品纯度方面相差不 大，都能制得纯度比较高的产品。在产品的集中度方面，一塔式明显比两塔式要 好。两塔式需要用１２个塔和２个闪蒸器，一塔式要用１１个塔和１个闪蒸器， 在生产成本方面一塔式也明显优于两塔式。 本文在对煤焦油分离精制的基础上，对原有的工艺流程进行了改进，使精制 产品的计算纯度达到了结晶产品的纯度要求，而且节能。 利用本文的研究成果，可以对煤焦油的分离精制进行指导，可以作为工艺数 据包来使用，在软件中搭建的工艺流程为流程改进提供了基础。
，
煤焦油蒸馏一般按其中所含不同组分的沸点分割成：轻油馏分（１７０℃以前）， 酚油馏分（１７０～２１０℃），萘油馏分（２１０～２３０℃），洗油馏分（２３０＂３００℃）， 一蒽油馏分（３００＂＂３３０℃），二蒽油馏分（３３０＂３６０℃）及沥青（大于３６０℃）口１。 １．２．１．１轻油馏分 轻油馏分是煤焦油蒸馏时切取的馏程为１７０℃前的馏出物。其产率为无水煤 焦油的０．４％～０．８％。主要组分为苯及其同系物哺１，并含有少量的古马隆和茚等 不饱和化合物及微量的萘。轻油馏分一般并入吸苯后的洗油（富油），或并入粗 苯中加工制取苯类产品。
表１－６一蒽油馏分的质量控制指标
Ｔａｂｌｅ １－６ Ｔｈｅ
Ｑｕｋｉｔｙ
Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｎｏｒｍ ｏｆ Ｏｎｅ－Ａｎｔｈｒａｃｅｎｅ Ｏｉｌ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｅ
１．２．１．６二蒽油馏分 二蒽油馏分是煤焦油蒸馏时切取的馏程为３３０－－－３６０。Ｃ的馏出物。其产率为 无水煤焦油的４％－－－１０ ｏ／ｏ，主要组分有苯基萘、荧葸、芘、苯基芴等。二蒽油馏 分主要用于配制生产炭黑的原料油或筑路沥青等，也可作为提取荧蒽和芘等化工 产品的原料。
书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中
作了明确的说明并表示了谢意。
学位论文作者签名ｉ
王立忒
签字日期：
２００７年
ｆ月１３日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解苤鲞盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。
特授权苤洼盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检
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表１－５洗油馏分的质量控制指标
Ｔａｂｌｅ １－５ Ｔｈｅ Ｑｕｋｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｎｏｒｍ ｏｆＡｂｓｏｒｂｅｒ Ｏｉｌ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｅ
第一章文献综述
１．２．１．５一蒽油馏分 一蒽油馏分是煤焦油蒸馏时切取的馏程为３００～－３３０＂Ｃ的馏分。产率为无水 煤焦油的１４％＂－２０％。主要组分有蒽、菲、咔唑和芘等。一葸油馏分是分离制 取粗葸的原料，也可直接配制生产炭黑的原料油。
表１－２轻油馏分的质量控制指标
Ｔａｂｌｅ １－２
Ｔｈｅ Ｑｕｋｉｔｙ
０．８８－～０．９
Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｎｏｒｍ ｏｆＬｉｇｈｔ Ｏｉｌ Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｅ
密度（２０℃）／ｇ・ｃｒｎ＂３ 酚含量／％
初馏点／＇Ｃ １８０。前馏出量，％
＞９５ ＞９０
＜５
１．２．１．２酚油馏分 酚油馏分是煤焦油蒸馏时切取的馏程为１７０－－一２１０＂Ｃ的馏出物。其产率为无水 煤焦油的１．４％～２．３％。煤焦油中的酚４０％－－－５０％集中在这段馏分中。其他主
液抽提苯酚精馏固体处理聚合物普通闪蒸模型闪蒸阀压缩机膨胀机泵管线混合器分离器精馏模型insideoutsurechemdist算法两三相精馏四个初值估算器电解质反应精馏和间歇精馏简捷模型液一液抽提填料塔的设计和核算塔板的设计和核算热虹吸再沸器换热器模型管壳式简单式和lng换热器区域分析加热冷却曲线第二章课题研究的理论基础表21prouwithprovivisiontm软件模型续表table21thesoftwaremodelofpro11withprovivisiontmcontinued软件模型说明反应器模型转化和平衡反应活塞流反应器连续搅拌罐式反应器在线fortran反应动力学吉布斯自由能最小变换和甲烷化反应器沸腾釜式反应器profimatics重整和加氢器模型界面间歇反应器聚合物模型连续搅拌釜反应器活塞流反应器擦膜式蒸发器固体模型晶器溶解器逆流倾析器离心分离器旋转过滤器干燥器固体分离器旋风分离器4pro11provivisiontm软件组分数据库包括2000多个纯组分数据库以dippr为基础的库固体性质1900多组分种类电解质库非库组分虚拟组分和性质化验描述用户库根据结构确定性质多个化验混合用于聚合物的vankrevelen方法混合物数据包括用于3000多个vle二元作用在线二元参数300多个lle二元作用在线二元参数2200种在线共沸混合物用于参数估算专用数据包等
ＫＥＹ
ＷＯＲＤＳ：ｃｏａｌ ｔａｒ，ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｏｎｅ—ｃｏｌｕｍｎ，ｔｗｏ－ｃｏｌｕｍｎ，ｆｌｏｗｓｈｅｅｔｉｎｇ
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表
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