工艺条件分析

工艺条件分析（共8篇）

工艺条件分析 篇1

气辅成型 (GIM) 是指在塑胶充填到型腔适当的时候注入惰性高压氮气, 气体推动融熔塑胶继续充填满型腔, 用气体保压来代替塑胶保压过程的一种注塑成型技术。作为模具生产企业和产品制造企业关注气辅成型的主要原因还在于气辅成型所拥有的许多优势。2005年以前, 中国国内存在气辅成型或者有能力进行气辅成型的企业非常少, 其主要原因还在于气体发生装置设备的短板。早先依赖进口设备, 比如日系的进口设备体积小重量轻, 移动灵活, 调整精度高, 氮气压缩的纯度能达到90%以上。随着中国模具行业的发展, 特别是广东深圳地区模具企业日新月异的变化, 一些国内企业也开始对氮气发生装置进行了研发升级, 从最原始的固定压力供气到后期的可通过调整供气压力时间曲率来进行调整的方式, 大大提高了这些装置的实用性。

气辅成型优势很多, 但被各企业看中的主要原因还在于在保证产品外观尺寸质量的同时, 又能够减少实体产品的自身重量。网上很多数据表明气辅成型最大能减少产品30%的重量, 当然这个比较趋于理论化, 从实际生产的角度理性的生产分析应为7%~15%。作为模具的研发当然提高了模具制造的技术难度和模具制造成本, 但从产品的角度分析, 一个塑胶制品其最大的生产成本往往是塑胶原材料的价格决定, 减少10%的产品质量无疑成为减少材料成本10%, 这里的成本优势我想作为企业肯定能够看的到。那么气辅成型是不是所有产品都可以进行使用呢?答案当然是否定的。使用气体辅助成型技术需要对产品及模具进行整体分析, 有许多使用条件的限制。本文就简单从材料、产品、模具、软件、硬件设备等几个方面表达一下个人对气辅成型部分工艺条件的分析。

1 材料选择

从技术条件来看首先是材料性能的要求。当成型射胶部分基本完成但保压部分还未进行时, 此时由于靠近型腔及型芯壁的胶体冷却较快开始凝固, 但中心区域温度仍然很高有足够的流动性, 这使得气体辅助成为可能。所以从材料选择上看, 冷却速度适中的塑胶比较适合, 冷却过快会造型气道狭窄, 而冷却过慢也会对气道的均匀性造成影响, 甚至可能由于气压过大之后破坏产品外观。比如PC/ABS这一类的塑胶材料, 成型温度在245℃~260℃之间, 流动性也相对不错, 气辅效果较为明显。

2 壁厚

第2个影响的条件是产品的基本壁厚问题, 一般根据产品使用性能和材料特性问题, 传统的注塑工艺都会给材料一个比较适合的基本壁厚。比如PP材料类型的一般赋予2 mm左右的壁厚, ABS系列的材料一般2.5~3 mm左右, 而作为流动性较差的PC材料, 一般其基本壁厚可以放到3 mm以上, 过低的壁厚会造成因冷却过快而材料注塑工艺范围狭窄, 不利于注塑成型。但是基本壁厚过大又会引起成型后收缩明显对产品表面造成明显缩影, 这个问题其实也是气辅成型能够存在的原因之一, 壁厚越大的产品使用气辅的效果会更明显, 不仅可以减少后收缩问题, 同时还能大幅减少原材料使用。所以在这里作为气辅的条件之一, 气体填充位置产品的壁厚最好能大于4 mm以保证效果。当然具体问题还应具体分析, 特别是平板类产品气体穿透问题, 更多的需要靠模具其他的结构去进行解决。

3 溢料槽

除去材料和产品本身结构的问题以外, 模具的结构设计需要进行改变。塑胶熔融状态为液体, 比气体的压缩量要小的多。当气辅成型开始时, 整个模具腔体处于被塑胶几乎填满的状态, 此时很难控制气体填充量与气路通畅。如果填充过量气体, 造成的结果会使气体因压缩温度急剧升高, 其原理类似柴油机, 会造成后果有很多。其一高温使材料本身碳化, 并释放出难闻气味, 碳化出粉末会污染产品;其二氮气无法排开塑胶造成无法按预先设计的气道前进, 使得进气位置产品饱满, 而未进气位置产品凹陷严重, 即使通过控制射胶量对成型工艺来进行调整, 其效果也非常差。最合理的方法是在模具设计阶段在气道末端设计溢料结构, 可以使氮气填充气路通畅, 对成型工艺使用范围也是很好的支持。当然溢料槽的结构需要根据产品形状及尺寸进行设计调整, 广东的某些企业在这方面就有较多的经验, 曾经有一套汽车用后视镜模具, 广东开发时就是用了可调式溢料槽, 在成型时随时调整溢料程度来辅助成型的实施, 效果显著。

4 模拟流动分析

作为新兴的技术, 在使用之前做好充足的准备也是非常必要的。现在比较流行的模流分析软件很多, 比如MOLDFLOW软件在使用中相对比较广泛。由于气辅成型的对象产品一般壁厚都比较厚, 普通的单式和复式网格很难满足分析的要求, 使用3D网格分析能更好分析材料在注塑成型时的流动状态和填充效果, 为之后的模具制造及成型作出非常重要的前提工作。比如预先设置镶块位置进行良好模具分型面排气和溢料槽位置选取等问题, 这类软件能很好的进行事先预料, 并明确气路走向和问题。这样能够在成型时与实际产品进行比对分析, 为制定及时有效的修正方案指明了方向。

5 硬件条件

工欲善其事, 必先利其器, 良好的硬件设备是提供优良产品的必要条件。气辅成型要求的产品注塑量平稳, 每个产品的重量偏差不能超过0.5%。所以在这样的情况下, 注塑精度越高且支持气辅成型的成型机品种对产品有较大优势。在以前这样的成型机基本依赖进口, 现在国产的成型机比如宁波海天公司有许多精度较高的产品也能符合气辅成型的注塑要求了。许多注塑企业已经开始使用这些设备, 相信国产设备在以后注塑企业当中所占的比例会越来越大。

气辅成型技术是近10年才发展起来的新技术, 现在也主要运用到汽车、家电、办公用品行业等大型注塑件产品。随着模具行业的发展, 相信这项技术能越来越多的运动到其他产品领域, 造福社会。

摘要：气辅成型 (GIM) 是指在塑胶充填到型腔适当的时候注入惰性高压氮气, 气体推动融熔塑胶继续充填满型腔, 用气体保压来代替塑胶保压过程的一种注塑成型技术。

关键词：成本,使用条件,气体发生装置,溢料槽

参考文献

[1]气辅注塑成型工艺探索与市场前景[EB/O L].雅式工业专网, 2006, 11, 1.

[2]丁宏.气辅注塑成型工艺的研究与应用[D].厦门大学, 2009.

工艺条件分析 篇2

红曲霉发酵米酒工艺条件的研究

以糯米为原料,采用红曲霉液态发酵生产红曲保健米酒,单因素实验结果表明其最适工艺条件为:料水比为1:2,接种量为10%,温度为25℃,初始pH 5.0,发酵时间为8 d.研制出的红曲酒色泽鲜亮,酒香浓馥幽雅,协调悦人,集风味、色泽及口感于一体.

作 者：刘辉 张庆庆 危勤涛 舒伟刚 LIU Hui ZHANG Qing-qing WEI Qin-tao SHU Wei-gang 作者单位：安徽工程科技学院微生物发酵安徽省工程技术研究中心,安徽芜湖,241000刊 名：安徽工程科技学院学报(自然科学版)英文刊名：JOURNAL OF ANHUI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND SCIENCE(NATURAL SCIENCE)年，卷(期)：24(1)分类号：Q815关键词：红曲霉 液态发酵 米酒

工艺条件分析 篇3

结合我国国情, 现有的煤炭根据煤化程度分为以下几类:无烟煤、烟煤、褐煤, 烟煤中有贫瘦煤、瘦煤、肥煤、焦煤、1/3焦煤、气煤、气肥煤以及1/2黏煤等, 这些均是传统炼焦中广泛应用的煤种, 即所谓的炼焦煤。而在室式焦炉中得到的则是无法结焦的弱黏结煤、非黏结煤等, 这些统称为非焦煤。事实上, 捣固炼焦和型煤炼焦最多只能配入10%~20%的弱、非黏结煤, 配入量可谓是相当有限。在日本与美国等国外的钢铁公司, 为了有效应对焦煤短缺的情况, 纷纷开始着手进行非焦煤炼焦技术的研究, 以此来达到扩大配煤途径的目的。即便是在炼焦工艺及炼焦技术飞速发展的今天, 非焦煤资源同样得到了最大限度的应用。

二、影响焦炭强度的因素分析

1. 配合煤的成分和性质

焦炭中的硫分、磷分和灰分决定了炼煤的成分, 并且与炼成焦炭的强度和块度有直接关系。例如, 在配合煤中增加高挥发分、低变质程度的气煤, 会使焦炭变得细长, 块度变小;在配合煤中增加焦煤和瘦煤, 会使焦炭的收缩裂纹减少, 块度增大;配合煤中含有的矿物杂质多, 会影响焦炭的强度;配合煤的粉碎细度也会影响焦炭的强度。

2. 入炉煤水分

煤炭在入炉后水分的多少直接关系到了焦炭的强度, 对焦炭的气孔率也有一定影响。一是影响入炉煤堆密度, 水分增大, 堆密度减小;二是影响焦炉温度。入炉煤水分高不仅影响炭化室焦炭成熟时间, 而且会造成相邻炭化室炉温波动, 影响焦炭的收缩和成焦, 使视密度降低、气孔率增大。入炉煤水分一般控制在7%较为适宜。

3. 煤的粒度

为了保证煤的黏结组分和惰性组分之间适当的粒度分布, 配合煤的粉碎是十分重要的。实践证明, 最好采用先粉碎后配煤工艺。一般在固定的堆密度下, 煤粒度的降低能提高焦炭强度, 这是由于煤粒的破碎导致焦炭的黏结物质和诱发裂纹物质的分布更均匀。

4. 结焦速率

结焦速率慢, 煤粒在结焦过程中熔融良好, 生成的焦炭裂纹减少, 焦炭强度高;反之, 提高结焦速率, 生成的焦炭裂纹增加, 焦炭强度就会降低。黏结性较差的入炉煤结焦速率对焦炭强度的影响更加明显。

5. 炭化室内煤料的堆密度

堆密度对于焦炭强度也有着重要影响, 为了获得机械强度高的焦炭, 通常需要加大炭化室内的煤料堆密度, 使煤粒紧密地黏结, 获得机械强度高的焦炭。对顶装式焦炉应通过控制装平煤过程, 尽量增大堆密度。一方面装煤要快、满;另一方面, 平煤要压实、平透。这样, 既可增加入炉煤上、下部的堆密度, 又可减少炉顶泡焦量, 提高成焦率。

6. 炼焦的加热制度

影响加热制度的主要因素是加热速度和结焦末期温度。许多研究工作表明, 加快结焦速度可使胶质体的流动性增加, 焦炭比较坚固。但是, 加快结焦速度, 会使焦炭的收缩裂纹增加, 焦炭的块度变小。而提高结焦末期温度, 可以增加焦炭的耐磨性, 但会减小焦炭的块度。焦炉温度测量管理是焦炉加热控制的重要过程之一, 焦炉温度控制的好坏直接影响焦炭质量的高低。

三、炼焦工艺及用煤技术发展进步的实践

1. 干法熄焦工艺

干法熄焦主要是利用冷的惰性气体在干熄炉内和红焦直接换热, 达到冷却炭焦的目的。随着技术的日趋成熟以及设备的完善, 并且经过不断的调试及改进, 成功地解决了红焦热量回收、水资源浪费、湿熄焦污染以及炼焦煤短缺等问题, 显著改善且提高了焦炭的质量。

2. 煤调湿技术

煤调湿技术采用间接传热和烟气携湿降氧相结合的蒸汽管回转干燥技术, 在干熄焦发电后将蒸汽作为干燥热源, 同时将焦炉烟道所产生的废气引入蒸汽管回转筒干燥机, 以此作为载气和部分热源。这一工艺技术大大提高了我国炼焦工艺技术水平, 并且这一实质性的突破在节能环保的同时提高了经济效益, 更重要的是获得了良好的社会回报。

3. 脱硫脱氢制酸工艺

我国现有的煤气脱硫脱氢工艺种类尤为繁多, 比如AS法脱硫脱氢技术、HPF氨法脱硫等, 其中也不乏脱硫效率底、废液处理难、设备腐蚀等问题的存在。

四、炼焦工艺及用煤技术发展趋势

首先, 应当大力开发新煤资源, 从我国的长久发展来看, 虽然目前总的炼焦没资源尚且可以供应, 但是也存在某一煤种资源短缺的问题, 我国曾用过的诸多矿点煤目前已经逐渐枯竭, 所以急需开发新资源;其次, 要强化地方煤的管理以及应用, 煤质量的好坏直接影响着焦炭的质量, 随着我国炼焦煤质量的下滑, 这便需要进一步加大对来煤质量的监督、检查的重视程度, 同时要充分掌握来煤的质量变化情况, 这些均对保障焦炭质量稳定具有重要作用;再次, 应当完善炼焦和备煤工艺, 在积极努力探寻外部资源支持的同时, 还需要不断完善自身的工艺水平, 这是焦煤生产行业的重中之重。就当前的形势来看, 在提高焦炭质量、降低优质焦煤、肥煤用量方面, 主要是采取煤调湿、配型煤、捣固炼焦等措施。

结束语

总之, 炼焦技术是保障我国钢铁业持续长久发展的重要前提, 焦炭是高炉冶炼不能替代的原燃料, 我国的炼焦煤资源的越来越匮乏, 对我国未来炼焦产业的稳定有着深远影响, 也对我国钢铁业的整体发展形成一定阻碍。而要想改变这一现状, 除了继续优化传统工艺之外, 还应当积极寻求可代替常规工艺的非焦煤炼焦新技术, 扩大炼焦用煤资源, 为我国钢铁业的持续发展保驾护航。

摘要：随着时间的推移, 炼焦工艺随之得到大幅度提升, 通过焦炉大型化、煤调湿、捣固等技术的进步, 传统炼焦工艺经过长时间发展已经逐步成熟, 在扩展炼焦煤资源方面也产生了重大作用, 尤其是在捣固、配型煤的方式上, 目前已经被国内外予以广泛应用。焦炭的强度关系到焦炭的质量, 炼焦施工工艺是影响焦炭强度的重要因素。本文就将对炼焦工艺条件对焦炭强度的影响展开详细探讨。

关键词：炼焦工艺,因素,炼焦强度,影响

参考文献

[1]王进先, 张进.国内配型煤炼焦工艺发展概况[J].燃料与化工, 2002, 01:7-10.

[2]吴鹏飞.改善捣固炼焦焦炭质量的研究[D].河北联合大学, 2012.

工艺条件分析 篇4

响应面分析法是二十世纪中后期发展起来的优化试验条件的统计学方法,在多种工艺条件中已广泛应用[8,9]。本文选用组合酶法酶解鸡骨泥,以响应面分析法优化酶解工艺,考察不同酶解条件对产物可溶性氮含量的影响。另外,Maillard反应中的脂肪酸反应产物是挥发性风味物质的重要组成成分,本文对优化工艺条件下所得酶解产物中的脂肪酸组成进行了分析,考察反应产物的营养特性。

1 材料与方法

1.1 材料

鸡骨泥为新鲜鸡骨架破碎后研磨制得,木瓜蛋白酶、中性蛋白酶和复合风味酶购自天津诺奥科技发展有限公司,其它试剂均为分析纯。

1.2 主要仪器

凯氏定氮装置:KDN-4C上海贝特仪电设备厂;MP2201pH计:上海梅特勒-托利多仪器有限公司;磁力搅拌器:上海雷磁仪器厂;气质联用仪:美国安捷伦公司。

1.3 试验方法

1.3.1 鸡骨泥酶解液的制备

将鸡骨泥悬浮液(5%)在90℃下处理30 min,冷却后调节pH,加入不同配比的木瓜蛋白酶、中性蛋白酶和复合风味酶,分别在不同温度下进行酶解后,80℃加热灭酶活,过滤得到鸡骨泥酶解液。

1.3.2 可溶性氮含量的测定

将20%三氯乙酸溶液20 mL加入20 mL酶解液中,混合振荡,静置60 min后于400 r·min-1离心20 min,取上清液。采用凯氏定氮法测定总氮量,参照GB/T5009.5-1985。

可溶性氮质量分数(%) = 上清液中总氮量(mg)/酶解液中总氮量(mg) × 100%

1.3.3 试验设计

通过单因素试验考察酶解温度、pH和组合酶配比对可溶性氮含量的影响,确定各因素水平。采用响应面法设计试验,以酶解温度、pH和组合酶配比为自变量,可溶性氮含量为响应值。选取的水平表如表1所示。采用SAS软件处理数据。

注:* 重量比

1.3.4 脂肪酸含量的测定

采用质谱联用对以优化工艺得到的鸡骨泥酶解物中的脂肪酸进行分析。色谱条件为:色谱柱VF-5ms column ( 40 mm × 0.25 mm × 0.25 μm),载气(氦气)流量1 mL/min,进样口温度300℃,分流比为10:1;初温80℃,保持2 min,以5℃/min线性升温至200℃,再以10℃/min升温至300℃并保持10 min。质谱条件:离子阱温度220℃,传输线温度280℃,扫描范围50～500 amu。

2 结果与讨论

2.1 优化试验结果方差分析

对酶解温度、pH和组合酶配比与可溶性氮含量进行响应面分析,试验结果见表2。每个试验点重复3次,取平均值。对表中的结果进行分析得到回归方程(1)。

y=62.70333-13.7175x1+2.54x2-3.6325x3-1.125417x1x1+9.1125x1x2+13.8525x1x3-8.600417x2x2-10.1925x2x3-30.45542x3x3(1)

注:* 重量比

对方程进行方差分析,结果如表3所示。该模型的线性项、平方项和交互项水平都极显著。模型的确定系数为R2=97.11,表明该模型能够解释97.11%的可溶性氮含量的变化。从单因子看,酶解温度对可溶性氮含量的影响极显著,酶解pH和组合酶配比影响不显著。从双因子看,温度平方效应不显著,组合酶配比平方效应极显著,pH平方效应显著。以上结果说明,各因素对响应值水解度的影响不是简单的线性关系,同时,各交互项都达到显著或极显著的水平,表明反应条件对可溶性氮含量的影响比较复杂。

注:P<0.01为极显著,P<0.05为显著。

2.2 响应面直观分析及酶解工艺的优化

通过多元回归方程作响应面可以直观看出反应条件对可溶性氮含量的影响。如图1所示,当固定加酶配比为0时,随着反应温度的升高,可溶性氮含量逐渐下降。当加酶配比在0左右时,pH对可溶性氮含量的影响不显著,当加酶配比越偏离0时,pH的影响显著,两个因素有显著的交互作用。同时可以看出,反应温度和组合酶配比的交互作用极显著。通过SAS软件进一步分析得到的最佳工艺为:酶解温度56°C,pH6.2,风味酶、木瓜蛋白酶和中性蛋白酶配比3.2:1:1。

2.3 鸡骨泥酶解物中的脂肪酸分析

Maillard反应中的脂肪酸是重要的风味前体物。本文对酶解产物中的脂肪酸进行了检测和分析,结果如图2和表4所示。从表4中可以看出,脂肪酸中胆固醇所占比例较大,不饱和脂肪酸所占比例在35%左右。

3 结论

本文采用木瓜蛋白酶、复合风味酶和中性蛋白酶对鸡骨泥进行酶解,采用响应面法优化工艺,所得回归方程可以较好地预测实验结果。优化工艺条件为:酶解温度为56°C,pH为6.2,风味酶、木瓜蛋白酶和中性蛋白酶的配比为3.2:1:1。对酶解产物进行脂肪酸分析表明,除胆固醇外,不饱和脂肪酸所占比例在35%左右。

参考文献

[1]廖国洪,赵剑飞.天然香味料-风味化酵母精在肉制品中的应用[J].食品科技.2000,(5):32~33.

[2]高翔.鸡骨泥的营养价值及其食品加工技术[J].肉类加工.2005,(8):16~17.

[3]丛恕增.鸡骨泥肉的营养成份及应用[J].肉类工业.1996,(4):38~39.

[4]尹礼国.鸡骨的综合加工利用[J].肉类加工.2008,(2):8~10.

[5]赵苍碧,黄玉东,李艳辉.从牛骨中提取胶原蛋白的研究[J].哈尔滨工业大学学报,2002,18(2):118~122.

[6]晋佳路,安玉会,赵荷剑等.猪骨肽中氨基酸含量的分析[J].河南职工医学院学报,2005,17(1):7~8.

[7]赵霞,马丽珍.酶解骨蛋白的研究[J].食品科技,2003,(7):99~101.

[8]宋佳,刘建成,娄恺.利用响应面法优化L-组氨酸摇瓶发酵培养基[J].氨基酸与生物资源,2008,30(2):23~26.

甲醇合成工艺条件优化 篇5

甲醇合成采用的催化剂为KATALCO51-9。目前KATALCO51-9型催化剂在国内甲醇生产中应用较为广泛,市场占有率超过50%。因此,本研究不仅具有一定的理论意义,更具有较好的实际应用价值。

1系统简介

1.1合成系统组成

合成系统按功能主要划分为气源、反应装置、冷凝分离、分析检测等4个单元。各单元的组成如下。

(1)气源单元

CO、H2、CO2、N2、CH4等来自于前系统转化单元和变压吸附单元。

(2)反应装置

甲醇合成塔(D121、D122)。

(3)冷凝分离单元

进出口换热器(E121、E123A/B)、冷凝器(E122、E124)、气液分离器(D321、D322)、过滤器(H321A/B、H322A/B)、流量调节阀、压力调节阀、温度控制阀。

(4)分析检测单元

气体组分在线分析仪、在线热电偶、压力表、流量计等。

1.2总工艺流程

原料气CO、H2、CO2、N2、CH4等以一定的比例并配以不同量的循环弛放气经过不同的进出塔换热器后进入两合成塔,在一定温度、压力和催化剂作用下部分转化为甲醇。反应后的气体经冷凝、分离为气液两相物流。为了排掉合成反应过程中不能反应的惰性组分,合成系统必须放掉一部分弛放气。由流量计、在线分析仪测量元件,得到弛放气排放量、各组分浓度等实验数据,液相产品通过流量计分析检测单元得到所需实验数据。实验流程如图1所示。

D121—第一合成塔; D122—第二合成塔;D123—第一合成汽包; D124—第二合成汽包;E121—第一合成塔进出口换热器;E123A/B—第二合成塔进出口换热器;E122—第一合成塔冷凝器;E124—第二合成塔冷凝器;D321—第一合成塔气液分离器;D322—第二合成塔气液分离器;H321A/B—D321出口过滤器;H322A/B—D322出口过滤器;FV3503—粗甲醇流量调节阀;FV3301—合成回路压力调节阀;TV3401—第一合成塔入口温度控制阀;TV3402—第二合成塔入口温度控制阀;AI3701/3702/2201—气体组分在线分析仪;TC—合成塔入口温度控制显示表;PIC3302—合成回路压力控制显示表;FIC3503—粗甲醇流量控制显示表;J111/2—合成气压缩机;J121—合成回路循环压缩机

2测试前装置状况

试验是在装置开车轻负荷运行之后进行的,催化剂的状况及开车情况如下。

2.1催化剂的装填与还原情况

D121合成塔、D122合成塔底部分别装了ϕ6 mm瓷球和ϕ13 mm耐火球,每个塔装KATALCO51-9催化剂396桶,约重83.16 t。装填完成后,合成回路氮气充压到0.65 MPa,启动循环机,控制氮气循环量在38 500～43 000 m3/h,进行配氢、升温还原,直到合成催化剂升温还原全部结束,整个还原共计153 h。期间D121累计出水54.5桶(11 445 kg),D122累计出水56桶(约11 760 kg)。在催化剂还原期间,出口CO2间歇排放,控制出口CO2含量小于20%。还原结束后转入轻负荷运转。

2.2轻负荷运行

轻负荷运行是进入满负荷运行前的一个必须程序。催化剂活化后,初活性较高,一般高于耐热后活性30%,为防止催化剂床层超温,延长催化剂使用寿命,一般都需要经历轻负荷运行过程。另外,为保证实验结果前后的一致性,不因催化剂活性降低而影响到测试数据的可靠性,数据测试工作在催化剂耐热后,即轻负荷运行之后进行。催化剂还原结束后,系统用N2逐步升压至3.0 MPa,N2含量达到100%,催化剂床层温度达200 ℃,在较低温度情况下切入原料气,系统正式进入轻负荷运行阶段,时间约为1 d。

3试验结果与讨论

轻负荷运行之后,分别就温度、压力、进合成系统新鲜气量、氢碳比等工艺条件对甲醇合成CO、CO2、总碳转化率,粗甲醇产量,甲醇选择性以及精甲醇产量的影响进行了实验,并找出其中的规律,给出合理的解释。为了便于取点计算,以上所有转化率计算值都为总转化率,同时,安排了正交实验,就各条件对甲醇合成综合性指标(精甲醇产量)的敏感性进行分析,得出了影响程度的次序。

通常对每个工艺条件实验要求测定三到四个点,每个点的测定时间间隔至少2 h以上,这是充分考虑了某一个工艺参数调整后,系统恢复稳定需要一定的时间确定的,因此必须在系统重新稳定之后才可以测定实验数据。

3.1反应温度的影响

在(H2-CO2)/(CO+CO2)=2.25,进合成系统新鲜气量为321 850 m3/h,且两合成塔D121与D122的新鲜气比例为1∶2,合成系统压力P 7.55 MPa的条件下,考察了合成塔入口温度对KATALCO51-9催化剂甲醇合成反应性能的影响,考察结果如表1。

根据实验数据,温度对CO、CO2、总碳转化率的影响如图2所示,对粗甲醇产量的影响如图3,对选择性的影响如图4,对精甲醇产量的影响如图5。

由图2可以看出,合成塔入口温度在216～222 ℃之间,CO、总碳转化率呈增长趋势。CO2转化率呈先增加后下降趋势,在220 ℃出现最高点。

图3、4、5显示,在低温时粗甲醇产量低、选择性较差、精甲醇产量也低,以220 ℃开始,粗甲醇产量、选择性、精甲醇产量迅速增加,222 ℃达最高值。合成塔入口设计温度为230 ℃,由此可见,入口温度低于设计温度对甲醇合成有不利的影响。

合成甲醇主要化学反应为CO和H2的反应:

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CO2与H2发生以下反应:

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同时,反应过程除生成甲醇外,还伴随发生一些副反应,生成少量的烃、醇、醛、醚、酸和酯等化合物[3]。

甲醇合成主反应为强放热反应,温度升高,从热力学角度来看,降低了反应的平衡常数,使甲醇合成反应向着生成甲醇的逆方向进行,导致总碳转化率和甲醇产量下降。但从动力学角度来看,提升温度可以较大幅度提高甲醇合成过程中各反应的速率常数,因此各反应的反应速率升高,从而使相同时间内总碳转化率和甲醇产量还是升高。

另外,虽然温度升高对甲醇合成过程中正副反应速率有着等同的影响,但从图4可以看出,随着温度逐渐接近设计温度,甲醇的选择性明显提高,这对实际生产中减小甲醇精馏工段负荷、降低能耗,提高经济性非常有利。

由图5得知,该合成反应在入口温度为222 ℃时,精甲醇的产量最高。由于催化剂活性随着使用时间的增长会逐渐降低,所以目前在催化剂使用初期,催化剂活性最高,应控制在低于设计温度,如220 ℃。如若控制过高,虽然甲醇产量会增加,但由于此时催化剂活性高,会导致反应剧烈放热,引起催化剂床层过热,进而降低催化剂的使用寿命。随着催化剂使用时间的推移,活性慢慢降低,应逐渐提高合成塔入口温度,靠近设计温度,或略高于设计温度,以提高反应速率,保证甲醇的产率。如果催化剂初期就控制较高温度,等到催化剂后期则没有更多的提温空间,而不能保证甲醇的产率。

因此,实际工业生产过程反应器的操作温度要兼顾到催化剂使用的初期、中期和后期,根据反应状况,制定出合理的温度操作范围,实时调整操作温度。

3.2反应压力的影响

在(H2-CO2)/(CO+CO2)=2.25,进合成系统新鲜气量为321 850 m3/h且两合成塔D121与D122的新鲜气比例为1∶2,合成塔入口温度为222 ℃的条件下,考察了合成系统压力对KATALCO51-9催化剂甲醇合成反应性能的影响,考察结果如表2。

压力对CO、CO2、总碳转化率的影响如图6所示,对粗甲醇产量影响如图7,对选择性影响如图8,对精甲醇产量的影响如图9。

由式(1)和式(2)可知,合成甲醇反应是体积缩小的反应,压力提高,有利于反应向生成甲醇的方向进行;从动力学角度考虑,反应速率与反应物浓度的幂次方成正比[见式(4),(5)][4],压力提高,气体浓度增大,反应速率加快,这也有利于甲醇的生成。

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式中,undefined

从图6、7、9可以看出,随着压力的提高,CO转化率、CO2转化率、总碳转化率、粗甲醇以及精甲醇产量均呈上升趋势。从图8看出,甲醇选择性在合成压力7.55 MPa时最高,随后则呈下降趋势,主要原因是生成大分子副产物,如乙醇、甲醚等反应速率的增长速度更快,相对而言甲醇选择性降低。

现代甲醇合成多在7.0 MPa以上进行,压力升高,在其他工艺条件相同的情况下,必然要求合成气压缩机的输出功更大,能耗也就更高;当然,各设备的材料强度要求也会更高,初期投资相对更多。

3.3进合成系统新鲜气量的影响

在(H2-CO2)/(CO+CO2)=2.25,合成系统压力P 7.55 MPa和合成塔入口温度为222 ℃的条件下,考察了进合成系统不同的新鲜气量(两合成塔D121与D122的新鲜气比例不变,仍为1∶2)对甲醇合成反应的影响,考察结果如表3。

根据实验结果,进气量对CO、CO2、总碳转化率的影响如图10,对粗甲醇产量的影响如图11,对选择性的影响如图12,对精甲醇产量的影响如图13。

由图10可知,CO以及总碳转化率随着原料气进气量的升高而降低,这是因为随着合成系统原料气进气量的增加,气体流速增大,意味着单位反应气体与催化剂相对接触时间变短,所以CO以及总碳转化率随之降低。由于CO2在催化剂表面相对H2、CO吸附速率更快,原料气进气量的增加使更多的CO2占据了催化剂的表面,所以CO以及总碳转化率随进气量的增加呈下降趋势,而CO2的转化率呈增长趋势。

随着原料气流量的增加,精甲醇产量增加,见图13。进气量由312 000 m3/h增加到316 540 m3/h,即合成系统进气量增加1.6%,精甲醇产量增加1.9%。这是因为随着原料气进气量的增加,与单位催化剂接触的原料气增多,所以产量升高。因此,适当增加进气量有利于提高甲醇产量,但进气量的提高也会带来催化剂床层压降变大、合成气压缩机动力消耗增加等弊端。

在312 000～316 540 m3/h之间,随着进气量的增加,甲醇选择性上升,见图12。这可能是由于副反应的反应速率相对降得更快,致使甲醇选择性升高。之后随着原料气流量增加,甲醇的选择性呈下降趋势。

3.4氢碳比(H2-CO2)/(CO+CO2)的影响

在合成塔入口温度为222 ℃,进合成系统新鲜气量为321 850 m3/h,且两合成塔D121与D122的新鲜气比例为1∶2,合成系统压力P 7.55 MPa的条件下考察了氢碳比(H2-CO2)/(CO+CO2)对甲醇合成反应的影响,考察结果如表4。

氢碳比对CO、CO2、总碳转化率的影响如图14所示,对粗甲醇产量的影响如图15,对甲醇选择性的影响如图16,对精甲醇产量的影响如图17。

由图14可知,总碳转化率随氢碳比的增加而不断上升。氢碳比升高,意味着原料气中H2浓度的升高,而CO的浓度减少。从反应动力学考虑,这有利于总碳转化率的提高。

当(H2-CO2)/(CO+CO2)=2.14或2.5时,精甲醇产量都较大。氢碳比为2.14时,符合甲醇合成反应[式(1)与式(2)]要求的化学计量配比,但此时氢碳比低而不利于碳的转化反应。从图14、15、16可以看出,由于符合甲醇合成反应要求的化学计量配比,甲醇选择性较高,由于氢碳比低而不利于碳的转化,因此粗甲醇产量很小,但通过图17看出,此时的精甲醇产量很高,由此得出氢碳比为2.14时甲醇选择性提高占据主导地位,而CO、总碳转化率降低则次之,故最后表现为虽然碳转化率较低,但精甲醇产量还是很高。

当氢碳比为2.34时,精甲醇产量最小,虽然此时氢碳比的提高会导致碳转化率以及粗甲醇产量的提高,但由于此时偏离甲醇合成反应要求的化学计量配比,甲醇选择性很低,导致精甲醇产量降低,此氢碳比下甲醇选择性依然占据主导地位。

当氢碳比为2.50时,精甲醇产量又迅速增加,虽然此时氢碳比已远远偏离甲醇合成反应要求的化学计量配比而导致甲醇选择性降低,但此时氢碳比的提高会使碳转化率、粗甲醇产量迅速提高,导致精甲醇产量增加,此时氢碳比的提高使碳转化率、粗甲醇产量升高并占据主导地位。

通过图17看出,当(H2-CO2)/(CO+CO2)=2.50时,精甲醇产量最大。氢碳比控制在2.50较为合适。

氢碳比过低、过高对甲醇生产都是不利的。氢碳比过低不仅影响到甲醇产量,还会促使结炭反应的发生,影响催化剂的使用寿命;氢碳比过高,虽然甲醇产量升高,但带来的是由于甲醇选择性差导致精馏负荷增加、氢气回收负荷加大以及循环机能耗增加等不利结果。

3.5工艺条件对合成过程的敏感性分析

由上述分析可见,各工艺条件对甲醇合成均有不同程度的影响,为了找出主要影响因素,设计了三水平四因素的正交实验,实验配比如表5。

选择温度、压力、新鲜气量以及氢碳比等四因素对综合指标——精甲醇产量的影响进行了极差分析。“极差”是同一因素不同水平间的最大值与最小值的差。“极差”是衡量主要影响因素和次要影响因素的一个重要标准,“极差”越大,说明该因素对甲醇合成的影响越大;“极差”小,则说明该因素为次要因素。而且精甲醇产量指标是最大特性指标,则选使K最大的水平作为该因素的好水平。

正交实验结果和以精甲醇产量为指标对甲醇合成条件的极差分析结果见表6、7。

如表7,第一列温度因素K3>K2>K1,说明提高精甲醇产量,合成塔入口温度220 ℃水平要比218 ℃水平好,222 ℃水平还要比220 ℃水平好。同样,第二列压力因素的好水平是7.8 MPa,第三列氢碳比因素的好水平是2.5,第四列进合成系统原料气量因素的好水平是321 850 m3/h。

综合上述,最佳的组合为,温度为222 ℃,压力为7.8 MPa,氢碳比为2.5,进合成系统的原料气流量为321 850 m3/h 。由极差R确定各因素对指标的影响程度顺序。依照极差大小,各因素对精甲醇产量指标影响的大小顺序为:温度>进合成系统的原料气量>氢碳比>压力。

一般来说,当因素之间不存在交互作用时,通过计算分析得到的好条件要优于直接分析得到的好条件。如果存在交互作用,情况就比较复杂,需要配合其他方法再仔细分析,本文不考虑各因素之间的交互作用。

4结论

本研究工作得到下列主要结论。

(1)甲醇合成存在最佳的温度操作范围,温度过高或者过低不但会大幅度降低甲醇合成的转化率和产率,也会降低产物中甲醇的选择性,KATALCO51-9催化剂最佳操作温度为222 ℃。

(2)提高反应压力,有利于甲醇合成转化率和产率的提高,但甲醇选择性会有所降低。

(3)原料气流量适当增加会提高甲醇的选择性,增加精甲醇产量,但过多的提高进合成系统的原料气流量会使甲醇的选择性降低,同时也带来催化剂床层压降变大、合成气压缩机动力消耗增加等弊端。

(4)甲醇合成原料气(H2-CO2)/(CO+CO2)最佳比例为2.5。

(5)在选定的各工艺参数变化范围内,对精甲醇产量的影响因素从大到小依次为温度、进合成系统的原料气量、氢碳比、压力,最佳的工艺条件组合是温度为222 ℃,压力为7.8 MPa,氢碳比为2.5,进合成系统的原料气流量为321 850 m3/h。

参考文献

[1]张明辉.大型甲醇技术发展现状评述[J].化学工业,2007,25(10):8～12.

[2]Ipatieff V.N.,Monroe G.S..Synthesis of Methanol from Carbon Dioxide and Hydrogen over Copper-Alumina Cata-lysts.Mechanism of Reaction[J].J.Am.Chem.Soc.,1945,67(12),pp2168～2171.

[3]魏文德主编.有机化工原料大全(第二版)[M].北京:化学工业出版社,1999,804～822.

新疆油砂萃取工艺条件优化 篇6

1 实验部分①

1.1 原料及试剂

实验原料采用新疆油砂,其油砂团表面干燥,外观呈黏稠浅黑色,含水、油砂沥青、黏土的质量分数依次为0.1%,8.6%,15.7%。油砂沥青中各组分相对分子质量见表1。

异辛烷,分析纯,由天津市津东天正精细化学试剂厂生产。石油醚(馏程60~90℃),分析纯,由天津化学试剂厂生产。甲苯,分析纯,由西安化学试剂厂生产。轻质石脑油、0#柴油、120#溶剂油,均为工业级,由中国石油兰州石化公司生产。

1.2 设备及仪器

上海实验仪器厂制造的101-A型电热恒温鼓风干燥箱。瑞士梅特勒公司制造的AB 204-S型分析天平。德国IKA公司制造的HBR型电热恒温水浴。德国IKA公司制造的HV 10数显型旋转蒸发仪。菏泽大华仪器公司制造的KDM型电加热套。

1.3 实验原理及流程

利用相似相溶的原理,使油砂中的油砂沥青溶解于有机溶剂中,均质后过滤,实现固液相分离。对溶有油砂沥青的有机溶剂进行蒸馏,蒸馏出馏程较低的有机溶剂循环利用;油砂沥青的馏程较高,残留在蒸馏瓶中,通过回炼加工得到石油产品。为了加强萃取效果,采用2级萃取,对萃取分离后的砂土,进行加热蒸发,回收吸附在砂土表面的有机溶剂,循环使用。油砂萃取流程如图1所示。

1.4 分析方法

采用低温铝甑干馏法(GB/T 480—2000)测定油砂的油含量[4]。

2 结果与讨论

2.1 萃取剂的筛选

选取粒径为20目的油砂颗粒,在萃取温度为60℃,萃取剂与油砂的质量比(以下简称剂砂比)为3∶1,萃取时间为20 min,搅拌转速为200 r/min的条件下,分别选用几种不同萃取剂进行油砂萃取实验,结果见表2。

%

由表2可见,所选萃取剂对油砂均有显著地萃取效果,其中甲苯和轻质石脑油更优。但甲苯毒性较大,而轻质石脑油毒性小,价格低廉,性质稳定,回收需要的温度较低,即便残存在油砂沥青中也不会为其带来杂质。另外,轻质石脑油全馏分馏程为70~145℃,其中低馏分油挥发性强,萃取过程中溶剂损失量大,易燃易爆,而轻质石脑油中110~145℃馏分含有烷烃、单环烷烃、双环烷烃和烷基苯等,对油砂中结构复杂的石油类物质有较高的溶解性,较其全馏分的萃取效果有明显提高。因此,选择轻质石脑油中110~145℃馏分作为油砂萃取剂。

2.2 萃取条件对油砂沥青收率的影响

2.2.1 萃取温度

选取粒径为20目的油砂颗粒,在剂砂比为3∶1,萃取时间为20 min,搅拌转速为200 r/min的条件下,考察了萃取温度对油砂沥青收率的影响,结果见表3。

%

由表3可见:萃取温度对油砂沥青收率影响较大,随着萃取温度的升高,油砂沥青收率提高,这是由于升高萃取温度,油砂沥青黏度降低,流动性变好,其与油砂的结合力降低所致;但当萃取温度升高至60℃后,油砂沥青收率提高不明显。随着萃取温度升高,萃取剂挥发速率加快,损失量增多,能耗高。因此,萃取温度以60℃为宜。

2.2.2 萃取时间

选取粒径为20目的油砂颗粒,在剂砂比为3∶1,萃取温度为60℃,搅拌转速为200 r/min的条件下,考察了萃取时间对油砂沥青收率的影响,结果见图2。

由图2可见:随着萃取时间的延长,油砂沥青收率提高;当萃取时间达到20 min后,油砂沥青收率提高不明显。因此,萃取时间以20 min为宜。

2.2.3 剂砂比

选取粒径为20目的油砂颗粒,在萃取温度为60℃,萃取时间为20 min,搅拌转速为200 r/min的条件下,考察了剂砂比对油砂沥青收率的影响,结果见图3。

由图3可见:随着剂砂比的增大,油砂沥青收率提高;当剂砂比大于3∶1后,油砂沥青收率基本稳定。因此,剂砂比以3∶1为宜。

2.2.4 油砂粒径

在剂砂比为3∶1,萃取温度为60℃,萃取时间为20 min,搅拌转速为200 r/min的条件下,选取不同粒径的油砂颗粒,考察了油砂粒径对油砂沥青收率的影响,结果见图4。

由图4可见:随着油砂粒径的减小,油砂沥青收率提高;当油砂粒径小于20目后,油砂沥青收率趋于稳定。因此,油砂粒径以20目为宜。实验过程中还发现,当油砂粒径较大时,萃取后仍有部分油砂颗粒粘连在一起,造成萃取不彻底;当油砂粒径变小后,萃取后油砂处于分散状态,相互间不粘连。这是由于油砂粒径越小,其比表面积就越大,越有利于油砂与萃取剂的充分接触。

2.2.5 搅拌转速

在油砂萃取过程中,搅拌是为了加快传质过程,但搅拌的效果除了与转速有关外,还受容器形状、搅拌桨叶尺寸及形状等多种因素的影响。实验采用普通的“锚式”搅拌桨,选取粒径为20目的油砂颗粒,在剂砂比为3∶1,萃取温度为60℃,萃取时间为20 min的条件下,考察了搅拌转速对油砂沥青收率的影响,结果见图5。

由图5可见:随着搅拌转速的增大,油砂沥青收率提高;当搅拌转速大于200 r/min后,油砂沥青收率趋于稳定。因此,搅拌速率以200 r/min为宜。

2.2.6 萃取次数

选取粒径为20目的油砂颗粒,在剂砂比为3∶1,萃取温度为60℃,萃取时间为20 min,搅拌转速为200 r/min的条件下,考察了萃取次数对油砂沥青收率的影响,结果见图6。

由图6可见:随着萃取次数的增加,油砂沥青收率提高;当萃取次数多于2次后,油砂沥青收率趋于稳定。因此,萃取次数以2次为宜,此时油砂沥青的收率为95.7%。

3 结论

a.在其他萃取条件相同的情况下,分别选用石油醚、0#柴油、异辛烷、轻质石脑油(全馏分、110~145℃馏分)、甲苯、120#溶剂油作为萃取溶剂,对新疆油砂进行萃取实验。结果表明,优选轻质石脑油中110~145℃馏分作为萃取剂。

b.以轻质石脑油中110~145℃馏分为萃取剂,选取粒径为20目的油砂颗粒,在剂砂比为3∶1,萃取温度为60℃,萃取时间为20 min,搅拌转速为200 r/min的条件下,进行2级萃取,油砂沥青收率可达到95.7%。

摘要：采用不同溶剂作为萃取剂,对新疆油砂进行萃取实验,并对萃取工艺条件进行了优化。结果表明,以优选出的轻质石脑油中110~145℃馏分为萃取剂,选取粒径为20目的油砂颗粒,在剂砂比(萃取剂与油砂的质量比)为3∶1,萃取温度为60℃,萃取时间为20 min,搅拌转速为200 r/min的条件下,进行2级萃取,油砂沥青收率可达到95.7%。

关键词：油砂,萃取,萃取剂,石脑油,油砂沥青,萃取温度,萃取时间,油砂沥青收率

参考文献

[1]张士元,李文深,刘洁.我国油砂资源利用的技术进展[J].化学与黏合,2012,35(4):60-64.

[2]隋红,何琳,李鑫刚,等.一种油砂分离的方法与装置:中国,102925190 A[P].2013-02-13.

[3]陈媛媛,刘洪伟.油砂开采现状及开发技术进展[J].石油化工应用,2011,30(3):4-7.

煤焦油加氢工艺条件研究 篇7

煤液化在煤炭行业的产品制作过程中是非常重要。随着市场竞争越来越激烈, 煤炭资源的节约、合理利用已经成为煤炭行业发展的主要方向。将煤炭从固体直接液化的方法可以分为两种, 一种是直接液化, 通过压力和氢气的催化下, 煤炭可以直接通过转变成为液体燃料, 而另一种是间接液化, 通过各种催化剂将煤炭转化成为其他可燃气体的方式, 再进行液化。

煤炭直接液化成为液体燃料的条件极为苛刻, 而且对于煤种的要求非常严格。典型的煤直接液化的技术是通过400℃、150个大气压左右将合适的煤催化加氢液化, 产出的油品芳烃含量高, 硫氮等杂质需要经过后续深度加氢精制才能达到目前石油产品的等级。一般情况下, 一吨无水无灰煤能转化成半吨以上的液化油。煤直接液化油可生产洁净优质汽油、柴油和航空燃料。但是适合于大吨位生产的直接液化工艺目前尚没有商业化, 主要的原因是由于煤种要求特殊, 反应条件较苛刻, 大型化设备生产难度较大, 使产品成本偏高。

随着我国经济的快速发展与环境保护的要求日益提升, 煤炭液化成为液化后的副产品—煤焦油, 已经成为煤炭产品继续发展和使用的关键课题。从目前煤焦油行业的发展情况来看, 国内的煤焦化行业正处在一次重要的整合变革时期, 未来的煤焦油工业正向集中化、精细分离、深加工、新材料合成方向发展。

2 工艺流程及特点

当前煤焦油的的大分子物体——沥青隶属于高聚合物的芳烃, 无论加热或者加催化剂都不会轻易的发生加氢裂化反应, 因此使用现有技术回避大分子沥青加氢裂化反应的问题, 国内由于存在着大多数属于煤焦油加氢工艺的技术都常常使用馏分油加氢精制或加氢精制—加氢裂化工艺生产石脑油和柴油产品的工艺过程, 采用的工艺流程是:把煤焦油原料中热量远远大于500℃的重沥青甚至未到达沥青标准的重油先切割掉, 仅用小于500℃的馏分油或小于370℃馏分油作为加氢裂化或加氢精制的原料。为保证整个加氢工艺的顺利执行, 则采用固定床加氢技术, 煤焦油加氢工艺过程为:

2.1 煤焦油原料的处理和蒸馏分离技术

为了能够更好的将煤焦油原料进行常规脱水和去除机械杂质, 将处理过的煤焦油通过蒸馏的方法将杂质去除, 主要的温度为:小于260℃、260~370℃和大于370℃三个馏分。在煤焦油的温度小于260℃馏分则直接采用传统煤焦油脱酚方法进行脱酚处理, 从而获得脱酚油和粗酚, 粗酚可进一步精馏精制、精馏分离获得酚类化合物如苯酚、甲酚、二甲酚等, 也可以直接进入化工产品提纯、研制的应用当中。

2.2 煤焦油重质馏进悬加氢裂化

要进催化剂行的循环使用或者将煤焦油中大于370℃重馏分油的部分和催化剂颗粒小于100μm的粉状颗粒复合型悬浮床进行加氢催化剂, 就需要将其与硫化剂一起放在80℃~200℃的搅拌条件下充分混合均匀制得催化剂油浆。通过控制催化剂的油浆反复融合, 增加控制催化剂油浆的固体浓度在20~45%范围, 然后通过催化剂油浆与其余大部分煤焦油大于370℃重馏分油原料及悬浮床或鼓泡床加氢反应生成物经常压塔分馏后的含有催化剂的循环油 (即约五分之四的常底重油) 混和, 经原料泵升压、混氢升温后进入悬浮床 (或鼓泡床或浆态床) 加氢反应器进行加氢裂化反应, 催化剂的加入量以控制活性组分的金属与煤焦油原料质量之比为0.1:100至4:100, 反应器反应流出物经过高温分离器、低温分离器后得到液固相高低分油混合物流和富氢气体二部分。富氢气体用作循环氢。液固相高低分油混合物流经常压塔分馏后, 得到小于370℃轻馏分油, 塔底得到含有催化剂的常底重油, 其中大部分 (大约五分之四) 常底重油作为循环油直接循环到悬浮床加氢反应器内进一步进行加氢轻质化反应;其余小部分 (大约五分之一) 的常底重油采用过滤或蒸馏的方法进行固液分离, 分离后得到催化剂残渣和悬浮床加氢重馏分油, 这部分重馏分油或者直接和悬浮床的反应原料混合或者作为催化剂油浆制备的部分溶剂, 循环进入悬浮床或鼓泡床加氢反应器内进一步进行加氢轻质化反应, 脱出的催化剂外甩或再生。

2.3 轻质油的加工提取

将上述的轻质馏分油通过常规加工的方式进行提取, 然后通过悬浮床的工艺手法将加氢反应物取得小于370℃轻馏分油和蒸馏获得的煤焦油260~370℃、小于260℃脱酚油一起混合成为馏分油的原料油, 并可以通过加工生产燃料油和化工原料将其进行进一步区分。

采用本加氢工艺的特点是:煤焦油中存在大于370℃的物体将直接作为加氢裂化的原料, 通过悬浮床等加氢裂化反应器可以直接进行加氢裂化反应, 其反应生成物大于370℃的重质油部分将会直接回炉在裂化, 反复裂化之后, 确保重质油能够反应完全。目的是除去在裂化过程中生成的少量高分子聚合物和已经失活的催化剂。

3 煤焦油加工技术优点

(1) 采用非均相悬浮床或鼓泡床煤焦油加氢催化剂, 对煤焦油的大于370℃重馏分油进行加氢裂化轻质化的产品反应, 由于反应物产品已经包含了大量的催化剂, 通过进一步优质化的反应, 少量尾油进行脱除催化剂处理后在反复循环至悬浮床反应器进一步轻质化, 使得重馏分油和轻质分油得到最大量的区分。最终实现了煤焦油最大量生产出轻质油和催化剂反复利用, 不但提高了原料的利用率, 而且提升了催化剂反复利用率, 获得轻质油的产量最高, 依据数据此种方法获得的最高油收率在93%以上。

(2) 所采用的煤焦油悬浮床或鼓泡床加氢工艺的非均相固体催化剂为粉状颗粒催化剂, 在悬浮床或鼓泡床加氢裂化过程中当中, 由于粉状颗粒催化剂常常无法和焦油相互作用, 而仅悬浮杂煤焦油当中, 无法促进化学反应的进一步反应。导致了这些焦炭沉积在反应系统而影响设备的正常运行, 延长装置的开工周期。

(3) 采用传统的煤焦油脱酚方法, 对煤焦油原料中的高含酚馏分 (小于260℃馏分) 进行了提酚处理, 不仅获得高附加值的酚类化合物, 同时也降低了煤焦油轻馏分油在后续加氢处理过程中, 由于酚含量过高, 对加氢催化剂活性和床层操作稳定性的影响。

摘要：煤焦油是煤在高温干馏和气化过程中的副产品, 由于其在煤液化过程中总是产生大量的刺激性气味、生成副产品属于黑色或黑褐色粘稠状液体, 占据在整个炼焦干煤的3%-4%, 化合物主要是由O、N、S组成。煤焦油属于煤炭化的副产品, 但随着煤焦油的用途越来越广泛, 为了保障液化煤的产量, 减少煤焦油的产生率, 有必要对煤焦油的产生过程进行详细分析。本文主要详细阐述了整个煤焦油加氢工艺的流程、以及使用方法, 并从中分析煤焦油的加氢工艺的优缺点。

关键词：煤焦油,加氢工艺,煤炭

参考文献

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[2]张学萍.煤焦油延迟焦化可行性探索实验研究.抚顺烃加工技术[j], 2004, 2:31[2]张学萍.煤焦油延迟焦化可行性探索实验研究.抚顺烃加工技术[j], 2004, 2:31

[3]梁朝林, 沈本贤.延迟焦化.中国石化出版社[M].2007, 21-24[3]梁朝林, 沈本贤.延迟焦化.中国石化出版社[M].2007, 21-24

[4]许晓海.炼焦化工实用手册.北京:冶金工业出版社[M].1999, 21-24[4]许晓海.炼焦化工实用手册.北京:冶金工业出版社[M].1999, 21-24

粉煤成型及干燥工艺条件研究 篇8

1 实 验

1.1 样品

实验煤样为神府不粘煤,用高速旋转破碎机将煤样破碎至<3 mm,将沥青和腐植酸钠破碎至<1 mm。

煤样工业分析和硫含量见表1。

1.2 实验仪器及方法

本实验采用TYE-20型抗压试验机测定型煤的冷态抗压强度,型煤干燥采用烘箱(带鼓风)。将粉煤与粘结剂和水按一定比例配合,搅拌均匀,然后在压片机上压制成圆柱形型煤,型煤直径34 mm, 后度为14 mm。压制好的型煤在烘箱里干燥固结,最后由抗压试验机测定其能承受的最大压力W。根据以下公式计算出型煤的抗压强度[4,5,6]:

${\rm P}=\frac{2W}{\pi Dt}$

式中:D——型煤的直径

t——型煤的高度

P——型煤的抗压强度

2 结果与讨论

2.1 成型压力对型煤抗压强度的影响

从图1可以看出在10~25 MPa的成型压力范围内,型煤的抗压强度随着成型压力的增大而增大,而在25~35 MPa的成型压力范围内,型煤的抗压强度随着成型压力的增大而反而降低,这是由于压力太大导致型煤中的较大颗粒破碎,产生了新的表面,而原有的粘结剂太少不能将其润湿,新表面之间的粘结作用很弱,因此型煤的整体机械强度减小。所以粉煤成型时应该选取合理的成型压力,从上图可知25 MPa下型煤的抗压强度达到最大值694 N/cm2。

2.2 原料粒度对型煤抗压强度的影响

合理的粒度分布可以使粉煤成型时颗粒排列紧密,它们之间的空隙最小,从而获得高强度的型煤,而将煤料破碎太小,其消耗的生产成本太高,显然不合理。将煤料破碎至<3 mm,其粒度分布如表2所示。

通过配料使得4组煤料中,2~3 mm的大颗粒分别占0%、3%、6%、10%,将这4组煤样分别加压成型。从图2明显可以看出,2~3 mm的煤料占型煤配料的百分含量越高,所压制成的型煤的抗压强度就越低。因此,应当尽可能地减少型煤配料大颗粒煤料的含量。从表2和图2可知,将煤料直接破碎至3 mm以下,就可以制得强度较高的型煤。

2.3 粘结剂对型煤抗压强度的影响

粉煤冷压成型时,煤颗粒主要靠粘结剂的作用粘结,而不是靠煤本身的粘结性[7],因此加入粘结剂对于粉煤成型很必要。对于发热量要求较高的型煤,加入无机粘结剂会增大型煤的灰分,从而降低型煤的发热量,所以应当选用有机粘结剂。沥青和腐殖酸钠来源很广泛,是常采用的有机粘结剂。沥青的软化点为90 ℃左右,因此冷压成型时沥青起不到粘结作用,型煤只有通过干燥固结,沥青才能发挥粘结作用,使型煤机械强度提高。腐植酸钠的最佳成型温度范围为60~80 ℃[8],因此可以通过加入该温度内的热水,使其充分覆盖于煤粒表面,便于粉煤颗粒成型。

从图3可知,型煤的抗压强度随着沥青加入量的增加先增大后减小,考虑到经济成本,沥青的最佳加入量为2%。从图4可知,腐殖酸钠加入量对型煤的抗压强度影响很大,随着腐植酸钠添加量的增加型煤的抗压强度先是显著增大,而后缓慢下降,腐植酸钠的最佳添加量为5%。因此,可以采用沥青-腐植酸钠复合粘结剂。

2.4 干燥条件对型煤抗压强度的影响

由于刚压制成型的型煤强度较低,不便于运输,因此可以通过干燥固化措施,提高其机械强度。型煤在烘干过程中,随水分的蒸发,腐植酸钠水化后形成的胶体逐渐失去水分而收缩固化,将煤颗粒紧紧地粘结在一起,使型煤具有较高的强度。在干燥温度高于沥青的软化点时干燥,此时型煤中均匀分布的沥青软化,并将煤颗粒固结在一块,从而发挥粘结剂的作用。彭好义等[9]研究表明,型煤干燥的最佳含水率为2.32%,此时所得到的型煤的冷态机械强度最高。

从图5可以看出,在100 ℃的干燥温度下,型煤的抗压强度随着干燥时间的延长而增大,干燥4 h时,型煤的抗压强度已经达到677 N/cm2,此后再延长干燥时间型煤的抗压强度增加很缓慢。而在150 ℃的干燥温度下,型煤的抗压强度在干燥2 h时就达到最大值623 N/cm2。因此最佳干燥条件为100 ℃,干燥4 h。

2.5 外加水量对型煤抗压强度的影响

从图6可以看出,外加水量对型煤的抗压强度有重大影响。加水量从10%提高到12%,型煤的抗压强度提高了3倍多,当外加水量为16%时,型煤的抗压强度达到最大值737 N/cm2。而此后外加水量再增大,型煤的抗压强度不再增加。因此,最佳外加水量为16%,此时这些外加水分能够充分将煤料润湿,使得粉煤颗粒之间的摩擦力降到最低,而沥青和腐植酸钠也可以更好得分散开来从而发挥更大的粘结作用,因而所制得的型煤强度较高。

3 结 论

(1)粉煤成型的最佳工艺条件是:

成型压力25 MPa,煤料破碎至<3 mm,沥青加入2%,腐植酸钠添加5%,外加水为16%。

(2)型煤干燥的最佳工艺条件是100

℃,干燥4 h,在上述最佳成型和干燥工艺条件下制得的型煤的抗压强度达到最大值737 N/cm2。

摘要：考察了成型压力、原料粒度、粘结剂和外加水分等成型工艺条件对型煤抗压强度的影响,同时比较了两种干燥条件对其抗压强度的影响。结果表明:成型压力25 MPa,煤料破碎至<3 mm,沥青加入2%,腐植酸钠添加5%,外加水为16%,并在100℃下干燥4 h所获得型煤的抗压强度最高,达到737 N/cm2。

关键词：粉煤,型煤,抗压强度

参考文献

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