中低温煤焦油重油石油醚萃余物梯级催化反应分离

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煤焦油中存在许多重要的化工产品,对其组成进行分离、鉴定,进而加工利用对于促进国家经济的发展具有重要意义。本文以陕北中低温煤焦油重油的重质组分(P-CT,石油醚萃余物)为研究对象,采用催化反应(化学聚合)-梯级萃取-酸碱洗涤的方法获取其结构组成的信息。首先,依据P-CT的组成特点,以苯酚、混酚和萘酚为模型化合物,探究其与醛类的反应性。然后将P-CT与三种醛(37%甲醛溶液、多聚甲醛、糠醛)在均相体系中分别进行酚醛反应,考察不同醛类化合物与P-CT的反应性,并采用溶剂梯度萃取分离的方法,对所得反应产物进行初步分离。接着采用TG(热重)对各梯度下的组分进行终温300℃的挥发,再对剩余组分进行酸碱处理。最后通过PY-GC-MS(热裂解仪-气象色谱-质谱联用仪)、FT-IR(傅里叶变换红外光谱仪)、TG-FTIR(热重红外联用仪)等对各个组分进行分析表征,最大限度探明煤焦油重质组分中化合物的组成与结构。  结果表明,模型化合物与醛类化合物主要发生临对位亲核取代反应,产物具有较大的残炭量是因为酚醛反应在酚核间形成稳定性很强的亚甲基键;萘酚与醛类物质的反应活性并不高,但萘酚中的芳环参入到树脂的骨架,使得树脂的残炭率提高,为P-CT与醛类的反应提供实验基础。  反应后产物JM(P-CT与甲醛的反应产物)、DM(P-CT与多聚甲醛的反应产物)和KM(P-CT与糠醛的反应产物)中的酚类化合物的含量分别为12.17%、22.76%和32.02%,相比P-CT中的酚类化合物(50.59%)明显减少,芳烃类化合物含量均增加,这说明醛类物质可以有效脱除P-CT中的酚类化合物,从而使得芳烃得以富集。并且发现,三种醛类物质中甲醛对酚类化合物的降低效果最佳。  采用甲苯和四氢呋喃将反应产物分为甲苯可溶物(TS)、甲苯不溶四氢呋喃可溶物(TI-THFS)和四氢呋喃不溶物(THFI)。对TS组分分析发现,JM-TS(JM的甲苯可溶物)、DM-TS(DM的甲苯可溶物)和KM-TS(KM的甲苯可溶物)均以芳烃类化合物为主,其含量分别为49.12%、59.20%和53.18%,且均以含有三个苯环的芳烃为主,其次为二环和四环芳烃。  TI-THFS组分主要富集了醚类物质;THFI组分主要由含有酚羟基的稠环芳香化合物组成。对比P-CT及其各组分的热失重发现,反应后产物及其各组分的残炭量均增加,说明聚合反应有大分子物质生成,从而使得其热稳定性提高,而产物中亚甲基桥键的生成是其热稳定性增加的原因。并且发现,三种醛类化合物中糠醛与P-CT的反应产物热稳定性最大。  通过终温800℃的PY-GC-MS发现,在高沸点(≥300℃)组分中的酚类化合物除了一环烷基苯酚、两环烷基萘酚、芴酚和三环菲酚,还发现了四环芘酚和五环苯并芘酚。
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