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新型生物基溶剂设计与C5～C12烃类混合物分离的基础与应用研究

新型生物基溶剂设计与C5～C12烃类混合物分离的基础与应用研究

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作者：耿传奇北京化工大学

学位级别：硕士

目前柴油产能过剩,“减油增化”已经成为石油化工行业结构性调整的发展趋势,通过烃类混合物的分离将油品转化为优质的乙烯裂解原料生产化学品,对石油资源高效利用具有重要意义。液液萃取是一种有效的芳烃/烷烃分离方法,具有能耗低,条件... 详细信息

目前柴油产能过剩,“减油增化”已经成为石油化工行业结构性调整的发展趋势,通过烃类混合物的分离将油品转化为优质的乙烯裂解原料生产化学品,对石油资源高效利用具有重要意义。液液萃取是一种有效的芳烃/烷烃分离方法,具有能耗低,条件温和等特点,其关键是新型高效的萃取溶剂的设计开发与应用。基于萃取溶剂与烃类物质间相互作用的“极性相似相溶”原理,筛选了具有强极性、仅由碳、氢、氧三种元素组成的绿色生物基溶剂二氢左旋葡萄糖酮（Cyrene）作为新的萃取溶剂。考察了五个短碳链体系和四个长碳链体系中从烷烃中萃取分离烯烃、环烷烃和芳香烃的萃取效果,结果表明Cyrene有很好萃取能力和良好的循坏稳定性,短碳链体系中,正庚烷/甲苯的分离表现出16.15的最高选择性;对于长碳链体系,从十二烷中分离甲基萘的选择性可以达到106。Cyrene还具有优异的动力学性能,所有体系均能够在60s内达到萃取平衡。使用相互作用能、RDG分析等量子化学计算方法揭示了Cyrene萃取芳烃主要依靠的是以色散力为主的范德华力。为了进一步提升萃取效果,提出了“双对称离子液体”的萃取溶剂设计理念,设计合成了具有阴阳离子均为对称结构的[DMI][FeCl4]离子液体,该离子液体具有更大的分子极性,以及表面更为规整的静电势分布,能够弱化萃取剂分子之间的相互作用,从而强化其与芳香烃分子间的相互作用。结果表明其主要依靠以色散力为主的VDW力来强化对芳烃的相互作用。对十二烷/1-甲基萘体系选择性最高可达498.25,分配系数可达2.01,显著优于现有的工业萃取剂。采用五级错流萃取对模拟直馏柴油和加氢精制LCO体系进行了研究,[DMI][Fe Cl4]可以实现稠环芳烃的完全脱除,处理后的油品达到了优质乙烯裂解原料的标准。将[DMI][Fe Cl4]用于真实直馏柴油脱芳过程,在1:5相比下,单级萃取就可脱除39.1%的芳烃,饱和烃质量分数富集至82.4%。本文采用的生物基溶剂和双对称结构离子液体将会对油品脱芳萃取剂的设计以及萃取工艺的构建提供新的思路和理论指导。

关键词：液液萃取油品脱芳生物基溶剂双对称离子液体

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