酚油成分分析及其分离的研究.docx
《酚油成分分析及其分离的研究.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.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
酚油成分分析及其分离的研究
2014届本科毕业论文（设计）
论文题目：
酚油成分分析
及其分离的研究
学院：
化学化工学院
专业班级：
化工12-4班
************************
指导教师：
王帅（副教授）
答辩日期：
2014年5月17日
新疆师范大学教务处
酚油成分分析及其分离的研究
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
化合物名称
在焦油中的
质量分数/%
化合物名称
在焦油中的
质量分数/%
碳氢化合物
2-甲基吡啶
0.02
苯
0.12-0.15
喹啉
0.18-0.30
甲苯
0.18-0.25
异喹啉
0.1
二甲苯
0.08-0.12
2-甲基喹啉
0.1
茚
0.25-0.3
菲啶
0.1
苯的高沸点同系物
0.8-0.9
7,8-苯并喹啉
0.2
四氢化茚
0.2-0.3
2,3-苯并喹啉
0.2
萘
8-12
吲哚
0.1-0.2
1-甲基萘
0.8-1.2
咔唑
0.9-2.0
2-甲基萘
1.0-1.8
吖啶
0.1-0.6
联苯
0.2-0.4
含氧化合物
二甲基萘
1.0-1.2
苯酚
0.2-0.5
苊
1.2-2.5
邻甲酚
0.2
芴
1.0-2.0
间甲酚
0.4
蒽
0.5-1.8
对甲酚
0.2
菲
4-6
二甲酚
0.3-0.5
甲基菲
0.9-1.1
高级酚
0.75-0.95
荧蒽
1.8-2.5
苯并呋喃
0.04
芘
1.2-2.0
二苯并呋喃
0.5-1.3
苯并芴
1.0-1.1
含硫化合物
含氮化合物
硫茚
0.3-0.4
吡啶
0.03
硫芴
0.4
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
组分
（重量/%）
焦化温度（℃）
800
900
1025
1100
苯酚
1.35
0.66
0.56
0.36
邻甲苯酚
0.84
0.19
0.24
0.31
间、对甲酚
2.02
1.48
0.54
0.82
间、对二甲酚
0.92
0.93
0.29
0.35
邻二甲酚
0.16
0.11
0.18
0.20
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
酚油中酚类化合物
产品及用途
苯酚
双酚A,酚醛树脂，己内酰胺
间甲酚
杀虫剂，除草剂，彩色胶片，增塑剂
对甲酚
制造防老剂264和橡胶防老剂
邻甲酚
合成染料，香料，树脂，农药，抗氧剂
2,6-二甲酚
生产2,6-二甲苯胺和聚苯醚（PPO）
2,3,6-三甲酚
合成2,3,5-三甲基醌（维E）
邻异丙基酚
叶蝉散中间体
2,6-二异丙基酚
叶蝉散中间体，麻醉剂双异酚
邻仲丁基酚
杀虫剂中间体，新型阻聚剂
邻苯二酚
合成黄连素，残杀威，烯酰吗啉
甲基对苯二酚
特种材料中间体
呋喃酚
杀虫剂中间体
间苯二酚
除草剂环己烯酮类中间体
异丙酚
麻醉剂
百里酚
防腐剂，漱口水中的配料
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
试剂名称
纯度等级
生产厂家
酚油
-
阜康永鑫煤化有限公司
甲苯
分析纯
天津永晟精细化工有限公司
2.1.2实验仪器
表2-2实验仪器
仪器名称
型号
生产厂家
恒温加热磁力搅拌器
CL-2
郑州长城工贸有限公司
磁子
/
郑州长城工贸有限公司
分析天平
AL204
上海菁海仪器有限公司
电热鼓风干燥箱
101-2AB
上海-恒科学仪器有限公司
循环水真空泵
SHB-Ⅲ
郑州长城工贸有限公司
气相色谱-质谱联用仪
Agilent7890/5975C
美国Agilent公司
刺型分馏柱
19
上海天波仪器厂
平底烧瓶
150ml
上海天波仪器厂
直形冷凝管
19
上海天波仪器厂
三叉燕尾管
19*3
上海天波仪器厂
圆底烧瓶
50ml（3个）
上海天波仪器厂
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=—————×100%
W总
式中：
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
升温速率（℃/min）
温度（℃）
保留时间（min）
-
50
5
4
110
5
4
170
0
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
RT
名称
含量/%
RT
名称
含量/%
5.8464
乙苯
3.88
12.6860
二氢化茚
33.99
6.1424
对二甲苯
5.57
12.9970
茚
7.02
6.9978
邻二甲苯
1.70
13.5636
2-甲基苯酚
0.49
8.2310
甲基已基苯
0.29
13.6525
1-乙基-3,5-二甲基苯
1.01
8.3087
2,4-二甲基吡啶
1.04
14.0191
3-甲基苯甲腈
0.86
9.7086
1-乙基-2-甲基苯
3.55
14.4080
3-甲基苯胺
1.18
9.9863
邻三甲苯
2.57
14.6968
1-甲基二氢茚
1.70
10.3529
苯胺
0.49
15.1634
7-甲基氧茚
1.47
10.6196
苯甲腈
2.25
15.3634
2-甲基氧茚
5.74
10.8862
2,4,6-三甲基吡啶
0.47
16.7188
2,3-二氢-4-甲基茚
1.82
10.9862
间三甲苯
3.12
17.1299
2,3-二氢-5-甲基茚
3.77
11.0862
氧茚
4.63
18.3519
萘
8.05
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
RT
名称
含量/%
RT
名称
含量/%
5.8758
乙苯
4.03
13.9303
茚
7.41
6.1535
对二甲苯
6.14
14.7746
1-乙基-3,5-二甲基苯
1.27
7.0534
邻二甲苯
1.90
16.0523
1-甲基二氢茚
1.75
10.0641
1-乙基-2-甲基苯
3.68
16.63
7-甲基氧茚
1.56
10.3752
邻三甲苯
2.81
16.8855
2-甲基氧茚
5.95
11.1306
苯甲腈
2.39
18.5853
2,3-二氢-4-甲基茚
1.78
11.5417
间三甲苯
4.38
19.0963
1-甲基丙烯基苯
3.13
11.6528
氧茚
5.02
20.6294
萘
8.94
13.5304
二氢化茚
37.87
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%。
其中以二氢化茚含量最高为33.99%。
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
酚油常压精馏一次（63.8g）
酚油常压精馏二次（63.3g）
M`/g
W/%
T/℃
M`/g
W/%
T/℃
8.9529
14.03
108-142
7.3006
11.53
108-142
4.0081
6.28
144-146
6.7675
10.69
144-148
6.0588
9.5
144-86
3.4679
5.48
146-84
剩余量/g
43.9976
（68.96%）
损失量/g
0.7826
（1.23%）
剩余量/g
44.9083
（70.95%）
损失量/g
0.8600
（1.35%）
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
酚油减压第一次（35.1409）
酚油减压第二次（35.8246）
M/g
W/%
T/℃
M/g
W/%
T/℃
16.2681
46.29
78-86
16.336
45.6
76-88
5.9805
17.02
88-90
6.1435
17.15
90-100
9.4510
26.47
92-110
10.0470
25.77
102-108
损失/g
0.9073
（2.58%）
残液/g
2.5345
（3.97%）
损失/g
0.5871
（1.64%）
残液/g
3.8853
（6.14%）
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
名称
编号
M/g
W/%
T/℃
1号
10.2603
30.63
38-76
2号
14.7857
44.14
78-90
3号
5.0756
15.15
92-108
合计
29.3237
89.92
/
剩余残液/g
1.3349（3.99%）
损失/g
2.0435（6.10%）
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
酚油中主要成分
38℃-76℃馏分含量/%
富集率/%
RT
名称
总含量/%
5.8758
乙苯
3.88
10.33
266.24%
6.1535
对二甲苯
5.57
17.02
305.57%
9.7197
1-乙基-2-甲基苯
3.55
9.66
272.11%
9.9975
邻三甲苯
2.57
5.81
226.07%
11.097
氧茚
4.63
5.47
118.14%
12.708
二氢化茚
33.99
27.30
80.32%
13.019
茚
7.20
/
/
15.375
2-甲基氧茚
5.74
0.44
7.67%
18.363
萘
8.05
0.20
2.48%
共计
75.18
76.23
101.40%
表3-738℃~76℃馏分中主要成分
名称
含量/%
W总/%
W`/%
采出率/%
乙苯
10.33
3.88
3.16
81.44
对二甲苯
17.02
5.57
5.21
93.54
邻二甲苯
5.94
1.82
1.82
99.45
2,4二甲基吡啶
3.50
1.09
1.07
98.17
1-乙基-2-甲基苯
9.66
3.55
2.96
83.38
邻三甲苯
5.81
2.57
1.78
69.26
间三甲苯
5.58
3.12
1.71
54.81
氧茚
5.47
4.63
1.68
36.29
二氢化茚
27.30
33.99
8.36
24.60
合计
90.60
60.22
27.75
/
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
酚油中主要成分
78℃-90℃馏分含量/%
富集率/%
RT
名称
总含量/%
5.8758
乙苯
3.88
/
/
6.1535
对二甲苯
5.57
/
/
9.7197
1-乙基-2-甲基苯
3.55
2.41
67.88
9.9975
邻三甲苯
2.57
4.96
192.86
11.097
氧茚
4.63
5.98
129.25
12.708
二氢化茚
33.99
46.64
137.22
13.019
茚
7.2
10.26
142.48
15.375
2-甲基氧茚
5.74
5.11
89.02
18.363
萘
8.05
2.35
29.19
共计
75.18
77.71
103.36
表3-978℃~90℃馏分中主要成分
名称
含量/%
W总/%
W`/%
采出率/%
1-乙基-2-甲基苯
2.39
3.55
1.05
29.58
邻三甲苯
2.41
2.57
1.06
41.25
苯甲腈
3.25
2.25
1.43
63.56
间三甲苯
4.96
3.12
2.19
70.19
氧茚
5.98
4.63
2.64
57.02
二氢化茚
46.64
33.59
20.59
61.30
茚
10.
升级会员 