【摘要】：隨著人類社會(huì)發(fā)展對(duì)能源需求的不斷增加、常規(guī)石油資源的不斷消耗,各國已開始將注意力轉(zhuǎn)向非常規(guī)石油資源,如重油、油砂、油頁巖等。采用溶劑萃取法分離油砂具有普適性強(qiáng)、操作溫度低、萃取率高、溶劑可回收等優(yōu)點(diǎn),添加助劑如水、離子液體等輔助溶劑萃取更可以進(jìn)一步提升油砂萃取效果。然而,該技術(shù)目前仍存在一些問題,如溶劑的高揮發(fā)性、溶劑回收能耗大、溶劑殘留量和細(xì)砂夾帶量較大等,限制了進(jìn)一步商業(yè)化應(yīng)用。因此,設(shè)計(jì)和開發(fā)新型綠色溶劑和助劑,使二者有機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)清潔分離,是目前油砂分離領(lǐng)域的重要研究方向。親水性可逆溶劑是一類高沸點(diǎn)低揮發(fā)性溶劑,具有親疏水性質(zhì)可調(diào)的優(yōu)點(diǎn),因而在萃取領(lǐng)域備受關(guān)注�？赡嫒軇┓謩e作為溶劑和助劑均在油砂萃取方面展現(xiàn)了良好的分離能力,但缺乏可以將可逆溶劑的雙重作用有機(jī)結(jié)合起來的工藝。本文合成了一種新型可逆溶劑N,N,N′,N′-四乙基-1,3-丙二胺(簡(jiǎn)稱TEPDA),建立了TEPDA-水復(fù)合萃取工藝,實(shí)現(xiàn)了油砂分離中溶劑和助劑的雙重作用。通過表征手段對(duì)合成溶劑TEPDA的結(jié)構(gòu)和可逆性質(zhì)進(jìn)行了驗(yàn)證,確定了TEPDA為一種新型二胺鏈狀結(jié)構(gòu)的親水性可逆溶劑。通過理論計(jì)算,分析了TEPDA在水中存在三種狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。通過模擬軟件,預(yù)測(cè)了TEPDA的毒理學(xué)性質(zhì),表明該溶劑較傳統(tǒng)可逆溶劑更具優(yōu)勢(shì)。在以上研究的基礎(chǔ)上,本文建立了油砂分離的TEPDA-水復(fù)合萃取工藝,研究了水的用量、溶劑用量等因素對(duì)瀝青萃取率的影響。研究表明,當(dāng)采用油砂:TEPDA:水=1:2:0.6(g/mL/mL),萃取溫度為25°C,時(shí)間為30min時(shí),瀝青一次回收率可達(dá)90%,二次回收率達(dá)96%;采用通氣輔助加熱法可以實(shí)現(xiàn)TEPDA與瀝青的分離、TEPDA的回收,回收后的TEPDA可進(jìn)行多次循環(huán)使用,不影響萃取效果。同時(shí),該復(fù)合萃取工藝可提高萃取后產(chǎn)物的品質(zhì),使瀝青中的細(xì)砂夾帶量和殘砂中的溶劑殘留量降低。為探究萃取過程的作用機(jī)理,本文通過Zeta電位、水滴滲透實(shí)驗(yàn)、QCM-D、界面張力等表征手段分別研究了可逆溶劑與固體、瀝青之間的相互作用。TEPDA在萃取中表現(xiàn)為溶劑和助劑雙重作用,大部分TEPDA以疏水的非離子態(tài)起到軟化和溶解瀝青油的作用,降低瀝青的黏度。少量的TEPDA以離子態(tài)存在于水相中,起到類似表面活性劑的作用。當(dāng)與稀釋的瀝青接觸時(shí)累積在油水界面處,降低了油水界面張力,使得固體表面更加親水,從而促進(jìn)油固分離。因此,本文所建立的新型可逆溶劑TEPDA-水復(fù)合萃取工藝可實(shí)現(xiàn)油砂瀝青的高效分離,為非常規(guī)石油資源的開采提供了新的指導(dǎo)思路。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ413;TE624
【圖文】：

的世界油砂儲(chǔ)量（約 400Gt）是常規(guī)石油資源的兩倍瑞拉、印度尼西亞、俄羅斯、中國等國家[4-6]。在我其中可開采資源量約為 22.6 億噸[7]。-20%的瀝青，1-5%的水和 80-85%的砂粒組成，外觀圖 1-1 所示[8]。其中，瀝青的黏度一般高于 1×10砂常以團(tuán)聚的固體塊狀形式存在，這也加大了對(duì)油砂青組成復(fù)雜，為便于分析，通常根據(jù)極性的不同將瀝、芳香份、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)[1]。其中，飽和份的極性最烴組成；芳香份極性比飽和份高，多為單環(huán)或多環(huán)環(huán)芳烴；而瀝青質(zhì)的組成最為復(fù)雜，在四組份中極是指能溶解于甲苯溶劑但不溶于相對(duì)分子質(zhì)量較低烷）的組分[8,10]。瀝青四組份中還包含一些酸性活性組分往往能和堿等相互作用而生成表面活性成分，瀝青分離效果[1, 11]。

第 1 章 文獻(xiàn)綜述性油砂和親油性油砂均適用，而不局限于特定類型的油砂；過程無水參與，不會(huì)產(chǎn)生萃取后的大量廢水，節(jié)約水資源；萃取過程在室溫下進(jìn)行，操作溫度低；瀝青油萃取率較高；所用萃取溶劑可循環(huán)使用[6,44]。因此，溶劑萃取法也被認(rèn)為是最有可能取代水洗法而工業(yè)化的一項(xiàng)技術(shù)。

天津大學(xué)碩士學(xué)位論文耗較高。與以上兩種結(jié)構(gòu)相比，叔胺易于合成、正向和逆向過程速度適中、過程能耗較低，因此叔胺結(jié)構(gòu)是研究最多的一種親水性可逆溶劑，其結(jié)構(gòu)一單胺型包括鏈狀、脂肪環(huán)類和苯環(huán)類等，常見結(jié)構(gòu)如圖 1-6 所示[56,58,59]。在結(jié)構(gòu)中，N,N 二甲基環(huán)己胺（簡(jiǎn)稱：DMCHA）被認(rèn)為是性質(zhì)最佳的一種親可逆溶劑而被廣泛研究[56, 58, 60-62]。

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本文編號(hào)：2806432