【摘要】：道路建設(shè)與國民經(jīng)濟的增長和人民生活水平的提高密切相關(guān)。煤瀝青(Coal tar pitch,CTP)作為筑路材料,不僅能潤濕碎石混合料,使其黏附在一起,而且使用該混合料鋪設(shè)的路面耐油、耐腐蝕、路面摩擦系數(shù)大;另外,與石油瀝青相比,國內(nèi)CTP儲量豐富、價格低廉,經(jīng)濟效益更明顯。但由于CTP中含有大量毒性多環(huán)芳烴(PAHs),對人體和環(huán)境造成危害,因此需要對其毒性組分進行脫除,以滿足環(huán)境標準的要求。本文采用常、減壓蒸餾的方法對CTP進行處理,以達到脫除CTP中毒性多環(huán)芳烴的目的。首先使用Aspen Plus軟件模擬蒸餾過程,說明試驗的可行性和蒸餾的預(yù)期效果;然后通過常、減壓蒸餾試驗考察美國環(huán)保署(EPA)優(yōu)先監(jiān)控的16種PAHs的脫除效果,并對蒸餾工藝條件進行優(yōu)化,同時,對煤瀝青及蒸餾殘渣的基本性質(zhì)、水可溶物和毒性當量進行測定、分析和比較;最后通過元素分析、GC-MS、FT-IR、XRD和TG/DTG等表征手段,對蒸餾殘渣進行組分和結(jié)構(gòu)表征,探究蒸餾過程中煤瀝青發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)和結(jié)構(gòu)變化。得到以下相關(guān)結(jié)論:(1)煤瀝青(JYCTP)中PAHs的富集使用溶劑提取法,根據(jù)“相似相溶”的原則選擇甲苯作為提取溶劑,平均提取率為76.13%;從提取物的GC色譜圖中可讀取14種目標PAHs,其中,未發(fā)現(xiàn)2環(huán)的苊烯,苯并[b]熒蒽和苯并[k]熒蒽的色譜峰重合;每克煤瀝青中16種目標PAHs含量為119.88mg。(2)Aspen Plus軟件蒸餾模擬中,蒸餾樣品通過虛擬和真實組分結(jié)合的方法來表征,蒸餾單元操作選擇Separators中的Flash 2模塊,物性方法選擇NRTL-RK模型。由于蒸餾試驗實際過程中存在餾分損失和化學(xué)反應(yīng),因此實驗結(jié)果比模擬結(jié)果略低。(3)JYCTP的常、減壓蒸餾試驗結(jié)果表明,隨著蒸餾溫度的升高,餾分收率增大。餾分中目標PAHs種類增多、含量增大,約在435℃以后,2~3環(huán)的PAHs含量基本保持不變,4~5環(huán)的PAHs約在405℃時才開始蒸出。殘渣收率隨溫度的升高逐漸降低,其中目標PAHs含量也降低,2~3環(huán)的PAHs在435℃以后的蒸餾殘渣中完全檢測不到。與常壓蒸餾相比,減壓蒸餾對PAHs的脫除效果較好;當蒸餾溫度為425℃時,減壓殘渣中目標PAHs的總脫除率可達49.82%。(4)蒸餾殘渣檢測結(jié)果表明,蒸餾溫度越高,蒸餾殘渣的甲苯不溶物含量和結(jié)焦值越高;殘渣軟化點升高,減壓殘渣的軟化點在405℃前高于常壓殘渣,405℃之后低于常壓殘渣;殘渣抽提率降低,相同溫度下,減壓殘渣的抽提率大于常壓殘渣,而且其差值隨溫度升高逐漸增大;另外,常、減壓蒸餾殘渣的當量毒性降低明顯,425℃時,降低率均在40%左右;而且,殘渣水可溶物中的PAHs含量均明顯降低,其中,減壓殘渣降低較大,425℃時的殘渣水可溶物中基本檢測不到目標PAHs。(5)使用元素分析、GC-MS、FT-IR、XRD和TG/DTG對蒸餾殘渣進行組分和結(jié)構(gòu)的表征,結(jié)果表明,蒸餾殘渣C/H比升高,芳香度升高,蒸餾殘渣溶劑提取物中4~6環(huán)芳烴的種類數(shù)較多,6環(huán)芳烴的相對含量較高,多出的物質(zhì)主要是由低環(huán)物質(zhì)縮合和甲基取代得來的;蒸餾殘渣的芳香骨架結(jié)構(gòu)和芳環(huán)取代特征峰的強度均有所增加;其芳香環(huán)層間距(d002)減小,芳香環(huán)層片數(shù)Me增大,堆砌高度Lc增大,芳香環(huán)層片直徑則是先減小,再增大;而且,減壓殘渣的以上變化均小于常壓殘渣。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ522.65

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳曦;劉剛;牛艷霞;申峻;李瑞豐;杜建奎;楊志峰;徐青柏;;路用煤瀝青中多環(huán)芳烴在水中浸出規(guī)律的研究[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2016年10期

2 曹絨仙;高文超;李興;魏文瓏;龐先勇;常宏宏;;煤瀝青化學(xué)結(jié)構(gòu)的研究進展[J];煤炭技術(shù);2016年05期

3 穆建青;蔡麗娜;胡國鵬;;路用改性煤瀝青的研究進展[J];山西交通科技;2016年01期

4 柴韻杰;蘇蕾;曹青;董亞威;靳利娥;;對3-CNB改性煤瀝青制備半焦和針狀焦性質(zhì)研究[J];高�；瘜W(xué)工程學(xué)報;2015年06期

5 林淑萍;徐浩;羅詩淵;馬志超;林起浪;;新型瀝青基高比表面積活性炭的制備及性能[J];化工新型材料;2015年12期

6 高麗娟;徐妍;趙雪飛;吳紅運;;凈化改質(zhì)煤瀝青的結(jié)構(gòu)表征[J];炭素技術(shù);2015年04期

7 樊亮;魏建明;胡家波;;青川天然瀝青的組成及其瀝青質(zhì)結(jié)構(gòu)參數(shù)研究[J];公路交通技術(shù);2015年02期

8 宋健偉;李其祥;王紅亮;王智勇;伍林;;脫除煤瀝青中3,4-苯并芘及其機理研究[J];化學(xué)與生物工程;2014年10期

9 孫昱;廖志遠;蘇龍;曾鵬;;溶劑效應(yīng)對脫除煤瀝青中3,4-苯并芘的影響[J];化工進展;2014年08期

10 高天秀;;煤瀝青應(yīng)用研究綜述[J];淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報;2014年03期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 陳曦;煤瀝青中毒性多環(huán)芳烴含量的分析檢測[D];太原理工大學(xué);2016年

2 張?zhí)A峰;化學(xué)交聯(lián)改性降低煤瀝青中毒性多環(huán)芳烴含量的研究[D];太原理工大學(xué);2016年

3 張可浩;基于流程模擬的常壓蒸餾過程操作優(yōu)化[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

4 楊俊強;煤焦油蒸餾分離過程的模擬與優(yōu)化研究[D];遼寧科技大學(xué);2014年

5 趙普;煤瀝青與石油瀝青調(diào)配道路瀝青的路用性能研究[D];太原科技大學(xué);2012年

6 張花;芳烴抽提及精餾裝置的流程模擬研究[D];華東理工大學(xué);2012年

7 余文鳳;煤系針狀焦的制備及其電化學(xué)性能評價[D];華東理工大學(xué);2012年

8 張程;基于ASPENPLUS的常減壓裝置過程模擬與換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[D];中國石油大學(xué);2011年

9 丁雯婧;常減壓裝置詳細模擬分析及用能優(yōu)化[D];中國石油大學(xué);2011年

10 趙世貴;磁場作用下煤系針狀焦的制備及其性能研究[D];太原理工大學(xué);2010年

，

本文編號：2514733