低温分离工艺

低温分离工艺（精选六篇）

低温分离工艺 篇1

1 实验方案

1.1 原材料

用“万能压力机和颚式破碎机”将龄期两年的混凝土试块破碎成粒径不大于26 mm的物料, 测得破碎料的颗粒级配如表1所示。

1.2 试验方法

本试验用以验证“加热”和“机械整形”对破碎后废弃混凝土颗粒级配的影响, 同时根据加热温度和机械整形时间来确定最佳组合方式作为本文的分离工艺。1) 将破碎后的废弃混凝土物料在马弗炉里以40℃/min匀速加热至500℃, 并恒温保持20 min以保证物料内外无温差, 待恒温完成后拿出物料恢复至常温后测物料的颗粒级配;2) 用水泥试验磨粉磨热处理后的废弃混凝土物料, 测得颗粒整形前后级配变化;3) 为确定最佳的“热处理温度”, 同时保证分离出再生骨料的原有性能, 将天然石子分别加热至200℃, 300℃和500℃, 按JGJ 52-2006普通混凝土用砂、石质量及检测方法标准测其压碎指标, 并与常温下的压碎指标进行比较, 从而得到分离工艺的加热温度;4) 为确定机械整形时间, 选取一定量热处理后的废弃混凝土物料, 分别粉磨3 min, 5 min和8 min后进行颗粒级配比较, 从而确定水泥试验磨粉磨效率与时间的关系;5) 对比“直接破碎得到的粗骨料”、经低温加热颗粒整形处理的“再生粗骨料”和“天然粗骨料”的性能差异。

2 实验结果及分析

2.1 加热对废弃混凝土分离的影响

图1为废弃料热处理前后的实物图, 从图1中可看出, 加热后的废弃料粗骨料部分颜色变浅, 且硬化水泥石与骨料界面明显, 说明加热过程中集料与硬化水泥石的界面发生了物理化学变化。由文献[5]可知:水泥混凝土作为一种非均质体系的材料, 其中水泥石和集料具有不同的热膨胀系数, 在热处理过程中发生了剧烈的物理和化学变化, 而水泥石与集料不协调的热膨胀对混凝土力学性能和耐久性起决定性作用, 因此混凝土组成相的热相容性成为其分离的主要环节。

2.2 加热—颗粒整形对废弃混凝土分离的影响

将“未处理”与“加热500℃”后得到的再生骨料颗粒级配进行比较发现无明显的差异 (见图2) , 只是9.5 mm~19 mm颗粒减少, 1.18 mm以下颗粒略微增加, 说明“加热”能够降低粗骨料与硬化水泥石的分离, 但这种单纯的物理方式无法将骨料与硬化水泥石分离, 同时采用震击式标准振动筛筛分时, 发现这种水平圆周运动无法实现骨料与硬化水泥石的分离, 需要采用高速旋转设备使骨料表面的硬化水泥石做离心运动或采用表面摩擦的机器才能达到分离的效果, 从而提高分离效率。韩冰等[6]对废旧混凝土不同处理工艺制备的再生砂进行了研究, 实验结果表明:经“颗粒整形”的简单破碎再生砂性能均有所改善, 基本符合建筑用砂的标准, 并可作为配制低强度混凝土的细集料, 因此本文对热处理后的废弃料进行颗粒整形。图2中“加热500℃—颗粒整形”后得到的再生骨料颗粒级配与未处理有明显的差别, 其中2.36 mm~19 mm颗粒降低近50%, 1.18 mm以下颗粒提高约21倍, 说明“加热—颗粒整形”这种叠加的分离方式能够较好的分离骨料与硬化水泥石。

2.3 热处理对骨料强度的影响

图3为天然骨料经马弗炉加热到300℃, 400℃和500℃下压碎指标的柱形比较图, 从图3中可看出:当温度达到500℃后压碎指标显著增加, 而热处理300℃相比常温下仅增长了0.5%, 说明“低温加热”仍损伤骨料, 但已接近常温下压碎值, 猜想热处理200℃或250℃后压碎指标损失已是微乎其微, 而此时压碎指标对再生混凝土的强度影响已不起决定性作用。马新伟等[7]对“碎石”分解温度进行研究, 结果表明在550℃~900℃区域内, 随温度升高骨料逐渐分解。水中和等[8]对水泥混凝土材料热膨胀性能研究表明:石英在550℃~600℃内发生晶型转变, 且严重破坏粗集料的结构, 导致混凝土失去承重能力, 所以“加热—颗粒整形”工艺中温度的选取是重中之重, 它不仅仅是节能环保的问题, 更重要的是分离出的再生粗骨料其应用范围的问题。

2.4 低温加热—颗粒整形对废弃混凝土分离的影响

硬化的水泥石主要由水泥水化产物组成, 其中Ca (OH) 2和AFt在加热到500℃的过程中脱水, 产生质量损失, 而Ca (OH) 2正是骨料与硬化水泥石的粘结界面, 加热刚好破坏其结构层, 使界面的粘结应力有所降低, 有利于骨料与水泥石的分离, 而从混凝土组成相的热膨胀系数来看, 500℃时水泥石与石灰石差值最大, 那么在加热到500℃的过程中, 石灰石扩张, 而水泥石不断收缩, 二者的界面就会在热膨胀应力的作用下变得疏松且易剥落, 同时骨料与硬化水泥石间的ITZ界面中自由水和吸附水失去、AFt分解、Ca (OH) 2脱水等[9,10], 降低了界面的粘结应力。这样在加热的过程中, 热膨胀应力与粘结应力共同作用, 使骨料与硬化水泥石的界面出现新裂缝, 并使原有裂缝进一步扩张, 如若加之颗粒整形工艺, 就会较容易将骨料与水泥石分离。

图4为相同机械整形时间下、不同温度的颗粒级配图, 从图4中可看出同质量和同级配的废弃物料经200℃, 250℃, 300℃和500℃加热粉磨后颗粒级配曲线接近。当加热到200℃时仅仅有普通吸附水蒸发和AFt分解, 相对500℃下Ca (OH) 2的脱水而言, 界面的粘结应力降低很小, 说明加热使得骨料与硬化水泥石分离的层间剪切力主要来源于“热膨胀应力”, 但是加热对界面的破坏力和热膨胀力各自的比例分配尚且无法得到, 有待继续研究发现。图5反映了同质量和同级配的废弃物料经200℃加热后, 在不同机械整形时间下颗粒级配曲线的变化, 可证实整形时间与分离效率成正比, 且整形时间不会影响分离出再生粗骨料的压碎指标, 考虑节省能源等因素, 因此选取200℃和机械整形3 min作为最佳组合方式, 以下简称为“低温加热—颗粒整形”工艺。

从表2中可看出再生骨料的密度和孔隙率均与天然石子接近, 而压碎指标和吸水率却有明显的差异, 特别是吸水率 (其值近天然骨料9倍之多) , 这也是再生骨料不能得到广泛利用的主要原因。但与直接破碎得到的骨料相比, 再生骨料的吸水率、压碎值和表观密度等重要指标都得到进一步提高, 充分说明经“低温加热—颗粒整形”工艺处理得到的再生粗骨料, 不但没有损伤其强度, 反而有所提高。

表3列出了混凝土用再生骨料 (GB/T 25177-2010) 的性能, 从表2和表3的性能对比来看, 表观密度和针、片状颗粒含量均满足Ⅰ类骨料的要求, 且远大于其值, 这主要是再生粗骨料经“低温加热—颗粒整形”后其表面硬化水泥石减少的原因, 而针、片状颗粒含量超过标准9倍则由多年来我国成熟的破碎工艺得来。虽然在吸水率和压碎指标上仅满足于Ⅱ类再生骨料, 但相比直接破碎得到的再生料而言, 吸水率已从Ⅱ类骨料提升至近Ⅰ类的要求, 且压碎指标也与Ⅰ类接近, 充分说明经“低温加热—颗粒整形”工艺分离得到的再生粗骨料性能得到提高。图6为“低温加热—颗粒整形”工艺分离得到的再生骨料和再生细粉实物图。

3 结语

1) 单纯“加热”只能降低废弃物料中大颗粒的质量百分比, 而单纯“机械整形”只能提高小颗粒的质量百分比, 只有选择“加热—颗粒整形”叠加方式才可较容易分离骨料与硬化水泥石, 且对骨料品质影响很小。2) 本文首次提出“低温加热—颗粒整形”工艺对废弃混凝土进行简单预处理。分离技术主要利用骨料与硬化水泥石热膨胀系数的差异, 无需掺入任何介质, 对骨料具有强化的作用, 且工艺简单。3) 经“低温加热—颗粒整形”工艺分离出的再生粗骨料吸水率降至4.8%, 表观密度和堆积密度均满足碎石标准, 相比直接破碎得到的骨料各项物理指标都有所提高, 证明了本文分离工艺的可行性。

摘要：以国内外废弃混凝土分离工艺为基础, 同时从节能和环保的角度出发, 提出了“低温加热—颗粒整形”分离工艺, 并测试了再生粗骨料的物理指标, 实验结果表明:低温预处理可较容易分离骨料与硬化水泥石, 且对再生料损伤小。

关键词：废弃混凝土,低温分离,热膨胀应力

参考文献

[1]陆凯安.我国建筑垃圾的现状与综合利用[J].建材工业信息, 2005 (6) :15-16.

[2]雷静果, 张日华.废弃混凝土分离及应用研究[J].新型建筑材料, 2012 (6) :56-58.

[3]肖建庄, 孙振平, 李佳彬, 等.废弃混凝土破碎及再生工艺研究[J].建筑技术, 2005, 36 (2) :141-144.

[4]何永佳, 胡曙光, 吕林女, 等.一种废弃混凝土组分分离的方法:中国专利, 200610019242.0[P].2006.

[5]中国硅酸盐学会水泥分会水泥化学专业委员会.第9届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议论文汇编 (上下册) [C].2005.

[6]韩冰, 孙同春, 李秋义.不同工艺制备的混凝土再生砂的性能研究[J].中国建材, 2006 (8) :85-87.

[7]马新伟.废弃混凝土生产再生骨料和再生水泥的方法:中国专利, 200710144945[P].2008.

[8]水中和, 潘智生, 朱文琪, 等.再生集料混凝土的微观结构特征[J].武汉理工大学学报, 2003, 25 (12) :99-102.

[9]水中和, 万惠文.老混凝土中骨料—水泥界面过渡区 (ITZ) (Ⅰ) :元素与化合物在ITZ的富集现象[J].武汉理工大学学报, 2002, 24 (4) :21-23.

丙烷脱氢制丙烯低温分离工艺分析 篇2

（中国石化集团宁波工程有限公司，浙江宁波315103）

摘要：为确立丙烷脱氢制丙烯工艺中低温分离单元的最佳制冷流程，采用PRo／Ⅱ8．2化工流程模拟软件，对低温

分离单元进行模拟计算，考察了温度和压力对低温分离效果的影响，分析并确立了最佳分离温度和压力范围；在分

离效果相同的前提下，分别比较了丙烯＋乙烯级联制冷、丙烯预冷＋混合制冷和丙烯预冷＋富氢气膨胀制冷3种制冷流程的公用工程消耗以及各自的优缺点。结果表明：产品压缩机出口压力对分离效果影响较小。在确保下游

装置能够正常操作的情况下，分离压力应尽可能低；分离温度是影响分离效果的主要因素，较为经济的分离温度为一90一一100℃；相对于其他2种流程，丙烯＋乙烯级联制冷流程具有技术成熟、能耗低和操作简单等优点，更适合于丙烷脱氢制丙烯＿1＝艺。

关键词：丙烯；丙烷脱氢；低温分离中图分类号：TQ

2ll；rIE08

文献标识码：A

文章编号：1005鹕54（2011）cr7舢3彤

AnalysisoflowtemperaturerecoVeryuIlitiIlpropane

JIA

dehydrogenationtopropyleneprocess

（Sinopec

Ak渤疆ct：’rbdetenIline

Ningbotlle

Zhao－出蛐，GAoHai．ji蚰

Engin∞ringCo．，nd．，Ningbo315103，功eji肌gProvi眦e，Cllina）

refhger砒ingmetllodf打low

L1Runit

dehyd嘴nation

of

o―maltempemtu肥r优overy（L1rR）IlIIit

in

pmp舡地

to

pmpylene

p眦嘲，tlle8imul枷。璐of

Ont｝IepmIni∞of

w啪pe而咖edby

tIIe

tempemtu他舳dp弛鹋u弛佣∞pamtione＆ctionwe地蛐alysed．，舳d

o州mal哪6锄tempe呲吡e蚰d

f如tor矗）r吐屺眈p眦ti∞胡＆曲n

tlIe

PRo／Ⅱ8．2．－11leiIlnue肿髓

tI地8蛐e8epmtione任＆tion，tIIeutilityc（m鲫mp6伽玛衄d

featu嘲ofpmpyle鹏＋etIIyleneca8cade耐hger撕on，pmpyleI地p陀－cooled＋MixedRe衔ge啪￡Cycle（MRC）

p陀8sⅢ呛rangeswe陀accluired．

墒gemti蚰蚰dpmpylenep弛－c00led＋hydmgen―exp觚8ion确gemti∞we他compdred．Ther憾tIlt8how8tIIm

tlledi∞h呻萨pre褐u飑ofCh盯ge

m

G鹏Comp托8∞r（CGC）i8

signific蛐t

i11fluence

not

tlle

import锄t

of

uIIit，buttlIetemper砒眦℃h∞tlle

on

tlIe眙p哪tion

r∞ult，肌d

tempemtumi8f南m一9to一100℃．ComparedwitlltIIeotlIer

h吣确ge瑚血ngmetllod8，pmpylene＋ethyle眦

and∞syopemliTIg，

econ砌c8ep日枷佣

ca靶ade叫矗ge枷onh聃肿madV舳tagessuch鹊Iligll弛liabil畸，lowe眦Egyco啮um面onetc．，的tllismetlIodi8mo陀sui讪lef．orpmp明edehydmgenationtopmpyleneproce够．

Keywords：pmpylene；propanedehydrogen砒ion；law

temperatu陀嗽overy

目前已工业化的丙烷脱氢工艺均由反应、产品压缩、低温分离、产品精制等几个部分组成，其中压缩和低温分离系统是保证下游产品分离单元正常操作和产品质量的关键环节，也是本装置的主要耗能单元，“三机”（产品压缩机、丙烯制冷机及乙烯制冷

丙烷脱氢制丙烯技术是在异丁烷脱氢制异丁烯

的基础上发展而来的，作为―肿工业化生产工艺已

有近20年的历史，但由于历史上丙烷原料的价格高、丙烯产品低廉，加上此类装置投资较高，使其应

用受到限制。近些年来，随着丙烯需求的不断增长

以及丙烷脱氢工艺技术的发展带来投资成本和操作费用的降低，使得丙烷脱氢制丙烯技术有着更为广阔的市场前景。

收稿日期：20l

I旬l?13

机）能耗约占总耗能的70％qO％。因此，本文将

重点分析低温分离系统，并比较压力、温度以及制冷方式等因素对分离系统的影响。

作奢简介：贾兆年（1964一），男。高级工程师．主要从事化工设计l高海见．通讯联系人，电话：（0574）盯974771．E－叫Iil：鼬j．∞∽＠?in?

op∞－c锄o

?94?

化学工程2011年第39卷第7期

l工艺流程

度越低越有利于烃类分离，低温分离排放气中的丙烷和丙烯夹带量越少，氢气的纯度越高。为达到较为理想的分离效果，减小下游产品精馏单元的负荷，低温

典型的丙烷脱氢制丙烯流程可分为原料预处理、脱氢反应、产品压缩干燥、低温分离及产品精制（包括脱乙烷塔和脱丙烷塔）等单元，流程示意图见图l。

Ct＋

分离温度通常在一9卜一100℃。在此温度区间可

以选择的制冷方式有丙烯＋乙烯级联制冷、丙烯预冷＋混合制冷及丙烯预冷＋富氢气膨胀制冷。1．1丙烯＋乙烯级联制冷

丙烯、乙烯级联制冷是石化T业上常用的制冷方式。乙烯、丙烯分别经过各自的压缩机压缩后，再经逐级冷却冷凝，然后凝液在不同的压力下闪蒸，为低温分离冷箱提供不同温度级别的冷剂。理论上，从提高冷量利用率看，闪蒸级数越多和制冷温度级越多，冷量利用效率越高，但相应的设备投资费用相应增加，操作也越为复杂。图2为丙烯、乙烯级联制冷流程示意图，CWS，CWR分别指循环冷却水上水、回水。产品气经压缩机增压后，分别经过循环水和13℃丙烯冷却至16℃进入分子筛脱水床层，脱水后的产品气（水露点降低至一70℃以下）进入到冷箱逐步冷却至一95℃左右。在此过程中丙烯制冷分别提供13，O，一38℃的冷量，乙烯制冷则提供一65，一100℃的冷量。

富氢气至变爪吸附

液镶辚：竺！，―志

或丙烷

脯鬯岖盘豇吨孽母―卣

．匾丽荔而面

L

o．

巫匿蛩岖

t■

氢气循环

lI

燃料气＋――压玎市瓦司

―丁一

高纯氢气副产品

圈l丙烷脱氢制丙烯流程

Fig．1

聊ical

sche删IticdilI盱吼ofpmp明e

to

dehydro铲fIationpmpylene

反应器出口物料的压力通常为微正压（甚至负压），需由压缩机增压至下游产品分离所需的压力，在确定压缩机出口压力时需综合考虑制冷方式、丙

髟丙烯收率、氢气用户所需压力以及操作费用等因

素，力求找到最佳平衡点。低温分离的目的则是为了将反应物中的氢气、cH。等与轻烃最大程度地分离，尽可能多地回收丙烷、丙烯。一般，压力越高、温

圈2丙烯、乙烯级联制冷流程

Fig．2

P】m∞鹤fldwdiq辨m0f

pIDpylel舱越hylene瑚Bc8de尚群粕6∞

一级的冷剂，轻组分则继续冷凝并依次分离、节流、蒸发，为热物流提供不同温度级的冷量。

1．了丙烯预冷＋富氢气膨胀制冷

1．2丙烯预冷＋混合制冷

混合制冷工艺（MRC）最早应用于天然气液化装置，是在级联式工艺的基础上演变而来的，采用烃类混合物（如：N2，C。，C：，C，，C。，C，）作为制冷剂，代替级联式工艺中的多个纯组分体系，以优化与热物流之间的传热温差，达到提高传热效率的目的。其制冷剂组成根据原料气的组成和压力而定。丙烯预冷＋混合制冷则是在单级混合制冷工艺基础上增加了丙烯预冷回路，使得流程更为节能。图3为丙烯预冷＋混合制冷流程示意图，经冷却干燥后的产品气进人预冷冷箱，用丙烯产品气和混合制冷剂预冷至一35℃，混合冷剂中的重组分先冷凝，凝液经分离减压后作为下

低温分离工艺 篇3

关键词：低温气体渗碳 Fick第二定律 有限差分法

奥氏体不锈钢是不锈钢中最重要的钢种，由于该类不锈钢具有极好的抗腐蚀性，广泛应用于化工、机械、食品、医学等行业。奥氏体不锈钢的耐蚀性（特别是耐晶间腐蚀性能）要求其含碳量很低（含碳量一般低于0.03%），因此低碳奥氏体不锈钢的表面硬度很低。而这一缺点导致奥氏体不锈钢压力容器局部易发生磨损腐蚀，进而使介质内活性阴离子破坏不锈钢表面钝化膜使其发生点蚀破坏[1]。传统表面渗碳技术必然在提高不锈钢表面硬度的同时生成Cr的碳、氮化合物，导致不锈钢耐蚀性能明显下降。本文从以下几个方面加以论证。

1 低温气体渗碳技术原理

低温气体渗碳是使C原子固溶于奥氏体基体形成一种扩张奥氏体，称为S相，S相具有非常好的机械特性与耐腐蚀性能[3，4]。过饱和的C原子溶于奥氏体会使原来的奥氏体面心立方晶格转变成面心四方晶体结构，导致它的表面硬度和耐磨性大幅度增强。但是扩张的奥氏体组织不稳定，在高温下容易分解为原来的面心立方结构并析出Cr的碳化物。通常Cr的碳化物的生成温度为550℃，所以奥氏体不锈钢的低温气体渗碳指的是在低于550℃的条件下进行渗碳处理[3]，因此经该技术强化后的不锈钢表面在大量提高表面硬度的同时不降低其优秀耐蚀性能。

2 渗碳数学模型的建立

本文模型的建立以Fick第二定律为基础，时间和空间均采用有限差分方法进行离散，计算不锈钢在发生低温渗碳时碳浓度场的分布。低温气体渗碳过程中没有碳化物生成，因此模拟该过程的数学模型主要指扩散过程的计算。计算分两步进行：第一步以Fick第二定律为基础，利用有限差分法对时间和空间进行离散，得出需要求解的渗碳模型。第二步求出模型中待定的模型参数，并对模型进行求解。

3 扩散模型中参数的求解

美国Swagelok公司渗碳后渗层厚度在25μm左右，渗碳时间在20～30小时左右，因此设空间步长Δx为1μm，时间步长Δt为10min。由材料的基体碳含量可以得出渗碳的初始条件及边界条件，需要求解的三个参数主要包括：碳的扩散系数、碳的传递系数以及气氛碳势。

4 模拟结果与讨论

通过以不同CO、H2、N2混合情况下得出的传递系数对模型进行求解，得出在三者以3：3：4比例混合时，模拟结果较为理想。以该比例混合平衡时，水蒸气与氢气的体积分数分别为16.73%、12.12%，二者的分压分别为0.1673atm，

0.1212atm，求得A=5.4467×10-10，B=0.1614，即可求出碳的传递系数为：bata=■=2.43×10-10m/s

尽管如此，但仍有一些偏差，比如表面碳浓度只有10%左右等，產生这些偏差原因有很多，比如为了计算方便，假设碳的扩散系数保持不变，实际上碳的扩散系数与奥氏体表面碳浓度及温度有关。另外碳的传递系数求解过程中假设炉内各气体成分浓度保持不变，实际上随着渗碳的进行，这些成分浓度都会发生变化等，这些都会给计算结果带来一定误差。

5 结论

①通过查阅文献及理论计算求出低温气体渗碳过程中的扩散系数DC=1.027×10-15m2s-1、传递系数bata=2.43×10-10m/s、炉气碳势Cg=11.5%（at%），为以后渗碳工艺的优化提供理论基础。

②采用有线差分法对渗碳过程中碳浓度场进行了模拟，得到碳浓度在不同时间沿渗层的分布曲线，模拟结果与试验结果相吻合。

参考文献：

[1]陆燕，姜清.奥氏体不锈钢压力容器的腐蚀与防护[J].中国特种设备安全，2006，22（9）：4-7.

[2]吴金金，张良界，潘邻，等.奥氏体不锈钢低温渗碳技术的研究现状及应用前景[J].热处理技术与装备，2009，30（4）：22-27.

煤焦油低温萃取分离条件的研究 篇4

与传统的煤焦油分离技术相比, 煤焦油低温萃取分离技术既能满足节能要求, 最重要的是除去煤焦油中的QI, 经过分离提纯能够得到众多高附加值的精细化学品, 是生产燃料、农药、医药等重要原料, 重组分是生产针状焦等负极材料和高性能筑路沥青的重要原料。

煤焦油低温萃取分离条件主要分析萃取体系、试验温度、萃取次数、沉降分离条件等。萃取溶剂的选择是萃取分离工艺的关键, 关系到分离过程的实现, 也是提高萃取分离能力和降低能耗的一条途径, 试验温度对节能降耗至关重要, 试验选择溶剂、萃取温度和次数研究, 寻求最佳萃取条件, 有效节能降耗。

1 试验

1.1 仪器和试剂

仪器:7890A/5975C型气/质谱连用仪 (GC/MS) , FID检测器;0.1mg的分析天平。

试剂:石油醚, 丙酮, 苯, 萘、喹啉、蒽、菲等 (色谱级) 。

1.2 原料分析

煤焦油轻组分相对较多, 属于中低温煤焦油, 其工业分析:密度d420为1.17, E80为1.32, TI%为5.38%, Ad为0.03, Mad为0.18。

1.3 试验方法

先用GC/MS定性分析, 称取适量萘、喹啉、蒽 (色谱级) 等配制成混合标准样品。

溶剂配比以1:2 体积比, 不同温度 (60℃、50℃、40℃) 下, 不同的萃取时间、萃取次数进行取样, 适量的样品用丙酮作为溶剂稀释, 在一定的色谱条件下进行定量分析。

2 结果与讨论

2.1 分析条件及结果

分析条件:EI源, 离子化电压70ev, 离子源温度230℃, 载气He;流速:1.0ml/min , 分流比:20:1;进样口温度:280℃ 扫描范围:50-500amu;程序升温:初始温度60℃, 停留5min升温速率3℃/min, 升至300℃, 停留20min。

化合物的鉴定按PBM法与NIST谱图库数据进行计算机检索对照, 根据置信度或相似度确定化合物的结构, 从而完成定性分析。定量分析根据仪器检测器的响应值与被测组分的含量, 在一定限定条件下成正比关系进行定量分析。

2.2 试验数据

以煤焦油中含量较高的萘相对量来进行统计比对, 每次萃取时间是1h, 每一温度下, 取样5次。

由表2-2可见, 不论在哪个温度下, 第一次萃取物质的溶解度最大, 二次萃取, 第三次萃取都明显降低, 第四次萃取意义不大, 第五次萃取没有必要再做, 首次萃取溶解最佳。最佳萃取时间30min左右。 石油醚为非极性溶剂, 根据相似相溶原理, 易于溶解烃类物质, 而且随着温度的升高, 溶解性较好, 轻组分的萃取率也较高, 但是温度越高越接近其沸点, 挥发也越快, 不利于溶解, 考虑能耗, 适宜的溶解温度应是接近沸点温度。

2.3 对照试验

萘含量:60℃760.24 g/ml, 50℃231.97 g/ml, 40℃194.27 g/ml, 60℃下喹啉、间甲酚、萘、茚、吲哚、1-甲基萘、芴、蒽、菲、芘的含量明显比在50℃、40℃下要高许多, 可采用60℃作为萃取的最佳温度。

3 结语

通过萃取温度和萃取时间试验, 首次萃取溶解度较大, 能把煤焦油中的轻组分大部分萃取出, 最佳萃取温度60℃, 温度较温和, 与传统工艺相比, 减少了高温高压操作, 能耗大大降低, 节约成本。轻组分和重组分能较好的分离, 实现轻组分作为加氢制燃料油的原料;重组分作为生产改质沥青的原料。

参考文献

低温净化冶金硅工艺 篇5

本文主要针对熔析体系选择原则进行分析，对锡、铝等金属作为熔析介质进行筛选，对于Sn-Si体系，在1500K时的硼分凝系数为0.038，小于纯硅熔点0.8。

硼的质量分数在冶金硅二次熔析净化处理时可以由15×10-6降至0.1×10-6，一般情况下，其它杂质都可以一次性去除到0.1×10-6以下。

在净化的过程中，硅与杂质生成的化合物是去除杂质的主要方法，本文主要针对金属熔析净化法作为基础的低温净化冶金硅的工艺进行分析。

关键词：低温;金属熔析净化法;太阳能级硅;冶金硅;工艺

随着光伏产业的迅猛发展，太阳能电池被称为太阳能级硅，目前太阳能电池的主要原料出现严重的不足，在冶金过程中，对太阳能级硅的这一新技术的研究是具有重要意义的。

近年来，一些太阳能电池通过试验研究出来，并开始销售，但是很多用于冶金过程的方法，如真空精炼、结渣精炼及等离子体处理的时间都比较长，且温度较高。

所以，研究一种低成本的冶金技术是大势所趋。

冶金的过程实际上是对硅进行有序净化的过程，是一步一步对杂质进行去除的过程。

因为杂质有自身的特性，没有一种方法能够去除所有的杂质，所以，不管是何种工艺，都是不同的方法组合在一起。

本文主要在低温冶金过程的基础上提出了在金属熔析净化法。

1 金属熔液系统的选择

在硅金属溶液中，固体溶解杂质如果要在低温条件下迅速的去除，首要条件是硅镁必须要熔化，通过金属熔析法能够简单的实现降硅溶解到熔融金属，主要是以为内硅镁的熔点比硅要低很多。

合金溶液在冷却以后，金属液中存在结晶硅与杂质，通过金属熔析净化方法，可以将结晶硅从金属液中分离出来。

该方法关键在于硅接近通过低温处理后得到净化硅，实现了硅镁在低温环境下节能净化，尽管很多金属在低温下会溶解硅，只有部分是针对液化的金属媒介，在这部分金属溶液的选择时，依据以下标准。

1.1 没有中间化合物生成。

如果中间化合物的培养基与硅中夹带有金属，会造成严重的影响。

除此以外，所夹带的金属也会使硅的分离更加困难，分离时也会造成严重的夹带金属损失。

1.2 在共晶点低浓度和低温度。

在共晶点，硅与金属的共结晶。

一般情况下，硅的共晶点存在于具有均匀的显微组织金属硅和二元合金系统中，很难分开，也导致硅的损失比较严重。

除此以外，如果共晶点的温度比较高，就会导致大量的硅出现溶解厨卫金属液。

所以，降低共晶点的温度是节能净化过程的必然选择。

1.3 杂质分凝系数小。

在硅和金属之间，如果硅结晶的介质中含有杂质，就会使得硅晶体和金属液之间的偏析系数重新分配，金属杂质会使纯化的过程和净化的效率提高。

1.4 硅在低温下的高溶解度。

在整个熔融的过程中，镁和硅先溶解，在低温环境下再结晶后的金属液，硅的溶解度比较高，高溶解度的硅能够使系统的处理能力变强。

1.5 硅晶体容易从金属液中分离出来。

硅和介质之间的特性是非常明显存在的.，例如密度，能使硅与介质进行分离的时候降低浪费，诸如结晶硅的粒子比较大，金属的粘度比较小等特征，能够降低在分离过程中的夹带浪费。

2 净化效率

2.1 杂质分凝系数计算。

采用这种方法时，对其净化效率其决定性因素的是硅和介质间的杂质的偏析系数，即硅结晶与熔融金属。

在这个项目的研究中，利用FactSage软件对偏析系数进行计算。

该软件的数据库给出了二元体系的热力学数据，但三元系统的数据没有给出。

在计算的过程中，三元系统是以二元体系为基础的，是在二元体系上扩展而来的。

但是，数据库中的主要数据进行分析，只有一部分元素在晶体硅中是可溶的，例如锡、钛、锌、硼、碳、氮、锗等。

也就是说，只有这部分元素的偏析系数可以直接通过该软件计算得到。

2.2 杂质之间中间化合物的生成。

在对冶金硅进行净化的过程中，硅在低温凝固的过程中降低其凝固点，使杂质偏聚于临界结晶点。

凝固的方式是单相的，杂质会沿着凝固方向的一侧偏析，这种方法就是分离的方法。

在凝固过程中，在硅的结晶点如果不能形成化合物，或者只可能在晶界处形成化合物，主要是由于杂质含量高、凝固点过低影响的。

但是，随着金属熔融过程中金属液中硅的结晶，液体中会留下杂质，按照分离系数，如果金属液的流动性比较好，对杂质的转移是有利的。

因为大部分杂质在硅形成的化合物中，溶解的温度也比较低，在合金中能够冷却去除。

2.3 金属熔析法净化效率。

通过试验显示，Sn金属熔硅在去除金属杂质的效率方面显得尤为突出，特别是对Ni、Cu、V等金属杂质的去除效率上达到99.9%，杂质残留的质量分数小于0.1×10-6，在杂质中Fe和Al通常是含量比较高的杂质，去除效率可以达到99%，对Cr、Mn及Ti等金属杂质采取二次除尘后，去除的效率可以达到99.9%。

但是，在金属熔析中，真正关心的是硼和磷的去除效率。

根据去除效果显示，如果硼的去除效率达到85%，那么在二次除尘以后，去除的效率可以达到99.9%，硼的质量分数从15.4×10-6降低到低于0.1×10-6，对于磷而言，熔融处理的去除效率达到60%，进行二次除尘后，去除效率可以达到80%。

3 结束语

金属熔析净化法的采用实现了节能的目的，本文主要针对低温冶金过程中金属熔析净化法工艺的运用进行简单的分析。

参考文献：

[1]蔡靖，陈朝，罗学涛.高纯冶金硅除硼的研究进展[J].材料导报，(23).

[2]罗绮雯，陈红雨，唐明成.冶金法提纯太阳能级硅材料的研究进展[J].中国有色冶金，(1).

[3]王博，孙艳辉，陈红雨，林涛.冶金法制备太阳能级多晶硅的热力学研究进展[J].轻金属 ，(2).

[4]汤培平，徐敏，王宝璐，李竟菲，陈云霞，朱丽，刘宏宇.冶金法制备太阳能硅过程的湿法提纯研究[J]-精细化工， 2009(8).

低温甲醇洗工艺原理与工艺任务分析 篇6

随着国家节能减排战略方针的提出, 这一技术显得尤为突出。目前工业上脱除CO2和H2S的方法最多, 研究的也最多。气体净化过程中使用最多的操作是吸收, 吸收包括物理吸收、化学吸收和物理化学吸收三大类。

1 低温甲醇洗工艺原理及过程

1.1 低温甲醇洗工艺原理

低温甲醇洗是指甲醇在一定压力和低温条件下, 把变换气中所含的酸性气体如H2S、CO2和COS等脱除, 而酸性气体经过解吸、气提等手段由甲醇溶液中释放出来, 再进行下一步利用的工艺过程。低温甲醇洗工艺过程中甲醇与酸性气体之间不发生任何的化学反应, 属物理吸收的范畴。物理吸收涉及的主要理论基础是亨利定律, 其表达式是:

P=KX

式中:P为操作压力;K为亨利系数;X为溶质的分子分数。

由上面表达式可知:X值随P值的增大而增大, X值表示溶解在溶剂中的溶质的分子分数;当相关的溶质、溶剂改变时, 公式中使用的K值大小也相应改变。由于极性分子溶剂对极性分子溶质的吸收能力更强, 因此甲醇洗工艺中作为极性分子的溶剂甲醇对同样是极性分子的溶质H2S、CO2等的吸收能力就远远高于对非极性分子N2、H2、Ar、CO等的吸收。也就是说:溶剂甲醇对溶质H2S、CO2和溶剂甲醇对溶质N2、H2、Ai、CO等的K值是不同的。

依据亨利定律我们可以得出, 甲醇吸收的过程中, 随着压力的升高和温度的降低, 单位溶剂吸收溶质的量随之增大, 因此, 在吸收时, 应保持高压、低温。但由于在高压、低温条件下, 气体为真实气体, 故而不完全遵循亨利定律, 即必须对亨利定律进行适当的修正。

当吸收了溶质的溶剂进行解吸时:根据亨利定律压力愈低、温度愈高, 则对于溶质的解吸愈有利, 在温度等于溶剂的沸点时, 溶质在溶剂中的溶解量即为零。因此可通过减压、气提和加热三种手段进行解吸, 具体解吸的方法介绍如下:

(1) 减压解吸法, 即吸收了溶质的溶剂, 可通过节流和降低系统的总压 (甚至到负压) , 实现溶质的解吸。

(2) 气提解吸法, 即往溶剂中注入惰性气体, 降低溶质分压, 最终使溶质解吸。

(3) 加热解吸法, 即通过输入外部的热量来加热溶剂一直达到沸腾状态, 使溶解在溶剂中的溶质充分解吸出来。

1.2 低温甲醇洗工艺过程

(1) 原料气的预冷以及对CO2、H2S等气体的吸收

低温甲醇洗工序的原料气是5.5MPa (G) 、40℃的混合气体, 此混合气体经过变换后进入甲醇洗工序。在进入甲醇洗工序前需要向原料气中喷入少量来自甲醇再生塔的甲醇, 以避免原料气中的水分在预冷过程中结冰而堵塞管道。原料气与循环气 (含硫富甲醇闪蒸罐和无硫富甲醇闪蒸罐的混合气) 混合, 然后经过进料冷却器与尾气、CO2产品气及合成气进行换热, 达到降温的目的, 再进入进料气甲醇/水分离罐。由甲醇/水分离罐分离出其中的冷凝液, 其中的气体进入CO2吸收塔的脱硫段进入甲醇洗过程, 分离出的冷凝液被送入甲醇水分离塔中。

(2) 富甲醇的膨胀

原料气中除吸收了CO2、H2S和COS外, 其它如H2及其它某些气体总会溶解到CO2吸收塔的两股富甲醇中。这些H:是制造合成氨的原料, 因此必须回收。需要对这两股富甲醇进行预冷后减压膨胀, 才能对这部分的H2进行回收。无硫甲醇是由脱碳段底部流出的富甲醇, 因其不含H2S和COS等硫化物而得名。无硫甲醇先要与合成气在无硫甲醇冷却器中进行换热, 然后由无硫甲醇氨冷器进行冷却, 再减压后进入无硫富甲醇闪蒸罐中闪蒸, 解吸出部分气体。

含硫富甲醇是由脱硫段底部流出的富甲醇, 因其含有H2S和COS而得名。含硫富甲醇先与CO2产品气 (来自CO2解吸塔) 在含硫甲醇冷却器中进行换热, 再与从循环甲醇闪蒸罐底部流出的甲醇在含硫甲醇第二换热器中实施换热降温, 降温后减压, 最后在含硫富甲醇闪蒸罐中进行闪蒸, 解吸出部分气体。

从无硫富甲醇闪蒸罐流出的解吸气体, 进入含硫富甲醇闪蒸罐的顶部, 与此处的解吸气体混合后, 通过循环气压缩机加压, 再经冷却器冷却最后导入进料气中。

(3) 产品CO2气

从无硫富甲醇闪蒸罐中出来的无硫甲醇经减压后, 进入CO2解吸塔顶部并解吸, 产生的解吸气体即为CO2产品气。解吸后的无硫甲醇分成两部分, 其中一部分作为吸收剂, 吸收CO2解吸塔上升气流中含有的硫化物, 从而得到无硫的CO2产品气, 另一部分导入HZS浓缩塔, 用于吸收H2S浓缩塔上升气流中含有的硫化物, 从而使H2S浓缩塔顶部尾气中的H2S含量达到要求。

(4) H2S的浓缩

来自CO2解吸塔上段底部的富甲醇经减压后导入H2S浓缩塔的中段位置, 此富甲醇与来自塔顶的甲醇混合后至H2S浓缩塔的上段底部, 再由H2S浓缩塔上塔出料泵加压抽出, 进入第三贫甲醇冷却器中与再生后的贫甲醇换热, 然后进入循环甲醇冷却器中与从吸收塔中抽出的甲醇换热, 其温度将升高, 溶解于甲醇中的CO2等气体将被解吸出来, 进入循环甲醇闪蒸罐闪蒸, 分离气液两相。气相导入CO2解吸塔的下段并经升气板送至产品塔上段, 脱硫后, 成为一部分CO2产品气;将液相减压后送至浓缩塔下段上部, 在此段内通入氮气, 使CO2气提解吸, 从而获得浓缩的H2S。

(5) 热区:甲醇再生

甲醇再生塔进料泵对来自H2S浓缩塔下段的釜液进行加压, 通过第二贫甲醇冷却器和第一贫甲醇冷却器实施加热然后导入甲醇再生塔。来自甲醇再生塔底部的甲醇蒸气以及甲醇/水分离塔的甲醇蒸气加热上段富甲醇, 并使其达到沸腾状态, 使甲醇中所溶的CO2、H2S和COS全部解吸, 获得贫甲醇。解吸出来的气体和多余的甲醇蒸气一并上升至塔顶。

(6) 排放甲醇收集系统

低温甲醇洗工艺流程中所有需要排放的甲醇先由污甲醇地下罐收集, 然后使用地下槽污水泵送到甲醇罐区的甲醇贮罐中。

(7) 甲醇贮存系统

低温甲醇洗流程中所用的新鲜甲醇均来自于界区外的甲醇储罐中, 在低温甲醇洗工序停车和检修期间, 流程中的甲醇均需送回至甲醇储罐。

(8) 氨冷冻系统

氨冷冻机作为低温甲醇洗系统的冷源。氨冷冻机送出压缩冷凝后的液氨, 液氨在工艺流程中各氨冷器内使用后送回至氨冷冻机中。

2 低温甲醇洗净化工艺任务

2.1 原料气的净化

用冷甲醇吸收原料气中的CO2、H2S及COS等不需要的气体, 达到净化标准, 为下一步工序做好准备。

2.2 副产品的回收

在净化过程中只有N2、H2是合成氨所必需的组成原料, CO2气体是必须要脱除的, 但由于CO2量比较大并且又是生产很多化工产品的重要原料, 直接大量排出还会造成温室效应, 因此, 必须对其进行回收, 以满足生产的需要;另外还要对H2S等含硫化合物进行回收, 以达到规定的要求。

2.3 保护环境

由于在净化过程中要不断向外界排放废气和废水, 这些废气和废水的量是很大的, 它们含有污染环境的某些物质, 直接排放将污染环境, 因此, 必须达到环保要求再排放。

3 结束语

国内目前有相当多的大型煤制甲醇—二甲醚、煤制合成氨等生产装置, 均选用了低温甲醇洗工艺, 显示出该工艺在国内广阔的应用前景及巨大的市场空间。

摘要：低温甲醇洗属于气体净化方法的一种, 是指将各种杂质从气体中脱除, 从而得到满足要求之气体的过程。由于气体净化过程中产生很多对环境有害的气体以及某些可作为生产原料的气体, 因此工业气体的净化和回收技术成为当今制造业的关键技术。

关键词：低温甲醇洗,气体净化,物理吸收,化学吸收,硫化物,反应速率

参考文献

[1]李燕.低温甲醇洗装置的流程模拟与开发研究[D].天津:天津大学, 2006.