一、化学中干馏是什么?
固体有机物在隔绝空气条件下加热分解的反应过程。干馏的结果是生成各种气体、蒸气以及固体残渣。气体与蒸气的混合物经冷却后被分成气体和液体。干馏是人类很早就熟悉和采用的一种生产过程,如干馏木材制木炭,同时得到木精(甲醇)、木醋酸等。在第一次世界大战前,工业上丙酮就是由木材干馏所得的木醋酸用石灰中和,再经干馏而制得的(见农林化工产品)。最初制得环己酮的方法是干馏庚二酸钙。在煤的化学加工中,干馏一直是重要的方法。目前,干馏过程除用于煤化工外,还应用于油页岩、木材和农副产品等的加工过程。 过程机理 干馏是一个复杂的化学反应过程,包括脱水、热解、脱氢、热缩合、加氢、焦化等反应。不同物质的干馏过程虽各有差别,但一般均可分为三个阶段:①脱水分解。干馏操作初期,温度相对较低,有机物首先脱水,随着温度升高,逐渐分解产生低分子挥发物。②热解。随着干馏温度的继续升高,有机物中的大分子发生键的断裂,即发生热解,得到液体有机物(包括焦油)。这些干馏产物随干馏物质而异,如干馏糠壳可得糠醛,干馏油页岩可得页岩油和一些杂环化合物。③缩合和碳化。当温度进一步提高时,随着水和有机物蒸气的析出,剩余物质受热缩合成胶体。同时,析出的挥发物逐渐减少,胶体逐渐固化和碳化。随着温度升高、加热时间延长,所生成的固体产物中的碳含量逐渐增多,氢、氧、氮和硫等其他元素含量逐渐减少。从木材干馏可得木炭,从煤可得焦炭。 过程条件 不同物质的干馏所需的温度差别很大,可以从 100℃以上(如木材干馏)到1000℃左右(如煤高温干馏)。压力可以是常压,也可以是减压。干馏所得气、液、固产物的相对数量随加热温度和时间变化而有差别,如低温干馏一般可获得较多的液体产物。因此,变换和调节干馏过程的条件即可达到不同的生产目的。 干馏生产大多采用间歇操作,但干馏装置可因原料种类和目的不同而异,一般可分为外热式和自热式两类。外热式是将原料放入金属或耐火材料制成的密闭干馏炉(窑)内,外部用燃料燃烧供热。现代干馏装置多采用这种型式。自热式则是在干馏的同时,向干馏炉内通入一定量的空气,使部分干馏原料燃烧放热,因此原料利用率较低,只在小规模生产中采用。
二、油页岩干馏产物利用技术
油页岩炼油干馏产物主要有页岩油、干馏气、半焦、灰渣、干馏废水等,为提高产品的附加值,降低环境污染,需要对干馏产物进行综合开发利用。油页岩油是炼厂的主要产品,类似天然原油;干馏气是干馏炼油过程的伴生产品,采用的小颗粒干馏炼油工艺伴生的干馏气热值高,污染小,可直接为干馏工艺供热,或作为锅炉燃料等。油页岩半焦产品热值高,可用于燃烧发电、锅炉或民用燃料等。半焦回收热值后转变的灰渣,数量巨大,如直接堆放,其中的污染物会淋溶释放,造成环境污染,需开展综合开发利用,使灰渣能够回收再利用。油页岩的资源综合开发利用提高产品附加值,关键体现在油页岩油分馏与固体产物开发利用技术上。
1.油页岩油分馏技术
油页岩油加工过程中,分馏是将其分割成各种馏分的合适手段。分馏能够将液体混合物按其所含组分的沸点或蒸汽压的不同,分离为轻重不同的各种馏分。油页岩油的一次加工是指油页岩油的常压蒸馏,借助蒸馏过程,将油页岩油分离成相应的直馏汽油、煤油、轻柴油、重柴油及各种润滑油等馏分。常压蒸馏是利用油品组分间相对挥发度的不同,通过多次加热和多次冷凝切离油品。一次加工过程中,常压蒸馏装置是每个炼厂必备的,其核心设备常压塔的性能状况直接影响炼厂的经济效益。油页岩油分馏技术的关键主要是页油岩油分馏工艺和页岩油分馏塔。
油页岩油主要分馏产物为石油气、溶剂油、汽油、煤油、柴油、润滑油、凡士林、石蜡、沥青、油渣等(表13-7)。
表13-7 油页岩油主要分馏产物一览表
2.油页岩干馏固体产物开发利用技术
油页岩干馏分离出原油后,初期固体产品为半焦;半焦中含有大量的固定碳和少量的水,热值较高,可以作为清洁燃料用于燃烧发电、工业锅炉和民用燃料;半焦含碳量和含氧量较高,硫含量较低,有利于半焦燃烧利用时的环境保护;半焦化学成分主要含有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO和MgO等,这些成分在油页岩炼油过程中得到了富集;半焦中稀土元素相对富集,轻重稀土分馏明显,属于轻稀土高度富集型。回收半焦热值后即产生数量巨大的油页岩灰渣,如不进行回收利用会产生严重的环境污染,可依据废渣的矿物组成及化学成分,综合开发许多化工与建筑产品。
三、油页岩干馏生产页岩油属于什么行业、
煤化工生产行业
四、沥青和沥青烟气对人体有哪些危害及防治方法?
沥青是褐色、棕色、黑色的石油状物质,是粘稠的液体或玻璃状的固体,主要成分是碳氢化合物和少量的氮、氧和硫。天然的沥青是海底沉积物在分解为石油过程的初期形成的,或者是已经形成的石油在出露地表后轻质馏分挥发而形成的。露出地面的大型天然沥青矿床形成沥青湖。例如,委内瑞拉的瓜诺科湖,面积超过445万平方米,估计有600多万吨沥青。沥青还可以是石油、煤焦油、木焦油和油页岩干馏后的产物。沥青容易加工,可以作建筑材料的隔水层,而且广泛用于路面的铺筑。早在公元前三世纪,巴基斯坦的摩亨约・达罗的储水池的池壁砖墙中,就使用过沥青,以防止池水渗漏。
沥青中往往含有致癌物质,尤其是可诱发皮肤癌、肺癌和消化道癌的重要致癌物――苯并芘的含量高达2.5%~3.5%,在加热沥青或对沥青进行高温处理时,会产生黄色的沥青烟气,其中除了有一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物等通常的大气污染物以外,还有直径为0.1~1微米的焦油颗粒和3,4―苯并芘等毒性大的物质。根据测定,沥青烟气中,3,4―苯并芘的含量可达1.3~2毫克/立方米。
沥青的烟气和微粒粉尘可通过呼吸道和皮肤进入人体,人体摄入过量,会引起中毒,发生皮炎、视力模糊、眼结膜炎、胸闷、头疼等症状。长期接触沥青和沥青烟气易诱发癌症。
对石油和油页岩加工过程中产生的烟气,可将其送进锅炉,在600~800℃条件下,沥青烟气的滞留速度为0.3~0.5米/秒,使沥青燃烧。也可以使用静电除尘法,即在高电压作用下,使沥青烟气电离,从气流中分离出来并被电极吸附。在有沥青烟气的环境中作业的工人,则要使用个人防护用具。