基本信息
- 项目名称：
- 高效、清洁氧化-萃取法生产超低硫戊烷新技术
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本项目在查阅大量国内外相关文献的基础上，通过分析戊烷组分含硫化合物组成及变化规律，借助催化氧化脱硫机理等理论研究及大量的实验，对氧化剂、催化剂、助催化剂进行全面优化设计，最终确定出最佳的催化氧化体系，筛选出最优的戊烷氧化-萃取脱硫工艺，确定工艺条件。项目研究中，学生直接参与项目的方案设计与论证、实验研究及撰写研究报告等全过程，达到提高学生动手能力，培养学生创新实践能力的目的。
- 详细介绍：
- 目前，国内对脱硫技术已有相关研究，但尚未有一种技术和经济上都可行的精脱硫技术。本项目组通过对加氢、氧化、吸附等脱硫工艺技术进展的调查和分析比较，认为可开发出一种环保、高效、廉价、高选择性的新型脱硫技术。该技术核心是以选择性氧化脱硫为主，对氧化后产物进行萃取达到精脱硫的目的，具有很强的科学性。项目组一直从事氧化方面的研究工作，有一定的工作基础，收集了大量相关资料，实验室有脱硫实验相关设备，可提供本项目研究使用，所以本项目的研究是可行的。 我国是世界上正异戊烷发泡剂产需量、聚苯乙烯(EPS)产需量最大的国家之一。按照我国EPS总体规划设计160万吨/年，每吨EPS生产需要0.068吨正异戊烷发泡剂计算，全国正异戊烷发泡剂需求量为11万吨/年左右。环戊烷主要作为含氟发泡剂的替代品，目前我国冰箱年生产总量在1300万台以上，全国环戊烷年需求总量近5000吨。环戊烷是戊烷精品中附加值最高的产品，市场价格在10000元/吨以上，硫含量未达标的环戊烷的销售价格只有5100元/吨左右。如果经脱硫后产品质量达标的话，每吨环戊烷可增加5000元的利润空间，会产生巨大经济效益。 由此可见，研究高效、清洁脱硫生产超低硫戊烷新技术与企业生产结合紧密，是企业增加产品附加值、提高经济效益和增强企业竞争力的有效途径。该技术开发成功后，每年可为企业创造十分可观的经济效益，具有很好的发展前景。而且实验过程中，本科生直接参与实验方案设计、方案论证、实验以及撰写研究报告等全过程。对全面锻炼学生从事科学研究的能力，培养学生思考问题、解决问题和创新实践的能力具有重要意义。 本项目在查阅大量国内外相关文献的基础上，通过分析戊烷组分含硫化合物组成及变化规律，借助催化氧化脱硫机理等理论研究及大量的实验，对氧化剂、催化剂、助催化剂进行全面优化设计，最终确定出最佳的催化氧化体系，筛选出最优的戊烷氧化-萃取脱硫工艺，确定工艺条件。项目研究中，学生直接参与项目的方案设计与论证、实验研究及撰写研究报告等全过程，达到提高学生动手能力，培养学生创新实践能力的目的。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：提出适合于生产超低硫戊烷的价廉、高效、清洁的氧化－萃取脱硫技术，并给出脱硫剂配方。同时，通过自行设计实验方案，开展实验研究达到锻炼学生创新能力培养的目的。 基本思路：首先分析戊烷组分含硫化合物组成及变化规律，有针对性的优化设计氧化剂、催化剂、助催化剂，从而提出系列催化氧化体系，并通过大量实验筛选出最佳的戊烷氧化-萃取脱硫工艺，确定工艺条件。
科学性、先进性及独特之处
- 氧化法是将有机硫化物转化为极性较强的物质，再用萃取、吸附等方法脱除硫的技术，具有投资少、反应条件温和等优点，是适合于深度脱硫的新技术，应用前景广阔。但目前采用的氧化脱硫法，常采用有机溶剂萃取法处理氧化产物，存在有机溶剂后处理等问题。本文研究采用绿色氧化剂双氧水为氧化剂，氧化产物采用蒸馏水进行萃取分离方法，迄今未见相关报道。因此，它在油品的高效、清洁氧化脱硫方面具有潜在的优势。
应用价值和现实意义
- 目前，国内对脱硫技术已有相关研究，但尚未有一种技术和经济上都可行的精脱硫技术。本成果在该课题范围内处于国内先进水平，具有一定的学术价值，主要用于生产冰箱发泡剂的超低硫戊烷。硫含量未达标的环戊烷的销售价格只有5100元/吨左右，经脱硫后每吨环戊烷可增加5000元的利润空间，会产生巨大经济效益。
学术论文摘要
- 以双氧水为氧化剂，采用蒸馏水做溶剂，研究了催化氧化-萃取法生产超低硫戊烷技术，考察了催化剂、助催化剂以及氧化条件对脱硫效果的影响。在戊烷10mL，双氧水0.5mL，催化剂钨酸0.009g，助催化剂甲醇0.8mL，温度50 ℃，时间100min；反应混合物采用蒸馏水萃取，萃取温度15℃，萃取时间为15min，剂油比为2:1的条件下，戊烷中的硫含量由24.4mg/L降至0.5mg/L，脱硫率可达98.0%。
获奖情况
- 1. 方海翔, 蒋博龙, 宋华.油品氧化脱硫技术进展,当代化工，2010,39(2):150-1556. 2. 蒋博龙，方海翔,宋华.过氧化物用于油品氧化脱硫新进展, 黑龙江科学，2010,1(3):38-42. 3. 蒋博龙，方海翔,宋华. 双氧水催化氧化-萃取法戊烷超深度脱硫技术，化学通报，2010,73(7):640-644.（核心期刊） 4. 蒋博龙 方海祥. 双氧水催化氧化-萃取法戊烷超深度脱硫技术, 第三届全国大学生学术年会论文, 2010年9月 中国，大连.
鉴定结果
- 该作品开展了油品脱硫技术技术实验研究，具有较高的科学性、真实性和实用性。撰写了3篇文章和1篇会议文章，对更好的开展油品脱硫研究与清洁油品生产具有普遍的参考价值。
参考文献
- 本作品是结合国家大学生创新性实验计划项目“高效、清洁氧化-萃取法生产超低硫戊烷新技术”所开展的具体工作。 参加了中国大连举办的第三届全国大学生学术年会，并作大会报告，撰写了两篇综述文章和一篇实验研究文章，均已见刊。 关于戊烷脱硫未见相关报道。 查阅的论文详见论文参考文献。
同类课题研究水平概述
- 随着科技的发展，环境污染问题日渐为人们所关注。各种燃料中的硫燃烧转化为SOx，排放到大气中会引起酸雨；同时，SOx也是汽车尾气转化催化剂的抑制物，会降低汽车尾气转化器对NOx、未完全燃烧的烃类（HC）及颗粒物（PM）等的转化效率。聚氨酯（PU）泡沫的发泡剂氟里昂（CFC）对大气臭氧层有很强的破坏作用。戊烷替代CFC用于PU和可发性聚苯乙烯（EPS）的发泡剂，要求总硫≤5mg/L，但目前很多企业生产的戊烷产品硫含量不能达到其作为发泡剂的硫含量要求。对于燃料，各国制定了严格的硫含量限制标准，到2010年，汽油硫含量的上限为50mg/L；柴油硫含量的上限为30mg/L。因此，研究油品的深度脱硫具有极其重要的意义。 近年来非加氢脱硫技术，如萃取、碱洗、吸附和氧化法等引起了人们极大的关注。其中纯物理脱硫工艺，对油品中硫化物的存在形式要求较苛刻，对原料中噻吩类较难脱除的有机硫化物的脱除效果不佳，很难使硫含量降到≤5 mg/L。氧化法是将有机硫化物转化为极性较强的物质，再用萃取、吸附等方法脱除硫的技术，具有投资少、反应条件温和等优点，是适合于深度脱硫的新技术，应用前景广阔。但目前采用的氧化脱硫法，常采用有机溶剂萃取法处理氧化产物，存在有机溶剂后处理等问题。本文研究采用绿色氧化剂双氧水为氧化剂，氧化产物采用蒸馏水进行萃取分离方法，研究了戊烷催化氧化-萃取法生产超低硫戊烷技术，萃取过程没有采用任何有机溶剂。
