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开题报告 一．选题背景 1.题目来源及应用 煤炭是我国的主要能源，在今后很长一段时间里,仍然是我国主要能源。充分发挥煤炭资源优势，立足煤炭、立足国内，是我国能源工业发展的现实和必然选择。党的十六大提出全面建设小康社会的奋斗目标。全面建设小康社会，要求国民经济保持较高的发 展速度，要求可持续发展能力不断增强，生态环境得到改善，资源利用效率显著提高。为国民经济的高速发展提供煤炭资源保证，为我国可持续发展战略的实施提供地质保障，促进全面建设小康社会奋斗目标的早日实现，是煤炭地质工作现实、艰巨和长期的战略任务。如何客观认识我国煤炭资源的保障程度,合理开发利用煤炭资源,是我国政府和社会各界有识之士普遍关心并应引起十分关注的问题。 如何进一步提高煤的利用价值，除了对煤炭和煤气进行深加工以外，焦炭生产过程中4%左右的煤焦油也是值得深入研究的课题。石油价格的不断攀升，使得煤焦油越来越体现出其在化工产品中的价值，许多焦化都在如何发挥煤焦油加工产品的附加值[1]。 煤焦油是煤在高温干馏和气化过程中副产的具有刺激性臭味、黑色或黑褐色、黏稠状液体产品，产率大约占炼焦干煤的3%～4%，几乎完全是由芳香族化合物组成的复杂混合物，组分上万种，已从中分离并认定的单种化合物约500余种，约占煤焦油总量的55%煤焦油中很多化合物是合成橡胶、农药、医药、耐高温材料、塑料、合成纤维、染料及国防工业的贵重原料我国的煤焦油主要用来加工生产萘油、甲基萘油、轻油、酚油、洗油、I蒽油、II蒽油及煤沥青，各馏分再经深加工后制取苯、萘、酚、蒽等多种芳烃类化工原料及中间体。少量煤焦油被用作筑路油、防腐剂及炭黑原料油、燃料油等。近年也有人利用合成树脂、合成橡胶对煤焦油进行改性，制造高档次防水涂料。 煤焦油混合物不经加工价值不是很大。看好的是其深加工精制产品的应用。随着经济和技术的发展，不仅传统的煤焦油加工产品开发出了新的用途，而且应用新技术提取或进一步加工出的煤焦油馏分产品更具市场竞争力。因此，应用新技术、新工艺，从煤焦油中提取市场急需的各类贵重化工产品，不仅实现了资源综合利用提高了产品附加值，而且经济效益、环境效益、社会效益明显，对煤焦油的精制加工极为重要[2]。 煤焦油行业是一个比较传统的行业，尽管近30年来受到石油化工行业的激烈竞争，煤焦油行业仍然具有较大的发展潜力，尤其近几年来随着新材料和钢铁行业的发展，煤焦油资源的高效利用再度引起人们的重视[3]。 反应精馏通过精馏的方法将反应物与产物分离开来，以破坏可逆反应的平衡关系，使反应继续向生成产物的方向进行，从而可提高可逆反应的转化率、选择性和生产能力。此外，反应精馏过程中还可通过化学反应破坏气液平衡关系，从而可加快传质速率，缩短反应时间。对于放热反应，反应所释放出的热量可作为精馏所需的气化热， 从而可降低能耗和操作费用。简言之，反应精馏具有以下优点:选择性高；使可逆反应收率提高； 温度易于控制，避免出现“热点”问题；缩短反应时间，强化设备生产能力；能耗低，操作费用低；投资少[4]。 流程模拟就是将一个由许多个单元过程组成的化工流程用数学模型描述，并在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果如操作条件等。这一方法是计算机技术在化工方面的最重要的应用之一。用计算机作化工过程模拟始于50年代，到现在它已成为一种普遍采用的常规手段而广泛应用于化工过程的研开发、设计、生产过程的控制，优化及技术改造等方面。 随着计算机技术与化工系统工程的发展，化工过程模拟软件功能不断得到强化 AspenPlus[5]是新一代的化工过程模拟软件，它提供了大量的物性数据、热力学模型和单元操作模型，可用于化工过程的模拟、设计和优化，但对于某些组分非常复杂的物系（如石油 煤焦油等）的精馏，传统的Aspen 严格计算模型因其组分无法表征而使得计算难以进行。Aspen专门为石油的精馏设计了SCFrac和PetroFrac精馏模块，并可使用蒸馏曲线、虚拟物性等数据来表征石油组分 净化沥青和轻质油组分的精馏分离是此法的关键步骤之一。由于涉及的煤焦油组分非常复杂，关于这方面的精馏模拟计算鲜有报道。下原隆行等将煤焦油蒸馏数据输入AspenPlus中将连续组分变成模拟组分，从而决定各个组分的物性推算参数，并用该简化方法对煤焦油的脱水塔常压塔、萘塔进行了模拟计算。模拟结果显示对于萘洗混合油、酚油蒸馏曲线模拟结果较好，而对于沥青、轻质油等模拟结果不好，其中沥青的蒸馏曲线偏差在50℃左右。 通过对煤焦油组分的合理简化后，用AspenPlus 对这一复杂组分精馏过程进行模拟计算，为试验及设计提供参考[6]。 应用ASPEN PLUS化工模拟系统中RADFRAC精馏模型，能方便快捷地应用于精馏塔的设计和操作分析，而且可以节省大量的人力和物力资源[7]。 2.煤焦油加工工艺 2