一種煤焦油萃取-熱解煤的方法
2023-10-10 10:46:39
專利名稱：一種煤焦油萃取-熱解煤的方法
技術領域：
本發明屬於煤萃取熱解技術領域，涉及一種煤萃取熱解溶劑及方法，尤其是一種煤焦油萃取-熱解煤的方法。
背景技術：
我國煤炭資源豐富，目前及未來較長一段時間內，煤炭是我國的主要能源這一國情將不會改變，但煤作為一種不可再生資源，對其進行高效清潔轉化與利用勢在必行。現階段由煤製取清潔液體燃料的工藝技術主要有煤的直接液化、煤的間接液化、 煤的低溫乾餾和煤的溶劑萃取等。煤的低溫乾餾技術因投資小、節水、節能、工藝簡單、操作條件溫和、可有效實現煤的分質利用等特點，在低變質煤利用中得到了很好的推廣和應用。但是，目前煤的低溫乾餾技術在應用推廣中仍存在需要克服的關鍵技術問題有1)液體產物收率有待提高；2)固體產物半焦的高效利用途徑；幻規模有待擴大及汙水的處理等。煤的直接液化技術雖然液體產品收率高，過程的能效高於間接液化，但該技術存在投資門檻、生產成本高，工藝條件苛刻、對設備要求較高，且耗水量大等問題。煤的間接液化技術不管是煤氣化還是合成氣制油品技術都相對成熟，但整個工藝也存在過程複雜、投資大、成本高、技術要求高、耗水量大等不足。煤的溶劑萃取可以有針對性地富集純化煤中的有效組分，是溫和條件下由煤製取液體燃料的又一重要途徑，目前仍處於研發階段，尚未工業化。當前對煤進行溶劑萃取的方法主要是以NMP、環己酮、甲苯、吡啶等有機溶劑和(^2等無機溶劑中的一種或兩種以上的混合溶劑為主，這些溶劑價格昂貴，回收代價高，直接影響大規模工業化生產的經濟效益；另外，僅僅採用溶劑萃取工藝並不能較完全地溶解、提取出煤中的有效成分。因此，尋求一種成本較低，無需回收，可用於規模化生產的溶劑，同時運用相對簡單的加工工藝，對煤萃取製取液體燃料技術發展至關重要。中國專利公開號為CN 101570708A的專利，該專利公開了一種微波輔助乙醇抽提煤的方法煤樣脫礦物質處理，按一定比例混合脫礦物質煤樣、路易斯酸催化劑和溶劑乙醇，並放於抽提罐中，採用微波消解/萃取儀進行微波輔助抽提，然後用離心機使抽提液和殘煤相分離，再採用旋轉蒸發儀對抽提液分離，得到提取物和溶劑，最後提取物進行真空乾燥，並用水多次清洗殘煤。該方案可將抽提率由傳統的10%提高到30 40%。中國專利，公開號CN 101177615A的專利，公開了一種微波助鹼性弱氧化法溶解褐煤的方法，該方法是對煤樣氧化鹼溶，得到反應完全的反應物，再在30 300°C條件下， 利用微波將反應物加熱溶解，然後過濾離心得到褐煤溶解溶液。採用該方法褐煤的溶解率達到85%以上。以上兩件專利其公開的方法雖然工藝流程簡單，但都採用價格相對昂貴的純溶劑，成本高，且存在溶劑回收等問題，無法實際應用。
發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點，提供一種煤焦油萃取-熱解煤的方法，該方法採用低溫煤焦油的餾分油作為溶劑，能夠有效降低溶劑的價格，降低生產成本， 並且溶劑可循環再利用。本發明的目的是通過以下技術方案來解決的該種煤焦油萃取-熱解煤的方法，包括以下步驟1)原料煤預處理對原料煤進行破碎、篩分、乾燥處理後備用，處理後的煤粉粒度要求小於75 μ m ；2)溶劑製備對低溫煤焦油進行蒸餾，收集餾分油作為溶劑備用；3)萃取按煤粉溶劑=1 1 1 10的質量比，將步驟1)的煤粉加入步驟2)的溶劑中形成混合物，然後加熱混合物至150 500°C，進行常壓萃取10 300min，得到萃取混合產物；4)離心分離在離心機上對上述萃取混合物進行離心分離得到萃取的液體產物和萃餘煤；離心機轉速為1000 5000rps，離心時間為5 60min ；萃取的液體產物經分離並回收萃取溶劑，同時獲得煤萃取產物；5)熱解採用固定床熱解反應器對步驟幻產生的萃取混合產物或步驟4)分離得到的萃餘煤進行熱解，得到低溫焦油、煤氣和焦；熱解溫度450 800°C，停留時間10 90min。進一步，以上所述步驟1)中，所述原料煤是一種高揮發分煤；對原料煤的乾燥溫度為100士5°C，乾燥時間為1 乩。以上所述步驟幻中，混合物的加熱利用電加熱或微波加熱，或者前段時間先採用電加熱，後段時間再採用微波加熱的方式。以上所述步驟2)中，將所述低溫煤焦油按溫度範圍切割為輕餾分油、中餾分油和重餾分油。對上述餾分油進一步限定為低溫煤焦油的切割溫度為在100 300°C得到輕餾分油，在180 360°C得到中餾分油，在360°C以上得到重餾分油。本發明與現有技術相比具有如下優點(1)溶劑來源廣泛且價廉，降低了原料成本，是適合於工業化生產的良好溶劑選擇。(2)溶劑無需回收，可循環利用，減少了設備的投入。(3)液體產品經分離、加工可製取油品。(4)熱解後的焦粉性質優良，利用途徑廣泛，如作為還原劑、型焦等。(5)生產工藝簡單、操作方便，工藝條件溫和，易於實現。
圖1為本發明的工藝流程框圖。
具體實施例方式參見圖1，本發明提出的煤焦油萃取-熱解煤的方法，具體包括以下步驟1)原料煤預處理對原料煤進行破碎、篩分、乾燥處理後備用，處理後的煤粉粒度要求小於75 μ m ；2)溶劑製備對低溫煤焦油進行蒸餾，收集餾分油作為溶劑備用。其中低溫煤焦油按溫度範圍切割為輕餾分油、中餾分油和重餾分油，在100 300°C得到輕餾分油，在180 360°C得到中餾分油，在360°C以上得到重餾分油。各溫度段分離出的餾分油均可作為溶劑使用。3)萃取按煤粉溶劑=1 1 1 10的質量比，將步驟1)的煤粉加入步驟2)的溶劑中形成混合物，然後加熱混合物至150 500°C，進行常壓萃取10 300min，得到萃取混合產物。該步驟中，加熱方式可以採用電加熱或微波加熱，或者前段時間先採用電加熱至一定的中間溫度，後段時間再採用微波加熱至預定溫度。4)離心分離在離心機上對上述萃取混合物進行離心分離得到萃取的液體產物和萃餘煤；離心機轉速為1000 5000rps，離心時間為5 60min ；萃取的液體產物經分離並回收萃取溶劑，同時獲得煤萃取產物；5)熱解採用固定床熱解反應器對步驟幻產生的萃取混合產物或步驟4)分離得到的萃餘煤進行熱解，得到低溫焦油、煤氣和焦；熱解溫度450 800°C，停留時間10 90min。下面結合實施例對本發明做進一步詳細描述實施例11)原料煤預處理採用粉碎機對神府長焰煤進行破碎並篩分，煤樣的顆粒粒度小於75 μ m。在 100士5°C下，於真空乾燥箱中乾燥6h，保持真空狀態冷卻至室溫，取出置於乾燥器內保存備用。2)溶劑製備在蒸餾釜中對低溫煤焦油進行蒸餾，首先脫除煤焦油中的水分，收集100 300°C 輕餾分油作為溶劑備用；3)萃取稱取煤樣75g、溶劑227g，將兩種原料混合放入萃取罐中，常壓條件下，利用微波從室溫開始加熱該混合物至20(TC，恆溫萃取約30min ；萃取結束後，待萃取罐稍微冷卻，立即排出萃取混合物。4)熱解過程在鋁甑上對萃取混合產物進行熱解，熱解溫度510°C，停留時間20min。煤粉轉化率為13. 9%，熱解後焦為粉狀，無粘結性，呈暗灰色，無光澤。實施例2煤樣與實施例1相同，溶劑為180 360°C中餾分油。稱取45g煤樣和180g溶劑放入萃取罐中，常壓條件下，利用微波從室溫開始加熱該混合物至200°C，恆溫萃取約30min ； 萃取結束後，趁熱將萃取混合物倒入離心管中；在離心機對上述萃取混合物進行離心分離， 離心機轉速為3800rps，離心時間為15min ；離心結束後，倒出離心管上層液體產物，將下層固體產物移入鋁甑中進行熱解，熱解溫度550°C，停留時間20min。煤粉轉化率為四.4%，熱解後焦為粉狀，無粘結性，呈暗灰色偏深，無光澤。實施例3煤樣與實施例1相同，溶劑為中餾分油。稱取45g煤樣和136g溶劑放入圓底燒瓶中，電加熱混合物，待溫度達到200°C後，將物料移入萃取罐中，並保持此溫度下微波輻射 20min ；萃取結束後，趁熱取出萃取罐，並將物料倒入鋁甑中進行熱解，熱解溫度510°C，停留時間20min。煤粉轉化率為38. 8%，熱解後焦為粉狀，無粘結性，呈暗灰色偏深，無光澤。實施例4煤樣與實施例1相同，溶劑為> 360°C重餾分油。稱取50g煤樣和150g溶劑放入圓底燒瓶中，從室溫開始電加熱該混合物至200°C，恆溫萃取約90min ；萃取結束後，趁熱取出燒瓶，並將物料倒入鋁甑中進行熱解，熱解溫度510°C，停留時間20min。煤粉轉化率為 0. 25%,熱解後焦基本為粉狀，部分結塊，粘結性較弱，呈黑色，有一定光澤。實施例51)原料煤預處理對原料煤進行破碎、篩分、乾燥處理後備用，處理後的煤粉粒度要求小於75μπι ； 所述原料煤是高揮發分煤；2)溶劑製備對低溫煤焦油進行蒸餾，收集在100 300°C得到的輕餾分油作為溶劑備用；3)萃取按煤粉溶劑=1 1質量比，將步驟1)的煤粉加入步驟2~)的溶劑中形成混合物，然後利用電加熱加熱混合物至150°C，進行常壓萃取30min，得到萃取混合產物；4)離心分離在離心機上對上述萃取混合混合物進行離心分離得到萃取的液體產物和萃餘煤； 離心機轉速為lOOOrps，離心時間為5min ；5)熱解採用固定床熱解反應器對步驟4)分離得到的萃餘煤進行熱解，得到低溫焦油、煤氣和焦；熱解溫度為450°C，停留時間90min。6)溶劑回收將步驟4)離心分離得到的萃取的液體產物和步驟幻熱解得到的低溫焦油混合， 經分離並回收萃取溶劑，同時獲得煤萃取產物。實施例61)原料煤預處理對原料煤進行破碎、篩分、乾燥處理後備用，處理後的煤粉粒度要求小於75 μ m ；2)溶劑製備對低溫煤焦油進行蒸餾，收集180 360°C得到的中餾分油作為溶劑備用；3)萃取
按煤粉溶劑=1 10的質量比，將步驟1)的煤粉加入步驟幻的溶劑中形成混合物，然後採用微波加熱方式加熱混合物至500°C，進行常壓萃取300min，得到萃取混合產物；4)離心分離在離心機上對上述萃取混合物進行離心分離得到萃取的液體產物和萃餘煤；離心機轉速為5000rps，離心時間為60min ；5)熱解採用固定床熱解反應器對步驟4)分離得到的萃餘煤進行熱解，得到低溫焦油、煤氣和焦；熱解溫度800°C，停留時間lOmin。6)溶劑回收將步驟4)離心分離得到的萃取的液體產物和步驟幻熱解得到的低溫焦油混合， 經分離並回收萃取溶劑，同時獲得煤萃取產物。實施例71)原料煤預處理對原料煤進行破碎、篩分、乾燥處理後備用，處理後的煤粉粒度要求小於75μπι; 原料煤為高揮發分煤，對原料煤的乾燥溫度為100士5°C，乾燥時間為lh。2)溶劑製備對低溫煤焦油進行蒸餾，收集在360°C以上得到的重餾分油作為溶劑備用；3)萃取按煤粉溶劑=1 5的質量比，將步驟1)的煤粉加入步驟幻的溶劑中形成混合物，然後前段時間先採用電加熱至一定溫度，後段時間再採用微波加熱的方式，加熱混合物至260°C，進行常壓萃取lOOmin，得到萃取混合產物；4)熱解採用固定床熱解反應器對步驟幻產生的萃取混合產物進行熱解，得到低溫焦油、 煤氣和焦；熱解溫度600°C，停留時間40min。5)溶劑回收將步驟4)熱解得到的低溫焦油經分離並回收萃取溶劑，同時獲得煤萃取產物。實施例81)原料煤預處理對原料煤進行破碎、篩分、乾燥處理後備用，處理後的煤粉粒度要求小於75μπι; 其中選用的原料煤是一種高揮發分煤；對原料煤的乾燥溫度為100士5°C，乾燥時間為他。2)溶劑製備對低溫煤焦油進行蒸餾，收集餾分油作為溶劑備用；3)萃取按煤粉溶劑=1 8的質量比，將步驟1)的煤粉加入步驟2)的溶劑中形成混合物，然後加熱混合物至250°C，進行常壓萃取200min，得到萃取混合產物；4)離心分離在離心機上對上述萃取混合物進行離心分離得到萃取的液體產物和萃餘煤；離心機轉速為4000rps，離心時間為30min ；萃取的液體產物經分離並回收萃取溶劑，同時獲得煤萃取產物；5)熱解採用固定床熱解反應器對步驟；3)產生的萃取混合產物或步驟4)分離得到的萃餘煤進行熱解，得到低溫焦油、煤氣和焦；熱解溫度700°C，停留時間60min。綜上所述，本發明的方案中，可以採用微波加熱等較常規加熱方法，縮短了萃取時間、有效提高了萃取效率。
權利要求
1.一種煤焦油萃取-熱解煤的方法，其特徵在於，包括以下步驟1)原料煤預處理對原料煤進行破碎、篩分、乾燥處理後備用，處理後的煤粉粒度要求小於75 μ m ；2)溶劑製備對低溫煤焦油進行蒸餾，收集餾分油作為溶劑備用；3)萃取按煤粉溶劑=1 1 1 10的質量比，將步驟1)的煤粉加入步驟2)的溶劑中形成混合物，然後加熱混合物至150 500°C，進行常壓萃取10 300min，得到萃取混合產物；4)離心分離在離心機上對上述萃取混合物進行離心分離得到萃取的液體產物和萃餘煤；離心機轉速為1000 5000rpS，離心時間為5 60min ；萃取的液體產物經分離並回收萃取溶劑，同時獲得煤萃取產物；5)熱解採用固定床熱解反應器對步驟幻產生的萃取混合產物或步驟4)分離得到的萃餘煤進行熱解，得到低溫焦油、煤氣和焦；熱解溫度450 800°C，停留時間10 90min。
2.根據權利要求1所述的煤焦油萃取-熱解煤的方法，其特徵在於，步驟1)中，所述原料煤是一種高揮發分煤；對原料煤的乾燥溫度為100士5°C，乾燥時間為1 他。
3.根據權利要求1所述的煤焦油萃取-熱解煤的方法，其特徵在於，步驟幻中，混合物的加熱利用電加熱或微波加熱，或者前段時間先採用電加熱，後段時間再採用微波加熱的方式。
4.根據權利要求1所述的煤焦油萃取-熱解煤的方法，其特徵在於，步驟幻中，將所述低溫煤焦油按溫度範圍切割為輕餾分油、中餾分油和重餾分油。
5.根據權利要求4所述的煤焦油萃取-熱解煤的方法，其特徵在於，所述低溫煤焦油的切割溫度為在100 300°C得到輕餾分油，在180 360°C得到中餾分油，在360°C以上得到重餾分油。
全文摘要
本發明公開了一種煤焦油萃取-熱解煤的方法，該方法首先對原料煤進行破碎、篩分、乾燥使其成為粒度要求小於75μm的煤粉，然後對低溫煤焦油進行蒸餾，收集餾分油作為溶劑，再將溶劑和煤粉進行混合後加熱萃取，最後進行離心分離和熱解，得到低溫焦油、煤氣和焦。本發明採用低溫煤焦油的餾分油作為溶劑，能夠有效降低溶劑的價格，降低生產成本，並且溶劑能夠循環使用，從而可實現溶劑的循環再利用。
文檔編號C10C1/14GK102229810SQ20111014859
公開日2011年11月2日 申請日期2011年6月3日 優先權日2011年6月3日
發明者侯翠利, 劉弓, 周安寧, 孫顯鋒, 張軍民, 李建偉, 田文莉, 閔小建, 陳亞妮 申請人:西安科技大學, 陝西煤化工技術工程中心有限公司