低中溫煤焦油冷切割分離方法
2023-05-22 11:58:26
專利名稱：低中溫煤焦油冷切割分離方法
技術領域：
本發明涉及一種低中溫煤焦油輕質焦油和重質餾分的分離方法，具體涉及一種輕質焦油收率高的低中溫煤焦油低溫冷切割分離方法。
背景技術：
煤焦油是煤隔絕空氣加熱乾餾所得，在高溫下製得的煤焦油叫高溫煤焦油，低溫下製得的煤焦油叫低溫煤焦油，兩者溫度之間製得的煤焦油叫中溫煤焦油，通常在低中溫情況下乾餾所得的煤焦油產率較高。低中溫煤焦油的製備溫度在700°C以下，可進一步的加氫處理得到需要的產品，但是其組成極為複雜，分離、提純比較困難。在現有工藝中，一般是將煤焦油通過加熱分餾即熱切割的形式分成輕質餾分和重質餾分兩種，然後再進一步的加氫改性得到所需的產品。但是熱切割溫度較高，一般在300°C以上，能耗太大，加熱溫度過高還會造成煤焦油的二次裂解，產生氣體(幹氣)造成汙染，而且現今生產的煤焦油分子量大、粘度大、密度大，在熱分割時輕質焦油(輕質餾分)的產率極低，僅為25-30%，密度為 0.97-1.0 g/cm3。從上述描述可以看出，現有從煤焦油分離輕質焦油的技術存在很大的不足，對輕質焦油的提純、應用具有很大的劣勢，不利於煤焦油的充分利用，也阻礙了工業化大生產， 因此尋找一種能從煤焦油中充分分離輕質焦油的方法具有重大意義。
發明內容
本發明針對現有煤焦油熱切割分離技術存在的不足，提供了一種低中溫煤焦油冷切割分離方法，本方法在較低溫度下即可對煤焦油進行分離，且所得輕質焦油收率高、質量好，利於工業化應用。發明人經過了大量的理論研究和實際驗證性實驗，得到了對現有熱切割技術進行改進的方法，其只要改進點有兩個，一是在煤焦油生產過程中加入絡合劑對煤焦油進行處理，為後續煤焦油分離提供基礎，第二個改進點是在對煤焦油進行切割分離時加入混合萃取劑促進煤焦油餾分的充分分離。本發明所得的方法工藝簡單、能耗低、輕質焦油的收率可高達80%，效果非常好，這些有益效果已經通過實驗得到了驗證。本發明的技術方案如下
一種低中溫煤焦油冷切割分離方法，其特徵是包括以下步驟
(1)將煤加入乾餾爐中生產低中溫煤焦油，同時向乾餾爐預熱區350-400°C區域噴加絡合劑，絡合劑與產生的煤焦油氣體進行反應對煤焦油氣體進行改性，然後將改性後的煤焦油氣體進行後處理得到液態煤焦油；
(2)向上述得到的液態煤焦油中加入萃取劑，在40-50°C下攪拌均勻後保溫靜置；
(3)靜置後，煤焦油和萃取劑的混合液分為三層，將各層成分分別分離，得到輕質焦油、 重質焦油和萃取劑。上述方法中，所述絡合劑為水或水蒸氣，所述萃取劑為磷酸、硫酸和水的混合液，按照98wt%的磷酸98wt%的硫酸水的質量比為1:3:1. 5-6配製而成。當比值為 1 3 1. 5-4時，靜置後分為三層，上層為輕質焦油，中部為重質焦油，下部為萃取劑，輕質焦油產率高，此種情況下輕質焦油中完全不含萃取劑，萃取劑也幾乎能全部回收，不會汙染重質餾分；如果比值為1:3:4-6，分層後萃取劑就會成為中間層，重質餾分進入下層，萃取劑回收不利，且輕質成分收率也會降低，對油質也會產生小量汙染；如果水的用量再增加的話，汙染會更加嚴重，不利於工業化應用。優選的，萃取劑中98wt%的磷酸98wt%的硫酸水的質量比為1:3:1. 5_2。輕質焦油中不含萃取劑，且萃取劑回收率高。上述方法中，所述絡合劑的加入量為氣體煤焦油質量的5_10%。煤焦油的產量可以根據所用的乾餾爐及所用的煤質推定出來，一定的乾餾爐、一定的煤質，在生產是所產生的煤焦油的量是已知的。本發明的方法對煤的類型沒有特別的要求，選擇能夠產生煤焦油的煤即可，煤品質的不同僅會影響所產的煤焦油的量，並不會對整個工藝產生影響。上述方法中，所述萃取劑的加入量為液態煤焦油質量的3-10 %。在用萃取劑進行分離煤焦油時，萃取劑中水的加入量與萃取劑的總體用量之間存在的很大關係，兩者之間需要密切配合才能達到較高的收率，大體趨勢是水的用量增加萃取劑總體用量也要增加， 否則分離效果會降低，且萃取劑的回收率也會降低。 萃取劑的配製方法為先將98wt%的磷酸和98wt%的硫酸按比例混合均勻，再將硫酸和磷酸的混合液加入水中攪拌均勻即得萃取劑。上述方法中，所得液態煤焦油含水量小於3wt%。上述方法中，步驟(3 )所得萃取劑進入步驟(2 )循環使用。煤是自然形成的混合高聚物，通過熱裂解形成混合單體。煤通過乾餾形成煤焦油， 乾餾所用的設備一般為直立式乾餾爐，國內現在陝西地區進行煤乾餾的企業較多。現以圖 1所示的直立式乾餾爐的示意圖為例對低中溫煤焦油的形成過程進行簡單的介紹。現有低中溫煤焦油的乾餾溫度在450-700°C之間，在實際煤乾餾生產中，將煤進行粉碎連續的從乾餾爐的頂部加入爐內，煤先經過煤的預熱區，然後進入裂解區，隨著下移的過程溫度不斷升高，並逐漸產生煤焦油氣體，產生的焦油氣經驟冷定型就得到現在市場上銷售的低中溫煤焦油。根據煤質的不同，乾餾形成的焦油成分是酸性·中性 鹼性物質，因為酸鹼聚合反應使煤焦油的分子量加大。以陝西地區產的煤為例，其焦油的鹼性物質成分帶有含氮·氧的官能團，焦油帶有很強的負電性，而裂解產生的殘炭類物質大多為酸性物質，所以它們很容易再聚形成更大的有機化合物，從而造成焦油的分子量大，導致焦油的密度大，特別是粘度大，並且其性質不穩定，這正是現今焦油不易分離輕質成分的原因。本發明在現有工藝的基礎上加入絡合劑，因絡合劑在此條件下介電常數與丙酮相似，根據相似相容原理，絡合劑與氣態焦油可混合反應，又因絡合劑擁有酸鹼雙重性，所以絡合劑與焦油中的酸性、鹼性物質形成了新的有機化合物包裹體，即輕質焦油和絡合劑對焦油浙青形成了 「籠子」，同時抑制了焦油酸和焦油鹼的聚合反應，從而降低了焦油的分子量，形成了低中溫煤焦油輕質化的內因，為下一步焦油分離奠定了基礎。本發明生產低中溫煤焦油的過程是在現有工藝的技術上進行的，除了在乾餾爐預熱區350-40(TC區域加入絡合劑對氣體煤焦油進行改性外，煤的加熱溫度、加入方式、氣態煤焦油驟冷等後處理過程均為現有工藝，所用的乾餾爐也為現有的生產設備，不需要進行
4贅述。上面所說的氣態煤焦油的後處理是指將煤焦油氣變為可售液態煤焦油的過程，其一種常用的方法是將改性的煤焦油氣體加水進行驟冷，使其變為液態，然後通過分液將水除去，再經過進一步的除水滿足一般液態煤焦油要求，其含水量一般在3wt%—下。所用的絡合劑可以為水或水蒸氣，但是考慮到絡合劑的加入部位溫度高於100°C，加入後水也會變為水蒸氣，因此，在實際應用中一般加入水，降低成本。第二步對煤焦油輕質和重質餾分進行分餾時主要是加入了本發明自製的混合萃取劑，在低溫下即可使焦油中的輕質餾分和重質餾分進行充分分離。萃取劑的加入將焦油酸分離出來，使焦油沒有酸聚的環境，同時改變了原焦油分子之間的範德華力，降低了焦油的密度，提高了焦油的穩定性，分離所得的輕質焦油產率可達80%或以上，密度在0.95 g/ cm3左右，輕質焦油中不含萃取劑。此外，在上述陳述中記載，萃取在40-50°C下進行，而作為本領域人員應該知道，市售的或者生產的煤焦油為了保持流動性要求一般需要保溫在50°C 左右，因此，本發明在此溫度下進行萃取可以說不用再進行加熱即可將第一步製得的成品煤焦油進行進一步的萃取分離，減少了能耗。同時，低溫下萃取煤焦油不會發生進一步的裂解，也不會產生裂解幹氣，避免了二次汙染。本發明工藝簡單，加入的絡合劑和萃取劑廉價易得，加入絡合劑對煤焦油進行了改進，使其中的輕質成分提高，在分離時採用低溫冷切割技術，輕質焦油和重質餾分(主要為焦油浙青)分離完全，所得輕質焦油比重小、密度小、產率高。此外，焦油分離時耗能低，沒有二次汙染，萃取劑能循環使用，大大降低了成本。
圖1為直立式乾餾爐的簡單結構示意圖。圖中，1、預熱區，2、裂解區，3、氣態煤焦油出口。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發明進行進一步的闡述，應該明白的是，下述說明僅是為了解釋本發明，並不對其內容進行限定。現今生產煤焦油的企業多在陝西地區，下列實施例就以陝西企業常用的生產煤焦油的直立式乾餾爐為例來對本發明進行說明，其示意圖見圖1。這並不是說其他的乾餾用爐不能用於本發明，本領域技術人員應該理解為現有的、可以生產煤焦油的所有爐子都可以用於本發明，實施例並非是對本發明的限定。下述實施例中，所述絡合劑為水，所述萃取劑中的A為98wt%磷酸，B為98襯％硫酸，C為水。實施例1
選取陝西神木府谷地區煙煤為生產用煤，將其粉碎，然後加入乾餾爐中生產煤焦油，煤先進入預熱區再進入裂解區，隨著溫度的升高不斷產生煤焦油，在爐內的焦油為氣態，在投入煤的同時在爐內預熱區350-400°C區域內噴入絡合劑，絡合劑的加入量是氣態煤焦油質量的10%，產生的氣態煤焦油在爐內與絡合劑進行反應，對其進行改性，防止煤焦油分子的深度聚合。反應後，氣態焦油加入冷卻水進行冷卻，成為液態煤焦油，再將煤焦油中水分除至3%以下，即得煤焦油成品。
將萃取劑A、B、C按1 :3 :1. 5的質量比稱取，先將A和B按比例混合攪拌均勻，再將A與B的混合液加入C中拌勻即得混合萃取劑，備用。將上述製得的煤焦油成品通入分餾塔中，按5wt%的加入量加入混合萃取劑，混合攪拌均勻，然後在40-50°C左右靜置1- 進行分層，最後混合液分為三層，上層為輕質焦油(產率60-80wt%，密度在0. 95g/cm3左右)，中部為重質焦油，下部為混合萃取劑(產率95-99wt%)，輕質焦油中不含萃取劑，將各層分別分離即得所需成分。所得輕質焦油和重質焦油(焦油浙青)既可以直接銷售，又可以進一步的進行加氫改性得到所需的成分。實施例2
選取煙煤為生產用煤製備煤焦油，方法與實施例1相同，區別在於所用的絡合劑的量為氣態煤焦油質量的10%。將製得的煤焦油成品加入分餾塔，按8wt%的加入量加入質量比為1:3:5的A、B、C混合萃取劑，混合攪拌均勻，然後在40-50°C左右靜置1_池進行分層，最後混合液分為三層，上層為輕質焦油(產率60-80wt%，密度在0. 95g/cm3左右)，中部為混合萃取劑(產率95-99wt%)，下部為重質焦油，將各層分別分離即得所需成分。所得輕質焦油和重質焦油(焦油浙青)既可以直接銷售，又可以進一步的進行加氫改性得到所需的成分。實施例3
選取陝西神木府谷地區泥煤為生產用煤製備煤焦油，方法與實施例1相同，區別在於 所用的絡合劑的量為氣態煤焦油質量的6%。將製得的煤焦油成品加入分餾塔，按6wt%的加入量加入質量比為1:3:1. 7的A、B、C混合萃取劑，混合攪拌均勻，然後在40-50°C左右靜置 l-2h進行分層，最後混合液分為三層，上層為輕質焦油(產率60-80wt%，密度在0. 95g/cm3 左右)，中部為重質焦油，下部為混合萃取劑(產率95-99wt%)，輕質焦油中不含萃取劑，將各層分別分離即得所需成分。所得輕質焦油和重質焦油(焦油浙青)既可以直接銷售，又可以進一步的進行加氫改性得到所需的成分。實施例4
按照實施例2的方法製備煤焦油並將其進行分離，得到輕質焦油和重質焦油。不同的是，所用的萃取劑的量為10wt%，萃取劑中A、B、C的質量比分別為1:3 :6，最終輕質焦油的產率為60-80%。 實施例5
按照實施例2的方法製備煤焦油並將其進行分離，得到輕質焦油和重質焦油。不同的是，所用的絡合劑的量分別為5%和8%，最終輕質焦油的產率分別為40-55%和50-70%。實施例6
按照實施例1的方法製備煤焦油並將其進行分離，得到輕質焦油和重質焦油。不同的是，混合萃取劑的加入量分別為3%和10%，最終輕質焦油的產率分別為40-50%和45-55%。實施例7
按照實施例3的方法製備煤焦油並將其進行分離，得到輕質焦油和重質焦油。不同的是，混合萃取劑中A、B、C的質量比分別為1:3 :1. 5，1:3:2，1:3:4，1:3:6，最終輕質焦油的產率分別為40-50%、40-60%、40-55%和40_50%。由此可以看出，在萃取劑含量確定時，必需調解合適的水用量才能使收率達到最佳值，相反的，在確定了水的用量的情況下，也要調解合適的萃取劑用量才能達到最佳效果。
對比例
選取陝西神木府谷地區煙煤為生產用煤，將其粉碎，然後加入乾餾爐中生產煤焦油，煤先進入預熱區再進入裂解區，隨著溫度的升高不斷產生煤焦油，在爐內的焦油為氣態，產生的氣態煤焦油加入冷卻水進行冷卻，成為液態煤焦油，再將煤焦油中水分除至3%以下，即得煤焦油成品。將上述製得的煤焦油成品通過管式爐燃氣加熱到330-360°C進入分餾塔分離，所得輕質焦油產率為25-30%，密度為0. 97-1. Og/cm3。通過上述實施例和對比例可以看出，本發明方法簡單，只對現有工藝進行簡單改進就能大大增加輕質焦油的產率，而且從實施例中可以看出，絡合劑、萃取劑用量不同，及混合萃取劑中成分的比例不同對輕質焦油的產率都有很大影響，但無論如何，從總體上看， 本發明分離的輕質焦油產率遠高於現有技術，並且無需熱切割，降低了能耗，減少了汙染。
權利要求
1.一種低中溫煤焦油冷切割分離方法，其特徵是包括以下步驟(1)將煤加入乾餾爐中生產低中溫煤焦油，同時向乾餾爐預熱區350-400°C區域噴加絡合劑，絡合劑與產生的煤焦油氣體進行反應對煤焦油氣體進行改性，然後將改性後的煤焦油氣體進行後處理得到液態煤焦油；(2)向上述得到的液態煤焦油中加入萃取劑，在40-50°C下攪拌均勻後保溫靜置；(3)靜置後，煤焦油和萃取劑的混合液分為三層，將各層成分分別分離，得到輕質焦油、 重質焦油和萃取劑。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵是所述絡合劑為水或水蒸氣。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵是所述萃取劑為磷酸、硫酸和水的混合液，按照98wt%的磷酸98wt%的硫酸水的質量比為1:3:1. 5-6配製而成。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵是萃取劑中98wt%的磷酸98%的硫酸水的質量比為1 3 1. 5-2。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵是所述絡合劑的加入量為氣體煤焦油質量的 5-10%ο
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵是所述萃取劑的加入量為液態煤焦油質量的 3-10 %。
7.根據權利要求3所述的方法，其特徵是萃取劑的配製方法為先將98襯％的磷酸和 98wt%的硫酸按比例混合均勻，再將磷酸和硫酸的混合液加入水中攪拌均勻即得萃取劑。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵是所得液態煤焦油含水量小於3wt%。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵是步驟(3)所得萃取劑進入步驟(2)循環使
全文摘要
本發明公開了一種低中溫煤焦油冷切割分離方法，步驟為在生產低中溫煤焦油過程中向乾餾爐預熱區350-400℃區域噴加絡合劑，對煤焦油氣體進行改性，然後將改性後的煤焦油氣體進行後處理得到液態煤焦油；向液態煤焦油中加入萃取劑，在40-50℃下攪拌均勻後保溫靜置；靜置後，煤焦油和萃取劑的混合液分為三層，將各層成分分別分離，得到輕質焦油、重質焦油和萃取劑。本發明工藝簡單，加入的絡合劑和萃取劑廉價易得，輕質焦油和重質餾分分離完全，所得輕質焦油比重小、密度小、產率高，此外，焦油分離時採用冷切割技術，耗能低，沒有二次汙染，大大降低了成本。
文檔編號C10C1/18GK102304378SQ20111023936
公開日2012年1月4日 申請日期2011年8月19日 優先權日2011年8月19日
發明者孫成忠, 李燕波 申請人:孫成忠, 李燕波