專(zhuān)利名稱(chēng)：可紡煤瀝青的生產(chǎn)工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種瀝青的制備工藝，特別是涉及一種可紡煤瀝青的生產(chǎn)工藝 方法。
背景技術(shù)：
可紡瀝青生產(chǎn)原料主要有兩個(gè)， 一是石油裂解瀝青，二是煤焦油加工后殘 留的瀝青。其加工方法主要是將粗瀝青用溶劑溶解稀釋后進(jìn)行熱過(guò)濾，除去固 體雜質(zhì)，然后進(jìn)行加氫精制調(diào)質(zhì)改性，再進(jìn)行高溫聚合和真空減壓蒸餾，除去 易在生絲內(nèi)產(chǎn)生氣泡的輕組份，蒸余物即是可紡瀝青。
術(shù)，以煤焦油為原料生產(chǎn)通用級(jí)瀝青碳纖維的原料-可紡瀝青，產(chǎn)能為1000
吒/年，全部出口到日本用于生產(chǎn)碳纖維，出口1^介才各為3萬(wàn)元/p屯。這些可紡瀝 青運(yùn)到日本后，只供給大阪煤氣公司而不對(duì)外出售。據(jù)調(diào)查，光日本就需要可 紡瀝青1萬(wàn)噸/年，其中的80%在日本國(guó)內(nèi)用從中國(guó)進(jìn)口的煤焦油為原料進(jìn)行 生產(chǎn)。瀝青碳纖維在曰本、美國(guó)、韓國(guó)等擁有廣闊的市場(chǎng)，本項(xiàng)目以用獨(dú)特的 工藝生產(chǎn)出可紡瀝青為原料制成的瀝青碳纖維，具有不含硫及柔韌度特別好的 突出優(yōu)點(diǎn)，深受美、日、韓和歐洲等國(guó)客商的歡迎。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)于此，本發(fā)明的目的在于，提供一種可紡煤瀝青的生產(chǎn)工藝方法，通 過(guò)該工藝方法可得到產(chǎn)率高，品質(zhì)好的可紡煤瀝青。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為 一種可紡煤瀝青的生產(chǎn)工藝 方法，該生產(chǎn)工藝方法包括以下步驟
(1) 煤粉制備工段將原料煤進(jìn)行破碎處理，形成l 3mm的煤粉，對(duì)破碎 的煤粉進(jìn)行干燥，使其含水率《0.1%;
(2) 幼青抽提工段煤粉從浸出抽提器的上部加入，有機(jī)溶劑由浸出抽提器 的下部進(jìn)入，兩者的重量比為3 :4,浸出抽提器內(nèi)溫度150°C~200°C，壓力 2.0-2.5MPa;抽提后的煤粉殘?jiān)欧诺?，而抽提液進(jìn)入瀝青過(guò)濾工段；
(3) 瀝青過(guò)濾工段抽提液經(jīng)過(guò)過(guò)濾設(shè)備，濾掉98%以上直徑大于0.1孩i米的固體顆粒；
(4) 毛瀝青蒸發(fā)脫溶工段對(duì)濾液進(jìn)行閃蒸，除去80°/。的溶劑，得到溶劑與 瀝青的混合懸浮液；該懸浮液進(jìn)行干燥處理，使其溶劑的含量少于0.5%,干燥 后的瀝青后為毛瀝青；溶劑回收至溶劑罐；
(5) 加氫精制工段毛瀝青與粗苯按重量比1 : 1混勻，形成懸浮液，然后 向該懸浮液中通入氫氣，升溫加壓進(jìn)行加氫反應(yīng)，其中氫氣與毛瀝青的重量比 為1 : 5,反應(yīng)時(shí)間為6 8小時(shí)，反應(yīng)溫度330 340。C,壓力為12.0MPa;反 應(yīng)后的液體瀝青進(jìn)入高溫分離器，釋放出液體瀝青中的輕組份和未反應(yīng)的氫 氣，高溫分離器的底部分離出的液體瀝青，360。C下進(jìn)行熱聚合，聚合時(shí)間約4 小時(shí)，聚合后的瀝青進(jìn)入真空蒸發(fā)釜，在真空作用下蒸發(fā)，輕組傷4皮迅速地從 頂部抽出，從真空蒸發(fā)釜底部出來(lái)的便是可紡煤瀝青。
所述步驟(2)中得到的煤粉殘?jiān)腿胝婵瞻沂礁稍餀C(jī)進(jìn)行脫溶干燥，干燥后 的殘?jiān)M(jìn)入渣倉(cāng)，該殘?jiān)龌钚蕴坑?，真空干燥機(jī)出來(lái)的溶劑蒸汽進(jìn)入冷凝器 回收溶劑。
所述步驟(3)中得到的固體顆粒經(jīng)過(guò)脫溶劑處理，溶劑經(jīng)冷凝回收，脫溶后 的細(xì)殘?jiān)黕L活性炭用。
所述步驟(3)釆用過(guò)濾方式為采用三級(jí)自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器組成，采用PLC 控制，并且過(guò)濾精度均為微米級(jí)的。
所述步驟(2)中使用的有機(jī)溶劑為四氫呋喃、二硫化碳或曱醇中的一種或 多種混合的溶劑。
所述步驟(4)中的閃蒸條件為閃蒸器內(nèi)溶劑蒸汽溫度為IOO'C,壓力為 0.27MPa。
所述步驟(5)中，先將毛瀝青進(jìn)行粉碎處理，然后與粗苯混勻。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明以煤為原料用萃取的方法連續(xù)生產(chǎn)出可紡煤瀝 青。從根本上突破國(guó)外的技術(shù)封鎖;釆用自主原料生產(chǎn)碳纖維，在價(jià)格上具有 較大優(yōu)勢(shì)，大大增加國(guó)內(nèi)碳纖維產(chǎn)品的使用量，促進(jìn)國(guó)內(nèi)材料產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā) 展。
該技術(shù)的關(guān)鍵是可實(shí)現(xiàn)瀝青浸出抽提、三級(jí)精細(xì)過(guò)濾、溶劑回收循環(huán)使用、 殘?jiān)懦龊秃娓擅撊?、毛瀝青直接通入氫氣后實(shí)現(xiàn)低成本加氫、高溫聚合和真 空減壓蒸餾精制、可紡煤瀝青排出冷卻等所有工序的連續(xù)化生產(chǎn)。
該技術(shù)最大區(qū)別就是沒(méi)有將煤中固有的天然瀝青類(lèi)物質(zhì)進(jìn)行高溫破壞，其天然的優(yōu)良特性被最大限度地保留下來(lái)，從而使煤中有用的東西得到了較好的 開(kāi)發(fā)利用，基本保留了煤中復(fù)雜的瀝青類(lèi)組份的固有特征，所以產(chǎn)率高，品質(zhì) 好，相對(duì)于石油化工來(lái)講，原料廣泛，供應(yīng)量充足， <介格低廉，這就注定使產(chǎn) 品成本低，市場(chǎng)竟?fàn)幜?qiáng)。
該項(xiàng)目可發(fā)揮礦區(qū)煤炭資源比較優(yōu)勢(shì)，對(duì)大力發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)具有良好的 推動(dòng)和示范作用。該項(xiàng)目以煤瀝青抽提為龍頭，進(jìn)而產(chǎn)出高附加值的可紡煤瀝 青、碳纖維和煤質(zhì)活性炭及其下游產(chǎn)品，使相對(duì)廉價(jià)的煤炭資源獲得巨大的增 值，對(duì)煤化工產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展探出了一條新路子。


圖l是本發(fā)明的工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，本部分的描述僅是示范性和解釋 性，不應(yīng)對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍有任何的限制作用。
如圖1所示的一種可紡煤瀝青的生產(chǎn)工藝方法，該生產(chǎn)工藝方法包括以下 步驟
(1 )煤粉制備工段
原料煤經(jīng)電磁振動(dòng)給料機(jī)給料進(jìn)入環(huán)錘式破碎機(jī)，將原料煤破碎成l-3mm 的煤粉，經(jīng)螺旋輸送機(jī)、提升機(jī)將破碎的煤粉送入盤(pán)式干燥機(jī)中進(jìn)行干燥，含 水率<0.1°/。。干燥后的煤粉經(jīng)振動(dòng)篩篩分，l-3mm的煤粉送入煤粉倉(cāng)。
(2) 瀝青抽提工段
煤粉倉(cāng)中的合格煤粉，經(jīng)螺旋給料機(jī)、斗式提升機(jī)先后送入變壓補(bǔ)料倉(cāng)、 加壓給料倉(cāng)和浸出抽提器，進(jìn)料量由星型卸料器變頻控制。溶劑泵輸送來(lái)的回 收有機(jī)溶劑與煤粉一同從浸出抽提器上部進(jìn)入。正常生產(chǎn)時(shí)，浸出抽提器內(nèi)溫 度150°C ~200°C，壓力2.0~2.5MPa。塔板上的煤粉受到順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的撥 料輪推動(dòng)，向著該層塔板的下料口處移動(dòng)。從下部進(jìn)入的新鮮有機(jī)溶劑與煤粉 逆向運(yùn)動(dòng)，不斷把煤粉中的瀝青溶解出來(lái)。總的有機(jī)溶劑與煤粉的重量比為3 :4,所用的有機(jī)溶劑為四氫呋喃、二硫化碳或甲醇中的一種或多種混合的溶 劑。抽提液經(jīng)浸出抽提器出口進(jìn)入瀝青過(guò)濾脫溶單元，抽提后的殘?jiān)?jīng)排渣鎖 斗周期循環(huán)排放。
(3) 瀝青過(guò)濾工段
經(jīng)過(guò)濾，瀝青溶液中的煤粉被分離出來(lái)，要求固體顆粒直徑大于0.1微米的固體量的脫除率大于98%。過(guò)濾系統(tǒng)為自動(dòng)反沖洗，由三級(jí)過(guò)濾器組成，一 級(jí)三臺(tái)過(guò)濾器，二級(jí)兩臺(tái)過(guò)濾器，三級(jí)兩臺(tái)過(guò)濾器，過(guò)濾精度均為微米級(jí)的。 在PLC控制下進(jìn)行過(guò)濾、置換、反沖洗、排渣等作業(yè)。為差壓和時(shí)間兩種控制 方案，以先到者優(yōu)先。本工段是制備最終產(chǎn)品的關(guān)鍵環(huán)節(jié),其過(guò)濾效果直接影 響最終產(chǎn)品的品質(zhì)。三級(jí)過(guò)濾后的合格濾液進(jìn)入毛瀝青蒸發(fā)脫溶工段。
(4) 毛瀝青蒸發(fā)脫溶工段
合格濾液進(jìn)入該工段后，進(jìn)入溶劑閃蒸器，將溶有毛瀝青的混合液蒸發(fā)脫 除大部分溶劑后，變?yōu)槿軇┡c毛瀝青的混合懸浮液，閃蒸器內(nèi)溶劑蒸汽溫度為 IO(TC,壓力為0.27MPa。從閃蒸器出來(lái)的毛瀝青的混合懸浮液進(jìn)入密閉式微 正壓終脫溶帶式干燥機(jī)，毛瀝青被脫溶干燥后呈小片狀進(jìn)入毛瀝青倉(cāng)。蒸發(fā)器 出來(lái)的溶劑蒸汽經(jīng)冷凝回收到溶劑罐。
(5) 加氫精制工段 從毛瀝青倉(cāng)送來(lái)的毛瀝青經(jīng)石皮碎后進(jìn)入瀝青懸浮液制備攪拌桶，同時(shí)按1:
1比例加入粗苯，攪拌制成懸浮液，該懸浮液進(jìn)入柱塞泵加壓。從甲醇工廠弛 放氣氬回收裝置引來(lái)氬氣后進(jìn)行加壓，與柱塞泵送來(lái)的高壓瀝青懸浮液混合后 送入裝有催化劑的瀝青加氬反應(yīng)器進(jìn)行加氫反應(yīng)，其中氫氣與毛瀝青的重量比 為1 : 5,反應(yīng)時(shí)間為6~8小時(shí)，反應(yīng)時(shí)間為6-8小時(shí)，反應(yīng)溫度330-340。C， 壓力為12.0MPa。進(jìn)行加氫反應(yīng)，目的就是使毛瀝青中的 大稠環(huán)芳烴部分開(kāi)環(huán)， 適當(dāng)形成側(cè)鏈，以便于大分子之間互相牽連形成纖維狀，從而獲得瀝青纖維， 另外就是加氫后可有效地脫除輕組份，因?yàn)檫@些輕組份在瀝青纖維內(nèi)易生成氣 泡，從而造成斷絲。毛瀝青加氳的示意方程式如下
反應(yīng)后的液體瀝青進(jìn)入高溫分離器，釋放出輕組份和未反應(yīng)的氫氣，這些 氣體進(jìn)入輕組份分餾塔，產(chǎn)生輕油和可燃?xì)怏w。液體瀝青從高溫分離器的底部
進(jìn)入聚合釜，在攪拌狀態(tài)下進(jìn)行熱聚合，聚合時(shí)間約4小時(shí)。反應(yīng)后的液體進(jìn) 入真空蒸發(fā)釜的上部，在真空作用下，輕組份被迅速地抽出送入分餾塔回收重 油?？杉彏r青液自真空蒸發(fā)釜的底部依靠自重進(jìn)入緩沖密封貯槽，再由該槽的 底部自流到瀝青帶式冷卻機(jī)冷卻后獲得成品固體可紡煤湯青。其中的輕組份為 C4以下的烷烴和類(lèi)似汽油的易揮發(fā)成份。(6) 殘?jiān)稍锕ざ?br> 自排渣鎖斗底部排出的殘?jiān)c溶劑的混合物落入斗式撈坑，液體溢流進(jìn)入 儲(chǔ)罐。斗式提升機(jī)撈出的殘?jiān)腿胝婵瞻沂礁稍餀C(jī)進(jìn)行脫溶干燥，干燥后的殘 渣進(jìn)入渣倉(cāng)，真空干燥機(jī)出來(lái)的溶劑蒸汽進(jìn)入冷凝器回收溶劑。
(7) 細(xì)殘?jiān)稍锕ざ?br> 該工段的主要任務(wù)是回收過(guò)濾器反沖下來(lái)的細(xì)殘?jiān)图?xì)殘?jiān)械娜軇＿^(guò) 濾系統(tǒng)反沖洗下來(lái)的細(xì)殘?jiān)軇┗旌弦合冗M(jìn)入細(xì)渣緩沖罐，然后進(jìn)入脫溶薈， 溶劑經(jīng)冷凝回收，脫溶后的細(xì)殘?jiān)龌钚蕴坑谩?br> 上述生產(chǎn)工藝的工作條件
(1) 煤用液體溶劑連續(xù)浸出制取毛瀝青
選用合適的煤粒度， 一般地，煤粉粒度越細(xì)，浸出速度越快，但是，將會(huì)
造成后序工段中渣液分離和過(guò)濾的困難，會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量；煤粉粒度大，浸出 速率慢，產(chǎn)品產(chǎn)出率低，但是渣液分離容易。因此，選擇合適的煤粒度比較重 要。通過(guò)試驗(yàn)確定合適的煤粉粒度為l-3mm。浸出抽提設(shè)備有間歇和連續(xù)的， 本項(xiàng)目采用的是連續(xù)式中溫中壓浸出抽提設(shè)備。其失見(jiàn)格為高度11米，內(nèi)徑3.0m, 轉(zhuǎn)速為0.5轉(zhuǎn)/時(shí)。內(nèi)裝有多層塔板和撥料輪，以使煤粉與溶劑更好地接觸， 正常加料(干煤粉)速度為1.4p屯/時(shí)，反應(yīng)溫度150°C~200°C,壓力2.0 ~ 2.5MPa，煤粉在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間約8小時(shí)。
(2) 煤^^分與浸出液的分離
浸出液中含有一定量的細(xì)煤粉顆粒，浸出液與細(xì)煤粉的分離程度，將在很 大程度上影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，選用何種類(lèi)型的過(guò)濾器、過(guò)濾器反沖和 過(guò)濾棒的清洗將是一個(gè)復(fù)雜的工藝及控制過(guò)程。本項(xiàng)目的過(guò)濾系統(tǒng)為自動(dòng)反沖 洗，由三級(jí)過(guò)濾器組成， 一級(jí)三臺(tái)過(guò)濾器，二級(jí)兩臺(tái)過(guò)濾器，三級(jí)兩臺(tái)過(guò)濾器， 過(guò)濾精度均為微米級(jí)的。在PLC控制下進(jìn)行過(guò)濾、置換、反沖洗、排渣等作業(yè)。 為差壓和時(shí)間兩種控制方案，以先到者優(yōu)先。操作溫度150°C,操作壓力 2.4MPa,單級(jí)允許壓差0.25 MPa。
(3) 毛瀝青加氫調(diào)質(zhì)制取可紡煤瀝青 通過(guò)加氫條件試驗(yàn)，從而選定了合適的加氳參數(shù)。將煤瀝青破碎至小于140
目的粉末溶于一定溶劑中，在一定催化劑存在的條件下，進(jìn)行加氫反應(yīng)。加氬 后煤瀝青，與溶劑分離完全后，直接在高壓釜中360。C恒溫?zé)峋酆?h;聚合后的物料從真空蒸發(fā)釜的上部進(jìn)入，在真空作用下，真空度為400mm汞柱，可 紡瀝青自其底部依靠自重進(jìn)入緩沖密封貯槽，再由該槽的底部自流到瀝青冷卻 機(jī)冷卻后獲得成品固體可紡煤瀝青。
以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些 改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種可紡煤瀝青的生產(chǎn)工藝方法，其特征在于該生產(chǎn)工藝方法包括以下步驟(1)煤粉制備工段將原料煤進(jìn)行破碎處理，形成1～3mm的煤粉，對(duì)破碎的煤粉進(jìn)行干燥，使其含水率≤0.1％；(2)瀝青抽提工段煤粉從浸出抽提器的上部加入，有機(jī)溶劑由浸出抽提器的下部進(jìn)入，兩者的重量比為3∶4，浸出抽提器內(nèi)溫度150℃～200℃，壓力2.0～2.5MPa；抽提后的煤粉殘?jiān)欧诺?，而抽提液進(jìn)入瀝青過(guò)濾工段；(3)瀝青過(guò)濾工段抽提液經(jīng)過(guò)過(guò)濾設(shè)備，濾掉98％以上直徑大于0.1微米的固體顆粒；(4)毛瀝青蒸發(fā)脫溶工段對(duì)濾液進(jìn)行閃蒸，除去80％的溶劑，得到溶劑與瀝青的混合懸浮液；該懸浮液進(jìn)行干燥處理，使其溶劑的含量少于0.5％，干燥后的瀝青后為毛瀝青；溶劑回收至溶劑罐；(5)加氫精制工段毛瀝青與粗苯按重量比1∶1混勻，形成懸浮液，然后向該懸浮液中通入氫氣，升溫加壓進(jìn)行加氫反應(yīng)，其中氫氣與毛瀝青的重量比為1∶5，反應(yīng)時(shí)間為6～8小時(shí)，反應(yīng)溫度330～340℃，壓力為12.0MPa；反應(yīng)后的液體瀝青進(jìn)入高溫分離器，釋放出液體瀝青中的輕組份和未反應(yīng)的氫氣，高溫分離器的底部分離出的液體瀝青，360℃下進(jìn)行熱聚合，聚合時(shí)間約4小時(shí)，聚合后的瀝青進(jìn)入真空蒸發(fā)釜，在真空作用下蒸發(fā)，輕組份被迅速地從頂部抽出，從真空蒸發(fā)釜底部出來(lái)的便是可紡煤瀝青。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可紡煤瀝青的生產(chǎn)工藝方法，其特征在于所 述步驟(2)中得到的煤粉殘?jiān)腿胝婵瞻沂礁稍餀C(jī)進(jìn)行脫溶干燥，干燥后的殘?jiān)?進(jìn)入渣倉(cāng)，該殘?jiān)龌钚蕴坑?，真空干燥機(jī)出來(lái)的溶劑蒸汽進(jìn)入冷凝器回收溶 劑。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可紡煤瀝青的生產(chǎn)工藝方法，其特征在于所 述步驟(3)中得到的固體顆粒經(jīng)過(guò)脫溶劑處理，溶劑經(jīng)冷凝回收，脫溶后的細(xì)殘 渣做活性炭用。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的可紡煤瀝青的生產(chǎn)工藝方法，其特征在于 所述步驟(3)采用過(guò)濾方式為采用三級(jí)自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器組成，采用PLC控 制，并且過(guò)濾精度均為微米級(jí)的。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可紡煤瀝青的生產(chǎn)工藝方法，其特征在于所 述步驟(2)中使用的有機(jī)溶劑為四氫呋喃、二硫化碳或甲醇中的一種或多種混 合的溶劑。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可紡煤瀝青的生產(chǎn)工藝方法，其特征在于所 述步驟(4)中的閃蒸條件為閃蒸器內(nèi)溶劑蒸汽溫度為100°C,壓力為0.27MPa。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可紡煤瀝青的生產(chǎn)工藝方法，其特征在于所 述步驟(5)中，先將毛瀝青進(jìn)行粉碎處理，然后與粗苯混勻。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種可紡煤瀝青的生產(chǎn)工藝方法，該生產(chǎn)工藝方法包括以下步驟(1)煤粉制備工段、(2)瀝青抽提工段、(3)瀝青過(guò)濾工段、(4)毛瀝青蒸發(fā)脫溶工段、(5)加氫精制工段。本發(fā)明以煤為原料用萃取的方法連續(xù)生產(chǎn)出可紡煤瀝青。從根本上突破國(guó)外的技術(shù)封鎖；采用自主原料生產(chǎn)碳纖維，在價(jià)格上具有較大優(yōu)勢(shì)，大大增加國(guó)內(nèi)碳纖維產(chǎn)品的使用量，促進(jìn)國(guó)內(nèi)材料產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。
文檔編號(hào)C10C3/00GK101624529SQ200910017078
公開(kāi)日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者宋淑群, 楊建民, 汪志國(guó), 冬 王, 胡玉彬, 褚宏春 申請(qǐng)人:兗礦集團(tuán)有限公司;兗礦國(guó)宏化工有限責(zé)任公司