專利名稱：低中溫煤焦油冷切割分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低中溫煤焦油輕質(zhì)焦油和重質(zhì)餾分的分離方法，具體涉及一種輕質(zhì)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(shù)：
煤焦油是煤隔絕空氣加熱干餾所得，在高溫下制得的煤焦油叫高溫煤焦油，低溫下制得的煤焦油叫低溫煤焦油，兩者溫度之間制得的煤焦油叫中溫煤焦油，通常在低中溫情況下干餾所得的煤焦油產(chǎn)率較高。低中溫煤焦油的制備溫度在700°C以下，可進(jìn)一步的加氫處理得到需要的產(chǎn)品，但是其組成極為復(fù)雜，分離、提純比較困難。在現(xiàn)有工藝中，一般是將煤焦油通過(guò)加熱分餾即熱切割的形式分成輕質(zhì)餾分和重質(zhì)餾分兩種，然后再進(jìn)一步的加氫改性得到所需的產(chǎn)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(guò)高還會(huì)造成煤焦油的二次裂解，產(chǎn)生氣體(干氣)造成污染，而且現(xiàn)今生產(chǎn)的煤焦油分子量大、粘度大、密度大，在熱分割時(shí)輕質(zhì)焦油(輕質(zhì)餾分)的產(chǎn)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(xiàn)有從煤焦油分離輕質(zhì)焦油的技術(shù)存在很大的不足，對(duì)輕質(zhì)焦油的提純、應(yīng)用具有很大的劣勢(shì)，不利于煤焦油的充分利用，也阻礙了工業(yè)化大生產(chǎn)， 因此尋找一種能從煤焦油中充分分離輕質(zhì)焦油的方法具有重大意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有煤焦油熱切割分離技術(shù)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(duì)煤焦油進(jìn)行分離，且所得輕質(zhì)焦油收率高、質(zhì)量好，利于工業(yè)化應(yīng)用。發(fā)明人經(jīng)過(guò)了大量的理論研究和實(shí)際驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，得到了對(duì)現(xiàn)有熱切割技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)的方法，其只要改進(jìn)點(diǎn)有兩個(gè)，一是在煤焦油生產(chǎn)過(guò)程中加入絡(luò)合劑對(duì)煤焦油進(jìn)行處理，為后續(xù)煤焦油分離提供基礎(chǔ)，第二個(gè)改進(jìn)點(diǎn)是在對(duì)煤焦油進(jìn)行切割分離時(shí)加入混合萃取劑促進(jìn)煤焦油餾分的充分分離。本發(fā)明所得的方法工藝簡(jiǎn)單、能耗低、輕質(zhì)焦油的收率可高達(dá)80%，效果非常好，這些有益效果已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了驗(yàn)證。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種低中溫煤焦油冷切割分離方法，其特征是包括以下步驟
(1)將煤加入干餾爐中生產(chǎn)低中溫煤焦油，同時(shí)向干餾爐預(yù)熱區(qū)350-400°C區(qū)域噴加絡(luò)合劑，絡(luò)合劑與產(chǎn)生的煤焦油氣體進(jìn)行反應(yīng)對(duì)煤焦油氣體進(jìn)行改性，然后將改性后的煤焦油氣體進(jìn)行后處理得到液態(tài)煤焦油；
(2)向上述得到的液態(tài)煤焦油中加入萃取劑，在40-50°C下攪拌均勻后保溫靜置；
(3)靜置后，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(zhì)焦油、 重質(zhì)焦油和萃取劑。上述方法中，所述絡(luò)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(zhì)量比為1:3:1. 5-6配制而成。當(dāng)比值為 1 3 1. 5-4時(shí)，靜置后分為三層，上層為輕質(zhì)焦油，中部為重質(zhì)焦油，下部為萃取劑，輕質(zhì)焦油產(chǎn)率高，此種情況下輕質(zhì)焦油中完全不含萃取劑，萃取劑也幾乎能全部回收，不會(huì)污染重質(zhì)餾分；如果比值為1:3:4-6，分層后萃取劑就會(huì)成為中間層，重質(zhì)餾分進(jìn)入下層，萃取劑回收不利，且輕質(zhì)成分收率也會(huì)降低，對(duì)油質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生小量污染；如果水的用量再增加的話，污染會(huì)更加嚴(yán)重，不利于工業(yè)化應(yīng)用。優(yōu)選的，萃取劑中98wt%的磷酸98wt%的硫酸水的質(zhì)量比為1:3:1. 5_2。輕質(zhì)焦油中不含萃取劑，且萃取劑回收率高。上述方法中，所述絡(luò)合劑的加入量為氣體煤焦油質(zhì)量的5_10%。煤焦油的產(chǎn)量可以根據(jù)所用的干餾爐及所用的煤質(zhì)推定出來(lái)，一定的干餾爐、一定的煤質(zhì)，在生產(chǎn)是所產(chǎn)生的煤焦油的量是已知的。本發(fā)明的方法對(duì)煤的類型沒有特別的要求，選擇能夠產(chǎn)生煤焦油的煤即可，煤品質(zhì)的不同僅會(huì)影響所產(chǎn)的煤焦油的量，并不會(huì)對(duì)整個(gè)工藝產(chǎn)生影響。上述方法中，所述萃取劑的加入量為液態(tài)煤焦油質(zhì)量的3-10 %。在用萃取劑進(jìn)行分離煤焦油時(shí)，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(guān)系，兩者之間需要密切配合才能達(dá)到較高的收率，大體趨勢(shì)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(huì)降低，且萃取劑的回收率也會(huì)降低。 萃取劑的配制方法為先將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(tài)煤焦油含水量小于3wt%。上述方法中，步驟(3 )所得萃取劑進(jìn)入步驟(2 )循環(huán)使用。煤是自然形成的混合高聚物，通過(guò)熱裂解形成混合單體。煤通過(guò)干餾形成煤焦油， 干餾所用的設(shè)備一般為直立式干餾爐，國(guó)內(nèi)現(xiàn)在陜西地區(qū)進(jìn)行煤干餾的企業(yè)較多?，F(xiàn)以圖 1所示的直立式干餾爐的示意圖為例對(duì)低中溫煤焦油的形成過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。現(xiàn)有低中溫煤焦油的干餾溫度在450-700°C之間，在實(shí)際煤干餾生產(chǎn)中，將煤進(jìn)行粉碎連續(xù)的從干餾爐的頂部加入爐內(nèi)，煤先經(jīng)過(guò)煤的預(yù)熱區(qū)，然后進(jìn)入裂解區(qū)，隨著下移的過(guò)程溫度不斷升高，并逐漸產(chǎn)生煤焦油氣體，產(chǎn)生的焦油氣經(jīng)驟冷定型就得到現(xiàn)在市場(chǎng)上銷售的低中溫煤焦油。根據(jù)煤質(zhì)的不同，干餾形成的焦油成分是酸性·中性 堿性物質(zhì)，因?yàn)樗釅A聚合反應(yīng)使煤焦油的分子量加大。以陜西地區(qū)產(chǎn)的煤為例，其焦油的堿性物質(zhì)成分帶有含氮·氧的官能團(tuán)，焦油帶有很強(qiáng)的負(fù)電性，而裂解產(chǎn)生的殘?zhí)款愇镔|(zhì)大多為酸性物質(zhì)，所以它們很容易再聚形成更大的有機(jī)化合物，從而造成焦油的分子量大，導(dǎo)致焦油的密度大，特別是粘度大，并且其性質(zhì)不穩(wěn)定，這正是現(xiàn)今焦油不易分離輕質(zhì)成分的原因。本發(fā)明在現(xiàn)有工藝的基礎(chǔ)上加入絡(luò)合劑，因絡(luò)合劑在此條件下介電常數(shù)與丙酮相似，根據(jù)相似相容原理，絡(luò)合劑與氣態(tài)焦油可混合反應(yīng)，又因絡(luò)合劑擁有酸堿雙重性，所以絡(luò)合劑與焦油中的酸性、堿性物質(zhì)形成了新的有機(jī)化合物包裹體，即輕質(zhì)焦油和絡(luò)合劑對(duì)焦油浙青形成了 “籠子”，同時(shí)抑制了焦油酸和焦油堿的聚合反應(yīng)，從而降低了焦油的分子量，形成了低中溫煤焦油輕質(zhì)化的內(nèi)因，為下一步焦油分離奠定了基礎(chǔ)。本發(fā)明生產(chǎn)低中溫煤焦油的過(guò)程是在現(xiàn)有工藝的技術(shù)上進(jìn)行的，除了在干餾爐預(yù)熱區(qū)350-40(TC區(qū)域加入絡(luò)合劑對(duì)氣體煤焦油進(jìn)行改性外，煤的加熱溫度、加入方式、氣態(tài)煤焦油驟冷等后處理過(guò)程均為現(xiàn)有工藝，所用的干餾爐也為現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備，不需要進(jìn)行
4贅述。上面所說(shuō)的氣態(tài)煤焦油的后處理是指將煤焦油氣變?yōu)榭墒垡簯B(tài)煤焦油的過(guò)程，其一種常用的方法是將改性的煤焦油氣體加水進(jìn)行驟冷，使其變?yōu)橐簯B(tài)，然后通過(guò)分液將水除去，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的除水滿足一般液態(tài)煤焦油要求，其含水量一般在3wt%—下。所用的絡(luò)合劑可以為水或水蒸氣，但是考慮到絡(luò)合劑的加入部位溫度高于100°C，加入后水也會(huì)變?yōu)樗魵?，因此，在?shí)際應(yīng)用中一般加入水，降低成本。第二步對(duì)煤焦油輕質(zhì)和重質(zhì)餾分進(jìn)行分餾時(shí)主要是加入了本發(fā)明自制的混合萃取劑，在低溫下即可使焦油中的輕質(zhì)餾分和重質(zhì)餾分進(jìn)行充分分離。萃取劑的加入將焦油酸分離出來(lái)，使焦油沒有酸聚的環(huán)境，同時(shí)改變了原焦油分子之間的范德華力，降低了焦油的密度，提高了焦油的穩(wěn)定性，分離所得的輕質(zhì)焦油產(chǎn)率可達(dá)80%或以上，密度在0.95 g/ cm3左右，輕質(zhì)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(jìn)行，而作為本領(lǐng)域人員應(yīng)該知道，市售的或者生產(chǎn)的煤焦油為了保持流動(dòng)性要求一般需要保溫在50°C 左右，因此，本發(fā)明在此溫度下進(jìn)行萃取可以說(shuō)不用再進(jìn)行加熱即可將第一步制得的成品煤焦油進(jìn)行進(jìn)一步的萃取分離，減少了能耗。同時(shí)，低溫下萃取煤焦油不會(huì)發(fā)生進(jìn)一步的裂解，也不會(huì)產(chǎn)生裂解干氣，避免了二次污染。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，加入的絡(luò)合劑和萃取劑廉價(jià)易得，加入絡(luò)合劑對(duì)煤焦油進(jìn)行了改進(jìn)，使其中的輕質(zhì)成分提高，在分離時(shí)采用低溫冷切割技術(shù)，輕質(zhì)焦油和重質(zhì)餾分(主要為焦油浙青)分離完全，所得輕質(zhì)焦油比重小、密度小、產(chǎn)率高。此外，焦油分離時(shí)耗能低，沒有二次污染，萃取劑能循環(huán)使用，大大降低了成本。


圖1為直立式干餾爐的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，1、預(yù)熱區(qū)，2、裂解區(qū)，3、氣態(tài)煤焦油出口。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的闡述，應(yīng)該明白的是，下述說(shuō)明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行限定?，F(xiàn)今生產(chǎn)煤焦油的企業(yè)多在陜西地區(qū)，下列實(shí)施例就以陜西企業(yè)常用的生產(chǎn)煤焦油的直立式干餾爐為例來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，其示意圖見圖1。這并不是說(shuō)其他的干餾用爐不能用于本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解為現(xiàn)有的、可以生產(chǎn)煤焦油的所有爐子都可以用于本發(fā)明，實(shí)施例并非是對(duì)本發(fā)明的限定。下述實(shí)施例中，所述絡(luò)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(shí)施例1
選取陜西神木府谷地區(qū)煙煤為生產(chǎn)用煤，將其粉碎，然后加入干餾爐中生產(chǎn)煤焦油，煤先進(jìn)入預(yù)熱區(qū)再進(jìn)入裂解區(qū)，隨著溫度的升高不斷產(chǎn)生煤焦油，在爐內(nèi)的焦油為氣態(tài)，在投入煤的同時(shí)在爐內(nèi)預(yù)熱區(qū)350-400°C區(qū)域內(nèi)噴入絡(luò)合劑，絡(luò)合劑的加入量是氣態(tài)煤焦油質(zhì)量的10%，產(chǎn)生的氣態(tài)煤焦油在爐內(nèi)與絡(luò)合劑進(jìn)行反應(yīng)，對(duì)其進(jìn)行改性，防止煤焦油分子的深度聚合。反應(yīng)后，氣態(tài)焦油加入冷卻水進(jìn)行冷卻，成為液態(tài)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(zhì)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。將上述制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，然后在40-50°C左右靜置1- 進(jìn)行分層，最后混合液分為三層，上層為輕質(zhì)焦油(產(chǎn)率60-80wt%，密度在0. 95g/cm3左右)，中部為重質(zhì)焦油，下部為混合萃取劑(產(chǎn)率95-99wt%)，輕質(zhì)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(zhì)焦油和重質(zhì)焦油(焦油浙青)既可以直接銷售，又可以進(jìn)一步的進(jìn)行加氫改性得到所需的成分。實(shí)施例2
選取煙煤為生產(chǎn)用煤制備煤焦油，方法與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于所用的絡(luò)合劑的量為氣態(tài)煤焦油質(zhì)量的10%。將制得的煤焦油成品加入分餾塔，按8wt%的加入量加入質(zhì)量比為1:3:5的A、B、C混合萃取劑，混合攪拌均勻，然后在40-50°C左右靜置1_池進(jìn)行分層，最后混合液分為三層，上層為輕質(zhì)焦油(產(chǎn)率60-80wt%，密度在0. 95g/cm3左右)，中部為混合萃取劑(產(chǎn)率95-99wt%)，下部為重質(zhì)焦油，將各層分別分離即得所需成分。所得輕質(zhì)焦油和重質(zhì)焦油(焦油浙青)既可以直接銷售，又可以進(jìn)一步的進(jìn)行加氫改性得到所需的成分。實(shí)施例3
選取陜西神木府谷地區(qū)泥煤為生產(chǎn)用煤制備煤焦油，方法與實(shí)施例1相同，區(qū)別在于 所用的絡(luò)合劑的量為氣態(tài)煤焦油質(zhì)量的6%。將制得的煤焦油成品加入分餾塔，按6wt%的加入量加入質(zhì)量比為1:3:1. 7的A、B、C混合萃取劑，混合攪拌均勻，然后在40-50°C左右靜置 l-2h進(jìn)行分層，最后混合液分為三層，上層為輕質(zhì)焦油(產(chǎn)率60-80wt%，密度在0. 95g/cm3 左右)，中部為重質(zhì)焦油，下部為混合萃取劑(產(chǎn)率95-99wt%)，輕質(zhì)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(zhì)焦油和重質(zhì)焦油(焦油浙青)既可以直接銷售，又可以進(jìn)一步的進(jìn)行加氫改性得到所需的成分。實(shí)施例4
按照實(shí)施例2的方法制備煤焦油并將其進(jìn)行分離，得到輕質(zhì)焦油和重質(zhì)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(zhì)量比分別為1:3 :6，最終輕質(zhì)焦油的產(chǎn)率為60-80%。 實(shí)施例5
按照實(shí)施例2的方法制備煤焦油并將其進(jìn)行分離，得到輕質(zhì)焦油和重質(zhì)焦油。不同的是，所用的絡(luò)合劑的量分別為5%和8%，最終輕質(zhì)焦油的產(chǎn)率分別為40-55%和50-70%。實(shí)施例6
按照實(shí)施例1的方法制備煤焦油并將其進(jìn)行分離，得到輕質(zhì)焦油和重質(zhì)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(zhì)焦油的產(chǎn)率分別為40-50%和45-55%。實(shí)施例7
按照實(shí)施例3的方法制備煤焦油并將其進(jìn)行分離，得到輕質(zhì)焦油和重質(zhì)焦油。不同的是，混合萃取劑中A、B、C的質(zhì)量比分別為1:3 :1. 5，1:3:2，1:3:4，1:3:6，最終輕質(zhì)焦油的產(chǎn)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(shí)，必需調(diào)解合適的水用量才能使收率達(dá)到最佳值，相反的，在確定了水的用量的情況下，也要調(diào)解合適的萃取劑用量才能達(dá)到最佳效果。
對(duì)比例
選取陜西神木府谷地區(qū)煙煤為生產(chǎn)用煤，將其粉碎，然后加入干餾爐中生產(chǎn)煤焦油，煤先進(jìn)入預(yù)熱區(qū)再進(jìn)入裂解區(qū)，隨著溫度的升高不斷產(chǎn)生煤焦油，在爐內(nèi)的焦油為氣態(tài)，產(chǎn)生的氣態(tài)煤焦油加入冷卻水進(jìn)行冷卻，成為液態(tài)煤焦油，再將煤焦油中水分除至3%以下，即得煤焦油成品。將上述制得的煤焦油成品通過(guò)管式爐燃?xì)饧訜岬?30-360°C進(jìn)入分餾塔分離，所得輕質(zhì)焦油產(chǎn)率為25-30%，密度為0. 97-1. Og/cm3。通過(guò)上述實(shí)施例和對(duì)比例可以看出，本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，只對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行簡(jiǎn)單改進(jìn)就能大大增加輕質(zhì)焦油的產(chǎn)率，而且從實(shí)施例中可以看出，絡(luò)合劑、萃取劑用量不同，及混合萃取劑中成分的比例不同對(duì)輕質(zhì)焦油的產(chǎn)率都有很大影響，但無(wú)論如何，從總體上看， 本發(fā)明分離的輕質(zhì)焦油產(chǎn)率遠(yuǎn)高于現(xiàn)有技術(shù)，并且無(wú)需熱切割，降低了能耗，減少了污染。
權(quán)利要求
1.一種低中溫煤焦油冷切割分離方法，其特征是包括以下步驟(1)將煤加入干餾爐中生產(chǎn)低中溫煤焦油，同時(shí)向干餾爐預(yù)熱區(qū)350-400°C區(qū)域噴加絡(luò)合劑，絡(luò)合劑與產(chǎn)生的煤焦油氣體進(jìn)行反應(yīng)對(duì)煤焦油氣體進(jìn)行改性，然后將改性后的煤焦油氣體進(jìn)行后處理得到液態(tài)煤焦油；(2)向上述得到的液態(tài)煤焦油中加入萃取劑，在40-50°C下攪拌均勻后保溫靜置；(3)靜置后，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(zhì)焦油、 重質(zhì)焦油和萃取劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述絡(luò)合劑為水或水蒸氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征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(zhì)量比為1:3:1. 5-6配制而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是萃取劑中98wt%的磷酸98%的硫酸水的質(zhì)量比為1 3 1. 5-2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述絡(luò)合劑的加入量為氣體煤焦油質(zhì)量的 5-10%ο
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述萃取劑的加入量為液態(tài)煤焦油質(zhì)量的 3-10 %。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是萃取劑的配制方法為先將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(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所得液態(tài)煤焦油含水量小于3wt%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是步驟(3)所得萃取劑進(jìn)入步驟(2)循環(huán)使
全文摘要
本發(fā)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(chǎn)低中溫煤焦油過(guò)程中向干餾爐預(yù)熱區(qū)350-400℃區(qū)域噴加絡(luò)合劑，對(duì)煤焦油氣體進(jìn)行改性，然后將改性后的煤焦油氣體進(jìn)行后處理得到液態(tài)煤焦油；向液態(tài)煤焦油中加入萃取劑，在40-50℃下攪拌均勻后保溫靜置；靜置后，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(zhì)焦油、重質(zhì)焦油和萃取劑。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，加入的絡(luò)合劑和萃取劑廉價(jià)易得，輕質(zhì)焦油和重質(zhì)餾分分離完全，所得輕質(zhì)焦油比重小、密度小、產(chǎn)率高，此外，焦油分離時(shí)采用冷切割技術(shù)，耗能低，沒有二次污染，大大降低了成本。
文檔編號(hào)C10C1/18GK102304378SQ20111023936
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月19日
發(fā)明者孫成忠, 李燕波 申請(qǐng)人:孫成忠, 李燕波