CN101235328B

CN101235328B - 一种煤全组分族分离的温和化工艺

Info

Publication number: CN101235328B
Application number: CN2008100194092A
Authority: CN
Inventors: 秦志宏
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2008-01-01
Filing date: 2008-01-01
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2028-01-01
Also published as: CN101235328A

Abstract

一种煤全组分族分离的温和化工艺，属于煤的分离工艺。将原煤与溶剂A和溶剂B的混合溶剂混合、萃取，分离出固相组分，经干燥得萃余煤；分离出的液相加入溶剂C反萃取，有固体物析出；将固、液分离出的固相组分经洗涤后得超纯煤I；分离出的液体物质静置、分层；将其中一个分层的液体分离并循环使用，残留液体反萃取有固态物质，干燥后为粘结组分；另一个分层液体进入粗膜分离器，分离出的固体物质干燥后得超纯煤II；经细膜分离器，膜分离后的固体物质经干燥后得超微矿物；细膜分离器的液体经常压精馏塔，分离出溶剂C、溶剂B和溶剂A重复使用，残渣为轻质组分。该工艺设备简单，过程温和，控制容易，溶剂循环使用，成本低廉，将煤分离成六种物质，对煤各族组分展开不同的加工和转化，提高煤的价值、使用价值和环境效益。

Description

一种煤全组分族分离的温和化工艺

技术领域

本发明涉及一种以萃取和反萃取方法为主的煤全组分按族进行分离的分离工艺，特别是一种煤全组分族分离的温和化工艺。

背景技术

迄今煤的商业化利用方式均是将煤作为一个整体进行燃烧、气化、液化或炼焦。发明专利“基于萃取与反萃取的温和化煤族组分分离方法”，专利申请号：200710022120.1，对煤的商业化利用开创了新的方法，该专利申请是：在煤样中加入混合溶剂，搅拌，得到萃取固液混合物；对萃取固液混合物进行固液分离，分别得到萃取液和萃余物；对萃余物用水洗涤，然后真空干燥，得到萃余煤；在萃取液中加入溶剂C，搅拌，得到反萃取固液混合物并对其进行固液分离，得到固体物质和液体物质；对固体物质用水洗涤，干燥，得到精煤；液体物质为两个分层：对其中一个分层用常压蒸馏法脱去溶剂A，再对剩余溶液进行反萃取，将产生粘稠状固体物，对其进行干燥处理，获得粘结组分；另一个分层主要为溶剂B和溶剂C的混合剂。

该方案经过萃取和反萃取从煤中提取了三种族组分，没有将煤全组分完全分离出来，不利于下一步煤的再利用。

发明内容

本发明的目的是要提供一种能将煤中的族组分完全分离出来，有利于下一步煤的再利用的煤全组分族分离的温和化工艺。

本发明的目的是这样实现的，该工艺包括溶剂A、溶剂B和溶剂C，所述的溶剂A为：二硫化碳、氯仿、二氯甲烷、苯、甲醇、苯酚、乙醚；所述的溶剂B为：N-甲基-2-吡咯烷酮、环己酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、乙二胺、磷酸三乙脂、喹啉、吡啶；所述的溶剂C为：水、正己烷，在同一个工艺过程中，溶剂A、溶剂B和溶剂C必须选用三种不同的溶剂物质；其工艺流程为：

将原煤粉碎至10-300目，加入到固液混合器(1)中，与配制好的溶剂A和溶剂B的混合溶剂按20-300L/kg煤的比例混合后送入萃取器(2)，在压力1-10atm、温度10-150℃下搅拌萃取10-300min，然后送入固液分离器(3)进行固液分离；分离出的固相组分送入洗涤器(7)中用溶剂C按0.5-100L/kg固体物的比例进行洗涤，洗涤后的固相组分送入干燥器(8)中，在0.01-0.5atm、50-120℃下干燥后即分离出第一个组分即萃余煤；

固液分离器(3)的液相萃取液送入反萃取器(4)，用来自洗涤器(7)的溶剂C对液相萃取液进行反萃取5-200min，溶剂C的加入量为萃取液的0.1-2倍，在此过程中有固体物析出；将固、液混合物一起送入固液分离器(5)中进行固液分离；分离出的固相组分送入洗涤器(9)中，用溶剂C按0.5-100L/kg固体物的比例进行洗涤，洗涤后的固相组分送入干燥器(10)中，在0.01-0.5atm、50-120℃下干燥后即分离出第二个组分即超纯煤I；

来自固液分离器(5)分离出来的液体中混有少量悬浮物，将该液体送入分层分离器(6)静置10-300min，产生两个分层；将其中一个分层的液体分离出来，并送入常压蒸馏器(11)中，在40-120℃下蒸出其中的溶剂A，将溶剂A送回溶剂循环系统循环使用，残留液体送反萃取器(12)用溶剂C进行反萃取，溶剂C的加入量为残留液体的0.1-2倍；此过程中将析出固态的粘结组分，将固态的粘结组分送入干燥器(13)中，在0.01-0.5atm、50-120℃下干燥后即分离出第三个组分即粘结组分；

来自反萃取器(12)的液体部分与来自分层分离器(6)的另一个分层液体混合后一起进入粗膜分离器(14)，在此进行膜分离，膜孔径≥1μm；分离出的固体物质送入干燥器(18)中，在0.01-0.5atm、50-120℃下干燥后即分离出第四个组分即超纯煤II；

经过粗膜分离器(14)的液体送入细膜分离器(15)，在此继续进行膜分离，膜孔径＜1μm；分离出的固体物质送入干燥器(19)中，在0.01-0.5atm、50-120℃下干燥后即分离出第五个组分即超微矿物；

经过细膜分离器(15)的液体送入常压精馏塔(16)，在50-150℃下精馏，分离出溶剂C送入反萃取剂循环系统；残液送至减压蒸馏塔(17)，在0.01-0.5atm、50-150℃下蒸馏出溶剂B，与来自常压蒸馏器(11)的溶剂A一起进入液液混合器(20)并入循环系统循环使用；减压蒸馏塔(17)中的残渣即分离出第六个组分即轻质组分。

所述的常压精馏塔(16)的残液也可以提取出一部分残液直接送入液液混合器(20)作为循环溶剂使用。

所述的溶剂C既作为反萃取剂也作为洗涤剂使用，与溶剂A、B一起在整个系统中按比例要求闭路循环；当溶剂A、溶剂B、溶剂C达不到系统比例要求时加入新的系统溶剂A、溶剂B、溶剂C。

所述的来自固液分离器(3)的固相组分可提取出一部分直接与原煤配合后入固液混合器(1)中代替原煤作萃取原料，固相组分/原煤＝0.1-1.0质量比。

所述的对于细膜分离器(15)，可按膜孔径大小由多级膜串联进行分级膜分离，以分离出不同粒度的固体颗粒，包括微量元素。

所述的混合溶剂有溶剂A和溶剂B，在同一个工艺过程中，溶剂A和溶剂B必须选用二种不同的溶剂物质，将溶剂A和溶剂B共同放入至液液混合器(20)中混合，溶剂A和溶剂B的混合比为1∶0.2至1∶2之间，所述的混合比为体积比。

有益效果，使用本工艺可以使煤全组分预先分离成萃余煤、超纯煤I、粘结组分、超纯煤II、超微矿物其中包括微量元素、轻质组分等多种各具特色的族组分产品，从而为下一步对各族组分展开不同的加工和转化，为煤全组分高效合理综合利用提供技术基础和原料准备，大幅度提高煤的价值、使用价值和环境效益。

采用上述工艺方案对煤的全组分进行的族分离，是在完全温和化的条件下实现的，没有破坏煤分子中的共价键，而是在萃取反萃取体系中解离煤分子间非共价键作用力后，使煤这一非常复杂的混合物按照“物以类聚”的原则凝聚成相应的族组分而进行的完全分离。这种分离基于煤结构的本质特点，又反映了煤的结构本质，不仅在应用上有重要价值，在理论上也有重要意义。

本工艺为常用化工单元操作，设备简单，过程温和，控制容易，溶剂循环使用，成本低廉。所分离出的各族组分产品预期可开展进一步加工与转化利用，从而实现煤炭转化过程的石油化即先炼制分离再精细加工，全面提高煤炭加工利用的经济效益、资源效益和环境效益。如第一种产品萃余煤，分子量大，碳含量高，多孔，多矿物质，可直接作电厂燃料或接煤气化-精细合成工艺，生产气体燃料、液体油品或化工原料；第二种产品超纯煤I，分子量中等，近于无灰，颗粒超微，可直接作洁净燃料或接水(油)煤浆制备工艺生产洁净的煤代油产品(如柴油替代品)；第三种产品超纯煤II，分子量中等，近于无灰，颗粒超微，富含氢元素，可接煤直接液化工艺生产液体油品，与用原煤直接液化相比，将更高效、更环保、转化率更高、工艺更简单；第四种产品粘结组分，形态极为均一，粘结能力强，分子量中等，无灰，可接碳纤维制备工艺生产碳纤维，也可制备炭膜及超细碳素涂层材料；第五种产品超微矿物，颗粒度在几十纳米至几百纳米，几乎不含有机质，可直接或再加工成为矿物纳米材料，也可分离出微量元素；第六种产品轻质组分，分子量较小，富含芳香族化合物，接分离精制工艺可生产芳香族化工原料。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为本发明工艺所得产品的应用方向示意图。

具体实施方法

实施例1：在图1中，1、固液混合器；2、萃取器；3、萃取固液分离器；4、萃取液反萃取器；5、反萃取固液分离器；6、分层分离器；7、萃余煤洗涤器；8、萃余煤干燥器；9、超纯煤I洗涤器；10、超纯煤I干燥器；11、常压蒸馏器；12、分层液反萃取器；13、粘结组分干燥器；14、粗膜分离器；15、细膜分离器；16、常压精馏塔；17、减压蒸馏塔；18、超纯煤II干燥器；19、超微矿物干燥器；20、液液混合器。

对碳含量为86.5％(W％，daf)的煤商品样，经粉碎制得＜100目的煤试样，按下列工艺流程进行全组分分离：

将原煤加入到固液混合器1中，与配制好的溶剂A和溶剂B的混合溶剂按100L/kg煤的比例混合后送入萃取器2，在压力1atm、室温下搅拌萃取120min，然后送入固液分离器3进行固液分离；分离出的固相组分送入洗涤器7中用溶剂C按2L/kg固体物的比例进行洗涤，洗涤后的固相组分送入干燥器8中，在0.1atm、100℃下干燥后即分离出第一个组分即萃余煤。

固液分离器3的液相萃取液送入反萃取器4，用来自洗涤器7的溶剂C对液相萃取液进行反萃取60min，溶剂C的加入量为萃取液的1倍，在此过程中有固体物析出；将固、液混合物一起送入固液分离器5中进行固液分离；分离出的固相组分送入洗涤器9中，用溶剂C按2L/kg固体物的比例进行洗涤，洗涤后的固相组分送入干燥器10中，在0.1atm、100℃下干燥后即分离出第二个组分即超纯煤I。

来自固液分离器5分离出来的液体中混有少量悬浮物，将该液体送入分层分离器6静置30min，产生两个分层；将其中一个分层的液体分离出来，并送入常压蒸馏器11中，在50℃下蒸出其中的溶剂A，将溶剂A送回溶剂循环系统循环使用，残留液体送反萃取器12用溶剂C进行反萃取，溶剂C的加入量为残留液体的1倍；此过程中将析出固态的粘结组分，将固态的粘结组分送入干燥器13中，在0.1atm、100℃下干燥后即分离出第三个组分即粘结组分。

来自反萃取器12的液体部分与来自分层分离器6的另一个分层液体混合后一起进入粗膜分离器14，在此进行膜分离，膜孔径1μm；分离出的固体物质送入干燥器18中，在0.1atm、100℃下干燥后即分离出第四个组分即超纯煤II。

经过粗膜分离器14的液体送入细膜分离器15，在此继续进行膜分离，膜孔径400nm；分离出的固体物质送入干燥器19中，在0.1atm、100℃下干燥后即分离出第五个组分即超微矿物。

经过细膜分离器15的液体送入常压精馏塔16，在130℃下精馏，分离出溶剂C送入反萃取剂循环系统；残液送至减压蒸馏塔17，在0.1atm、110℃下蒸馏出溶剂B，与来自常压蒸馏器11的溶剂A一起进入液液混合器20并入循环系统循环使用；减压蒸馏塔17中的残渣即分离出第六个组分即轻质组分。

所述的混合溶剂有溶剂A和溶剂B，溶剂A和溶剂B的混合比为1∶1，所述的混合比为体积比。

所使用溶剂A为二硫化碳；溶剂B为N-甲基-2-吡咯烷酮；溶剂C为水。

由此步骤实验，得到的各组分的产量(W％，daf)分别达到：萃余煤41-45％，精煤I13-18％，精煤II5-10％，粘结组分17-23％，轻质组分6-15％，超微矿物(W％，按原煤)2-6％。

实施例2：对碳含量为85.0％(W％，daf)的煤商品样，经粉碎制得＜120目的煤试样，按下列工艺流程进行全组分分离：

将原煤加入到固液混合器1中，与配制好的溶剂A和溶剂B的混合溶剂按50L/kg煤的比例混合后送入萃取器2，在压力2atm、温度20℃下搅拌萃取300min，然后送入固液分离器3进行固液分离；分离出的固相组分送入洗涤器7中用溶剂C按1L/kg固体物的比例进行洗涤，洗涤后的固相组分送入干燥器8中，在0.01atm、50℃下干燥后即分离出第一个组分即萃余煤。

固液分离器3的液相萃取液送入反萃取器4，用来自洗涤器7的溶剂C对液相萃取液进行反萃取5min，溶剂C的加入量为萃取液的2倍，在此过程中有固体物析出；将固、液混合物一起送入固液分离器5中进行固液分离；分离出的固相组分送入洗涤器9中，用溶剂C按100L/kg固体物的比例进行洗涤，洗涤后的固相组分送入干燥器10中，在0.01atm、50℃下干燥后即分离出第二个组分即超纯煤I。

来自固液分离器5分离出来的液体中混有少量悬浮物，将该液体送入分层分离器6静置10min，产生两个分层；将其中一个分层的液体分离出来，并送入常压蒸馏器11中，在50℃下蒸出其中的溶剂A，将溶剂A送回溶剂循环系统循环使用，残留液体送反萃取器12用溶剂C进行反萃取，溶剂C的加入量为残留液体的2倍；此过程中将析出固态的粘结组分，将固态的粘结组分送入干燥器13中，在0.01atm、50℃下干燥后即分离出第三个组分即粘结组分。

来自反萃取器12的液体部分与来自分层分离器6的另一个分层液体混合后一起进入粗膜分离器14，在此进行膜分离，膜孔径1μm；分离出的固体物质送入干燥器18中，在0.01atm、50℃下干燥后即分离出第四个组分即超纯煤II。

经过粗膜分离器14的液体送入细膜分离器15，在此继续进行膜分离，膜孔径200nm；分离出的固体物质送入干燥器19中，在0.01atm、50℃下干燥后即分离出第五个组分即超微矿物。

经过细膜分离器15的液体送入常压精馏塔16，在150℃下精馏，分离出溶剂C送入反萃取剂循环系统；残液送至减压蒸馏塔17，在0.01atm、90℃下蒸馏出溶剂B，与来自常压蒸馏器11的溶剂A一起进入液液混合器20并入循环系统循环使用；减压蒸馏塔17中的残渣即分离出第六个组分即轻质组分。

所述的混合溶剂有溶剂A和溶剂B，溶剂A和溶剂B的混合比为1∶0.5，所述的混合比为体积比。

由此步骤实验，得到的各组分的产量(W％，daf)分别达到：萃余煤40-49％，精煤I10-16％，精煤II3-9％，粘结组分10-21％，轻质组分6-15％，超微矿物(W％，按原煤)3-8％。

实施例3：对碳含量为83.9％(W％，daf)的煤商品样，经粉碎制得＜300目的煤试样，按下列工艺流程进行全组分分离：

将原煤加入到固液混合器1中，与常压精馏塔16的残液和回收溶剂A配制好的混合溶剂按150L/kg煤的比例混合后送入萃取器2，在压力5atm、温度100℃下搅拌萃取30min，然后送入固液分离器3进行固液分离；分离出的固相组分送入洗涤器7中用溶剂C按3L/kg固体物的比例进行洗涤，洗涤后的固相组分送入干燥器8中，在0.5atm、120℃下干燥后即分离出第一个组分即萃余煤。

固液分离器3的液相萃取液送入反萃取器4，用来自洗涤器7的溶剂C对液相萃取液进行反萃取200min，溶剂C的加入量为萃取液的0.1倍，在此过程中有固体物析出；将固、液混合物一起送入固液分离器5中进行固液分离；分离出的固相组分送入洗涤器9中，用溶剂C按0.5L/kg固体物的比例进行洗涤，洗涤后的固相组分送入干燥器10中，在0.5atm、120℃下干燥后即分离出第二个组分即超纯煤I。

来自固液分离器5分离出来的液体中混有少量悬浮物，将该液体送入分层分离器6静置300min，产生两个分层；将其中一个分层的液体分离出来，并送入常压蒸馏器11中，在60℃下蒸出其中的溶剂A，将溶剂A送回溶剂循环系统循环使用，残留液体送反萃取器12用溶剂C进行反萃取，溶剂C的加入量为残留液体的0.1倍；此过程中将析出固态的粘结组分，将固态的粘结组分送入干燥器13中，在0.5atm、120℃下干燥后即分离出第三个组分即粘结组分。

来自反萃取器12的液体部分与来自分层分离器6的另一个分层液体混合后一起进入粗膜分离器14，在此进行膜分离，膜孔径1μm；分离出的固体物质送入干燥器18中，在0.5atm、120℃下干燥后即分离出第四个组分即超纯煤II。

经过粗膜分离器14的液体送入细膜分离器15，在此继续进行膜分离，膜孔径200nm；分离出的固体物质送入干燥器19中，在0.5atm、120℃下干燥后即分离出第五个组分即超微矿物。

经过细膜分离器15的液体送入常压精馏塔16，在110℃下精馏，分离出溶剂C送入反萃取剂循环系统；残液的一半送至减压蒸馏塔17，在0.3atm、150℃下蒸馏出溶剂B，与另一半残液及来自常压蒸馏器11的溶剂A一起进入液液混合器20并入循环系统循环使用；减压蒸馏塔17中的残渣即分离出第六个组分即轻质组分。

所述的混合溶剂有回收溶剂A和常压精馏塔16的残液，溶剂A和残液的混合比为1∶2，所述的混合比为体积比。

所使用回收溶剂A为二硫化碳；常压精馏塔16的残液为N-甲基-2-吡咯烷酮与轻质组分的混合物；溶剂C为水。

由此步骤实验，得到的各组分的产量(W％，daf)分别达到：萃余煤52-61％，精煤I9-15％，精煤II1-8％，粘结组分8-17％，轻质组分6-12％，超微矿物(W％，按原煤)2-7％。

Claims

1.一种煤全组分族分离的温和化工艺，该工艺包括溶剂A、溶剂B和溶剂C，所述的溶剂A为：二硫化碳、氯仿、二氯甲烷、苯、甲醇、苯酚、乙醚；所述的溶剂B为：N-甲基-2-吡咯烷酮、环己酮、二甲基亚砜、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、乙二胺、磷酸三乙脂、喹啉、吡啶；所述的溶剂C为：水、正己烷，在同一个工艺过程中，溶剂A、溶剂B和溶剂C必须选用三种不同的溶剂物质；

其特征是：该工艺流程为：

将原煤粉碎至10-300目，加入到固液混合器(1)中，与配制好的溶剂A和溶剂B的混合溶剂按20-300L/kg煤的比例混合后送入萃取器(2)，在压力1-10atm、温度10-150℃下搅拌萃取10-300min，然后送入固液分离器(3)进行固液分离；分离出的固相组分送入洗涤器(7)中用溶剂C按0.5-100L/kg固体物的比例进行洗涤，洗涤后的固相组分送入干燥器(8)中，在0.01-0.5atm、50-120℃下干燥后即分离出第一个组分即萃余煤；在同一个工艺过程中，溶剂A和溶剂B必须选用二种不同的溶剂物质，将溶剂A和溶剂B共同放入至液液混合器(20)中混合，溶剂A和溶剂B的混合比为1∶0.2至1∶2之间，所述的混合比为体积比；

2.根据权利要求1所述的一种煤全组分族分离的温和化工艺，其特征是：常压精馏塔(16)的残液也可以提取出一部分残液直接送入液液混合器(20)作为循环溶剂使用。

3.根据权利要求1所述的一种煤全组分族分离的温和化工艺，其特征是：溶剂C既作为反萃取剂也作为洗涤剂使用，与溶剂A、B一起在整个系统中按比例要求闭路循环；当溶剂A、溶剂B、溶剂C达不到系统比例要求时加入新的系统溶剂A、溶剂B、溶剂C。

4.根据权利要求1所述的一种煤全组分族分离的温和化工艺，其特征是：来自固液分离器(3)的固相组分可提取出一部分直接与原煤配合后入固液混合器(1)中代替原煤作萃取原料，固相组分/原煤＝0.1-1.0质量比。

5.根据权利要求1所述的一种煤全组分族分离的温和化工艺，其特征是：对于细膜分离器(15)，可按膜孔径大小由多级膜串联进行分级膜分离，以分离出不同粒度的固体颗粒，包括微量元素。