CN101624529A - 可纺煤沥青的生产工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可纺煤沥青的生产工艺方法，该生产工艺方法包括以下步骤：(1)煤粉制备工段、(2)沥青抽提工段、(3)沥青过滤工段、(4)毛沥青蒸发脱溶工段、(5)加氢精制工段。本发明以煤为原料用萃取的方法连续生产出可纺煤沥青。从根本上突破国外的技术封锁；采用自主原料生产碳纤维，在价格上具有较大优势，大大增加国内碳纤维产品的使用量，促进国内材料产业的进一步发展。

Description

可纺煤沥青的生产工艺方法

技术领域

本发明涉及一种沥青的制备工艺，特别是涉及一种可纺煤沥青的生产工艺方法。

背景技术

可纺沥青生产原料主要有两个，一是石油裂解沥青，二是煤焦油加工后残留的沥青。其加工方法主要是将粗沥青用溶剂溶解稀释后进行热过滤，除去固体杂质，然后进行加氢精制调质改性，再进行高温聚合和真空减压蒸馏，除去易在生丝内产生气泡的轻组份，蒸余物即是可纺沥青。

中日合资上海东岛碳素有限公司是引进日本大阪煤气公司的沥青生产技术，以煤焦油为原料生产通用级沥青碳纤维的原料-可纺沥青，产能为1000吨/年，全部出口到日本用于生产碳纤维，出口价格为3万元/吨。这些可纺沥青运到日本后，只供给大阪煤气公司而不对外出售。据调查，光日本就需要可纺沥青1万吨/年，其中的80％在日本国内用从中国进口的煤焦油为原料进行生产。沥青碳纤维在日本、美国、韩国等拥有广阔的市场，本项目以用独特的工艺生产出可纺沥青为原料制成的沥青碳纤维，具有不含硫及柔韧度特别好的突出优点，深受美、日、韩和欧洲等国客商的欢迎。

发明内容

针对于此，本发明的目的在于，提供一种可纺煤沥青的生产工艺方法，通过该工艺方法可得到产率高，品质好的可纺煤沥青。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种可纺煤沥青的生产工艺方法，该生产工艺方法包括以下步骤：

(1)煤粉制备工段：将原料煤进行破碎处理，形成1～3mm的煤粉，对破碎的煤粉进行干燥，使其含水率≤0.1％；

(2)沥青抽提工段：煤粉从浸出抽提器的上部加入，有机溶剂由浸出抽提器的下部进入，两者的重量比为3∶4，浸出抽提器内温度150℃～200℃，压力2.0～2.5MPa；抽提后的煤粉残渣排放掉，而抽提液进入沥青过滤工段；

(3)沥青过滤工段：抽提液经过过滤设备，滤掉98％以上直径大于0.1微米的固体颗粒；

(4)毛沥青蒸发脱溶工段：对滤液进行闪蒸，除去80％的溶剂，得到溶剂与沥青的混合悬浮液；该悬浮液进行干燥处理，使其溶剂的含量少于0.5％，干燥后的沥青后为毛沥青；溶剂回收至溶剂罐；

(5)加氢精制工段：毛沥青与粗苯按重量比1∶1混匀，形成悬浮液，然后向该悬浮液中通入氢气，升温加压进行加氢反应，其中氢气与毛沥青的重量比为1∶5，反应时间为6～8小时，反应温度330～340℃，压力为12.0MPa；反应后的液体沥青进入高温分离器，释放出液体沥青中的轻组份和未反应的氢气，高温分离器的底部分离出的液体沥青，360℃下进行热聚合，聚合时间约4小时，聚合后的沥青进入真空蒸发釜，在真空作用下蒸发，轻组份被迅速地从顶部抽出，从真空蒸发釜底部出来的便是可纺煤沥青。

所述步骤(2)中得到的煤粉残渣送入真空耙式干燥机进行脱溶干燥，干燥后的残渣进入渣仓，该残渣做活性炭用，真空干燥机出来的溶剂蒸汽进入冷凝器回收溶剂。

所述步骤(3)中得到的固体颗粒经过脱溶剂处理，溶剂经冷凝回收，脱溶后的细残渣做活性炭用。

所述步骤(3)采用过滤方式为：采用三级自动反冲洗过滤器组成，采用PLC控制，并且过滤精度均为微米级的。

所述步骤(2)中使用的有机溶剂为：四氢呋喃、二硫化碳或甲醇中的一种或多种混合的溶剂。

所述步骤(4)中的闪蒸条件为：闪蒸器内溶剂蒸汽温度为100℃，压力为0.27MPa。

所述步骤(5)中，先将毛沥青进行粉碎处理，然后与粗苯混匀。

与现有技术相比，本发明以煤为原料用萃取的方法连续生产出可纺煤沥青。从根本上突破国外的技术封锁；采用自主原料生产碳纤维，在价格上具有较大优势，大大增加国内碳纤维产品的使用量，促进国内材料产业的进一步发展。

该技术的关键是可实现沥青浸出抽提、三级精细过滤、溶剂回收循环使用、残渣排出和烘干脱溶、毛沥青直接通入氢气后实现低成本加氢、高温聚合和真空减压蒸馏精制、可纺煤沥青排出冷却等所有工序的连续化生产。

该技术最大区别就是没有将煤中固有的天然沥青类物质进行高温破坏，其天然的优良特性被最大限度地保留下来，从而使煤中有用的东西得到了较好的开发利用，基本保留了煤中复杂的沥青类组份的固有特征，所以产率高，品质好，相对于石油化工来讲，原料广泛，供应量充足，价格低廉，这就注定使产品成本低，市场竞争力强。

该项目可发挥矿区煤炭资源比较优势，对大力发展煤化工产业具有良好的推动和示范作用。该项目以煤沥青抽提为龙头，进而产出高附加值的可纺煤沥青、碳纤维和煤质活性炭及其下游产品，使相对廉价的煤炭资源获得巨大的增值，对煤化工产业的大发展探出了一条新路子。

附图说明

图1是本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

如图1所示的一种可纺煤沥青的生产工艺方法，该生产工艺方法包括以下步骤：

(1)煤粉制备工段

原料煤经电磁振动给料机给料进入环锤式破碎机，将原料煤破碎成1-3mm的煤粉，经螺旋输送机、提升机将破碎的煤粉送入盘式干燥机中进行干燥，含水率≤0.1％。干燥后的煤粉经振动筛筛分，1-3mm的煤粉送入煤粉仓。

(2)沥青抽提工段

煤粉仓中的合格煤粉，经螺旋给料机、斗式提升机先后送入变压补料仓、加压给料仓和浸出抽提器，进料量由星型卸料器变频控制。溶剂泵输送来的回收有机溶剂与煤粉一同从浸出抽提器上部进入。正常生产时，浸出抽提器内温度150℃～200℃，压力2.0～2.5MPa。塔板上的煤粉受到顺时针方向转动的拨料轮推动，向着该层塔板的下料口处移动。从下部进入的新鲜有机溶剂与煤粉逆向运动，不断把煤粉中的沥青溶解出来。总的有机溶剂与煤粉的重量比为3∶4，所用的有机溶剂为四氢呋喃、二硫化碳或甲醇中的一种或多种混合的溶剂。抽提液经浸出抽提器出口进入沥青过滤脱溶单元，抽提后的残渣经排渣锁斗周期循环排放。

(3)沥青过滤工段

经过滤，沥青溶液中的煤粉被分离出来，要求固体颗粒直径大于0.1微米的固体量的脱除率大于98％。过滤系统为自动反冲洗，由三级过滤器组成，一级三台过滤器，二级两台过滤器，三级两台过滤器，过滤精度均为微米级的。在PLC控制下进行过滤、置换、反冲洗、排渣等作业。为差压和时间两种控制方案，以先到者优先。本工段是制备最终产品的关键环节，其过滤效果直接影响最终产品的品质。三级过滤后的合格滤液进入毛沥青蒸发脱溶工段。

(4)毛沥青蒸发脱溶工段

合格滤液进入该工段后，进入溶剂闪蒸器，将溶有毛沥青的混合液蒸发脱除大部分溶剂后，变为溶剂与毛沥青的混合悬浮液，闪蒸器内溶剂蒸汽温度为100℃，压力为0.27MPa。从闪蒸器出来的毛沥青的混合悬浮液进入密闭式微正压终脱溶带式干燥机，毛沥青被脱溶干燥后呈小片状进入毛沥青仓。蒸发器出来的溶剂蒸汽经冷凝回收到溶剂罐。

(5)加氢精制工段

从毛沥青仓送来的毛沥青经破碎后进入沥青悬浮液制备搅拌桶，同时按1∶1比例加入粗苯，搅拌制成悬浮液，该悬浮液进入柱塞泵加压。从甲醇工厂弛放气氢回收装置引来氢气后进行加压，与柱塞泵送来的高压沥青悬浮液混合后送入装有催化剂的沥青加氢反应器进行加氢反应，其中氢气与毛沥青的重量比为1∶5，反应时间为6～8小时，反应时间为6～8小时，反应温度330～340℃，压力为12.0MPa。进行加氢反应，目的就是使毛沥青中的大稠环芳烃部分开环，适当形成侧链，以便于大分子之间互相牵连形成纤维状，从而获得沥青纤维，另外就是加氢后可有效地脱除轻组份，因为这些轻组份在沥青纤维内易生成气泡，从而造成断丝。毛沥青加氢的示意方程式如下：

反应后的液体沥青进入高温分离器，释放出轻组份和未反应的氢气，这些气体进入轻组份分馏塔，产生轻油和可燃气体。液体沥青从高温分离器的底部进入聚合釜，在搅拌状态下进行热聚合，聚合时间约4小时。反应后的液体进入真空蒸发釜的上部，在真空作用下，轻组份被迅速地抽出送入分馏塔回收重油。可纺沥青液自真空蒸发釜的底部依靠自重进入缓冲密封贮槽，再由该槽的底部自流到沥青带式冷却机冷却后获得成品固体可纺煤沥青。其中的轻组份为C₄以下的烷烃和类似汽油的易挥发成份。

(6)残渣干燥工段

自排渣锁斗底部排出的残渣与溶剂的混合物落入斗式捞坑，液体溢流进入储罐。斗式提升机捞出的残渣送入真空耙式干燥机进行脱溶干燥，干燥后的残渣进入渣仓，真空干燥机出来的溶剂蒸汽进入冷凝器回收溶剂。

(7)细残渣干燥工段

该工段的主要任务是回收过滤器反冲下来的细残渣和细残渣中的溶剂。过滤系统反冲洗下来的细残渣溶剂混合液先进入细渣缓冲罐，然后进入脱溶釜，溶剂经冷凝回收，脱溶后的细残渣做活性炭用。

上述生产工艺的工作条件

(1)煤用液体溶剂连续浸出制取毛沥青

选用合适的煤粒度，一般地，煤粉粒度越细，浸出速度越快，但是，将会造成后序工段中渣液分离和过滤的困难，会影响产品质量；煤粉粒度大，浸出速率慢，产品产出率低，但是渣液分离容易。因此，选择合适的煤粒度比较重要。通过试验确定合适的煤粉粒度为1-3mm。浸出抽提设备有间歇和连续的，本项目采用的是连续式中温中压浸出抽提设备。其规格为高度11米，内径3.0m，转速为0.5转/时。内装有多层塔板和拨料轮，以使煤粉与溶剂更好地接触，正常加料(干煤粉)速度为1.4吨/时，反应温度150℃～200℃，压力2.0～2.5MPa，煤粉在反应器内的停留时间约8小时。

(2)煤粉与浸出液的分离

浸出液中含有一定量的细煤粉颗粒，浸出液与细煤粉的分离程度，将在很大程度上影响最终产品的质量。因此，选用何种类型的过滤器、过滤器反冲和过滤棒的清洗将是一个复杂的工艺及控制过程。本项目的过滤系统为自动反冲洗，由三级过滤器组成，一级三台过滤器，二级两台过滤器，三级两台过滤器，过滤精度均为微米级的。在PLC控制下进行过滤、置换、反冲洗、排渣等作业。为差压和时间两种控制方案，以先到者优先。操作温度：150℃，操作压力：2.4MPa，单级允许压差：0.25MPa。

(3)毛沥青加氢调质制取可纺煤沥青

通过加氢条件试验，从而选定了合适的加氢参数。将煤沥青破碎至小于140目的粉末溶于一定溶剂中，在一定催化剂存在的条件下，进行加氢反应。加氢后煤沥青，与溶剂分离完全后，直接在高压釜中360℃恒温热聚合4h；聚合后的物料从真空蒸发釜的上部进入，在真空作用下，真空度为400mm汞柱，可纺沥青自其底部依靠自重进入缓冲密封贮槽，再由该槽的底部自流到沥青冷却机冷却后获得成品固体可纺煤沥青。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1、一种可纺煤沥青的生产工艺方法，其特征在于：该生产工艺方法包括以下步骤：

(1)煤粉制备工段：将原料煤进行破碎处理，形成1～3mm的煤粉，对破碎的煤粉进行干燥，使其含水率≤0.1％；

(2)沥青抽提工段：煤粉从浸出抽提器的上部加入，有机溶剂由浸出抽提器的下部进入，两者的重量比为3∶4，浸出抽提器内温度150℃～200℃，压力2.0～2.5MPa；抽提后的煤粉残渣排放掉，而抽提液进入沥青过滤工段；

(3)沥青过滤工段：抽提液经过过滤设备，滤掉98％以上直径大于0.1微米的固体颗粒；

(4)毛沥青蒸发脱溶工段：对滤液进行闪蒸，除去80％的溶剂，得到溶剂与沥青的混合悬浮液；该悬浮液进行干燥处理，使其溶剂的含量少于0.5％，干燥后的沥青后为毛沥青；溶剂回收至溶剂罐；

(5)加氢精制工段：毛沥青与粗苯按重量比1∶1混匀，形成悬浮液，然后向该悬浮液中通入氢气，升温加压进行加氢反应，其中氢气与毛沥青的重量比为1∶5，反应时间为6～8小时，反应温度330～340℃，压力为12.0MPa；反应后的液体沥青进入高温分离器，释放出液体沥青中的轻组份和未反应的氢气，高温分离器的底部分离出的液体沥青，360℃下进行热聚合，聚合时间约4小时，聚合后的沥青进入真空蒸发釜，在真空作用下蒸发，轻组份被迅速地从顶部抽出，从真空蒸发釜底部出来的便是可纺煤沥青。

2、根据权利要求1所述的可纺煤沥青的生产工艺方法，其特征在于：所述步骤(2)中得到的煤粉残渣送入真空耙式干燥机进行脱溶干燥，干燥后的残渣进入渣仓，该残渣做活性炭用，真空干燥机出来的溶剂蒸汽进入冷凝器回收溶剂。

3、根据权利要求1所述的可纺煤沥青的生产工艺方法，其特征在于：所述步骤(3)中得到的固体颗粒经过脱溶剂处理，溶剂经冷凝回收，脱溶后的细残渣做活性炭用。

4、根据权利要求1或3所述的可纺煤沥青的生产工艺方法，其特征在于：所述步骤(3)采用过滤方式为：采用三级自动反冲洗过滤器组成，采用PLC控制，并且过滤精度均为微米级的。

5、根据权利要求1所述的可纺煤沥青的生产工艺方法，其特征在于：所述步骤(2)中使用的有机溶剂为：四氢呋喃、二硫化碳或甲醇中的一种或多种混合的溶剂。

6、根据权利要求1所述的可纺煤沥青的生产工艺方法，其特征在于：所述步骤(4)中的闪蒸条件为：闪蒸器内溶剂蒸汽温度为100℃，压力为0.27MPa。

7、根据权利要求1所述的可纺煤沥青的生产工艺方法，其特征在于：所述步骤(5)中，先将毛沥青进行粉碎处理，然后与粗苯混匀。

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