CN102512846A - 一种热萃取煤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热萃取煤的方法，它将粉碎、干燥后的煤粒与溶剂充分混合后加入至高压反应釜中，经氮气置换后在一定压力下升温至规定温度，并经过热萃取、过滤、洗涤、干燥步骤，得到黑亮的超纯煤，所述溶剂为工业级国标洗油或焦化厂生产的洗油；本发明煤热萃取率可达80%以上，超纯煤收率达70%以上，超纯煤的灰分小于0.1%。本发明煤热萃取率高、质量好，生产成本低，且萃取溶剂可回收循环使用，具有广阔的市场应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种热萃取煤的方法，具体说是一种工业级国标溶剂的应用及热萃取煤制备超纯煤的方法，属于化工技术领域。
背景技术
煤的溶剂萃取是煤化学研究的主要内容之一，其研究不但具有重要的理论意义，同时具有实际的应用价值。早在20世纪初，人们就相继采用溶剂萃取法试图从炼焦煤中分离出粘结性组分。随后大量的研究工作转向通过研究溶剂萃取物来阐明煤的结构，从分子水平研究煤，揭示煤中有机物分子结构。对于烟煤，使用极性溶剂在其沸点状态下可以获得很高的萃取收率，如：Toshimasa等使用强极性的N-甲基吡咯烷酮作为溶剂(Toshimasa Takanohashi, Takahiro Shishido, Hiroyuki Kawashima, Ikuo Saito. Fuel, 2008, 87: 592–598)，在它的沸点202℃下，萃取产率可达74％以上，萃取物的灰含量小于1000×10-6。Miura等（Miura K, Shimada M, Mae K, Huan H. Fuel, 2001, 80(11):1573）发明了一种通过溶剂热萃取从煤中制取洁净燃料的方法，这种方法使用一种流动型的萃取器，在350℃时使用四氢萘作为溶剂时烟煤的萃取率可达65%～80％，当使用极性的酚油作为溶剂时褐煤和次烟煤的萃取率可达80％。Yoshida等（Yoshida T, Li T, Takanohashi C, et a1. Fuel Processing Technology, 2004, 86(1): 61-72）在粗甲基萘油中添加少量的含氮极性溶剂作为热萃取剂，在360℃的热萃取条件下有些低阶烟煤的热萃取率可达80%。Okuyama等（Okuyama N, Deguehi T, Shimasaki K. Proceedings of the 17th Annual International Pittsburgh Coal Conference [C], 2000）研究了近20种低阶煤在1-甲基萘中热萃取性能，发现有些煤种的热萃取率可高达70%以上。卢田隆一等（卢田隆一. 燃料与化工, 2008, 39(6): 54-63）以非极性萘满为萃取溶剂，在350℃和10MPa的条件下对煤进行萃取。烟煤采用该法可萃取65％～80％，萃取物在高温下的溶解成分分为室温析出成分和溶解成分，且萃取物几乎不含灰分。针对萃取物所具有的显著熔融性，混合萃取物和非、弱粘结煤，进行结焦试验（Toshimasa Takanohashi, Takahiro Shishido, Ikuo Saito. Energy & Fuels, 2008, 22(3): 1779–1783），所得碳化物的强度比原煤碳化物的强度大，预示了只用非、弱粘结煤炼焦的可能。
国内关于煤的溶剂热萃取的研究非常少。煤炭科学研究总院（石智杰, 张胜振, 邢凌燕等. 煤炭转化, 2009，32(1): 34-39）利用煤液化衍生油作为煤的热萃取溶剂，在热萃取装置上研究了大唐胜利褐煤等低阶煤的热萃取性能。煤的热萃取率随温度升高而明显增加，由340℃时的18.7% 增加到430℃时的59.5%，而固体热萃取物回收率在390℃时达到最高值32.4％。
现有煤的溶剂热萃取技术中所采用的溶剂，大多是一些纯溶剂、混合溶剂或是1-甲基萘等价格较高的溶剂，煤炭科学研究总院虽然利用煤液化衍生油作为煤的热萃取溶剂，但是其固体热萃取物回收率最高值仅为32.4％，并且对所用热萃取溶剂未做回收后再循环利用。因此，如何选用产量大、价格低的工业级溶剂作为煤的热萃取溶剂，使用后能够再循环利用，并且使煤的热萃取率及固体热萃取物回收率提高，是解决问题的关键。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种热萃取煤的方法，它热萃取率较高、纯煤质量好，并且使用的萃取溶剂可回收循环使用，生产成本低。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明一种热萃取煤的方法，它包括以下步骤：
a、将煤粉碎至粒度≦200μm，在100～150℃条件下干燥12～96小时备用。
b、将步骤a所得煤粒和溶剂充分混合后加入高压反应釜中，所述煤粒和溶剂按质量与体积比为1:2～12，所述溶剂为工业级国标洗油。
c、萃取过程，用氮气置换高压反应釜其中的空气并充氮气至5MPa，保持釜内压力在30min内不变，然后放掉氮气，再充氮气至0～5MPa，在转速为100～600转／min搅拌下快速升温至300～450℃，并恒温0.5～4小时，得萃取液，过滤后得滤液和滤渣，将滤渣用与萃取相同的溶剂洗涤后，再将洗液与滤液合并，得合并液，滤渣用于分析灰分含量。
d、将步骤c所得的合并液，按体积比合并液与反萃取剂为1:1～10，加入反萃取剂，充分搅拌，得到反萃取固液混合物，然后对其进行过滤，得到固体物质和液体物质；将固体物质在100～150℃条件下干燥12～48小时，得到黑亮的纯煤。
所述反萃取剂为工业级的丙酮、正己烷、乙醚、乙醇或氯仿中的一种。
优选的，所述的一种热萃取煤的方法，它还包括以下步骤：
e、将步骤d所得的液体物质进行减压蒸馏，得前述溶剂及反萃取剂，将获得的溶剂及反萃取剂循环使用。在回收后的溶剂中添加适量新鲜的工业级国标洗油后，即可用于再循环热萃取煤。
优选的，所述煤为褐煤或烟煤。
优选的，所述溶剂为焦化厂生产的洗油。
优选的，所述工业级国标洗油，其质量标准为：密度(20℃，g/cm3)为1.03～1.06；馏程（大气压力101.3KPa）为230～300℃，其中，230℃前馏出量（体积分数）≦3%, 300℃前馏出量（体积分数）≧90%；酚含量（体积分数）≦0.5%；萘含量（体积分数）≦15%；水分含量（质量分数）≦1%；粘度E50≦1.5%； 15℃结晶物无。
优选的，所述的一种热萃取煤的方法，所述c步骤中氮气为工业级。
本发明与现有技术相比具有的有益效果为：
(1) 本发明煤的热萃取率可达80%以上，超纯煤收率达70%以上，超纯煤的灰分小于0.1%。
(2) 本发明所用溶剂为焦化厂产量大、成本低的洗油。
(3)本发明煤热萃取率高、质量好，生产成本低，且萃取溶剂可回收循环使用，具有广阔的市场应用前景。
具体实施方式
下面对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
a、将煤粉碎至粒度≦200μm，在100℃下干燥96小时备用。
b、将粒度≦200μm的上述干燥煤粒300g，按质量与体积比，煤粒与溶剂为1:2，加入工业级国标洗油600ml，将其充分混合后，加入1L高压反应釜中。
c、用氮气置换高压反应釜其中的空气并充氮气至5MPa，保持釜内压力在30min内不变，然后放掉氮气，再充氮气至5MPa，在转速为600转／min搅拌下快速升温至450℃，并恒温4小时，得萃取液，过滤后得滤液和滤渣，滤渣用与萃取相同的溶剂洗涤后，将洗液与滤液合并，滤渣用于分析灰分含量。
d、将步骤c所得的合并液，按体积比合并液与反萃取剂为1:1，加入反萃取剂丙酮，充分搅拌，得到反萃取固液混合物并对其进行过滤，得到固体物质和液体物质；对固体物质在100℃条件下干燥48小时，得到黑亮的纯煤。煤的热萃取率为80.2%，纯煤收率为72.3%，灰分小于0.1%。
e、将步骤d所得的液体物质进行减压蒸馏，将获得的溶剂及反萃取剂循环使用；在回收后的溶剂中添加适量新鲜的工业级国标洗油后，再循环用于热萃取煤。
实施例2
a、将煤粉碎至粒度≦200μm，在150℃条件下干燥12小时备用。
b、将粒度≦200μm的上述干燥煤粒50g，按质量与体积比，煤粒与溶剂为1:12加入工业级国标洗油600ml，将其充分混合后，加入1L高压反应釜中。
c、用氮气置换高压反应釜其中的空气并充氮气至5MPa，保持釜内压力在30min内不变，然后放掉氮气，再充氮气至0Mpa，在转速为100转／min搅拌下快速升温至300℃，并恒温0.5小时，得萃取液，过滤后得滤液和滤渣，滤渣用适量的与萃取相同的溶剂洗涤后，将洗液与滤液合并，滤渣用于分析灰分含量。
d、将步骤c所得的合并液，按体积比合并液与反萃取剂为1:10，加入反萃取剂正己烷，充分搅拌，得到反萃取固液混合物并对其进行过滤，得到固体物质和液体物质；对固体物质在150℃条件下干燥12小时，得到黑亮的纯煤。煤的热萃取率为88.5%，纯煤收率为76.7%，灰分小于0.1%。
e、将步骤d所得的液体物质进行减压蒸馏，将获得的溶剂及反萃取剂循环使用；在回收后的溶剂中添加适量新鲜的工业级国标洗油后，再循环用于热萃取煤。
实施例3
a、将煤粉碎至粒度≦200μm，在120℃条件下干燥48小时备用。
b、将粒度≦200μm的上述干燥煤粒100g，按质量与体积比，煤粒与溶剂为1:7，加入工业级国标洗油700ml，将其充分混合后，加入1L高压反应釜中。
c、用氮气置换高压反应釜其中的空气并充氮气至5MPa，保持釜内压力在30min内不变，然后放掉氮气，再充氮气至1Mpa ，在转速为400转／min搅拌下快速升温至380℃，并恒温1小时，得萃取液，过滤后得滤液和滤渣，滤渣用适量的与萃取相同的溶剂洗涤后，将洗液与滤液合并，滤渣用于分析灰分含量。
d、将步骤c所得的合并液，按体积比合并液与反萃取剂为1:3，加入反萃取剂乙醚，充分搅拌，得到反萃取固液混合物并对其进行过滤，得到固体物质和液体物质；对固体物质在120℃条件下干燥36小时，得到黑亮的纯煤。煤的热萃取率为85.5%，纯煤收率为80.8%，灰分小于0.1%。
e、将步骤d所得的液体物质进行减压蒸馏，将获得的溶剂及反萃取剂循环使用；在回收后的溶剂中添加适量新鲜的工业级国标洗油后，再循环用于热萃取煤。
实施例4
a、将煤粉碎至粒度≦200μm，在130℃条件下干燥36小时备用。
b、将粒度≦200μm的上述干燥煤粒200g，按质量与体积比，煤粒与溶剂为1:4加入工业级国标洗油800ml，将其充分混合后，加入1L高压反应釜中。
c、用氮气置换高压反应釜其中的空气并充氮气至5MPa，保持釜内压力在30min内不变，然后放掉氮气，再充氮气至3Mpa ，在转速为200转／min搅拌下快速升温至340℃，并恒温3小时，得萃取液，过滤后得滤液和滤渣，滤渣用适量的与萃取相同的溶剂洗涤后，将洗液与滤液合并，滤渣用于分析灰分含量。
d、将步骤c所得的合并液，按体积比合并液与反萃取剂为1:6，加入反萃取剂乙醇，充分搅拌，得到反萃取固液混合物并对其进行过滤，得到固体物质和液体物质；对固体物质在130℃条件下干燥30小时，得到黑亮的纯煤。煤的热萃取率为82.6%，纯煤收率为76.7%，灰分小于0.1%。
e、将步骤d所得的液体物质进行减压蒸馏，将获得的溶剂及反萃取剂循环使用；在回收后的溶剂中添加适量新鲜的工业级国标洗油后，再循环用于热萃取煤。
实施例5
取由实施例4中步骤d所得的液体物质，按照混合物中各溶剂的沸点不同，且相差很大的原则，将其在减压蒸馏装置上进行减压蒸馏，将获得的洗油段溶剂及反萃取剂（乙醇）循环使用；在回收后的洗油段溶剂中添加适量新鲜的工业级国标洗油后，再按照实施例4循环用于煤热萃取，得到黑亮的纯煤。煤的热萃取率为80.6%，纯煤收率为74.9%，灰分小于0.1%。
Claims (6)
1.一种热萃取煤的方法，其特征是，它包括以下步骤：
a、将煤粉碎至粒度≦200μm，在100～150℃条件下干燥12～96小时备用；
b、将步骤a所得煤粒和溶剂充分混合后加入高压反应釜中，所述煤粒和溶剂按质量与体积比为1:2～12，所述溶剂为工业级国标洗油；
c、萃取过程，用氮气置换高压反应釜其中的空气并充氮气至5MPa，保持釜内压力在30min内不变，然后放掉氮气，再充氮气至0～5MPa，在转速为100～600转／min搅拌下快速升温至300～450℃，并恒温0.5～4小时，得萃取液，过滤后得滤液和滤渣，将滤渣用与萃取相同的溶剂洗涤后，再将洗液与滤液合并，得合并液；
d、将步骤c所得的合并液，按体积比合并液与反萃取剂为1:1～10，加入反萃取剂，充分搅拌，得到反萃取固液混合物，然后对其进行过滤，得到固体物质和液体物质；将固体物质在100～150℃条件下干燥12～48小时，得到黑亮的纯煤；
所述反萃取剂为工业级的丙酮、正己烷、乙醚、乙醇或氯仿中的一种。
2.如权利要求1所述的一种热萃取煤的方法，其特征是，它还包括以下步骤：
e、将步骤d所得的液体物质进行减压蒸馏，得前述溶剂及反萃取剂，将获得的溶剂及反萃取剂循环使用。
3.如权利要求1所述的一种热萃取煤的方法，其特征是，所述煤为褐煤或烟煤。
4.如权利要求1所述的一种热萃取煤的方法，其特征是，所述溶剂为焦化厂生产的洗油。
5.如权利要求1所述的一种热萃取煤的方法，其特征是，所述工业级国标洗油，其质量标准为：密度(20℃，g/cm3)为1.03～1.06；馏程（大气压力101.3KPa）为230～300℃，其中，230℃前馏出量（体积分数）≦3%, 300℃前馏出量（体积分数）≧90%；酚含量（体积分数）≦0.5%；萘含量（体积分数）≦15%；水分含量（质量分数）≦1%；粘度E50≦1.5%； 15℃结晶物无。
6.如权利要求1所述的一种热萃取煤的方法，其特征是，所述c步骤中氮气为工业级。
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