CN103781885B - 以溶剂回收从高灰分煤生产低灰分煤的改善方法 - Google Patents

Abstract

从高灰分煤生产低灰分洗精煤的改善的方法，其具有基本上完全的溶剂回收率，该方法包括:在具有少量的乙二胺（EDA）的N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）中形成煤粉的浆料；将反应器中的所述浆料维持于100℃～240℃的温度范围，和1～4表压的（kg/cm²）的压力范围约15分钟～4小时的时间段；在从反应器回收之后，分离生产的样品，分离分隔尺寸为可变的，其取决于待处理的颗粒尺寸，包括最终产物的应用，第一部分为滤液或提取液，且其他为滤渣；通过添加浓缩的提取液沉淀该煤；通过过滤分离该煤；所述分离的煤具有降低的灰分含量；将提取的部分装入蒸发器以回收80～85％的溶剂；沉淀浓缩的物质至抗溶剂罐中以将煤和溶剂分离，将抗溶剂和溶剂混合物装料入蒸馏塔以分离用于在该方法中再次使用的剩余的溶剂和抗溶剂。

Description

以溶剂回收从高灰分煤生产低灰分煤的改善方法

技术领域

本发明涉及以完全的溶剂回收率从高灰分煤生产低灰分洗精煤的改善的方法。

背景技术

因为煤是有机和无机成分的异质混合物，所以煤的溶剂分解方法随其成分、成熟度和结构特性而变化。因为在具体的地理位置中可得到的煤中的矿物质(非可燃物)非常精细地散布于有机质中，所以通过常规的物理煤清洗技术相当难以移除此不可燃的矿物质。煤中的高百分比的近重力物质的存在使重力方法的范围受限。已知化学选矿的来源于物理选矿方法的局限。广泛地，通过存在于煤中的矿物质的化学浸沥或在不同的有机溶剂中溶解煤的有机物质，化学选矿是可能的。这表明化学处理可能是克服物理选矿方法的局限的解决方案之一。现有技术教导了化学选矿技术，其采用高度腐蚀性的化学物质(通常为酸和碱)。这些化学物质的回收或再生对于使该技术可行是非常重要的。降低灰分含量的平行途径可为通过溶剂净化从煤回收额外的有机物质。大多数现有技术公开了基本上改造化学浸沥以生产用于不同的高科技最终用途的具有小于0.2％的灰分含量的超洗精煤或沉积洗精煤。但是，该常规的溶剂净化方法并不用于钢铁工业的低灰分煤要求的目标，主要由于低回收率，其使该方法并不经济，特别是在当以降低产率为代价该超洗精煤并不完全需要时。此外，由于在该方法中的溶剂和能量要求的高成本，所述现有技术方法的操作成本高。在现有技术方法中，在溶剂混合物的沸点下进行提取使其难以从洗精煤和滤渣回收溶剂。因此，需要提出清洗洗精煤和滤渣以回收剩余溶剂的方法。而且，需要开发在低于溶剂混和物的沸点的温度下提取煤的方法。

通过引用，发明人要求将印度专利申请号1292/KOL/06、1088/KOL/07、1336/KOL/2008、950/KOL/09、1194/KOL/09、611/KOL/09、1581/KOL/08并入本文中。

发明目的

因此，本发明的一个目的是提出从高灰分煤生产低灰分洗精煤的方法。

本发明的另一个目的是提出从高灰分煤生产低灰分洗精煤的方法，其中在高于溶剂的沸点的温度下提取煤。

本发明的另一个目的是提出从高灰分煤生产低灰分洗精煤的方法，其中使用了较少量的溶剂。

本发明另一个目的是提出从高灰分煤生产低灰分洗精煤的方法，

其中实施了从洗精煤和滤渣回收溶剂的清洗步骤。

本发明的进一步的目的是提出从高灰分煤生产低灰分洗精煤的方法，其中回收了＞99%的溶剂。

发明概述

根据本发明，将煤、溶剂（N-甲基-2-吡咯烷酮，NMP）和共溶剂乙二胺（EDA）充分混合以产生煤浆料。以已知的方式提取煤浆料，其包括煤-溶剂混合物。根据本发明的方法，通过在反应器中使用溶剂和共溶剂提取煤。在分离设备中分离该煤溶剂混合物以产生较粗粒级和较细粒级。将较细粒级装入蒸发器装置以允许70～80%的溶剂回收率。然后将热浓缩的煤-溶剂混合物流入沉淀罐以沉淀该煤。其中，将水用作抗溶剂。水将溶剂与煤分离，且我们得到了水-溶剂混合物，将其装入蒸馏装置以将溶剂和抗溶剂分离。且在过滤器中分离沉淀的煤。在本发明的方法中，以预定比率取煤、溶剂和共溶剂。煤与溶剂的比率为1:4～1：25（重量/体积、g/mL，煤与溶剂的比率为重量/体积，且溶剂：共溶剂的比率为体积/体积，不论何处所述）不等。煤与共溶剂的比率为1:1～10:1不等，且共溶剂与溶剂的比率为1:1～1：50（g/mL）不等。洗精煤和滤渣均以图1中显示的顺序进行清洗。系统中有以下重要的设备，例如热流体加热器、反应器、热交换器、热流体泵、惰性气体（N₂）筒、用于蒸发器的装料罐、双效蒸发器、装料泵、传输泵、排出泵、热交换器、冷凝器、冷却塔、冷却泵、浓缩物罐、冷凝物罐、蒸馏装料罐、装料泵、蒸馏塔、冷凝器、冷凝器罐、回流泵、再沸器、再沸器泵、排出泵和底部产物罐。为了该方法还安装了某些其他装置或容器，例如储水罐、柴油储存罐、热流体储存罐、扩展罐和离心过滤器。

附图简介

图1显示了用于清洗洗精煤和滤渣的系统。

发明详述

如图1中所示，该系统由多个装置组成，每一个装置包含沉淀罐和具有搅拌器系统的清洗罐。从每个装置中获得煤（滤渣或洗精煤）和清洗的液体。煤和滤渣去往下一个清洗罐，且清洗的液体去往先前的清洗罐。

将预定比率的煤和溶剂装入反应器中。通过用于维持惰性环境的N₂筒提供氮气。将柴油从柴油储存罐提供至燃烧器。将热流体从热流体储存罐提供至系统中。在热流体加热器中将热流体加热。加热时，热流体的体积增大，且相应地，使用扩展罐来储存额外的热流体。通过热流体泵泵送热的流体以加热反应器。在提取期间，从样品出口取回样品。在提取的完成时，关闭燃烧器。为了冷却热流体加热器，使热流体通过热交换器。通过水泵，从储水罐将水泵送至热交换器中。回流冷凝器将在反应器处的压力和温度维持在所需水平。

以预定比率将煤和溶剂装入反应器中。煤与总溶剂的比率为1:4～1:25（重量/体积、g/mL，煤与溶剂的比率为重量/体积，且溶剂：共溶剂的比率为体积/体积，不论何处所述）不等。共溶剂与溶剂的比率为1:50～1：1不等。向系统中充入氮气用于维持惰性环境。将热流体从热流体储存罐泵送入系统中。通过燃烧柴油的燃烧器在热流体加热器中加热该热流体。通过热的热流体加热反应器。反应器压力为1～4kg/cm²不等。反应器温度为100℃～240℃不等。在反应器中进行提取15分钟～4h。

以预定的时间间隔通过样品出口从反应器取出样品。通过网孔过滤该样品。过滤将回流的混和物分离为两部分：（i）滤渣和（ii）滤液（具有溶剂的提取物质）。采用抗溶剂（水）将滤渣充分清洗用于从滤渣移除溶剂。干燥和称重之后，使这些滤渣经受灰分分析。滤液实际上是含有非常低灰分煤的提取液。为了沉淀，将抗溶剂（水）置于容器中。然后将浓缩的提取液添加至水中。因为这些溶剂可溶于水中，所以该溶剂变为水相。这导致了固体煤颗粒的沉淀。然后通过过滤将沉淀的煤与溶剂-水溶液分离。在具有标准网孔的锥形瓶-漏斗类型设置中进行该步骤。该过滤的滤渣为低灰分洗精煤；滤液由水和溶剂组成。干燥和称重之后，使该洗精煤经受化学和汽油类图形（petrographical）分析。

在工厂水平，该回收系统包含蒸发器装料罐、蒸发器装料泵、第一蒸发器、蒸气收集器、第二蒸发器、传输泵、排出泵、热交换器、浓缩产物罐、冷凝器、冷凝物罐、冷却塔、冷却泵、用于蒸馏塔的装料罐、用于蒸馏的装料泵、蒸馏塔、冷凝器、冷凝物罐、蒸馏物泵、再沸器、再沸器泵、底部产物罐。

取出反应器中反应的物质且通过离心过滤器进行过滤。过滤将回流的混和物分离为两部分：（i）滤渣和（ii）滤液（具有溶剂的提取的物质）。采用抗溶剂（水）将滤渣（如图1中所示）充分清洗用于从滤渣移除溶剂。干燥和称重之后，使这些滤渣经受灰分分析。该滤液实际上为含有非常低灰分煤的提取液。将滤液（提取的物质连同溶剂）置于蒸发器装料罐中。通过装料泵将装料物质装入两个蒸发器。通过热的热流体在第二个罐中开始加热。随着在第二个蒸发器中加热该物质，产生蒸气。蒸气通过蒸气收集器罐，且然后去往第一蒸发器以预加热输入物质。在第一蒸发器中产生的蒸气通过蒸气收集器且最终通过冷凝器。在冷凝物罐中收集冷凝物。启动排出泵，以允许浓缩的物质通过排出泵排出至具有或不具有冷却的浓缩产物罐。从浓缩物产物罐中连续取出浓缩的产物。使该循环继续直至获得基本浓缩的物质。在该蒸发器中蒸发了约80～85%的溶剂。

在混合罐中，该浓缩的物质沉淀于水中。因为这些溶剂可溶于水中，所以溶剂变为水相。这导致了固体煤颗粒的沉淀。因此，然后通过离心过滤器将沉淀的煤与溶剂-水溶液分离。将洗精煤进一步清洗（如图1中所示），直至从煤中移除所有的溶剂。将水-溶剂混合物储存在储存罐中，将其在蒸馏塔中分离。

将水-溶剂混合物装入蒸馏装料罐中。开动装料泵以将物质装入蒸馏塔中。开动再沸器泵以允许再沸器中的热流体的流动以加热该物质。通过将水-溶剂混合物经过再沸器循环将其加热。一定时间之后，加热该所有的物质，且产生水蒸气。该蒸气来自顶部蒸气管线。开动回流（蒸馏）泵以将蒸馏物回收至蒸馏塔中。蒸气通过冷凝器，且冷凝水去往蒸馏物罐。将该蒸馏物装入蒸馏塔，直至实现平衡（基于回流比）。可从蒸馏管线取出顶部产物（蒸馏物）。装料物质至蒸馏塔的该连续循环，通过再沸器将其加热和通过冷凝器持续将其回收，直至装料物质得到蒸馏。

操作底部产物排出泵以将底部产物收集到底部产物罐中。将水和溶剂分离且储存在不同的罐中，其可在该过程中再次使用。

如图1中所示清洗洗精煤和滤渣煤。基本上，其为使用新鲜水的逆流清洗，以清洗清洗罐8和9中的最后批次的洗精煤和滤渣（被溶剂最少污染）。将煤提取液连同清洗液WO1和WE1装入沉淀罐中（PPT罐1）。沉淀煤，且获得了洗精煤（C0）和清洗液（WO0）。将该洗精煤装入下一清洗罐2，且将清洗液WO0装料至将水和溶剂分离的蒸馏塔。在清洗罐2中，将洗精煤C0和清洗液WO2装料，这给出了洗精煤C1和清洗液WO1。将洗精煤C1和清洗液WO3装入清洗罐4，这给出了洗精煤C2和清洗液WO2。将洗精煤C2和清洗液WO4装入清洗罐6，这给出了洗精煤C3和清洗液WO3。将洗精煤C3和新鲜的水装入清洗罐8，这给出了洗精煤C4和清洗液WO4。将滤渣连同WE2装入清洗罐3,这给出了滤渣R1和清洗液WE1。滤渣R1和清洗液WE1。将滤渣R1连同WE3装入清洗罐5，这给出了滤渣R2和清洗液WE2。将滤渣R2连同WE4装入清洗罐7，这给出了滤渣R3和清洗液WE3。将滤渣R3连同新鲜的水装入清洗罐9，这给出了滤渣R4和清洗液WE4。仅在一个阶段给出新鲜的水，且在清洗中在所有的其他步骤中使用该相同的水。通过该策略，与常规的清洗相比，水消耗更少。

通过变化的不同工艺参数例如温度（100℃～240℃）、煤与溶剂的比率（1:4～1:25）、粒级（-1mm～-0.1mm）、不同的煤来源、过滤器孔隙尺寸、共溶剂与溶剂的比率进行了许多测试。典型的装料煤样品为分别具有约25～35%和约12～15%灰分的原煤（ROM）和浮选洗精煤。装料颗粒尺寸为-1mm～-0.1mm不等且提取在不同的温度下进行。

本文中显示了一些典型的结果，例如45%～60%不等的洗精煤产率。洗精煤灰分为约4%。采用该方法可以以60%产率和约80%可燃物回收率生产小于8%的灰分的洗精煤。借助于精过滤，甚至小于1%的灰分的洗精煤都是可能的。采用某些典型的煤，可实现70%的洗精煤产率。

Claims (16)

1.从高灰分煤生产低灰分洗精煤的改善的方法，该方法包括：

(i)在具有少量共溶剂乙二胺(EDA)的主要溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中形成煤粉的浆料；

(ii)在反应器中将所述浆料维持在100℃～240℃的温度范围和表压1～4kg/cm²的压力范围15分钟～4小时的时间段；

(iii)在从反应器取出之后，分离产生的样品，分离分隔尺寸取决于待处理的颗粒尺寸为可变的，包括最终产物的应用，分离的样品的第一部分为滤液或提取液，且第二部分为滤渣；

(iv)通过添加被称为滤渣的第二部分在抗溶剂中清洗该滤渣；

(v)通过过滤分离该滤渣，所述分离的滤渣具有高灰分含量；

(vi)将提取液的部分装入蒸发器中以回收80～85％的溶剂；

(vii)将浓缩的物质沉淀至抗溶剂罐中以将煤与溶剂分离；

(viii)通过过滤分离煤，所述分离的煤具有降低的灰分含量；

(ix)将抗溶剂和溶剂混合物装入蒸馏塔中，以分离剩余的溶剂与抗溶剂用于在该方法中再次使用，

其中在清洗中仅在一个阶段供给新鲜的水，且在所有其它步骤中使用该相同的水，

其中以＞99％的溶剂回收率从该方法产生具有＜8％的煤灰分。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述高灰分煤包含原煤。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述高灰分煤包含浮选洗精煤。

4.如权利要求2所述的方法，其中所述颗粒尺寸为取决于要求的任何精细尺寸。

5.如权利要求1所述的方法，其中在步骤(viii)中所分离的煤具有＜1％的灰分含量，且通过提取溶液的精过滤生产。

6.如权利要求5所述的方法，其中在步骤(viii)中所分离的煤具有＜1％的灰分含量，且可用于生产液体燃料、芳香族聚合物、特种化学品、碳材料。

7.如权利要求1所述的方法，其中在步骤(iii)中所分离的煤具有＜8％的灰分含量，且通过提取的溶液的粗过滤生产。

8.如权利要求7所述的方法，其中在步骤(iii)中所分离的煤具有＜8％的灰分含量，且用于炼焦和钢铁工业中的高炉喷吹和发电。

9.如权利要求1所述的方法，其中在该方法中产生的具有＜8％的灰分含量的所述洗精煤构成了60％的洗精煤产率。

10.如权利要求1所述的方法，其中在该方法中产生的具有＜8％的煤灰分在该洗精煤中具有80％的可燃物回收率。

11.如权利要求1所述的方法，其中以1:4～1:25的煤与溶剂的比率在所述方法中产生具有<8％的煤灰分。

12.如权利要求1所述的方法，其中以1:1～1:50的共溶剂与主要溶剂的比率在所述方法中产生具有<8％的煤灰分。

13.如权利要求4所述的方法，其中所述颗粒尺寸为-0.5mm。

14.如权利要求1所述的方法，其中在煤与共溶剂的比率为1:1～10:1下在所述方法中产生具有＜8％的煤灰分。

15.如权利要求1所述的方法，其中在所述方法中产生具有＜8％的煤灰分，其中在至少五个阶段清洗洗精煤和滤渣以回收所述溶剂。

16.如权利要求6所述的方法，其中所述碳材料选自石墨和碳纳米管。