CN103834422B - 一种改性煤焦油及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改性煤焦油及其制备方法。其技术方案是：先将50~70份质量的煤焦油置入带有回流装置的反应釜内，升温至75~95℃，再向反应釜内加入27~47份质量的混合溶剂，搅拌5~15min，搅拌速度为100~150r/min；然后在相同温度和搅拌速度的条件下，加入2.5~3.8份质量的改性剂和0.4~0.6份质量的催化剂，搅拌1~5h，得到改性煤焦油。本发明具有工艺简单、反应温度低、改性剂用量少、溶剂可在煤焦油加工过程中得到回收、成本低和能有效降低煤焦油中多环芳烃3,4-苯并芘含量的特点。
Description
技术领域
本发明属于煤焦油技术领域。具体涉及一种改性煤焦油及其制备方法。
背景技术
煤焦油是煤裂解过程中的副产物，约占煤的3~4wt%。煤焦油常温下为黑色粘稠液体，是一种由芳香族化合物组成的复杂混合物，含有大量沸点相近化合物、恒沸点化合物或热不稳定化合物。目前，煤焦油主要是用来分离加工各类化工产品。
煤焦油中含有上万种有机化合物，目前可以鉴定出的仅有500余种，其中中性组分有174种，酸性组分有63种，碱性组分有113种，还含有其他稠环和含氧、含硫等杂环化合物，煤沥青是煤焦油分离提纯后的残渣。煤焦油在分离过程中大部分多环芳烃会残留煤沥青中，导致煤沥青中含有致癌物多环芳烃，最具代表性的是3,4-苯并芘（1.5%~2.5%），实际上制约了煤沥青的诸多应用。为此德国采用真空蒸馏法（US 5262043），该方法采用一个蒸发面积为330-1000m2/m3的蒸发器，在压力为1MPa和温度为300~380℃时将煤沥青减压蒸馏，煤沥青在蒸发器停留时间为2~10min，得到的煤沥青所含的3,4-苯并芘小于50 ppm；波兰采用聚合改性法（Janusz Zieliński(Benzo[a]pyrene in coal tar pitch: chemical conversion in situ by alkylation，fuel ,75, 1543-1548,1996)，用聚乙二醇（分子量>1500）作为聚合改性剂，在160℃下反应0.5~5h，3,4-苯并芘降低率可达到90%。虽然这两种方法都能达到降低煤沥青中多环芳烃的效果，但是由于条件苛刻，成本高或耗能大都难以在工业化生产中得到应用。
发明内容
本发明旨在解决现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单和成本低的改性煤焦油的制备方法；用该方法制备的改性煤焦油中的3,4-苯并芘的含量能得到有效降低。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：先将50~70份质量的煤焦油置入带有回流装置的反应釜内，升温至75~95℃，再向反应釜内加入27~47份质量的混合溶剂，搅拌5~15min，搅拌速度为100~150r/min；然后在相同温度和搅拌速度的条件下，加入2.5~3.8份质量的改性剂和0.4~0.6份质量的催化剂，搅拌1~5h，得到改性煤焦油。
所述煤焦油为中温煤焦油或为高温煤焦油。
所述混合溶剂为环己烷与甲苯的混合溶剂、或为甲苯与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂；其中：环己烷︰甲苯的质量比为1︰0.5，甲苯︰N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1︰（0.3~0.6）。
所述改性剂为酸酐类或为芳醇类；其中：酸酐类为马来酸酐、丁二酸酐、邻苯二甲酸酐、乙酸酐、四氢苯酐、甲基六氢苯酐、苯甲酸酐、二甲基马来酸酐、三氯乙酸酐和戊二酸酐中的一种；芳醇类为聚乙二醇或为邻苯二甲醇。
所述催化剂为对甲苯磺酸或为无水氯化铝。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明采用常规反应器，搅拌速度为100~150r/min，在75~95℃条件下反应，改性剂用量为煤焦油量的5~6wt％。故工艺简单，改性剂用量少，反应温度低，成本低。
2、本发明加入的溶剂能降低煤焦油的粘度，选择性地将煤焦油中的致癌多环芳烃3,4-苯并芘溶解，有利于改性剂在催化剂作用下与煤焦油中的多环芳烃3,4-苯并芘反应，生成无害的多环化合物，在不改变煤焦油性质的条件下，达到选择性降低煤焦油中3,4-苯并芘的目的。本发明从煤沥青加工的源头也就是在煤焦油加工前去除多环芳烃3,4-苯并芘，经过改性后的煤焦油中没有或者仅有微量的多环芳烃3,4-苯并芘。且溶剂可在煤焦油加工过程中得到回收。
因此，本发明具有工艺简单、反应温度低、改性剂用量少、溶剂可在煤焦油加工过程中得到回收、成本低和能有效降低煤焦油中多环芳烃3,4-苯并芘含量的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步描述，并非对保护范围的限制：
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的原料的主要技术参数或制备方法统一描述，各实施例中不再赘述：
所述环己烷与甲苯的混合溶剂中，环己烷︰甲苯的质量比为1︰0.5；所述甲苯与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，甲苯︰N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1︰（0.3~0.6）。
所述酸酐类为马来酸酐、丁二酸酐、邻苯二甲酸酐、乙酸酐、四氢苯酐、甲基六氢苯酐、苯甲酸酐、二甲基马来酸酐、三氯乙酸酐和戊二酸酐中的一种；
所述芳醇类为聚乙二醇或为邻苯二甲醇。
实施例1
一种改性煤焦油及其制备方法。先将50~60份质量的煤焦油置入带有回流装置的反应釜内，升温至75~95℃，再向反应釜内加入37~47份质量的混合溶剂，搅拌5~15min，搅拌速度为100~150r/min；然后在相同温度和搅拌速度的条件下，加入2.5~3.8份质量的改性剂和0.4~0.6份质量的催化剂，搅拌1~5h，得到改性煤焦油。
本实施例中：煤焦油为中温煤焦油；混合溶剂为环己烷与甲苯的混合溶剂；改性剂为酸酐类；催化剂为对甲苯磺酸。
实施例2
一种改性煤焦油及其制备方法。除下述技术参数外，其余同实施例1：
本实施例中：混合溶剂为甲苯与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂；改性剂为芳醇类；催化剂为无水氯化铝。
实施例3
一种改性煤焦油及其制备方法。除下述技术参数外，其余同实施例1：
本实施例中：煤焦油为高温煤焦油；改性剂为芳醇类。
实施例4
一种改性煤焦油及其制备方法。除下述技术参数外，其余同实施例1：
本实施例中：煤焦油为高温煤焦油；混合溶剂为甲苯与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂；催化剂为无水氯化铝。
实施例5
一种改性煤焦油及其制备方法。先将60~70份质量的煤焦油置入带有回流装置的反应釜内，升温至75~95℃，再向反应釜内加入27~37份质量的混合溶剂，搅拌5~15min，搅拌速度为100~150r/min；然后在相同温度和搅拌速度的条件下，加入2.5~3.8份质量的改性剂和0.4~0.6份质量的催化剂，搅拌1~5h，得到改性煤焦油。
本实施例中：煤焦油为中温煤焦油；混合溶剂为环己烷与甲苯的混合溶剂；改性剂为酸酐类；催化剂为对甲苯磺酸。
实施例6
一种改性煤焦油及其制备方法。除下述技术参数外，其余同实施例5：
本实施例中：混合溶剂为甲苯与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂；改性剂为芳醇类；催化剂为无水氯化铝。
实施例7
一种改性煤焦油及其制备方法。除下述技术参数外，其余同实施例5：
本实施例中：煤焦油为高温煤焦油；改性剂为芳醇类。
实施例8
一种改性煤焦油及其制备方法。除下述技术参数外，其余同实施例5：
本实施例中：煤焦油为高温煤焦油；混合溶剂为甲苯与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂；催化剂为无水氯化铝。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下优点：
1、本具体实施方式采用常规反应器，搅拌速度为100~150r/min，在75~95℃条件下反应，改性剂用量为煤焦油量的5~6wt％。故工艺简单，改性剂用量少，反应温度低，成本低。
2、本具体实施方式加入的溶剂能降低煤焦油的粘度，选择性地将煤焦油中的致癌多环芳烃3,4-苯并芘溶解，有利于改性剂在催化剂作用下与煤焦油中的多环芳烃3,4-苯并芘反应，生成无害的多环化合物，在不改变煤焦油性质的条件下，达到选择性降低煤焦油中3,4-苯并芘的目的。本具体实施方式从煤沥青加工的源头也就是在煤焦油加工前去除多环芳烃3,4-苯并芘，经过改性后的煤焦油中没有或者仅有微量的多环芳烃3,4-苯并芘。且溶剂可在煤焦油加工过程中得到回收。
因此，本具体实施方式具有工艺简单、反应温度低、改性剂用量少、溶剂可在煤焦油加工过程中得到回收、成本低和能有效降低煤焦油中多环芳烃3,4-苯并芘含量的特点。
Claims (3)
1.一种改性煤焦油的制备方法，其特征在于所述制备方法是：
先将50~70份质量的煤焦油置入带有回流装置的反应釜内，升温至75~95℃，再向反应釜内加入27~47份质量的混合溶剂，搅拌5~15min，搅拌速度为100~150r/min；然后在相同温度和搅拌速度的条件下，加入2.5~3.8份质量的改性剂和0.4~0.6份质量的催化剂，搅拌1~5h，得到改性煤焦油；
所述混合溶剂为环己烷与甲苯的混合溶剂、或为甲苯与N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂；其中：环己烷︰甲苯的质量比为1︰0.5，甲苯︰N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1︰（0.3~0.6）；
所述改性剂为酸酐类或为聚乙二醇或为邻苯二甲醇；其中：酸酐类为马来酸酐、丁二酸酐、邻苯二甲酸酐、乙酸酐、四氢苯酐、甲基六氢苯酐、苯甲酸酐、二甲基马来酸酐、三氯乙酸酐和戊二酸酐中的一种；
所述催化剂为对甲苯磺酸或为无水氯化铝。
2.根据权利要求1所述的改性煤焦油的制备方法，其特征在于所述煤焦油为中温煤焦油或为高温煤焦油。
3.一种改性煤焦油，其特征在于所述改性煤焦油是根据权利要求1~2项中任一项所述的改性煤焦油的制备方法所制备的改性煤焦油。
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