CN105612245B - 无灰煤的制造方法 - Google Patents

Abstract

在制造无灰煤时，使用如下溶剂对煤进行萃取，所述溶剂为：在以常温下为液体的二环芳香族化合物(例如1－甲基萘)为主成分的溶剂中添加了具有2个苯环且具有至少1个无双键的环状结构，并且不含氮的煤萃取促进剂(例如苊、芴及二苯并呋喃)的溶剂。

Description

无灰煤的制造方法

技术领域

本发明涉及用于从煤除去灰分而获得无灰煤的无灰煤制造方法。

背景技术

一直以来，通过从煤除去灰分等而获得高品质的无灰煤的技术是已知的，正在开发用于提高该无灰煤的收率的技术。作为由煤获得无灰煤的方法，有如下方法：通过使除了灰分等以外的可溶成分溶解于溶剂而从煤中萃取出这些成分，从溶解有该可溶成分的溶液中将溶剂蒸发分离。该方法可以通过使煤的可溶成分尽量多地溶解于溶剂中而增大煤的萃取率，从而提高无灰煤的收率。

因此，例如专利文献1所述的无灰煤的制造方法中，通过使用与煤的亲和性优异的1－甲基萘作为上述溶剂来谋求萃取率的提高。但是，为了进一步提高无灰煤的收率，一直期望着煤的萃取率更大的溶剂。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008－115369号公报

发明内容

发明要解决的问题

其中，作为煤的萃取中优选的物质，有含氮化合物，我们也想到了为了提高煤的萃取率使用含氮化合物作为溶剂。但是，含氮化合物具有与煤的成分强烈缔合的性质，因此使用含氮化合物作为溶剂而获得无灰煤时，无法将溶剂较好地蒸发分离，难以高效地再利用以减少工艺中的溶剂。若不能高效地对溶剂进行再利用，则需要补充溶剂，使工艺的运转成本增加。

本发明是鉴于上述课题而做出的，目的在于提高无灰煤的收率且对溶剂有效地进行再利用。

用于解决课题的手段

为了实现上述目的，本发明的无灰煤的制造方法，，其特征在于，具备：萃取工序，其对将煤和溶剂混合而得的浆料进行加热，萃取可溶于前述溶剂的煤成分；分离工序，其将前述萃取工序中获得的浆料分离为溶解有可溶于前述溶剂的煤成分的溶液、和浓缩有不溶于前述溶剂的煤成分的固体成分浓缩液；和无灰煤取得工序，其从前述分离工序中分离出的前述溶液中将前述溶剂蒸发分离，获得无灰煤；前述溶剂为在以常温下为液体的二环芳香族化合物为主成分的溶剂中添加了具有2个苯环且具有至少1个无双键的环状结构，并且不含氮的煤萃取促进剂而成的。

通过使用上述溶剂，能够大幅提高煤的萃取率，这一点将在后文进行说明。并且，上述煤萃取促进剂不含氮，因此不会与煤的成分强烈缔合，能够无障碍地将溶剂蒸发分离。因此，根据本发明，能够提高无灰煤的收率且有效地对溶剂进行再利用。

其中，前述溶剂中的前述煤萃取促进剂的重量百分比浓度优选为40重量％以下。从而，通过规定煤萃取促进剂的重量百分比浓度，即使煤萃取促进剂是常温下为固体的物质，也能够使煤萃取促进剂充分地溶解在溶剂中，能够抑制煤萃取促进剂以固体状态残留在溶剂中。

例如，前述煤萃取促进剂可以为属于苊类、芴类及二苯并呋喃类中的任一类的物质。

特别是，前述溶剂优选为在以1－甲基萘为主成分的溶剂中添加了作为前述煤萃取促进剂的苊的溶剂。通过设为该溶剂组成，即使仅添加少量的苊也能够增大煤的萃取率，关于这一点将在后文进行说明。

此外，优选将前述无灰煤取得工序中蒸发分离出的前述溶剂作为前述萃取工序中使用的溶剂，进行循环利用。从而，能够使溶剂在工艺中进行循环利用，从而能够更高效地对溶剂进行再利用。

附图说明

图1：无灰煤制造设备的模式图。

图2：煤萃取实验中使用的加热过滤装置的模式图。

图3：示出煤萃取实验的实验結果的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的无灰煤的制造方法的实施方式进行说明。

(无灰煤的制造方法的概略)

如图1所示，本实施方式的无灰煤(HPC)的制造方法中使用的无灰煤制造设备100具备：煤斗1、溶剂槽2、浆料调制槽3、移送泵4、预热器5、萃取槽6、重力沉降槽7、过滤器单元8、及溶剂分离器9、10。其中，浆料调制槽3、移送泵4、预热器5、萃取槽6、重力沉降槽7、过滤器单元8、及溶剂分离器9是从无灰煤的制造工序的上游侧依次配设的。此外，煤斗1及溶剂槽2均配设在浆料调制槽3的上游侧，溶剂分离器10配设在重力沉降槽7的下游侧。

本实施方式的无灰煤的制造方法具有浆料调制工序、萃取工序、分离工序、无灰煤取得工序、及萃余煤取得工序。以下对各工序进行说明，然后详细说明用于对煤进行萃取的溶剂。需要说明的是，本制造方法中对于作为原料的煤没有特别限制，既可以使用萃取率高的烟煤，也可以使用更廉价的劣质煤(次烟煤、褐煤)。此外，无灰煤是指灰分为5重量％以下、优选3重量％以下的煤。

(浆料调制工序)

浆料调制工序是将煤和溶剂混合而调制浆料的工序。该浆料调制工序用浆料调制槽3来实施。即，从煤斗1中将作为原料的煤投入浆料调制槽3中，并从溶剂槽2将溶剂投入浆料调制槽3中。然后，投入的煤及溶剂通过设置于浆料调制槽3的搅拌机3a而被搅拌，从而调制由煤和溶剂构成的浆料。

(萃取工序)

萃取工序是对浆料调制工序中获得的浆料进行加热来萃取可溶于溶剂的煤成分的(使其溶解的)工序。该萃取工序用预热器5及萃取槽6来实施。即，用浆料调制槽3调制的浆料通过移送泵4而被供给到预热器5中并加热到规定温度。然后，该浆料被供给到萃取槽6，通过设置在萃取槽6中的搅拌机6a而被搅拌，从而进行萃取。

本实施方式中，作为用于萃取煤的可溶成分的溶剂，使用的是如下溶剂：在以常温(25℃)下为液体的二环芳香族化合物为主成分的溶剂中添加了具有2个苯环且具有至少1个无双键的环状结构、并且不含氮的煤萃取促进剂而成的溶剂。需要说明的是，以二环芳香族化合物为主成分的溶剂是指溶剂中的二环芳香族化合物的重量百分比浓度为50重量％以上、优选60重量％以上。通过使用上述溶剂，能够使煤的萃取率变大，这一点将在后文进行说明。并且，上述煤萃取促进剂不含氮，因此不会与煤的成分强烈缔合，在后述的无灰煤取得工序中，可以无障碍地使溶剂蒸发分离。因此，根据本实施方式，能够提高无灰煤的收率且有效地对溶剂进行再利用。

对溶剂的沸点无特别限制。从降低萃取工序及分离工序中的压力、提高萃取工序的萃取率、无灰煤取得工序及萃余煤取得工序的溶剂回收率等观点出发，优选使用沸点为例如180～300℃、特别是240～280℃的溶剂。

萃取工序的浆料的加热温度只要是能够使煤的可溶成分溶解即可，无特别限制，从可溶成分充分溶解和提高萃取率的观点出发，可以设为例如300～420℃、更优选360～400℃。

此外，对加热时间(萃取时间)也无特别限制，从充分溶解和提高萃取率的观点出发，为例如10～60分钟。需要说明的是，这里的加热时间是指将预热器5及萃取槽6中的加热时间的合计时间。

萃取工序在氮气等非活泼气体的存在下进行。在萃取槽6内的压力低于溶剂的蒸气压时，会加剧溶剂的挥发，因此，萃取槽6内的压力高于溶剂的蒸气压是理想的。另一方面，压力过高时，机器的成本、运转成本变高，不经济。因此，萃取槽6内的压力虽然也取决于萃取时的温度、使用的溶剂的蒸气压，但优选为1.0～2.0MPa。

(分离工序)

分离工序是通过重力沉降法使萃取工序中获得的浆料分离成溶解有可溶于溶剂的煤成分的溶液、和浓缩有不溶于溶剂的煤成分(例如灰分)的固体成分浓缩液的工序。该分离工序用重力沉降槽7来实施。即，萃取工序中获得的浆料在重力沉降槽7内分离成在重力的作用下沉降而得的固体成分浓缩液、和作为溶液的上清液。重力沉降槽7的上部的上清液必要时经过过滤器单元8而向溶剂分离器9排出，沉降在重力沉降槽7的下部的固体成分浓缩液向溶剂分离器10排出。

为了防止煤的可溶成分的再析出，重力沉降槽7内优选进行保温(或加热)或进行加压。保温(加热)温度为例如300～380℃，槽内压力为例如1.0～3.0MPa。

需要说明的是，作为从萃取工序中获得的浆料中分离含有煤的可溶成分的溶液的方法，除了重力沉降法以外，还能采用过滤法、离心分离法等。

(无灰煤取得工序)

无灰煤取得工序是从分离工序中分离出的溶液(上清液)中将溶剂蒸发分离、从而获得无灰煤的工序。该无灰煤取得工序用溶剂分离器9来实施。即，用重力沉降槽7分离出的溶液在用过滤器单元8过滤后被供给到溶剂分离器9中，在溶剂分离器9内从溶液中将溶剂蒸发分离。从溶液中将溶剂蒸发分离优选在氮气等非活泼性气体的存在下进行。

从溶液分离溶剂的方法可以使用一般的蒸馏法、蒸发法等。用溶剂分离器9分离出的溶剂被返送到溶剂槽2中，反复循环使用。从而，能够使溶剂在工艺中进行循环利用，从而能够更高效地对溶剂进行再利用。此外，通过从溶液中分离溶剂能够获得实质上不含灰分的无灰煤。

无灰煤可以作为例如焦炭原料的配合煤来使用。此外，几乎不含灰分的无灰煤由于燃烧效率高且能够减少煤灰的产生，因此作为基于燃气轮机燃烧的高效复合发电系统的燃气轮机直喷燃料的用途也受到关注。

(萃余煤取得工序)

萃余煤取得工序是从分离工序中分离出的固体成分浓缩液中将溶剂蒸发分离、从而获得萃余煤的工序。该萃余煤取得工序用溶剂分离器10来实施。即，用重力沉降槽7分离出的固体成分浓缩液被供给到溶剂分离器10，在溶剂分离器10内从固体成分浓缩液中将溶剂蒸发分离。从固体成分浓缩液蒸发分离溶剂优选在氮气等非活泼气体的存在下进行。需要说明的是，萃余煤取得工序并非必须工序。

从固体成分浓缩液中分离溶剂的方法与上述无灰煤取得工序同样地可以使用一般的蒸馏法、蒸发法。用溶剂分离器9分离出的溶剂被返送到溶剂槽2中，反复循环使用。由此通过使溶剂在工艺中进行循环利用这样的构成，从而能够更高效地对溶剂进行再利用。此外，通过分离溶剂，能够从固体成分浓缩液中获得包括灰分等在内的不溶成分被浓缩了的萃余煤(RC，也称为残渣煤)。

(溶剂的构成)

本实施方式中，如上所述，作为用于对煤进行萃取的溶剂，使用如下溶剂：在以常温下为液体的二环芳香族化合物为主成分的溶剂中添加了具有2个苯环且具有至少1个无双键的环状结构，并且不含氮的煤萃取促进剂而成的溶剂。

作为这样的溶剂，可以列举例如以1－甲基萘为主成分的溶剂，但并非仅限于此。此外，还可以是以2－甲基萘、二甲基萘等二环芳香族化合物为主成分的溶剂。此外，作为如上述那样的煤萃取促进剂，可以列举例如属于苊类、芴类及二苯并呋喃类等的物质，但并非仅限于这些。需要说明的是，后述的实验中，使用了作为苊类的一种的苊、作为芴类的一种的芴、及作为二苯并呋喃类的一种的二苯并呋喃，但煤萃取促进剂并非仅限于苊、芴、二苯并呋喃，还可以是属于苊类、芴类及二苯并呋喃类的其它物质。此外，煤萃取促进剂并非必需由1种物质构成，也可以含有多种物质。

其中，进行了如下的实验：即使用在1－甲基萘中分别添加了属于苊类的苊、属于芴类的芴及属于二苯并呋喃类的二苯并呋喃的溶剂作为溶剂，并求出煤的萃取率。1－甲基萘(参照化学式1)是常温下为液体的二环芳香族化合物，在该实验中发挥溶剂的作用。此外，苊、芴及二苯并呋喃(参照化学式2)为具有2个苯环且具有至少1个无双键的环状结构、并且不含氮的有机化合物，在该实验在发挥煤萃取促进剂的作用。

【化1】

1-甲基萘

【化2】

本实验中，使用图2所示的加热过滤装置200，将使煤和上述溶剂混合而成的浆料在380℃、60分钟、2.0MPa的条件下进行搅拌处理，之后趁热对该浆料进行过滤。然后算出萃取的煤的可溶成分(加入的煤daf－滤渣daf)的重量相对于所加入的煤的无水无灰基质(daf base)的重量的比率，作为煤的萃取率。

加热过滤装置200具有高压釜20而构成，通过配设在容器21(内容积：500cc)的周围的加热器22而能够任意地对容器21内进行加热·加压。此外，容器21中设置有用于对浆料进行搅拌的搅拌机23，且其底部配设有过滤器24，进而在过滤器24的下方设置有用于排出滤液的喷嘴25。喷嘴25连接有阀门26，通过开放阀门26从而能够通过滤液接收器27回收被过滤器24过滤后的滤液。

将苊、芴及二苯并呋喃的1－甲基萘中的重量百分比浓度设为0、10、20、30(20wt％及30wt％：二苯并呋喃除外)、100wt％时分别算出的煤的萃取率如图3所示。

如图3所示，在添加苊、芴及二苯并呋喃中的任一种作为煤萃取促进剂时，与不添加煤萃取促进剂时(浓度为0重量％时)相比，煤的萃取率均变大。即，可知：通过使用在以常温下为液体的二环芳香族化合物为主成分的溶剂中添加具有2个苯环且具有至少1个无双键的环状结构、并且不含氮的煤萃取促进剂的溶剂作为溶剂，能够提高煤的萃取率。并且，上述煤萃取促进剂不含氮，因此不会与煤的成分强烈缔合，在无灰煤取得工序能够无障碍地将溶剂蒸发分离。因此，通过利用所述溶剂，能够提高无灰煤的收率且有效地对溶剂进行再利用。

此外，由图3可知，随着煤萃取促进剂在1－甲基萘中的浓度的增大，煤的萃取率逐渐增大。特别是，关于苊，可知：在浓度为0～30％左右的范围内，萃取率的増加率变大，即使仅添加少量的苊，其效果也显著。本实验中使用的苊、芴及二苯并呋喃均是在常温下为固体的物质，在常温下，相对于1－甲基萘，即使达到40重量％以下的程度也都是充分可溶的。因此，通过使用以1－甲基萘为主成分的溶剂，可以省略使这些物质溶解的工序，是优选的。

但是，上述实验中，高压釜20的容器21内的温度为超过苊、芴及二苯并呋喃的溶点的高温，因此任意物质均以液体的状态存在。但是，作为煤萃取促进剂使用的物质在常温下为固体、以超过在溶剂中的溶解度的量添加时，则需要将溶剂加热到超过各物质的熔点的程度。

此时，例如可以对溶剂槽2设置加热器、将溶剂加热到煤萃取促进剂的溶点以上而使煤萃取促进剂溶解。或者，也可以对浆料调制槽3设置加热器，在浆料调制槽3中投入溶剂、煤萃取促进剂及煤后，将这些加热到煤萃取促进剂的熔点以上而调制浆料。

但是，如上所述，为了使煤萃取促进剂熔化而设置了加热器等加热手段，从而有可能导致无灰煤制造设备100的成本上升。为了避免这样的问题，可以将添加于溶剂的煤萃取促进剂的量设为常温下的溶解度以下，在以重量百分比浓度表示时可以设为40重量％以下。例如，常温下苊相对于1－甲基萘的溶解度为40(以重量百分比浓度计为约40重量％)。因此，通过将煤萃取促进剂的浓度规定为40重量％以下，即使不设置加热手段，也能够抑制常温下煤萃取促进剂不溶解而以固体形式残留的情况，能够有效地利用煤萃取促进剂。需要说明的是，煤萃取促进剂即使以1重量％左右的量也可发挥效果，但设为3重量％以上、优选5重量％以上较好。

需要说明的是，上述的实验中，作为溶剂的1－甲基萘、以及作为煤萃取促进剂的苊、芴及二苯并呋喃均是以纯物质形式准备的，在实际的无灰煤制造工序中，并非必需使用纯物质。

例如，苊、芴及二苯并呋喃等煤萃取促进剂包含在制造焦炭时作为副产成物获得的煤焦油馏分中。因此，还可以将这样的煤焦油馏分直接添加到溶剂中来制造溶剂。或者，也可以从煤焦油馏分中萃取、取得煤萃取促进剂。从而，通过有效利用煤焦油馏分，可期待降低获得煤萃取促进剂所需要的成本。需要说明的是，不仅限于煤焦油馏分，还可以利用包含煤萃取促进剂的其它混合物。

参照详细且特定的实施方式对本发明进行了说明，但本领域技术人员明确可知，可以不脱离本发明的精神和范围地对本发明进行各种变更和修正。

本申请基于2013年10月9日提出的日本专利申请(日本特愿2013－211996)而提出，其内容通过参照方式援引于此。

产业上的利用可能性

本发明能够提高煤的萃取率、且溶剂的回收率也高，能够廉价地制造无灰煤。

符号的说明

1 煤斗

2 溶剂槽

3 浆料调制槽

4 移送泵

5 预热器

6 萃取槽

7 重力沉降槽

8 过滤器单元

9 溶剂分离器

10 溶剂分离器

100 无灰煤制造设备

Claims (3)

1.一种无灰煤的制造方法，其特征在于，具备如下工序：

浆料调制工序，将煤和溶剂混合在常温下调制浆料；

萃取工序，其对所得到的浆料进行加热，萃取可溶于所述溶剂的煤成分；

分离工序，其将所述萃取工序中获得的浆料分离为溶解有可溶于所述溶剂的煤成分的溶液、和浓缩有不溶于所述溶剂的煤成分的固体成分浓缩液；以及

无灰煤取得工序，其从所述分离工序中分离出的所述溶液中将所述溶剂蒸发分离，获得无灰煤；

所述溶剂为：在以1－甲基萘为主成分的溶剂中添加了作为煤萃取促进剂的苊而成的，

并且，所述溶剂中的所述煤萃取促进剂的重量百分比浓度为40重量％以下。

2.根据权利要求1所述的无灰煤的制造方法，其中，所述煤萃取促进剂为由芴类及二苯并呋喃类中的任一类和苊类构成的物质。

3.根据权利要求1或2所述的无灰煤的制造方法，其中，将在所述无灰煤取得工序中蒸发分离的所述溶剂作为在所述萃取工序使用的溶剂进行循环利用。