專利名稱：一種熱萃取煤的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種熱萃取煤的方法，具體說是一種工業(yè)級國標溶劑的應用及熱萃取煤制備超純煤的方法，屬于化工技術領域。
背景技術：
煤的溶劑萃取是煤化學研究的主要內(nèi)容之一，其研究不但具有重要的理論意義， 同時具有實際的應用價值。早在20世紀初，人們就相繼采用溶劑萃取法試圖從煉焦煤中分離出粘結性組分。隨后大量的研究工作轉向通過研究溶劑萃取物來闡明煤的結構，從分子水平研究煤，揭示煤中有機物分子結構。對于煙煤，使用極性溶劑在其沸點狀態(tài)下可以獲得很高的萃取收率，如=Toshimasa等使用強極性的N-甲基吡咯烷酮作為溶劑(Toshimasa Takanohashi, Takahiro Shishido, Hiroyuki Kawashima, Ikuo Saito. Fuel, 2008, 87: 592 - 598)，在它的沸點202 °C下，萃取產(chǎn)率可達74 %以上，萃取物的灰含量小于 1000Xl(T6。Miura等(Miura K, Shimada M, Mae K, Huan H. Fuel, 2001，80(11) :1573) 發(fā)明了一種通過溶劑熱萃取從煤中制取潔凈燃料的方法，這種方法使用一種流動型的萃取器，在350°C時使用四氫萘作為溶劑時煙煤的萃取率可達65% 80%，當使用極性的酚油作為溶劑時褐煤和次煙煤的萃取率可達80%。Yoshida等(Yoshida T, Li T, Takanohashi C, et al. Fuel Processing Technology, 2004，86(1) 61—72)在粗甲基萘油中添加少量的含氮極性溶劑作為熱萃取劑，在360°C的熱萃取條件下有些低階煙煤的熱萃取率可達 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 種低階煤在1-甲基萘中熱萃取性能，發(fā)現(xiàn)有些煤種的熱萃取率可高達70%以上。盧田隆一等(盧田隆一.燃料與化工，2008，39(6): M-63)以非極性萘滿為萃取溶劑，在350°C和IOMPa 的條件下對煤進行萃取。煙煤采用該法可萃取65% 80%，萃取物在高溫下的溶解成分分為室溫析出成分和溶解成分，且萃取物幾乎不含灰分。針對萃取物所具有的顯著熔融性，混合萃取物和非、弱粘結煤，進行結焦試驗(Toshimasa Takanohashi, Takahiro Shishido, Ikuo Saito. Energy & Fuels, 2008, 22(3) 1779 - 1783)，所得碳化物的強度比原煤碳化物的強度大，預示了只用非、弱粘結煤煉焦的可能。
國內(nèi)關于煤的溶劑熱萃取的研究非常少。煤炭科學研究總院(石智杰，張勝振， 邢凌燕等.煤炭轉化，2009，32(1): 34-39)利用煤液化衍生油作為煤的熱萃取溶劑，在熱萃取裝置上研究了大唐勝利褐煤等低階煤的熱萃取性能。煤的熱萃取率隨溫度升高而明顯增加，由340°C時的18. 7%增加到430°C時的59. 5%，而固體熱萃取物回收率在390°C時達到最高值32.4%。
現(xiàn)有煤的溶劑熱萃取技術中所采用的溶劑，大多是一些純?nèi)軇?、混合溶劑或?1-甲基萘等價格較高的溶劑，煤炭科學研究總院雖然利用煤液化衍生油作為煤的熱萃取溶劑，但是其固體熱萃取物回收率最高值僅為32.4%，并且對所用熱萃取溶劑未做回收后再循環(huán)利用。因此，如何選用產(chǎn)量大、價格低的工業(yè)級溶劑作為煤的熱萃取溶劑，使用后能夠再循環(huán)利用，并且使煤的熱萃取率及固體熱萃取物回收率提高，是解決問題的關鍵。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種熱萃取煤的方法，它熱萃取率較高、純煤質量好，并且使用的萃取溶劑可回收循環(huán)使用，生產(chǎn)成本低。
為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案予以實現(xiàn) 本發(fā)明一種熱萃取煤的方法，它包括以下步驟a、將煤粉碎至粒度=200Mm，在100 150°C條件下干燥12 96小時備用。
b、將步驟a所得煤粒和溶劑充分混合后加入高壓反應釜中，所述煤粒和溶劑按質量與體積比為1:2 12，所述溶劑為工業(yè)級國標洗油。
C、萃取過程，用氮氣置換高壓反應釜其中的空氣并充氮氣至5MPa，保持釜內(nèi)壓力在30min內(nèi)不變，然后放掉氮氣，再充氮氣至0 5MPa，在轉速為100 600轉/ min攪拌下快速升溫至300 450°C，并恒溫0. 5 4小時，得萃取液，過濾后得濾液和濾渣，將濾渣用與萃取相同的溶劑洗滌后，再將洗液與濾液合并，得合并液，濾渣用于分析灰分含量。
d、將步驟c所得的合并液，按體積比合并液與反萃取劑為1:1 10，加入反萃取劑，充分攪拌，得到反萃取固液混合物，然后對其進行過濾，得到固體物質和液體物質；將固體物質在100 150°C條件下干燥12 48小時，得到黑亮的純煤。
所述反萃取劑為工業(yè)級的丙酮、正己烷、乙醚、乙醇或氯仿中的一種。
優(yōu)選的，所述的一種熱萃取煤的方法，它還包括以下步驟e、將步驟d所得的液體物質進行減壓蒸餾，得前述溶劑及反萃取劑，將獲得的溶劑及反萃取劑循環(huán)使用。在回收后的溶劑中添加適量新鮮的工業(yè)級國標洗油后，即可用于再循環(huán)熱萃取煤。
優(yōu)選的，所述煤為褐煤或煙煤。
優(yōu)選的，所述溶劑為焦化廠生產(chǎn)的洗油。
優(yōu)選的，所述工業(yè)級國標洗油，其質量標準為密度(20°C，g/cm3)為1. 03 1. 06 ；餾程(大氣壓力101. 3KPa)為230 300°C，其中，230°C前餾出量(體積分數(shù))含3%, 300°C前餾出量(體積分數(shù))^ 90% ；酚含量(體積分數(shù))^ 0. 5% ；萘含量(體積分數(shù))^ 15% ； 水分含量(質量分數(shù))含1% ；粘度E50含1. 5% ； 15°C結晶物無。
優(yōu)選的，所述的一種熱萃取煤的方法，所述c步驟中氮氣為工業(yè)級。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有的有益效果為(1)本發(fā)明煤的熱萃取率可達80%以上，超純煤收率達70%以上，超純煤的灰分小于0. 1%。
(2)本發(fā)明所用溶劑為焦化廠產(chǎn)量大、成本低的洗油。
(3)本發(fā)明煤熱萃取率高、質量好，生產(chǎn)成本低，且萃取溶劑可回收循環(huán)使用，具有廣闊的市場應用前景。
具體實施方式
下面對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
實施例1a、將煤粉碎至粒度=200Mm，在100°C下干燥96小時備用。
b、將粒度=200Mffl的上述干燥煤粒300g，按質量與體積比，煤粒與溶劑為1:2，加入工業(yè)級國標洗油600ml，將其充分混合后，加入IL高壓反應釜中。
C、用氮氣置換高壓反應釜其中的空氣并充氮氣至5MPa，保持釜內(nèi)壓力在30min內(nèi)不變，然后放掉氮氣，再充氮氣至5MPa，在轉速為600轉/ min攪拌下快速升溫至450°C，并恒溫4小時，得萃取液，過濾后得濾液和濾渣，濾渣用與萃取相同的溶劑洗滌后，將洗液與濾液合并，濾渣用于分析灰分含量。
d、將步驟c所得的合并液，按體積比合并液與反萃取劑為1:1，加入反萃取劑丙酮，充分攪拌，得到反萃取固液混合物并對其進行過濾，得到固體物質和液體物質；對固體物質在100°c條件下干燥48小時，得到黑亮的純煤。煤的熱萃取率為80. 2%，純煤收率為 72. 3%，灰分小于0. 1%。
e、將步驟d所得的液體物質進行減壓蒸餾，將獲得的溶劑及反萃取劑循環(huán)使用； 在回收后的溶劑中添加適量新鮮的工業(yè)級國標洗油后，再循環(huán)用于熱萃取煤。實施例2a、將煤粉碎至粒度=200Mm，在150°C條件下干燥12小時備用。
b、將粒度=200Mffl的上述干燥煤粒50g，按質量與體積比，煤粒與溶劑為1:12加入工業(yè)級國標洗油600ml，將其充分混合后，加入IL高壓反應釜中。
C、用氮氣置換高壓反應釜其中的空氣并充氮氣至5MPa，保持釜內(nèi)壓力在30min內(nèi)不變，然后放掉氮氣，再充氮氣至OMpa，在轉速為100轉/ min攪拌下快速升溫至30(TC，并恒溫0.5小時，得萃取液，過濾后得濾液和濾渣，濾渣用適量的與萃取相同的溶劑洗滌后， 將洗液與濾液合并，濾渣用于分析灰分含量。
d、將步驟c所得的合并液，按體積比合并液與反萃取劑為1:10，加入反萃取劑正己烷，充分攪拌，得到反萃取固液混合物并對其進行過濾，得到固體物質和液體物質；對固體物質在150°C條件下干燥12小時，得到黑亮的純煤。煤的熱萃取率為88. 5%，純煤收率為 76. 7%，灰分小于0. 1%。
e、將步驟d所得的液體物質進行減壓蒸餾，將獲得的溶劑及反萃取劑循環(huán)使用； 在回收后的溶劑中添加適量新鮮的工業(yè)級國標洗油后，再循環(huán)用于熱萃取煤。
實施例3a、將煤粉碎至粒度=200Mm，在120°C條件下干燥48小時備用。
b、將粒度=200Mffl的上述干燥煤粒100g，按質量與體積比，煤粒與溶劑為1:7，加入工業(yè)級國標洗油700ml，將其充分混合后，加入IL高壓反應釜中。
C、用氮氣置換高壓反應釜其中的空氣并充氮氣至5MPa，保持釜內(nèi)壓力在30min內(nèi)不變，然后放掉氮氣，再充氮氣至IMpa，在轉速為400轉/ min攪拌下快速升溫至380°C， 并恒溫1小時，得萃取液，過濾后得濾液和濾渣，濾渣用適量的與萃取相同的溶劑洗滌后， 將洗液與濾液合并，濾渣用于分析灰分含量。
d、將步驟c所得的合并液，按體積比合并液與反萃取劑為1:3，加入反萃取劑乙醚，充分攪拌，得到反萃取固液混合物并對其進行過濾，得到固體物質和液體物質；對固體物質在120°C條件下干燥36小時，得到黑亮的純煤。煤的熱萃取率為85. 5%，純煤收率為 80. 8%，灰分小于0. 1%。
e、將步驟d所得的液體物質進行減壓蒸餾，將獲得的溶劑及反萃取劑循環(huán)使用； 在回收后的溶劑中添加適量新鮮的工業(yè)級國標洗油后，再循環(huán)用于熱萃取煤。
實施例4a、將煤粉碎至粒度=200Mm，在130°C條件下干燥36小時備用。
b、將粒度=200Mffl的上述干燥煤粒200g，按質量與體積比，煤粒與溶劑為1:4加入工業(yè)級國標洗油800ml，將其充分混合后，加入IL高壓反應釜中。
C、用氮氣置換高壓反應釜其中的空氣并充氮氣至5MPa，保持釜內(nèi)壓力在30min內(nèi)不變，然后放掉氮氣，再充氮氣至3Mpa，在轉速為200轉/ min攪拌下快速升溫至340°C， 并恒溫3小時，得萃取液，過濾后得濾液和濾渣，濾渣用適量的與萃取相同的溶劑洗滌后， 將洗液與濾液合并，濾渣用于分析灰分含量。
d、將步驟c所得的合并液，按體積比合并液與反萃取劑為1:6，加入反萃取劑乙醇，充分攪拌，得到反萃取固液混合物并對其進行過濾，得到固體物質和液體物質；對固體物質在130°C條件下干燥30小時，得到黑亮的純煤。煤的熱萃取率為82. 6%，純煤收率為 76. 7%，灰分小于0. 1%。
e、將步驟d所得的液體物質進行減壓蒸餾，將獲得的溶劑及反萃取劑循環(huán)使用； 在回收后的溶劑中添加適量新鮮的工業(yè)級國標洗油后，再循環(huán)用于熱萃取煤。
實施例5取由實施例4中步驟d所得的液體物質，按照混合物中各溶劑的沸點不同，且相差很大的原則，將其在減壓蒸餾裝置上進行減壓蒸餾，將獲得的洗油段溶劑及反萃取劑(乙醇)循環(huán)使用；在回收后的洗油段溶劑中添加適量新鮮的工業(yè)級國標洗油后，再按照實施例4循環(huán)用于煤熱萃取，得到黑亮的純煤。煤的熱萃取率為80. 6%，純煤收率為74. 9%，灰分小于 0. 1%。
權利要求
1.一種熱萃取煤的方法，其特征是，它包括以下步驟a、將煤粉碎至粒度=200Mm，在100 150°C條件下干燥12 96小時備用；b、將步驟a所得煤粒和溶劑充分混合后加入高壓反應釜中，所述煤粒和溶劑按質量與體積比為1:2 12，所述溶劑為工業(yè)級國標洗油；c、萃取過程，用氮氣置換高壓反應釜其中的空氣并充氮氣至5MPa，保持釜內(nèi)壓力在 30min內(nèi)不變，然后放掉氮氣，再充氮氣至0 5MPa，在轉速為100 600轉/ min攪拌下快速升溫至300 450°C，并恒溫0. 5 4小時，得萃取液，過濾后得濾液和濾渣，將濾渣用與萃取相同的溶劑洗滌后，再將洗液與濾液合并，得合并液；d、將步驟c所得的合并液，按體積比合并液與反萃取劑為1:1 10，加入反萃取劑， 充分攪拌，得到反萃取固液混合物，然后對其進行過濾，得到固體物質和液體物質；將固體物質在100 150°C條件下干燥12 48小時，得到黑亮的純煤；所述反萃取劑為工業(yè)級的丙酮、正己烷、乙醚、乙醇或氯仿中的一種。
2.如權利要求1所述的一種熱萃取煤的方法，其特征是，它還包括以下步驟e、將步驟d所得的液體物質進行減壓蒸餾，得前述溶劑及反萃取劑，將獲得的溶劑及反萃取劑循環(huán)使用。
3.如權利要求1所述的一種熱萃取煤的方法，其特征是，所述煤為褐煤或煙煤。
4.如權利要求1所述的一種熱萃取煤的方法，其特征是，所述溶劑為焦化廠生產(chǎn)的洗油。
5.如權利要求1所述的一種熱萃取煤的方法，其特征是，所述工業(yè)級國標洗油，其質量標準為密度(20°C，g/cm3)為1. 03 1. 06 ；餾程(大氣壓力101. 3KPa)為230 300°C，其中，230°C前餾出量(體積分數(shù))^ 3%, 300°C前餾出量(體積分數(shù))^ 90% ；酚含量(體積分數(shù)) 含0. 5% ；萘含量(體積分數(shù))含15% ；水分含量(質量分數(shù))含1% ；粘度E50含1. 5% ； 15°C結晶物無。
6.如權利要求1所述的一種熱萃取煤的方法，其特征是，所述c步驟中氮氣為工業(yè)級。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱萃取煤的方法，它將粉碎、干燥后的煤粒與溶劑充分混合后加入至高壓反應釜中，經(jīng)氮氣置換后在一定壓力下升溫至規(guī)定溫度，并經(jīng)過熱萃取、過濾、洗滌、干燥步驟，得到黑亮的超純煤，所述溶劑為工業(yè)級國標洗油或焦化廠生產(chǎn)的洗油；本發(fā)明煤熱萃取率可達80%以上，超純煤收率達70%以上，超純煤的灰分小于0.1%。本發(fā)明煤熱萃取率高、質量好，生產(chǎn)成本低，且萃取溶劑可回收循環(huán)使用，具有廣闊的市場應用前景。
文檔編號B01D11/02GK102512846SQ201110373648
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權日2011年11月22日
發(fā)明者崔詠梅, 張曉力, 李立業(yè), 胡永琪, 趙華, 趙風云 申請人:河北科技大學, 河北鋼鐵集團有限公司