一種提高低階煤熱解煤焦油產(chǎn)率的方法
【專利摘要】一種提高低階煤熱解煤焦油產(chǎn)率的方法，按下述步驟進(jìn)行，（1）原煤干燥，（2）溶脹處理，（3）熱解反應(yīng)，（4）煤焦油收集；本發(fā)明在兼顧生產(chǎn)成本的前提下，對低階煤的熱解工藝進(jìn)行改進(jìn)，使得總揮發(fā)分產(chǎn)率提高3-7%，使得煤焦油產(chǎn)率提高3.4%，提高了低階煤的附加值，且預(yù)處理溶劑均可回收循環(huán)使用。
【專利說明】一種提高低階煤熱解煤焦油產(chǎn)率的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煤化工中低階煤熱解的生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種提高低階煤熱解 煤焦油產(chǎn)率的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國煤炭資源儲量豐富，低階煤貯量約占煤炭總儲量的53. 2%，其清潔利用對我國 煤炭資源可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。對低階煤的開發(fā)利用，應(yīng)著力在節(jié)省投資、提 高產(chǎn)品附加值和降低環(huán)境污染等方面依循環(huán)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)低階煤的潔凈利用。低階煤的熱 解不僅能夠得到高附加值的煤焦油，還能得到用于高爐噴吹、氣化、鐵合金等行業(yè)的半焦產(chǎn) 品。
[0003] 煤熱解過程被認(rèn)為是由煤結(jié)構(gòu)中的弱鍵斷裂引發(fā)；產(chǎn)生的自由基如果從供氫溶 劑、夕卜加氫氣或自身內(nèi)的氫獲取足夠的氫而被氫飽和，則穩(wěn)定下來生成揮發(fā)分；如果自由基 得不到足夠的氫與之飽和，則自由基間相互聚合形成半焦和焦炭；低階煤熱解過程中煤焦 油產(chǎn)率的高低和煤的顆粒粒徑大小、煤的大分子結(jié)構(gòu)、熱解溫度、升溫速率等因素是密切相 關(guān)的。
[0004] 期刊煤炭燃燒 2010年第6期第36頁至第39頁公開了一篇樊義龍，王寧波， 徐紅東等撰寫的低溫煤焦油產(chǎn)率和性質(zhì)影響因素的研宄文章，通過對低溫煤焦油性質(zhì)的分 析，重點(diǎn)概述了煤質(zhì)、反應(yīng)器形式、熱解工藝條件等對低溫煤焦油產(chǎn)率和性質(zhì)的影響。提出 應(yīng)從原料的選擇、新型反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的開發(fā)、熱解工藝條件的選擇等方面提高低溫煤焦油的 產(chǎn)率和性質(zhì)。
[0005] 期刊燃燒科學(xué)與技術(shù) 2014年第1期第58頁至第63頁公開了一篇石振晶，夏 芝香，方夢祥等撰寫的淮南煙煤熱解及焦油析出特性的研宄文章，采用熱重-傅里葉變換 紅外光譜（TG-FTIR)聯(lián)用和固定床反應(yīng)器研宄了惰性氣體保護(hù)下不同粒徑、升溫速率和熱 解溫度條件下淮南煙煤熱解特性.熱解析出焦油采用柱層析分離成脂肪烴、芳烴、非烴和瀝 青質(zhì)，結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS)聯(lián)用分析。結(jié)果表明，粒徑的增加導(dǎo)致煤熱解失重量減 少；升溫速率的提高使峰值溫度和燃盡溫度均有所增加；隨熱解溫度升高，半焦產(chǎn)率減小， 氣體產(chǎn)率增加，焦油產(chǎn)率先增大后減小，溫度的升高導(dǎo)致焦油的二次反應(yīng)，焦油族組成發(fā)生 變化，脂肪烴和非烴減少，芳烴增加；焦油主要組分包含C16?C30直鏈烷烴，二環(huán)、三環(huán)、 四環(huán)芳烴及其衍生物，以及各種酚類、酯類、喹啉等物質(zhì)。
[0006] 期刊煤炭轉(zhuǎn)化 2013年第2期第71頁至第73頁公開了一篇張秋利，成璇，蘭 新哲等撰寫的型煤的制備工藝對煤焦油產(chǎn)率的影響的研宄文章，文章研宄了低變質(zhì)粉煤制 備型煤工藝對焦油產(chǎn)率的影響，系統(tǒng)討論了膨潤土作為黏結(jié)劑時(shí)，黏結(jié)劑含量、成型壓力、 水分和原煤粒度對焦油產(chǎn)率的影響，并得出制備型煤的最佳成型工藝條件。結(jié)果表明，在膨 潤土用量為5 %，成型壓力為40 k N，水分為14%，粉煤粒度〈0. 28 mm條件下，干餾所得焦 油產(chǎn)率為9. 2%，型焦抗壓強(qiáng)度為600 N /ball，達(dá)到氣化型焦的標(biāo)準(zhǔn)。
[0007] 期刊煤炭轉(zhuǎn)化 2004年第2期第1頁至第3頁公開了一篇賈永斌，黃戒介，王 洋撰寫的流化床稀相段對焦油裂解的影響的研宄文章，文章介紹了為了降低煤在熱解過程 中的焦油產(chǎn)率，在一流化床稀相段考察了溫度和停留時(shí)間對焦油裂解的影響。結(jié)果表明： 焦油轉(zhuǎn)化率隨著溫度和停留時(shí)間的增加而明顯提高，但其增長幅度卻逐漸變小，說明繼續(xù) 升高溫度和停留時(shí)間對降低焦油產(chǎn)率的作用在逐漸減小。同時(shí)溫度或停留時(shí)間的增加也促 進(jìn)了 H2，CO和CO2產(chǎn)率的增長，對脂肪烴類的影響比較復(fù)雜。在不同溫度下，氣體熱值隨停 留時(shí)間的增加均呈下降趨勢。
[0008] 在上述現(xiàn)有技術(shù)中存在以下問題：在煤炭熱解制取煤焦油的工藝過程中，沒有提 到對煤樣的預(yù)處理的方法來提高熱解過程中煤焦油的產(chǎn)率，在現(xiàn)有的工藝條件中，得到的 煤焦油產(chǎn)率較低9. 2%。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明提供了一種提高低階煤熱解煤焦油產(chǎn)率的方法，克服了上述現(xiàn)有技術(shù)之不 足，在對低階煤進(jìn)行溫和預(yù)處理的條件下，提高了低階煤熱解過程中的焦油產(chǎn)率，提高煤炭 潔凈利用過程中的附加值，提高了生產(chǎn)效率。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)方案是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的：一種提高低階煤熱解煤焦油產(chǎn)率的 方法，其步驟如下： (1) 原煤干燥處理：將粒徑小于200目的煤在溫度為40?80°C，壓力為100?IOOOPa 的條件下真空干燥3?24小時(shí)，得到干燥煤； (2) 溶脹處理：將步驟（1)得到干燥煤與混合溶劑混合，在溫度為60?100°C，壓力為 0. 1?I. 5MPa的條件下溶脹0. 5?2小時(shí)，然后過濾并真空干燥，得到溶脹煤，所述混合溶 劑中由醇類與四氫呋喃按體積比為2?10 :1組成，其中醇類是甲醇：乙醇：乙二醇體積比 為I: (1?2): (1?5)的混合物； (3) 熱解反應(yīng)：在惰性氣體保護(hù)下，將管式爐升溫至500?700°C，再將步驟（2)得到的 溶脹煤推入管式爐中進(jìn)行熱解反應(yīng)，反應(yīng)0. 25?0. 5小時(shí)，然后將煤樣在惰性氣體保護(hù)下 迅速的移出并冷卻至200°C以內(nèi)，將熱解后煤樣移出管式爐體并繼續(xù)冷卻至室溫； (4) 煤焦油的收集：將步驟（3)中熱解產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物用三氯甲烷和甲醇的混合溶劑 吸收，將冷凝在管式爐爐壁上的液態(tài)產(chǎn)物用三氯甲烷和甲醇的混合溶劑淋洗，然后混合所 有的三氯甲烷和甲醇的混合溶劑，過濾除去部分灰澄，蒸發(fā)回收三氯甲烷和甲醇溶劑，得煤 焦油；其中，所用三氯甲烷和甲醇混合溶劑中，三氯甲烷與甲醇的體積比為2?10:1 ; 進(jìn)一步優(yōu)化的是，步驟（2)溶脹處理中，溶脹處理煤過濾后，所得濾液回收循環(huán)使用，所 得的固體煤樣先用蒸餾水淋洗，再用無水甲醇淋洗，然后在壓力為500Pa的條件下干燥12 小時(shí)，得到溶脹煤。
[0011] 進(jìn)一步優(yōu)化的是，步驟（3)熱解反應(yīng)中，惰性氣體為N2，純度為99. 999%。
[0012] 進(jìn)一步優(yōu)化的是，步驟（4)煤焦油的收集中，蒸發(fā)回收三氯甲烷和甲醇溶劑時(shí)，溫 度為40°C，壓力為3000Pa的條件下進(jìn)行的，回收的混合溶劑循環(huán)使用。
[0013] 本發(fā)明在兼顧生產(chǎn)成本的前提下，通過對低階煤的熱解工藝進(jìn)行改進(jìn)，對低階煤 進(jìn)行溶脹處理，在相同的熱解條件下，可顯著提高煤焦油產(chǎn)率，使得煤焦油產(chǎn)率提高0.2 - 3. 4%，使得總揮發(fā)分產(chǎn)率提高3 - 7%，縮短生產(chǎn)時(shí)間，提高了低階煤的附加值，且在本發(fā)明 的溶脹處理過程中，溶劑均可以回收循環(huán)使用。
[0014] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 本發(fā)明不受下述實(shí)施例的限制，可根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案與實(shí)際情況來確定具體 的實(shí)施方式。
[0016] 實(shí)施例1 : (1) 原煤干燥處理：將50g的粒徑小于200目的煤在溫度為80°C，壓力為IOOOPa的條 件下真空干燥24小時(shí)，得到干燥煤； (2) 溶脹處理：將步驟（1)得到的30g干燥煤與混合溶劑混合，在溫度為60°C，壓力為 0. IMPa的條件下溶脹0. 5小時(shí)，然后過濾并真空干燥，得到溶脹煤。其中，混合溶劑與煤樣 的比值為2,單位為ml/g，混合溶劑由醇類和四氫呋喃組成，混合溶劑中，醇類與四氫呋喃 的體積比為2:1，其中醇類是甲醇：乙醇：乙二醇體積比為1:1:1的混合物； (3) 熱解反應(yīng)：在惰性氣體保護(hù)下，將管式爐升溫至500°C，再將20g的步驟（2)得到的 溶脹煤推入管式爐中進(jìn)行熱解反應(yīng)，反應(yīng)0. 25小時(shí)，然后將煤樣在惰性氣體保護(hù)下迅速的 移出并冷卻至200°C以內(nèi)，將熱解后煤樣移出管式爐體并繼續(xù)冷卻至室溫； (4) 煤焦油的收集：將步驟（3)熱解產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物用三氯甲烷和甲醇的混合溶劑吸 收，將冷凝在管式爐爐壁上的液態(tài)產(chǎn)物用三氯甲烷和甲醇的混合溶劑淋洗，然后混合所有 的三氯甲烷和甲醇的混合溶劑，過濾除去部分灰渣，蒸發(fā)回收三氯甲烷和甲醇溶劑，得到煤 焦油。其中，所用三氯甲烷和甲醇混合溶劑中，三氯甲烷與甲醇的體積比為5 ; 下面是對上述發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn)： 在步驟（2)溶脹處理中，溶脹處理煤過濾后，所得液體可以回收循環(huán)使用，所得的固體 煤樣先用每克煤10毫升蒸餾水淋洗3遍，再用無水甲醇淋洗3遍，然后在壓力為500Pa的 條件下干燥12小時(shí)得到溶脹煤。
[0017] 在步驟（3)熱解反應(yīng)中，惰性氣體為N2，純度為99. 999%。
[0018] 在步驟（4)煤焦油的收集中，蒸發(fā)回收三氯甲烷和甲醇溶劑時(shí)，溫度為40°C，壓力 為3000Pa的條件下進(jìn)行的，回收的混合溶劑可以循環(huán)使用。
[0019] 本發(fā)明的特征煤樣為霍林河褐煤，煤質(zhì)分析見表1。

【權(quán)利要求】
1. 一種提高低階煤熱解煤焦油產(chǎn)率的方法，其特征在于，其步驟如下： (1) 原煤干燥處理：將粒徑小于200目的煤在溫度為40?80°C，壓力為100?lOOOPa 的條件下真空干燥3?24小時(shí)，得到干燥煤； (2) 溶脹處理：將步驟（1)得到干燥煤與混合溶劑混合，在溫度為60?100°C，壓力為 0. 1?1. 5MPa的條件下溶脹0. 5?2小時(shí)，然后過濾并真空干燥，得到溶脹煤，所述混合溶 劑中由醇類與四氫呋喃按體積比為2?10 :1組成，其中醇類是甲醇：乙醇：乙二醇體積比 為1: (1?2): (1?5)的混合物； (3) 熱解反應(yīng)：在惰性氣體保護(hù)下，將管式爐升溫至500?700°C，再將步驟（2)得到的 溶脹煤推入管式爐中進(jìn)行熱解反應(yīng)，反應(yīng)0. 25?0. 5小時(shí)，然后將煤樣在惰性氣體保護(hù)下 迅速的移出并冷卻至200°C以內(nèi)，將熱解后煤樣移出管式爐體并繼續(xù)冷卻至室溫； (4) 煤焦油的收集：將步驟（3)中熱解產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物用三氯甲烷和甲醇的混合溶劑 吸收，將冷凝在管式爐爐壁上的液態(tài)產(chǎn)物用三氯甲烷和甲醇的混合溶劑淋洗，然后混合所 有的三氯甲烷和甲醇的混合溶劑，過濾除去部分灰澄，蒸發(fā)回收三氯甲烷和甲醇溶劑，得煤 焦油；其中，所用三氯甲烷和甲醇混合溶劑中，三氯甲烷與甲醇的體積比為2?10:1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高低階煤熱解煤焦油產(chǎn)率的方法，其特征在于，步驟（2)溶 脹處理中，溶脹處理煤過濾后，所得濾液回收循環(huán)使用，所得的固體煤樣先用蒸餾水淋洗， 再用無水甲醇淋洗，然后在壓力為500Pa的條件下干燥12小時(shí)，得到溶脹煤。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高低階煤熱解煤焦油產(chǎn)率的方法，其特征在于，步驟（3)熱 解反應(yīng)中，惰性氣體為N2，純度為99. 999%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高低階煤熱解煤焦油產(chǎn)率的方法，其特征在于，步驟（4)煤 焦油的收集中，蒸發(fā)回收三氯甲烷和甲醇溶劑時(shí)，溫度為40°C，壓力為3000Pa的條件下進(jìn) 行的，回收的混合溶劑循環(huán)使用。
【文檔編號】C10B57/08GK104479711SQ201410689911
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】周劍林, 劉偉銀, 張欣 申請人:湖南科技大學(xué)