煤焦油分离技术

煤焦油分离技术（精选3篇）

煤焦油分离技术 第1篇

1 煤焦油分离技术概要

煤焦油含有丰富的物质, 就目前的科技水平, 可鉴定的就有500多种, 其中, 具有中性组分的有174种, 例如萘、苊、苯、二甲苯, 等等。具有酸性的组分有63种, 例如甲酚、酚, 等等。具有碱性组分的有11 3种, 例如吲哚、吡啶, 等等。此外, 煤焦油还含有诸如稠环及含氧、含硫等其它杂环化合物, 在这些产品中, 有很多是无法从石油原料中获取的。这就可以看出煤焦油产品的重要性。

高炉焦炭的需要量决定着煤焦油的产量取, 因此高炉焦炭的生产规模与钢铁工业有着十分密切的联系。据统计, 煤焦油产量在世界上每年大约1 600万吨, 其中西欧大约占30%, 俄罗斯、东欧大约占27%, 北美大约占22%, 东南亚大约占20%, 大多数的煤焦油都是在世界127个煤焦油加工厂里面生产加工的。近年来, 由于钢产量的下降, 煤焦油产量受之影响也呈下降趋势。

可持续发展已经成为全世界的焦点, 在这种情况下, 焦化工业不容乐观。但是, 如果从其存在价值来看, 其还是有一定的发展前景的。根据相关的专家估计, 传统高炉-转炉这个工艺是不会落伍的, 至少在钢铁生产领域, 其主导地位是很难撼动的。因此, 焦炭这种原料是不可缺少的。目前, 在发达的资本主义国家, 焦炭的产量是下降趋势, 而在我国, 其产量却逐年增加, 如果加上土焦的产量, 那么我国的焦炭总产量已经1亿多吨了, 这个产量在世界上是独一无二的。

2 煤焦油分离新技术

在对煤焦油的加工过程中, 共沸蒸馏、萃取蒸馏是先进的工艺。日本的住友金属化工公司通过对二甘醇与乙二醇的研究, 运用其做为溶剂, 与95%的萘馏出后残渣油共沸, 令他们同煤焦油馏分后的杂环芳香族化合物形成共沸难溶体系, 这样就使萘、甲基萘二环芳烃与杂环芳香族化合物相分离。有人利用萃取蒸馏的方法, 对精制萘工艺进行了改良, 把二乙醇胺加在体系中, 这样就较好地浓缩了杂质, 萘的分离精制收到了很好的效果。我国的学者也对共沸法进行了研究与探索, 他们在2 0块理论板塔上对2-甲基萘、喹啉等化合物进行分离, 这样的工艺很成功, 分离后的产品化学纯度很高, 他们所采用的共沸剂是无毒的, 而且可以循环利用, 在分离过程中没有废弃物产生, 不存在环境污染的问题。

在对煤焦油的加工过程中, 液-液萃取也是一种较成熟的方法。但是, 萃取剂的寻找以及利用该萃取剂分离煤焦油及焦油馏分的目的成分, 是目前焦化行业的新技术。选用无机萃取剂, 例如, 液氨类、浓硫酸等等, 都可以实现对精制蒽和菲的有效分离, 而利用N, N-二甲基甲酰胺能够对精蒽中80%的咔唑有效分离, 蒽的损失也不会很大。

有人研究了在存有浓硫酸的情况下, 溶剂使用乙酐/苯做, 用其进行连续逆流萃取, 令苯并噻吩进行选择性磺化。在第二萃取塔中, 用水去洗涤苯溶剂, 就可以得到苯并噻吩单磺酸的稀硫酸溶液。其经过蒸发浓缩, 用过热的蒸汽进行分解, 可以得到80%~85%浓度的精苯并噻吩, 经蒸馏和结晶可得工业纯产品。

总之, 煤焦油分离技术在我国有着深厚的研究基础与远大的应用前景, 笔者通过对这项技术的研究。明了了目前煤焦油分离技术的概况, 对有代表意义的新技术做了简要分析。由于自身水平问题, 不足之处一定很多, 希望得到方家的批评指正。

参考文献

[1]伍林.煤焦油溶剂萃取分离与利用环芳烃的定向转化.[博士学位论文].徐州:中国矿业大学, 2000

[2]Song C, Schobert H H.Opportunities for Developing Specialty Chemicals and Advanced Materials from Coals.Fuel Proce-ssing Technology.1993, 34:157-196

[3]高晋生, 张德祥, 万晨.煤焦油加工技术的发展和建议[J].煤化工, 1999 (1) :3-6

[4]方德巍.关于发展我国新一代天然气化工和煤化工技术的建议[J].煤化工, 1997 (4) :3-11

[5]周霞萍, 王曾辉, 高晋生.粗蒽加工工艺的研究现状和进展[J].煤炭转化, 1995, 18 (3) :22-26

[6]王树东, 阎承伟, 邓贻钊等.以乙醇为溶剂的结晶法精制萘的研究[J].煤炭转化, 1995, 18 (4) :90-95

煤焦油萃取分离技术 第2篇

煤焦油是十分宝贵的有机化工原料, 含有上万种有机化合物, 目前可以鉴定出的仅有500余种, 如:苯、甲苯、萘、苊、酚、吡啶、吲哚、喹啉等, 含有其它含氧、硫等杂环化合物, 其中有些产品是不可能或者不能经济地从石油化工原料中取得。[1]煤焦油产品在世界化工原料需求中有极其重要地位, 各国都在积极开发研究煤焦油深度加工和分离的新技术, 以生产适销对路和高附加值的精细化工新产品。[2]

煤焦油中虽然有成千上万的物质, 但同时也含有一定量的杂质, 需对其脱除, 且煤焦油中的沥青影响其分离效果。鉴于此问题, 优先考虑在低温条件下用溶剂萃取的方法将轻质组分和煤焦沥青分离出来, 然后用其它分离方法对轻质组分进行提纯化学品, 煤沥青经过精制用于生产针状焦、碳纤维等高性能材料。

二、煤焦油低温萃取工艺

2010年12月, 枣庄矿业集团公司与中国矿业大学联合, 建设了“每次处理1 t煤焦油低温萃取中试间歇试验装置”, 在不超过100℃条件下, 通过溶剂萃取, 将高温煤焦油成功分离出轻质组分和重质沥青组分。由于间歇试验能耗高、效率低, 不利于工业化推广。为此, 结合间歇运行存在的问题, 研究院进一步研究, 提出优化改造方案, 采用新的工艺, 增加部分设备等, 实现了煤焦油低温萃取连续试验。煤焦油萃取能力由原处理1吨/日提高到1吨/小时。煤焦油低温萃取连续运行所需要的能耗与传统煤焦油蒸馏分离操作所需要的能耗相比大大减少, 按当地的市场价格, 折合吨耗146吨/元, 比传统蒸馏能耗172吨/元节约15%。

1.工艺说明

煤焦油和溶剂按一定比例从萃取釜底部进入, 搅拌, 充分混合均匀, 然后溢流至分离器进行沉降分离, 充分静止分层。蒸馏出分离器中上层的溶剂, 剩余组分即煤焦油轻质组分;分离器底部为煤焦油重质组分, 流入到重质萃取罐进行二次萃取。添加新鲜溶剂后, 搅拌, 充分混合均匀, 输送至沉降槽进行二次沉降分离。沉降槽中上层组分直接溢流至缓冲罐。缓冲罐中为煤焦油二次萃取后的轻质组分和溶剂的混合物, 直接作为煤焦油一次萃取的溶剂使用。

沉降槽底部的煤焦油重质组分通过沉降槽底部排放口排放至重相塔, 蒸馏出其中的溶剂, 塔底剩余的组分即煤焦沥青。

三、试验结果及分析

用GC-MS分别测定煤焦油和轻质组分, GC-MS条件:EI源, 离子源温度230℃, 载气为氦气, 溶剂延迟为6 min, 流速为1.0 ml/min;分流比20:1;进样口温度300℃;升温程序为:60℃时停留时间为5 min, 60℃-300℃升温速率为3℃/min, 300℃停留时间为20 min, 测定结果如下:

由表一可知, 高温煤焦油经过溶剂低温萃取后, 所得的轻质组分和原料煤焦油相比, 在组成上发生了较显著的变化。

(1) 萃取后, 煤焦油轻质组分中萘的含量是原料煤焦油的3倍。轻质组分中的总萘含量为45.42%, 而煤焦油中为16.2%, 经过萃取, 萘含量高度富集, 便于集中加工, 提纯生产精萘。甲基萘和二甲基萘也由3%和1.2%分别增加至4.49%和1.87%, 约提高了1.5倍。

(2) 轻质组分中的苯、甲苯、联苯、喹啉、菲、荧蒽、蒽、芘、茚、芴、苊等小于等于4环的物质都比原料煤焦油中的含量提高, 分别提高了354%、109%、112%、104%、45%、93%、146%、137%、1130%、57%、56%。

(3) 轻质组分中的苯酚、甲基菲和苯并芴分别下降了22%、87%和94%, 说明经过溶剂萃取苯并芴进入重质组分沥青中。

以上数据说明, 煤焦油经过溶剂低温萃取后, 能够将煤焦油中的轻质组分 (主要是1-4环芳香族化合物) 比较有效的分离出来, 轻质组分特别是总萘含量得到聚集, 为下一步加氢制燃料油、精细分离等制备下游高附加值化学品提供了基础。

结论

在低温萃取条件下, 从煤焦油中选择性地分离1-4环芳香族化合物是煤焦油加工工艺的发展趋势, 有利于煤焦油轻质组分的富集, 进一步精细分离化学品, 有利于煤焦油深加工规模化、大型化建设。这种将先进的节能分离技术与传统工艺有机地结合, 可望在简化工艺、降低能耗和环境污染的前提下, 大幅度改善煤焦油的分离效果。因此, 探索和研究开发高效的煤焦油萃取分离技术对煤炭、冶金和化工等行业的发展具有极其重要的意义。

摘要：本文主要介绍了煤焦油萃取分离技术、工艺流程, 重点进行了试验研究, 并对试验结果进行了分析。经过萃取, 煤焦油轻质组分中的化合物得到高度富集, 有利于分离精细化学品。技术上的工业化是对传统煤焦油深加工技术的一次革命, 实现节能环保。

关键词：煤焦油,萃取,分离技术

参考文献

[1]伍林, 宗志敏, 魏贤勇, 等.煤焦油分离技术研究[J].煤炭转化, 2001, 24 (2) :17~21.

煤焦油分离技术 第3篇

青海省地处高原, 气压低, 在电解铝生产过程中出现与平原地区不同的生产实际问题。在电解铝碳阳极生产中, 受低气压、沥青烟气成分、比电阻、生产环节等的影响[1], 沥青烟气净化产生含水率为75%左右高水分的水合沥青焦油废水。水合沥青焦油是具有一定稳定性的“油包水”型乳状液, 不易分离, 无法直接利用。在研究中将烟气净化得到的水合沥青焦油乳状液先进行静止沉淀预处理, 分层后的下层为水合沥青焦油, 进行油水分离试验的研究, 此时含水率为10.85%。通过比对离心分离、过滤分离、破乳剂、微波辐射和常压蒸馏方法对脱水效率的的影响得出常压蒸馏方法可分离水合沥青焦油[2], 脱水率为70%, 焦油含水率小于5%, 沥青焦油达到改质沥青行业标准2级指标 (YB/T5194-2003) 。

为了实现工业生产要求, 精确得出蒸馏控制参数, 为工业化生产方案提供依据, 试验确定常压蒸馏水合沥青焦油脱水时最佳加热介质、烟气温度和蒸馏液温度工艺参数。

1 试验部分

1.1 材料与仪器

(1) 试样预处理。以青海省某电解铝公司碳阳极生产中静电捕集器捕集下来的水合沥青焦油为研究对象, 进行预处理。由电捕下来的水合沥青焦油搅拌混匀后测定水样的含水率为77.42%。经过60min静止沉降, 水合沥青焦油分层, 上层为含焦油的废水, 下层是水合沥青焦油, 测定此时水合沥青焦油含水率为10.85%, 密度1.07g/cm3, 粘度8.41mm2/s, 灰分0.09%, 结焦值37.12%, 甲苯不容物22.69%。

(2) 实验所用油浴介质为E501煤油, 其它化学试剂均为分析纯。

(3) 仪器。FA2004B电子天平;万用电炉 (电子调节, 220V-AC, 0~1000W) ;蒸馏装置 (电炉、500m L蒸馏烧瓶、300℃温度计、直形冷凝管、10m L量筒等) ;HH-S数显恒温油浴锅。

1.2 试验方法

分别取100m L预处理后水合沥青焦油试样, 采用直接加热、间接油浴加热和添加二甲苯共沸物的不同的方法, 按图1连接蒸馏实验装置。每间隔2min记录蒸馏烧瓶支口烟气温度、蒸馏液温度和馏出水量, 由馏出水量计算脱水效率。

1-万用电炉或油浴锅;2-蒸馏烧瓶;3-蒸馏弯管;4-温度计 (测定蒸馏液温度) ;5-温度计 (测定蒸馏烧瓶烟气温度) ;6-直型冷凝管;7-弯型接收管;8-量筒;a-底部温控点;b-烟气温控点;c-馏分;d-冷却水进水口;e-冷却水出水口。

1.3 测定方法

试样的水分分析采用GB/T2288-2008《焦化产品水分的测定方法》的测定方法。

2 结果与分析

2.1 直接加热对蒸馏分离水合沥青焦油温度的影响

采用万用电炉进行直接加热蒸馏预处理后的试样, 随着时间的变化, 烟气温度和蒸馏液的温度变化如图2所示, 脱水率的变化如图3所示。

由图2得出: (1) 蒸馏开始时, 蒸馏液温度由室温逐渐上升, 蒸馏烧瓶支口温度 (烟气温度) 无明显变化;15min后, 蒸馏液温度上升到100℃以上, 烟气温度迅速上升到90℃时, 有馏分蒸出, 此时烟气温度不随时间变化;40min后, 烟气温度下降, 无馏分蒸出。由于高原低气压的影响, 当蒸馏液的温度达到90℃时, 水蒸气就被不断蒸出, 经冷凝管冷却成为馏分, 随着蒸馏时间的变化, 油与水分离, 蒸馏瓶内为沥青焦油。 (2) 随着蒸馏液温度缓慢上升到210℃左右时, 烟气温度开始下降, 无馏分蒸出;当蒸馏液温度超过215℃时, 有明显的烟气产生, 此时冷凝管中有淡黄色馏分蒸出, 粘结在冷凝管壁上, 冷凝下来的液滴呈现褐色。这是因为随着温度的升高, 有不同成分的馏分蒸出, 当温度小于170℃为轻油, 170~230℃为酚油和萘油, 230~300℃为洗油, 300~360℃为蒽油, 360℃以上为沥青[3]。因此蒸馏试验蒸馏液控制温度为210℃以内, 避免焦油中水以外的其它组分被蒸馏出来。

从图3可知, (1) 蒸馏开始, 逐渐有烟气产生, 15min后有馏分蒸出, 20min~30min大量水分蒸出;34min后无冷凝管无水分蒸出, 脱水率最高达到67.74%。 (2) 在蒸馏过程中由于采用电炉直接加热, 在蒸馏过程中升温过快, 有微量褐色液体蒸出, 浮在量筒的上层, 影响蒸馏液纯度。要准确掌握蒸馏温度和烟气温度必须控制升温速度, 实验采用恒温油浴对水合沥青焦油进行蒸馏脱水。

2.2 间接油浴加热对蒸馏分离水合沥青焦油温度的影响

采用煤油为加热介质设置数显温油浴锅温度为210℃, 三组重复试验蒸馏时间与烟气温度的变化见图4, 脱水率变化见图5。

图4和图5可知, (1) 随着蒸馏时间增加, 蒸馏液温度缓慢上升, 加热蒸馏烧瓶10min后, 水合沥青焦油中的水分不断成为馏分被蒸出, 蒸馏烧瓶支口烟气温度逐渐升高, 脱水率不断增大, 达到61.57%。 (2) 加热15min后, 蒸馏烧瓶支口温度迅速上升, 达到87℃后开始缓慢上升, 此时水分被蒸馏出来, 烟气温度上升到90℃后, 恒定4min, 最高上升到91℃, 此时焦油试样中的水分蒸发完毕, 冷凝管无馏出物流出, 此时蒸馏液温度在194±2℃范围内。 (3) 恒温油浴常压蒸馏与直接加热常压蒸馏相比, 受热均匀, 温度上升稳定, 易于观察和控制。

2.3 共沸蒸馏脱水试验

为了研究蒸馏最佳脱水效果, 在蒸馏过程中加入二甲苯作为共沸剂进行共沸蒸馏脱水试验。在一定温度下, 二甲苯和水有各自确定的饱和蒸汽压, P*、P水*, 这两不互溶液体共有时系统的蒸气压为二甲苯和水这两种纯液体的饱和蒸气压之和, 即P=P苯*+P水*。若某一温度下P等于外压, 则两液体同时沸腾, 这一温度即二甲苯和水的共沸点[4]。可见, 在同样外压下, 二甲苯和水的共沸点低于两纯液体各自的沸点。二甲苯的沸点是138~144℃, 水的沸点是100℃, 而二甲苯与水的共沸点是92℃。在二甲苯一水共沸体系中, 当二甲苯含量低于共沸点时, 二甲苯处于不饱和状态, 因此水很难脱除干净;相反当二甲苯含量提高到高于共沸点时, 水处于不饱和状态, 此时即可达到很好的脱水效果。

取经过预处理后100m L水合沥青焦油试样, 加入二甲苯20m L, 重复测定三组蒸馏时间、烟气温度、蒸馏液温度和脱水率间的关系见图6和图7。

从图6和图7中可以看出, (1) 加入共沸剂二甲苯的脱水效果要优于常压蒸馏脱水效果, 而加入共沸剂与常压蒸馏脱水蒸馏时间与蒸馏烧瓶支口温度几乎拟合在一条曲线上, 变化浮动很小; (2) 确定最佳烟气温度为90±1℃, 最佳蒸馏液温度, 即油浴温度为194±2℃。

3 工业化实施方案要点

根据上述试验得出油浴恒温加热蒸馏分离水合沥青焦油的技术, 提出设计工业化初步实施方案, 工艺流程见图8。

(1) 设置电捕焦油净化系统入口烟气温度、一级、二级净化器处理烟气温度控制系统。烟气温度过高, 比电阻高于1011Ω·cm烟气从电场中直接排放, 烟气温度过低焦油滞挂在电极上, 会出现烟气局部击穿, 并产生火花放电。电捕焦油净化器内部烟气入口及电除尘器锥底部加套内设置测温仪表, 在原烟气入口管网上加装电动补风阀门及测温仪表, 与电捕焦油净化器内部测温仪表连锁, 将电捕焦油净化器处理烟气温度控制在90±1℃。保证捕集下来到沥青焦油在电除尘器锥底部仍然保持在90±1℃之间, 让水分尽可能蒸发, 有效进行油水分离。

(2) 设置水合沥青焦油分离装置。回收的水合沥青焦油进入油水分离储罐, 经过2h的沉降后, 上层的焦油废水被分离出来进行后续废水处理, 下层的水合沥青焦油由沥青泵打入沥青焦油回收储罐, 进行最终水合沥青焦油分离。油水分离储罐外面设置清晰油水分层的观察窗口, 内部安装浮球式液面控制器, 设置沥青泵。

(3) 设置沥青焦油脱水装置系统。对经过油水分离装置初步沉淀后得到水合沥青焦油进行常压油浴加热蒸馏分离, 将水分蒸发。在沥青焦油脱水装置中底部与内沿四壁设热媒油盘管, 内部设置沥青焦油含水率检测探头, 控制加热温度对水合沥青焦油蒸馏脱水。热媒油盘管加热温度控制在194±2℃的条件下, 通过含水率检测探头测试水合沥青焦油含水率低于5%时, 沥青焦油由高温沥青泵打入沥青熔化罐中回收利用。在焦油收集储罐内增设温度控制点, 并设检修平台。

4 结语

试验将含水率为75%左右的水合沥青焦油乳状液先进行预处理, 使含水率成为10%左右, 通过采用直接加热、间接油浴加热和添加二甲苯共沸物的不同的方法, 得出常压蒸馏脱水试验的最佳参数条件为:

(1) 采用直接加热常压蒸馏水合焦油分离试验, 烟气温度为90℃左右、蒸馏液温度控制在210℃以内, 蒸馏受热不均匀, 温度变化快, 控制较难。

(2) 采用恒温油浴加热进行常压蒸馏水合沥青焦油分离试验, 确定最佳的烟气温度为90±1℃和蒸馏液控制加热温度为194±2℃, 采用热煤油油浴加热优于直接加热蒸馏。

(3) 提出工业化实施方案中设置了:电捕焦油净化系统入口烟气温度、一级、二级净化器处理烟气温度控制系统, 水合沥青焦油分离装, 沥青焦油脱水装置等。

摘要：采用常压蒸馏法, 研究分离高原电解铝碳阳极生产中沥青烟气净化产生水合焦油的技术, 得到确定最佳工艺条件为:恒温油浴加热, 烟气温度为90±1℃, 蒸馏液控制温度为194±2℃。同时提出了工业化实施方案要点。

关键词：常压蒸馏,分离水合沥青焦油,最佳工艺条件,工业化实施方案

参考文献

[1]王晓.高原电解铝生产中高水分水合沥青焦油的成因分析[J].价值工程, 2014, 33 (1) :27-29.

[2]王晓, 李伟, 钟宇.高原电解铝产生高水分水合沥青焦油分离方法的研究[J].安徽农业科学, 2013, 41 (30) :12137-12139.

[3]林玉胜, 王振才, 肖亚明, 等.沥青烟气净化回收焦油的利用[J].轻金属.2004 (8) :41-42.