专利名称：一种热萃取煤的方法
技术领域：
本发明涉及一种热萃取煤的方法，具体说是一种工业级国标溶剂的应用及热萃取煤制备超纯煤的方法，属于化工技术领域。
背景技术：
煤的溶剂萃取是煤化学研究的主要内容之一，其研究不但具有重要的理论意义， 同时具有实际的应用价值。早在20世纪初，人们就相继采用溶剂萃取法试图从炼焦煤中分离出粘结性组分。随后大量的研究工作转向通过研究溶剂萃取物来阐明煤的结构，从分子水平研究煤，揭示煤中有机物分子结构。对于烟煤，使用极性溶剂在其沸点状态下可以获得很高的萃取收率，如=Toshimasa等使用强极性的N-甲基吡咯烷酮作为溶剂(Toshimasa Takanohashi, Takahiro Shishido, Hiroyuki Kawashima, Ikuo Saito. Fuel, 2008, 87: 592 - 598)，在它的沸点202 °C下，萃取产率可达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) 发明了一种通过溶剂热萃取从煤中制取洁净燃料的方法，这种方法使用一种流动型的萃取器，在350°C时使用四氢萘作为溶剂时烟煤的萃取率可达65% 80%，当使用极性的酚油作为溶剂时褐煤和次烟煤的萃取率可达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极性溶剂作为热萃取剂，在360°C的热萃取条件下有些低阶烟煤的热萃取率可达 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 种低阶煤在1-甲基萘中热萃取性能，发现有些煤种的热萃取率可高达70%以上。卢田隆一等(卢田隆一.燃料与化工，2008，39(6): M-63)以非极性萘满为萃取溶剂，在350°C和IOMPa 的条件下对煤进行萃取。烟煤采用该法可萃取65% 80%，萃取物在高温下的溶解成分分为室温析出成分和溶解成分，且萃取物几乎不含灰分。针对萃取物所具有的显著熔融性，混合萃取物和非、弱粘结煤，进行结焦试验(Toshimasa Takanohashi, Takahiro Shishido, Ikuo Saito. Energy & Fuels, 2008, 22(3) 1779 - 1783)，所得碳化物的强度比原煤碳化物的强度大，预示了只用非、弱粘结煤炼焦的可能。
国内关于煤的溶剂热萃取的研究非常少。煤炭科学研究总院(石智杰，张胜振， 邢凌燕等.煤炭转化，2009，32(1): 34-39)利用煤液化衍生油作为煤的热萃取溶剂，在热萃取装置上研究了大唐胜利褐煤等低阶煤的热萃取性能。煤的热萃取率随温度升高而明显增加，由340°C时的18. 7%增加到430°C时的59. 5%，而固体热萃取物回收率在390°C时达到最高值32.4%。
现有煤的溶剂热萃取技术中所采用的溶剂，大多是一些纯溶剂、混合溶剂或是 1-甲基萘等价格较高的溶剂，煤炭科学研究总院虽然利用煤液化衍生油作为煤的热萃取溶剂，但是其固体热萃取物回收率最高值仅为32.4%，并且对所用热萃取溶剂未做回收后再循环利用。因此，如何选用产量大、价格低的工业级溶剂作为煤的热萃取溶剂，使用后能够再循环利用，并且使煤的热萃取率及固体热萃取物回收率提高，是解决问题的关键。 发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种热萃取煤的方法，它热萃取率较高、纯煤质量好，并且使用的萃取溶剂可回收循环使用，生产成本低。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现 本发明一种热萃取煤的方法，它包括以下步骤a、将煤粉碎至粒度=200Mm，在100 150°C条件下干燥12 96小时备用。
b、将步骤a所得煤粒和溶剂充分混合后加入高压反应釜中，所述煤粒和溶剂按质量与体积比为1:2 12，所述溶剂为工业级国标洗油。
C、萃取过程，用氮气置换高压反应釜其中的空气并充氮气至5MPa，保持釜内压力在30min内不变，然后放掉氮气，再充氮气至0 5MPa，在转速为100 600转/ min搅拌下快速升温至300 450°C，并恒温0. 5 4小时，得萃取液，过滤后得滤液和滤渣，将滤渣用与萃取相同的溶剂洗涤后，再将洗液与滤液合并，得合并液，滤渣用于分析灰分含量。
d、将步骤c所得的合并液，按体积比合并液与反萃取剂为1:1 10，加入反萃取剂，充分搅拌，得到反萃取固液混合物，然后对其进行过滤，得到固体物质和液体物质；将固体物质在100 150°C条件下干燥12 48小时，得到黑亮的纯煤。
所述反萃取剂为工业级的丙酮、正己烷、乙醚、乙醇或氯仿中的一种。
优选的，所述的一种热萃取煤的方法，它还包括以下步骤e、将步骤d所得的液体物质进行减压蒸馏，得前述溶剂及反萃取剂，将获得的溶剂及反萃取剂循环使用。在回收后的溶剂中添加适量新鲜的工业级国标洗油后，即可用于再循环热萃取煤。
优选的，所述煤为褐煤或烟煤。
优选的，所述溶剂为焦化厂生产的洗油。
优选的，所述工业级国标洗油，其质量标准为密度(20°C，g/cm3)为1. 03 1. 06 ；馏程(大气压力101. 3KPa)为230 300°C，其中，230°C前馏出量(体积分数)含3%, 300°C前馏出量(体积分数)^ 90% ；酚含量(体积分数)^ 0. 5% ；萘含量(体积分数)^ 15% ； 水分含量(质量分数)含1% ；粘度E50含1. 5% ； 15°C结晶物无。
优选的，所述的一种热萃取煤的方法，所述c步骤中氮气为工业级。
本发明与现有技术相比具有的有益效果为(1)本发明煤的热萃取率可达80%以上，超纯煤收率达70%以上，超纯煤的灰分小于0. 1%。
(2)本发明所用溶剂为焦化厂产量大、成本低的洗油。
(3)本发明煤热萃取率高、质量好，生产成本低，且萃取溶剂可回收循环使用，具有广阔的市场应用前景。
具体实施方式
下面对本发明作进一步的详细说明。
实施例1a、将煤粉碎至粒度=200Mm，在100°C下干燥96小时备用。
b、将粒度=200Mffl的上述干燥煤粒300g，按质量与体积比，煤粒与溶剂为1:2，加入工业级国标洗油600ml，将其充分混合后，加入IL高压反应釜中。
C、用氮气置换高压反应釜其中的空气并充氮气至5MPa，保持釜内压力在30min内不变，然后放掉氮气，再充氮气至5MPa，在转速为600转/ min搅拌下快速升温至450°C，并恒温4小时，得萃取液，过滤后得滤液和滤渣，滤渣用与萃取相同的溶剂洗涤后，将洗液与滤液合并，滤渣用于分析灰分含量。
d、将步骤c所得的合并液，按体积比合并液与反萃取剂为1:1，加入反萃取剂丙酮，充分搅拌，得到反萃取固液混合物并对其进行过滤，得到固体物质和液体物质；对固体物质在100°c条件下干燥48小时，得到黑亮的纯煤。煤的热萃取率为80. 2%，纯煤收率为 72. 3%，灰分小于0. 1%。
e、将步骤d所得的液体物质进行减压蒸馏，将获得的溶剂及反萃取剂循环使用； 在回收后的溶剂中添加适量新鲜的工业级国标洗油后，再循环用于热萃取煤。实施例2a、将煤粉碎至粒度=200Mm，在150°C条件下干燥12小时备用。
b、将粒度=200Mffl的上述干燥煤粒50g，按质量与体积比，煤粒与溶剂为1:12加入工业级国标洗油600ml，将其充分混合后，加入IL高压反应釜中。
C、用氮气置换高压反应釜其中的空气并充氮气至5MPa，保持釜内压力在30min内不变，然后放掉氮气，再充氮气至OMpa，在转速为100转/ min搅拌下快速升温至30(TC，并恒温0.5小时，得萃取液，过滤后得滤液和滤渣，滤渣用适量的与萃取相同的溶剂洗涤后， 将洗液与滤液合并，滤渣用于分析灰分含量。
d、将步骤c所得的合并液，按体积比合并液与反萃取剂为1:10，加入反萃取剂正己烷，充分搅拌，得到反萃取固液混合物并对其进行过滤，得到固体物质和液体物质；对固体物质在150°C条件下干燥12小时，得到黑亮的纯煤。煤的热萃取率为88. 5%，纯煤收率为 76. 7%，灰分小于0. 1%。
e、将步骤d所得的液体物质进行减压蒸馏，将获得的溶剂及反萃取剂循环使用； 在回收后的溶剂中添加适量新鲜的工业级国标洗油后，再循环用于热萃取煤。
实施例3a、将煤粉碎至粒度=200Mm，在120°C条件下干燥48小时备用。
b、将粒度=200Mffl的上述干燥煤粒100g，按质量与体积比，煤粒与溶剂为1:7，加入工业级国标洗油700ml，将其充分混合后，加入IL高压反应釜中。
C、用氮气置换高压反应釜其中的空气并充氮气至5MPa，保持釜内压力在30min内不变，然后放掉氮气，再充氮气至IMpa，在转速为400转/ min搅拌下快速升温至380°C， 并恒温1小时，得萃取液，过滤后得滤液和滤渣，滤渣用适量的与萃取相同的溶剂洗涤后， 将洗液与滤液合并，滤渣用于分析灰分含量。
d、将步骤c所得的合并液，按体积比合并液与反萃取剂为1:3，加入反萃取剂乙醚，充分搅拌，得到反萃取固液混合物并对其进行过滤，得到固体物质和液体物质；对固体物质在120°C条件下干燥36小时，得到黑亮的纯煤。煤的热萃取率为85. 5%，纯煤收率为 80. 8%，灰分小于0. 1%。
e、将步骤d所得的液体物质进行减压蒸馏，将获得的溶剂及反萃取剂循环使用； 在回收后的溶剂中添加适量新鲜的工业级国标洗油后，再循环用于热萃取煤。
实施例4a、将煤粉碎至粒度=200Mm，在130°C条件下干燥36小时备用。
b、将粒度=200Mffl的上述干燥煤粒200g，按质量与体积比，煤粒与溶剂为1:4加入工业级国标洗油800ml，将其充分混合后，加入IL高压反应釜中。
C、用氮气置换高压反应釜其中的空气并充氮气至5MPa，保持釜内压力在30min内不变，然后放掉氮气，再充氮气至3Mpa，在转速为200转/ min搅拌下快速升温至340°C， 并恒温3小时，得萃取液，过滤后得滤液和滤渣，滤渣用适量的与萃取相同的溶剂洗涤后， 将洗液与滤液合并，滤渣用于分析灰分含量。
d、将步骤c所得的合并液，按体积比合并液与反萃取剂为1:6，加入反萃取剂乙醇，充分搅拌，得到反萃取固液混合物并对其进行过滤，得到固体物质和液体物质；对固体物质在130°C条件下干燥30小时，得到黑亮的纯煤。煤的热萃取率为82. 6%，纯煤收率为 76. 7%，灰分小于0. 1%。
e、将步骤d所得的液体物质进行减压蒸馏，将获得的溶剂及反萃取剂循环使用； 在回收后的溶剂中添加适量新鲜的工业级国标洗油后，再循环用于热萃取煤。
实施例5取由实施例4中步骤d所得的液体物质，按照混合物中各溶剂的沸点不同，且相差很大的原则，将其在减压蒸馏装置上进行减压蒸馏，将获得的洗油段溶剂及反萃取剂(乙醇)循环使用；在回收后的洗油段溶剂中添加适量新鲜的工业级国标洗油后，再按照实施例4循环用于煤热萃取，得到黑亮的纯煤。煤的热萃取率为80. 6%，纯煤收率为74. 9%，灰分小于 0. 1%。
权利要求
1.一种热萃取煤的方法，其特征是，它包括以下步骤a、将煤粉碎至粒度=200Mm，在100 150°C条件下干燥12 96小时备用；b、将步骤a所得煤粒和溶剂充分混合后加入高压反应釜中，所述煤粒和溶剂按质量与体积比为1:2 12，所述溶剂为工业级国标洗油；c、萃取过程，用氮气置换高压反应釜其中的空气并充氮气至5MPa，保持釜内压力在 30min内不变，然后放掉氮气，再充氮气至0 5MPa，在转速为100 600转/ min搅拌下快速升温至300 450°C，并恒温0. 5 4小时，得萃取液，过滤后得滤液和滤渣，将滤渣用与萃取相同的溶剂洗涤后，再将洗液与滤液合并，得合并液；d、将步骤c所得的合并液，按体积比合并液与反萃取剂为1:1 10，加入反萃取剂， 充分搅拌，得到反萃取固液混合物，然后对其进行过滤，得到固体物质和液体物质；将固体物质在100 150°C条件下干燥12 48小时，得到黑亮的纯煤；所述反萃取剂为工业级的丙酮、正己烷、乙醚、乙醇或氯仿中的一种。
2.如权利要求1所述的一种热萃取煤的方法，其特征是，它还包括以下步骤e、将步骤d所得的液体物质进行减压蒸馏，得前述溶剂及反萃取剂，将获得的溶剂及反萃取剂循环使用。
3.如权利要求1所述的一种热萃取煤的方法，其特征是，所述煤为褐煤或烟煤。
4.如权利要求1所述的一种热萃取煤的方法，其特征是，所述溶剂为焦化厂生产的洗油。
5.如权利要求1所述的一种热萃取煤的方法，其特征是，所述工业级国标洗油，其质量标准为密度(20°C，g/cm3)为1. 03 1. 06 ；馏程(大气压力101. 3KPa)为230 300°C，其中，230°C前馏出量(体积分数)^ 3%, 300°C前馏出量(体积分数)^ 90% ；酚含量(体积分数) 含0. 5% ；萘含量(体积分数)含15% ；水分含量(质量分数)含1% ；粘度E50含1. 5% ； 15°C结晶物无。
6.如权利要求1所述的一种热萃取煤的方法，其特征是，所述c步骤中氮气为工业级。
全文摘要
本发明涉及一种热萃取煤的方法，它将粉碎、干燥后的煤粒与溶剂充分混合后加入至高压反应釜中，经氮气置换后在一定压力下升温至规定温度，并经过热萃取、过滤、洗涤、干燥步骤，得到黑亮的超纯煤，所述溶剂为工业级国标洗油或焦化厂生产的洗油；本发明煤热萃取率可达80%以上，超纯煤收率达70%以上，超纯煤的灰分小于0.1%。本发明煤热萃取率高、质量好，生产成本低，且萃取溶剂可回收循环使用，具有广阔的市场应用前景。
文档编号B01D11/02GK102512846SQ201110373648
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者崔咏梅, 张晓力, 李立业, 胡永琪, 赵华, 赵风云 申请人:河北科技大学, 河北钢铁集团有限公司