一种微滤膜及利用微滤膜净化煤焦油原料的工艺方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤焦油净化处理技术领域，具体涉及一种微滤膜及利用微滤膜净化煤焦油原料的工艺方法。
【背景技术】
[0002]煤焦油是煤炭在干馏、气化或热解过程中获得的是一种多组分的混合物。煤焦油含有较多的含氧化合物，不饱和烃以及硫、氮化合物，煤粉、焦粒、机械杂质(又称喹啉不溶物-QI，以下简称QI)以及水和水溶性杂质，且沥青质含量高(沥青质约大于8% )、产品安定性能(光安定性、储存安定性、氧化安定性)差，燃烧尾气中污染大，不符合国家标准，无法直接作为燃料出厂，必须经过进一步深加工，才能作为产品出品。
[0003]目前煤焦油普遍采用加氢改质和轻质化工艺，进行脱硫、脱氮、脱氧、不饱和烃饱和、芳烃饱和，改善其安定性、降低硫、氮、氧含量，裂解重组分，生成汽油、柴油和重油等合规燃料产品。
[0004]但煤焦油中所含以下杂质是煤焦油加氢装置的稳定长周期运行的瓶颈。
[0005]1.Q1:主体粒度分布小于5 μπι的QI，会沉积堵塞管道、换热器、甚至堵塞加氢反应催化剂床层，导致装置无法长周期运行。
[0006]2.重质沥青质:粒度小于I μπι的固形重质沥青质不仅铺盖催化剂表面，而且可以作为晶核加速煤焦油的聚合和结焦，堵塞催化剂表面微孔，使催化剂失活，使加氢反应器无法长周期运行。
[0007]3.水分、盐:腐蚀设备，堵塞催化剂微孔，毒害催化剂，尤其是水溶性盐会腐蚀设备管道，并产生次生Fe离子，Fe离子在加氢反应器内会与反应副产物H2S反应生成FeS，FeS则会催化加速煤焦油在催化剂上的聚合结焦。
[0008]4.金属:煤焦油中金属含量约300-600ppm，煤焦油中的金属主要以三种形式存在，即约1/3存在于QI中，1/3存在于水中，以水溶性盐的形式存在，1/3存在于沥青质中，以环烷酸盐和酚盐的形式存在。金属会堵塞煤焦油加氢催化剂的孔道，使催化剂失活。
[0009]由于煤焦油中的QI和固体形态重质沥青质的存在，使含水煤焦油粘度高且呈稳定的乳化状态，加上QI和固体形态沥青质的粒度极细，使得上述杂质的去除异常困难，现有的技术无法实现煤焦油的高收率净化。目前普遍采用离心机械杂质粗分离+蒸馏馏分切割的模式，切除煤焦油中的水分，重质沥青质和QI (和沸点在350°C以上的重组分)。这种煤焦油原料净化方式，在除去水分、重质沥青质和QI的同时，还会切除15%左右的有用馏分，即以馏分损失为代价，来延长加氢反应器的连续运行周期。这种馏分切割工艺存在能耗高，原料收率低，装置经济性差的缺陷。不仅如此，由于馏分切割在200°C以上的高温下进行，煤焦油中的盐和沥青质还会引起蒸馏系统的塔和换热器的腐蚀和堵塞。所以，即使损失超过15%的加氢原料，煤焦油加氢装置的连续开工周期仍然不超过半年。
[0010]鉴于目前煤焦油原料净化技术中存在的缺陷，开发新型的煤焦油净化处理工艺具有非常重要的意义。
【发明内容】
[0011]本发明的目的在于，提供一种微滤膜及利用微滤膜净化煤焦油原料的工艺方法。用以解决现有技术无法实现煤焦油高收率净化的技术问题。
[0012]本发明为实现上述目的所采用的技术方案如下:
[0013]本发明提供了一种微滤膜，该微滤膜采用支撑层和过滤控制层为一体的非对称结构和光滑微孔通道；所述支撑层采用20?200 μ m的金属粉末进行烧结制得，厚度为1.5?
2.2mm ;所述过滤控制层通过采用I?5 μ m的金属球形颗粒均匀涂布在所述支撑层上制得，厚度为0.2mm?0.7mm ;所述支撑层和过滤控制层通过高温烧制成一个整体。所述微滤膜的机械强度由所述支撑层控制，微滤膜的过滤精度由所述过滤控制层控制。
[0014]由于煤焦油中的沥青质含量较高(一般超过8% )，而且所含QI和重质沥青质的粒度较细，Iym以下粒度的占到15%以上，因此要求微滤膜具有较高的过滤精度和良好的再生性能。为了提高微滤膜对煤焦油的破乳效果和对QI和重质沥青质的脱除效率，本发明将微滤膜的精度控制在0.Ιμ??-?μπι范围内，其中，微滤膜的孔径最佳范围在0.2-0.5 μ m，形成滤饼的过滤精度优选为0.1 μπι。微滤膜孔径过大不仅会导致效率降低，而且会增加小颗粒进入并截留在微滤膜内部的几率，使微滤膜的通量快速下降，甚至堵塞；微滤膜孔径过小，虽然精度高，但过滤通量小，增加了投资成本。
[0015]由于煤焦油含有超过8%的沥青质，极易污染堵塞微滤膜孔道，所以微滤膜采用非对称结构和光滑微孔通道。即较薄的精度高的过滤控制层和较厚的精度低的支撑层为一体的非对称结构。为实现这一滤膜结构，首先采用20-200 μm的金属粉末进行烧结，制成厚度1.5-2.2mm的支撑层；然后用1_5 μ m的金属球形颗粒在支撑层上均匀涂布厚度为
0.2mm-0.7mm的过滤控制层，并将控制层与支撑层高温烧制成一个整体。微滤膜的机械强度由支撑层控制，过滤精度由过滤控制层控制。过滤控制层的厚度的最佳范围为0.3-0.5mm，太厚则阻力太大，太薄则容易在清洗时破损。
[0016]微滤膜采用球形金属粉末高温烧结而成，因此形成的孔道内壁光滑，保证微小的重质沥青质能够穿过微滤膜而不是被截留在微滤膜内部导致过滤性能下降。
[0017]本发明还提供了一种利用微滤膜净化煤焦油原料的工艺方法，该工艺方法为:煤焦油原料通过高速离心机进行高速离心粗分离后，利用所述的微滤膜进行过滤去除QI和重质沥青质，并破乳，得到的滤液进一步经过电脱盐和闪蒸工艺去除金属盐类杂质和水分后，制得煤焦油净化产品。
[0018]本发明的工艺方法是指采用高速离心分离+微滤膜过滤破乳+电脱盐+闪蒸的组合流程，去除煤焦油中的Q1、重质沥青质、水、金属(盐)的工艺方法。该工艺方法的流程和工艺参数，详述如下。
[0019]适宜温度的煤焦油原料，进入高速离心粗分离单元。在粗分离单元，原料煤焦油经进料管送至螺旋推料器的分配室后被平稳加速，通过螺旋输送器的出口进入旋转的转鼓，物料在转鼓壳体内形成同心液层，密度大的焦油渣沉积在转鼓壁上，用螺旋推料器将焦油渣推出排渣口，粗分所得煤焦油通过溢流板流出。高速离心机离心脱除机械杂质得到粗分离煤焦油和残渣，残渣排除系统外，粗分离煤焦油进入微滤膜过滤破乳单元。
[0020]粗分离煤焦油升温升压后进入微滤膜过滤破乳单元，在微滤膜过滤破乳单元，煤焦油通过外表面透过微滤膜，0.1 μπι以上的固体颗粒QI和重质沥青质被拦截于微滤膜及所形成的滤饼外表面，同时破坏由这些固体颗粒稳定的被油包缚的水滴的两相界面液膜，降低煤焦油在后续工艺中的乳化几率。微滤膜过滤破乳单元得到煤焦油滤后液和滤饼残液，煤焦油滤后液进入电脱盐工序继续净化。煤焦油滤饼残液则进入沉降罐继续分离。
[0021]煤焦油滤后液从过滤器上部排出后，进入电脱盐单元，在电脱盐单元，在破乳剂、脱金属剂和高压电场的作用下，使微小水滴逐步凝聚成较大水滴，借重力从油中沉降分离，达到脱盐脱水以及溶解于水中金属盐类的目的。脱金属剂可以将有机金属化合物转化成能溶于水或分散到水中的盐类，经过破乳和脱金属转化的煤焦油通过高压电场时，在分散相水滴上形成感应电荷，带正、负电荷的水滴在作定向位移时，相互碰撞而合成大水滴，加速沉降。
[0022]脱水脱盐后的煤焦油进入闪蒸罐，减压，进一步闪蒸其中所含的水分。
[0023]在本发明工艺流程中，高速离心分离单元的任务是除去25 μm以上的机械杂质。为了便于液固分离，减少残渣中的煤焦油夹带，高速离心的操作温度控制在50-90 °C范围内。温度过高，不仅增加能耗，而且会引起水的汽化；温度过低，则物料粘度太大，不仅会导致分离效率的降低，而且增加残渣中的滤饼夹带。其中温度的最佳范围是60_80°C。离心机转