溶剂分离方法

溶剂分离方法
【专利摘要】本发明提供一种可以不使用吸附剂等而将制造无灰煤的过程中产生的含溶剂水容易地分离成溶剂和水的方法(溶剂分离方法)。溶剂分离方法具备：将含溶剂水供给至溶剂分离用压力容器(11)的含溶剂水供给工序，和将供给至溶剂分离用压力容器(11)的含溶剂水的温度保持在规定温度(例如100℃以上且180℃以下)的温度保持工序。利用所述规定温度时的水的密度与溶剂的密度之差，通过在溶剂分离用压力容器(11)内使液体的水下降并且使溶剂上升，将含溶剂水分离成溶剂和水。
【专利说明】溶剂分离方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及将制造从煤炭中除去了灰分的无灰煤的过程中产生的含溶剂水分离成溶剂和水的方法。

【背景技术】
[0002]作为无灰煤的制造方法，有例如专利文献I记载的方法。专利文献I中记载了这样的无灰煤的制造方法:将煤炭和溶剂混合来制备浆料，将得到的浆料加热并萃取可溶于溶剂的煤炭成分，从萃取了煤炭成分的浆料中将包含可溶于溶剂的煤炭成分的溶液分离后，从分离的溶液中回收溶剂并得到无灰煤。作为溶剂，可以使用源自煤炭的油分。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2005-120185号公报


【发明内容】

[0006]发明要解决的课题
[0007]在此，在上述这样的制造无灰煤的过程中，由原料的煤炭产生水(H2O)。在煤炭成分的萃取中，浆料被加热到例如300~420°C的温度。在这样的高温下，引起煤炭的热分解反应，产生甲烷(CH4)、 二氧化碳(CO2)、水(H2O)等。另外，原料的煤炭本来包含水分，利用溶剂萃取煤炭成分时，水分从煤炭中分离。
[0008]通过热分解由煤炭产生的水(H2O)和在煤炭成分的萃取时从煤炭中分离的水分(H2O)以气体(水蒸气)的形式被排出到无灰煤制造设备的体系外，但气体中混入有大量溶剂(含溶剂水)。因此，若将该气体全部废弃，则溶剂的损失变得非常大，产生重新补充大量溶剂的必要。其结果导致运转成本增加。
[0009]另外，在将含有溶剂的气体废弃时，需要例如使用吸附剂从气体中除去溶剂的处理，在气体中包含的溶剂的量多的情况下，处理成本变得非常高。另外，不容易将吸附于吸附剂的溶剂从吸附剂中分离，即难以再利用吸附处理过的吸附剂。
[0010]本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供可以不使用吸附剂等而将制造无灰煤的过程中产生的含溶剂水容易地分离成溶剂和水的方法。
[0011 ] 用于解决课题的方法
[0012]本发明是将制造无灰煤的过程中产生的含溶剂水分离成溶剂和水的溶剂分离方法，所述制造无灰煤的过程具备:对将煤炭和溶剂混合得到的浆料进行加热并萃取可溶于溶剂的煤炭成分的萃取工序；从所述萃取工序中得到的浆料中将包含可溶于溶剂的煤炭成分的溶液分离的分离工序；从所述分离工序中分离的溶液中将溶剂蒸发分离而得到无灰煤的无灰煤取得工序。该溶剂分离方法的特征在于，其具备:将所述含溶剂水供给至溶剂分离用压力容器的含溶剂水供给工序、和将供给至所述溶剂分离用压力容器的所述含溶剂水的温度保持在规定温度的温度保持工序，利用所述规定温度时的水的密度与溶剂的密度之差，通过在所述溶剂分离用压力容器内使液体的水下降并且使溶剂上升，将所述含溶剂水分离成溶剂和水。
[0013]需要说明的是，“含溶剂水”是指不论液体状态或气体状态，溶剂与水混合后的状态(混合状态)的物质。另外，“在制造无灰煤的过程中产生”是指在无灰煤制造过程的任何部分作为副产物产生的意思。
[0014]发明效果
[0015]根据本发明，可以不使用吸附剂等而将制造无灰煤的过程中产生的含溶剂水容易地分离成溶剂和水。其结果是可以将吸附剂再利用，可以抑制溶剂的损失，并且还可以抑制水的废弃处理成本。

【专利附图】

【附图说明】
[0016]图1是表示具备用于将含溶剂水分离成溶剂和水的溶剂分离用压力容器的无灰煤制造设备的框图。
[0017]图2是用于说明将含溶剂水分离成溶剂和水的分离试验的概要的图。
[0018]图3是表示分离试验的结果的图表。

【具体实施方式】
[0019]以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。
[0020]如图1所示，无灰煤制造设备100从无灰煤(HPC)制造工序的上游侧开始依次具备煤炭漏斗1、溶剂罐2、浆料制备槽3、输送泵4、预热器5、萃取槽6、重力沉降槽7、过滤单元8和溶剂分离器9。溶剂分离器9是用于从在重力沉降槽7中分离的溶液(上清液)中蒸发分离溶剂的装置。
[0021]另外，在重力沉降槽7的下游侧，配置有用于从在该重力沉降槽7中分离的溶剂不溶成分浓缩液(固体成分浓缩液)中蒸发分离溶剂的(用于从固体成分浓缩液中分离、回收溶剂的)溶剂分离器10。
[0022]另外，无灰煤制造设备100具备用于将含溶剂水分离成溶剂和水的溶剂分离用压力容器11。该溶剂分离用压力容器11用管25连接于萃取槽6。即，在本实施方式中，将制造无灰煤的过程中萃取工序中产生气体的含溶剂水由萃取槽6供给至溶剂分离用压力容器11并分离成液体的溶剂和液体的水。
[0023]需要说明的是，溶剂分离用压力容器11也可以用管等连接于重力沉降槽7而不是萃取槽6。即，也可以将萃取工序中产生的气体的含溶剂水(溶剂为液体,水蒸气中混入有溶剂)由重力沉降槽7供给至溶剂分离用压力容器11并分离成溶剂和水。另外，通过将溶剂分离用压力容器11连接于重力沉降槽7，在重力沉降槽7中产生微量的水分的情况下，可以利用溶剂分离用压力容器11将在此产生的含溶剂水分离成溶剂和水。
[0024]此外，I个溶剂分离用压力容器11还可以与萃取槽6和重力沉降槽7 二者连接，也可以在萃取槽6和重力沉降槽7上分别各连接I个溶剂分离用压力容器11。在供给至重力沉降槽7的浆料中残留水分的情况下，可以通过由重力沉降槽7向溶剂分离用压力容器11排出含溶剂气体的含溶剂水从而除去水分。
[0025] 另外，溶剂分离用压力容器11可以用管等连接于浆料调整槽3。在处理含有大量水分的煤炭的情况下，将浆料调整槽3加温到水的沸点附近的100~120°C并从煤炭中蒸发回收水分，从而可以减小送液至萃取工序的浆料中的水分浓度。可以将此处产生的含溶剂水由浆料调整槽3供给至溶剂分离用压力容器11并分离成溶剂和水。
[0026]另外，可以在连接于溶剂分离用压力容器11的管25的中途设置罐。在该罐中将含溶剂水暂时冷凝成液体(通过降低含溶剂水的温度使含溶剂水冷凝)，然后通过再次加温到水的沸点以上的温度使水分从含溶剂水中蒸发。将由此得到的使水分浓度浓缩的蒸气(混入有溶剂)由该罐送至溶剂分离用压力容器11。通过该工序，被送至溶剂分离用压力容器11的含溶剂水中的溶剂浓度降低，可以进一步降低溶剂的损失率。需要说明的是，残留于该罐的溶剂被从罐中抽出并再使用。
[0027]在此，无灰煤的制造方法(制造无灰煤的过程)具有萃取工序、分离工序和无灰煤取得工序。以下，边对这些各工序进行说明，边对将在制造无灰煤的过程中产生的含溶剂水分离成溶剂和水方法进行说明。需要说明的是，对于无灰煤的制造中作为原料的煤炭没有特别限制，可以使用萃取率(无灰煤回收率)高的烟煤，也可以使用更廉价的劣质煤(次烟煤、褐煤)。另外，无灰煤是指灰分为5重量％以下、优选为3重量％以下的煤。
[0028](萃取工序)
[0029]萃取工序是对将煤炭和溶剂混合得到的浆料进行加热并萃取可溶于溶剂的煤炭成分的工序。在本实施方式中，该萃取工序分为:将煤炭与溶剂混合来制备浆料的浆料制备工序，和对浆料制备工序中制备的浆料进行加热并萃取可溶于溶剂的煤炭成分(使其溶解于溶剂)的溶剂可溶成分萃取工序。
[0030]在对将煤炭和溶剂混合得到的浆料进行加热并萃取可溶于溶剂的煤炭成分时，将对煤炭具有较大溶解力的溶剂与煤炭混合，并对其进行加热来萃取煤炭中的有机成分，对煤炭具有较大溶解力的溶剂多数情况下为芳香族溶剂(供氢性或非供氢性的溶剂)。
[0031]非供氢性溶剂是主要从煤炭的干馏生成物中提纯的、作为以双环芳香族为主的溶剂的煤炭衍生物。该非供氢性溶剂即使在加热状态下也稳定，与煤炭的亲和性优异，因此，萃取至溶剂中的可溶成分(在此为煤炭成分)的比例(也称萃取率)高，另外，该非供氢性溶剂是用蒸馏等方法可以容易地回收的溶剂。作为非供氢性溶剂的主要成分，可以举出作为双环芳香族的萘、甲基萘、二甲基萘、三甲基萘等，作为其它非供氢性溶剂的成分，包括具有脂肪族侧链的萘类、蒽类、芴类，还有在这些上具有联苯、长链脂肪族侧链的烷基苯。
[0032]需要说明的是，在上述说明中对使用非供氢性化合物作为溶剂的情况进行了叙述，但是当然也可以使用以四氢化萘为代表的供氢性的化合物(包含煤炭液化油)作为溶剂。在使用供氢性溶剂的情况下，无灰煤的收率提高。
[0033]这些溶剂的比重(与同体积的水的重量之比)在室温(常温)下约为I。
[0034]另外，溶剂的沸点并没有特别限制。从萃取工序和分离工序中的压力降低、萃取工序中的萃取率、无灰煤取得工序等中的溶剂回收率等观点出发，例如优选使用180~300°C、特别优选使用240~280°C的沸点的溶剂。
[0035]<浆料制备工序>
[0036]浆料制备工序在图1中的浆料制备槽3中实施。作为原料的煤炭由煤炭漏斗I投入至浆料制备槽3，并且由溶剂罐2向浆料制备槽3投入溶剂。用搅拌机3a混合投入至浆料制备槽3的煤炭和溶剂，形成包含煤炭和溶剂的浆料。
[0037]煤炭相对于溶剂的混合比率为例如按照干燥煤基准计为10~50重量％，更优选为20~35重量％。
[0038]<溶剂可溶成分萃取工序>
[0039]溶剂可溶成分萃取工序在图1中的预热器5和萃取槽6中实施。利用浆料制备槽3制备好的浆料通过输送泵4暂时供给至预热器5并加热到规定温度后，被供给至萃取槽6，边用搅拌机6a搅拌边保持在规定温度并进行萃取。
[0040]溶剂可溶成分萃取工序中的浆料的加热温度，只要能够溶解溶剂可溶成分就没有特别限制，从溶剂可溶成分的充分溶解和提高萃取率的观点出发，例如为300~420°C，更优选为360~400 °C。
[0041]另外，加热时间(萃取时间)也没有特别限制，但从充分溶解和提高萃取率的观点出发，例如为10~60分钟。加热时间为将图1中的预热器5和萃取槽6中的加热时间合计的时间。
[0042]需要说明的是，溶剂可溶成分萃取工序在氮气等不活泼气体的存在下进行。萃取槽6内的压力与萃取时的温度、使用的溶剂的蒸气压也相关，优选为1.0~2.0MPa0在萃取槽6内的压力低于溶剂的蒸气压的情况下，溶剂挥发而未被限制在液相中，不能进行萃取。为了将溶剂限制在液相中，需要高于溶剂的蒸气压的压力。另一方面，若压力过高，则机器的成本、运转成本变高，不经济。
[0043](溶剂与水的分离方法)
[0044]如上所述，在煤炭成分的萃取中，浆料被加热到例如300~420°C的温度。在此，在这样的高温下，引起煤炭的热分解反应，产生甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)、水(H2O)等。另外，原料的煤炭本来包含水分，由于水不溶于溶剂，因此在利用溶剂萃取煤炭成分时，水分从煤炭中分离。
[0045](含溶剂水供给工序)
[0046]含溶剂水供给工序是将含溶剂水供给至溶剂分离用压力容器的工序。通过热分解由煤炭产生的水(H2O)和在煤炭成分的萃取时从煤炭中分离的水分(H2O)在含有溶剂的气体状态(含溶剂水蒸气的状态)下，通过管25供给至溶剂分离用压力容器11 (被排出)。由于溶剂分离用压力容器11内的温度设为比萃取槽6内的温度更低，因此水蒸气冷凝成为液体。
[0047](温度保持工序)
[0048] 温度保持工序是将供给至溶剂分离用压力容器11的含溶剂水的温度保持在规定温度的工序，在图1中的溶剂分离用压力容器11中实施。由萃取槽6供给至溶剂分离用压力容器11的含溶剂水按照在水的密度与溶剂的密度之差变大的温度下达到恒定的方式，在该溶剂分离用压力容器11内通过加温器Ila加温。例如，以100°C以上且180°C以下的温度(100~180°C的温度范围内的规定温度)进行保持。由此，利用该温度时的水的密度与溶剂的密度之差，液体的水向溶剂分离用压力容器11内的下部下降，液体的溶剂向溶剂分离用压力容器11内的上部上升，从而溶剂与水分离。为了提高溶剂与水的分离性，优选将含溶剂水静置规定的时间。另外，对于溶剂分离用压力容器11而言，为了将含溶剂水的温度保持在规定温度以上，优选用保温材料保温。需要说明的是，“静置”是指不进行搅拌等而置于静止的状态。
[0049]存积在溶剂分离用压力容器11内的上部的溶剂由溶剂分离用压力容器11的上部抽出，存积在溶剂分离用压力容器11内的下部的水由溶剂分离用压力容器11的下部抽出。被抽出的溶剂返回至溶剂罐2中再使用，抽出的水被废弃。
[0050]另外，优选温度保持工序在氮气等不活泼气体的存在下进行。即，优选在溶剂分离用压力容器11内填充有氮气等不活泼气体。溶剂分离用压力容器11内的压力按照水蒸气冷凝而冷凝的水保持液体状态的方式，调整到高于水的饱和蒸气压的压力，例如，通过向压力容器内导入氮气从而调整到0.3~2.0MPa的压力。
[0051]另外，也可以在用搅拌机等对供给至溶剂分离用压力容器11的含溶剂水进行搅拌后，在恒定在规定温度的时刻停止搅拌，并静置。
[0052]需要说明的是，在萃取槽6内浆料被加热到例如300~420°C的温度。若可以不进行加温而将由萃取槽6供给至溶剂分离用压力容器11的含溶剂水的温度在例如120°C以上的温度保持规定时间，则不需要加温器11a。
[0053](没有萃取槽6的情况)
[0054]有时省略萃取槽6，在预热器5与重力沉降槽7之间的管内萃取可溶于溶剂的煤炭成分。例如，将预热器5与重力沉降槽7之间的管制成对于煤炭成分的萃取而言充分的长度的管等，在预热器5与重力沉降槽7之间的管内进行煤炭成分的萃取。煤炭被直接供给至预热器5与重力沉降槽7之间的被加热的高温(例如380°C )的溶剂流动的管内。在这种情况下，将溶剂分离用压力容器11连接于重力沉降槽7，由重力沉降槽7向溶剂分离用压力容器11供给(排出)含溶剂水，并将含溶剂水分离成溶剂和水。
[0055]返回说明无灰煤的制造工序。
[0056](分离工序)
[0057]分离工序是从萃取工序中得到的浆料中将包含溶解于溶剂的煤炭成分的溶液分离的工序。换言之，分离工序是将萃取工序中得到的浆料分离成包含溶解于溶剂的煤炭成分的溶液、和溶剂不溶成分浓缩液(固体成分浓缩液)的工序。该分离工序在图1中的重力沉降槽7中实施。萃取工序中得到的浆料在重力沉降槽7内，通过重力分离成作为溶液的上清液、和固体成分浓缩液(重力沉降法)。重力沉降槽7的上部的上清液根据需要经过过滤单元8，向溶剂分离器9排出，并且沉降于重力沉降槽7的下部的固体成分浓缩液向溶剂分尚器10排出。
[0058]重力沉降法是通过将浆料保持于槽内，通过重力使溶剂不溶成分沉降、分离的方法。通过边向槽内连续地供给浆料，边将上清液由上部、将固体成分浓缩液由下部连续地排出，可以进行连续的分离处理。
[0059]为了防止由煤炭溶出的溶剂可溶成分的再析出，优选对重力沉降槽7内预先进行保温或加热、或者加压。加热温度为例如300~380°C，槽内压力设为例如1.0~3.0MPa0
[0060]需要说明的是，作为从萃取工序中得到的浆料中将包含溶解于溶剂的煤炭成分的溶液分离的方法，除重力沉降法以外，还有过滤法、离心分离法等。
[0061](无灰煤取得工序)
[0062]无灰煤取得工序是从在上述分离工序中分离的溶液(上清液)中蒸发分离溶剂而得到无灰煤的工序。该无灰煤取得工序在图1的溶剂分离器9中实施。
[0063]从溶液(上清液)中分离溶剂的方法可以使用通常的蒸馏法、蒸发法，例如可以使用闪蒸法。分离并回收的溶剂可以向浆料制备槽3中循环并重复使用。通过溶剂的分离、回收，可以从上清液中得到实质上不包含灰分(例如灰分为3重量％以下)的无灰煤(HPC)。无灰煤基本不包含灰分，完全没有水分，显示出比原料煤炭更高的发热量。进而，作为制铁用焦炭的原料而言，特别重要的品质即软化熔融性大幅改善，即使原料煤炭不具有软化熔融性，但得到的无灰煤(HPC)也具有良好的软化熔融性。因此，无灰煤可以作为例如焦炭原料的掺合煤使用。
[0064](副产煤取得工序)
[0065]副产煤取得工序是从用重力沉降槽7分离的溶剂不溶成分浓缩液(固体成分浓缩液)中蒸发分离溶剂得到副产煤的工序。该副产煤取得工序也是用于从固体成分浓缩液中蒸发分离溶剂并进行回收的工序，在图1中的溶剂分离器10中实施。需要说明的是，副产煤取得工序不是必需的工序。
[0066]从固体成分浓缩液中分离溶剂的方法可以与上述无灰煤取得工序同样地使用通常的蒸馏法、蒸发法。分离并回收的溶剂可以向浆料制备槽3中循环并重复使用。通过溶剂的分离、回收，可以由固体成分浓缩液得到包含灰分等的溶剂不溶成分浓缩后的副产煤(RC，也称残渣煤)。副产煤包含灰分但完全没有水分，还充分具有发热量。副产煤不显示软化熔融性，但由于含氧官能团被脱离，因而在作为掺合煤使用的情况下，并不阻碍该掺合煤中包含的其他煤炭的软化熔融性。因此，该副产煤可以与通常的非微粘结煤同样地作为焦炭原料的掺合煤的一部分使用，另外，还可以不作为焦炭原料煤而用于各种燃料用途。需要说明的是，副产煤也可以不回收而废弃。
[0067](实施例)
[0068]进行将含溶剂水分离成溶剂和水的实验。图2是用于说明将含溶剂水分离成溶剂和水分离试验的概要的图。作为溶剂，使用以作为双环芳香族的甲基萘为主要成分的从煤炭中提纯的油分(煤炭衍生物)。作为水使用蒸馏水。
[0069]实验中使用的竖长的高压釜50为Φ62.3mm的圆筒状压力容器，如图2所示，形成由高压釜50的底部、以及距离底部规定高度的多处抽出液体的结构。以高压釜50的底部为高度Omm,液体的取样在0mm、170mm、380mm、590mm、700mm、800mm共计6处进行。另外，在高压釜50的内部设置有搅拌机50a。在高压釜50内填充氮气，将高压釜50内的压力调整到 1.5MPa。
[0070]将溶剂:1200g和水:1200g加入高压釜50。在室温(常温)下，溶剂和水处于相互混合的状态，分离性非常差。即，在室温(常温)下，水的密度与溶剂的密度之间基本不存在差。
[0071]将包含溶剂和水的混合液边搅拌边升温到规定温度。温度条件设为50°C、90°C、100C、120°C、150°C >200°C。混合液的温度变成规定温度且恒定时停止搅拌。搅拌停止后静置30分钟。然后，将液体从高压釜50取出至取样容器51a~51f，测定液体的水分浓度。将结果示于表1中。图3是将表1中所示结果图表化的图，纵轴为距离高压釜50的底部的高度，横轴为水分浓度。
[0072]【表1】
[0073]静置30分钟后的水分浓度[wt % ]
[0074]

【权利要求】
1.一种溶剂分离方法，其特征在于，其是将制造无灰煤的过程中产生的含溶剂水分离成溶剂和水的溶剂分离方法，所述制造无灰煤的过程具备: 萃取工序，对将煤炭和溶剂混合得到的浆料进行加热并萃取可溶于溶剂的煤炭成分；分离工序，从所述萃取工序中得到的浆料中将包含可溶于溶剂的煤炭成分的溶液分尚；和 无灰煤取得工序，从所述分离工序中分离的溶液中将溶剂蒸发分离而得到无灰煤； 所述溶剂分离方法具备: 含溶剂水供给工序，将所述含溶剂水供给至溶剂分离用压力容器；和温度保持工序，将供给至所述溶剂分离用压力容器的所述含溶剂水的温度保持在规定温度; 利用所述规定温度时的水的密度与溶剂的密度之差，通过在所述溶剂分离用压力容器内使液体的水下降并且使溶剂上升，将所述含溶剂水分离成溶剂和水。
2.如权利要求1所述的溶剂分离方法，其特征在于， 在所述温度 保持工序中，将所述含溶剂水的温度保持在规定温度并且将所述含溶剂水静置。
3.如权利要求1或2所述的溶剂分离方法，其特征在于， 在所述温度保持工序中，将所述溶剂分离用压力容器内的所述含溶剂水的温度保持在100°C以上且180°C以下的温度。
4.如权利要求1或2所述的溶剂分离方法，其特征在于， 所述溶剂分离用压力容器内的压力设为高于水的饱和蒸气压的压力。
5.权利要求1或2所述的溶剂分离方法，其特征在于， 在所述溶剂分离用压力容器内填充有不活泼气体。
6.如权利要求1或2所述的溶剂分离方法，其特征在于， 将在制造无灰煤的过程中的所述萃取工序中产生的所述含溶剂水供给至溶剂分离用压力容器。
【文档编号】C10L5/00GK104080893SQ201380007250
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年1月9日 优先权日:2012年2月1日
【发明者】堺康尔, 奥山宪幸, 木下繁, 吉田拓也 申请人:株式会社神户制钢所