本发明属于煤化工技术领域，涉及一种煤焦油组分分离装置和工艺。
背景技术：
煤焦油中含有脂肪烃类化合物、芳香烃类化合物和酚类化合物等。按照化学组成可分为中性化合物、酸性化合物、含氧化合物(含量非常低)和含硫化合物(含量非常低)。中性化合物俗称中性油，主要包括脂肪烃类化合物和芳香烃类化合物。脂肪烃类化合物是汽油、柴油等燃料油的重要组成部分，是加氢制取高十六烷值柴油的优良原料；芳香烃类化合物有石油化工不能得到或不能经济得到的咔唑、喹啉等高附加值精细化学品。酸性化合物主要是指煤焦油中的酚类化合物，酚类化合物是重要的化工原料，在合成纤维、工程塑料、农药、医药、防腐剂、增塑剂、香料及染料中间体等方面有着广泛的用途，属于高附加值精细化工产品。基于以上，煤焦油是一种制取高附加值化学品非常宝贵的化工原料，从煤焦油中分离得到脂肪烃、芳香烃、粗酚和沥青有着重要的意义。常见煤焦油的分离方法有溶剂萃取法、蒸馏法和重结晶法等，通常煤焦油中粗酚组分和中性油的分离，先采用蒸馏法将煤焦油分为不同温度段的馏分，然后采用“酸碱法”对馏分进行处理，最终得到粗酚和中性油部分。
中国发明专利cn101130479a中描述了一种从煤焦油蒽油馏分中提取低菲蒽油的工艺，以煤焦油馏分油蒽油为原料，将其与二甲苯含量较高的溶剂按一定比例混合配成混合液，并置于结晶容器内，经堆料结晶，冷洗涤，热洗涤，融化，得到呈熔融状态的低菲蒽油。
中国发明专利cn101824329a中描述了一种脱除煤焦油中温沥青中喹啉不溶物的新工艺，以煤焦油为原料，与溶剂按一定比例混合后，经过连续式萃取沉降分离，对沥青中的喹啉不溶物进行沉降分离，得到澄清液和沉渣，澄清液通过蒸馏分离，可得到用于生产针状焦的沥青或浸渍剂沥青。
中国发明专利cn104893750a中描述了一种从煤焦油中提取吡啶类化合物的方法，将煤焦油分馏成富含酚类化合物和吡啶化合物的窄馏分，窄馏分提取得到酚类化合物同时得到脱酚油，对所得酚类化合物使用溶剂提取其中吡啶类化合物得到吡啶类化合物盐基1，用吡啶类化合物盐基1提取脱酚油中吡啶类化合物得到吡啶类化合物盐基2，使用溶剂对吡啶类化合物盐基2进行中和，分离得到粗吡啶化合物的混合物，再对其脱水，脱渣，精馏精制得到吡啶类产品。
中国发明专利cn102219649a中描述了一种从煤液化油或煤焦油中提取酚类化合物的方法，蒸馏处理煤液化油或煤焦油，切取<260℃的馏分，将萃取剂与该馏分混合、分层，分离并收集含有酚类化合物的萃取剂层；对萃取剂层中的酚类化合物进行多级反萃提取，得到反萃剂-酚溶液和萃取剂；通过精馏分离上述反萃剂-酚溶液，回收反萃剂循环利用，并分离得到粗酚；采用水蒸气提除去酚类化合物中夹带的中性油，最终得到粗酚产品。
综上所述，目前煤焦油的加工方式主要是利用蒸馏的方法切割不同沸点的馏分，再通过碱洗、酸洗中和的方法分离得到粗酚组分和中性油组分，或采用溶剂萃取的方法得到煤焦油相对富集组分。目前没有能将煤焦油分离为沥青、粗酚、脂肪烃和芳香烃的成套技术。
技术实现要素：
为克服现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种煤焦油组分分离装置及工艺，该分离工艺可实现煤焦油组分的有效分离、工艺节能显著、操作条件温和、无废水排放、对环境友好、设备投资少、易于扩大生产规模。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种煤焦油组分分离装置，包括萃取器、加压泵、层析柱、第一蒸馏塔、第二蒸馏塔、第三蒸馏塔、第一溶剂储罐和第二溶剂储罐；其中，层析柱内装有填料，萃取器侧壁中部与加压泵相连，第一溶剂储罐和第二溶剂储罐均与加压泵相连；加压泵与层析柱上端连接，层析柱下端分别与第一蒸馏塔、第二蒸馏塔以及第三蒸馏塔底部连接。
本发明进一步的改进在于，第一蒸馏塔的顶部与萃取器顶部相连，第二蒸馏塔的塔顶与第一溶剂储罐的顶部相连，第三蒸馏塔的塔顶与第二溶剂储罐的顶部相连；萃取器内部设置有超声探头和加热器，萃取器顶部设有冷凝器，萃取器底部设置用于出料的第一电磁阀。
本发明进一步的改进在于，第一蒸馏塔下部设置用于控制脂肪烃出料口的第四电磁阀，第二蒸馏塔下部设置有用于控制芳香烃出料口的第七电磁阀，第三蒸馏塔下部设置有用于控制粗酚出料口的第十电磁阀。
本发明进一步的改进在于，萃取器侧壁中部通过第一电磁阀与加压泵相连；加压泵与第一溶剂储罐之间设置有第五电磁阀；加压泵与第二溶剂储罐之间设置有第八电磁阀。
本发明进一步的改进在于，填料为三氧化二铝。
本发明进一步的改进在于，第一蒸馏塔的塔板数为5～10、第二蒸馏塔的塔板数为10～15、第三蒸馏塔的塔板数为15～20。
一种分离装置的分离方法，向萃取器中泵入煤焦油和溶剂，混合均匀，得到混合溶液，将混合溶液静置后打开第二电磁阀，混合溶液进入加压泵中经加压泵加压后，进入装有填料的层析柱；打开第三电磁阀，层析柱底部出来的洗脱液进入第一蒸馏塔，通过第一蒸馏塔连续蒸馏，打开第一蒸馏塔底部的第四电磁阀得到脂肪烃，第一蒸馏塔上部得到的第一溶剂入萃取器中循环，进行5～24h后使萃取器、加压泵和第一蒸馏塔停止工作，打开第一电磁阀排出沥青组分后关闭第一电磁阀，关闭第二电磁阀；第一溶剂储罐中装有第二溶剂，将第一溶剂储罐中的第二溶剂加热后关闭第三电磁阀，打开第五电磁阀，第二溶剂经加压泵加压后进入装有填料的层析柱；打开第六电磁阀，层析柱底部出来的洗脱液进入第二蒸馏塔，通过第二蒸馏塔连续蒸馏，打开第二蒸馏塔底部的第七电磁阀，得到芳香烃，第二蒸馏塔上部得到的第二溶剂进入第一溶剂储罐中循环，进行5～24h后使第一溶剂储罐、加压泵和第二蒸馏塔停止工作；关闭第五电磁阀和第六电磁阀，打开第八电磁阀，第二溶剂储罐中装有第三溶剂，将第二溶剂储罐中的第三溶剂经加压泵加压后进入装有填料的层析柱；打开第九电磁阀，层析柱底部出来的洗脱液进入第三蒸馏塔，通过第三蒸馏塔连续蒸馏，打开第三蒸馏塔底部的第十电磁阀，得到粗酚，第三蒸馏塔上部得到的第三溶剂进入第二溶剂储罐中循环，进行5～24h后使第二溶剂储罐、加压泵和第三蒸馏塔停止工作。
本发明进一步的改进在于，所述第一溶剂为c5～c8的单一烷烃或c5～c8的烷烃中的一种或多种；所述的第二溶剂为甲苯、乙苯中的一种或两种；第三溶剂为乙醇、甲醇中的一种或两种；所述层析柱中的填料为三氧化二铝。
本发明进一步的改进在于，煤焦油与第一溶剂的体积比为1：5～1：10。
本发明进一步的改进在于，混合溶液进入加压泵中经加压泵加压后压力为0.2mpa～10mpa，第二溶剂经加压泵加压后压力为0.2mpa～10mpa，将第二溶剂储罐中的第三溶剂经加压泵加压后压力为0.2mpa～10mpa；将第一溶剂储罐中的第二溶剂加热后温度为40～100℃。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明通过设置萃取器，采用第一溶剂将煤焦油进行萃取，可以得到沥青组分；由于设置层析柱，使通过除去沥青组分的剩余煤焦油组分经过加压泵加压后通过层析柱，层析柱分离得到的混合液进入第一蒸馏塔中进行蒸馏，得到脂肪烃，第一溶剂成功回收返回至萃取器；将第一溶剂储罐中的第二溶剂经加压泵加压后通过层析柱，层析柱底部出来的洗脱液进入第二蒸馏塔，通过第二蒸馏塔连续蒸馏，得到芳香烃组分，第二溶剂成功回收返回至第一溶剂储罐；将第二溶剂储罐中的第三溶剂经加压泵加压后通过层析柱，层析柱底部出来的洗脱液进入第三蒸馏塔，通过第三蒸馏塔连续蒸馏，得到粗酚组分，第三溶剂成功回收返回至第二溶剂储罐；完成了煤焦油组分的分离。本装置结构简单，占地小，易于扩大生产。
进一步的，第一蒸馏塔顶部与萃取器相连，第二蒸馏塔顶部与第一溶剂储罐相连，第三蒸馏塔顶部与第二溶剂储罐相连，使得溶剂储罐中的溶剂能够重复利用。
进一步的，萃取器内设置有超声探头和加热器，能够对煤焦油样品进行加热和超声，以便于提高萃取率及通过层析柱进行层析。
本发明将煤焦油与第一溶剂在萃取器中混合萃取、静置，然后打开第一电磁阀，排出沥青组分，将除去沥青组分的煤焦油组分与第一溶剂的混合物经加压泵加压后，送入层析柱分离，经层析柱分离得到的混合液进入第一蒸馏塔蒸馏，得到脂肪烃和第一溶剂，打开第四电磁阀，得到脂肪烃；第一溶剂储罐中的第二溶剂经加压泵加压后进入层析柱进行洗脱分离，洗脱液进入第二蒸馏塔分离，得到芳香烃和第二溶剂，打开第七电磁阀，得到芳香烃；第二溶剂储罐中的第三溶剂经加压泵加压后进入层析柱进行洗脱分离，洗脱液进入第三蒸馏塔分离，得到粗酚和第三溶剂，打开第十电磁阀，得到粗酚。本发明可实现从煤焦油中分离得到脂肪烃、芳香烃、粗酚和沥青，解决了现有煤焦油加工过程中存在的能耗大、操作工序多而复杂、产物各组分分离和利用效率较低、环境污染严重的问题。第一溶剂进入萃取器，使得第一溶剂可以循环利用。第二溶剂可以进入第一溶剂储罐中，使得的第二溶剂可以循环使用。第三溶剂可以进入第二溶剂储罐中，使得的第三溶剂可以循环使用。多次循环操作可以提高分离得到的煤焦油组分的分离率，并且本发明是绿色分离工艺，不产生废水、废渣和废气，并且工艺的操作条件温和、简便，工艺和设备造价低、投入少。
附图说明
图1为本发明的煤焦油组分分离新工艺流程图；
图2为分离组分的总离子流色谱图；
图中，1-萃取器，2-第一电磁阀，3-第二电磁阀，4-加压泵，5-层析柱，6-第三电磁阀，7-第一蒸馏塔，8-第四电磁阀，9-第一溶剂储罐，10-第五电磁阀，11-第六电磁阀，12-第二蒸馏塔，13-第七电磁阀，14-第二溶剂储罐，15-第八电磁阀，16-第九电磁阀，17-第三蒸馏塔，18-第十电磁阀。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明作进一步详细描述。
参见图1，一种煤焦油组分分离装置，包括萃取器1、加压泵4、层析柱5、第一蒸馏塔7、第二蒸馏塔12、第三蒸馏塔17、第一溶剂储罐9和第二溶剂储罐14。萃取器1侧壁中部通过第一电磁阀3与加压泵4相连，加压泵4还连接第一溶剂储罐9，且加压泵4与第一溶剂储罐9之间设置有第五电磁阀10；加压泵4还连接第二溶剂储罐14，且加压泵4与第二溶剂储罐14之间设置有第八电磁阀15；加压泵4与层析柱5上端连接，层析柱5下端分别与第一蒸馏塔7、第二蒸馏塔12以及第三蒸馏塔17底部连接，第一蒸馏塔7的顶部与萃取器1顶部相连，第二蒸馏塔12的塔顶与第一溶剂储罐9的顶部相连，第三蒸馏塔17的塔顶与第二溶剂储罐14的顶部相连。萃取器1内部设置有超声探头和加热器，萃取器1顶部设有冷凝器，底部设置用于出料的第一电磁阀2。第一蒸馏塔7下部设置用于控制脂肪烃出料口的第四电磁阀8，第二蒸馏塔12下部设置有用于控制芳香烃出料口的第七电磁阀13，第三蒸馏塔17下部设置有用于控制粗酚出料口的第十电磁阀18。
使用时，萃取器1中已萃取完毕的上层溶液(温度低于第一溶剂沸点温度1～20℃)进入层析柱5，层析柱5底部洗脱液进入第一蒸馏塔7底部。通过调节第三电磁阀6使层析柱5充满第一溶剂。层析柱5内填充有三氧化二铝。第一蒸馏塔7的塔板数为5～10、第二蒸馏塔12的塔板数为10～15、第三蒸馏塔17的塔板数为15～20。
本发明的煤焦油组分分离工艺具体过程如下：
向萃取器1中泵入煤焦油和第一溶剂，煤焦油与第一溶剂的体积比为1：5～1：10，在60～80℃超声1～5min后，得到混合溶液，将混合溶液静置后打开第二电磁阀3，混合溶液进入加压泵4，加压至0.2mpa～10mpa，进入装有填料的层析柱5；打开第三电磁阀6，层析柱5底部出来的洗脱液进入第一蒸馏塔7，通过第一蒸馏塔7连续蒸馏，打开第一蒸馏塔7底部的第四电磁阀8得到脂肪烃，第一蒸馏塔7上部得到的第一溶剂入萃取器1中循环，以上过程进行5～24h。
萃取器1、加压泵4和第一蒸馏塔7停止工作，打开第一电磁阀2排出沥青组分后关闭第一电磁阀2，关闭第二电磁阀3；第一溶剂储罐9中装有第二溶剂，然后将第一溶剂储罐9中的第二溶剂加热至40～100℃后，关闭第三电磁阀6，打开第五电磁阀10，第二溶剂经加压泵4加压至0.2mpa～10mpa，进入装有填料的层析柱5；打开第六电磁阀11，层析柱5底部出来的洗脱液进入第二蒸馏塔12，通过第二蒸馏塔12连续蒸馏，打开第二蒸馏塔12底部的第七电磁阀13得到芳香烃，第二蒸馏塔12上部得到的第二溶剂进入第一溶剂储罐9中循环，以上过程循环进行5～24h，第一溶剂储罐9、加压泵4和第二蒸馏塔12停止工作；关闭第五电磁阀10和第六电磁阀11，打开第八电磁阀15，第二溶剂储罐14中装有第三溶剂，将第二溶剂储罐14中的第三溶剂经加压泵4加压至0.2mpa～10mpa，进入装有填料的层析柱5；打开第九电磁阀16，层析柱5底部出来的洗脱液进入第三蒸馏塔17，通过第三蒸馏塔17连续蒸馏，打开第三蒸馏塔17底部的第十电磁阀18，得到粗酚，第三蒸馏塔17上部得到的第三溶剂进入第二溶剂储罐14中循环，以上过程循环进行5～24h，第二溶剂储罐14、加压泵4和第三蒸馏塔17停止工作。
所述第一溶剂为c5～c8的单一烷烃或它们的混合物；所述的第二溶剂为甲苯、乙苯中的一种或两种；第三溶剂为乙醇、甲醇中的一种或两种。所述层析柱5中的填料为：三氧化二铝。所述脂肪烃、芳香烃、粗酚和沥青即为产品。同时得到的第一溶剂、第二溶剂和第三溶剂可以循环使用。
下面通过实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
实验原料为取自陕北府谷县某兰炭厂的煤焦油，重油(焦油澄清池水下层油)按国标测定的基本性质见表1。
表1煤焦油重油的基本性质
注：﹡差减法
工艺涉及的第一溶剂，第二溶剂，第三溶剂分别为正庚烷，甲苯，甲醇。三氧化二铝为层析柱5填料，分离中煤焦油中的脂肪烃、芳香烃，粗酚和沥青。为了说明本发明的效果，实例采用煤焦油组分分离新工艺进行中低温煤焦油组分分离试验，为了能够准确分析分离产物，采用气相色谱-质谱联用仪产物的组成进行分析。
称取1000g已活化好的三氧化二铝，装入层析柱5中，用木棍敲实；先关闭第二电磁阀3和第一电磁阀2，均匀量取中低温煤焦油200ml和第一溶剂(正庚烷)2000ml加入萃取器1中，打开萃取器1中的加热和超声装置，在80℃进行5min，停止加热和超声，静置5min，打开第二电磁阀3，打开加压泵4，将萃取液经加压泵4加压至0.5mpa后进入层析柱5，打开第三电磁阀6，打开第一蒸馏塔7，通过第一蒸馏塔7连续蒸馏，打开第一蒸馏塔7底部的第四电磁阀8，得到脂肪烃组分，第一蒸馏塔7上部得到的第一溶剂(正庚烷)进入萃取器1中循环，以上过程进行10h，萃取器1、加压泵4和第一蒸馏塔7停止工作。打开第一电磁阀2排出沥青组分后关闭第一电磁阀2，然后向第一溶剂储罐9加入第二溶剂(甲苯)，打开第一溶剂储罐9中的加热装置，将第二溶剂(甲苯)加热至90℃，关闭第二电磁阀3和第三电磁阀6，打开第五电磁阀10，第二溶剂(甲苯)经加压泵4加压至0.5mpa后，进入装有填料的层析柱5，打开第六电磁阀11，层析柱5底部出来的洗脱液进入第二蒸馏塔12，通过第二蒸馏塔12连续蒸馏，打开第二蒸馏塔12底部的第七电磁阀13得到芳香烃组分，第二蒸馏塔12上部得到的第二溶剂(甲苯)进入第一溶剂储罐9中循环，以上过程循环进行10h，第一溶剂储罐9、加压泵4和第二蒸馏塔12停止工作。向第二溶剂储罐14中加入第三溶剂(甲醇)，打开第二溶剂储罐14中的加热装置，将第三溶剂(甲醇)加热至45℃，关闭第五电磁阀10和第六电磁阀11，打开第八电磁阀15，第二溶剂储罐14中的第三溶剂(甲醇)经加压泵4加压至0.5mpa，进入装有填料的层析柱5，打开第九电磁阀16，层析柱5底部出来的洗脱液进入第三蒸馏塔17，通过第三蒸馏塔17连续蒸馏，打开第三蒸馏塔17底部的第十电磁阀18得到粗酚组分，第三蒸馏塔17上部得到的第三溶剂(甲醇)进入第二溶剂储罐14中循环，以上过程循环进行10h，第二溶剂储罐14、加压泵4和第三蒸馏塔17停止工作。以上过程可继续加入原料煤焦油进行分离，层析柱5填料无需更换。
试验结束，分别将从装置得到的脂肪烃组分，芳香烃组分，粗酚组分分别取1ml，再用5ml的二氯甲烷溶解，然后进行gc-ms分析，分析结果见表2和图2。
表2洗脱物部分组分的分析结果
由表1、表2的实验研究结果可见，采用本发明的煤焦油组分分离新工艺，可以有效分离得到煤焦油中的中性油组分、芳香分组分，粗酚组分和沥青组分，与传统方法相比，本发明是一种绿色分离煤焦油的方法，不产生废水、废渣和废气，装置占地小、投资少、易于扩大生产。本发明克服现有煤焦油加工过程中存在的能耗大、操作工序多而繁杂、产物各组分分离效率低、含酚废水量大、环境污染严重等问题。