超临界溶剂萃取煤直接液化残渣制备中间相沥青的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤深度加工技术，尤其涉及一种超临界溶剂萃取煤直接液化残渣制备中间相沥青的方法。
【背景技术】
[0002]煤直接液化残渣是一种高碳、高灰、高硫的物质，产量约占原料煤的40%以上。煤直接液化残渣中的有机类物质包括重质液化油、沥青类物质和未转化煤；无机类物质包括煤中的矿物质和外加的催化剂。
[0003]对煤液化残渣的利用，主要是燃烧、焦化制油、气化制氢等传统方法。液化残渣的氢碳比较高，将其作为燃料直接燃烧，无疑将影响煤液化的经济性；以硫铁基为催化剂的液化工艺所产生的残渣中硫含量较高，直接燃烧也将带来环境问题。热解制油虽然增加了煤液化工艺液体油收率，但这并不是液化残渣最合理的利用，因为热解主产物即半焦和焦炭的利用前途并不明朗。将液化残渣进行气化制氢，是一种有效的大规模利用方法，但残渣中的沥青类物质和重质油的高附加值，未得到充分利用。综上，液化残渣的三种传统利用方法都不能达到其最为有效的利用。
[0004]液化残渣中的沥青烯类物质含量为20%左右，沥青烯分子具有芳香度高、碳含量高、容易聚合或交联的特点，适合作为制备炭素材料的原料。
[0005]现有技术中，中国专利ZL 200510047800.X公开了一种以煤炭液化残渣为原料等离子体制备纳米碳材料的方法。中国专利ZL 200910086158.4公开了一种从煤直接液化残渣中提取重质液化油和中间相沥青的方法。中国专利ZL 200910087907.5公开了一种利用煤直接液化残渣制备沥青基碳纤维的方法。近年来，由于煤液化残渣的大量生产，亟需找到对其进行深加工的处置方法。
[0006]煤液化残渣经过深加工后，可以用来制备特种炭素材料。例如用其生产中间相沥青，然后再以中间相沥青制备高功率、超高功率石墨电极和沥青炭纤维。而制备中间相沥青的原料，需要灰分低，杂原子少，并且需较高含量的芳烃和一定量的烷基短链。煤液化残渣是煤经过液化加氢后的固体残留物，它不仅含有I?6个环的缩合芳香结构单元和部分加氢饱和的氢化芳香结构，还含有以侧链形式存在于芳香结构单元上的一系列碳原子数不等的正构烷烃。用适当的溶剂和工艺方法处理，可以去除液化残渣中大部分的灰分和杂原子，适合作为制备中间相沥青的原料。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种能够生产出超低灰、低硫、低喹啉不溶物含量、高C/Η原子比、高芳碳率的高质量中间相沥青的超临界溶剂萃取煤直接液化残渣制备中间相沥青的方法。
[0008]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0009]本发明的超临界溶剂萃取煤直接液化残渣制备中间相沥青的方法，包括步骤:
[0010]A、将煤直接液化残渣放入高压萃取装置中，并将装置整体加热升温；
[0011]B、连续向高压萃取装置中注入经溶剂预热炉预热的溶剂，调节温度压力，使溶剂达到预定的超临界状态，随后保持溶剂流速不变，开启并调节所述高压萃取装置出口的电动控制阀，保证压力稳定，使携带萃取产物的溶液进入溶剂分离罐中，萃取产物和溶剂在溶剂分离罐中完成分离，萃取产物以固态富集在溶剂分离罐中，即为超临界萃取煤直接液化残渣所得中间相沥青，气态溶剂经冷凝管冷却和减压蒸馏后回到溶剂罐，完成萃取循环；
[0012]C、将步骤B中所得中间相沥青放入高压釜中，密封后用氮气吹扫，然后经升温过程后保持温度恒定，在常压下炭化，得到具有广域流线型结构的中间相，用于作为针状焦前驱体。
[0013]由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的超临界溶剂萃取煤直接液化残渣制备中间相沥青的方法，在现有技术的基础上，更加合理、充分的利用了煤直接液化残渣，在合适的萃取工艺条件下，能够生产出超低灰、低硫、低喹啉不溶物含量、高C/H原子比、高芳碳率的高质量中间相沥青，在使用煤直接液化残渣生产出高附加值产品的同时，也提高了煤液化工艺的经济效益和煤炭的利用率。
【附图说明】
[0014]图1为本发明实施例提供的超临界溶剂萃取煤直接液化残渣制备中间相沥青的系统结构示意图。
[0015]图2为本发明实施例中所使用三种溶剂超临界萃取煤直接液化残渣所得中间相沥青收率的对比图。
[0016]图3为本发明实施例中超临界丙酮萃取煤直接液化残渣制备的中间相的偏光显微结构图。
[0017]图4为本发明实施例中超临界苯萃取煤直接液化残渣制备的中间相的偏光显微结构图。
[0018]图5为本发明实施例中超临界异丙醇萃取煤直接液化残渣制备的中间相的偏光显微结构图。
【具体实施方式】
[0019]下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
[0020]本发明的超临界溶剂萃取煤直接液化残渣制备中间相沥青的方法，其较佳的【具体实施方式】包括步骤:
[0021]A、将煤直接液化残渣放入高压萃取装置中，并将装置整体加热升温；
[0022]B、连续向高压萃取装置中注入经溶剂预热炉预热的溶剂，调节温度压力，使溶剂达到预定的超临界状态，随后保持溶剂流速不变，开启并调节所述高压萃取装置出口的电动控制阀，保证压力稳定，使携带萃取产物的溶液进入溶剂分离罐中，萃取产物和溶剂在溶剂分离罐中完成分离，萃取产物以固态富集在溶剂分离罐中，即为超临界萃取煤直接液化残渣所得中间相沥青，气态溶剂经冷凝管冷却和减压蒸馏后回到溶剂罐，完成萃取循环；
[0023]C、将步骤B中所得中间相沥青放入高压釜中，密封后用氮气吹扫，然后经升温过程后保持温度恒定，在常压下炭化，得到具有广域流线型结构的中间相，用于作为针状焦前驱体。
[0024]所述步骤B中，所使用萃取溶剂为正己烷、苯、丙酮、异丙醇中的一种或多种。
[0025]所述高压萃取装置包括下部的高压萃取釜和上部的高压精馏柱，所述步骤B中，萃取溶剂由所述高压萃取釜底部进入，由所述高压精馏柱顶部流出，溶剂预热炉的温度与所述高压萃取装置保持一致，萃取压力为3.5?15MPa，连续萃取时间为0.5?4h。
[0026]所述步骤B中，萃取过程在溶剂的超临界条件下进行。
[0027]所述步骤C中，升温过程为:先以6?10°C /min的升温速率升至150°C，再以3?60C /min的升温速率升至400?550°C，常压恒温炭化时间为4?6h。
[0028]本发明的超临界溶剂萃取煤直接液化残渣制备中间相沥青的方法，以煤直接液化残渣为原料制备中间相沥青，该方法将煤直接液化残渣置于萃取装置中，以超临界状态下的有机溶剂对其进行连续萃取，萃取产物和溶剂在溶剂分离罐中完成分离，萃取产物以固态富集在溶剂分离罐中，便可得到精制的中间相沥青，气态溶剂经冷凝管冷却和减压蒸馏后回到溶剂罐，完成萃取循环。该方法工艺简单，所得到的中间相沥青具有C/Η原子比高，芳碳率高等特点，而且灰分含量、硫含量、喹啉不溶物(QI)含量均较低，是优质的中间相沥青。将其进行炭化，可得到具有大量广域流线型结构的高质量中间相。能更加充分合理的对液化残渣进行利用。
[0029]在步骤A中，煤直接液化残渣放置于高压萃取釜中，并且为了增加传质效率，将液化残渣平均分置于两块筛网上，以上下双层的方式固定于高压萃取釜中，筛网规格为100?200目。将高压萃取装置整体加热升温至溶剂的临界温度以上。
[0030]在步骤B中，所使用的萃取溶剂为正己烷、苯、丙酮、异丙醇中的一种，萃取溶剂通过高压溶剂泵由萃取釜底部注入，由高压精馏柱顶