专利名称：一种制备超纯煤的设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及煤炭化学加工领域，尤其涉及一种制备超纯煤的设备。
背景技术：
在我国丰富的煤炭资源中，褐煤和次烟煤等低阶煤所占的比例达到40%以上。低 阶煤的液化反应活性高，易于液化，被认为是煤直接液化的理想原料。目前开发的煤炭直接 液化工艺均是以固态煤粉为原料，以油煤浆悬浮液的形式进料，在高温高压下直接与氢气 进行液化反应转化成液体油品的工艺技术，如H-Coal工艺、NEDOL工艺及神华煤液化工艺 (CN1587351A)等。然而，有些低阶煤中灰含量较高，煤中的灰分进入液化系统后不仅会降低 煤液化反应器的处理能力，还会带来诸如设备磨损、堵塞等问题，另外，灰分在分离过程中 还将带走部分液化生成油，从而降低了总液化油的产率。另外，对于传统的煤炭直接液化工 艺来说，由于煤炭中灰分的存在，使催化剂的回收比较困难。煤中的惰质组分在通常的液化 反应条件下难于液化，在液化过程中以惰性成分的形式存在，因此从经济角度考虑，直接液 化工艺应尽可能选择惰质组分含量低的煤种。适于直接液化的低阶煤通常氧含量较高，大 部分介于10% 25%之间，较高的氧含量不但增加了氢耗量，导致制氢装置规模庞大，而 且液化的水产率较高，使液化油产率相对偏低。如何降低低阶煤的灰含量，提高其利用效率成为人们研究的热点。有研究者利用 酸碱水热处理的方法实现脱灰的目标(W02004039927和CN1708574A)，但该方法很难将煤 中的灰分降低到以下，更重要的是酸碱处理过程中所使用的强酸、强碱会造成设备的严 重腐蚀，造成处理成本比较昂贵。与酸/碱脱灰方法不同，煤的溶剂热萃取是将煤在有机溶 剂和加热(> 300°C )的作用下，使煤分子之间的交联键发生断裂，溶解在热有机溶剂中，经 固液热分离得到有机萃取物的一种方法。在热萃取过程中，只有煤中活性较高的有机质被 萃取出来，灰分和惰质组分被保留在萃取残渣中。此外，在热的作用下，煤中的活性氧官能 团将发生分解，具有一定的脱氧作用。因此，煤的溶剂热萃取具有脱灰、脱惰质组分、脱氧的 特点，将降低灰分和惰质组分对煤液化工艺的影响，减少液化过程的氢耗量和水产率，提高 液化油收率，提高煤液化处理装置的生产能力，有利于实现催化剂的回收再利用。另外，通 过溶剂热萃取得到的低灰低氧高碳的超纯煤还是制备碳材料的最佳原料。对于现有技术中的制备超纯煤的设备来说，大多是间歇式或半连续式的设备，并 且过滤堵塞问题较严重。因此，当前存在对超纯煤的连续制备设备存在需要，并且这种设备 不仅能解决过滤堵塞问题，并且工作条件属于温和条件，即不需强酸、强碱，不需严格无水 无氧，也不需任何氧化剂及还原剂，不需高温或深冷，也不需剧烈搅拌。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种制备超纯煤的设备，其结构紧凑、能耗低、操作方 便、萃取率高，并且适用于温和条件下对褐煤或低阶煤进行脱灰脱氧。因此，本实用新型提供一种制备超纯煤的设备，该设备包括依次流体连通的煤浆计量罐、煤浆泵、煤浆预热器、热萃取反应器、至少一个高温分离器，所述高温分离器还分别 流体连通到重质产物接收罐和至少一个低温分离器，而该重质产物接收罐又流体连通到热 过滤器并且所述低温分离器还流体连通到轻质产物接收罐；该设备还包括分别流体连通到 该煤浆泵和该煤浆预热器之间的管路以及该重质产物接收罐的气体压缩机，以及设置在所 述高温分离器和低温分离器之间管路中的冷却器。在本实用新型中，热过滤器的出口端可 以连通到煤浆液化装置，也可以连通到超纯煤浆接收罐。另外，由于热萃取反应需要在非氧 气氛下进行，因此气体压缩机输送的气体可以是氮气、氢气或氦气等。根据本实用新型的一个优选方案，该设备还包括设置在煤浆预热器和热萃取反应 器之间的管道加热器，用于保证煤浆从煤浆预热器到热萃取器的过程中保持在300°C左右 的温度，以利于后续的加工过程。在这里，管道加热器例如是电伴热装置。有利的是，为了 能够有效利用从低温分离器分离出的气体成分，低温分离器还流体连通到该气体压缩机和 该煤浆预热器之间的进气管路。在本实用新型的一个方案中，煤浆计量罐包括釜体、位于釜体顶部的煤浆入口阀、 位于釜体底部的煤浆出口，还包括位于釜体腔室内的搅拌器和热电偶。有利的是，煤浆计量 罐还包括在釜体腔室内设置在该搅拌器下方的过滤网。由萃取剂和煤粉配好的煤浆通过打 开煤浆进口阀进入煤浆计量罐中，由搅拌器以例如200 400转/分的速度进行搅拌以将 煤浆混合均勻，同时使煤浆在计量罐内的温度保持在100 V左右。经过滤网过滤后的煤浆然 后通过煤浆泵通经煤浆出口进入煤浆预热器中。在本实用新型中，煤浆预热器包括釜体，位于该釜体顶部的煤浆出口、位于釜体底 部的煤浆入口阀以及布置在釜体腔室中的热电偶。煤浆预热器配置成至少能耐350°C的温 度，至少能耐例如IOMpa压力，在该煤浆预热器中将煤浆预热到约300°C。从煤浆预热器出 来的煤浆经管道加热器保温后进入热萃取反应器。另外，该煤浆预热器还设有压力表，用于 监测釜体内部的压力。按照本实用新型的一个方案，热萃取反应器包括釜体、位于釜体顶部的煤浆出口、 位于釜体底部的煤浆入口阀以及位于釜体腔室中的搅拌器和热电偶。该热萃取反应器配置 成能承受至少IOMpa的压力，至少420°C的温度，而搅拌器的速度优选为200 400转/分。 另外，为了更好地控制热萃取反应，还配设有压力表和在线取样器，用于监测热萃取反应器 内的压力，以及了解随萃取时间变化萃取的进展情况。在本实用新型中，高温分离器包括釜体、位于釜体顶部的入口阀和轻质组分出口、 位于釜体底部的重质组分出口以及布置在釜体腔室中的热电偶。可以根据物料情况选择设 置一个高温分离器或多个高温分离器。该高温分离器的工作温度约为210°c。类似地，该高 温分离器同样设有压力表。有利的是，为了更好地控制高温分离器，还设有安全阀。按照本实用新型的一个方面，低温分离器包括釜体、位于在釜体顶部的轻质组分 入口阀阀和气相组分出口阀以及布置在釜体底部的轻质液相组分出口阀。类似地，可以根 据物料情况来选择设置一个低温分离器或多个低温分离器。该低温分离器的工作温度约为 30°C左右，工作压力约为4-8Mpa。在本实用新型中，重质产物接收罐包括釜体、位于该釜体顶部的重质产物入口阀 和进气阀、位于该釜体底部的重质产物出口阀以及位于釜体腔室中的搅拌器和热电偶。 该重质产物接收罐配置成能承受约350°C温度、以及约IOMpa的压力，其工作温度为约200°C 300°C，工作压力为约l-4Mpa。为了监测接收罐内部的压力，同样也设有压力表。在本实用新型中，热过滤器包括釜体、位于该釜体顶部的重质产物进口和放空阀、 位于该釜体底部的滤液出口、位于该釜体的腔室内的热电偶，以及位于该釜体的腔室内的 筒式滤芯。热过滤器配置成工作温度约为200°C 300°C，工作压力为l_4Mpa。在釜体腔 室内，该筒状滤芯布置成使来自重质产物进口的所有重质产物由其过滤后再从滤液出口流 出，由此从热过滤器流出的滤液为超纯煤。在本实用新型中，所用到的搅拌器优选为磁力搅拌器。但本领域技术人员应当明 白，其它任何合适搅拌器均是容许的。和现有技术中制备超纯煤的非连续设备相比，根据本实用新型的制备超纯煤的设 备具有以下有益效果采用加压、耐热的热过滤器，可以使超纯煤浆和剩余残渣快速、容易 地分离，有效防止滤芯的堵塞；从煤浆制备到超纯煤浆的生成均在封闭的连续设备内进行， 无环境污染且易于操作；反应产物通过高温分离器除去轻质组分，有效防止了超纯煤浆在 重质产物接收罐中沉降堵塞现象；所得超纯煤浆可以直接进入液化装置进行直接液化，减 少了灰分磨损和氢耗量；所得超纯煤也易于制备碳材料，萃取后残渣可作为吸附材料或橡 胶添加剂，实现了煤的高附加值利用。
以下结合附图对本实用新型中的示例性实施例进行描述，以更进一步理解实用新 型的技术方案，但不构成对本实用新型的限制。
图1为本实用新型的制备超纯煤的设备的一个实施例的结构示意图。图2为本实用新型的煤浆计量罐的一个实施例的结构示意图。图3为本实用新型的煤浆预热器的一个实施例的结构示意图。图4为本实用新型的热萃取反应器的一个实施例的结构示意图。图5为本实用新型的高温分离器的一个实施例的结构示意图。图6为本实用新型的低温分离器的一个实施例的结构示意图。图7为本实用新型的重质产物接收罐的一个实施例的结构示意图。图8为本实用新型的热过滤器的一个实施例的结构示意图。附图标记一览表A-煤浆计量罐；B-煤浆泵；C-气体压缩机；D-煤浆预热器；E-管道加热器；F-热 萃取反应器；G-高温分离器；H-低温分离器；I-重质产物接收罐J-热过滤器；K-轻质产 物接收罐；L-冷却器；1-煤浆入料口阀；2,10,25 ；-磁力搅拌器；3，8，11，16，26，32-热电 偶；4-煤浆出口阀；5-过滤网；6-煤浆入口阀；7-预热煤浆出口 ；9，13，19，30-压力表； 12-反应产物出口 ； 14-在线取样器；15-预热煤浆入口阀；17-产品物料入口阀；18-轻质 组分出口 ；20-安全阀；21-重质组分出口 ；22-轻质组分入口阀；23-气相组分出口 ；24-轻 质液相组分出口 ；27-重质产物入口阀；28-进气阀；29-压力调节阀；31-重质产物出口 ； 33-筒式滤芯；34-重质产物入口阀；35-放空阀；36-滤液出口。
具体实施方式
图1示出了根据本实用新型的制备超纯煤的连续设备的一个实施例。该设备包括依次流体连通的煤浆计量罐A、煤浆泵B、煤浆预热器D、热萃取反应器F、至少一个高温分离 器G，高温分离器G还分别流体连通到重质产物接收罐I和至少一个低温分离器H，而重质 产物接收罐I又流体连通到热过滤器J并且所述低温分离器还流体连通到轻质产物接收罐 K ；该设备还包括分别流体连通到该煤浆泵B和该煤浆预热器D之间的管路以及该重质产物 接收罐K的气体压缩机C，以及设置在所述高温分离器和低温分离器之间管路中的冷却器 L，其中低温分离器H还流体连通到气体压缩机和煤浆预热器之间的进气管路。有利的是， 该设备还包括设置在该煤浆预热器D和热萃取反应器F之间的管道加热器E。如图2所示，煤浆计量罐A包括耐温釜体，釜体上设有通向釜体内的磁力搅拌器2 和热电偶3，釜体内搅拌器的下方还设有过滤网5，釜体的顶盖上设有煤浆入料口阀1，釜体 的底部设有煤浆出口阀4。将由煤粉和萃取剂配好的煤浆经煤浆入料口阀1装入釜体内并 保持100°C左右的恒温，在磁力搅拌器2以大约200 400转/分的搅拌条件下通过过滤网 5滤掉大颗粒煤后经煤浆出口阀4进入高压煤浆泵B的煤浆入口管路。本领域技术人员应 当明白，萃取剂可以为煤液化油经加氢处理得到的液态产物，例如煤液化轻油、煤液化中油 和/或煤液化重油经加氢处理得到的液态产物；煤液化加氢循环溶剂；或者它们的混合物。参见
图1和图3，高压煤浆泵B的煤浆出口管路与气体压缩机C的气体例如氮气 出口管路汇合后一并与煤浆预热器D底部的煤浆入口的煤浆入口阀6管路相连通。在这里 高压煤浆泵B的压力一般为4Mpa 5Mpa，根据需要，高压煤浆泵的压力可以高达IOMpa 15Mpa。再参见图3，煤浆预热器D包括高压耐温釜体，釜体上设有通向釜体内的热电偶8， 釜体顶盖上设有预热煤浆出口阀7，釜体底部设有煤浆入口阀6。来自高压煤浆泵B的煤浆 经煤浆入口阀6进入煤浆预热器D，在预热器里升到一定的温度例如约300°C的温度经预热 煤浆出口阀7进入管道加热器E，通过管道加热器E之后的煤浆管路与热萃取反应器F的底 部煤浆入口的预热煤浆入口阀15管路相连，从而使经过管道加热器E保温后的煤浆进入热 萃取反应器F中。在该实施例中，煤浆预热器配置成至少能耐350°C的温度，至少能耐例如 IOMpa压力，如图4所示，热萃取反应器F包括高压耐高温釜体，釜体上设有通向釜体内的磁力 搅拌器10和热电偶11，釜体的顶盖上分别设有反应产物出口阀12、压力表13和在线取样 器14，釜体底部设有预热煤浆入口阀15。来自管道加热器E的预热煤浆经预热煤浆入口阀 15进入热萃取反应器F，在磁力搅拌器10的以大约200 400转/分的连续搅拌下升到反 应所需温度例如370°C 400°C，并在4Mpa SMpa的压力下进行热萃取反应，反应后的物 料经反应产物出口阀12排出，进入高温分离器G。反应器中热萃取反应的压力可以由压力 表13读取，同时可以通过在线取样器14取得反应物料样品进行在线分析，以监控萃取过程 的进展。参见图5，高温分离器G包括高压耐高温釜体，釜体上设有通向釜体内的热电偶 16，釜体顶盖上分别设有产品物料进口阀17、轻质组分出口阀18、压力表19和安全阀20，釜 体底部设有重质组分出口阀21。反应后的产品物料经产品物料进口阀17进入高温分离器 G，在例如大约210°C的工作温度下、4-8Mpa的工作压力下将反应产物分成轻质组分和重质 组分，轻质组分经轻质组分出口阀18进入冷却器，重质组分经重质组分出口阀21进入重质 产物接收罐I。本领域技术人员应该理解，在这里轻质组分主要指沸点小于200°C的轻油馏分和气相产物；重质组分主要是沸点大于200°C的油类、超纯煤及煤渣。如图6所示，低温分离器H包括两个高压耐温釜体，釜体顶盖上分别设有轻质组分 进口阀22和气相组分出口阀23，釜体底部均设有轻质液相组分出口阀24。来自冷却器L 的轻质组分经轻质组分进口阀22进入低温分离器H，在30°C左右的工作温度下、4-8Mpa的 工作压力下将轻质组分分离成轻质液相组分和气相组分，轻质液相组分经轻质液相组分出 口阀24进入轻质油接收罐K，气相组分经气相组分出口阀23排出，一部分作为循环气进入 系统，另一部分作为尾气排出。参见图7，重质产物接收罐I包括高压耐高温釜体，釜体上设有通向釜体内的磁力 搅拌器25和热电偶26，釜体顶盖上分别设有重质产物进口阀27、进气阀28、压力调节阀29 和压力表30，釜体底部设有重质产物出口阀31。重质产物经重质产物进口阀27进入重质 产物接收罐I，在磁力搅拌25的不以大约200 400转/分的连续搅拌下通过热电偶26的 加热升到过滤所需温度例如20(TC 30(TC，通过压力调节阀29调节过滤所用压力(一般 为IMPa 4Mpa)，重质产物在该搅拌条件下经重质产物出口阀31进入热过滤器J。如图8所示，热过滤器J包括中压耐高温釜体，釜体设有通向釜内的热电偶32，釜 体内设有筒式滤芯33，釜体顶部分别设有重质产物进口阀34和放空阀35，釜体底部设有滤 液出口阀36。重质产物经重质产物进口阀34进入已升至例如200°C 300°C的热过滤器J， 在大约lMpa-4Mpa的气体压力作用下流经筒式滤芯33实现重质产物的固液分离，纯煤滤液 经滤液出口阀36排出，固体残渣采用间歇式取出。虽然本实用新型中是采用过滤分离，但 本领域技术人员应该明白，也可以采用其它合适的分离方式，例如离心分离、沉降分离等。 分离方式的选择，取决于萃取剂的类型，特别是粘度，例如在本实用新型中，萃取剂为加氢 循环溶剂，较粘稠，和煤混合后不易分离，离心和沉降均不能很好的使其分离，热过滤为优 选方案。另外，在本实用新型中，该热过滤器J的滤液出口管路经滤液出口阀36与煤浆液 化装置相连，或者与超纯煤浆接收罐相连以进行后续加工处理。尽管在本文中叙述了本实用新型的具体实施方式
，但是应该认识到，该具体实施 方式仅仅是对本实用新型的描述性说明，而不限定本实用新型的内容。本领域的熟练技术 人员在不偏离本实用新型的精神及主旨的前提下对以上具体实施方式
的任何更改或改动 均在本实用新型的权利要求所主张的保护范围内。
权利要求一种制备超纯煤的设备，其特征在于，该设备包括依次流体连通的煤浆计量罐(A)、煤浆泵(B)、煤浆预热器(D)、热萃取反应器(F)、至少一个高温分离器(G)，所述高温分离器(G)还分别流体连通到重质产物接收罐(I)和至少一个低温分离器(H)，而该重质产物接收罐(I)又流体连通到热过滤器(J)并且所述低温分离器还流体连通到轻质产物接收罐(K)；该设备还包括分别流体连通到该煤浆泵(B)和该煤浆预热器(D)之间的管路以及该重质产物接收罐(K)的气体压缩机(C)，以及设置在所述高温分离器和低温分离器之间管路中的冷却器(L)。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括设置在该煤浆预热器(D)和该热萃 取反应器(F)之间的管道加热器(E)。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，该低温分离器(H)还流体连通到该气体压 缩机(C)和该煤浆预热器(D)之间的进气管路。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，该煤浆计量罐(A)包括釜 体、位于该釜体顶部的煤浆入口阀(1)、位于该釜体底部的煤浆出口阀(4)以及位于该釜体 的腔室的搅拌器(2)和热电偶(3)，在该腔室内还设有位于该搅拌器下方的过滤网(5)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述煤浆预热器(D)包括釜 体，位于该釜体顶部的煤浆出口阀(7)、位于该釜体底部的煤浆入口阀(6)以及位于该釜体 的腔室中的热电偶(8)。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述热萃取反应器(F)包括 釜体、位于该釜体顶部的煤浆出口阀(12)、位于该釜体底部的煤浆入口阀(15)以及位于该 釜体的腔室中的搅拌器(10)和热电偶(11)。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述高温分离器(G)包括釜 体、位于该釜体顶部的入口阀(17)和轻质组分出口阀(18)、位于该釜体底部的重质组分出 口阀(21)以及位于该釜体的腔室中的热电偶(16)。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述低温分离器(H)包括釜 体、位于在该釜体顶部的轻质组分入口阀(22)和气相组分出口阀(23)以及位于该釜体底 部的轻质液相组分出口阀(24)。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述重质产物接收罐(I)包 括釜体、位于该釜体顶部的重质产物入口阀(27)和进气阀(28)、位于该釜体底部的重质产 物出口(31)以及位于该釜体的腔室中的搅拌器(25)和热电偶(26)。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述热过滤器(J)包括 釜体、位于该釜体顶部的重质产物进口(34)和放空阀(35)、位于该釜体底部的滤液出口 (36)、位于该釜体的腔室内的热电偶(32)，以及位于该釜体的腔室内的筒式滤芯(33)。
专利摘要本实用新型提供一种制备超纯煤的设备，其特征在于，该设备包括依次流体连通的煤浆计量罐(A)、煤浆泵(B)、煤浆预热器(D)、热萃取反应器(F)、至少一个高温分离器(G)，所述高温分离器(G)还分别流体连通到重质产物接收罐(I)和至少一个低温分离器(H)，而该重质产物接收罐(I)又流体连通到热过滤器(J)并且所述低温分离器还流体连通到轻质产物接收罐(K)；该设备还包括分别流体连通到该煤浆泵(B)和该煤浆预热器(D)之间的管路以及该重质产物接收罐(K)的气体压缩机(C)，以及设置在所述高温分离器和低温分离器之间管路中的冷却器(L)，其中所述低温分离器(H)还流体连通到该气体压缩机和该煤浆预热器之间的进气管路。
文档编号C10G1/00GK201770680SQ20102052486
公开日2011年3月23日 申请日期2010年9月9日 优先权日2010年9月9日
发明者刘卫兵, 忻仕河, 朱晓苏, 朱肖曼, 李家鹏, 李文博, 李春启, 王伟, 石智杰 申请人:大唐国际化工技术研究院有限公司;煤炭科学研究总院