用于高灰分煤的预处理以生产根据本发明的洗精煤的方法流程图的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于处理煤以获得较低的灰分含量煤的方法，包括（i）在预处理装置中采用超声波或采用微波预处理高灰分煤；（ii）在具有一定量的乙二胺（EDA）或一乙醇胺（MEA）的N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）的溶液中形成煤粉的浆料，NMP与EDA或MEA比可为1:1～20:1，所述浆料含有约10～25ml溶液/g的煤；（iii）在回流的条件下将所述浆料保持于约170～190℃的温度约15分钟～2小时的时间段；（iv）通过粗过滤，以0.025mm滤布将回流的溶液分离为两部分，其由滤液或提取液和残留物组成；（v）通过提取液的蒸发回收至多85%的溶剂；（v）通过添加水至浓缩的提取液中，沉淀该煤；（vi）通过过滤分离该煤，所述煤具有降低的灰分含量和（vii）通过水-溶剂溶液的蒸馏回收剩余的溶剂。
【专利说明】用于高灰分煤的预处理以生产根据本发明的洗精煤的方法流程图
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及通过采用微波和超声处理继之以溶液提取的高灰分煤的预处理从高灰分煤生产用于不同的冶金应用的低灰分洗精煤的方法。
【背景技术】
[0003]化学选矿方法的概念和实践来自物理选矿方法的局限。广泛地，通过存在于煤中的矿物质的化学浸浙或在不同的有机溶剂中溶解煤的有机物质，化学选矿方法是可能的。因为煤是有机和无机成分的异质混合物，所以煤的溶剂分解随着其组分、成熟度和结构特性而变化。因为在具体的地理位置中可获得的矿物质(非可燃)非常精细地散布于有机质中，所以非常难于通过常规的物理洗煤技术将非可燃矿物质移除。该类型的煤的高百分比的近重力物质的存在使实施重力分离方法的范围受限。这表明化学处理可为克服该物理选矿方法的局限的正确途径。关于化学选矿技术方面的多个技术文献是可获得的，其采用高度腐蚀性的化学物质(通常酸和碱)。这些化学物质的回收或再生对使该技术可行是非常重要的。降低灰分的平行途径可为通过溶剂净化从煤回收额外的有机物质。文献表明进行了关于该课题的大部分研究工作，目的是在具有生产用于高科技最终用途的小于0.2%的灰分含量的超洗精煤或超级洗精煤。该常规的溶剂净化方法并不主要用于满足钢铁工业的低灰分煤要求的目的，这是因为低回收率，其使该方法为不经济的，特别是当不绝对需要这样的超洗精煤且因产率而使该方法的成本太高的时候。
[0004]现有技术方法的主要优点为:i)在主要的过程流中的溶剂回收的容易性；ii)回收溶剂的溶剂分解效率如新鲜溶剂的效率；iii)溶剂的95~98%的回收率；iv)洗精煤的改善的焦化性质，和V)工业有机溶剂的可获得性。
[0005]根据现存的方法，将煤、溶剂(N-甲基-2-吡咯烷酮，NMP)和共溶剂(乙二胺，EDA或一乙醇胺，MEA)充分混合以生产煤浆料。以已知的方式提取煤浆料，其包括煤-溶剂混合物。在分离装置中分离该混合物以生产较粗粒级和较细的粒级。将该较细的粒级装入蒸发器装置以允许70~80%的溶剂回收率。然后将热浓缩的煤-溶剂混合物流入沉淀罐中以沉淀该煤，其中将水用作抗溶剂。水将溶剂与煤分离，且我们得到了水-溶剂混合物，将其装料入蒸馏装置以分离溶剂和抗溶剂。且在过滤装置中分离沉淀的煤。
[0006]在现存的方法中，不进行煤的预处理。其为没有煤的任何预处理的煤的溶剂提取方法。因此，存在通过微波和超声处理的煤的预处理的范围，1)打开煤样品的孔隙，设施且(2)分裂煤(有机物质)和矿物质物理(或化学物质)结合，用于洗精煤提取率的提高。我们的目标为进行溶剂提取和预处理之后溶剂提取的比较研究。而且，将研究室温溶解度作为降低热消耗的另一个尝试。
[0007]JP2001026791公开了用于生产无灰分煤的方法，其为在用于提取无灰分煤的氯化物或氟化物化合物的存在下，使原料煤与N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂或二硫化碳与N-甲基-2-吡咯烷酮的混合溶剂接触。
[0008]JP2010023018记载了预处理方法和设备。相应地，将清洁剂、发泡剂和空气送入浆料化的煤灰分中，其由未燃烧的含碳的煤灰分和水组成，以产生气泡，且在气泡中俘获未燃烧的碳。在将浆料化的煤灰分装入用于分离尾灰分的浮选设施(具有低的未燃烧的碳含量)之前，通过超声波产生设备向其发出超声波，使得来自煤灰分的未燃烧碳的分离效率得到提闻。
[0009]W02010029563教导了用来从高灰分煤生产低灰分洗精煤的改善的有机-提炼方法，该方法包括以下步骤:煤、溶剂和共溶剂的混合；通过泵送，将浆料装入反应器；将该反应器保持约200°C~300°C的温度和1.5atm.的压力下；提取煤-溶剂混合物；将该提取的煤装入闪蒸器装置；从闪蒸器装置回收约30%的溶剂；将剩余的重物质和某些煤提取液装入蒸发器；从蒸发器提取约60%的溶剂；将残留物从蒸发器排出至沉淀器；在转鼓式过滤机中过滤该浆料；收集作为含有0.1~10%灰分的残留物的超级洗精煤；将滤液装入蒸馏设备中；分离水和有机物质以回收剩余溶剂的至少7~8%。
[0010]US2005236403公开了多相物质的预处理。该物质具有物质的第一相和物质的第二相。该方法包括电磁加热(优选采用微波)该物质，用来以连续过程产生具有至少IO9W.m_3的能量密度，其中该物质进入且通过电磁，优选微波至处理区域中。在将该物质从处理区域通过用于随后的操作之前，该物质在处理区域中经历暴露于微波，持续约1/2秒以下的时间。
[0011]但是，参与开发该公开的发明的本发明人已经发现，洗精煤的回收和其灰分含量取决于不同的操作参数和装料特性，例如以不同的尺寸的回流溶液的较快的且方便的过滤、溶剂和共溶剂、煤和源(装料特性)、颗粒尺寸、煤-溶剂比率、提取时间和提取温度的选择。
[0012]通过引用，将在先的印度专利申请号1336/K0L/2008、1088/K0L/07和1292/K0L/06并入本文中。
[0013]发明目的
[0014]因此，本发明的目的是提出从高灰分煤生产低灰分洗精煤的方法。
[0015]本发明的另一个目的是提出从高灰分煤生产低灰分洗精煤的方法，其中通过溶剂提取方法处理煤。
[0016]本发明的另一个目的是提出从高灰分煤生产低灰分洗精煤的方法，其中在溶剂提取过程之前采用微波处理该煤。
[0017]本发明的另一个目的是提出从高灰分煤生产低灰分洗精煤的方法，其展现了溶剂的高回收率。
[0018]本发明的另一个目的是提出从高灰分煤生产低灰分洗精煤的方法，其中在溶剂提取过程之前采用超声波处理煤。
[0019]本发明的进一步的目的是提出从高灰分煤生产低灰分洗精煤的方法，其中在溶剂提取过程之前打开煤孔隙。
[0020]本发明的进一步的目 的是提出从高灰分煤生产低灰分洗精煤的方法，其中将溶剂和共溶剂用于提取过程。[0021]本发明的进一步的目的是提出从高灰分煤生产低灰分洗精煤的方法，其通过使用共溶剂降低了热能的消耗，这在比当仅使用溶剂时需要的温度低的温度下允许煤-溶剂-共溶剂的回流。
[0022]本发明的进一步的目的是提出从高灰分煤生产低灰分洗精煤的方法，其通过允许在室温下溶解，降低了热能的消耗。
[0023]发明概述
[0024]根据本发明的方法，以预定比率提供煤、溶剂和共溶剂。煤与溶剂的比率为1:6~1:20 (重量/体积、g/ml)不等，煤与溶剂的比率为重量/体积，且溶剂与共溶剂比率为体积/体积，不论何处所述。煤与共溶剂的比率为1:1~1:5 (g/ml)不等，同时共溶剂与溶剂的比率为1:1~1:20不等。EDA、MEA、NMP和水的沸点分别为117°C、170°C、202°C和100。。。根据该创造性的方法，在超声处理设备中预处理煤2分钟~10分钟，且然后在室温下在回流条件下进行溶剂提取。在其他创造性的方法中，在微波炉中预处理该煤30秒~2分钟，且然后在回流条件下进行溶剂提取。在其他创造性的方法中，仅通过溶液提取方法，不进行预处理，采用溶剂(NMP)和共溶剂(EDA或MEA)处理煤15分钟~2小时。在其他创造性的方法中，在室温下，采用NMP和EDA溶解煤。
附图简介
[0025]图1显示了用于高灰分煤的预处理以生产根据本发明的洗精煤的方法流程图。
[0026]发明详述
[0027]根据本发明，在回流条件下通过溶剂提取过程处理高灰分煤15分钟~2小时以生产洗精煤。通常，溶剂不能渗入煤的孔隙中。已知采用预处理打开煤的孔隙以提高溶剂提取过程中的洗精煤的产率。因此，在溶剂提取过程之前，在超声处理设备中以及微波炉中预处理该煤以打开该煤的孔隙。该预处理倾向于分裂煤的有机物质及其无机矿物质之间的结合力。在超声处理装置中处理煤样品连同溶剂2~10分钟，同时在微波炉中处理30秒~2分钟。保持此浆料(煤溶剂浆料)用`于室温提取或传送至提取设备，在该设备中进行提取15分钟~2小时。然后使用500不锈钢BSS目(0.025mm)布过滤回流的混合物。与通过使用已知的沃特曼(Whatman)滤纸获得的相比,这些步骤允许以0.025mm尺寸的较粗和较快的过滤。因此，可清楚地实现洗精煤的产率方面的提高和洗精煤的灰分含量方面的同时提高。相应地，发现本发明的方法对通过较快的过滤过程生产具有低灰分含量(5~10%)的高产率洗精煤是有利的。
[0028]装料煤灰分为25~35%。NMP和MEA、NMP和EDA的比率可为1:1~20:1不等，且煤(g)与溶剂(ml)的比率可为1:0.6~1:20不等。当煤与共溶剂的比率为1:1而无超声处理时获得的产率(45%)与通过超声处理继之以溶剂提取获得的提取产率(47%)的比较，显示了产率方面的改善。洗精煤灰分为8~10%。在共溶剂与溶剂比率1:1的情况下，不进行超声处理而获得了提取产率(35%)，而超声处理继之以溶剂提取获得了提取产率(37%)。洗精煤灰分为10~12%。再次，这显示了采用超声处理的改善的结果。无微波处理时提取产率为约45%，而微波继之以溶剂提取为约47%。洗精煤灰分为8~10%。无微波处理时，装料煤样品具有约13%的灰分，提取产率为约66%，而当在微波炉中预处理继之以溶剂提取时为约68%。采用超声处理或采用微波的煤预处理对洗精煤产率改善有帮助。本发明因此使通过相对较快的过滤以非常高的产率生产用于炼焦目的的低灰分(< 12%)洗精煤成为可能。以干矿物质基础计，该提取产率将为更高。
[0029]不进行煤的预处理获得的结果如下。装料煤灰分为25~35%。NMP和MEA、NMP和EDA的比率为1:1~20:1不等，且煤(g)与溶剂(ml)的比率可为1: 0.6~1:20不等。当采用NMP和EDA处理该煤时，洗精煤产率为约45%，具有8%的灰分。当采用NMP和MEA处理该煤时，洗精煤产率为45~50%，且洗精煤灰分为5~8%。两种共溶剂均给我们相似的结果。这显示出我们可使用EDA及MEA作为煤的溶剂提取过程中的共溶剂。
[0030]已开发了用于实验(bench)规模操作的方法，其显示于图1中。该方法由7个装置组成，即(i )超声处理或微波炉(I)、( i i )提取器(2 )、( i i i )第一过滤(3 )(分离尺寸500目)、(iv)蒸发器塔(4)、(v)沉淀罐(5)、(vi)第二过滤(6)(用于完全的固液分离)和(vii)蒸馏筒(7)。
[0031]在提取之前，在超声处理或微波装置中预处理煤。在这些装置中的滞留时间可为30秒~10分钟不等。在煤-溶剂装料罐中充分混合煤、溶剂和共溶剂。如果不进行预处理，则煤溶剂浆料会被直接从装料罐装入反应器/提取器。然后，将煤浆料泵送至提取器(2)中。慢慢地在反应器(I)中实现了约170~190°C的温度。这比当不使用共溶剂时用于NMP的回流温度低约12~32°C。因此，共溶剂的使用给予了能量的保存且因此节省了在回流期间的所需要的热能。在提取器(2)中的滞留时间可为15分钟~2h不等，且即受该方法及其具体要求的技术经济性的控制。然后，通过第一过滤器(3)或任何分离装置将提取的煤-溶剂混合物分离，这可将混合物分为两种粒级:较粗粒级(+0.025mm)和较细粒级(-0.025mm)。较粗粒级含有高的灰分且被称作残留物。然后将较细粒级或过滤的提取液装入蒸发装置(4)。通过蒸发装置(4)可允许最大80~85%的溶解回收率。将浓缩的煤-溶剂混合物流入沉淀罐(5)中。因为 NMP-EDA或NMP-MEA溶剂可溶于水中，所以提取的煤与溶液相得到分离，且变为沉淀。通过第二过滤器(6)将该沉淀的煤分离。这样获得的洗精煤含有小于8%灰分。该滤液由溶剂-水溶液组成，且通过第二蒸馏装置(7)回收溶剂。蒸馏装置(7 )的第二产物为热水，可将其用作沉淀罐(5 )中的清洗介质。可通过蒸发器和蒸馏装置(4、7)回收约98~99%的溶剂。
【权利要求】
1.用于处理煤以获得较低灰分含量的煤的方法，包括:(i)在预处理装置中采用超声波或采用微波预处理高灰分煤；(ii)在具有一定量的乙二胺(EDA)或一乙醇胺(MEA)的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的溶液中形成煤粉的浆料，NMP与EDA或MEA的比率可为1:1~20:1，所述浆料含有约10~25ml的溶液/g煤；(iii)在回流的条件下将所述浆料保持在约170~190°C的温度下约15分钟~2小时的时间段；(iv)通过粗过滤，以0.025mm滤布将回流的溶液分离为两部分，其由滤液或提取液和残留物组成，(V)通过提取液的蒸发，回收至多85%的溶剂；(V)通过在浓缩的提取液中添加任何抗溶剂或水来沉淀该煤；(vi)通过过滤分离该煤，所述煤具有降低的灰分含量和(vii)通过抗溶剂(水)_溶剂溶液的蒸馏回收剩余的溶剂。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述煤包含原煤。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述煤包含中等炼焦煤。
4.如权利要求1所述的方法，其中在物理选矿之后，所述煤包含洗精煤。
5.如权利要求2所述的方法,其中所述颗粒尺寸优选为-2mm、-0.5mm,更优选-0.25mm或取决于要求的任何精细尺寸。
6.如权利要求1所述的方法，其中通过回流溶液的精过滤生产具有<1%的灰分含量的超低灰分洗精煤或超级洗精煤。
7.如权利要求6所述方法，其中可将具有<0.2%灰分含量(当通过沃特曼滤纸过滤时)的所述超低灰分洗精煤或超级洗精煤用于生产石墨、液体燃料、芳香族聚合物、碳材料例如碳纳米管。
8.如权利要求1所述的方法，其中通过回流溶液的粗过滤生产具有<12%的灰分含量的中等灰分洗精煤。
9.如权利要求8所述的方法，其中可将具有<8%的灰分含量的所述中等灰分洗精煤用于炼焦和钢铁工业中的高炉喷吹和发电。
10.如权利要求1所述的方法，其中实现了99%的溶剂回收率。
11.如权利要求1所述的方法，其中采用超声处理的煤预处理继之以提取生产了具有<8%的灰分的低灰分洗精煤。
12.权利要求1所述的方法，其中通过采用微波的煤预处理继之以提取生产具有<8%的灰分的低灰分洗精煤。
13.如权利要求1所述的方法，其中通过无任何预处理的煤的溶剂提取方法，生产具有<8%的灰分 的低灰分洗精煤。
14.如权利要求1的方法，其中通过室温溶解通过煤的溶剂提取方法生产低灰分洗精煤。
【文档编号】C10L9/02GK103748196SQ201280039192
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2012年9月4日 优先权日:2012年3月14日
【发明者】K·C·维马尔, P·K·巴纳吉, D·K·沙马 申请人:塔塔钢铁有限公司