本发明公开一种可提高焦炭强度的炼焦添加剂的制造方法及制造装置。
背景技术：
通常，焦炭是使用原料煤(cokingcoal)通过炼焦工艺来制造的。用于炼焦的原料煤根据粘结性程度分为硬焦煤和软焦煤。为了大型高炉的稳定的作业，要求使用高强度焦炭。为了制造高强度焦炭，使用粘结性优良的硬焦煤或者相对于软焦煤大量使用硬焦煤较为有利。因此，一直以来在炼焦时大量使用了高品位、价格高的硬焦煤。
然而，因为全世界对用于冶金的焦煤的需求急剧增加以及有限的硬焦煤储量，越来越难以确保硬焦煤，从而导致硬焦煤的价格急剧上升。因此，正在积极地研发一种作为原料煤使用低品位、价格低的亚烟煤或褐煤等非焦煤可以制造出高强度焦炭的技术。
例如，研发出了一种通过将低品位原料煤在高温高压条件下熔化在价格高的超临界溶剂中以提取粘结物的溶剂提取方式来制造炼焦用质量改善剂的技术。
然而，现有结构要求构建大型设备，因而存在所需投资成本过多的缺陷，还需要持续供应价格高的氢气，为此需要氢化设备等价格高的设备，因而存在生产成本增加的问题。
此外，以往关注点主要集中在由煤炼油的生产上，因此缺少大量生产添加剂的条件。
技术实现要素：
技术问题
本发明提供一种最适于提取炼焦添加剂的炼焦添加剂制造方法及制造装置。
另外，本发明提供一种通过最适于提取添加剂的煤液化工艺，可方便、有效地生产用于提高焦炭强度的添加剂的炼焦添加剂制造方法及制造装置。
另外，本发明提供一种无需构建氢化设备等大型设备就可以生产添加剂的炼焦添加剂的制造方法及制造装置。
另外，本发明提供一种可进一步简化制造工艺的炼焦添加剂制造方法及制造装置。
另外，本发明提供一种利用低品位煤可以制造炼焦添加剂的炼焦添加剂制造方法及制造装置。
技术方案
本示例性实施方案的添加剂的制造方法可包含：将煤料分散于溶剂中制浆的煤料预处理工艺；煤料预处理时加入分散型铁催化剂的工艺；将煤浆与裂化气进行反应使煤浆液化的煤液化工艺；煤液化工艺中作为裂化气供应cog及/或lng的工艺；从液化产物分离出添加剂的分离工艺；以及将分离工艺中得到的液态油供应到所述煤料预处理工艺用作溶剂的再循环工艺。
所述煤料预处理工艺还可包含将煤料进行粉碎的步骤和将粉碎后的煤料进行干燥的步骤。
所述煤料可包含褐煤或亚烟煤。
在所述煤料粉碎步骤中煤料可以粉碎成大小为60筛目(mesh)以下。
在所述煤料干燥步骤可以将煤料干燥成水分含量为20wt％以下。
在所述煤料预处理工艺干燥后的煤料可相对于溶剂以1/1至1/4的重量比混合以制浆。
所述分散型铁催化剂可为fe2o3。
所述分散型铁催化剂相对于煤料100重量份可以加入0.5重量份至3.0重量份。
所述煤液化工艺可在250℃至450℃的温度和30bar至120bar的压力下进行。
在所述煤液化工艺可将裂化气加热至300℃至600℃后予以供应。
所述分离工艺可包含：从液化产物分离出气体成分的分离(separating)步骤；将液态物质和固态物质进行分离的过滤步骤；以及对过滤步骤中分离的液态物质进行蒸馏以分离出添加剂的分馏步骤，在所述再循环工艺可以将所述分馏步骤中与添加剂分离的油供应到所述煤料预处理工艺。
所述过滤步骤可在120℃至400℃的温度下进行。
所述分馏步骤可在200℃至350℃的温度下进行。
本示例性实施方案的制造装置可包含：混合罐，其用于将经预处理的煤料和溶剂进行混合以制浆；催化剂供应单元，其用于向所述混合罐供应分散型催化剂；反应器，其用于对经过所述混合罐的煤浆进行液化；供气单元，其用于向所述反应器供应裂化气；分离单元，其用于从产生自所述反应器的液化产物分离出添加剂；以及供应管线，其连接在所述分离单元和所述混合罐之间，用于将分离单元中分离出的油供应到混合罐作为溶剂。
所述分离单元可包含：分离器，其用于从液化工艺产物分离出气体成分；过滤器，其连接在所述分离器，用于将液态物质和固态物质进行分离；以及蒸馏器，其用于对所述过滤器中分离出的液态物质进行蒸馏以分离出添加剂，并通过所述供应管线与所述混合罐连接，以将与添加剂分离的油供应到混合罐。
所述制造装置还可包含：粉碎机，其为了煤料预处理将煤料进行粉碎；以及干燥机，其用于将粉碎后的煤料进行干燥。
所述催化剂供应单元可以是供应分散型铁催化剂的结构。
所述供气单元可以是供应cog及/或lng的结构。
发明效果
如此，根据本示例性实施方案，可以实现优化的添加剂制造工艺。
而且，通过优化添加剂制造工艺，可以更经济、有效地生产炼焦添加剂。
另外，对工艺进行了简化，从而可以降低成本，能够减少添加剂制造费用。
此外，无需构建用于制氢的设备，从而可以降低生产成本。
附图说明
图1是根据本实施例的炼焦添加剂制造装置的结构示意图。
具体实施方式
下面所使用的术语只是出于描述特定实施例的目的，而不意在限制本发明。除非上下文中另给出明显相反的含义，否则本文所使用的单数形式也意在包括复数形式。
还应该理解的是，本说明书中使用的“包含”不是具体指某一特性、领域、整数、步骤、动作、要素及/或成分，并且不排除其他特性、领域、整数、步骤、动作、要素、成分及/或组的存在或附加。
下面参照附图详细说明本发明的实施例，以使所属领域的技术人员容易实施本发明。所属领域的技术人员理应理解，在不脱离本发明的概念及范围的基础上，下述实施例可以变形为各种方式。因此，本发明能够以各种不同方式实施不限于下文所述的实施例。
图1是根据本实施例的炼焦添加剂制造装置的结构示意图。
如图1所示，本实施例的制造装置包含：混合罐10，其用于将经预处理的煤料和溶剂进行混合以制浆；催化剂供应单元20，其用于向所述混合罐10供应分散催化剂；反应器30，其用于对经过所述混合罐10的煤浆(slurry)进行液化；供气单元32，其用于向所述反应器30供应裂化气；分离单元40，其用于从产生自所述反应器30的液化产物分离出添加剂；以及供应管线50，其连接在所述分离单元40和所述混合罐10之间，用于将分离单元中分离出的油供应到混合罐10作为溶剂。
所述制造装置还可包含：粉碎机12，其为了煤料预处理将煤料进行粉碎；以及干燥机14，其用于将粉碎后的煤料进行干燥。
本实施例中用于制造添加剂的原料即煤料可包含褐煤或亚烟煤等低品位非焦煤。褐煤或亚烟煤等低品位煤虽然粘结性等物理性能低，但储量丰富且价格低，因此制造炼焦添加剂时可以降低生产单价。
所述混合罐10将经预处理的煤料和溶剂进行混合而形成煤浆。
在本实施例中，加入所述混合罐10的溶剂利用通过所述分离单元40最终分离出添加剂后剩下的油。
为此，供应管线50连接在分离单元40和混合罐10之间，分离出添加剂后剩下的油通过供应管线50作为溶剂再循环而供应到混合罐10。
如此，经分离单元40分离出的液态油直接供应到混合罐10作为溶剂再使用，从而可以简化设备及工艺，进而降低添加剂生产成本。
所述催化剂供应单元20连接在混合罐10，用于供应分散型铁催化剂。如此，分散型铁催化剂会在混合罐10中与煤料及溶剂均匀地混合。
本实施例中所述分散型铁催化剂可为fe2o3。如此加入分散型铁催化剂而混合到煤浆中，就可以提高液化反应时的反应性。因此，即使在液化反应时作为裂化气使用cog或lng，也因所述分散型铁催化剂提高反应性而可以产生足以生产添加剂的反应效果。
混合罐10中被混合的煤浆通过高压泵输送到反应器30。在混合罐10至反应器30之间输送煤浆的过程中，通过设置在混合罐10和反应器30之间的加热单元16向煤浆供热，从而将煤浆加热至设定温度。
所述反应器30是足以耐高温高压且内部具有反应空间的容器，在高温高压下对煤浆进行液化。反应器30的外侧可以设置向反应器30施加热能的加热器等，而内部可以设置搅拌器。所述供气单元32连接在反应器30的一侧上，用于向反应器30供应裂化气。本实施例中所述供气单元32作为裂化气供应cog(焦炉煤气)、lng(液化天然气)或它们的组合。
如此，作为裂化气利用cog或lng，因此本实施例的装置无需具备现有制氢设备。众所周知制氢设备是相当复杂的设备，建设费用达到整体设备的1/4，运行费用也很高。对于本实施例，无需构建制氢设备，因此可以减小整个工厂规模，而且可以大大降低添加剂的生产成本。
所述分离单元40包含：分离器42，其用于从液化产物分离出气体成分；过滤器44，其连接在所述分离器，用于将液态物质和固态物质进行分离；以及蒸馏器46，其用于对所述过滤器中分离出的液态物质进行蒸馏以分离出炼焦添加剂b。
所述分离单元40的蒸馏器46通过供应管线50与所述混合罐10连接。由此，经过蒸馏器46与添加剂分离的油通过供应管线供应到混合罐10。所述蒸馏器46可以使用分馏器，分馏器利用沸点的差异使添加剂分离。
如上所述，本装置经过分离单元40最终可以生产出炼焦添加剂b。
下面对根据本实施例的添加剂制造过程说明如下。
用于制造添加剂的工艺包含：将煤料分散于溶剂中制浆的煤料预处理工艺；煤料预处理时加入分散型铁催化剂的工艺；将煤浆与裂化气进行反应使煤浆液化的煤液化工艺；煤液化工艺中作为裂化气供应cog及/或lng的工艺；从液化产物分离出添加剂的分离工艺；以及将分离工艺中得到的液态油供应到所述煤料预处理工艺用作溶剂的再循环工艺。
煤料预处理工艺是对用于制造添加剂的原料即煤料进行预处理予以准备的过程，将会经过煤料粉碎后再对粉碎的煤料进行干燥的过程。
作为原料的煤料是粘结性低或没有粘结性且价格低廉的软焦煤(或低级煤)，可以使用褐煤、亚烟煤等。褐煤、亚烟煤等低品位煤通过粉碎机进行粉碎。对于煤料的粉碎，例如可以粉碎成大小为60筛目以下。
粉碎后的煤料经干燥工艺去水分。煤料的水分妨碍煤料和溶剂的混合，并且导致反应器压力不稳定，从而降低反应效率。在本实施例中，通过煤料干燥工艺煤料被干燥成水分含量为20wt％以下。如果煤料的水分含量超出20wt％，则如上所述降低工艺效率以及需要进一步的废气处理工艺。
粉碎及干燥后的煤料与溶剂混合以制浆。在本实施例中，干燥后的煤料相对于所述溶剂以1/1至1/4的重量比混合。
如果煤料相对于溶剂的比例大于1/1，则因溶剂的量少而不易生成煤浆。因此，反应器中的煤料转换率也会降低。
如果煤料相对于溶剂的比例小于1/4，则因溶剂混入过多而降低煤浆的粘度，而且各工艺中处理量会增加，导致设备的规模增加。因此，设备费用及动力消耗量增加，从而导致费用问题。
所述溶剂可以利用经过添加剂制造过程最终分离出添加剂后剩下的油。
所述煤料预处理过程中可以加入分散型铁催化剂。
在本实施例中，所述分散型铁催化剂可为fe2o3。如此加入分散型铁催化剂而混合到煤浆中，就可以提高液化反应时的反应性。
所述分散型铁催化剂相对于100重量份煤料可加入0.5重量份至3.0重量份。
如果所述分散型铁催化剂的加入量少于所述范围，则不能正常发挥催化剂作用，如果超出所述范围，则难以进行再回收，因催化剂过多而产生不良影响。
经所述工艺制浆的煤料输送到反应器，再经过煤液化工艺。煤浆在输送到液化工艺的过程中经加热工艺加热至所需温度。
煤液化工艺是对所述预处理工艺中以足够高的温度制浆的煤料进行液化的步骤。反应器中加入煤浆和裂化气在设定的温度和压力下进行液化反应。
在本实施例中，所述煤液化工艺可在250℃至450℃的温度和30bar至120bar的压力下进行。反应器内部的压力可通过调整裂化气的供应流量进行控制。
当反应器内部设定成所述温度和压力范围时，煤料和溶剂混合而成的混合物即煤浆中进行液化反应。此时，所供应的裂化气不仅调整反应器内部的压力，而且连接组成煤料的碳原子之间的断裂的环，从而起到液化作用。
如果煤液化工艺中温度低于250℃，则煤料不会熔化(melting)，因而无法进行液化工艺，如果温度超出450℃，则会发生煤料的焦化，导致煤料变硬，从而降低反应性。
此外，如果煤液化工艺中反应压力小于30bar，则因反应器内的压力小而导致不向煤料供氢的问题。如果压力超出120bar，则因向煤料过量供氢而导致降低最终产物炼焦添加剂的产量，并且油等不需要的物质的产量会增加。
所述煤料液化步骤中作为所述裂化气可以供应cog、lng或它们的混合气体。
根据工艺条件，向反应器内部可选择地供应cog或lng中的任何一种，或者可以将cog和lng都供应到反应器内部。
如此使用cog或lng，煤液化工艺中液化油的产量会减少，而添加剂的产量会增加。
所述裂化气可与进行煤料液化反应的反应器内部温度配合加热到300℃至600℃后予以供应。因此，加入裂化气时反应器内部的温度变化会降至最低，从而可以防止反应性下降。
所述煤液化工艺中生成的产物通过分离工艺可以分离成最终目标即炼焦添加剂。
在本实施例中，所述分离工艺依次包含：从液化工艺产物分离出气体成分的分离(separating)步骤；将液态物质和固态物质进行分离的过滤步骤；以及对过滤步骤中分离的液态物质进行蒸馏以分离出添加剂的分馏步骤。
经过煤液化工艺液化而成的产物包含固态产物、液态产物及气态产物。液态产物包含炼焦添加剂及油，气态产物可包含燃气、硫、氨等。
在所述分离步骤从产物分离出通过煤液化工艺生成的物质中最轻的气体成分(c1至c5、h2s、nh3、h2等)。在所述过滤步骤将产物分离成固态产物(residue)和液态产物。
在所述过滤步骤之后的所述分馏步骤对过滤步骤中分离出的液态产物进行蒸馏，最终获得炼焦添加剂。
在本实施例中，所述过滤步骤可在120℃至400℃的温度下进行。
所述炼焦添加剂其软化点为120℃左右。因此，如果所述过滤步骤中温度低于120℃，则炼焦添加剂以固态产物的形式存在，因此固态产物和炼焦添加剂混合在一起，从而无法只分离出炼焦添加剂。因此，鉴于炼焦添加剂的软化点，所述过滤步骤在120℃以上的温度下进行。
另外，如上所述煤液化工艺在250℃至450℃的温度下进行，如果不对煤液化工艺中生成的初产物进行冷却，就会以120℃至400℃的高温存在。因此，在所述过滤步骤不对产物进一步加热，煤液化工艺后立即进行过滤步骤时，可以利用产物所具有的热以120℃以上的温度进行过滤过程。因此，在本实施例中，所述过滤步骤有必要在煤液化工艺后产物温度降至低于120℃之前进行。
所述分馏步骤中对经过过滤步骤分离出的液态产物利用蒸馏器进行蒸馏，从而可以获得炼焦添加剂。
如上所述，过滤步骤中分离出的液态产物不仅包含炼焦添加剂而且包含油，根据温度还可包含部分燃气、硫、氨等。
所述分馏步骤中可以采用常规分馏。
在本实施例中，所述分馏步骤是在真空状态下进行，而且可以在200℃至350℃的温度下进行。液态产物中油在所述压力下沸点低于200℃至350℃，因此可以利用分馏法从液态产物中分离去除油而获得炼焦添加剂。即，当分馏步骤中以200℃至350℃的温度对液态产物进行加热时，油(oil)会蒸发掉，从而可以只分离出作为残留物的炼焦添加剂。因此，通过分馏步骤分离出油，最终会获得炼焦添加剂。
在所述再循环工艺将分离工艺中得到的油供应到所述煤料预处理工艺，该油可以作为煤料制浆工艺的溶剂再使用。
在本实施例中，所述再循环工艺将通过分馏步骤得到油直接供应到煤料预处理工艺的混合罐。如此，通过将分离工艺中分离出的油直接再循环到煤料预处理工艺，可以简化制造工艺。
以上对本发明的优选实施例进行了说明，但本发明并不局限于此，在权利要求书和说明书及附图范围内能够以各种方式变形并实施，这种变形理所当然落入本发明的范围。