煤焦油萃取分离技术

关键词： 煤焦油 燃料 分离 沥青

煤焦油萃取分离技术（精选三篇）

煤焦油萃取分离技术 篇1

煤焦油产量绝大部分来自钢铁企业炼焦的副产品,其取决于高炉焦炭的需求量,而不是取决于焦油产品的市场需求量,因而其生产加工的规模与钢铁工业的兴衰息息相关[1]。煤焦油产率如果按照炼焦入炉煤的3%～4%来计算,2005年,我国机焦产量突破了2亿吨,煤焦油产量为660万吨(如图1所示),预计2011年我国煤焦油的产能将继续保持在1000 万吨以上[2],而且在未来二十年里,在新的炼铁技术出现之前,焦炉炼铁的技术主导地位将不会发生大的变化[3]。

常温下煤焦油是一种具有刺激性臭味的黑色或黑褐色的粘稠状液体,如何实现温和条件下煤焦油中轻、重成分的高效分离,从而加以区别的合理利用,对煤焦油分离工作者是一个巨大的挑战。本文着重对煤焦油传统的蒸馏分离技术和新兴开发的萃取分离技术进行比较研究,对两种工艺的优缺点进行了比较说明。

1 蒸馏分离技术

煤焦油的蒸馏按操作方式可分为间歇式焦油蒸馏和连续式焦油蒸馏,按有无真空度又可以分为常压蒸馏和减压蒸馏。焦油连续式蒸馏一般采用常压蒸馏工艺,可以分为一塔式、二塔式和多塔式(如图2和图3所示),两塔式是在一塔式工艺的基础上多了一台馏分塔。依次可以得到轻油馏分(170 ℃以前)、酚油馏分(170～210 ℃)、萘油馏分(210～230 ℃)、洗油馏分(230～300 ℃)、一蒽油馏分(300～330 ℃)、二蒽油馏分(330～360 ℃)及沥青(残留物)。目前国内大多都采用从前苏联引进的一塔式或二塔式焦油蒸馏工艺,国外有些厂家为了提高馏分切割集中度,采用多塔式工艺,但随之带来的就是设备运行和维护成本的增加,对自动化程度要求较高。

常压煤焦油蒸馏分离工艺高温阶段停留时间较长,馏分中反应活性较活泼的组分容易发生缩聚、氧化及结焦等一些列反应,导致宝贵的原始组分的严重破坏,造成资源的极大浪费,能耗的增加和分离效率的低下。为提高馏分油收率,降低蒸馏过程中的能耗,防止焦油因管式炉温度过高而结焦,国外一些焦油加工企业采用减压蒸馏工艺。煤焦油减压蒸馏工艺具有较高的优越性,但该工艺最大的问题是轻油损失较多,而采用常减压焦油蒸馏工艺既可以充分体现减压蒸馏的优点,又可以避免轻油的损失,具有代表性的为德国的吕特格常减压多塔式焦油蒸馏工艺(如图4所示),该工艺在德国的煤焦油加工企业得到广泛应用。

蒸馏分离工艺的优点是馏分切割集中度较高,自动化程度较高,缺点是设备投资大、能耗高、易产生共沸、热敏性馏分长时间在高温停留易产生热缩聚和热分解现象,导致煤焦油中部分原始组分和化学成分遭到破坏。

2 萃取分离技术

萃取分离技术多应用于石油化工、有机合成、食品加工、制药工程、生物工程和核工业等诸多领域,以其温和条件下操作和能够保留或者部分保留原始组成结构的特点在分离技术领域扮演着重要角色。与传统的工业化的蒸馏分离技术相比,萃取分离技术在煤焦油族组分分离方面的应用还处于研究开发阶段,但以其特有的低温和高分离效率等特点必将取代传统的煤焦油分离工艺。

温和条件下的煤焦油萃取分离技术既能满足低温操作,最重要的是又能除去煤焦油中的QI(喹啉不溶物),而这一点蒸馏分离技术是无法完全做到的,QI的含量对煤焦油的下游高附加值产品的加工处理具有很大的影响[4]。传统的热熔、沉降和离心处理方式既浪费了能耗和工时,又由于物料粘度较大而达不到理想的效果,而萃取分离不仅达到分离煤焦油族组分的目的,而且又降低了物料粘度以便于脱除焦油中的QI,具有明显的工艺优势。然而,制约煤焦油萃取分离技术发展并进一步工业化的主要技术问题就是萃取溶剂和萃取体系的选择、萃取设备的加工、溶剂配比的确定和分离以及溶剂回收利用率等,国内外研究人员在这些方面已经做了大量的工作和尝试。

Ryuichi等[5]同样采用甲醇/水溶液作为萃取剂在连续逆流喷淋塔中对煤焦油洗油馏分进行连续萃取(如图5所示)。原料洗油作为分散相通过喷淋塔顶部的分布器向下进行喷洒,而溶剂甲醇/水溶液作为连续相则通过其底部分布器侧面的喷嘴向上进行喷洒,从而完成整个逆流(对流)萃取过程。该萃取装置得到的液液萃取平衡关系与先前的研究结果相一致,装置有效塔高为0.5 m,萃取收率达到40%。相比于洗油中的其他组分,萃取剂对含氮杂环化合物具有萃取选择性,选择性达到30%。通过该装置研究发现,总传质系数随着连续相流速的增加而增加,连续萃取相中存在传质阻力。诸多关于煤焦油萃取分离的研究多集中在间歇式的分离工艺,而该研究为我们提供了很好的连续式萃取分离工艺参考,重点考察了传质速率和连续稳定态的运行情况,为工业化的放大应用提供了重要的技术参考。

伍林等[6,7,8]采用工业酒精在合适的工艺条件下通过独立开发设计的萃取分离系统(如图6所示)达到分离煤焦油的目的,通过较少的萃取次数在低能耗条件下分级萃取分离出煤焦油中的1～4环化合物,同时得到软化点为110 ℃的重质沥青,并通过该系统研究发现各组分萃取相和萃余相浓度之间有很高的相关系数(r>0.95),符合у=a+b/x型式的双曲线方程,认为该萃取体系可能为扩散型控制过程。这一看法的提出对煤焦油萃取分离动力学的发展具有一定的理论价值。值得关注的是,该分离工艺为半工业性试验,经过工艺的集成优化,具有自动化操作的可靠性和灵活性,为该工艺的工业化推广应用铺平了道路,具有很大的参考价值。

3 比较研究

(1)蒸馏分离技术能耗较高,最终馏分需要加热到400～500 ℃ 左右,而萃取分离技术能耗来源于分离萃取剂,也即分离温度达到萃取溶剂的沸点即可,而所选萃取剂沸点往往不超过150 ℃,这大大降低了煤焦油的分离能耗。

(2)蒸馏分离技术高温阶段停留时间较长,物料原始组分容易遭到破坏,严重情况下还会因为物料结焦而堵塞管道,给工艺的稳定运行带来极大的安全隐患。萃取分离技术由于运行温度低,能够很好的维持物料中的原始组成结构,尤其是煤焦油中的热敏性组分。

(3)蒸馏分离技术所需设备结构复杂,设备较多,投资较大,另外设备运行工况条件较差,导致设备维修费用较高。

(4)蒸馏分离技术已经工业化应用,而萃取分离技术还停留在实验室研究阶段,工业性试验阶段才刚刚起步,如图5和图6所示,还有很长的路要走。

(5)蒸馏分离技术得到的重质沥青组分遭到破坏或部分损失,并含有大量的原生QI和次生QI,污染了下游高附加值碳材料的加工原料和前驱物,必须加以分离除去;而萃取分离技术得到的重质组分已经部分满足高性能碳材料原料的基本性能[9,10,11,12,13]。

4 结 语

三相离心机在煤焦油分离中的运用 篇2

关键词：三相离心机；煤焦油分离；措施；

中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-08-00-01

煤焦油作为一种非可再生能源，煤焦油产业的发展情况颇受人们重视。在当前社会不断向前发展的大背景下，煤焦油产业也面临着升级问题，并不断促进煤焦油产业向规模化、精准化方向转变。一直以来，社会对煤炭化工领域的投资呈现不断上升的趋势，煤焦油的整体研发能力大幅提高，整个煤焦油产业也得到了相应的发展。其中，最重要的就是对煤焦油能源的分离技术，高效的煤焦油分离是提高煤焦油利用率的重要途径之一。

一、三相离心机

（一）三相离心机工作原理

三相离心机具有体积小、部件紧凑的特点它主要由三个部分组成：离心机驱动部件、输送器及转筒。三相离心机的运作是以物体沉降原理为基础的，通过引力及离心力作用，将较重的固体颗粒（焦油渣）沉淀下来，在一个预设的时间点使其与液体（焦油和氨水）分离开来，实现对焦煤油的分离目的。具体过程为：焦煤油被放入转筒后，通过转筒的高速旋转带动焦煤油的转动，由于焦煤油自身混合物的特点，在同一转筒内，重量大的固体颗粒受离心力的影响最大，其次是液态的氨水与焦油，这“一固两液”就从内向外形成了同方向的固液层。焦油渣被输送器输送出来，焦油和氨水则从各自的液体导出口被排出。使用三项离心机，不仅可以实现煤焦油的固液分离，还可以将焦油从液体中分离开来，形成“一固两液”的分离状态，大大提高了煤焦油分离的效率。

（二）三相离心机“固—液——液”分离的特点

三相离心机在对煤焦油进行分离时，对1um-5um的固态焦油渣可以进行颗粒分级，而0.002-3mm的物料可以进行氨水分离和焦油澄清的操作。在整体分离过程中，三相分离机可以进行连续工作，一次的焦煤油处理量大，大大降低了整体成本，三相离心机可使用的范围非常广，同时对其的维修也较为方便。三相离心机在进行“固—液——液”分离的特点具体有以下几点：

第一，三相离心机的部件结构紧凑，运转过程中能保证机器的稳定性和安全性，其整体的差速器精度较高，大大提高了焦煤油分离质量。第二，三相离心机与焦煤油接触的转筒材质均为不锈钢，机器在运转过程中有多重安全保护设置。第三，三相离心机的适应能力很好，根据用户使用需要，也可以将其设计为高支架式、重心式或移动式等，同时，还还可以实现变频或智能自动控制。需要特别注意的是，三相离心机在使用时必须要保证其连续性，并且要确保整个过程是全封闭的。

二、三相离心机在分离工艺上的改进

（一）分离后成品质量问题

在对焦油与氨水进行分离过程中，液体的澄清槽采用的是并联使用方式，加上对焦油的抽出仍处在人工调节阶段，因此分离后的焦油成品含水量比较大。另外，焦油的水分波动过大，进而导致初冷器中的乳化液成分偏差和不稳，并没有达到预期的效果，同时也影响到焦煤油分离过程的质量。

针对成品的质量问題，可以采取将焦油的成品槽进行改造的措施，将其改造为焦油原料的中转槽，，这样可以给三相离心机的运转提供较为稳定的焦油原料，同时确保进入初冷器中的是优质的轻型焦油。改变原有的澄清槽机械化直供模式，实行二次分离方式，进行中转供应焦油槽方式，提高焦油的稳定性能。

（二）设备自身问题

在三相离心机中，（焦油）液面调节仪的安装位置是在澄清槽的末端，而且是在最末端的外壁区。这样一来，在冬季气温非常低的情况下，在进行连续放焦油的操作中由于流速慢、流量小等原因，加之焦油的粘性会随着温度的下降而突然加大，极易造成管道的不畅通，而且还会出现管道受堵情况，影响放油工作。

基于此，我们可以将焦油液面调节仪转移到澄清槽内部，改造原有的内部结构，实现“一槽多用”的效果，将上部的氨水引流入澄清槽，使下部的焦油供给三项离心机，减少焦油液面的不稳定现象。

三、三相离心机常见的故障分析及处理

首先，当机器排出的清液颜色变深，机器的转速大幅变慢，这些情况的出现表明离心机内部极大可能存在堵塞现象。当碰到这种情况，千万不要按紧急按钮，要立即停止继续给料，使离心机自行排出堵塞，要向机器内持续注水，保证机器的螺旋运转。

其次，若离心机出现震动过大，同时轴承发出异常的噪音等情况，证明三相离心机的轴承可能温度过高，要检查是否添加了过多的油脂添加量。若轴承的废油脂呈现出绣黄色或黑色等非正常颜色，那可能使轴承已经坏掉，要及时进行更换。

最后，机器出现震动情况。一般来说，三相离心机震动分为突发型和慢性震动，慢性震动的出现表示离心机内部可能有磨损，或外部零件需要进行更换。突发型震动的出现很大程度是由内部堵塞造成的，机器内部的零件往往表现出脱落或已损坏情况。这种情况下要检查出渣系统是否正常运作，即使排除故障。

参考文献：

[1]谢全安，冯兴磊，郭欣，等. 煤焦油脱水技术进展[J]. 化工进展. 2010（01）.

[2]陈晰，杨宏伟，姚婷，等. 煤焦油分离分析技术发展研究[J]. 广州化工. 2013 （13）

[3]鲍振博，靳登超，刘玉乐，郭俊旺. 生物质气化中焦油的产生及其危害性[J]. 安徽农业科学. 2011（04）

煤焦油低温萃取分离条件的研究 篇3

与传统的煤焦油分离技术相比, 煤焦油低温萃取分离技术既能满足节能要求, 最重要的是除去煤焦油中的QI, 经过分离提纯能够得到众多高附加值的精细化学品, 是生产燃料、农药、医药等重要原料, 重组分是生产针状焦等负极材料和高性能筑路沥青的重要原料。

煤焦油低温萃取分离条件主要分析萃取体系、试验温度、萃取次数、沉降分离条件等。萃取溶剂的选择是萃取分离工艺的关键, 关系到分离过程的实现, 也是提高萃取分离能力和降低能耗的一条途径, 试验温度对节能降耗至关重要, 试验选择溶剂、萃取温度和次数研究, 寻求最佳萃取条件, 有效节能降耗。

1 试验

1.1 仪器和试剂

仪器:7890A/5975C型气/质谱连用仪 (GC/MS) , FID检测器;0.1mg的分析天平。

试剂:石油醚, 丙酮, 苯, 萘、喹啉、蒽、菲等 (色谱级) 。

1.2 原料分析

煤焦油轻组分相对较多, 属于中低温煤焦油, 其工业分析:密度d420为1.17, E80为1.32, TI%为5.38%, Ad为0.03, Mad为0.18。

1.3 试验方法

先用GC/MS定性分析, 称取适量萘、喹啉、蒽 (色谱级) 等配制成混合标准样品。

溶剂配比以1:2 体积比, 不同温度 (60℃、50℃、40℃) 下, 不同的萃取时间、萃取次数进行取样, 适量的样品用丙酮作为溶剂稀释, 在一定的色谱条件下进行定量分析。

2 结果与讨论

2.1 分析条件及结果

分析条件:EI源, 离子化电压70ev, 离子源温度230℃, 载气He;流速:1.0ml/min , 分流比:20:1;进样口温度:280℃ 扫描范围:50-500amu;程序升温:初始温度60℃, 停留5min升温速率3℃/min, 升至300℃, 停留20min。

化合物的鉴定按PBM法与NIST谱图库数据进行计算机检索对照, 根据置信度或相似度确定化合物的结构, 从而完成定性分析。定量分析根据仪器检测器的响应值与被测组分的含量, 在一定限定条件下成正比关系进行定量分析。

2.2 试验数据

以煤焦油中含量较高的萘相对量来进行统计比对, 每次萃取时间是1h, 每一温度下, 取样5次。

由表2-2可见, 不论在哪个温度下, 第一次萃取物质的溶解度最大, 二次萃取, 第三次萃取都明显降低, 第四次萃取意义不大, 第五次萃取没有必要再做, 首次萃取溶解最佳。最佳萃取时间30min左右。 石油醚为非极性溶剂, 根据相似相溶原理, 易于溶解烃类物质, 而且随着温度的升高, 溶解性较好, 轻组分的萃取率也较高, 但是温度越高越接近其沸点, 挥发也越快, 不利于溶解, 考虑能耗, 适宜的溶解温度应是接近沸点温度。

2.3 对照试验

萘含量:60℃760.24 g/ml, 50℃231.97 g/ml, 40℃194.27 g/ml, 60℃下喹啉、间甲酚、萘、茚、吲哚、1-甲基萘、芴、蒽、菲、芘的含量明显比在50℃、40℃下要高许多, 可采用60℃作为萃取的最佳温度。

3 结语

通过萃取温度和萃取时间试验, 首次萃取溶解度较大, 能把煤焦油中的轻组分大部分萃取出, 最佳萃取温度60℃, 温度较温和, 与传统工艺相比, 减少了高温高压操作, 能耗大大降低, 节约成本。轻组分和重组分能较好的分离, 实现轻组分作为加氢制燃料油的原料;重组分作为生产改质沥青的原料。

参考文献