中低温重质煤焦油分离轻组分油和固体渣方法及固体渣在粘合兰炭制备型煤和型焦中的应用

摘要

本发明涉及中低温重质煤焦油分离轻组分油和固体渣方法及固体渣在粘合兰炭制备型煤和型焦中的应用，包括超声萃取、分离等步骤，得到轻组分油和固体渣，并利用固体渣作为粘结剂应用在粘合兰炭制备型煤和型焦中。本发明得到的轻组分油占重质煤焦油总量的40％以上，基本能够将中低温煤焦油中轻组分全部分离。本发明流程简单，操作方便，成本低廉，在水下焦油中高含量地分离出轻组分油，由此可知，本发明除了应用于水下重质煤焦油中分离轻组分，还可以直接应用于工业中煤焦油轻重组分的分离。

说明书

技术领域

本发明属于煤焦油分质领域，特别涉及一种中低温重质煤焦油分离轻组分油和固体渣的方法及固体渣在粘合兰炭制备型煤和型焦中的应用。 

背景技术

煤焦油是煤炭干馏得到的一种主要目的产物。对煤焦油经过加氢、再分馏可获得石脑油、柴油馏分、加氢尾油等可替代石油产品的燃料油，此路线相对于煤炭直接液化和间接液化(费托合成)的煤制油路线具有投资低、技术易掌握的特点，是煤炭分质利用和高碳煤炭低碳化利用的优选技术，也是增加国家燃料油供应，缓解我国石油相对短缺的一种重要途径。 

煤焦油可分为高温煤焦油和中低温煤焦油，原理一样，但温度不一样、产品不一样，高温主要产品是焦炭，副产煤焦油，中低温主产品是煤焦油，副产兰炭。 

根据中低温煤焦油的馏程分析可知，煤焦油中轻质组成含量约占总量的44.79％，重质组分含量55.21％，然而，在实际生产中，产出的的水上焦油(依靠密度划分，浮于水上的焦油为轻质煤焦油)比例很低，只占总焦油量的5％以下，绝大部分是水下焦油(重质煤焦油)，意味着实际工业中水下的重质煤焦油为95％以上。说明产出煤焦油中的轻质组分仅占煤焦油总量的5％，其余都与煤焦油中的煤粉、焦粉、灰分等固体杂质混合，导致轻质组分大幅度降低，这严重制约了煤焦油加氢制燃料油技术的推广应用。目前市场价格，轻质煤焦油一 吨约4000元左右，重质煤焦油一吨约1900元左右，因此必须想办法从重质煤焦油中分离轻组分。 

兰炭(半焦)是煤炭低温干馏的另一种主要目的产物。随着生产原料煤由块煤向小粒煤和面煤转变，生产得到的兰炭面(粉)合理综合利用是煤炭干馏面临的又一个技术问题。将兰炭面和粘结剂掺混制成型煤，代替目前市场上紧缺且价格高的无烟块煤，可使兰炭面的附加值大幅度提高，而且性能上也优于无烟块煤。此外，将兰炭面、少量焦煤掺合粘结剂生产型焦，可有效利用非炼焦煤种生产焦炭的问题，但目前在国内外尚无生产单位，查询文献资料亦无相关报道。然而，选择价格低廉、性能优良的成型粘结剂是型煤、型焦生产的技术关键。 

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种能够从水下焦油中高含量分离轻质组分、固体渣性能优良且粘结性好的中低温重质煤焦油分离轻组分油和固体渣的方法及固体渣在粘合兰炭制备型煤和型焦中的应用。 

本发明中低温重质煤焦油分离方法包括以下步骤： 

1)将重质煤焦油与石油醚按体积比1:(2～5)混合均匀，在超声作用下萃取得到固液混合物； 

2)将步骤1)得到的固液混合物分离，得到重质煤焦油中的轻组分油与石油醚一起形成的混合液体，和具有粘结性的固体渣； 

3)将步骤2)中的混合液体蒸馏分离得到轻组分油和石油醚。 

所述超声频率为40kHz。 

所述步骤1)中萃取15～45min。 

所述步骤2)中固液混合物分离方法为抽滤或离心分离。 

所述石油醚馏程为30～60℃。 

所述步骤3)混合液体在60～80℃下蒸馏。 

固体渣在粘合兰炭制备型煤和型焦中的应用。 

所述应用步骤包括： 

按质量份数计，取90～110份粉碎的兰炭、17～23份重质煤焦油的固体渣混合捏合，冷压成型、风干，制得型煤； 

或者按质量份数计，取40～50份粉碎的兰炭、50～60份粉碎的焦煤与17～23份重质煤焦油固体渣混合捏合，冷压成型、风干，制得型煤；型煤在1000～1200℃炭化后，制得型焦。 

所述兰炭和焦煤粉碎至3mm以下。 

所述冷压成型的压力为15～23MPa。 

相对现有技术，本发明将中低温的重质煤焦油与石油醚按一定比例混合，在超声振荡作用下萃取并分离，得到的固体渣为具有粘结性的固体残渣，而将所得的滤液经蒸馏后，蒸出的液体为可重复利用的低沸萃取剂，留在蒸馏瓶中的液体即为分离得到的重质煤焦油轻质组分。本发明中使用石油醚作为萃取剂，与轻组分油的相溶性好，同时超声振荡具有两个重要作用，一是将重质煤焦油中重组分中包含的轻组分分离，使轻质组分充分分散开，极大增加其与萃取剂的接触面积；二是利用超声作用使部分重组分裂解为轻组分，提高了轻组分的比例，所以大幅提高轻组分油溶于石油醚中的含量，萃取效果优异，再经过分离等步骤，得到的轻组分油占重质煤焦油总量的40％以上，再加上工业中已分离的5％轻组分油，所以本发明基本能够将中低温煤焦油中轻组分全部分离。本发明流程简单，操作方便，成本低廉，在水下焦油中高含量地分离出轻组分油， 由此可知，本发明除了应用于水下重质煤焦油中分离轻组分，还可以直接应用于工业中煤焦油轻重组分的分离。 

进一步，石油醚馏程为30～60℃，沸程低，保证石油醚回收时不能将煤焦油中的轻组分蒸出。 

进一步，混合液体在60～80℃下蒸馏，这不仅保证石油醚全部蒸出时轻组分不能被蒸出，而且还可以利用兰炭尾气、废水的余热。 

本发明分离后的固体渣作为粘结剂与粉碎后的兰炭制备型煤，按比例混捏、成型，制备型煤，制得的型煤落下强度大于89.92％；或与粉碎后的兰炭、焦煤制备型煤，制得的型煤落下强度在99.39％以上，进而高温生产型焦，制得的型焦落下强度最高为99.62％，抗碎强度M₂₅最高为80.37，耐磨强度M₁₀最高为24.15。使固体渣得到综合利用，过程控制稳定，此外本发明流程简单，操作方便，成本低廉，可以广泛应用。 

附图说明

图1为本发明的流程图。 

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详细说明，但是本发明不仅限于下述的实施情形。 

参见图1，本发明中低温重质煤焦油分离方法包括以下步骤： 

1)将重质煤焦油与馏程为30～60℃的石油醚按体积比1:(2～5)混合均匀，在超声频率为40kHz的超声作用下萃取15～45min得到固液混合物； 

2)将步骤1)得到的固液混合物抽滤或离心分离，得到重质煤焦油中的轻组分油与石油醚一起形成的混合液体，和具有粘结性的固体渣； 

3)将步骤2)中的混合液体在60～80℃下蒸馏，该温度保证了石油醚全部蒸出，而轻组分不能被蒸出，蒸出的液体即为可循环萃取的萃取剂石油醚，剩余的液体为重质煤焦油中分离得到的轻组分油。 

经测试，可从重质煤焦油中分离40％以上的轻质组分油，该组分油能全部浮于水面。 

本发明固体渣能够应用在粘合兰炭制备型煤和型焦中，应用步骤包括： 

按质量份数计，取90～110份粉碎至3mm以下的兰炭、17～23份重质煤焦油的固体渣混合捏合，15～23MPa冷压成型、风干，制得型煤； 

或者按质量份数计，取40～50份粉碎至3mm以下的兰炭、50～60份粉碎至3mm以下的焦煤、17～23份重质煤焦油固体渣混合捏合，15～23MPa冷压成型、风干，制得型煤；型煤在1000～1200℃炭化后，制得型焦。 

本发明提供了重质煤焦油分离轻质组分油和粘结性固体渣的方法，将重质煤焦油与低沸程的石油醚按一定比例混合，石油醚作为萃取剂，与轻组分油的相溶性好，萃取效果好，同时在超声振荡作用下萃取一定时间，超声振荡具有两个重要作用，一是将重质煤焦油中重组分中包含的轻组分分离，使轻质组分充分分散开，极大增加其与萃取剂的接触面积；二是利用超声频率为40kHz的超声作用使部分重组分裂解为轻组分，提高了轻组分的比例，所以大幅提高轻组分油溶于石油醚中的含量，萃取效果优异；对萃取后的液体进行过滤或离心分离，得到的滤渣为具有粘结性的固体残渣，而将所得的滤液经蒸馏后，蒸出的液体为可重复利用的低沸萃取剂石油醚，剩余的液体即为分离得到的重质煤焦油中的轻质组分。 

因为石油醚馏程温度范围在30～60℃，后续蒸馏分离过程中，在60～80℃温度段，煤焦油中轻组分最低的沸点是90℃，所以轻质组分不被蒸出，仅将石 油醚蒸出。而且蒸馏分离所需的温度也可利用兰炭尾气、废水的余热，很容易达到石油醚的沸点。 

本发明中分离的滤渣作为粘结剂与粉碎后的兰炭、焦煤按比例混捏、成型，制备型煤，进而高温生产型焦。不仅使从重质煤焦油中分离的轻质组分增加，而且得到具有粘结性的固体残渣，使煤焦油得到有效综合利用。本发明使从重质煤焦油中分离的轻质组分含量大幅提高，滤渣综合利用，过程控制稳定，此外本发明流程简单，操作方便，成本低廉，可以广泛应用。 

实施例一 

将重质煤焦油与馏程为30～60℃的石油醚按体积比1:3混合均匀，在超声频率为40kHz超声作用下萃取30min，将萃取后的混合物抽滤，得到重质煤焦油中的轻组分油与石油醚一起形成的滤液，滤渣为具有粘结性的固体残渣。对得到的滤液在60～65℃蒸馏，蒸出的液体即为可循环萃取的萃取剂石油醚，剩余的液体为重质煤焦油中分离得到的轻组分油。经测试，可从重质煤焦油中分离40.10％的轻质组分油，该组分油能全部浮于水面。 

按质量计，将90份粉碎至3mm以下的兰炭与20份重质煤焦油滤渣混合捏合，20MPa压力下冷压成型，风干制得的型煤落下强度为90.10％。 

按质量计，将50份粉碎至3mm以下的兰炭、50份粉碎至3mm以下的焦煤与19份重质煤焦油固体渣混合捏合，20MPa压力下冷压成型、风干，制得的型煤落下强度在99.41％，型煤1100℃炭化后，制得的型焦落下强度为99.33％，抗碎强度M₂₅为75.80，耐磨强度M₁₀为24.15。 

实施例二 

将重质煤焦油与馏程为30～60℃的石油醚按体积比1:2混合均匀，在超声频率为40kHz超声作用下萃取45min，将萃取后的混合物离心分离，得到重质煤 焦油中的轻组分油与石油醚一起形成的混合液体，固体渣为具有粘结性的固体残渣。对得到的混合液体在65～70℃蒸馏，蒸出的液体即为可循环萃取的萃取剂石油醚，剩余的液体为重质煤焦油中分离得到的轻组分油。经测试，可从重质煤焦油中分离39.85％的轻质组分油，该组分油能全部浮于水面。 

按质量计，将100份粉碎至3mm以下的兰炭与17份重质煤焦油固体渣混合捏合，23MPa压力下冷压成型，风干制得的型煤落下强度为91.24％。 

按质量计，将40份粉碎至3mm以下的兰炭、60份粉碎至3mm以下的焦煤与23份重质煤焦油固体渣混合捏合，23MPa压力下冷压成型、风干，制得的型煤落下强度在99.58％，型煤1000℃炭化后，制得的型焦落下强度为99.62％，抗碎强度M₂₅为80.10，耐磨强度M₁₀为19.90。 

实施例三 

将重质煤焦油与馏程为30～60℃的石油醚按体积比1:5混合均匀，在超声频率为40kHz超声作用下萃取25min，将萃取后的混合物抽滤，得到重质煤焦油中的轻组分油与石油醚一起形成的滤液，滤渣为具有粘结性的固体残渣。对得到的滤液在70～75℃蒸馏，蒸出的液体即为可循环萃取的萃取剂石油醚，剩余的液体为重质煤焦油中分离得到的轻组分油。经测试，可从重质煤焦油中分离40.95％的轻质组分油，该组分油能全部浮于水面。 

按质量计，将110份粉碎至3mm以下的兰炭与21份重质煤焦油滤渣混合捏合，15MPa压力下冷压成型，风干制得的型煤落下强度为89.92％。 

按质量计，将44份粉碎至3mm以下的兰炭、52份粉碎至3mm以下的焦煤与20份重质煤焦油固体渣混合捏合，15MPa压力下冷压成型、风干，制得的型煤落下强度在99.46％，型煤1200℃炭化后，制得的型焦落下强度为99.52％，抗碎强度M₂₅为79.62，耐磨强度M₁₀为20.12。 

实施例四 

将重质煤焦油与馏程为30～60℃的石油醚按体积比1:4混合均匀，在超声频率为40kHz超声作用下萃取15min，将萃取后的混合物抽滤，得到重质煤焦油中的轻组分油与石油醚一起形成的滤液，滤渣为具有粘结性的固体残渣。对得到的滤液在75～80℃蒸馏，蒸出的液体即为可循环萃取的萃取剂石油醚，剩余的液体为重质煤焦油中分离得到的轻组分油。经测试，可从重质煤焦油中分离40.36％的轻质组分油，该组分油能全部浮于水面。 

按质量计，将105份粉碎至3mm以下的兰炭与23份重质煤焦油滤渣混合捏合，18MPa压力下冷压成型，风干制得的型煤落下强度为90.59％。 

按质量计，将48份粉碎至3mm以下的兰炭、56份粉碎至3mm以下的焦煤与17份重质煤焦油固体渣混合捏合，18MPa压力下冷压成型、风干，制得的型煤落下强度在99.39％，型煤1100℃炭化后，制得的型焦落下强度为99.47％，抗碎强度M₂₅为80.37，耐磨强度M₁₀为19.53。