煤焦油萃取分离技术

2023-01-03

一、前言概述

煤焦油是十分宝贵的有机化工原料, 含有上万种有机化合物, 目前可以鉴定出的仅有500余种, 如:苯、甲苯、萘、苊、酚、吡啶、吲哚、喹啉等, 含有其它含氧、硫等杂环化合物, 其中有些产品是不可能或者不能经济地从石油化工原料中取得。[1]煤焦油产品在世界化工原料需求中有极其重要地位, 各国都在积极开发研究煤焦油深度加工和分离的新技术, 以生产适销对路和高附加值的精细化工新产品。[2]

煤焦油中虽然有成千上万的物质, 但同时也含有一定量的杂质, 需对其脱除, 且煤焦油中的沥青影响其分离效果。鉴于此问题, 优先考虑在低温条件下用溶剂萃取的方法将轻质组分和煤焦沥青分离出来, 然后用其它分离方法对轻质组分进行提纯化学品, 煤沥青经过精制用于生产针状焦、碳纤维等高性能材料。

二、煤焦油低温萃取工艺

2010年12月, 枣庄矿业集团公司与中国矿业大学联合, 建设了“每次处理1 t煤焦油低温萃取中试间歇试验装置”, 在不超过100℃条件下, 通过溶剂萃取, 将高温煤焦油成功分离出轻质组分和重质沥青组分。由于间歇试验能耗高、效率低, 不利于工业化推广。为此, 结合间歇运行存在的问题, 研究院进一步研究, 提出优化改造方案, 采用新的工艺, 增加部分设备等, 实现了煤焦油低温萃取连续试验。煤焦油萃取能力由原处理1吨/日提高到1吨/小时。煤焦油低温萃取连续运行所需要的能耗与传统煤焦油蒸馏分离操作所需要的能耗相比大大减少, 按当地的市场价格, 折合吨耗146吨/元, 比传统蒸馏能耗172吨/元节约15%。

1.工艺说明

煤焦油和溶剂按一定比例从萃取釜底部进入, 搅拌, 充分混合均匀, 然后溢流至分离器进行沉降分离, 充分静止分层。蒸馏出分离器中上层的溶剂, 剩余组分即煤焦油轻质组分;分离器底部为煤焦油重质组分, 流入到重质萃取罐进行二次萃取。添加新鲜溶剂后, 搅拌, 充分混合均匀, 输送至沉降槽进行二次沉降分离。沉降槽中上层组分直接溢流至缓冲罐。缓冲罐中为煤焦油二次萃取后的轻质组分和溶剂的混合物, 直接作为煤焦油一次萃取的溶剂使用。

沉降槽底部的煤焦油重质组分通过沉降槽底部排放口排放至重相塔, 蒸馏出其中的溶剂, 塔底剩余的组分即煤焦沥青。

三、试验结果及分析

用GC-MS分别测定煤焦油和轻质组分, GC-MS条件:EI源, 离子源温度230℃, 载气为氦气, 溶剂延迟为6 min, 流速为1.0 ml/min;分流比20:1;进样口温度300℃;升温程序为:60℃时停留时间为5 min, 60℃-300℃升温速率为3℃/min, 300℃停留时间为20 min, 测定结果如下:

由表一可知, 高温煤焦油经过溶剂低温萃取后, 所得的轻质组分和原料煤焦油相比, 在组成上发生了较显著的变化。

(1) 萃取后, 煤焦油轻质组分中萘的含量是原料煤焦油的3倍。轻质组分中的总萘含量为45.42%, 而煤焦油中为16.2%, 经过萃取, 萘含量高度富集, 便于集中加工, 提纯生产精萘。甲基萘和二甲基萘也由3%和1.2%分别增加至4.49%和1.87%, 约提高了1.5倍。

(2) 轻质组分中的苯、甲苯、联苯、喹啉、菲、荧蒽、蒽、芘、茚、芴、苊等小于等于4环的物质都比原料煤焦油中的含量提高, 分别提高了354%、109%、112%、104%、45%、93%、146%、137%、1130%、57%、56%。

(3) 轻质组分中的苯酚、甲基菲和苯并芴分别下降了22%、87%和94%, 说明经过溶剂萃取苯并芴进入重质组分沥青中。

以上数据说明, 煤焦油经过溶剂低温萃取后, 能够将煤焦油中的轻质组分 (主要是1-4环芳香族化合物) 比较有效的分离出来, 轻质组分特别是总萘含量得到聚集, 为下一步加氢制燃料油、精细分离等制备下游高附加值化学品提供了基础。

结论

在低温萃取条件下, 从煤焦油中选择性地分离1-4环芳香族化合物是煤焦油加工工艺的发展趋势, 有利于煤焦油轻质组分的富集, 进一步精细分离化学品, 有利于煤焦油深加工规模化、大型化建设。这种将先进的节能分离技术与传统工艺有机地结合, 可望在简化工艺、降低能耗和环境污染的前提下, 大幅度改善煤焦油的分离效果。因此, 探索和研究开发高效的煤焦油萃取分离技术对煤炭、冶金和化工等行业的发展具有极其重要的意义。

摘要：本文主要介绍了煤焦油萃取分离技术、工艺流程, 重点进行了试验研究, 并对试验结果进行了分析。经过萃取, 煤焦油轻质组分中的化合物得到高度富集, 有利于分离精细化学品。技术上的工业化是对传统煤焦油深加工技术的一次革命, 实现节能环保。

关键词：煤焦油,萃取,分离技术