煤沥青净化工艺调研.docVIP

煤沥青净化工艺调研 1 煤沥青的组成 煤沥青全称是煤焦油沥青，是煤焦油蒸馏提取馏分(如轻油、酚油、萘油、洗油和蒽油等)后的残留物。煤沥青由5000多种三环以上多环芳香族化合物和少量与炭黑相似的高分子物质构成的多相体系和高碳物料，分子量在17~2000之间，其C/H原子比约为1.7~1.8，元素组成为含碳92%~93%,含氢仅3.5%~4.5%左右，其余为O、N、S。煤沥青组成既与炼焦煤性质及其杂原子含量有关，又受焦化工艺、煤焦油质量和煤焦油蒸馏条件的影响。根据软化点的高低，煤焦油沥青分为低温沥青(软沥青)、中温沥青(普通沥青)、高温沥青(硬沥青)。 煤沥青的组成十分复杂，20世纪80年代末已查明的化合物有70余种，其中大多数为3个环以上的高分子芳香族碳氢化合物，以及多种含氧、氮、硫等元素的杂环有机化合物和无机化合物，还有少量直径很小的炭粒。煤沥青中含有大量的喹琳不溶物(QI)需要脱除，原生QI除含有碳和氢两种主要元素外，主要含有氧、铁、硫和钠等杂质元素，按质量百分比排列，其含量高低顺序为：OFeSNaClSiAlCa，其中氧含量占42.95%(质量百分比)和61.48%(原子百分比)，这部分以无机QI为主的杂质元素主要由煤中灰分组分、炼焦炉壁耐火砖粉末组分以及炼焦设备所含铁及其氧化物组分等构成。低QI含量的净化煤沥青是制备浸渍剂沥青、中间相沥青、煤系针状焦的优质原料。因此净化煤沥青是对其进行深加工、提高沥青产品附加值的重要步骤。 2 国内外煤沥青净化工艺研究进展 2.1 煤焦油过滤法 该法是用经预处理后的煤焦油，在一定压力下进入过滤器过滤去除QI，经过滤脱除QI的煤焦油进入蒸馏系统，溶剂经蒸馏回收。 目前，法、德、日等国普遍采用该法生产浸渍剂沥青。其使用的煤焦油过滤装置是由一个可在加热状态下操作的内装滤网的压力容器，滤网由绕在金属棒上的三角截面金属丝组成,它们在滤网长度方向上有恒定的缝隙宽度。待滤煤焦油与一定量助滤剂在混合器内相混合，升温至94~162℃，粘度低于l00Pa·S后，装入过滤器，在2.0~2.7bar的压力下过滤,滤液导入溶液贮槽，滤网上的滤饼振打去除。 中科院山西煤炭化学研究所采用250目不锈钢过滤网及4~7um孔径的烧结陶瓷作滤材，在250℃、常压下，对宝钢等厂的煤焦油、煤沥青在试验室进行了两步法和一步法过滤净化研究，取得了满意效果。 这种方法工艺简单，能耗低，但对滤网要求严格，工艺条件苛刻。 2.2 煤焦油溶剂抽提法(波兰) 用某种轻油和调制的混合溶剂对煤焦油在特制的抽提器中进行溶剂抽提，抽提温度控制在混合油溶剂初馏点之下2~3℃，在这种条件下，煤焦油中的QI在抽提器下部液相中被除去。抽提器上部液相已不含QI，进入蒸馏系统，溶剂蒸出后循环使用。 这种方法净化效果较好，但溶剂用量较大，工艺能耗高。 2.3 溶剂沉降法 以日本三菱化成和日铁化学各自独立开发的“反溶剂法”最具代表性。它是用两种BMCI(美国矿务局指数)值为5~70之间的溶剂，如环己烷、粗汽油等，对煤沥青进行处理，在此情况下原生QI易相互凝结，静置沉降后，轻相液中QI含量小于0.1%。 武汉科技大学李其祥等采用两种溶剂稀释，并在煤焦油中加少量原生QI絮凝剂，120℃温度下搅拌lh，100℃温度下静置2~4h，轻相液收率67~76%，经310℃减压蒸馏后，净化沥青收率为25~30%，QI含量0.1~0.4%。 溶剂沉降法沥青收率适中，能耗较过滤法高，比溶剂抽提法低，但工艺复杂，操作控制难度较大。 2.4 溶剂抽滤法 无锡焦化厂1421科研人员采用重吡啶盐基(喹啉、异喹啉、4—甲基喹啉)作为溶剂，以中温沥青为原料(BI含量32.6%，QI含量10.73%，结焦值56.44%，灰分0.08%)，按溶剂:中温沥青=1:4的比例，在100~120℃温度下搅拌溶解后，采用某种滤料进行真空抽滤,滤液在17KPa的真空度、270~290℃温度下进行减压蒸馏,得到净化沥青，QI含量达到0.1%以下。 2.5 高温离心分离法 华东冶金学院冯映桐等采用高温离心分离法对梅山焦化厂煤焦油进行净化处理实验，实验采用的高温离心机型号为LG-2.4A和LD5-2A两种高温离心机。在离心机转速为6000-7000转/分，分离时间1分钟，温度80℃左右，不添加溶剂或添加少量溶剂(脱酚油、洗油及其混合物，溶剂配比为煤焦油与溶剂的质量比5：1)的情况下，可使煤焦油中QI含量从2.11%脱除到低于0.1%(DIN51921-1985方法测定)，QI脱除率达95-98%。同样在温度80℃，分离时间1分钟，离心机转速为5000-7000转/分的情况下，净化焦油QI含量为0.05%-0.21%，焦油轻液收率为75-80%，净化焦油蒸馏所得软沥青软化点为44-51.5℃，软沥青中所含次生QI实际含