用于从煤液化残渣中分离沥青的方法和系统与流程

本发明属于煤化工领域，具体涉及用于从煤液化残渣中分离沥青的方法和系统。

背景技术：

1、煤炭直接液化是将煤通过高温、高压，在催化剂作用下加氢直接转化成清洁的液体燃料或化工原料的一种先进洁净煤技术。煤直接液化的过程总是有少量未反应的煤以及煤中夹带的无机矿物质和加入煤浆中的催化剂等固体物质排出装置，这部分副产物被称为煤液化残渣。为了使煤液化残渣能够顺利排出减压蒸馏装置，煤液化残渣必须具有一定的流动性，一般软化点不能高于180℃，煤液化残渣中的固体含量大约为50％。

2、煤液化残渣约占液化进煤量的30％左右，是一种高炭、高灰和高硫的物质。煤液化残渣中含有30％左右的重质液化油、20％左右沥青质和50％左右的未转化煤及无机组分。其中沥青质具有芳香度高、碳含量高、容易聚合或交联的特点，适合作为制备炭素材料的原料，是一种非常宝贵而独特的资源。当今对煤液化残渣的利用方式主要有燃烧、焦化制油、气化制氢等传统方法，但对煤液化残渣中沥青类物质的高附加值利用并未得到体现。如能将煤液化残渣中的煤液化沥青类物质分离出来，实现高附加值利用，将会大大提高煤直接液化的经济效益。

3、目前，从煤液化残渣中分离沥青质的方法主要有：酸溶液处理法、有机溶剂萃取法、超临界溶剂萃取法和磁性离子液体萃取法等，其中有机溶剂萃取法具有原料来源广泛、处理量大和可连续处理，被视为最有工业生产潜力的技术方法。

4、授权专利cn 104774635 a公布了一种煤液化残渣的酸洗脱灰的处理方法，将煤液化残渣原料粉碎为细颗粒，微波条件下用盐酸溶液反应清洗细颗粒，获得初级固体，进一步用含有氢氟酸的混和酸溶液反应清洗，而后固液分离，固体用水洗去除附着可溶物，得到灰分小于2％的煤液化残渣。此法虽然原理简单，但盐酸和氢氟酸溶液的使用容易造成环境污染，同时盐酸溶液对金属类设备具有强腐蚀性，会极大增加设备成本和工艺的危险性；微波设备大型化能耗较大，生产成本高，降低了经济效益。此外，得到的煤液化残渣灰分仍然较高，不能满足电容炭、负极碳等碳材料的生产需求。

5、授权专利cn 108977222 a提供了一种煤直接液化油渣的分离系统及分离方法。该分离系统包括萃取装置、卧螺离心装置、碟片离心装置和蒸馏装置。在温度为80-140℃的条件下，采用卧螺离心装置直接对萃取混合液进行一级离心分离，得到第一轻相；在同等温度条件下，再使用碟片离心装置直接对产生的第一离心轻相进行二级离心分离，得到第二轻相；将所述第二轻相进行膜过滤过程，采用的膜过滤装置为陶瓷膜错流过滤装置，所得膜过滤清液中的固含量为0.03％以下；将前面的膜过滤排渣、第一重相和第二重相及絮凝剂进行沉降反应，得到沉降顶液，然后对沉降顶液和膜过滤清液进行蒸馏，得到低灰分的煤液化残渣。但该系统工艺较为复杂，而且，陶瓷错流过滤膜建设成本非常高，放大生产较为困难。

6、授权专利cn 101962560 a提供了一种通过两级萃取从煤直接液化残渣中提取重质油和沥青类物质的方法。专利中利用煤液化过程中生产的两个不同馏分段的液化油为溶剂，对粉末状煤液化残渣进行两级顺序萃取，并通过过滤或其他手段进行固液分离，将得到的液体组分蒸馏后分别得到重质液化油和煤液化残渣。但该方法工艺流程较为复杂，同时原料萃取溶剂来源单一且价格较高，产品收率较低，成本较高，得到的煤液化沥青类物质软化点高，挥发分较少，难以广泛地适应不同的应用场景。

7、授权专利cn 104740894 a提供了一种利用超临界技术对煤液化残渣进行萃取的系统与方法。首先利用超临界二氧化碳发生单元产生超临界二氧化碳流体，然后采用超临界二氧化碳流体对在萃取单元中的煤液化残渣进行萃取。超临界二氧化碳流体的扩散能力是普通液体的100倍，因而具有很好的溶解能力，它能够迅速渗透进入微孔隙的物质，进而实现对煤液化残渣中重质液化油萃取分离。但该方法工艺复杂，技术要求高，同时超临界二氧化碳对小分子及非极性物质溶解性较好，而对大分子及极性分子不能很好地溶解，因此萃取物中重油为主要部分，沥青质只含有少量，不能实现残渣中沥青质的分离。

8、综上所述，虽然煤液化残渣是一种制备碳材料的非常好的原料，但煤液化残渣中含有高粘度重质油，沥青类物质等，且灰分颗粒度较小，都在微米级，且相当数量在5μm以下，导致分离困难，分离设备难于连续运行，组分难以彻底分离。因此，目前从煤液化残渣中大规模提取煤液化残渣的工艺都存在工艺复杂、成本高和沥青产量低、灰分较高等问题，因此亟需一种工艺简单、所得煤液化沥青灰分低的大规模煤液化残渣萃取技术，以适应需求量日益增长的高端碳材料的生产需求。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的在于提供一种用于从煤液化残渣中分离沥青的方法，该方法能够从煤液化残渣中有效分离出煤液化沥青。

2、本发明的第二个目的在于提供一种用于前述方法中进行从煤液化残渣中分离沥青的系统，该系统能够从煤液化残渣中有效分离出煤液化沥青。

3、为实现本发明的第一个目的，采用以下的技术方案：

4、一种用于从煤液化残渣中分离沥青的方法，包括：

5、(1)原料预处理

6、准备煤液化残渣备用；

7、准备萃取溶剂备用；

8、配制絮凝剂溶液备用；

9、(2)混合萃取

10、将步骤(1)所备的煤液化残渣、萃取溶剂和絮凝剂溶液分别加入混合萃取罐中进行混合和萃取，输出萃取混合液；

11、(3)旋流分离

12、对步骤(2)所得萃取混合液进行第一级旋流分离，得到第一级轻组分和第一级重组分；对所得第一级轻组分进行油水分离，得到油相物料和水相物料；将所得第一级重组分进行第二级旋流分离，得到第二级轻组分和第二级重组分；

13、(4)真空蒸馏

14、将步骤(3)所得油相物料进行真空蒸馏，分离出溶剂，获得煤液化沥青；

15、(5)沥青成型

16、将步骤(4)所得煤液化沥青进行冷却和造粒成型，得到煤液化沥青产品。

17、优选地，

18、步骤(1)中，所述萃取溶剂包括焦油洗油、焦油酚油、吡啶、甲苯、n-甲基吡咯烷酮、喹啉、洗油、加氢洗油、馏程在120-300℃的不同煤液化油组分中的任意一种或多种的组合；和/或，

19、步骤(1)中，絮凝剂溶液是由絮凝剂、盐与水混合配置而成，所述盐为复合盐或铵盐；优选絮凝剂溶液的配置过程中，絮凝剂、盐与水的质量比为(10-1000ppm):(0.05-0.2):1。

20、优选地，所述絮凝剂包括聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合硫酸铝、聚合氯化铁、聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺中的任意一种或多种的组合；和/或，

21、所述复合盐包括nacl、kcl、na2co3、na2so4、k2so4、nano3、kno3中的任意一种或多种的组合。

22、优选地，步骤(2)中，煤液化残渣、萃取溶剂和絮凝剂溶液的质量比为1:(2-10):(1.5-4)。

23、优选地，步骤(2)中，萃取条件包括：萃取温度为50-110℃；和/或，萃取压力为0.1-2.0mpa；和/或，萃取时间为0.5-2h；和/或，气氛为氮气或氩气气氛。

24、优选地，步骤(3)中，在使用过程中，第一级旋流分离所用的第一级旋流分离装置倾斜放置，优选倾斜角度为30-80°。

25、优选地，步骤(3)中，第一级旋流分离的温度为60-150℃；在使用过程中，第一级旋流分离所用的第一级旋流分离装置的压力损失为0.05-0.3mpa；和/或

26、步骤(3)中，第二级旋流分离的温度为60-150℃。

27、优选地，步骤(3)中，对所得第一级轻组分进行油水分离前，先进行过滤；优选过滤精度为10-50μm；优选油水分离过程中，温度为60-100℃；优选将所得水相物料用于步骤(1)配制絮凝剂溶液。

28、优选地，步骤(3)中，将所得第二级轻组分返送至步骤(2)的混合萃取罐内；和/或，

29、步骤(3)中，将所得第二级重组分进行干燥，脱除溶剂并回收，得到固渣；优选干燥条件包括：干燥温度为200-350℃；和/或，真空度为20-60kpa；优选脱除的溶剂冷凝后返送至所述萃取溶剂混合装置以回用。

30、优选地，步骤(4)中，真空蒸馏过程中，温度为200-350℃；和/或，真空度为10-60kpa。

31、优选地，步骤(4)中，将分离出的溶剂冷凝后返送至所述萃取溶剂混合装置以回用。

32、为实现本发明的第二个目的，提供一种用于前述方法中进行从煤液化残渣中分离沥青的系统，包括：

33、所述系统包括通过管线相连接的原料预处理单元、混合萃取单元、旋流分离单元、油水相分离单元、真空蒸馏单元和沥青成型单元；

34、所述原料预处理单元包括并联设置的煤液化残渣存储装置、萃取溶剂混合装置和絮凝剂溶液配制装置：其中，

35、所述煤液化残渣存储装置用于存储作为原料的煤液化残渣；

36、所述萃取溶剂混合装置用于准备萃取溶剂；

37、所述絮凝剂溶液配制装置用于配制絮凝剂溶液；

38、所述混合萃取单元包括通过管线依次连接的混合萃取罐和缓存罐：其中，

39、所述混合萃取罐分别连接至所述煤液化残渣存储装置、所述萃取溶剂混合装置和所述絮凝剂溶液配制装置的出口，用于对来自所述原料预处理单元的煤液化残渣、萃取溶剂和絮凝剂溶液进行混合和萃取，获得萃取混合液；

40、所述缓存罐连接至所述混合萃取罐的出口，用于接收和缓存来自所述混合萃取罐的萃取混合液；

41、所述旋流分离单元至少设有通过管线依次连接的第一级旋流分离装置、增压泵和第二级旋流分离装置；其中，

42、所述第一级旋流分离装置连接至所述缓存罐的出口，用于接收来自所述混合萃取单元的萃取混合液并对其进行第一级旋流分离，输出第一级轻组分和第一级重组分；

43、所述增压泵连接至所述第一级旋流分离装置的第一级重组分出口，用于将来自所述第一级旋流分离装置的第一级重组分增压输出；

44、所述第二级旋流分离装置连接至所述增压泵的出口，用于将来自所述增压泵的物料进行第二级旋流分离，输出第二级轻组分和第二级重组分；

45、所述油水相分离单元包括通过管线相连接的油水相分离装置、油相罐和水相罐：其中，

46、所述油水相分离装置连接至所述第一级旋流分离装置的第一级轻组分，用于对来自所述旋流分离单元的第一级轻组分进行油水分离，输出油相物料和水相物料；

47、油相罐连接至所述油水相分离装置的油相物料出口，用于接收来自所述油水相分离装置的油相物料；

48、水相罐连接至所述油水相分离装置的水相物料出口，用于接收来自所述油水相分离装置的水相物料；

49、所述真空蒸馏单元包括真空蒸馏装置，所述真空蒸馏装置的进口连接至所述油水相分离单元的油相物料出口，用于对来自所述油水相分离单元的油相物料进行蒸馏，分离出溶剂，获得煤液化沥青；

50、所述沥青成型单元包括沥青成型装置，所述沥青成型装置的进口连接至所述真空蒸馏单元，用于对来自所述真空蒸馏单元的煤液化沥青进行造粒成型，获得煤液化沥青产品。

51、优选地，所述系统还包括重相干燥单元，所述重相干燥单元包括通过管线依次相连接的重相干燥装置和固渣储罐；其中，

52、所述重相干燥装置的进口连接至所述第二级旋流分离装置的第二级重组分出口，用于对来自所述第二级旋流分离装置的第二级重组分进行干燥，脱除溶剂、输出固渣；

53、所述固渣储罐连接至所述重相干燥装置的固渣出口，用于接收并储存来自所述重相干燥装置的固渣。

54、优选地，自所述第二级旋流分离装置的第二级轻组分出口至所述混合萃取罐的液体进口还设置有返送管线，用于将来自所述第二级旋流分离装置的第二级轻组分返送至所述混合萃取罐内；和/或，

55、自所述真空蒸馏装置的溶剂出口至所述萃取溶剂混合装置还设置有溶剂回收管线，用于将来自所述真空蒸馏装置的溶剂返送至所述萃取溶剂混合装置以回收。

56、优选地，所述油水相分离装置的入口还设置有过滤器，用于对来自所述旋流分离单元的第一级轻组分进行过滤除杂后用作所述油水相分离装置的进料。

57、本发明的有益效果在于：

58、(1)本发明的用于从煤液化残渣中分离沥青的方法，根据煤液化残渣中灰分颗粒粒度小、沥青烯类物质黏度高、液相与固体颗粒之间密度差小等特点，采用高效萃取溶剂和絮凝剂溶液的萃取分离体系，使得固液分离简易化，分离效率提高，且溶剂可循环使用，将煤液化残渣的灰分脱除至0.1wt％以下，获得煤液化沥青产品，且其沥青萃取率高达88-95wt％；

59、(2)本发明的用于从煤液化残渣中分离沥青的方法和系统，可高效脱除煤液化残渣中的灰分及其他不溶物颗粒，使得其总灰分含量可满足不同需求对前驱体原料的要求，使其可满足制备高附加值炭材料的条件，进而提高企业生产效益并节约资源；

60、(3)本发明的用于从煤液化残渣中分离沥青的方法，所用药剂经济合理，所需溶剂易于回收利用，处理过程具有简单易行、环境污染小、脱灰效果好、效率高、能耗低、有利于环境保护等优点。