一種有效提高煤熱萃取收率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種有效提高煤熱萃取收率的方法，具體地說是一種路易斯酸金屬鹽或酸性離子液體催化劑在熱萃取法制備超純煤中的應(yīng)用，屬于化工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]煤的溶劑熱萃取是在高溫條件下利用有機溶劑萃取煤的過程。高溫下煤中有機大分子發(fā)生斷鏈和解離等化學(xué)反應(yīng)后被有機溶劑萃取出來，而無機礦物質(zhì)組分則被保留在殘渣中從而得到超純煤。煤的熱溶劑萃取過程屬于物理-化學(xué)反應(yīng)，對其研究不但具有重要的理論意義，而且有著實際的開發(fā)應(yīng)用價值。Miura等(Miura K , Shimada M1Mae K,Huan
H.Fuel，2001,80(11):1573-1582)通過對不同性質(zhì)有機溶劑的研究發(fā)現(xiàn)，使用極性溶劑比使用非極性溶劑可以獲得更高的萃取率。Zhang等(Zhang L,Takanohashi T1Saito I ,etal.Fuel，2008,87(11):2628-2640)考察了不同類型酸對煤中金屬離子以及灰分含量的影響，發(fā)現(xiàn)酸預(yù)處理煤樣可提高溶劑的熱萃取率。Li等(Li C Q,Takanohashi T, Yoshida T,et al.Energy&Fuels，2004,18(1): 97-101)研究了萃取溫度和時間等工藝條件對萃取率的影響，發(fā)現(xiàn)隨著萃取溫度的升高，萃取率顯著增加。
[0003]國內(nèi)關(guān)于煤的溶劑熱萃取的研究非常少。煤炭科學(xué)研究總院(石智杰，張勝振，邢凌燕等.煤炭轉(zhuǎn)化，2009,32(1): 34-39)利用煤液化衍生油作為煤的熱萃取溶劑，在熱萃取裝置上研究了大唐勝利褐煤等低階煤的熱萃取性能。煤的熱萃取率隨溫度升高而明顯增加，由340°C時的18.7%增加到430°C時的59.5%，而固體熱萃取物回收率在390°C時達到最高值32.4%。
[0004]現(xiàn)有煤的溶劑熱萃取技術(shù)中均未涉及到催化劑的使用，因此，如何選用合適的催化劑并將其用于煤的溶劑熱萃取，以提高煤的熱萃取收率，是解決問題的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種有效提高煤熱萃取收率的方法，它具有催化劑可以回收并循環(huán)使用，煤熱萃取率高、超純煤質(zhì)量好，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
[0007]本發(fā)明一種有效提高煤熱萃取收率的方法，它包括以下步驟:
[0008]a、將煤粉碎至粒度$200μπι，在100?150°C條件下干燥12?48小時備用。
[0009]b、將路易斯酸金屬鹽或酸性離子液體、步驟a所得的干燥后的煤粒和溶劑充分混合后加入高壓反應(yīng)釜中，其質(zhì)量配比為路易斯酸金屬鹽或酸性離子液體:干燥后的煤粒:溶劑= 0.01 ?2:0.5?5:5?20，最佳為:1:4:20。
[0010]C、在上述高壓反應(yīng)釜中，以氮氣置換高壓反應(yīng)釜其中的空氣并充氮氣至5MPa，保持釜內(nèi)壓力在30min內(nèi)不變，然后放掉氮氣，再充氮氣至O?5MPa，萃取溫度300?450°C，恒溫0.1?2小時后，將反應(yīng)物過濾后得濾液和濾渣，將濾渣用與萃取相同的溶劑洗滌后，再將洗液與濾液合并，得合并液。
[0011 ] d、將步驟c所得的合并液，按體積比合并液與蒸餾水為1: 0.05?0.1，加入蒸餾水，充分?jǐn)嚢韬螅M行液液分離，將其中的油相，進行減壓蒸餾得到固體超純煤，回收得到的溶劑進行循環(huán)使用。
[0012]上述的一種有效提高煤熱萃取收率的方法，還可以包括以下步驟:e、當(dāng)所用催化劑為路易斯酸金屬鹽時，向步驟d所得的水相中加入無水乙醇，無水乙醇與水相的體積比為3:1，析出路易斯酸金屬鹽催化劑，過濾，將濾出的路易斯酸金屬鹽催化劑與步驟d所得的回收得到的溶劑重新循環(huán)使用。
[0013]f、將步驟e所得的脫除路易斯酸金屬鹽催化劑后的乙醇水溶液進行減壓蒸餾，分離出無水乙醇進行循環(huán)使用；
[0014]g、當(dāng)所用催化劑為酸性離子液體時，將步驟d所得的水相進行減壓蒸餾，分離出的酸性離子液體催化劑與步驟d所得的回收得到的溶劑重新循環(huán)使用。
[0015]優(yōu)選的，所述煤為褐煤、煙煤或無煙煤，特別對煙煤中的高階煤以及無煙煤效果顯著。
[0016]優(yōu)選的，所述路易斯金屬鹽為硫酸鐵、硫酸鋅、硫酸鎂、氯化鐵、氯化鋅、氯化鎂、硝酸鐵、硝酸鋅或硝酸鎂的一種或幾種;所述的酸性離子液體為陽離子帶有磺酸基結(jié)構(gòu)，陰離子為硫酸氫根。
[0017]所述溶劑為含有芳環(huán)結(jié)構(gòu)的有機溶劑，優(yōu)選的為工業(yè)級國標(biāo)洗油、1-甲基萘、2-甲基萘或N-甲基吡咯烷酮等。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果為:
[0019](I)本發(fā)明煤能夠有效提高煤熱萃取率達20 % -100 %以上，超純煤收率為60 % -85%，超純煤的灰分小于0.1 %。
[0020](2)本發(fā)明一種有效提高煤熱萃取收率的方法，所使用的路易斯酸金屬鹽或酸性離子液體催化劑能夠從反應(yīng)體系中分離出來并重復(fù)使用。
[0021](3)本發(fā)明煤熱萃取率高、超純煤質(zhì)量好，生產(chǎn)成本低，且萃取溶劑可回收循環(huán)使用，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。詳見實施例。
【具體實施方式】
[0022]下面對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0023]實施例1
[0024]a、將褐煤粉碎至粒度$200μπι，在100°C條件下干燥48小時備用。
[0025]b、將Ig硫酸鐵與步驟a所得的干燥煤粒50g，加入工業(yè)級國標(biāo)洗油500g，將其充分混合后，加入IL高壓反應(yīng)爸中。
[0026]c、在上述高壓反應(yīng)釜中，以氮氣置換高壓反應(yīng)釜其中的空氣并充氮氣至5MPa，保持釜內(nèi)壓力在30min內(nèi)不變，然后放掉氮氣，再充氮氣至5MPa，在轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/min攪拌下快速升溫至300°C，恒溫2小時后，將反應(yīng)物過濾后得濾液和濾渣，將濾渣用與萃取相同的溶劑洗滌后，再將洗液與濾液合并，得合并液。
[0027]d、將步驟c所得的合并液，按體積比合并液與蒸餾水為1:0.05,加入蒸餾水，充分?jǐn)嚢韬螅M行液液分離，將其中的油相，進行減壓蒸餾得到固體超純煤，回收得到的溶劑進行循環(huán)使用。煤的熱萃取率為81.2%,超純煤收率為72.8%,灰分小于0.1 %。
[0028]e、向步驟d所得的水相中加入無水乙醇，無水乙醇與水相的體積比為3:1，析出硫酸鐵催化劑，過濾，將濾出的硫酸鐵催化劑與步驟d所得的回收得到的溶劑重新循環(huán)使用。
[0029]f、將步驟e所得的脫除硫酸鐵催化劑后的乙醇水溶液進行減壓蒸餾，分離出無水乙醇進行循環(huán)使用。
[0030]實施例2
[0031]a、將煙煤粉碎至粒度$200μπι，在150°C條件下干燥12小時備用。
[0032]b、將50g硫酸鋅與步驟a所得的干燥煤粒125g，加入1-甲基萘500g，將其充分混合后，加入IL高壓反應(yīng)爸中。
[0033]c、在上述高壓反應(yīng)釜中，以氮氣置換高壓反應(yīng)釜其中的空氣并充氮氣至5MPa，保持釜內(nèi)壓力在30min內(nèi)不變，然后放掉氮氣，再充氮氣至OMPa，在轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/min攪拌下快速升溫至450°C，恒溫0.1小時后，將反應(yīng)物過濾后得濾液和濾渣，將濾渣用與萃取相同的溶劑洗滌后，再將洗液與濾液合并，得合并液。
[0034]d、將步驟c所得的合并液，按體積比合并液與蒸餾水為1:0.1,加入蒸餾水，充分?jǐn)嚢韬?，進行液液分離，將其中的油相，進行減壓蒸餾得到固體超純煤，回收得到的溶劑進行循環(huán)使用。煤的熱萃取率為88.2%,超純煤收率為80.8%,灰分小于0.1 %。
[0035]e、向步驟d所得的水相中加入無水乙醇，無水乙醇與水相的體積比為3:1，析出硫酸鋅催化劑，過濾，將濾出的硫酸鋅催化劑與步驟d所得的回收得到的溶劑重新循環(huán)使用。
[0036]f、將步驟e所得的脫除硫酸鋅催化劑后的乙醇水溶液進行減壓蒸餾，分離出無水乙醇進行循環(huán)使用。
[0037]實施例3
[0038]a、將煙煤粉碎至粒度$200μπι，在110°C條件下干燥24小時備用。
[0039]b、將25g硫酸鎂與步驟a所得的干燥煤粒100g，加入2-甲基萘500g，將其充分混合后，加入IL高壓反應(yīng)爸中。
[0040]c、在上述高壓反應(yīng)釜中，以氮氣置換高壓反應(yīng)釜其中的空氣并充氮氣至5MPa，保持釜內(nèi)壓力在30min內(nèi)不變，然后放掉氮氣，再充氮氣至2MP