一种回收煤直接液化残渣中有机质的方法

摘要

本发明公开了一种回收煤直接液化残渣中有机质的方法，根据煤直接液化残渣中不同组分的特性，将残渣经过多级电场处理，每级电场设有弱、中、强或超强电场区域，进而实现煤直接液化残渣中不同组分的梯度分离。本发明的方法通过施加电场促使煤直接液化残渣中不同组分的定向移动，通过物理方式实现无机质和有机质的分离，可高效回收煤直接液化残渣中的有机质，相比于化学溶剂抽提后多级的分离，本方法不仅可以实现煤直接液化残渣中重油、沥青质物质等有机质以及非有机质组分的分离，同时还可以实现重油与沥青类物质的分离。

权利要求

1.一种回收煤直接液化残渣中有机质的方法，其特征在于：

将残渣经过三级电场处理，其中，一级电场处理包括上下分布的中电场区域和弱电场区域，二级电场处理包括上下分布的强电场区域和中电场区域，三级电场处理包括上下分布的超强电场区域和弱电场区域；

弱电场区域的电场强度为500～4000V/cm，中电场区域的电场强度为4000～8000V/cm，强电场区域的电场强度为8000～15000V/cm，超强电场区域的电场强度为15000～30000V/cm；

将残渣送入一级弱电场区域，在一级弱电场区域内实现残渣中大部分非有机质组分的聚集，沥青组分、重油组分和残留的非有机质组分进入一级中电场区域，在一级中电场区域内实现重油组分与沥青组分、非有机质组分的分离；

一级中电场区域下部抽出的组分进入二级中电场区域，在二级中电场区域内实现沥青组分和非有机质组分的进一步分离，一级中电场区域上部抽出来的含有少量沥青组分的富含重油组分进入二级强电场区域，在二级强电场区域内实现重油组分和沥青组分的进一步分离，从二级强电场区和二级中电场区交界处即可获得富含沥青组分；

二级强电场区域上部抽出的组分进入三级超强电场区域，在三级超强电场区域内实现重油组分和沥青组分的进一步分离，得到重油组分，从二级强电场区和二级中电场区交界处抽出的富含沥青组分进入三级弱电场区域进行稳定处理，即可得到沥青组分。

2.如权利要求1所述回收煤直接液化残渣中有机质的方法，其特征在于，电场处理过程中的操作温度比煤直接液化残渣软化点温度高100～200℃。

3.如权利要求2所述回收煤直接液化残渣中有机质的方法，其特征在于，电场处理过程中的操作温度比煤直接液化残渣软化点温度高150℃。

4.如权利要求1所述回收煤直接液化残渣中有机质的方法，其特征在于，煤直接液化残渣在电场中处理时间为0.5～4h。

5.如权利要求4所述回收煤直接液化残渣中有机质的方法，其特征在于，煤直接液化残渣在电场中处理时间为0.5～2h。

6.如权利要求4所述回收煤直接液化残渣中有机质的方法，其特征在于，煤直接液化残渣在电场中处理时间为0.5～1h。

7.如权利要求1所述回收煤直接液化残渣中有机质的方法，其特征在于，一级电场处理过程中的非有机质组分的排放比例≯60％；二级电场处理过程中的非有机质组分的排放比例为≯20％；三级电场处理过程中的非有机质组分的排放比例为≯10％。

8.如权利要求7所述回收煤直接液化残渣中有机质的方法，其特征在于，一级电场处理过程中的非有机质组分的排放比例≯50％；二级电场处理过程中的非有机质组分的排放比例≯10％；三级电场处理过程中的非有机质组分的排放比例≯5％。

说明书

一种回收煤直接液化残渣中有机质的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及煤深度加工技术领域，具体涉及一种回收煤直接液化残渣中有机质的方法。

背景技术

[0002] 当前，世界范围内的经济发展仍严重依赖于石化能源的生产和利用。基于中国“富煤少油”的能源结构以及相对较高的经济发展速度，能源的有效利用和安全问题已经显得越来越重要。为确保我国能源环境安全，充分利用我国丰富的煤炭资源来减少对国外石油进口的依赖，已得到了各界的广泛共识。

[0003] 煤直接液化技术作为目前利用煤炭资源的方法之一，可以充分且清洁地利用我国较为丰富的煤炭资源。煤直接液化技术是通过将“富碳贫氢”的煤直接加氢生产出类似于“原油”的液化产物，经进一步加工得到包括发动机燃料在内的各种化学品。在该工艺中，煤直接加氢液化反应是其中的关键反应单元。在反应过程中，除了生成“液态”的目的产物外，受反应物活性和操作条件的制约，还生成占进料质量约30％左右的“固态”液化残渣作为副产物。该液化残渣成分复杂，其中含有约占30wt％的未分离的重质油以及质量约占30wt％的沥青类有机质。由于煤直接液化技术的主要目的是生产液体油品，所以上述液化残渣中的有机质是否能够有效回收，将会直接影响整个煤直接液化技术的效率和经济性。

[0004] 通常对煤液化残渣采用直接燃烧、焦化制油等手段进行处理，这不仅带来了环境污染问题，而且明显降低了煤直接液化技术的经济性。因此，如何有效且低成本地回收上述液化残渣中的有机质成为目前针对煤直接液化技术进行改进的首选方向。

[0005] 在现有技术中，本领域技术人员研究了使用有机萃取溶剂对煤直接液化残渣中的有机质进行抽提，例如参考文献1‑4。

[0006] 参考文献1：专利公开号为CN101885976B的中国专利文献。

[0007] 参考文献1公开了一种以煤直接液化过程本身产生的油品为萃取溶剂进行煤液化残渣萃取，萃取物经过热处理分离出重质油和中间相沥青，重质液化油与煤液化过程循环溶剂一起进行适度加氢以后作为煤液化的循环溶剂使用，中间相沥青类物质作为制备碳素材料的原料进行高附加值利用的方法。

[0008] 参考文献2：专利公开号为CN101962561B的中国专利文献。

[0009] 参考文献2公开了一种利用不同馏份段的液化油品对煤液化残渣进行分级萃取，使萃取得到的重质液化油与煤液化过程中的循环溶剂一起进行适度加氢以后作为煤液化的循环溶剂使用，萃取得到的沥青类物质经过热处理得到中间相沥青类物质作为制备碳素材料的原料的方法。

[0010] 参考文献3《：煤直接液化残渣萃取技术现状及发展趋势》，作者：苗强。

[0011] 参考文献3阐述了提取高附加值有机物，如沥青和重油的研究现状，阐述了煤直接液化残渣萃取溶剂的种类、萃取工艺条件的选择以及萃取物的性能和用途等，提出了煤直接液化残渣萃取技术的发展趋势。采用合适的萃取剂和萃取条件可从液化残渣中萃取出制备沥青的原料和可作为液化循环溶剂使用的油分，萃取剂可包括各种已知的常规萃取溶剂及其混合物、离子液复合萃取剂和各种煤液化或石化馏分油，萃取出的沥青类物质可制备高级碳材料，特别是碳纤维材料，萃取出的油分可用作煤液化循环溶剂或燃料。

[0012] 参考文献4《：神华煤直接液化残渣超临界溶剂萃取研究》，作者：刘鹏飞等。

[0013] 参考文献4阐述了利用甲苯苯和乙醇三种溶剂在反应釜中对神华煤直接液化残渣进行了超临界溶剂萃取，考察了压力、温度、萃取时间、溶剂/残渣比等对萃取产物收率和重质液体萃取组成的影响。结果表明，以甲苯为溶剂进行萃取时，萃取时间对重质液体产率及HS和A收率的影响不大，而温度、压力以及溶剂/残渣质量比都会影响萃取产物的产率及组成。溶剂超临界萃取过程中，有其他组分向HS组分转化，提高了HS的收率。三种溶剂中，苯显示了和甲苯相似的萃取性能，而乙醇的萃取性能相比苯和甲苯则较差，但乙醇萃取得到的重质液体中轻质组分含量高于苯和甲苯。萃取过程中，残渣中的灰分和硫分主要富集至萃取残渣中。

[0014] 然而，采用有机溶剂作为抽提溶剂不仅成本较高，同时为了避免有机溶剂的腐蚀作用还需要采用特定材质的反应装置，提高了生产成本。此外，使用有机溶剂还容易造成环境污染。因此，开发新的回收方法，既能够有效地分离煤直接液化残渣中的有机质，还能够减轻污染并对环境友好，成为摆在本领域技术人员面前亟需解决的技术问题。

发明内容

[0015] 本发明的目的是为解决现有技术中存在的问题，提供一种回收煤直接液化残渣中有机质的方法。

[0016] 本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种回收煤直接液化残渣中有机质的方法，根据煤直接液化残渣中不同组分的特性，将残渣经过多级电场处理，每级电场设有弱、中、强或超强电场区域，进而实现煤直接液化残渣中不同组分的梯度分离。

[0017] 作为本发明一种回收煤直接液化残渣中有机质的方法的进一步优化：将残渣经过三级电场处理，其中，一级电场处理包括上下分布的中电场区域和弱电场区域，二级电场处理包括上下分布的强电场区域和中电场区域，三级电场处理包括上下分布的超强电场区域和弱电场区域；

[0018] 将残渣送入一级弱电场区域，在一级弱电场区域内实现残渣中大部分非有机质组分的聚集，沥青组分、重油组分和残留的非有机质组分进入一级中电场区域，在一级中电场区域内实现重油组分与沥青组分、非有机质组分的分离；

[0019] 一级中电场区域下部抽出的组分进入二级中电场区域，在二级中电场区域内实现沥青组分和非有机质组分的进一步分离，一级中电场区域上部抽出来的含有少量沥青组分的富含重油组分进入二级强电场区域，在二级强电场区域内实现重油组分和沥青组分的进一步分离，从二级强电场区和二级中电场区交界处即可获得富含沥青组分；

[0020] 二级强电场区域上部抽出的组分进入三级超强电场区域，在三级超强电场区域内实现重油组分和沥青组分的进一步分离，得到重油组分，从二级强电场区和二级中电场区交界处抽出的富含沥青组分进入三级弱电场区域进行稳定处理，即可得到沥青组分。

[0021] 作为本发明一种回收煤直接液化残渣中有机质的方法的进一步优化：弱电场区域的电场强度为500～4000V/cm，中电场区域的电场强度为4000～8000V/cm，强电场区域的电场强度为8000～15000V/cm，超强电场区域的电场强度为15000～30000V/cm。

[0022] 作为本发明一种回收煤直接液化残渣中有机质的方法的进一步优化：电场处理过程中的操作温度比煤直接液化残渣软化点温度高100～200℃。

[0023] 作为本发明一种回收煤直接液化残渣中有机质的方法的进一步优化：电场处理过程中的操作温度比煤直接液化残渣软化点温度高150℃。

[0024] 作为本发明一种回收煤直接液化残渣中有机质的方法的进一步优化：煤直接液化残渣在电场中处理时间为0.5～4h。

[0025] 作为本发明一种回收煤直接液化残渣中有机质的方法的进一步优化：煤直接液化残渣在电场中处理时间为0.5～2h。

[0026] 作为本发明一种回收煤直接液化残渣中有机质的方法的进一步优化：煤直接液化残渣在电场中处理时间为0.5～1h。

[0027] 作为本发明一种回收煤直接液化残渣中有机质的方法的进一步优化：一级电场处理过程中的非有机质组分的排放比例 60％；二级电场处理过程中的非有机质组分的排放比例为 20％；三级电场处理过程中的非有机质组分的排放比例为 10％。

[0028] 作为本发明一种回收煤直接液化残渣中有机质的方法的进一步优化：一级电场处理过程中的非有机质组分的排放比例 50％；二级电场处理过程中的非有机质组分的排放比例 10％；三级电场处理过程中的非有机质组分的排放比例 5％。

[0029] 本发明具有以下有益效果：

[0030] 1、相比于化学溶剂抽提，本方法无需添加化学溶剂，无二次污染；

[0031] 2、相比于亚临界水抽提和蒸馏，本方法仅消耗电能，无其他消耗，能耗低；

[0032] 3、本方法通过施加电场促使煤直接液化残渣中不同组分的定向移动，通过物理方式实现无机质和有机质的分离，可高效回收煤直接液化残渣中的有机质；

[0033] 4、相比于化学溶剂抽提后多级的分离，本方法不仅可以实现煤直接液化残渣中重油、沥青质物质等有机质以及非有机质组分的分离，同时还可以实现重油与沥青类物质的分离；

[0034] 5、相比于溶剂抽提，本方法采用的装置结构简单、易操作。

附图说明

[0035] 图1为本发明回收方法的工艺流程简图。

具体实施方式

[0036] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容并不局限于下面的实施例。

[0037] <煤直接液化残渣>

[0038] 以下实施例1针对煤直接液化残渣进行有机质回收处理，煤直接液化残渣的成分如表1所示：

[0039] 表1：煤直接液化残渣的族组成(wt.％)

[0040] 重油a 沥青b 非有机质c35.9 38.2 25.2

[0041] 注：a正己烷可溶物；b正己烷不溶物四氢呋喃可溶物；c四氢呋喃不溶物。

[0042] 按组成分类方法划分，煤直接液化残渣中含有重油组分、沥青组分和非有机质组分。通常，沥青组分、非有机质组分自身具有带电性或者容易感应带电，并且两种组分的电感应特性不同，因此在电场中这些组分能够发生定向移动和聚集；而重油组分对电场的感应性较弱，施加电场对其影响较小。因此，可以通过施加电场的方式来实现不同组分的富集和分离。

[0043] <实施例1>

[0044] 一种回收煤直接液化残渣中有机质的方法，具体为：

[0045] 将残渣经过三级电场处理，其中，一级电场处理包括上下分布的中电场区域和弱电场区域，一级中电场区域的电场强度为4000V/cm，一级弱电场区域的电场强度为500V/cm；二级电场处理包括上下分布的强电场区域和中电场区域，二级强电场区域的电场强度为8000V/cm，二级中电场区域的电场强度为4000V/cm；三级电场处理包括上下分布的超强电场区域和弱电场区域，三级超强电场区域的电场强度为15000V/cm，三级弱电场区域的电场强度为2000V/cm。

[0046] 在煤直接液化残渣中，非有机质组分(无机质组分或灰分)因含有矿物颗粒，对电场的感应最强；沥青组分因含有沥青质等极性组分，因此其对电场的感应次之。重油组分主要是富含C、H的烃类，极性较弱，因此电场对重油组分的影响较小。

[0047] 将残渣送入一级弱电场区域，在一级弱电场区域内实现残渣中大部分非有机质组分的聚集，沥青组分、重油组分和残留的非有机质组分进入一级中电场区域，在一级中电场区域内实现重油组分与沥青组分、非有机质组分的分离；

[0048] 一级中电场区域下部抽出的组分(含有少量非有机质组分的沥青组分)进入二级中电场区域，在二级中电场区域内实现沥青组分和非有机质组分的进一步分离(得到沥青组分和非有机质组分)，一级中电场区域上部抽出来的含有少量沥青组分的富含重油组分进入二级强电场区域，在二级强电场区域内实现重油组分和沥青组分的进一步分离，从二级强电场区和二级中电场区交界处即可获得富含沥青组分；

[0049] 二级强电场区域上部抽出的组分进入三级超强电场区域，在三级超强电场区域内实现重油组分和沥青组分的进一步分离，得到重油组分，从二级强电场区和二级中电场区交界处抽出的富含沥青组分进入三级弱电场区域进行稳定处理，即可得到沥青组分。

[0050] 煤直接液化残渣中有机质的回收效果如表2所示。

[0051] <实施例2>

[0052] 一种回收煤直接液化残渣中有机质的方法，具体为：

[0053] 将残渣经过三级电场处理，其中，一级电场处理包括上下分布的中电场区域和弱电场区域，一级中电场区域的电场强度为8000V/cm，一级弱电场区域的电场强度为4000V/cm；二级电场处理包括上下分布的强电场区域和中电场区域，二级强电场区域的电场强度为15000V/cm，二级中电场区域的电场强度为8000V/cm；三级电场处理包括上下分布的超强电场区域和弱电场区域，三级超强电场区域的电场强度为30000V/cm，三级弱电场区域的电场强度为4000V/cm。

[0054] 在煤直接液化残渣中，非有机质组分(无机质组分或灰分)因含有矿物颗粒，对电场的感应最强；沥青组分因含有沥青质等极性组分，因此其对电场的感应次之。重油组分主要是富含C、H的烃类，极性较弱，因此电场对重油组分的影响较小。

[0055] 将残渣送入一级弱电场区域，在一级弱电场区域内实现残渣中大部分非有机质组分的聚集，沥青组分、重油组分和残留的非有机质组分进入一级中电场区域，在一级中电场区域内实现重油组分与沥青组分、非有机质组分的分离；

[0056] 一级中电场区域下部抽出的组分(含有少量非有机质组分的沥青组分)进入二级中电场区域，在二级中电场区域内实现沥青组分和非有机质组分的进一步分离(得到沥青组分和非有机质组分)，一级中电场区域上部抽出来的含有少量沥青组分的富含重油组分进入二级强电场区域，在二级强电场区域内实现重油组分和沥青组分的进一步分离，从二级强电场区和二级中电场区交界处即可获得富含沥青组分；

[0057] 二级强电场区域上部抽出的组分进入三级超强电场区域，在三级超强电场区域内实现重油组分和沥青组分的进一步分离，得到重油组分，从二级强电场区和二级中电场区交界处抽出的富含沥青组分进入三级弱电场区域进行稳定处理，即可得到沥青组分。

[0058] 煤直接液化残渣中有机质的回收效果如表2所示。

[0059] <实施例3>

[0060] 一种回收煤直接液化残渣中有机质的方法，具体为：

[0061] 将残渣经过三级电场处理，其中，一级电场处理包括上下分布的中电场区域和弱电场区域，一级中电场区域的电场强度为6000V/cm，一级弱电场区域的电场强度为2000V/cm；二级电场处理包括上下分布的强电场区域和中电场区域，二级强电场区域的电场强度为10000V/cm，二级中电场区域的电场强度为6000V/cm；三级电场处理包括上下分布的超强电场区域和弱电场区域，三级超强电场区域的电场强度为20000V/cm，三级弱电场区域的电场强度为3000V/cm。

[0062] 在煤直接液化残渣中，非有机质组分(无机质组分或灰分)因含有矿物颗粒，对电场的感应最强；沥青组分因含有沥青质等极性组分，因此其对电场的感应次之。重油组分主要是富含C、H的烃类，极性较弱，因此电场对重油组分的影响较小。

[0063] 将残渣送入一级弱电场区域，在一级弱电场区域内实现残渣中大部分非有机质组分的聚集，沥青组分、重油组分和残留的非有机质组分进入一级中电场区域，在一级中电场区域内实现重油组分与沥青组分、非有机质组分的分离；

[0064] 一级中电场区域下部抽出的组分(含有少量非有机质组分的沥青组分)进入二级中电场区域，在二级中电场区域内实现沥青组分和非有机质组分的进一步分离(得到沥青组分和非有机质组分)，一级中电场区域上部抽出来的含有少量沥青组分的富含重油组分进入二级强电场区域，在二级强电场区域内实现重油组分和沥青组分的进一步分离，从二级强电场区和二级中电场区交界处即可获得富含沥青组分；

[0065] 二级强电场区域上部抽出的组分进入三级超强电场区域，在三级超强电场区域内实现重油组分和沥青组分的进一步分离，得到重油组分，从二级强电场区和二级中电场区交界处抽出的富含沥青组分进入三级弱电场区域进行稳定处理，即可得到沥青组分。

[0066] 煤直接液化残渣中有机质的回收效果如表2所示。

[0067] 表2：实施例1‑3煤直接液化残渣中有机质的回收效果

[0068]

[0069] 从上表可以看出，通过本发明提出的回收煤直接液化残渣中有机质的方法，可以实现煤液化残渣中不同组分的分离，经电场处理后，煤直接液化残渣可以分离为重油组分、沥青组分以及非有机质组分的分离，从而实现有机质组分的回收。

[0070] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。