專利名稱：可紡煤瀝青的生產工藝方法
技術領域：
本發明涉及一種瀝青的制備工藝，特別是涉及一種可紡煤瀝青的生產工藝 方法。
背景技術：
可紡瀝青生產原料主要有兩個， 一是石油裂解瀝青，二是煤焦油加工后殘 留的瀝青。其加工方法主要是將粗瀝青用溶劑溶解稀釋后進行熱過濾，除去固 體雜質，然后進行加氫精制調質改性，再進行高溫聚合和真空減壓蒸餾，除去 易在生絲內產生氣泡的輕組份，蒸余物即是可紡瀝青。
術，以煤焦油為原料生產通用級瀝青碳纖維的原料-可紡瀝青，產能為1000
吒/年，全部出口到日本用于生產碳纖維，出口1^介才各為3萬元/p屯。這些可紡瀝 青運到日本后，只供給大阪煤氣公司而不對外出售。據調查，光日本就需要可 紡瀝青1萬噸/年，其中的80%在日本國內用從中國進口的煤焦油為原料進行 生產。瀝青碳纖維在曰本、美國、韓國等擁有廣闊的市場，本項目以用獨特的 工藝生產出可紡瀝青為原料制成的瀝青碳纖維，具有不含硫及柔韌度特別好的 突出優點，深受美、日、韓和歐洲等國客商的歡迎。
發明內容
針對于此，本發明的目的在于，提供一種可紡煤瀝青的生產工藝方法，通 過該工藝方法可得到產率高，品質好的可紡煤瀝青。
為達到上述目的，本發明采用的技術方案為 一種可紡煤瀝青的生產工藝 方法，該生產工藝方法包括以下步驟
(1) 煤粉制備工段將原料煤進行破碎處理，形成l 3mm的煤粉，對破碎 的煤粉進行干燥，使其含水率《0.1%;
(2) 幼青抽提工段煤粉從浸出抽提器的上部加入，有機溶劑由浸出抽提器 的下部進入，兩者的重量比為3 :4,浸出抽提器內溫度150°C~200°C，壓力 2.0-2.5MPa;抽提后的煤粉殘渣排放掉，而抽提液進入瀝青過濾工段；
(3) 瀝青過濾工段抽提液經過過濾設備，濾掉98%以上直徑大于0.1孩i米的固體顆粒；
(4) 毛瀝青蒸發脫溶工段對濾液進行閃蒸，除去80°/。的溶劑，得到溶劑與 瀝青的混合懸浮液；該懸浮液進行干燥處理，使其溶劑的含量少于0.5%,干燥 后的瀝青后為毛瀝青；溶劑回收至溶劑罐；
(5) 加氫精制工段毛瀝青與粗苯按重量比1 : 1混勻，形成懸浮液，然后 向該懸浮液中通入氫氣，升溫加壓進行加氫反應，其中氫氣與毛瀝青的重量比 為1 : 5,反應時間為6 8小時，反應溫度330 340。C,壓力為12.0MPa;反 應后的液體瀝青進入高溫分離器，釋放出液體瀝青中的輕組份和未反應的氫 氣，高溫分離器的底部分離出的液體瀝青，360。C下進行熱聚合，聚合時間約4 小時，聚合后的瀝青進入真空蒸發釜，在真空作用下蒸發，輕組傷4皮迅速地從 頂部抽出，從真空蒸發釜底部出來的便是可紡煤瀝青。
所述步驟(2)中得到的煤粉殘渣送入真空耙式干燥機進行脫溶干燥，干燥后 的殘渣進入渣倉，該殘渣做活性炭用，真空干燥機出來的溶劑蒸汽進入冷凝器 回收溶劑。
所述步驟(3)中得到的固體顆粒經過脫溶劑處理，溶劑經冷凝回收，脫溶后 的細殘渣^L活性炭用。
所述步驟(3)釆用過濾方式為采用三級自動反沖洗過濾器組成，采用PLC 控制，并且過濾精度均為微米級的。
所述步驟(2)中使用的有機溶劑為四氫呋喃、二硫化碳或曱醇中的一種或 多種混合的溶劑。
所述步驟(4)中的閃蒸條件為閃蒸器內溶劑蒸汽溫度為IOO'C,壓力為 0.27MPa。
所述步驟(5)中，先將毛瀝青進行粉碎處理，然后與粗苯混勻。 與現有技術相比，本發明以煤為原料用萃取的方法連續生產出可紡煤瀝 青。從根本上突破國外的技術封鎖;釆用自主原料生產碳纖維，在價格上具有 較大優勢，大大增加國內碳纖維產品的使用量，促進國內材料產業的進一步發 展。
該技術的關鍵是可實現瀝青浸出抽提、三級精細過濾、溶劑回收循環使用、 殘渣排出和烘干脫溶、毛瀝青直接通入氫氣后實現低成本加氫、高溫聚合和真 空減壓蒸餾精制、可紡煤瀝青排出冷卻等所有工序的連續化生產。
該技術最大區別就是沒有將煤中固有的天然瀝青類物質進行高溫破壞，其天然的優良特性被最大限度地保留下來，從而使煤中有用的東西得到了較好的 開發利用，基本保留了煤中復雜的瀝青類組份的固有特征，所以產率高，品質 好，相對于石油化工來講，原料廣泛，供應量充足， <介格低廉，這就注定使產 品成本低，市場竟爭力強。
該項目可發揮礦區煤炭資源比較優勢，對大力發展煤化工產業具有良好的 推動和示范作用。該項目以煤瀝青抽提為龍頭，進而產出高附加值的可紡煤瀝 青、碳纖維和煤質活性炭及其下游產品，使相對廉價的煤炭資源獲得巨大的增 值，對煤化工產業的大發展探出了一條新路子。
圖l是本發明的工藝流程示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明進行詳細描述，本部分的描述僅是示范性和解釋 性，不應對本發明的保護范圍有任何的限制作用。
如圖1所示的一種可紡煤瀝青的生產工藝方法，該生產工藝方法包括以下 步驟
(1 )煤粉制備工段
原料煤經電磁振動給料機給料進入環錘式破碎機，將原料煤破碎成l-3mm 的煤粉，經螺旋輸送機、提升機將破碎的煤粉送入盤式干燥機中進行干燥，含 水率<0.1°/。。干燥后的煤粉經振動篩篩分，l-3mm的煤粉送入煤粉倉。
(2) 瀝青抽提工段
煤粉倉中的合格煤粉，經螺旋給料機、斗式提升機先后送入變壓補料倉、 加壓給料倉和浸出抽提器，進料量由星型卸料器變頻控制。溶劑泵輸送來的回 收有機溶劑與煤粉一同從浸出抽提器上部進入。正常生產時，浸出抽提器內溫 度150°C ~200°C，壓力2.0~2.5MPa。塔板上的煤粉受到順時針方向轉動的撥 料輪推動，向著該層塔板的下料口處移動。從下部進入的新鮮有機溶劑與煤粉 逆向運動，不斷把煤粉中的瀝青溶解出來。總的有機溶劑與煤粉的重量比為3 :4,所用的有機溶劑為四氫呋喃、二硫化碳或甲醇中的一種或多種混合的溶 劑。抽提液經浸出抽提器出口進入瀝青過濾脫溶單元，抽提后的殘渣經排渣鎖 斗周期循環排放。
(3) 瀝青過濾工段
經過濾，瀝青溶液中的煤粉被分離出來，要求固體顆粒直徑大于0.1微米的固體量的脫除率大于98%。過濾系統為自動反沖洗，由三級過濾器組成，一 級三臺過濾器，二級兩臺過濾器，三級兩臺過濾器，過濾精度均為微米級的。 在PLC控制下進行過濾、置換、反沖洗、排渣等作業。為差壓和時間兩種控制 方案，以先到者優先。本工段是制備最終產品的關鍵環節,其過濾效果直接影 響最終產品的品質。三級過濾后的合格濾液進入毛瀝青蒸發脫溶工段。
(4) 毛瀝青蒸發脫溶工段
合格濾液進入該工段后，進入溶劑閃蒸器，將溶有毛瀝青的混合液蒸發脫 除大部分溶劑后，變為溶劑與毛瀝青的混合懸浮液，閃蒸器內溶劑蒸汽溫度為 IO(TC,壓力為0.27MPa。從閃蒸器出來的毛瀝青的混合懸浮液進入密閉式微 正壓終脫溶帶式干燥機，毛瀝青被脫溶干燥后呈小片狀進入毛瀝青倉。蒸發器 出來的溶劑蒸汽經冷凝回收到溶劑罐。
(5) 加氫精制工段 從毛瀝青倉送來的毛瀝青經石皮碎后進入瀝青懸浮液制備攪拌桶，同時按1:
1比例加入粗苯，攪拌制成懸浮液，該懸浮液進入柱塞泵加壓。從甲醇工廠弛 放氣氬回收裝置引來氬氣后進行加壓，與柱塞泵送來的高壓瀝青懸浮液混合后 送入裝有催化劑的瀝青加氬反應器進行加氫反應，其中氫氣與毛瀝青的重量比 為1 : 5,反應時間為6~8小時，反應時間為6-8小時，反應溫度330-340。C， 壓力為12.0MPa。進行加氫反應，目的就是使毛瀝青中的 大稠環芳烴部分開環， 適當形成側鏈，以便于大分子之間互相牽連形成纖維狀，從而獲得瀝青纖維， 另外就是加氫后可有效地脫除輕組份，因為這些輕組份在瀝青纖維內易生成氣 泡，從而造成斷絲。毛瀝青加氳的示意方程式如下
反應后的液體瀝青進入高溫分離器，釋放出輕組份和未反應的氫氣，這些 氣體進入輕組份分餾塔，產生輕油和可燃氣體。液體瀝青從高溫分離器的底部
進入聚合釜，在攪拌狀態下進行熱聚合，聚合時間約4小時。反應后的液體進 入真空蒸發釜的上部，在真空作用下，輕組份被迅速地抽出送入分餾塔回收重 油。可紡瀝青液自真空蒸發釜的底部依靠自重進入緩沖密封貯槽，再由該槽的 底部自流到瀝青帶式冷卻機冷卻后獲得成品固體可紡煤湯青。其中的輕組份為 C4以下的烷烴和類似汽油的易揮發成份。(6) 殘渣干燥工段
自排渣鎖斗底部排出的殘渣與溶劑的混合物落入斗式撈坑，液體溢流進入 儲罐。斗式提升機撈出的殘渣送入真空耙式干燥機進行脫溶干燥，干燥后的殘 渣進入渣倉，真空干燥機出來的溶劑蒸汽進入冷凝器回收溶劑。
(7) 細殘渣干燥工段
該工段的主要任務是回收過濾器反沖下來的細殘渣和細殘渣中的溶劑。過 濾系統反沖洗下來的細殘渣溶劑混合液先進入細渣緩沖罐，然后進入脫溶薈， 溶劑經冷凝回收，脫溶后的細殘渣做活性炭用。
上述生產工藝的工作條件
(1) 煤用液體溶劑連續浸出制取毛瀝青
選用合適的煤粒度， 一般地，煤粉粒度越細，浸出速度越快，但是，將會
造成后序工段中渣液分離和過濾的困難，會影響產品質量；煤粉粒度大，浸出 速率慢，產品產出率低，但是渣液分離容易。因此，選擇合適的煤粒度比較重 要。通過試驗確定合適的煤粉粒度為l-3mm。浸出抽提設備有間歇和連續的， 本項目采用的是連續式中溫中壓浸出抽提設備。其失見格為高度11米，內徑3.0m, 轉速為0.5轉/時。內裝有多層塔板和撥料輪，以使煤粉與溶劑更好地接觸， 正常加料(干煤粉)速度為1.4p屯/時，反應溫度150°C~200°C,壓力2.0 ~ 2.5MPa，煤粉在反應器內的停留時間約8小時。
(2) 煤^^分與浸出液的分離
浸出液中含有一定量的細煤粉顆粒，浸出液與細煤粉的分離程度，將在很 大程度上影響最終產品的質量。因此，選用何種類型的過濾器、過濾器反沖和 過濾棒的清洗將是一個復雜的工藝及控制過程。本項目的過濾系統為自動反沖 洗，由三級過濾器組成， 一級三臺過濾器，二級兩臺過濾器，三級兩臺過濾器， 過濾精度均為微米級的。在PLC控制下進行過濾、置換、反沖洗、排渣等作業。 為差壓和時間兩種控制方案，以先到者優先。操作溫度150°C,操作壓力 2.4MPa,單級允許壓差0.25 MPa。
(3) 毛瀝青加氫調質制取可紡煤瀝青 通過加氫條件試驗，從而選定了合適的加氳參數。將煤瀝青破碎至小于140
目的粉末溶于一定溶劑中，在一定催化劑存在的條件下，進行加氫反應。加氬 后煤瀝青，與溶劑分離完全后，直接在高壓釜中360。C恒溫熱聚合4h;聚合后的物料從真空蒸發釜的上部進入，在真空作用下，真空度為400mm汞柱，可 紡瀝青自其底部依靠自重進入緩沖密封貯槽，再由該槽的底部自流到瀝青冷卻 機冷卻后獲得成品固體可紡煤瀝青。
以上僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術 人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些 改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
權利要求
1、一種可紡煤瀝青的生產工藝方法，其特征在于該生產工藝方法包括以下步驟(1)煤粉制備工段將原料煤進行破碎處理，形成1～3mm的煤粉，對破碎的煤粉進行干燥，使其含水率≤0.1％；(2)瀝青抽提工段煤粉從浸出抽提器的上部加入，有機溶劑由浸出抽提器的下部進入，兩者的重量比為3∶4，浸出抽提器內溫度150℃～200℃，壓力2.0～2.5MPa；抽提后的煤粉殘渣排放掉，而抽提液進入瀝青過濾工段；(3)瀝青過濾工段抽提液經過過濾設備，濾掉98％以上直徑大于0.1微米的固體顆粒；(4)毛瀝青蒸發脫溶工段對濾液進行閃蒸，除去80％的溶劑，得到溶劑與瀝青的混合懸浮液；該懸浮液進行干燥處理，使其溶劑的含量少于0.5％，干燥后的瀝青后為毛瀝青；溶劑回收至溶劑罐；(5)加氫精制工段毛瀝青與粗苯按重量比1∶1混勻，形成懸浮液，然后向該懸浮液中通入氫氣，升溫加壓進行加氫反應，其中氫氣與毛瀝青的重量比為1∶5，反應時間為6～8小時，反應溫度330～340℃，壓力為12.0MPa；反應后的液體瀝青進入高溫分離器，釋放出液體瀝青中的輕組份和未反應的氫氣，高溫分離器的底部分離出的液體瀝青，360℃下進行熱聚合，聚合時間約4小時，聚合后的瀝青進入真空蒸發釜，在真空作用下蒸發，輕組份被迅速地從頂部抽出，從真空蒸發釜底部出來的便是可紡煤瀝青。
2、 根據權利要求1所述的可紡煤瀝青的生產工藝方法，其特征在于所 述步驟(2)中得到的煤粉殘渣送入真空耙式干燥機進行脫溶干燥，干燥后的殘渣 進入渣倉，該殘渣做活性炭用，真空干燥機出來的溶劑蒸汽進入冷凝器回收溶 劑。
3、 根據權利要求1所述的可紡煤瀝青的生產工藝方法，其特征在于所 述步驟(3)中得到的固體顆粒經過脫溶劑處理，溶劑經冷凝回收，脫溶后的細殘 渣做活性炭用。
4、 根據權利要求1或3所述的可紡煤瀝青的生產工藝方法，其特征在于 所述步驟(3)采用過濾方式為采用三級自動反沖洗過濾器組成，采用PLC控 制，并且過濾精度均為微米級的。
5、 根據權利要求1所述的可紡煤瀝青的生產工藝方法，其特征在于所 述步驟(2)中使用的有機溶劑為四氫呋喃、二硫化碳或甲醇中的一種或多種混 合的溶劑。
6、 根據權利要求1所述的可紡煤瀝青的生產工藝方法，其特征在于所 述步驟(4)中的閃蒸條件為閃蒸器內溶劑蒸汽溫度為100°C,壓力為0.27MPa。
7、 根據權利要求1所述的可紡煤瀝青的生產工藝方法，其特征在于所 述步驟(5)中，先將毛瀝青進行粉碎處理，然后與粗苯混勻。
全文摘要
本發明公開一種可紡煤瀝青的生產工藝方法，該生產工藝方法包括以下步驟(1)煤粉制備工段、(2)瀝青抽提工段、(3)瀝青過濾工段、(4)毛瀝青蒸發脫溶工段、(5)加氫精制工段。本發明以煤為原料用萃取的方法連續生產出可紡煤瀝青。從根本上突破國外的技術封鎖；采用自主原料生產碳纖維，在價格上具有較大優勢，大大增加國內碳纖維產品的使用量，促進國內材料產業的進一步發展。
文檔編號C10C3/00GK101624529SQ200910017078
公開日2010年1月13日 申請日期2009年7月15日 優先權日2009年7月15日
發明者宋淑群, 楊建民, 汪志國, 冬 王, 胡玉彬, 褚宏春 申請人:兗礦集團有限公司;兗礦國宏化工有限責任公司