一種微濾膜及利用微濾膜凈化煤焦油原料的工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤焦油凈化處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微濾膜及利用微濾膜凈化煤焦油原料的工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤焦油是煤炭在干餾、氣化或熱解過程中獲得的是一種多組分的混合物。煤焦油含有較多的含氧化合物，不飽和烴以及硫、氮化合物，煤粉、焦粒、機(jī)械雜質(zhì)(又稱喹啉不溶物-QI，以下簡稱QI)以及水和水溶性雜質(zhì)，且瀝青質(zhì)含量高(瀝青質(zhì)約大于8% )、產(chǎn)品安定性能(光安定性、儲存安定性、氧化安定性)差，燃燒尾氣中污染大，不符合國家標(biāo)準(zhǔn)，無法直接作為燃料出廠，必須經(jīng)過進(jìn)一步深加工，才能作為產(chǎn)品出品。
[0003]目前煤焦油普遍采用加氫改質(zhì)和輕質(zhì)化工藝，進(jìn)行脫硫、脫氮、脫氧、不飽和烴飽和、芳烴飽和，改善其安定性、降低硫、氮、氧含量，裂解重組分，生成汽油、柴油和重油等合規(guī)燃料產(chǎn)品。
[0004]但煤焦油中所含以下雜質(zhì)是煤焦油加氫裝置的穩(wěn)定長周期運(yùn)行的瓶頸。
[0005]1.Q1:主體粒度分布小于5 μπι的QI，會(huì)沉積堵塞管道、換熱器、甚至堵塞加氫反應(yīng)催化劑床層，導(dǎo)致裝置無法長周期運(yùn)行。
[0006]2.重質(zhì)瀝青質(zhì):粒度小于I μπι的固形重質(zhì)瀝青質(zhì)不僅鋪蓋催化劑表面，而且可以作為晶核加速煤焦油的聚合和結(jié)焦，堵塞催化劑表面微孔，使催化劑失活，使加氫反應(yīng)器無法長周期運(yùn)行。
[0007]3.水分、鹽:腐蝕設(shè)備，堵塞催化劑微孔，毒害催化劑，尤其是水溶性鹽會(huì)腐蝕設(shè)備管道，并產(chǎn)生次生Fe離子，F(xiàn)e離子在加氫反應(yīng)器內(nèi)會(huì)與反應(yīng)副產(chǎn)物H2S反應(yīng)生成FeS，F(xiàn)eS則會(huì)催化加速煤焦油在催化劑上的聚合結(jié)焦。
[0008]4.金屬:煤焦油中金屬含量約300-600ppm，煤焦油中的金屬主要以三種形式存在，即約1/3存在于QI中，1/3存在于水中，以水溶性鹽的形式存在，1/3存在于瀝青質(zhì)中，以環(huán)烷酸鹽和酚鹽的形式存在。金屬會(huì)堵塞煤焦油加氫催化劑的孔道，使催化劑失活。
[0009]由于煤焦油中的QI和固體形態(tài)重質(zhì)瀝青質(zhì)的存在，使含水煤焦油粘度高且呈穩(wěn)定的乳化狀態(tài)，加上QI和固體形態(tài)瀝青質(zhì)的粒度極細(xì)，使得上述雜質(zhì)的去除異常困難，現(xiàn)有的技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)煤焦油的高收率凈化。目前普遍采用離心機(jī)械雜質(zhì)粗分離+蒸餾餾分切割的模式，切除煤焦油中的水分，重質(zhì)瀝青質(zhì)和QI (和沸點(diǎn)在350°C以上的重組分)。這種煤焦油原料凈化方式，在除去水分、重質(zhì)瀝青質(zhì)和QI的同時(shí)，還會(huì)切除15%左右的有用餾分，即以餾分損失為代價(jià)，來延長加氫反應(yīng)器的連續(xù)運(yùn)行周期。這種餾分切割工藝存在能耗高，原料收率低，裝置經(jīng)濟(jì)性差的缺陷。不僅如此，由于餾分切割在200°C以上的高溫下進(jìn)行，煤焦油中的鹽和瀝青質(zhì)還會(huì)引起蒸餾系統(tǒng)的塔和換熱器的腐蝕和堵塞。所以，即使損失超過15%的加氫原料，煤焦油加氫裝置的連續(xù)開工周期仍然不超過半年。
[0010]鑒于目前煤焦油原料凈化技術(shù)中存在的缺陷，開發(fā)新型的煤焦油凈化處理工藝具有非常重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的在于，提供一種微濾膜及利用微濾膜凈化煤焦油原料的工藝方法。用以解決現(xiàn)有技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)煤焦油高收率凈化的技術(shù)問題。
[0012]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案如下:
[0013]本發(fā)明提供了一種微濾膜，該微濾膜采用支撐層和過濾控制層為一體的非對稱結(jié)構(gòu)和光滑微孔通道；所述支撐層采用20?200 μ m的金屬粉末進(jìn)行燒結(jié)制得，厚度為1.5?
2.2mm ;所述過濾控制層通過采用I?5 μ m的金屬球形顆粒均勻涂布在所述支撐層上制得，厚度為0.2mm?0.7mm ;所述支撐層和過濾控制層通過高溫?zé)瞥梢粋€(gè)整體。所述微濾膜的機(jī)械強(qiáng)度由所述支撐層控制，微濾膜的過濾精度由所述過濾控制層控制。
[0014]由于煤焦油中的瀝青質(zhì)含量較高(一般超過8% )，而且所含QI和重質(zhì)瀝青質(zhì)的粒度較細(xì)，Iym以下粒度的占到15%以上，因此要求微濾膜具有較高的過濾精度和良好的再生性能。為了提高微濾膜對煤焦油的破乳效果和對QI和重質(zhì)瀝青質(zhì)的脫除效率，本發(fā)明將微濾膜的精度控制在0.Ιμ??-?μπι范圍內(nèi)，其中，微濾膜的孔徑最佳范圍在0.2-0.5 μ m，形成濾餅的過濾精度優(yōu)選為0.1 μπι。微濾膜孔徑過大不僅會(huì)導(dǎo)致效率降低，而且會(huì)增加小顆粒進(jìn)入并截留在微濾膜內(nèi)部的幾率，使微濾膜的通量快速下降，甚至堵塞；微濾膜孔徑過小，雖然精度高，但過濾通量小，增加了投資成本。
[0015]由于煤焦油含有超過8%的瀝青質(zhì)，極易污染堵塞微濾膜孔道，所以微濾膜采用非對稱結(jié)構(gòu)和光滑微孔通道。即較薄的精度高的過濾控制層和較厚的精度低的支撐層為一體的非對稱結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)這一濾膜結(jié)構(gòu)，首先采用20-200 μm的金屬粉末進(jìn)行燒結(jié)，制成厚度1.5-2.2mm的支撐層；然后用1_5 μ m的金屬球形顆粒在支撐層上均勻涂布厚度為
0.2mm-0.7mm的過濾控制層，并將控制層與支撐層高溫?zé)瞥梢粋€(gè)整體。微濾膜的機(jī)械強(qiáng)度由支撐層控制，過濾精度由過濾控制層控制。過濾控制層的厚度的最佳范圍為0.3-0.5mm，太厚則阻力太大，太薄則容易在清洗時(shí)破損。
[0016]微濾膜采用球形金屬粉末高溫?zé)Y(jié)而成，因此形成的孔道內(nèi)壁光滑，保證微小的重質(zhì)瀝青質(zhì)能夠穿過微濾膜而不是被截留在微濾膜內(nèi)部導(dǎo)致過濾性能下降。
[0017]本發(fā)明還提供了一種利用微濾膜凈化煤焦油原料的工藝方法，該工藝方法為:煤焦油原料通過高速離心機(jī)進(jìn)行高速離心粗分離后，利用所述的微濾膜進(jìn)行過濾去除QI和重質(zhì)瀝青質(zhì)，并破乳，得到的濾液進(jìn)一步經(jīng)過電脫鹽和閃蒸工藝去除金屬鹽類雜質(zhì)和水分后，制得煤焦油凈化產(chǎn)品。
[0018]本發(fā)明的工藝方法是指采用高速離心分離+微濾膜過濾破乳+電脫鹽+閃蒸的組合流程，去除煤焦油中的Q1、重質(zhì)瀝青質(zhì)、水、金屬(鹽)的工藝方法。該工藝方法的流程和工藝參數(shù)，詳述如下。
[0019]適宜溫度的煤焦油原料，進(jìn)入高速離心粗分離單元。在粗分離單元，原料煤焦油經(jīng)進(jìn)料管送至螺旋推料器的分配室后被平穩(wěn)加速，通過螺旋輸送器的出口進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓，物料在轉(zhuǎn)鼓殼體內(nèi)形成同心液層，密度大的焦油渣沉積在轉(zhuǎn)鼓壁上，用螺旋推料器將焦油渣推出排渣口，粗分所得煤焦油通過溢流板流出。高速離心機(jī)離心脫除機(jī)械雜質(zhì)得到粗分離煤焦油和殘?jiān)?，殘?jiān)懦到y(tǒng)外，粗分離煤焦油進(jìn)入微濾膜過濾破乳單元。
[0020]粗分離煤焦油升溫升壓后進(jìn)入微濾膜過濾破乳單元，在微濾膜過濾破乳單元，煤焦油通過外表面透過微濾膜，0.1 μπι以上的固體顆粒QI和重質(zhì)瀝青質(zhì)被攔截于微濾膜及所形成的濾餅外表面，同時(shí)破壞由這些固體顆粒穩(wěn)定的被油包縛的水滴的兩相界面液膜，降低煤焦油在后續(xù)工藝中的乳化幾率。微濾膜過濾破乳單元得到煤焦油濾后液和濾餅殘液，煤焦油濾后液進(jìn)入電脫鹽工序繼續(xù)凈化。煤焦油濾餅殘液則進(jìn)入沉降罐繼續(xù)分離。
[0021]煤焦油濾后液從過濾器上部排出后，進(jìn)入電脫鹽單元，在電脫鹽單元，在破乳劑、脫金屬劑和高壓電場的作用下，使微小水滴逐步凝聚成較大水滴，借重力從油中沉降分離，達(dá)到脫鹽脫水以及溶解于水中金屬鹽類的目的。脫金屬劑可以將有機(jī)金屬化合物轉(zhuǎn)化成能溶于水或分散到水中的鹽類，經(jīng)過破乳和脫金屬轉(zhuǎn)化的煤焦油通過高壓電場時(shí)，在分散相水滴上形成感應(yīng)電荷，帶正、負(fù)電荷的水滴在作定向位移時(shí)，相互碰撞而合成大水滴，加速沉降。
[0022]脫水脫鹽后的煤焦油進(jìn)入閃蒸罐，減壓，進(jìn)一步閃蒸其中所含的水分。
[0023]在本發(fā)明工藝流程中，高速離心分離單元的任務(wù)是除去25 μm以上的機(jī)械雜質(zhì)。為了便于液固分離，減少殘?jiān)械拿航褂蛫A帶，高速離心的操作溫度控制在50-90 °C范圍內(nèi)。溫度過高，不僅增加能耗，而且會(huì)引起水的汽化；溫度過低，則物料粘度太大，不僅會(huì)導(dǎo)致分離效率的降低，而且增加殘?jiān)械臑V餅夾帶。其中溫度的最佳范圍是60_80°C。離心機(jī)轉(zhuǎn)