阅读说明：本技术 煤系针状焦预处理装置及工艺方法 () 是由 朱兴建 赵雪飞 张柯旭 王莹 吴凤娥 王永志 朱烨 曹坤 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明属于煤沥青连续萃取、沉降制备技术领域,尤其是涉及一种煤系针状焦预处理装置及工艺方法,煤系针状焦预处理装置其特征在于包括轻相溶剂回收系统,重相溶剂回收系统,分别与轻相溶剂回收系统和重相溶剂回收系统相连接的混合溶剂预处理系统,与此混合溶剂预处理系统相连接的控制系统,混合溶剂预处理系统包括混合溶剂中间槽,多向预混合器,管道混合器,与此管道混合器相连接的沉降槽。本发明在原料软沥青与合格溶剂混合以及合格溶剂的调配过程中,可将原料软沥青、合格溶剂、回收混合溶剂等各物料的流量监测值和在线密度检测结果,经计算机或人工计算并由DCS控制室直接控制操作各项配比及进料量的调整,实现自动化或半自动化的简化控制。()

煤系针状焦预处理装置及工艺方法

技术领域

本发明属于煤沥青连续萃取、沉降制备技术领域，尤其是涉及一种煤系针状焦预处理装置及工艺方法。

背景技术

针状焦是以煤焦油沥青或石油加工过程中的催化油浆为原料，经预处理得到精制原料沥青后进行延迟焦化、煅烧而制得的，其外观为银灰色，有金属光泽，其结构多孔，具有明显流动纹理，有纤维状或针状的纹理走向。针状焦具有热膨胀系数低、杂质含量低、导电效率高及易石墨化等优点。主要用于生产高功率（HP）和超高功率（VHP）石墨电极。目前针状焦也被广泛用于锂电池负极材料的原料，制得的负极材料具有比容量高、使用寿命长、安全等特点，是新能源领域不可缺少的原料之一。

针状焦生产工艺分别由三个工艺单元组成：1）、原料预处理工艺单元，2）、延迟焦化工艺单元，3）、生焦煅烧工艺单元。在生产针状焦过程中原料预处理是非常重要的一个环节，其过程是将软化点在35℃-40℃的煤焦油软沥青与混合溶剂（芳烃溶剂、脂肪烃溶剂和回收溶剂）按一定比例混合后进行萃取沉降，得到喹啉不溶物小于0.1%的精制软沥青，作为生产针状焦的原料，溶剂可回收反复使用。目前原料预处理工艺单元的合格溶剂配置基本采用若干个溶剂调配槽进行预先调配，其中至少1个调配槽内溶剂调配合格备用，1-2个正在调配或等待检测结果，1个正在使用，但当溶剂组成配比指标调整时，不能马上切换到新配比的合格溶剂，在线正在使用的溶剂要继续使用，同时马上根据最新调整的配比指标进行调配溶剂，调配合格后再切换溶剂槽使用最新配比的溶剂。调配一槽30-40吨的合格溶剂，从溶剂输送到使用结果检测，用时约3-3.5小时，调整溶剂配比指标后调配一槽30-40吨的合格溶剂，从补充调配到结果检测有时约1-2小时，如溶剂指标的检测结果不合格，则需继续调配，每次增加用时1-2小时。

调配合格的混合溶剂与原料软沥青分别由泵输送至管道混合器，按照一定溶剂比（溶剂比=溶剂/沥青，一般在0.8-1.1之间）混合后的混合油（ρ_20℃=1.051）进入沉降槽进行沉降分离。上层轻相（ρ_20℃=1.037）通过溢流口自流至轻相中间槽由泵输送经加热炉加热后进入蒸馏塔内，溶剂回收后得到精制沥青。底层重相（ρ_20℃=1.189）在沉降槽底由泵抽出后经加热炉加热进入蒸馏塔内，溶剂回收得重相沥青。

以上工艺存在的问题是：装置占地面积大、工艺复杂、投资大、动力消耗高、成本大、用人多，很难实现智能控制。更重要的是当产品质量不合格或溶剂配比需要调整时，不能第一时间在线做出操作调整，并且在新的合格溶剂配置和检测结果等待的过程中，只能通过打乱原有系统物料平衡或继续生产不合格产品作为调整手段，这不仅给系统的整体平衡操作带来困难，还给产品质量和生产成本带来负担，严重时还会对后续工艺单元的操作和产品质量造成不良影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤系针状焦预处理装置及工艺方法，以克服针状焦生产工艺中原料预处理阶段存在的不足。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：

本发明的煤系针状焦预处理装置，其特征在于包括轻相溶剂回收系统，重相溶剂回收系统，分别与所述轻相溶剂回收系统和重相溶剂回收系统相连接的混合溶剂预处理系统，与此混合溶剂预处理系统相连接的控制系统，

所述的混合溶剂预处理系统包括混合溶剂中间槽，通过多向预混合器给料泵与所述混合溶剂中间槽相连接的多向预混合器，与此多向预混合器的出口通过管道相连接的管道混合器，与此管道混合器相连接的沉降槽，

所述的轻相溶剂回收系统包括与所述的沉降槽相连接的轻相给料槽，通过轻相给料泵与所述轻相给料槽相连接的轻相管式炉，与此轻相管式炉相连接的轻相塔，与此轻相塔底部相连接的精制沥青泵，与所述轻相塔顶部相连接的轻相溶剂冷却器，与此轻相溶剂冷却器相连接的轻相溶剂中间槽，此轻相溶剂中间槽通过轻相溶剂泵与所述的混合溶剂中间槽相连接，

所述的重相溶剂回收系统包括与所述的沉降槽相连接的重相给料槽，通过重相给料泵与所述重相给料槽相连接的重相管式炉，与此重相管式炉相连接的重相塔，与此重相塔底部相连接的粘结剂沥青采出泵，与所述重相塔顶部相连接的重相溶剂冷却器，与此重相溶剂冷却器相连接的重相溶剂中间槽，此重相溶剂中间槽通过重相溶剂泵与所述的混合溶剂中间槽相连接，

所述的控制系统包括计算机，与此计算机通过无线信号连接的数个流量监测装置和在线密度检测装置，所述的混合溶剂中间槽、多向预混合器和管道混合器均设有所述的流量监测装置和在线密度检测装置。

所述的多向预混合器包括混合器壳体，设置在此混合器壳体顶部的旋流器，设置在所述混合器壳体底部的出口F，设置在所述旋流器顶部的主要原料进口A，沿所述混合器壳体圆周侧壁均匀设置的叶轮式分散器入口B、叶轮式分散器入口C和叶轮式分散器入口D，设置在所述混合器壳体下部的测量口E，设置在所述混合器壳体内且位于下部的格式筛板，

所述的混合器壳体为上部锥体、中部圆柱体和下部锥体的组合体，所述的旋流器从所述的混合器壳体上部锥体贯穿进混合器壳体的中部圆柱体内，所述的测量口E设置在所述混合器壳体的下部椎体上。

所述的格式筛板位于所述混合器壳体的中部圆柱体自下向上五分之一处。

所述的叶轮式分散器入口B、叶轮式分散器入口C和叶轮式分散器入口D位于所述混合器壳体的中部圆柱体自上向下的三分之一处，所述的叶轮式分散器入口B、叶轮式分散器入口C和叶轮式分散器入口D在圆周上呈120⁰ 均布，所述的测量口E位于所述混合器壳体的下部椎体的中部位置。

利用煤系针状焦预处理装置的工艺方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）分别来自轻相塔顶和重相塔顶的轻相回收溶剂和重相回收溶剂，同时进入混合溶剂中间槽；通过密度差值计算得出溶剂配比量，检测混合溶剂中间槽的混合溶剂密度（常规密度值ρ_100℃=0.830-850），根据这一检测值，再对照溶剂密度和溶剂配比关系的标准曲线（在生产前，使用两种新鲜溶剂对溶剂配比进行标定，通过拟混合得到该标准曲线），计算得到新鲜芳烃溶剂或脂肪烃溶剂的补充量；

（2）进入混合溶剂中间槽的两种混合溶剂，由多向预混合器给料泵抽出从多向预混合器的主要原料进口A打入，混合溶剂在溶剂配比中占90-95%；

（3）芳烃溶剂和脂肪烃溶剂，从侧面叶轮式分散器入口B、叶轮式分散器入口C按配比量打入，叶轮式分散器入口D作为备用口；

a、主要原料进口A液体在0.01m/s-2m/s流速和0.01MPa-0.5MPa压力下，经A口旋流器呈45℃旋转形式喷出，在多向预混合器内部形成自动力旋转搅拌能力；

b、B、C、D为不同溶剂液体进口，B、C、D液体在0.01m/s-2m/s流速和0.01MPa-0.5MPa压力下经进口叶轮式分散器呈30℃度角带有螺旋形式喷出，与主原料进口A进入的主进料产生碰撞，在自动力旋转搅拌作用下混合；

c、在多向预混合器内混合时间为25秒-30秒，然后经多向预混合器底部格式筛板剪切、稳流后由下部出口F流出；

d、在多向预混合器测量口E，测量口E检测得到合格的混合溶剂（常规密度值ρ_100℃=0.830-0.850）；

（4）当溶剂在多向预混合器内完成配比混合后由出口F流出与软沥青在管道中充分混合，再通过管道混合器充分混合，并在管道混合器后设置取样口检测混合油密度（满足沉降要求的常规密度值ρ_20℃=1.051）；

（5）与软沥青充分混合的溶剂进入沉降槽进行轻重相分离；最终沉降合格的界面在沉降槽的采样口处，通过检测采出轻相油的密度（常规密度值ρ_20℃=1.037）来快速判断轻相油沉降合格，或通过轻相油和混合油这两个密度值的变化作为溶剂比调整的依据；

（6）分离后轻相油进入轻相给料槽中，经轻相给料泵送入轻相管式炉加热后进入轻相塔，轻相塔塔顶回收的轻相溶剂经轻相溶剂冷却器冷却后进入轻相溶剂中间槽，再进入混合溶剂中间槽循环使用，轻相塔塔底喹啉不溶物小于0.1%的精制软沥青送至罐区中间槽；

（7）分离后重相油进入重相给料槽中，经重相给料泵送入重相管式炉加热后进入重相塔，重相塔塔顶回收的重相溶剂经重相溶剂冷却器冷却后进入重相溶剂中间槽，再进入混合溶剂中间槽循环使用，重相塔塔底沥青送到罐区中间槽作为粘结剂沥青外卖。

每个步骤中的流量监测值和在线密度检测结果，通过信号反馈至控制系统，经计算机或人工计算并由控制系统直接控制操作各项配比及进料量的调整；且在进料量和溶剂配比等指标调整时，通过在线检测和计算进行实时调控。

本发明的优点：

本发明的煤系针状焦预处理装置及工艺方法，在原料软沥青与合格溶剂混合以及合格溶剂的调配过程中，可将原料软沥青、合格溶剂、回收混合溶剂等各物料的流量监测值和在线密度检测结果，通过信号反馈至计算机，经计算机或人工计算直接控制操作各项配比及进料量的调整，实现自动化或半自动化的简化控制；且在进料量和溶剂配比等指标调整时，可通过在线检测和计算进行及时调控，避免系统紊乱和成本浪费。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。

图2为本发明多向预混合器的结构示意图。

图3为本发明图2的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。

如图1-3所示，本发明的煤系针状焦预处理装置，其特征在于包括轻相溶剂回收系统，重相溶剂回收系统，分别与所述轻相溶剂回收系统和重相溶剂回收系统相连接的混合溶剂预处理系统，与此混合溶剂预处理系统相连接的控制系统，

所述的混合溶剂预处理系统包括混合溶剂中间槽1，通过多向预混合器给料泵2与所述混合溶剂中间槽1相连接的多向预混合器3，与此多向预混合器3的出口通过管道相连接的管道混合器4，与此管道混合器4相连接的沉降槽5，

所述的轻相溶剂回收系统包括与所述的沉降槽5相连接的轻相给料槽14，通过轻相给料泵15与所述轻相给料槽14相连接的轻相管式炉16，与此轻相管式炉16相连接的轻相塔17，与此轻相塔17底部相连接的精制沥青泵21，与所述轻相塔17顶部相连接的轻相溶剂冷却器18，与此轻相溶剂冷却器18相连接的轻相溶剂中间槽19，此轻相溶剂中间槽19通过轻相溶剂泵20与所述的混合溶剂中间槽1相连接，

所述的重相溶剂回收系统包括与所述的沉降槽5相连接的重相给料槽6，通过重相给料泵7与所述重相给料槽6相连接的重相管式炉8，与此重相管式炉8相连接的重相塔9，与此重相塔9底部相连接的粘结剂沥青采出泵10，与所述重相塔9顶部相连接的重相溶剂冷却器11，与此重相溶剂冷却器11相连接的重相溶剂中间槽12，此重相溶剂中间槽12通过重相溶剂泵13与所述的混合溶剂中间槽1相连接，

所述的控制系统包括计算机，与此计算机通过无线信号连接的数个流量监测装置和在线密度检测装置，所述的混合溶剂中间槽1、多向预混合器3和管道混合器4均设有所述的流量监测装置和在线密度检测装置。

所述的多向预混合器3包括混合器壳体3-2，设置在此混合器壳体3-2顶部的旋流器3-1，设置在所述混合器壳体3-2底部的出口F，设置在所述旋流器3-1顶部的主要原料进口A，沿所述混合器壳体3-2圆周侧壁均匀设置的叶轮式分散器入口B、叶轮式分散器入口C和叶轮式分散器入口D，设置在所述混合器壳体3-2下部的测量口E3-4，设置在所述混合器壳体3-2内且位于下部的格式筛板3-3，

所述的混合器壳体3-2为上部锥体、中部圆柱体和下部锥体的组合体，所述的旋流器3-1从所述的混合器壳体3-2上部锥体贯穿进混合器壳体3-2的中部圆柱体内，所述的测量口E3-4设置在所述混合器壳体3-2的下部椎体上。

所述的格式筛板3-3位于所述混合器壳体3-2的中部圆柱体自下向上五分之一处。

所述的叶轮式分散器入口B、叶轮式分散器入口C和叶轮式分散器入口D位于所述混合器壳体3-2的中部圆柱体自上向下的三分之一处，所述的叶轮式分散器入口B、叶轮式分散器入口C和叶轮式分散器入口D在圆周上呈120⁰ 均布，所述的测量口E3-4位于所述混合器壳体3-2的下部椎体的中部位置。

利用煤系针状焦预处理装置的工艺方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）分别来自轻相塔顶17和重相塔顶9的轻相回收溶剂和重相回收溶剂，同时进入混合溶剂中间槽1；通过密度差值计算得出溶剂配比量，检测混合溶剂中间槽1的混合溶剂密度（常规密度值ρ_100℃=0.830-850），根据这一检测值，再对照溶剂密度和溶剂配比关系的标准曲线（在生产前，使用两种新鲜溶剂对溶剂配比进行标定，通过拟混合得到该标准曲线），计算得到新鲜芳烃溶剂或脂肪烃溶剂的补充量；

（2）进入混合溶剂中间槽1的两种混合溶剂，由多向预混合器给料泵2抽出从多向预混合器3的主要原料进口A打入，混合溶剂在溶剂配比中占90-95%；

（3）芳烃溶剂和脂肪烃溶剂，从侧面叶轮式分散器入口B、叶轮式分散器入口C按配比量打入，叶轮式分散器入口D作为备用口；

a、主要原料进口A液体在0.01m/s-2m/s流速和0.01MPa-0.5MPa压力下，经A口旋流器呈45℃旋转形式喷出，在多向预混合器3内部形成自动力旋转搅拌能力；

b、B、C、D为不同溶剂液体进口，B、C、D液体在0.01m/s-2m/s流速和0.01MPa-0.5MPa压力下经进口叶轮式分散器呈30℃度角带有螺旋形式喷出，与主原料进口A进入的主进料产生碰撞，在自动力旋转搅拌作用下混合；

c、在多向预混合器3内混合时间为25秒-30秒，然后经多向预混合器3底部格式筛板3-3剪切、稳流后由下部出口F流出；

d、在多向预混合器3测量口E3-4，测量口E3-4检测得到合格的混合溶剂（常规密度值ρ_100℃=0.830-0.850）；

（4）当溶剂在多向预混合器3内完成配比混合后由出口F流出与软沥青在管道中充分混合，再通过管道混合器4充分混合，并在管道混合器4后设置取样口检测混合油密度（满足沉降要求的常规密度值ρ_20℃=1.051）；

（5）与软沥青充分混合的溶剂进入沉降槽5进行轻重相分离；最终沉降合格的界面在沉降槽5的采样口处，通过检测采出轻相油的密度（常规密度值ρ_20℃=1.037）来快速判断轻相油沉降合格，或通过轻相油和混合油这两个密度值的变化作为溶剂比调整的依据；

（6）分离后轻相油进入轻相给料槽14中，经轻相给料泵15送入轻相管式炉16加热后进入轻相塔17，轻相塔17塔顶回收的轻相溶剂经轻相溶剂冷却器18冷却后进入轻相溶剂中间槽19，再进入混合溶剂中间槽1循环使用，轻相塔17塔底喹啉不溶物小于0.1%的精制软沥青送至罐区中间槽；

（7）分离后重相油进入重相给料槽6中，经重相给料泵7送入重相管式炉8加热后进入重相塔9，重相塔9塔顶回收的重相溶剂经重相溶剂冷却器11冷却后进入重相溶剂中间槽12，再进入混合溶剂中间槽1循环使用，重相塔9塔底沥青送到罐区中间槽作为粘结剂沥青外卖。

每个步骤中的流量监测值和在线密度检测结果，通过信号反馈至控制系统，经计算机或人工计算并由控制系统直接控制操作各项配比及进料量的调整；且在进料量和溶剂配比等指标调整时，通过在线检测和计算进行实时调控。

本发明的煤系针状焦预处理装置及工艺方法目的是提供一种煤系针状焦预处理短流程工艺及方法，以克服原料预处理工艺中存在的不足。本发明的煤系针状焦预处理短流程工艺及方法主要是通过多向预混合器3代替若干个溶剂调配槽，以密度差值计算溶剂调配量来实现，在多向预混合器3内直接混合的溶剂配比量，同时沉降槽5也可减少1/2容积，不用考虑沉降槽5溶剂配比的缓冲量容积。

两种混合溶剂分别来自轻相塔17顶和重相塔9顶的回收溶剂，回收溶剂同时进入混合溶剂中间槽1，由多向预混合器给料泵2抽出并从多向预混合器3的主要原料进口A打入，混合溶剂在溶剂配比中占90-95%，所以要作为主溶剂回配另两种新鲜溶剂：芳烃溶剂和脂肪烃溶剂，从侧面叶轮式分散器入口B、叶轮式分散器入口C按配比量打入，叶轮式分散器入口D作为备用口，当溶剂在多向预混合器3内完成配比混合后由下部出口F流出与软沥青在管道中混合，再通过管道混合器4充分混合，然后进入沉降槽5进行轻重相分离，分离后轻相油进轻相塔17，塔顶回收的混合溶剂进入混合溶剂中间槽1循环使用，塔底喹啉不溶物小于0.1%的精制软沥青送至罐区中间槽；重相油进重相塔9，塔顶回收的混合溶剂进入混合溶剂中间槽1循环使用，塔底沥青送到罐区中间槽作为粘结剂沥青外卖。

实现这一工艺的方法是，通过密度差值计算得出溶剂配比量，首先要检测混合溶剂中间槽1的混合溶剂密度（常规密度值ρ_100℃=0.830-850），根据这一检测值，再对照溶剂密度和溶剂配比关系的标准曲线（在生产前，使用两种新鲜溶剂对溶剂配比进行标定，通过拟混合得到该标准曲线），计算得到新鲜芳烃溶剂或脂肪烃溶剂的补充量，再通过多向预混合器3与混合溶剂进行预混合。在多向预混合器3测量口E3-4检测得到合格的混合溶剂（常规密度值ρ_100℃=0.830-0.850）。然后软沥青通过管道与混合溶剂经管道混合器4充分混合，并在管道混合器4后设置取样口检测混合油密度（满足沉降要求的常规密度值ρ_20℃=1.051），最终沉降合格的界面在沉降槽5的采样口处，并通过检测采出轻相油的密度（常规密度值ρ_20℃=1.037）来快速判断轻相油沉降合格；也可通过轻相油和混合油这两个密度值的变化作为溶剂比调整的依据。综上所述：在原料软沥青与合格溶剂混合以及合格溶剂的调配过程中，可将原料软沥青、合格溶剂、回收混合溶剂等各物料的流量监测值和在线密度检测结果，通过信号反馈至DCS控制室，经计算机或人工计算并由DCS控制室直接控制操作各项配比及进料量的调整，实现自动化或半自动化的简化控制；且在进料量和溶剂配比等指标调整时，可通过在线检测和计算进行及时调控，避免系统紊乱和成本浪费。

实施例：

650公斤/小时煤油溶剂由轻相溶剂泵20打入混合溶剂中间槽1内，1000公斤/小时洗油溶剂由重相溶剂泵13打入混合溶剂中间槽1内，煤油：洗油=0.65:1混合均匀后，混合溶剂由多向预混合器给料泵2打入多向预混合器3 A口，煤油和洗油溶剂，从侧面B口、C口按72公斤/小时和111公斤/小时打入，当溶剂在多向预混合器3内完成配比混合后由F口流出与1830公斤/小时软沥青在管道混合器4中混合，然后进入沉降槽5内进行轻重相分离，分离后2930公斤/小时轻相油进入轻相给料槽14中，经轻相给料泵15送入轻相管式炉16加热后进入轻相塔17中，塔顶回收的879公斤/小时轻相溶剂经轻相溶剂冷却器18冷却后进入轻相溶剂中间槽19循环使用，塔底喹啉不溶物小于0.1%的2051公斤/小时精制软沥青由精制沥青泵21送至罐区。沉降槽5内分离出733公斤/小时重相油进入重相油槽6中，经重相给料泵7送入重相管式炉8加热后进入重相塔9中，塔顶回收的183公斤/小时重相溶剂经重相溶剂冷却器11冷却后进入重相溶剂中间槽12循环使用，塔底550公斤/小时沥青由粘结剂沥青采出泵10送至罐区。

本发明的煤系针状焦预处理装置及工艺方法，在原料软沥青与合格溶剂混合以及合格溶剂的调配过程中，可将原料软沥青、合格溶剂、回收混合溶剂等各物料的流量监测值和在线密度检测结果，通过信号反馈至计算机，经计算机或人工计算直接控制操作各项配比及进料量的调整，实现自动化或半自动化的简化控制；且在进料量和溶剂配比等指标调整时，可通过在线检测和计算进行及时调控，避免系统紊乱和成本浪费。