分离煤中镜质组的装置和方法，及应用该装置或方法分离得到的镜质组煤

技术领域

本发明涉及煤中镜质组分筛选技术领域，具体地涉及分离煤中镜质组的装置和方法，及应用该装置或方法分离得到的镜质组煤。

背景技术

国内煤炭直接液化工艺在1996年之前，工艺研究着重在引进工艺的消化吸收，在已有引进试验装置上进行液化反应条件的最佳化研究。“神华煤直接液化工艺”可靠性高，经济性好，目前第一条生产线运行良好。现阶段理想工况下煤液化的油收率大致为60％，在现有技术的基础上，如何提升煤液化工艺的油收率一直是科研工作者研究的热点。

煤直接液化用到的原料煤，是由古代植物经过复杂的生物化学、物理化学和地球化学作用而产生的一种可燃矿物质。煤岩学中把显微镜下可以辨认的，构成煤的不同有机组分称为显微组分。显微组分将煤质分成镜质组、惰质组和壳质组三类。煤直接液化用原料煤，通过中速辊式磨煤机研磨，形成200μm以下的小粒径煤粉，将其加入催化剂形成油煤浆，油煤浆进入反应器进行加氢反应。

煤直接液化技术现在存在的瓶颈为油收率有待提高。提高煤液化油收率的技术路线有以下几种，一种是工艺技术的优化研究，包括改变工艺参数，如反应温度、压力，使得煤-油反应更充分。另一种是寻找更为合理的催化剂，在工艺条件不变的情况下，提升煤-油转化效率。第三种就是提高原料煤中镜质组的含量，通过提高原料煤中镜质组含量来提高液化反应的油收率。前两种方案需要长期巨额资金投入。第三种方案只需对液化原料用煤进行前处理就可实现提高油收率的目标。

研究发现，在煤直接液化工艺条件不变的情况下，原料煤中镜质组含量的增加，将提高煤的转化率和油收率，原料煤中每增加3％的镜质组，将提高1％的油收率，油收率的提升将大幅增加煤液化的经济效率。如何提升液化用煤中镜质组的含量，是现有技术有待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的，液化用煤中镜质组含量低，导致的煤液化转化率和油收率低的技术问题。提供一种分离煤中镜质组的装置和方法，及应用该装置或方法分离得到的镜质组煤。采用该装置或方法，得到的液化用煤中，镜质组的含量、分离效率和液化用煤的质量得到大幅提升。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种分离煤中镜质组的装置，其特征在于，所述装置包括一级旋风分离塔6和加料装置；所述加料装置包括煤粉加料仓2、进料管22、进料分散器5；

所述一级旋风分离塔6通过进料管22与所述煤粉加料仓2连通；所述一级旋风分离塔6的塔底设置一级出料口11；所述一级旋风分离塔6的底部侧壁设置有一级进气管7，顶部侧壁设置有一级旋风分离塔出口12；

所述进料管22的底部设置进料分散器5。

本发明第二方面提供一种分离煤中镜质组的方法，包括：

(a)将煤进行粉碎，得到粒度小于200μm的煤粉；

(b)将所述煤粉引入上述所述的装置中，将所述煤粉进行如下处理：

所述煤粉加料仓2中的煤粉，依次经过所述进料管22和所述进料分散器5，进入所述一级旋风分离塔6中，与来自所述一级进气管7的气体逆流接触，得到贫镜质组煤粉和富镜质组煤粉；

所述贫镜质组煤粉经所述一级旋风分离塔出口12排出；

所述富镜质组煤粉在所述一级旋风分离塔6的塔底富集。

本发明第三方面提供一种上述装置或方法分离得到的镜质组煤。

通过上述技术方案，本发明提供的分离煤中镜质组的装置和方法，及应用该装置或方法分离得到的镜质组煤获得以下有益的效果：

通过采用本发明中特定的分离装置，煤粉经一级旋风分离塔分离，最终得到的富镜质组一级旋分煤粉的占比能够根据需要进行调节；一级旋分煤粉中镜质组的含量获得明显提高；采用上述富镜质组一级旋分煤粉进行液化实验，油收率获得提高。

附图说明

图1是分离装置的一种运行方式下的结构图；

图2是分离设备局部示意图；

图3是一级进气管7与所述一级旋风分离塔6的位置关系示意图；

图4是分离装置的位置结构关系图。

附图标记说明

1-煤粉加料口；2-煤粉加料仓；3-下料装置；4-进料流量控制器；5-进料分散器；6-一级旋风分离塔；7-一级进气管；8-进气调节阀；9-第一截止阀；10-第二截止阀；11-一级出料口；12-一级旋风分离塔出口；13-二级旋风分离塔出口；14-二级旋风分离塔；15-二级出料口；16-第三截止阀；17-第四截止阀；18-微颗粒收集器；19-微颗粒收集器；20-高压气体反吹入口；21-微颗粒收集器出料口；22-进料管；23-二级进气口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本发明第一方面提供一种分离煤中镜质组的装置，所述装置包括一级旋风分离塔6和加料装置；所述加料装置包括煤粉加料仓2、进料管22、进料分散器5；

所述一级旋风分离塔6通过进料管22与所述煤粉加料仓2连通；所述一级旋风分离塔6的塔底设置一级出料口11；所述一级旋风分离塔6的底部侧壁设置有一级进气管7，顶部侧壁设置有一级旋风分离塔出口12；

所述进料管22的底部设置进料分散器5。

本发明中，采用上述的装置分离煤中的镜质组，最终得到的富镜质组煤粉的质量占比、一级旋分煤粉中镜质组的含量、采用上述的煤进行液化实验，油收率均获得大幅度的提升。采用本发明中分离得到的富镜质组一级旋分煤粉进行液化实验，当一级旋分煤粉中镜质组提高9％时，油收率提高2.9％。

根据本发明，所述进料管22中设置下料装置3。

本发明中，通过在进料管22中设置下料装置3，分离煤中的镜质组，能够提高下料稳定性、顺畅性。本发明中使用的下料装置并无特别的限定，只要能够实现下料的功能即可。

根据本发明，所述下料装置3为振荡器和/或轴型螺旋物料传动器。

本发明中，当使用下料装置时，为保证装置运行的稳定性，进料管22与煤粉加料仓2之间可连接一段波纹管，具体可参见图2。

根据本发明，所述一级进气管7与所述一级旋风分离塔6的内壁相切。

本发明中，一级进气管7与一级旋风分离塔6采用相切的位置关系，能够减小进风阻力，降低分离塔塔壁磨损。若不采用上述的位置关系，无法在一级旋风分离塔中形成旋风气流；在高压气流的作用下，易造成煤粉对塔壁的磨损。

根据本发明，所述一级进气管7与所述一级旋风分离塔6的径向截面之间的夹角为α，所述α的取值范围为0-45°。

本发明中，α满足上述范围时，气流方向与气压差的方向相同的，能够避免因出现气流紊乱而导致无法形成旋流，致使富镜质组煤粉无法有效沉积的现象产生，有关夹角α的示意图请参见图3。

进一步地，所述一级进气管7与所述一级旋风分离塔6的径向截面之间的夹角为α，所述α的取值范围为0-30°。

根据本发明，所述一级进气管7与所述一级旋风分离塔6的塔底之间的距离为d，所述一级旋风分离塔的塔体高度为H，其中，d/H为0.1-0.7。

进一步地，所述一级进气管7与所述一级旋风分离塔6的塔底之间的距离为d，所述一级旋风分离塔的塔体高度为H，其中，d/H为0.2-0.5。

更进一步地，所述一级进气管7与所述一级旋风分离塔6的塔底之间的距离为d，所述一级旋风分离塔的塔体高度为H，其中，d/H为0.2-0.3。

根据本发明，所述进料管22延伸入所述一级旋风分离塔6的内部的长度为L1，其中，L1/H为0.2-0.3。

本发明中，L1/H采用上述的取值范围，具有分离效率高的优点，避免由于煤粉分散不均，导致其快速被气流带入二级旋风分离器；同时能够避免煤粉未进行有效分离即落入一级旋风分离塔底部。

根据本发明，所述进料管22的直径为D2，所述一级旋风分离塔6的塔体直径为D1，其中，D2/D1为0.1-0.3。

进一步地，所述进料管22的直径为D2，所述一级旋风分离塔6的塔体直径为D1，其中，D2/D1为0.12-0.25。

根据本发明，所述进料管22与所述一级旋风分离塔6具有相同的轴线。

根据本发明，所述进料管22的出口位于所述一级旋风分离塔出口12的下方。

根据本发明，所述一级旋风分离塔出口12与所述一级旋风分离塔6的塔顶之间的距离为L2，其中L2/H不大于0.1。

根据本发明，所述进料分散器5为锥形。

根据本发明，所述进料分散器5的直径为D3，其中，D3/D1为0.12-0.3。

进一步地，所述进料分散器5的直径为D3，其中，D3/D1为0.18-0.25。

根据本发明，所述进料分散器5的高度为h，其中，h/D3为0.5-2。

本发明中，h/D3采用上述的取值范围，能够保证煤粉滑落的速率，避免煤粉堵塞进料管，进而提升富镜质组煤粉的含量。

进一步地，所述进料分散器5的高度为h，其中，h/D3为1-2。

根据本发明，所述一级旋风分离塔6的塔体直径为D1，其中，H/D1为2-7。

本发明中，H/D1采用上述的取值范围，使旋风分离行程处于适宜的范围内，确保装置具备优异的分离性能。

进一步地，所述一级旋风分离塔6的塔体直径为D1，其中，H/D1为4-6。

根据本发明，所述装置还包括二级旋风分离塔14和至少一个微颗粒收集器；

所述一级旋风分离塔6、所述二级旋风分离塔14、所述微颗粒收集器依次连通；

所述二级旋风分离塔14的底部设置有二级出料口15，顶部侧壁设置二级进气口23，顶部设置二级旋风分离塔出口13；

所述二级旋风分离塔14通过二级进气口23与所述一级旋风分离塔出口12连通；

所述微颗粒收集器的顶部与所述二级旋风分离塔出口13连通；所述微颗粒收集器(18，19)的侧壁和底部，分别设置有高压气体反吹入口20和微颗粒收集器出料口21。

本发明中，采用一级旋风分离塔、二级旋风分离塔和微颗粒收集器并用的方式，能够调控一级旋风分离塔、二级旋风分离塔的分离比例，同时降低微颗粒收集器捕捉煤粉的比例。

二级旋分煤粉的质量占比28wt％左右，微颗粒收集器收集得到的煤粉的质量占比不超过2wt％。

根据本发明，所述二级旋风分离塔14的进气口的截面积为S2，所述一级进气管22的截面积为S1，其中，S2/S1为0.4-0.8。

本发明中，当S2/S1太小，二级进气口23风量过大，导致煤粉无法在二级旋风分离器的内部沉积；当S2/S1过大，导致二级旋风分离器无法达到分离要求。

进一步地，所述二级进气口(23)的截面积为S2，所述一级进气管7的截面积为S1，其中，S2/S1为0.5-0.7。

根据本发明，所述二级旋风分离塔14的直径为D4，其中，D4/D1为0.8-1.4。

进一步地，所述二级旋风分离塔14的直径为D4，其中，D4/D1为1.2-1.3。

本发明中，H、d、L1和L2可参见图4。

根据本发明，所述一级旋风分离塔6、所述二级旋风分离塔14和所述微颗粒收集器的底部均设置有至少一个阀。

本发明第二方面提供一种分离煤中镜质组的方法，包括：

(a)将煤进行粉碎，得到粒度小于200μm的煤粉；

(b)将所述煤粉引入上述所述的装置中，将所述煤粉进行如下处理：

所述煤粉加料仓2中的煤粉，依次经过所述进料管22和所述进料分散器5，进入所述一级旋风分离塔6中，与来自所述一级进气管7的气体逆流接触，得到贫镜质组煤粉和富镜质组煤粉；

所述贫镜质组煤粉经所述一级旋风分离塔出口12排出；

所述富镜质组煤粉在所述一级旋风分离塔6的塔底富集。

根据本发明，步骤(a)中煤粉的粒径为5-190μm。

根据本发明，来自所述一级进气管7的气体流量为0.5-1.2m

本发明中，一级进气管的进气流量，过大或过小均不利于煤粉的分离，基于本发明中的分离设备，当气体流量处于上述范围内时，能够获得优异的分离效果。

进一步地，来自所述一级进气管7的气体流量为0.6-0.9m

根据本发明，当所述下料装置3为振荡器时，所述振荡器的振荡频率为100-250Hz。

进一步地，所述振荡器的振荡频率为150-250Hz。

根据本发明，所述煤粉进入所述一级旋风分离塔6的流量为25-35g/min。

本发明第三方面提供一种上述装置或方法分离得到的镜质组煤。

本发明的具体实施方式，如图1所示：

本发明的技术路线不同于传统的固-气分离设备，通过改进装置的设置，并配合进气与进料方式，实现煤粉的固-固分离。如图1所示，从煤直接液化磨煤机工序排出的，粒径磨至200μm以下的煤粉，装入煤粉加料仓2。煤粉进入进料管22，通过设置在进料管22上的、并处于下料装置3和进料分散器5之间的进料流量控制器4，控制下料速度。在下料装置3作用下，煤粉均匀进入一级旋风分离塔，并通过进料分散器5，将煤粉均匀分散到一级旋风分离塔中。进入一级旋风分离塔内的煤粉，与从一级进气管7引入的可控流量的氮气接触。氮气气流在一级旋风分离塔6内形成螺旋气流，由于旋风作用以及自身的重力作用，富含镜质组的大颗粒煤粉沉降到一级旋风分离塔6的底部，较小颗粒煤粉伴随气流从一级旋风分离塔6上侧的一级旋风分离塔出口12吹出，此时气流携带富含惰质组的小颗粒的煤粉进入二级旋风分离塔14。小颗粒煤粉经过二级旋风分离塔14再次旋风分离，分离出两部分，较重煤粉沉入二级旋风分离塔14底部，在二级出料口15收集二级旋风分离塔14得到的产物。更小颗粒煤粉进入微颗粒煤粉收集器，微颗粒煤粉收集器可以设置多个，以交替使用，其中任意一个微颗粒煤粉收集器运行时，备用的微颗粒煤粉收集器从高压气体反吹入口20通入高压氮气反吹，以恢复微颗粒收集器的收集效果。通过设置在一级进气管7上的进气调节阀8控制进入一级旋风分离塔6的气体流量。通过控制第一截止阀9、第二截止阀10的开合，控制一级旋风分离塔6的分离产物排出。通过控制第三截止阀16和第四截止阀17的开合控制控制二级旋风分离塔14的分离产物排出。

本发明第三方面提供一种上述装置或方法分离得到的镜质组煤。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，在没有特别说明的情况下，使用的各种原料均可从商业渠道获得。

本发明中煤来源为：神华神东上湾煤矿。

镜质组的测试方法：

按照GB/T8899-2013中记载，对煤中显微组分和矿物含量进行测定。

具体的测试步骤为：将粉煤光片置于反射偏光显微镜下，在单偏光或不完全正交偏光下(以能准确识别显微组分和矿物为基础)，用数点法统计各种显微组分组和矿物的含量，以各种显微组分组合矿物的统计点数占总有效点数的百分数为最终测定结果。

测定结果以如下形式(含矿物基)表示：

镜质组+惰质组+壳质组+矿物＝100wt％(1)；

式中(1)，镜质组、惰质组、壳质组、矿物为各组分在显微镜下观测到的有效点占总有效点的百分数。

实施例1

具体实施方式为，将500g，粒度为130-150μm之间的煤粉，镜质组含量为56wt％，加入煤粉加料仓2。进料管22是直径(D2)为20mm的波纹管震荡管。进料分散器5为底面直径(D3)为30mm，高(h)为30mm的锥形体。一级旋风分离塔6为直径(D1)是160mm的圆柱形，底部为高100mm的锥形塔底，一级旋风分离塔6的塔高H为900mm(包括底部锥形塔底)。二级旋风分离塔14的直径(D4)为200mm，底部为高350mm的锥形塔底。一级旋风分离塔出口12与一级旋风分离塔6的塔顶之间的距离L2为20mm，其中L2/H为1:45。所述一级进气管7与所述一级旋风分离塔6的塔底之间的距离d为225mm，其中d/H为0.25。一级进气管7与所述一级旋风分离塔6的内壁相切，一级进气管7与所述一级旋风分离塔6的径向截面之间的夹角为α，所述α的值为0°。进料管22延伸入一级旋风分离塔6的内部的长度L1，其中L1/H为0.2。进料管22的直径D2与一级旋风分离塔6的直径D1的比值D2/D1为0.1。进料分散器5的直径D3，与一级旋风分离塔6的直径D1，之比D3/D1为0.19。D4：D1为1.25。进料分散器5的高度h与直径D3的比h/D3为1。一级旋风分离塔6的塔体高度H，与塔体直径D1，之比H/D1为6。二级旋风分离塔14的进气口截面积S2，与所述一级进气管22的截面积S1，之比S2/S1为0.5。

通过设置在进料管22上的，处于下料装置3和进料分散器5之间的进料流量控制器4，控制煤的进料速度为30g/min，调节振荡器的频率为200Hz，调节一级进气管7的进气流量为(0.75m

实施例2

采用与实施例1中相同参数设定的装置和方法，所不同的是：

在一级进气管7的进气流量为(0.75m

实施例3

采用与实施例1中相同参数设定的装置和方法，所不同的是：

在一级进气管7的进气流量为(0.75m

表1

实施例4-实施例7

采用与实施例1中相同参数设定的装置和方法，所不同的是：

在一级进气管7的进气流量为(0.75m

表2

实施例8-实施例11

采用与实施例1中相同参数设定的装置和方法，所不同的是：

在一级进气管7的进气流量为(0.75m

表3

实施例12-实施例16

采用与实施例1中相同参数设定的装置和方法，所不同的是：

调节振荡器的频率为250Hz，一级进气管7的进气流量处于不同值，进行分离操作，相应数据，记载于表4中。

表4

实施例17-实施例21

采用与实施例1中相同参数设定的装置和方法，所不同的是：

在一级进气管7的进气流量为(0.75m

调节一级进气管7在一级旋风分离塔6上的位置，进行分离操作，相应数据，记载于表5中。

表5

实施例22-实施例24

采用与实施例1中相同参数设定的装置和方法，所不同的是：

在一级进气管7的进气流量为(0.75m

采用一级旋风分离塔与下料装置、进料分散器配合使用的方式，

进行分离操作，相应数据，记载于表6中。

表6

实施例25

采用与实施例1中相同参数设定的装置和方法，所不同的是：

一级进气管7的进气流量为0.45m

实施例26

采用与实施例1中相同参数设定的装置和方法，所不同的是：

在一级进气管7的进气流量为(0.75m

一级旋风分离塔6的塔体高度H，与塔体直径D1，之比H/D1为9，进行分离操作，相应数据，记载于表7中。

实施例27

采用与实施例1中相同参数设定的装置和方法，所不同的是：

在一级进气管7的进气流量为(0.75m

进料分散器5的直径D3，与一级旋风分离塔6的直径D1，之比D3/D1为0.3，进行分离操作，相应数据，记载于表7中。

实施例28

采用与实施例1中相同参数设定的装置和方法，所不同的是：

在一级进气管7的进气流量为(0.75m

进料管22延伸入一级旋风分离塔6的内部的长度L1，与一级旋风分离塔6的塔体高度H，之比L1/H为0.3，进行分离操作，相应数据，记载于表7中。

实施例29

采用与实施例1中相同参数设定的装置和方法，所不同的是：

在一级进气管7的进气流量为(0.75m

进料管22的直径D2，与一级旋风分离塔6的直径D1，之比D2/D1不在权利要求4的保护范围内(D2/D1为0.1-0.3)(例如可以选0.06)，进行分离操作，相应数据，记载于表7中。

实施例30

采用与实施例1中相同参数设定的装置和方法，所不同的是：

所述一级进气管7与所述一级旋风分离塔6的径向截面之间的夹角为α为：45°。

相应数据，记载于表7中。

表7

对比例1

采用与实施例1中相同参数设定的装置和方法，所不同的是：

不使用下料装置、进料分散器，仅仅采用一级旋风分离塔进行分离操作，相应数据，记载于表8中。

表8

采用该装置或方法，得到的液化用煤中，镜质组的含量以及分离效率均得到大幅提升。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。