从煤焦油产物中除汞的方法
【专利说明】从煤焦油产物中除汞的方法
[0001 ] 优先权声明
[0002]本申请要求2013年11月19日提交的临时申请N0.61/905,902的权益，其内容全文经此引用并入本文。
[0003]发明背景
[0004]由石油加工产生许多不同类型的化学品。但是，近几十年来由于提高的需求量，石油变得更加昂贵。
[0005]因此，已经试图提供用于制造化学品的原材料的替代来源。现在的注意力集中在由固体碳质材料，如在美国和中国等国家可大量供应的煤制造液态烃。
[0006]煤的热解产生焦炭和煤焦油。炼焦或“焦化”工艺由在无氧的封闭容器中将材料加热到极高温度构成。焦炭是主要为碳和无机灰分的多孔但硬的残渣，其用于炼钢。
[0007]煤焦油是在加热过程中馏出的挥发性材料，其包含许多烃化合物的混合物。可将其分离产生各种有机化合物，如苯、甲苯、二甲苯、萘、蒽和菲。这些有机化合物可用于制造许多产品，例如染料、药物、炸药、香料、香精、防腐剂、合成树脂和漆和着色剂。该分离留下的残余沥青用于铺路、铺屋顶、防水和保温。
[0008]来自煤焦油的产物通常含有必须除去的不合意化合物，如汞。
[0009]因此，需要改进的从煤焦油产物中除汞的方法。
[0010]发明概述
[0011]本发明的一个方面是一种从煤焦油产物中除汞的方法。在一个实施方案中，该方法包括提供煤焦油料流。使所述煤焦油料流在溶剂萃取区中与溶剂接触以从所述煤焦油料流中除去至少一种产物，以形成至少一个产物料流和剩余煤焦油料流，所述至少一个产物料流含有元素汞、有机汞化合物和无机汞化合物的一种或多种。使所述至少一个产物料流在除汞区中与吸附剂材料接触，所述吸附剂材料包含一种或多种吸附剂、离子交换树脂或其混合物以除去元素汞、有机汞化合物和无机汞化合物的一种或多种。将剩余煤焦油料流分离成至少两个部分。
[0012]在另一实施方案中，该方法包括提供煤焦油料流，所述煤焦油料流含有元素汞、有机汞化合物和无机汞化合物的一种或多种。将所述煤焦油料流引入分馏区的催化蒸馏区以将所述煤焦油料流分离成至少两个部分，所述催化蒸馏区位于分馏区的塔底物出口上方和第一产物取出口下方，所述催化蒸馏区含有催化剂，有机和离子汞化合物在反应性分馏区中在所述催化剂存在下反应以形成元素汞。处理至少一个部分以除去元素汞。
[0013]附图简述
[0014]图1是本发明的方法的一个实施方案的图示。
[0015]图2是本发明的方法的另一实施方案的图示。
[0016]发明详述
[0017]图1显示本发明的除汞法5的一个实施方案。可以将煤进料1送往炼焦炉区15、气化区20，或可以将煤进料10分成两部分并送往这两个区。
[0018]在炼焦炉区15中，在不存在氧气的情况下在高温，例如最多2，000°C(3600°F)下加热煤以馏出挥发性组分。炼焦产生焦炭料流25和煤焦油料流30。焦炭料流25可用于其它工艺，如制钢。
[0019]如果需要，可以将来自炼焦工艺的包含挥发性组分的煤焦油料流30送往任选的污染物脱除区35。
[0020]用于从煤焦油料流或另一工艺料流中除去一种或多种污染物的污染物脱除区35可根据特定污染物对产品或工艺的影响和如下文进一步描述的除去该污染物的原因位于沿该工艺的各种位置。例如，污染物脱除区可位于分离区45的上游。一些污染物已被确认为干扰下游加工步骤或烃转化过程，在这种情况下污染物脱除区35可位于分离区45的上游或位于分离区45与所涉的特定下游加工步骤之间。另一些污染物已被确定为应该除去才能达到特定产品规格。如果希望从烃或工艺料流中除去多种污染物，可以在沿该工艺的不同位置布置各种污染物脱除区。在另一些方法中，污染物脱除区可以与该系统内的另一工艺重叠或集成，在这种情况下可以在该工艺的另一部分(包括但不限于分离区或下游烃转化区)的过程中除去污染物。这可以在对这些特定区域、反应器或工艺作出修改或不作修改的情况下实现。尽管污染物脱除区通常位于烃转化反应器的下游，应该理解的是，根据本文的污染物脱除区可位于分离区上游、分离区与烃转化区之间或烃转化区下游或沿工艺料流内的其它料流，例如载体流体料流、燃料流、氧源料流或本文所述的系统和工艺中使用的其它料流。通过从煤焦油料流30中除去至少一部分污染物来控制污染物浓度。本文所用的术语“除去”可以是指实际除去，例如通过吸附、吸收或膜分离，或其可以是指污染物转化成更可容许的化合物，或两者。
[0021 ]将净化的煤焦油料流36从污染物脱除区35送往溶剂萃取区37。
[0022]在溶剂萃取过程中，将溶剂料流38引入溶剂萃取区37并接触净化的煤焦油料流36。从净化的煤焦油料流36中除去至少一种产物39，其含有元素汞、有机汞化合物和无机汞化合物的一种或多种。
[0023]溶剂萃取过程中所用的溶剂可包括，但不限于，超临界流体、离子液体、极性溶剂及其组合。
[0024]超临界流体是在高于临界点(在此不存在明显液相和气相)的温度和压力下的物质。它们同时具有液体和蒸气的性质。合适的超临界流体包括，但不限于，超临界二氧化碳、超临界氣、超临界乙烧、超临界丙烧、超临界丁烧和超临界水。
[0025]离子液体是由离子构成的非水有机盐，其中正离子与负离子电荷平衡。这些材料具有通常低于100°C的低熔点、不可检出的蒸气压和良好的化学和热稳定性。该盐的阳离子电荷定位在杂原子，如氮、磷、硫、砷、硼、锑和铝上，且阴离子可以是任何无机、有机或有机金属物类。合适的离子液体包括，但不限于，咪唑鑰基离子液体、吡咯烷鑰基离子液体、吡啶鑰基离子液体、锍基离子液体、鱗基离子液体、铵基离子液体和己内酰胺基离子液体及其组入口 ο
[0026]合适的极性溶剂包括，但不限于，吡啶、N-甲基吡咯烷酮、二氯甲烷、苄基醇、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二甲亚砜、琥珀酸二甲酯、己二酸二甲酯、戊二酸二甲酯、碳酸亚丙酯、大豆油酸甲酯、乳酸乙酯、三丙二醇(单)甲醚I，3_二氧戊环及其组合。
[0027]或者，如果需要，可以使用2013年11月19日提交的名称为Process for Removinga Product from Coal Tar的美国申请序号N0.61/905，898(代理人案号N0.H0042311)(经此引用并入本文)中描述的萃取/吸附区代替溶剂萃取区37。
[0028]来自溶剂萃取过程的产物39包括，但不限于，在(TC至350°C的范围内馏出的烃。根据所用溶剂，主要官能团可以是杂环芳族、环烷的或链烷的，并可以是离子型或中性、酸性或碱性的。
[0029]将含有元素汞、有机汞化合物和无机汞化合物的产物39送往分离区110，在此将溶剂料流120与含有元素汞、有机汞化合物和无机汞化合物的产物115分离。如果需要，可以将溶剂料流120再循环到溶剂萃取区37。
[0030]当存在有机汞化合物时，可以将产物115送往任选转化区125，在此将有机汞化合物转化成元素汞或无机汞化合物。合适的转化过程包括，但不限于，催化或热分解、使用氢气的催化反应、通过转移氢化还原、用硫化物源或元素硫沉淀、和氧化接着还原。
[0031]在一个实施方案中，对含有元素汞、有机汞化合物和无机汞化合物的产物115施以加氢加工以将有机汞化合物转化成无机或元素汞，接着经过多层床以除去多于一种类型的污染物。也可以将其它污染物转化成更容易通过吸附脱除的形式。
[0032]在另一实施方案中，根据全文经此引用并入本文的US5，510，565中的教导对含有元素汞、有机汞化合物和无机汞化合物的产物115施以在100°C至900°C的温度下的热加工。将有机汞和其它杂质分解成更容易通过吸附脱除的形式。
[0033]或者，如果需要，分离区110可位于转化区125后。但是，分离区110理想地位于转化区125前，因为首先除去溶剂使得在转化区125中加工的材料更少。
[0034]将包含含有元素汞、无机汞化合物(无论是原始的还是转化的有机汞化合物(如果存在))和任何未转化的有机汞化合物的产物的来自转化区125的流出物130送往除汞区135。使流出物130在除汞区135中与吸附剂材料接触以除去元素汞和无机汞化合物(无论是原始的还是转化的有机汞化合物(如果存在))。如果需要，从除汞区135中取出元素汞和无