一种煤沥青制备可纺沥青的方法技术

一种煤沥青制备可纺沥青的方法是将中低温煤沥青粉碎至20目以下，用四氢呋喃萃取过滤出中低温煤沥青的可溶组分，可溶组分回收四氢呋喃溶剂后，得到精制沥青；将精制沥青与矿脂混合后投入反应器中，常压通入氮气，以1‑10℃/min升温速率升温至180‑220℃温度，然后切换空气并以10‑60mL/min·g速率通入反应器，且以1‑10℃/min升温速率加热至反应温度280‑350℃，停留1‑10小时后制得可纺沥青。本发明专利技术具有收率高，价格低廉，热缩聚温度适中的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种煤沥青制备可纺沥青的方法
本专利技术属于沥青基碳纤维
，具体涉及一种煤沥青制备可纺沥青的方法。技术背景20世纪80年代开始，碳纤维制造业快速发展，由于其具有优异的电学、热力学性能，被广泛应用于国防工业、航空航天、尖端科技、日常生活等众多领域。国外已具备商业化生产的能力，但我国还处于研制和试生产阶段。由于美、日、德将其作为战略物资管制，严重制约我国国防等相关领域的发展。因此，加速对碳纤维的研发具有战略意义。为实现制备通用级沥青碳纤维技术，对原料有严格要求。应满足以下要求：1、灰分、杂原子含量少；2、软化点高，通常≥210℃；3、良好的可纺性(分子量分布窄、难溶物少、轻组分少)和热稳定性；4、高的碳收率。沥青基碳纤维的生产原料一般为石油沥青、煤沥青、萘齐聚所得沥青及乙烯焦油沥青等。但经煤焦油或石油渣油蒸馏制备的沥青存在软化点低(70-100℃)的特点。因此纺丝前需要对沥青原料进行预处理，以提高其软化点。提高青软化点的方法主要有常压高温热聚、加压高温热聚、真空高温热聚、氧化热聚合、交联合成法、催化合成法和加氢改性热聚合等办法。其中高温热聚合对煤沥青改质处理幅度大、操作简便，但沥青软化点提高不明显而且其聚合后的沥青软化点分布宽、收率低、流动性差，不利于熔融纺丝；直接氧化热聚合能有效提高纺丝沥青的软化点、沥青收率高，但通入空气或氧气后有大量不凝气携带沥青烟排出，操作环境恶劣且不易控制反应程度；而催化合成法和交联合成法反应温度剧烈，不易控制，常用催化剂对设备有腐蚀性，反应后残留的催化剂也影响后续纺丝和碳化工艺；加氢改性热聚合通常可制备出优质的纺丝沥青，但是目前常用的供氢溶剂为四氢萘，由于其沸点较低(207.2℃)，在高温热聚合时容易被气体夹带流失，导致聚合时供氢不足，而使用PVC、PS等高聚物作为供氢物质时，其热解温度高，低温时无法产生自由基与沥青反应。因此使用一种沸点适中、与沥青反应性强的供氢试剂改性制备可纺沥青十分必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种收率高，价格低廉，热缩聚温度适中的煤沥青制备可纺沥青的方法。本专利技术是采用石油化工副产物矿脂作为供氢溶剂改性精制煤沥青，该方法不仅可以有效提高原料煤沥青的软化点，而且改质沥青的软化点高，熔程窄，流动性好，轻组分少，具备优良的纺丝性能。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术一种煤沥青制备可纺沥青的方法，包括以下步骤：步骤一、将中低温煤沥青粉碎至20目以下，用四氢呋喃萃取过滤出中低温煤沥青的可溶组分，可溶组分回收四氢呋喃溶剂后，得到精制沥青；步骤二、将精制沥青与矿脂混合后投入反应器中，常压通入流量为10-60mL/min·g的氮气，以1-10℃/min升温速率升温至180-220℃温度，然后切换空气并以10-60mL/min·g速率通入反应器，且以1-10℃/min升温速率加热至反应温度280-350℃，停留1-10小时后制得可纺沥青。上述的方法，步骤一中所述的中低温煤沥青与四氢呋喃的重量比为1:4-1:10,中低温煤沥青的灰分为≤0.2wt％,软化点为70-90℃。上述的方法，步骤一中所述的精制煤沥青，其灰分重量比≤0.03％，其分子量分布为200-350，软化点为70-90℃。上述的方法，步骤二中所述的矿脂为从原油经过常压和减压蒸馏后留下的渣油中脱出的蜡膏，是一种氢含量高的烷系烃或饱和烃类半液态的混合物。其密度为0.80-0.88g/cm3，熔点为70-80℃，沸点为310-335℃。如上所述的精制煤沥青的灰分重量比≤0.03％，分子量分布为200-350，软化点范围为70-90℃。如上所述步骤二中精制煤沥青：矿脂重量比为100：2-20。上述的方法，其特征在于步骤二中所述的可纺沥青可纺性的评价标准为单孔熔融纺丝法，每次加料量为5-30g可纺沥青，纺丝温度高于软化点温度30-50℃，纺丝压力为0.3-1MPa，喷丝口直径为0.3μm，缠绕速度200m/min。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：本专利技术结合了高温热聚合、氧化热聚合和加氢改性热聚合的优点，具有处理幅度大、处理时间短、沥青烟排放少、操作简便、改性效果明显的优点。并且所用的矿脂成本低、安全无腐蚀性、供氢能力强、反应程度大，从而避免沥青的过度聚合并保持沥青的流动性，从而提高沥青的纺丝性能。聚合后的可纺沥青的熔程窄(≤32℃)，总收率高(27-32％)，软化点高(212-270℃)，H/C原子比较低(0.52-0.56)，芳香度较高(0.76-0.82)，可纺性好(单孔熔融纺丝长度>3.1km)；可纺沥青经熔融纺丝，预氧化和碳化后沥青碳纤维的单丝抗拉强度为882-981MPa，单丝断裂伸长率为2.06-2.38％。下面通过附表和实例对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。具体实施方式实施例1本实施例矿脂改性沥青的制备方法包括以下步骤：步骤一、将中低温煤沥青(灰分为0.2wt％,软化点为70℃)粉碎至20目以下，与四氢呋喃质量比1:4混合，萃取过滤出中温煤沥青的可溶组分，回收溶剂四氢呋喃后，得到精制沥青(灰分为0.03wt％，分子量分布为200-350，软化点为72)；将精制煤沥青与矿脂以重量比50:1的比例混合。步骤二、将步骤一中所述的混合物料放入反应器中，通入20mL/min·g的氮气常压吹扫并以5℃/min的升温速率加热至180℃。在180℃下停止通入氮气并以40mL/min·g的速率持续通入空气，以5℃/min的升温速率加热至310℃，停留4小时后停止通入空气并冷却至室温制得可纺沥青，其总收率为27％。可纺沥青经255℃，纺丝压力为0.3MPa，喷丝口直径为0.3μm，缠绕速度200m/min熔融纺丝，沥青可纺性良好。实施例2本实施例矿脂改性沥青的制备方法包括以下步骤：步骤一、将中低温煤沥青(灰分为0.15wt％,软化点为80℃)粉碎至20目以下，与四氢呋喃质量比1:5混合，萃取过滤出中温煤沥青的可溶组分，回收溶剂后，得到精制沥青(灰分为0.02wt％，分子量分布为210-350，软化点为83)；将精制煤沥青与矿脂以重量比50:1的比例混合。步骤二、将步骤一中所述的混合物料放入反应器中，通入20mL/min·g的氮气常压吹扫并以3℃/min的升温速率加热至180℃。在180℃下停止通入氮气并以20mL/min·g的速率持续通入空气，以6℃/min的升温速率加热至310℃，停留4小时后停止通入空气并冷却至室温制得可纺沥青，其总收率为29％。可纺沥青经242℃，纺丝压力为0.5MPa，喷丝口直径为0.3μm，缠绕速度200m/min熔融纺丝，沥青可纺性良好。实施例3本实施例矿脂改性沥青的制备方法包括以下步骤：步骤一、将中低温煤沥青(灰分为0.1wt％,软化点为90℃)粉碎至20目以下，与四氢呋喃质量比1:9混合，萃取过滤出中温煤沥青的可溶组分，回收溶剂后，得到精制沥青(灰分为0.01wt％，分子量分布为240-350，软化点为90)；将精制煤沥青与矿脂以重量比10:1的比例混合。步骤二、将步骤一中所述的混合物料放入反应器中，通入25mL/min·g的氮气常压吹扫并以4℃/min的升温速率加热至210℃。在210℃下停止通入氮气并以45mL/min·g的速率持续本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤沥青制备可纺沥青的方法,其特征在于包括如下步骤：步骤一、将中低温煤沥青粉碎至20目以下，用四氢呋喃萃取过滤出中低温煤沥青的可溶组分，可溶组分回收四氢呋喃溶剂后，得到精制沥青；步骤二、将精制沥青与矿脂混合后投入反应器中，常压通入流量为10‑60mL/min·g的氮气，以 1‑10℃/min升温速率升温至180‑220℃温度，然后切换空气并以10‑60mL/min·g速率通入反应器，且以 1‑10℃/min升温速率加热至反应温度280‑350℃，停留1‑10小时后制得可纺沥青。

【技术特征摘要】
1.一种煤沥青制备可纺沥青的方法,其特征在于包括如下步骤：步骤一、将中低温煤沥青粉碎至20目以下，用四氢呋喃萃取过滤出中低温煤沥青的可溶组分，可溶组分回收四氢呋喃溶剂后，得到精制沥青；步骤二、将精制沥青与矿脂混合后投入反应器中，常压通入流量为10-60mL/min·g的氮气，以1-10℃/min升温速率升温至180-220℃温度，然后切换空气并以10-60mL/min·g速率通入反应器，且以1-10℃/min升温速率加热至反应温度280-350℃，停留1-10小时后制得可纺沥青。2.如权利要求1所述的一种煤沥青制备可纺沥青的方法,其特征在于步骤一的中低温煤沥青与四氢呋喃的重量比为1:4-1:10。3.如权利要求1所述的一种煤沥青制备可纺沥青的方法,其特征在于中低温煤沥青的灰分为≤0.2wt%,软化点为70-90℃。4.如权利要求1所述的一种煤...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲世杰，蒋伟，左萍萍，牛宏贤，申文忠，倪国松，
申请(专利权)人：中国科学院山西煤炭化学研究所，
类型：发明
国别省市：山西,14