连续制备中间相碳微球联产浸渍剂沥青和包覆沥青的方法技术

一种连续制备中间相碳微球联产浸渍剂沥青和包覆沥青的方法，按以下步骤进行：（1）在氮气气氛条件下，将中温煤沥青与稳定剂混合；（2）加热至350~380℃后送入快速提温器，在1~5s的时间升温至410~450℃进行聚合反应；（3）降温到290~340℃与萃取剂混合萃取；（4）离心分离，固相干燥获得中间相碳微球产品；（5）母液采用蒸馏塔蒸发回收萃取剂，塔底剩余的物料作为浸渍剂沥青或者采用改质反应釜进行改质反应。本发明专利技术的方法从根本上解决了传统生产工艺能源消耗大、环境污染重、产品收率低、成本高、质量不稳定且品种单一等问题。

【技术实现步骤摘要】
连续制备中间相碳微球联产浸渍剂沥青和包覆沥青的方法
本专利技术涉及中间相碳微球材料
，特别涉及一种连续制备中间相碳微球联产浸渍剂沥青和包覆沥青的方法。
技术介绍
负极材料是影响锂离子电池性能的重要因素之一，现有技术中一般采用石墨或改性石墨，然而其理论嵌锂容量372mAh/g已不能满足需求，同时其特有的层状结构导致有限次的循环稳定性，而且对电解液也高度敏感，因此亟待需找一种新型的替代石墨的负极材料。中间相碳微球是比较理想的锂离子电池的负极材料原料。目前，以煤焦油沥青为原料生产中间相碳微球的工艺，主要有热缩聚法、乳化法和悬浮法，在工业化生产中均采用间歇式生产工艺。热缩聚法间歇式生产工艺是首先对聚合釜内物料进行持续升温，达到规定温度后进行保温操作，整个周期需要16~20小时。该生产工艺由于加温设备热效率低，能源利用率不高，使得能源消耗较高，污染物排放量增加。并存在产品单一、生产成本高等问题，同时，聚合釜内煤焦油沥青与聚合釜内壁接触的部分由于长时间过热，造成煤焦油沥青在聚合釜内壁结焦现象严重，降低了聚合釜的传热效率，导致生产过程中生产周期延长，能源消耗增加，产品质量不稳定。乳化法由于在生产过程中引入了分散剂，容易将杂质带入产品中，同时，采用乳化法生产的中间相碳微球具有可熔融的性质，需要在后续工艺中做氧化稳定处理，工艺过程复杂、生产成本高、原料利用率低、产品质量不稳定且产品种类单一。悬浮法在生产过程中需要多种有机溶剂及悬浮液，经过高温成球，冷却、滤析、预氧化、碳化等多重工序制成中间相碳微球，亦存在着工艺过程复杂、生产成本高、原料利用率低、产品质量不稳定且产品种类单一的问题。《宇航材料工艺》2001年第6期刊发的《中间相沥青碳微球的制备及其嵌锂行为的研究》介绍了一种典型的热聚合法制中间相碳微球的方法，首先在氮气保护下升温到250℃，加热搅拌1h，除去难以聚合的小分子，然后在自升压下升温到450℃，聚合反应2h；反应产物在150℃下热过滤，过滤产物用吡啶抽提至无色或淡黄色，最后在80℃下真空干燥6h即得MCMB（中间相碳微球）；该方法采用两段聚合的方式，增加了生产过程中的操作难度；在分离难聚合小分子的过程中，不可避免的会造成原料的损耗增加，降低了原料利用率和产品收率；同时，该工艺同样具有热聚合法间歇生产工艺中存在的通病。
技术实现思路
针对现有中间相碳微球在制备技术上存在的上述问题，本专利技术提供一种连续制备中间相碳微球联产浸渍剂沥青和包覆沥青的方法，通过连续制备设备采用热聚合法进行连续生产，解决能源消耗大、环境污染重等问题，获得质量稳定的多种产品。本专利技术的方法按以下步骤进行：1、在氮气气氛条件下，将温度为180~210℃的中温煤沥青与温度为180~210℃的稳定剂混合，混合比例按质量比为中温煤沥青:稳定剂=1:（0.1～1），获得混合物料；所述的稳定剂为蒸汽、洗油或蒽油；2、将混合物料加热至350~380℃后送入快速提温器，在快速提温器内物料在1~5s的时间升温至410~450℃，然后进入连续聚合反应器在410~450℃进行聚合反应，控制中温煤沥青在连续聚合反应器内的反应时间在4~6h，反应完成后从连续聚合反应器排出的物料含有中间相碳微球的聚合沥青；3、将含有中间相碳微球的聚合沥青降温到290~340℃，再与萃取剂混合后送入萃取槽进行萃取，混合比例按照质量比为含有中间相碳微球的聚合沥青:萃取剂=1:（1~5）；控制萃取温度在120~180℃，萃取2~5小时，然后获得萃取后物料，其中含有中间相碳微球的聚合沥青中的未反应物料被溶剂萃取至萃取剂中；所述的萃取剂为洗油或蒽油；4、将萃取后物料用离心机过滤分离，分离出固相和母液，控制固相中固体部分的直径≥2μm，将固相干燥去除液体部分，获得中间相碳微球产品；5、获得的母液中含有的固体部分的直径＜2μm，将母液采用蒸馏塔蒸发回收萃取剂，塔底剩余的物料作为浸渍剂沥青或者采用改质反应釜进行改质反应，或者同时作为浸渍剂沥青和采用改质反应釜进行改质反应；改质反应完成后的物料进入脱挥机脱出挥发分，获得包覆沥青。上述方法中，改质反应是向改质反应釜内通入温度在140~200℃的热空气，保持釜内温度在240~300℃进行反应，反应时间为4~8h。上述方法中，步骤2采用的设备为用于生产中间相炭微球的连续聚合反应器，包括壳体及设置在壳体顶部的快速提温器、双搅拌传动装置；壳体顶部设有氮气口，底部设有放料口，外部设置夹套，壳体内部设有框式搅拌器和分流式主搅拌器与所述的双搅拌传动装置装配在一起；所述的快速提温器为列管式换热器，底部设有物料进口和物料出口，物料出口与壳体内部连通；所述的框式搅拌器的外侧固定有刮板组与壳体内壁接触，内侧固定有多层水平挡板；框式搅拌器内部的分流式主搅拌器的桨叶组位于相邻两层水平挡板之间，每层水平挡板位于相邻两层桨叶之间。上述的用于生产中间相炭微球的连续聚合反应器中，双搅拌传动装置与其上方的减速机和电动机装配在一起。上述的用于生产中间相炭微球的连续聚合反应器中，框式搅拌器有A框、B框和C框三个框，各框之间的水平夹角为120º，分流式主搅拌器的每层桨叶组有四个桨叶，各桨叶之间的水平夹角为90º。上述的用于生产中间相炭微球的连续聚合反应器中，分流式主搅拌器上半部的桨叶为斜桨叶，其宽度方向与水平面有25°夹角，下半部的桨叶为平桨叶，水平设置，各桨叶的长度为壳体内径的1/4。上述的用于生产中间相炭微球的连续聚合反应器中，框式搅拌器底部设有套筒，套筒与外搅拌支撑座通过滑动轴承连接，外搅拌支撑座通过外搅拌支撑架固定在外壳内壁上；分流式主搅拌器底端穿过套筒与内搅拌支撑座通过滑动轴承连接，内搅拌支撑座通过内搅拌支撑架固定在外壳内壁上。上述的水平挡板的长度为壳体内径的1/3。上述的列管式换热器的列管外径为19mm，列管数量为30~80根。上述的用于生产中间相炭微球的连续聚合反应器中，框式搅拌器的各框上固定的刮板组由位于同一立面的多个刮板构成，各刮板规格为150mm×50mm，纵向安装，每个框上的从上到下相邻的两个刮板的间距为240mm；其中A框上固定的最高处的刮板与A框顶部位于同一高度，B框上固定的最高处的刮板低于B框的顶部130mm，C框上固定的最高处的刮板低于B框的顶部260mm。上述的用于生产中间相炭微球的连续聚合反应器中，壳体的顶部为椭圆式封头，中部为筒式结构，底部为锥形结构。上述方法中，回收的溶剂重复利用。上述用于生产中间相炭微球的连续聚合反应器的使用方法为：1、通过氮气口向壳体内部通入氮气，将壳体内及快速提温器的列管内部的空气排出；然后封闭氮气口；2、将温度为350~380℃的待聚合物料通入快速提温器的物料进口，从快速提温器底部进入列管，与进入快速提温器中的熔盐换热，在1~5秒钟的时间内将待聚合物料预热至420~460℃，再从物料出口进入壳体内；所述的待聚合物料为中温煤沥青；3、开启双搅拌传动装置，使框式搅拌器和分流式主搅拌器逆向旋转，旋转速度分别为分流式主搅拌器50~70r/min，框式搅拌器10r/min使待聚合物料进行聚合反应；同时向夹套内通入熔盐介质进行保温，或采用红外电加热进行保温；4、反应稳定后，通过放料口连续放料，并且物料进口连续进料，聚合反应过程中新生成的中间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续制备中间相碳微球联产浸渍剂沥青和包覆沥青的方法，其特征在于按以下步骤进行：（1）在氮气气氛条件下，将温度为180~210℃的中温煤沥青与温度为180~210℃的稳定剂混合，混合比例按质量比为中温煤沥青:稳定剂=1:（0.1～1），获得混合物料；所述的稳定剂为蒸汽、洗油或蒽油；（2）将混合物料加热至350~380℃后送入快速提温器，在快速提温器内物料在1~5s的时间升温至410~450℃，然后进入连续聚合反应器在410~450℃进行聚合反应，控制中温煤沥青在连续聚合反应器内的反应时间在4~6h，反应完成后从连续聚合反应器排出的物料含有中间相碳微球的聚合沥青；（3）将含有中间相碳微球的聚合沥青降温到290~340℃，再与萃取剂混合后送入萃取槽进行萃取，混合比例按照质量比为含有中间相碳微球的聚合沥青: 萃取剂=1:（1~5）；控制萃取温度在120~180℃，萃取2~5小时，然后获得萃取后物料，其中含有中间相碳微球的聚合沥青中的未反应物料被溶剂萃取至萃取剂中；所述的萃取剂为洗油或蒽油；（4）将萃取后物料用离心机过滤分离，分离出固相和母液，控制固相中固体部分的直径≥2μm，将固相干燥去除液体部分，获得中间相碳微球产品；（5）获得的母液中含有的固体部分的直径＜2μm，将母液采用蒸馏塔蒸发回收萃取剂，塔底剩余的物料作为浸渍剂沥青或者采用改质反应釜进行改质反应，或者同时作为浸渍剂沥青和采用改质反应釜进行改质反应；改质反应完成后的物料进入脱挥机脱出挥发分，获得包覆沥青。...

【技术特征摘要】
1.一种连续制备中间相碳微球联产浸渍剂沥青和包覆沥青的方法，其特征在于按以下步骤进行：(1)在氮气气氛条件下，将温度为180～210℃的中温煤沥青与温度为180～210℃的稳定剂混合，混合比例按质量比为中温煤沥青:稳定剂＝1:(0.1～1)，获得混合物料；所述的稳定剂为蒸汽、洗油或蒽油；(2)将混合物料加热至350～380℃后送入快速提温器，在快速提温器内物料在1～5s的时间升温至410～450℃，然后进入连续聚合反应器的壳体内在410～450℃进行聚合反应，控制中温煤沥青在连续聚合反应器的壳体内的反应时间在4～6h，反应完成后从连续聚合反应器排出的物料含有中间相碳微球的聚合沥青；采用的设备为用于生产中间相炭微球的连续聚合反应器，包括壳体及设置在壳体顶部的快速提温器、双搅拌传动装置；壳体顶部设有氮气口，底部设有放料口，外部设置夹套，壳体内部设有框式搅拌器和分流式主搅拌器与所述的双搅拌传动装置装配在一起；所述的快速提温器为列管式换热器，底部设有物料进口和物料出口，物料出口与壳体内部连通；所述的框式搅拌器的外侧固定有刮板组与壳体内壁接触，内侧固定有多层水平挡板；框式搅拌器内部的分流式主搅拌器的桨叶组位于相邻两层水平挡板之间，每层水平挡板位于相邻两层桨叶之间；(3)将含有中间相碳微球的聚合沥青降温到290～340℃，再与萃取剂混合后送入萃取槽进行萃取，混合比例按照质量比为含有中间相碳微球的聚合沥青:萃取剂＝1:(1～5)；控制萃取温度在120～180℃，萃取2～5小时，然后获得萃取后物料，其中含有中间相碳微球的聚合沥青中的未反应物料被溶剂萃取至萃取剂中；所述的萃取剂为洗油或蒽油；(4)将萃取后物料用离心机过滤分离，分离出固相和母液，控制固相中固体部分的直径≥2μm，将固相干燥去除液体部分，获得中间相碳微球产品；(5)获得的母液中含有的固体部分的直径＜2μm，将母液采用蒸馏塔蒸发回收萃取剂，塔底剩余的物料作为浸渍剂沥青或者采用改质反应釜进行改质反应，或者同时作为浸渍剂沥青和采用改质反应釜进行改质反应；改质反应完成后的物料进入脱挥机脱出挥发分，获得包覆沥青。2.根据权利要求1所述的一种连续制备中间相碳微球联产浸渍剂沥青和包覆沥青...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱兴建，张力，王永志，王莹，
申请(专利权)人：鞍山兴德材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21