一种针状焦的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种针状焦的制备方法，该方法使原料与轻组分油混合后进入第一沉降分离塔，静置分离后塔底排出富含喹啉不溶物与极性易聚合组分混合物的残渣，塔顶流出精制沥青油。精制沥青油被输送到热聚合反应器与来自第二沉降分离塔的轻组分油混合进行热聚合反应，清组分油循环反应、富含中间相的重组分则进入定向生长器进行中间相的生长与高度取向融并。然后，反应产物脱除溶剂油，进入焦化塔进行中间相取向的稳定化处理后得到针状焦。本发明专利技术原料物广泛，操作简单、高效，制备的针状焦在显微镜下具有良好的光学结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种以中温煤沥青、软沥青或煤焦油馏分为原料制备针状焦的方法。
技术介绍
针状焦是生产高功率和超高功率石墨电极的关键材料，也是生产与制备新型炭材料的基础原料。以沥青为原料制备针状焦在沥青热聚合的过程中，中间相的产生经历三个阶段，即晶种的出现、生长与融并张大，制备针状焦的关键就在于沥青液相炭化向固相转变过程中中间相小球体的生成、张大、融并与取向排列，最终形成各向异性纤维状发达的焦炭。中国专利技术专利，专利号01140582.1、公告号CN1169911C、名称为“一种制备针状焦的方法”提供了一种通过放气拉焦来制备针状焦的方法。在管式反应炉内放入原料，充入0.1-2MPa的惰性气体，在密封后2-30秒内加热到480-550℃的焦化温度。待体系压力超过原有压力的0.2-1MPa后，即释出气体到原先的0.2-2MPa，然后再密封，直到反应炉内的压力不再超过原有压力的0.2-1MPa为止。反应炉内压力不变时，继续焦化4-8小时制得针状焦。上述专利技术能够制得针状焦但存在下列不足一、专利技术采用的原料为不含原生喹啉不溶物的精制油，不适用从煤系副产物、煤焦油或石油系渣油、沥青等为原料来制备针状焦，限转了该专利技术的使用范围；二、专利技术要求将物料在2～30秒内由室温加热到480～550℃，在工业条件上很难实现。现有技术虽然能够制备出针状焦产品，但反应原料单一，工艺条件苛刻，不能满足工业上大规模制备高取向度针状焦的要求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种以中温煤沥青、软沥青或煤焦油馏分为原料制备具有高度取向结构针状焦的方法。本专利技术采用的技术方案，包括下列步骤a.原料煤沥青、软沥青或煤焦油馏分与真空闪蒸塔顶冷凝的轻组分油按照1∶(0.5～4)的比例混合后进入第一沉降分离塔静置分离，温度控制为100～250℃、物料在塔内停留时间为0.5～20小时，从塔底排出含喹啉不溶物和极性易聚合组分混合物的残渣油占进料量的5～30％，从塔顶流出含喹啉不溶物小于5％的精制沥青油；b.上述精制沥青油被输送到聚合反应器中与来自第二沉降分离塔的轻组分油混合后进行热聚合反应，聚合反应器采用泵循环搅拌、温度控制为350～550℃、压力为0～2.0MPa、物料循环比为0.5～10倍、物料停留时间为2～24小时，热聚合反应的产物连续流入第二沉降分离塔，经保温沉降分离后占进料量0～20％的轻组分油循环回流到聚合反应器、富含中间相的重组分油进入到定向生长器；c.重组分油中的中间相在定向生长器中流体导向作用下生长并高度取向融并，控制温度为250～500℃、压力为0～2.0MPa、物料在定向生长期中停留0.2～6小时，然后流入到真空闪蒸塔；d.真空闪蒸塔控制温度为250～400℃、空塔气速为0.5～2.0m/s、真空度为0～80KPa，物料经快速闪蒸后塔顶轻组分油循环回流到第一沉降分离塔与原料混合、塔底富含高度取向中间相的重组分油进入到并联的第一和第二焦化塔；e.二个焦化塔并联操作控制温度为450～550℃、真空度为0～80KPa、物料在塔内停留0.5～10小时，塔顶排出重质油组分，塔底得到稳定的针状焦。步骤a中的原料煤沥青、软沥青或煤焦油馏分软化点小于90℃、含水小于0.5％、原生喹啉不溶物含量小于10％。步骤a中原料与轻组分油按照1∶(1～3)的比例混合，温度控制为150～250℃、物料在塔内停留时间为0.5～15小时，从塔底排出含喹啉不溶物和极性易聚合组分混合物的残渣油占进料量的10～25％，从塔顶流出含喹啉不溶物小于3％的精制沥青油。步骤b中温度控制为350～450℃、压力为0～1.0MPa、物料循环比为2～6倍、物料停留时间为10～24小时。步骤c中所述定向生长器由多根直径为15～50mm的管子组成，每根管子内沿流动方向设置有导向板。步骤c中控制温度为300～450℃、压力为0～1.0MPa、物料在定向生长器中停留0.2～3小时。本专利技术的有益效果本专利技术步骤a利用真空闪蒸分离的轻组分油为溶剂与原料进行混合后进入第一沉降分离塔，精制分离了原料中原生喹啉不溶物与大分子极性易聚合物，这道工序克服了以往制备针状焦对原料纯度要求苛刻的缺点，本工序净化操作的好坏直接影响热聚合反应过程中间相的分布与质量。本专利技术步骤b充分利用了中间相的生长符合结晶学原理的规律，选择带反应产物分离轻组分回流、反应物料循环的聚合反应器体系，该工序不仅能够始终保持反应器内具有足够的微小中间相晶种，而且通过反应物料的循环进一步促进中间相生长过程中的传热与传质，加速中间相了的生长，这是本专利技术热聚合工艺保证制备适宜粒度分布中间相的关键所在。第二沉降分离塔保证了回流到聚合釜的晶种活性与分布适合于引导热聚合反应，最终生成符合要求的中间相沥青。本专利技术步骤c通过定向生长器促进中间相分子高度有序化的进行，简单、高效。综上，依据本专利技术所提供的技术方案最终可以得到具有良好光学结构的针状焦产品。附图说明图1是本专利技术工艺流程图；图2a是精制分离后的沥青显微镜图； 图2b是聚合反应生成的中间相小球显微镜图；图2c是中间相生长与自由融并的显微镜图；图2d是中间相定向生长与融并的显微镜图；图2e是焦化后针状焦显微镜图。具体实施例方式下面结合流程图1对本专利技术进一步详细描述，通过下列步骤操作a.原料煤沥青、软沥青或煤焦油馏分与真空闪蒸塔顶冷凝的轻组分油按照1∶(0.5～4)的比例混合后进入第一沉降分离塔静置分离，温度控制为100～250℃、物料在塔内停留时间为0.5～20小时，从塔底排出含喹啉不溶物和极性易聚合组分混合物的残渣油占进料量的5～30％，从塔顶流出含喹啉不溶物小于5％的精制沥青油；b.上述精制沥青油被输送到聚合反应器中与来自第二沉降分离塔的轻组分油混合后进行热聚合反应，聚合反应器采用泵循环搅拌以保持反应器内传热与传质促进中间相的生成与生长、温度控制为350～550℃、压力为0～2.0MPa、物料循环比为0.5～10倍、物料停留时间为2～24小时，热聚合反应的产物连续流入第二沉降分离塔，经保温沉降分离后占进料量0～20％的轻组分油循环回流到聚合反应器、富含中间相的重组分油进入到定向生长器；c.重组分油中的中间相在定向生长器内流体导向作用下生长并高度取向融并，控制温度为250～500℃、压力为0～2.0MPa、物料在定向生长期中停留0.2～6小时，为进一步促进中间相的有序化，脱出反应产物中的溶剂油使定向生长器流出物进入高真空闪蒸塔；d.真空闪蒸塔控制温度为250～400℃、空塔气速为0.5～2.0m/s、真空度为0～80KPa，物料经快速闪蒸后塔顶轻组分油循环回流到第一沉降分离塔与原料混合、塔底富含高度取向中间相的重组分油进入到并联的第一和第二焦化塔；e.二个焦化塔并联交替操作控制温度为450～550℃、真空度为0～80KPa、物料在塔内停留0.5～10小时，塔顶排出重质油组分，塔底得到稳定的针状焦。本专利技术工艺的优化操作步骤为步骤a中的原料煤沥青、软沥青或煤焦油馏分软化点小于90℃、含水小于0.5％、原生喹啉不溶物含量小于10％。步骤a中原料与轻组分油按照1∶(1～3)的比例混合，温度控制为150～250℃、物料在塔内停留时间为0.5～15小时，从塔底排出含喹啉不溶物和极性易聚合组分混合物的残本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针状焦的制备方法，包括下列步骤：ａ．原料煤沥青、软沥青或煤焦油馏分与真空闪蒸塔顶冷凝的轻组分油按照１∶（０．５～４）的比例混合后进入第一沉降分离塔静置分离，温度控制为１００～２５０℃、物料在塔内停留时间为０．５～２０小时，从塔底 排出含喹啉不溶物和极性易聚合组分混合物的残渣油占进料量的５～３０％，从塔顶流出含喹啉不溶物小于５％的精制沥青油；ｂ．上述精制沥青油被输送到聚合反应器中与来自第二沉降分离塔的轻组分油混合后进行热聚合反应，聚合反应器采用泵循环搅拌、温度 控制为３５０～５５０℃、压力为０～２．０ＭＰａ、物料循环比为０．５～１０倍、物料停留时间为２～２４小时，热聚合反应的产物连续流入第二沉降分离塔，经保温沉降分离后占进料量０～２０％的轻组分油循环回流到聚合反应器、富含中间相的重组分油进入到定向生长器；ｃ．重组分油中的中间相在定向生长器内流体导向作用下生长并高度取向融并，定向生长器的控制温度为２５０～５００℃、压力为０～２．０ＭＰａ、物料在定向生长器中停留０．２～６小时，然后流入到真空闪蒸塔；ｄ．真空闪蒸塔控制温度 为２５０～４００℃、空塔气速为０．５～２．０ｍ／ｓ、真空度为０～８０ＫＰａ，物料经快速闪蒸后塔顶轻组分油循环回流到第一沉降分离塔与原料混合、塔底富含高度取向中间相的重组分油进入到并联的第一和第二焦化塔；ｅ．二个焦化塔并联操作控制温度 为４５０～５５０℃、真空度为０～８０ＫＰａ、物料在塔内停留０．５～１０小时，塔顶排出重质油组分，塔底得到稳定的针状焦。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金鸣林，张琢，房永征，
申请(专利权)人：上海应用技术学院，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]