适于用作沥青基球形活性炭原料的高软化点沥青制备方法技术

本发明专利技术涉及一种适于用作沥青基球形活性炭原料的高软化点沥青制备方法,本发明专利技术以软化点为130～220℃的特种沥青为原料，利用负压抽提‑热聚合反应的协同作用，采用自带一定数量抽真空口的双螺杆挤出机并通过调节双螺杆挤出机每个温区的温度、挤出速度、抽真空口的数量及设置位置以及真空度调节高软化点煤沥青的分子量分布、软化点、族组成等物化性质。所制高软化点沥青的软化点为240～280℃、正庚烷可溶物低于10％、甲苯可溶物低于30％、喹啉不溶物高于35％、吡啶不溶物高于20％、灰分为0.02～8％。本发明专利技术对促进特种沥青的资源化再利用以及沥青基球形活性炭及相关材料(如沥青基泡沫炭)的发展具有重要意义。

Preparation of High Softening Point Asphalt Suitable for Asphalt-based Spherical Activated Carbon Raw Materials

The invention relates to a preparation method of asphalt with high softening point suitable for use as raw material of asphalt-based spherical activated carbon. The method takes special asphalt with softening point 130-220 C as raw material, utilizes the synergistic effect of negative pressure extraction and thermal polymerization reaction, adopts a twin-screw extruder with a certain number of vacuum outlets, and adjusts the temperature, extrusion speed and truthfulness of each temperature zone of the twin-screw extruder. Number and location of voids and vacuum adjust the molecular weight distribution, softening point and group composition of coal tar pitch with high softening point. The softening point of the asphalt with high softening point is 240-280 C, n-heptane soluble matter is less than 10%, toluene soluble matter is less than 30%, quinoline insoluble matter is higher than 35%, pyridine insoluble matter is higher than 20%, ash content is 0.02-8%. The invention is of great significance for promoting the reuse of special asphalt and the development of pitch based spherical activated carbon and related materials, such as Li Qingji carbon foams.

【技术实现步骤摘要】
适于用作沥青基球形活性炭原料的高软化点沥青制备方法
本专利技术涉及一种适宜于用作沥青基球形活性炭原料的高软化点沥青的低成本制备方法，属于一种软化点为240～280℃高软化点沥青的制备方法。
技术介绍
军民融合、生态文明建设上升为国家战略，国防重点工程、高精尖武器装备、医药、电子、空气与水净化对特种吸附材料需求迫切。沥青基球形活性炭，属于吸附材料的一种，但其独特的球形结构及其球径尺寸(0.2～1.5mm)使其在装填密度、机械强度、吸脱附方式上比普通粒状活性炭、柱状活性炭、粉体活性炭具有不可比拟的性能优势，因此在民用、化工、电子、医药、国防等领域具有更为广泛的应用前景。现有沥青基球形活性炭的制备方法均是以软化点为240～280℃的高软化点煤沥青为原料，通过与一定比例的精萘进行均匀混合，然后进行球化、萃取分离、氧化不熔化、炭化和水蒸气活化而制得。当高软化点煤沥青用作制备沥青基球形活性炭的原料时，其优势在于软化点高、流变性好、结焦值高、灰分低，但市场价格太高，直接限制了沥青基球形活性炭在民用、工业领域中的应用。常规高软化点煤沥青的制备方法，均是以中温煤沥青为原料，空气作氧化反应介质，采用间歇式的釜式反应器而制得。具体就是先将中温煤沥青加入釜式反应器中，待中温煤沥青液化之后，在搅拌状态下通过气体分布器通入空气，并在250～300℃氧化2～10h，通过控制通入空气的量及氧化时间调控高软化点煤沥青的物化性质。其原理是让中温煤沥青的与氧气发生氧化反应，利用“-O-”原子的“桥架”作用，让稠环芳香分子的分子量越来越大，进而调控高软化点煤沥青的软化点、族组成、结焦值、收率及其流变行为。众所周知，间歇式反应器在加热反应过程中都存在温度场梯度分布问题，而温度场的梯度分布将直接影响最终高软化点煤沥青的分子量分布、软化点、族组成等物化性质。对此，现有的研究或工业上都是通过减小反应器的内径、延长反应器的长度来降低间歇反应器温度场梯度分布的影响，但反应器的长度又将受搅拌杆的长度、使用寿命及搅拌电机功率的限制。因此，为了实现高软化点煤沥青的批量生产，都是采用多套间歇式反应器并行生产的方法，占地面积大、设备投资大、产能低、人工成本高，最终导致高软化点煤沥青的价格居高不下，进而影响了沥青基球形活性炭的发展。
技术实现思路
本专利技术设计了一种适于用作沥青基球形活性炭原料的高软化点沥青制备方法，其中所制高软化点沥青的软化点为240～280℃、正庚烷可溶物低于10％、甲苯可溶物低于30％、喹啉不溶物高于35％、吡啶不溶物高于20％、灰分为0.02～8％。本专利技术方法，1)通过选择软化点为130～220℃的特种沥青为原料；2)采用双螺杆挤出机实现高软化点沥青的连续化生产，并通过双螺杆挤出机的长/径比调节高软化点沥青的生产速度；3)通过失重秤控制原料沥青的下料速度；4)通过调节双螺杆挤出机不同温区的温度及其挤出速度，控制沥青的热聚合反应；5)在双螺杆挤出机的不同温区，设计多个抽真空口，通过负压作用抽提其中的轻组分。需要指出的是，由于本专利技术所选择的特种沥青自身的灰分较高，这些灰分尽管残留在高软化点沥青中，但这些灰分多为Fe、Cu等金属成份。当以该高软化点沥青为原料制备沥青基球形活性炭时，可以利用这些灰分的催化功能，降低水蒸气活化的反应温度，进一步降低沥青基球形活性炭的生产成本，而且这些灰分的存在对提高沥青基球形活性炭的抗振强度有较大帮助。为了解决上述存在的技术问题，本专利技术采用了以下方案：一种适于用作沥青基球形活性炭原料的高软化点沥青制备方法，包括以下步骤：步骤1、以特种沥青为原料，采用对辊式破碎机将5000Kg特种沥青破碎成粒径为0.5～3mm的沥青颗粒；步骤2、采用真空自动上料装置，将2000～5000Kg由步骤1生产的沥青颗粒连续输送到双螺杆挤出机的料斗中；步骤3、双螺杆挤出机的料斗直接连接失重秤，失重秤的低端与双螺杆挤出机的进料口连接，通过失重秤控制沥青颗粒的下料速度为50～500Kg/h；步骤4、通过控制双螺杆挤出机的10个加热温区的温度和抽真空口的真空度，调节高软化点沥青的物化性质。进一步，所述的特种沥青，包括软化点为130～150℃的高温煤沥青、软化点为160～230℃的岩沥青、软化点为160～220℃的浸渍剂煤沥青下底料中的一种或其任意二者的混合物。进一步，所述双螺杆挤出机的挤出段长度为8m，双螺杆的长/径比为44，共10个加热温区，每个温区的设计温度为300～500℃，设置1～4个抽真空口，真空口设置在紧邻的两个加热温区之间。进一步，通过调节双螺杆挤出机的每个温区的温度、挤出速度、抽真空口的数量及设置位置以及真空度实现调节高软化点沥青的物化性质。进一步，所述双螺杆挤出机的末端连接水冷系统。一种高软化点沥青，其特征在于：使用上述任何一项所述制备方法制得。进一步，所述高软化点沥青的软化点为240～280℃、正庚烷可溶物低于10％、甲苯可溶物低于30％、喹啉不溶物高于35％、吡啶不溶物高于20％、灰分为0.02～8％。该适于用作沥青基球形活性炭原料的高软化点沥青制备方法具有以下有益效果：(1)本专利技术采用负压抽提-高温热聚合的方法将软化点为130～230℃的特种沥青调制成高软化点沥青，然后用作沥青基球形活性炭的原料，拓展了特种沥青的应用范围。(2)本专利技术采用自带真空口的双螺杆挤出技术，工艺简单，且可实现高软化点沥青的连续化生产。(3)本专利技术所制高软化点沥青的成本低，可有效降低沥青基球形活性炭的原料成本，对加快沥青基球形活性炭的工业转化具有实质性的意义。(4)本专利技术采用该方法所制高软化点沥青的分子量分布窄，有利于提高沥青的稠环芳香分子与O2分子的氧化反应速度，可缩短沥青基球形活性炭在氧化不熔化工艺的氧化反应时间，进而可降低沥青基球形活性炭的生产成本。(5)本专利技术所制高软化点沥青中的金属灰分在沥青基球形活性炭的水蒸气活化工艺过程中，将发挥催化剂的功能，可有效降低基体碳与H2O分子的活化反应温度、减少活化反应时间，进一步降低沥青基球形活性炭的生产成本。(6)本专利技术所制高软化点沥青的成本及性能优势，将对促进沥青基球形活性炭的工业转化及其在民用、工业、航天航空等领域中的应用具有重要意义。(7)本专利技术不仅有效降低了制备沥青基球形活性炭的原料成本，而且实现了一种连续化生产高软化点沥青的方法。该方法对促进特种沥青的资源化再利用以及沥青基球形活性炭及相关材料(如沥青基泡沫炭)的发展具有重要意义。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术做进一步说明：【实施例一】以软化点为220℃的岩沥青为原料，该原料的其它物化性质如下：正庚烷可溶物为31.6％，甲苯可溶物为53.3％，喹啉不溶物为23.9％，吡啶不溶物14.4％，灰分为4.5％。采用对辊式破碎机将2000Kg岩沥青破碎成直径为0.6～2mm的岩沥青颗粒。采用真空上料系统，将2000Kg沥青颗粒输送到双螺杆挤出机的料斗中，将失重秤的下料速度调为200Kg/h。双螺杆挤出机10个加热温区的温度从进料口依次设置为：200℃，300℃，330℃，330℃，330℃，330℃，330℃，300℃，250℃，235℃；双螺杆挤出机的机头温度设置为230℃；每间隔2个加热温区设置一个抽真空口，将4个真空口全部关闭；双螺杆挤出机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适于用作沥青基球形活性炭原料的高软化点沥青制备方法，包括以下步骤：步骤1、以特种沥青为原料，采用对辊式破碎机将5000Kg特种沥青破碎成粒径为0.5～3mm的沥青颗粒；步骤2、采用真空自动上料装置，将2000～5000Kg由步骤1生产的沥青颗粒连续输送到双螺杆挤出机的料斗中；步骤3、双螺杆挤出机的料斗直接连接失重秤，失重秤的低端与双螺杆挤出机的进料口连接，通过失重秤控制沥青颗粒的下料速度为50～500Kg/h；步骤4、通过控制双螺杆挤出机的10个加热温区的温度和抽真空口的真空度，调节高软化点沥青的物化性质。

【技术特征摘要】
1.一种适于用作沥青基球形活性炭原料的高软化点沥青制备方法，包括以下步骤：步骤1、以特种沥青为原料，采用对辊式破碎机将5000Kg特种沥青破碎成粒径为0.5～3mm的沥青颗粒；步骤2、采用真空自动上料装置，将2000～5000Kg由步骤1生产的沥青颗粒连续输送到双螺杆挤出机的料斗中；步骤3、双螺杆挤出机的料斗直接连接失重秤，失重秤的低端与双螺杆挤出机的进料口连接，通过失重秤控制沥青颗粒的下料速度为50～500Kg/h；步骤4、通过控制双螺杆挤出机的10个加热温区的温度和抽真空口的真空度，调节高软化点沥青的物化性质。2.根据权利要求1所述适于用作沥青基球形活性炭原料的高软化点沥青制备方法，其特征在于：所述的特种沥青，包括软化点为130～150℃的高温煤沥青、软化点为160～230℃的岩沥青、软化点为160～220℃的浸渍剂煤沥青下底料中的一种或其任意二者的混合物。3.根据权利要求1或2所述适于用作沥青基球形活性炭原料的高...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹亮，李国俊，李才毅，罗浩，
申请(专利权)人：湖南曦威新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43