一种新型炭材料专用高性能沥青及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种新型炭材料专用高性能沥青的制备方法，对原料煤沥青进行初步热缩聚形成微晶单元，再采用两种溶剂分别进行组分切割，而后经过沥青化、热分离、压滤、蒸馏、氢化等处理，可同时得到两种热处理下在较宽温度范围内保持可塑性流动性良好、热反应性稳定、均一的新型炭材料专用高性能沥青；其中一种可用作浸渍剂沥青、粘结剂沥青、特种沥青、通用级炭纤维用可纺沥青、锂离子电池负极材料、超高功率石墨电极、球形活性炭等的原料；另一种可用作煤系中间相沥青、高性能炭纤维可纺沥青、高导热泡沫炭等的原料。本发明专利技术所制备产品的性能指标灵活可调，能够更好地适应市场变化，降低企业经营风险。

【技术实现步骤摘要】
一种新型炭材料专用高性能沥青及其制备方法
本专利技术涉及煤沥青高效利用
，尤其涉及一种新型炭材料专用高性能沥青及其制备方法。
技术介绍
煤沥青是煤焦油加工过程分离出来的大宗产品，约占煤焦油的50～60％，其加工利用水平对整个煤焦油加工及炭材料开发、制备至关重要。煤沥青是由稠环芳烃组成的复杂混合物，具有高分子量、高芳香度、高缩合度，碳含量高、杂原子及金属含量相对较低等特点，是一种制备功能炭材料的优质前驱体。对煤沥青化学组成与分子结构合理设计，以煤沥青分子为基本结构单元构筑功能性炭材料有望成为煤沥青高附加值利用的重要途径之一，如浸渍剂沥青、粘结剂沥青、特种沥青、通用级炭纤维用可纺沥青、锂离子电池负极材料、超高功率石墨电极、球形活性炭、煤系中间相沥青、高性能炭纤维可纺沥青、高导热泡沫炭等领域，这些新型炭材料在化工、冶金、建筑、航空航天等领域发挥着不可忽视的作用。新型炭材料专用高性能沥青应具有芳香族化合物含量高(60％以上)、分子量分布窄、含烷基侧链和环烷基团、侧链少而短、杂元素及灰分含量低等特点。以煤沥青沥青直接缩聚合成的沥青不能满足上述要求，需对煤沥青进行预处理或改性处理，以调整煤沥青化学组成与分子结构、控制原料结构及分子量分布、脱除灰分和杂原子。公开号为CN102690672A的中国专利申请公开了“一种制备煤焦油精制沥青的方法”，采用以煤焦油中温沥青为原料，进行轻度热缩聚反应，得到缩聚产物，将缩聚产物加入芳香烃溶剂中进行溶剂洗涤过滤，过滤除去滤渣得到精制沥青的滤液，将获得的滤液进行减压蒸馏，脱除溶剂制得精制沥青。该方法由于聚合沥青粘度较高，脱除滤渣过程较难实现，且所制得精制沥青性能不稳定。本专利技术通过对原料煤沥青进行初步热缩聚形成微晶单元，再采用两种溶剂分别进行组分切割，而后经过沥青化、热分离、压滤、蒸馏、氢化等处理，可同时得到两种热处理下在较宽温度范围内保持可塑性流动性良好、热反应性稳定、均一的新型炭材料专用高性能沥青，一种可用作浸渍剂沥青、粘结剂沥青、特种沥青、通用级炭纤维用可纺沥青、锂离子电池负极材料、超高功率石墨电极、球形活性炭等；另一种可用作煤系中间相沥青、高性能炭纤维可纺沥青、高导热泡沫炭等。产品性能指标灵活可调，能够更好地适应市场变化，降低企业经营风险。
技术实现思路
本专利技术提供了一种新型炭材料专用高性能沥青的制备方法，可同时得到两种热处理下在较宽温度范围内保持可塑性流动性良好、热反应性稳定、均一的新型炭材料专用高性能沥青，不仅解决了煤沥青高效高附加值利用问题，同时进一步优化了产品结构，延伸了产业链、降低了生产成本。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：一种新型炭材料专用高性能沥青的制备方法，新型炭材料专用高性能沥青包括精馏沥青B和精制氢化沥青D；其制备过程包括如下步骤：步骤一，在惰性气氛下，根据原料沥青中所含高反应活性组分的活化能，通过控制热反应温度，对原料沥青进行初步热缩聚，形成微晶单元，制得的中间体称为预聚沥青；步骤二，将步骤一得到的预聚沥青与第Ⅰ溶剂按设定剂油比混合，充分搅拌后，经静置沉降分离，按设定分离比得到轻相油和重相油；所述预聚沥青与第Ⅰ溶剂的剂油比按质量比为(0.5～5)：1；所述设定分离比按质量比为轻相油：重相油＝(5～9.5)：(5～0.5)；步骤三，步骤二得到的轻相油经蒸馏回收第Ⅰ溶剂后，在惰性气体保护下进行沥青化处理，得到精馏沥青A；步骤四，步骤二得到的重相油回配设定比例的第Ⅰ溶剂，经热分离处理，得到可溶组分和不溶组分；所述重相油与回配的第Ⅰ溶剂按质量比为重相油：第Ⅰ溶剂＝1：(0.2～10)；将不溶组分与第Ⅱ溶剂按设定剂油比混合，经压滤处理得到滤饼和滤液，其中滤饼为无机杂质及其他不溶固体颗粒；所述不溶组分与第Ⅱ溶剂的剂油比按质量比为1：(0.5～10)；将滤液与可溶组分混合，经蒸馏回收第Ⅰ溶剂和第Ⅱ溶剂，得到精馏沥青B；步骤五，将步骤三得到的精馏沥青A与供氢试剂按设定比例混合，经高温高压热处理制得氢化沥青C；所述精馏沥青A与供氢试剂的混合比例按质量比为1：(1～8)；氢化沥青C经蒸馏回收未反应的供氢试剂后，再与第Ⅰ溶剂按设定剂油比混合，经热过滤去除残渣，再经蒸馏回收第Ⅰ溶剂后，得到的精制氢化沥青D；所述氢化沥青C与第Ⅰ溶剂的剂油比按质量比为(0.5～5)：1。步骤一中，所述原料沥青是煤经高温干馏得到的煤沥青，软化点为20～150℃、喹啉不溶物质量含量为1～20％。步骤一中，所述惰性气氛为高纯氮气气氛或高纯氩气气氛。步骤一中，所述高反应活性组分为原料沥青中不溶于喹啉的重质组分及无机杂质等固体颗粒。步骤一中，所述初步热缩聚的温度为350～400℃，恒温时间为0.5～8h，升温速率为0.5～5℃/min。步骤一中，所述预聚沥青的密度为1.1～1.6g/cm3，其微晶单元的尺寸控制在2～15μm。步骤二中，所述第Ⅰ溶剂为煤焦油分离过程中200～350℃馏分、煤直接液化轻质油、洗油、一蒽油、二蒽油、焦化重油、焦化轻油、萘油、煤油、石油醚、汽油、柴油、润滑油、石蜡油中的任意一种或两种以上混合物。步骤二中，所述静置沉降分离在长径比为(1～20)：1的静置沉降装置中进行，沉降温度为80～200℃，沉降时间为0.5～5h。步骤二中，所述轻相油的密度为0.85～1.1g/cm3，重相油密度为1.0～1.35g/cm3。步骤三中，所述蒸馏包括常压蒸馏和减压蒸馏；其中，常压蒸馏条件为：气相温度280～350℃，终温停留时间为0.5～2h；减压蒸馏条件为：气相温度200～300℃，真空度为0.01～0.09MPa，终温停留时间为0.5～2h。步骤三中，所述沥青化处理的温度为330～420℃，升温速率为0.5～5℃/min，终温停留时间为0.5～10h。步骤三中，所述精馏沥青A为分子量分布在400～1800，且集中分布在600～1200的小分子稠环芳烃，软化点为35～95℃，喹啉不溶物质量含量为0～0.05％，H/C原子比为(0.45～0.6)：1。步骤四中，所述热分离处理采用离心分离，处理条件为：分离温度60～150℃，分离时间0.5～3h，离心转速800～2000rad/min，分离固相密度0.9～1.3g/cm3，筛网目数300～1200目。步骤四中，所述第Ⅱ溶剂为甲苯、二甲苯、吡啶、庚烷、戊烷、四氢呋喃中的任意一种或两种以上混合物。步骤四中，所述压滤处理的条件为：压滤温度80～150℃，压滤时间0.5～3h，筛网目数300～1200目。步骤四中，所述滤液中喹啉不溶物质量含量＜0.1％。步骤四中，所述蒸馏包括常压蒸馏或减压蒸馏；常压蒸馏条件为：气相温度280～350℃，终温停留时间为0.5～2h；减压蒸馏条件为：气相温度200～300℃，真空度为0.01～0.09MPa，终温停留时间为0.5～2h。步骤四中，所述精馏沥青B为分子量分布在400～2000，且集中分布在800～1400的大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型炭材料专用高性能沥青的制备方法，其特征在于，新型炭材料专用高性能沥青包括精馏沥青B和精制氢化沥青D；其制备过程包括如下步骤：/n步骤一，在惰性气氛下，根据原料沥青中所含高反应活性组分的活化能，通过控制热反应温度，对原料沥青进行初步热缩聚，形成微晶单元，制得的中间体称为预聚沥青；/n步骤二，将步骤一得到的预聚沥青与第Ⅰ溶剂按设定剂油比混合，充分搅拌后，经静置沉降分离，按设定分离比得到轻相油和重相油；所述预聚沥青与第Ⅰ溶剂的剂油比按质量比为(0.5～5)：1；所述设定分离比按质量比为轻相油：重相油＝(5～9.5)：(5～0.5)；/n步骤三，步骤二得到的轻相油经蒸馏回收第Ⅰ溶剂后，在惰性气体保护下进行沥青化处理，得到精馏沥青A；/n步骤四，步骤二得到的重相油回配设定比例的第Ⅰ溶剂，经热分离处理，得到可溶组分和不溶组分；所述重相油与回配的第Ⅰ溶剂按质量比为重相油：第Ⅰ溶剂＝1：(0.2～10)；将不溶组分与第Ⅱ溶剂按设定剂油比混合，经压滤处理得到滤饼和滤液，其中滤饼为无机杂质及其他不溶固体颗粒；所述不溶组分与第Ⅱ溶剂的剂油比按质量比为1：(0.5～10)；将滤液与可溶组分混合，经蒸馏回收第Ⅰ溶剂和第Ⅱ溶剂，得到精馏沥青B；/n步骤五，将步骤三得到的精馏沥青A与供氢试剂按设定比例混合，经高温高压热处理制得氢化沥青C；所述精馏沥青A与供氢试剂的混合比例按质量比为1：(1～8)；氢化沥青C经蒸馏回收未反应的供氢试剂后，再与第Ⅰ溶剂按设定剂油比混合，经热过滤去除残渣，再经蒸馏回收第Ⅰ溶剂后，得到的精制氢化沥青D；所述氢化沥青C与第Ⅰ溶剂的剂油比按质量比为(0.5～5)：1。/n...

【技术特征摘要】
1.一种新型炭材料专用高性能沥青的制备方法，其特征在于，新型炭材料专用高性能沥青包括精馏沥青B和精制氢化沥青D；其制备过程包括如下步骤：
步骤一，在惰性气氛下，根据原料沥青中所含高反应活性组分的活化能，通过控制热反应温度，对原料沥青进行初步热缩聚，形成微晶单元，制得的中间体称为预聚沥青；
步骤二，将步骤一得到的预聚沥青与第Ⅰ溶剂按设定剂油比混合，充分搅拌后，经静置沉降分离，按设定分离比得到轻相油和重相油；所述预聚沥青与第Ⅰ溶剂的剂油比按质量比为(0.5～5)：1；所述设定分离比按质量比为轻相油：重相油＝(5～9.5)：(5～0.5)；
步骤三，步骤二得到的轻相油经蒸馏回收第Ⅰ溶剂后，在惰性气体保护下进行沥青化处理，得到精馏沥青A；
步骤四，步骤二得到的重相油回配设定比例的第Ⅰ溶剂，经热分离处理，得到可溶组分和不溶组分；所述重相油与回配的第Ⅰ溶剂按质量比为重相油：第Ⅰ溶剂＝1：(0.2～10)；将不溶组分与第Ⅱ溶剂按设定剂油比混合，经压滤处理得到滤饼和滤液，其中滤饼为无机杂质及其他不溶固体颗粒；所述不溶组分与第Ⅱ溶剂的剂油比按质量比为1：(0.5～10)；将滤液与可溶组分混合，经蒸馏回收第Ⅰ溶剂和第Ⅱ溶剂，得到精馏沥青B；
步骤五，将步骤三得到的精馏沥青A与供氢试剂按设定比例混合，经高温高压热处理制得氢化沥青C；所述精馏沥青A与供氢试剂的混合比例按质量比为1：(1～8)；氢化沥青C经蒸馏回收未反应的供氢试剂后，再与第Ⅰ溶剂按设定剂油比混合，经热过滤去除残渣，再经蒸馏回收第Ⅰ溶剂后，得到的精制氢化沥青D；所述氢化沥青C与第Ⅰ溶剂的剂油比按质量比为(0.5～5)：1。


2.根据权利要求1所述的一种新型炭材料专用高性能沥青的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述原料沥青是煤经高温干馏得到的煤沥青，软化点为20～150℃、喹啉不溶物质量含量为1～20％。


3.根据权利要求1所述的一种新型炭材料专用高性能沥青的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述惰性气氛为高纯氮气气氛或高纯氩气气氛。


4.根据权利要求1所述的一种新型炭材料专用高性能沥青的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述高反应活性组分为原料沥青中不溶于喹啉的重质组分及无机杂质等固体颗粒。


5.根据权利要求1所述的一种新型炭材料专用高性能沥青的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述初步热缩聚的温度为350～400℃，恒温时间为0.5～8h，升温速率为0.5～5℃/min。


6.根据权利要求1所述的一种新型炭材料专用高性能沥青的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述预聚沥青的密度为1.1～1.6g/cm3，其微晶单元的尺寸控制在2～15μm。


7.根据权利要求1所述的一种新型炭材料专用高性能沥青的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述第Ⅰ溶剂为煤焦油分离过程中200～350℃馏分、煤直接液化轻质油、洗油、一蒽油、二蒽油、焦化重油、焦化轻油、萘油、煤油、石油醚、汽油、柴油、润滑油、石蜡油中的任意一种或两种以上混合物。


8.根据权利要求1所述的一种新型炭材料专用高性能沥青的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述静置沉降分离在长径比为(1～20)：1的静置沉降装置中进行，沉降温度为80～200℃，沉降时间为0.5～5h。


9.根据权利要求1所述的一种新型炭材料专用高性能沥青的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述轻相油的密度为0.85～1.1g/cm3，重相油密度为1.0～1.35g/cm3。


10.根据权利要求1所述的一种新型炭材料专用高性能沥青的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述蒸馏包括常压蒸馏和减压蒸馏；其中，常压蒸馏条件为：气相温度280～350℃，终温停留时间为0.5～2h；减压蒸馏条件为：气相温度200...

【专利技术属性】
技术研发人员：何莹，刘海丰，张大奎，穆春丰，
申请(专利权)人：鞍钢化学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21