一种炭基新材料用原料沥青及其生产工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种炭基新材料用原料沥青及其生产工艺，将原料油经减压蒸馏塔切除轻质油后的剩余产物送入聚合反应釜，经加压沥青化反应后，制得聚合沥青；聚合沥青与第Ⅰ溶剂经沉降分离得到富芳轻质油和富芳重质油；富芳重质油与第Ⅰ溶剂混合分离得到可溶组分和不溶组分；富芳轻质油与可溶组分经减压蒸馏得到轻质精制沥青；轻质精制沥青与供氢试剂经加氢反应制得氢化沥青，并进一步得到精制氢化沥青；不溶组分与第Ⅰ溶剂、第Ⅱ溶剂混合分离得到滤液和滤渣；滤液经减压蒸馏得到重质精制沥青。本发明专利技术用于制备一种分子量分布窄、分子量大小适中、分子排列高度有序、流动性良好、聚集态结构优良、热反应活性稳定的优质沥青原料。

【技术实现步骤摘要】
一种炭基新材料用原料沥青及其生产工艺
本专利技术涉及煤沥青高效利用
，尤其涉及一种炭基新材料用原料沥青及其生产工艺。
技术介绍
重质芳香烃类物质(如煤焦油沥青、石油沥青以及多种重质油等)是煤焦油加工、石油加工过程分离出来的大宗产品，其加工利用水平对整个煤焦油加工、石油加工及炭材料开发、制备至关重要。重质芳香烃类物质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，以及碳含量高、杂原子及金属含量相对较低等特点，是一种制备功能型炭基新材料的优质前驱体。起始原料的性质以及制备条件是影响最终产品结构以及性能的重要原因，对重质芳香烃类物质化学组成与分子结构进行合理设计，以稠环芳烃分子为基本结构单元开发、制备功能型炭基新材料，有望成为煤系、石油系原料油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，这些产品在化工、冶金、建筑、航空航天等领域发挥着不可忽视的作用。炭基新材料用原料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。以重质芳香烃类物质直接缩聚合成的沥青不能满足上述要求，需要对重质芳香烃类物质进行预处理或改性处理，以调整重质芳香烃类物质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CN103205271B的中国专利技术专利公开了一种“高温煤焦油加氢生产中间相沥青的方法”，将高温煤焦油脱除盐分和喹啉不溶物得到澄清油；将澄清油作为加氢进料油或澄清油预蒸馏得到沸点大于230℃的塔底组份，将塔底组份调配成加氢进料油；将加氢进料油催化加氢精制得到加氢精制油；将加氢精制油蒸馏后得到氢化沥青；氢化沥青再经热缩聚得到中间相沥青。产品中间相含量高，软化点低，杂质含量低。公开号为CN107474866B的中国专利技术专利公开了“一种高品质中间相沥青的制备方法”，包括：(1)通过沉降、溶剂提纯的方法对原料石油沥青进行提纯得到净化石油沥青；(2)以净化石油沥青、纯芳烃化合物为原料，在一定条件下采用加氢法对其进行加氢处理，得到具有一定氢化量的氢化中间体；(3)在得到的氢化中间体中加入少量的HF/BF3催化剂进行两步热缩聚，得到高品质中间相沥青。可提升产品性能，降低生产成本。公开号为CN102942945B的中国专利技术专利公开了“一种可溶性中间相沥青的制备方法”。包括：(1)取低软化点原料沥青或乙烯焦油，在惰性气氛中热处理，然后短程蒸馏或闪蒸物料，脱除轻馏分，收集重馏分，即重组分沥青；(2)将重组分沥青制成中间相沥青；(3)将中间相沥青温度降至320～400℃，脱除体系内轻组分，收集重组分即中间相沥青。主要解决现有的制备中间相沥青的方法存在工艺复杂、对设备要求高，成本高，工业化过程困难等问题。公开号为CN106929084A的中国专利申请公开了“一种石油系可纺中间相沥青的制备方法”，包括：几乎不含甲苯不溶物和喹啉不溶物的石油系中温沥青经热处理、减压蒸馏后在供氢溶剂的存在下进行加氢处理，最后再进行一次热处理获得可纺中间相沥青。制得的中间相沥青软化点相对低，中间相含量高，适宜于制备高性能碳纤维。公开号为CN102899061B的中国专利技术专利公开了“一种制备高纯中间相沥青的方法及制得的高纯中间相沥青”。其采用精萘为原料，以无水三氧化铝为催化剂，在100～220℃油浴下以200～600r/min的搅拌速率反应5～20h；再除去催化剂即得萘沥青；然后将萘沥青在350～480℃下以400～1000r/min的搅拌速率聚合3～24h，制得高纯中间相沥青。所制备的中间相沥青纯度高、软化点低、中间相含量高、具有广域流线型光学各向异性结构、熔融后流变性能优异、可纺性好，特别适宜用作高性能沥青基炭纤维等新型炭材料的优质原料。与上述技术方案相比，本专利技术是一种炭基新材料用优质沥青原料的生产工艺，将原料油经减压蒸馏后剩余产物在聚合釜内通过沥青化反应制得聚合沥青，再采用两种溶剂分别通过混合釜、沉降系统、加氢反应器、减压蒸馏塔、离心机、压滤机、抽滤机和萃取反应釜等工艺设备进行组分分离及反应。可提供分子量分布窄、分子量大小适中、分子排列高度有序、流动性良好、聚集态结构优良、热反应活性稳定的炭基新材料用优质沥青原料。
技术实现思路
本专利技术提供了一种炭基新材料用原料沥青及其生产工艺，用于制备一种分子量分布窄、分子量大小适中、分子排列高度有序、流动性良好、聚集态结构优良、热反应活性稳定的优质沥青原料，不仅为炭基新材料的研发与制备提供了条件，同时解决了煤焦油与煤沥青高效高附加值利用的问题。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：一种炭基新材料用原料沥青，所述原料沥青为软化点为30～120℃，甲苯不溶物质量含量为2％～20％，喹啉不溶物质量含量为0～0.2％的重质精制沥青。一种炭基新材料用原料沥青的生产工艺，包括如下步骤：步骤一，将原料油经减压蒸馏塔切除轻质油后的剩余产物送入聚合反应釜，经加压沥青化反应后，制得聚合沥青；所述加压沥青化反应中通入惰性气体进行置换保护，惰性气体为高纯氮气或高纯氩气；置换后的初始压力为0.01～0.5MPa，反应终压为0.3～2.0MPa，反映温度为300～450℃，恒温时间为0.5～10h，升温速率为0.5～5℃/min；步骤二，将步骤一得到的聚合沥青与第Ⅰ溶剂按设定剂油比在混合釜内混合均匀后，进入连续沉降系统进行静置沉降分离，经过油品计量槽对中间产物收率比进行标定，得到富芳轻质油和富芳重质油；所述聚合沥青与第Ⅰ溶剂的剂油比按质量比为(0.5～5)：1；所述中间产物收率比为富芳轻质油与富芳重质油的质量比，且中间产物收率比为(5～9.5)：(5～0.5)；步骤三，将步骤二得到的富芳重质油再与第Ⅰ溶剂按设定剂油比送入混合釜混合均匀后，通过离心泵送入分离装置一进行分离处理，得到可溶组分和不溶组分；所述富芳重质油与第Ⅰ溶剂的剂油比按质量比为1：(0.2～10)；步骤四，将步骤二得到的富芳轻质油与步骤三得到的可溶组分按设定比例混合，经减压蒸馏塔进行处理，塔中回收第Ⅰ溶剂，塔顶得到副产轻油，塔底得到轻质精制沥青；所述富芳轻质油与可溶组分按质量比(0.5～5)：(0.5～5)混合，混合物的密度为0.85～1.0g/cm3，喹啉不溶物质量含量为0～0.05％；所述减压蒸馏塔的蒸馏条件为：塔底温度控制在250～360℃，塔顶温度控制在100～240℃，真空度控制在0.01～0.09MPa；步骤五，将步骤四得到的轻质精制沥青与供氢试剂按设定剂油比导入加氢反应器，经加氢反应制得氢化沥青，所述轻质精制沥青与供氢试剂的剂油比按质量比为1：(1～8)；加氢反应条件为：加氢反应器内充入氮气或氩气，初始压力0.5～3MPa，升温速率1～10℃/min，终温360～440℃，保温时间1～10h，最终釜内压力4～20MPa；将氢化沥青送入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种炭基新材料用原料沥青，其特征在于，所述原料沥青为软化点为30～120℃，甲苯不溶物质量含量为2％～20％，喹啉不溶物质量含量为0～0.2％的重质精制沥青。/n

【技术特征摘要】
1.一种炭基新材料用原料沥青，其特征在于，所述原料沥青为软化点为30～120℃，甲苯不溶物质量含量为2％～20％，喹啉不溶物质量含量为0～0.2％的重质精制沥青。


2.如权利要求1所述一种炭基新材料用原料沥青的生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，将原料油经减压蒸馏塔切除轻质油后的剩余产物送入聚合反应釜，经加压沥青化反应后，制得聚合沥青；所述加压沥青化反应中通入惰性气体进行置换保护，惰性气体为高纯氮气或高纯氩气；置换后的初始压力为0.01～0.5MPa，反应终压为0.3～2.0MPa，反映温度为300～450℃，恒温时间为0.5～10h，升温速率为0.5～5℃/min；
步骤二，将步骤一得到的聚合沥青与第Ⅰ溶剂按设定剂油比在混合釜内混合均匀后，进入连续沉降系统进行静置沉降分离，经过油品计量槽对中间产物收率比进行标定，得到富芳轻质油和富芳重质油；所述聚合沥青与第Ⅰ溶剂的剂油比按质量比为(0.5～5)：1；所述中间产物收率比为富芳轻质油与富芳重质油的质量比，且中间产物收率比为(5～9.5)：(5～0.5)；
步骤三，将步骤二得到的富芳重质油再与第Ⅰ溶剂按设定剂油比送入混合釜混合均匀后，通过离心泵送入分离装置一进行分离处理，得到可溶组分和不溶组分；所述富芳重质油与第Ⅰ溶剂的剂油比按质量比为1：(0.2～10)；
步骤四，将步骤二得到的富芳轻质油与步骤三得到的可溶组分按设定比例混合，经减压蒸馏塔进行处理，塔中回收第Ⅰ溶剂，塔顶得到副产轻油，塔底得到轻质精制沥青；所述富芳轻质油与可溶组分按质量比(0.5～5)：(0.5～5)混合，混合物的密度为0.85～1.0g/cm3，喹啉不溶物质量含量为0～0.05％；所述减压蒸馏塔的蒸馏条件为：塔底温度控制在250～360℃，塔顶温度控制在100～240℃，真空度控制在0.01～0.09MPa；
步骤五，将步骤四得到的轻质精制沥青与供氢试剂按设定剂油比导入加氢反应器，经加氢反应制得氢化沥青，所述轻质精制沥青与供氢试剂的剂油比按质量比为1：(1～8)；加氢反应条件为：加氢反应器内充入氮气或氩气，初始压力0.5～3MPa，升温速率1～10℃/min，终温360～440℃，保温时间1～10h，最终釜内压力4～20MPa；将氢化沥青送入分离装置二进行分离处理去除残渣，再经闪蒸塔回收未反应的供氢试剂，得到精制氢化沥青；所述闪蒸塔的闪蒸条件为：气相温度120～240℃，真空度0.01～0.09MPa，终温停留时间0.5～10h；将步骤三得到的不溶组分依次与第Ⅰ溶剂、第Ⅱ溶剂按设定剂油比导入混合釜混合均匀后，送入分离装置三进行萃取分离处理，得到滤液和滤渣；所述不溶组分与第Ⅰ溶剂或第Ⅱ溶剂的剂油比按质量比为1：(0.5～10)；
步骤六，将步骤五得到的滤液经减压蒸馏塔处理，塔中分别回收第Ⅰ溶剂和第Ⅱ溶剂，塔顶得到副产轻油，塔底得到重质精制沥青；所述减压蒸馏塔的处理条件为：塔底温度控制在220～380℃，塔顶温度控制在120～280℃，真空度控制在0.01～0.09MPa。


3.根据权利要求2所述的一种炭基新材料用原料沥青的生产工艺，其特征在于，步骤一中，所述原料油是中温煤焦油、低温煤焦油、高温煤焦油、石油系渣油、催化裂化油浆或煤液化重质油，原料油中的喹啉不溶物质量含量为0.1％～20％。


4.根据权利要求2所述的一种炭基新材料用原料沥青的生产工艺，其特征在于，步骤一中，所述减压蒸馏塔的蒸馏条件为，塔底温度控制在220～360℃，塔顶温度控制在180～280℃，真空度控制在0.01～0.09MPa。


5.根据权利要求2所述的一种炭基新材料用原料沥青的生产工艺，其特征在于，步骤一中，所述聚合反应釜的加热方式为导热熔盐加热、导热油加热、电阻丝加热或电磁感应线圈加热，釜壁设夹套保温，釜顶设有搅拌装置，搅拌装置包括上层搅拌桨、中层搅拌桨和下层搅拌桨。


6.根据权利要求2所述的一种炭基新材料用原料沥青的生产工艺，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海丰，何莹，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