一种改善煤沥青流变性能的方法技术

本发明专利技术涉及一种改善煤沥青流变性能的方法。它依次包括以下步骤：（1）将供氢剂与煤沥青以一定的质量比加入高压釜中，充分混合，将反应釜密封；(2)加热使釜内物料升温至350～450℃，保持恒温进行加氢反应；之后待釜内物料温度降至200～320℃，泄压；通过减压蒸馏回收残留的供氢剂，之后冷却至室温；加氢反应和减压蒸馏过程中反应釜中保持搅拌；(3)将处理得到的煤沥青再次加热到420℃，并保持恒温2～10h。该方法能实现对煤沥青中杂原子含量进行调控，同时改善其流变性能。

【技术实现步骤摘要】
一种改善煤沥青流变性能的方法
本专利技术涉及煤沥青的改性处理及应用，尤其涉及一种改善煤沥青流变性能的方法。
技术介绍
煤焦油是煤焦化过程中的主要副产物之一，煤沥青作为煤焦油蒸馏后的塔底产物，其质量约占煤焦油的55%～65%甚至更多。我国煤炭资源丰富，2018年全国煤焦油产量为1806万吨，煤焦油深加工行业开工率约为50%，煤沥青产量约为681.8万吨，有近一半的产能闲置。过去煤沥青主要应用在涂料、铺路沥青、粘结剂等低附加值领域，近些年随着国家对环保要求的提高，加上煤焦化企业对煤沥青等副产品进行高附加值应用开发的不断重视，煤焦油以及沥青处理技术的进步使得煤沥青在针状焦、中间相炭微球、沥青基炭纤维等高附加值领域的应用具有广阔的应用前景。煤沥青由于具有高芳香度、H/C摩尔比较低的特点，从而导致其软化点和粘度较高，这将导致煤沥青在进一步通过热处理工艺生产中间相沥青、针状焦、中间相炭微球等高级炭材料的过程中体系粘度快速增大，中间相发育困难，难以形成广域型光学织构，从而造成最终产品性能较低。同时，煤沥青中的N、S、O等杂原子含量较高，这不仅会影响后续热处理过程中产品的光学织构发育过程，且最终杂原子含量对其后续产品性能具有极其重要的影响，如目前用于超高功率电极生产用的优质针状焦对其中的S含量提出了更高的要求。研究表明，煤沥青中杂原子含量越高，其流变性能越差，越不利于煤沥青在高附加值领域的应用。因此，开发煤沥青杂原子脱除和改善其流变性能的处理技术对提高煤沥青利用价值具有重要意义。中国专利CN209039405U中以固定床加氢的工艺脱除了煤焦油中的硫、氮、氧、金属等杂原子，得到高品质燃料油。其效果优异，但工艺流程较为复杂，同时由于煤焦油粘度较高，其中存在的沥青质、胶质等容易造成催化剂失活，不利于企业降低生产成本。中国专利CN107739627A中以煤焦油与多功能复合剂混合反应的方法，脱除煤焦油中的氮化合物，脱除率在75%以上。中国专利CN106947525A提到了一种吸附脱杂原子的方法，但是仅仅脱除了氮杂原子和硫杂原子。中国专利CN111298800A提出一种加氢脱硫的方法。这些专利都涉及脱除杂原子方向，但仅仅是脱除一种或是两种杂原子，无法满足同时脱除氮、硫、氧的要求。Oyabu通过试剂加氢的方法，研究了以四氢喹啉为供氢剂的煤焦油沥青制备中间相沥青的过程，发现原料加氢后，热缩聚制备的产物软化点降低，烷基结构增加，芳香结构减少，芳香度降低，流变性能增加。李明等在用富含芳香组分的石油沥青作为原料制备中间相沥青的过程中，利用四氢萘作为供氢剂进行加氢反应，使得中间相沥青中的氢含量从6.36wt%增加到7.53wt%，软化点从297℃降低到239℃。他们还观察到在加氢反应过程中，HS和QI的含量逐渐降低，而中间两种组分(HI-TS和TI-QS)的含量增加。这说明随着加氢过程的进行，中间产物的分子越来越集中在两个中间组分中，其流变性能提高。John等以无烟煤为原料，加氢制备沥青，通过与商品煤焦油沥青对比，发现制备得到的沥青杂原子含量明显降低。张亚东等以石油富芳烃馏分为原料，以四氢萘为供氢剂对原料进行处理，对比相同温度压力时间处理原料得到的产物，发现杂原子含量有所降低，流变性能提高。以上公开的现有方法中加氢试剂使用量较大且并未提及加氢试剂的回收利用，导致煤沥青加氢过程成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种改善煤沥青流变性能的方法，该方法能实现对煤沥青中杂原子含量进行调控，同时改善其流变性能。本专利技术的目的通过如下技术方案来实现：一种改善煤沥青流变性能的方法，其特征在于，依次包括以下步骤：（1）将供氢剂与煤沥青以一定的质量比加入高压釜中，充分混合，将反应釜密封；(2)加热使釜内物料升温至350～450℃，保持恒温进行加氢反应；之后待釜内物料温度降至200～320℃，泄压；通过减压蒸馏回收残留的供氢剂，之后冷却至室温；加氢反应和减压蒸馏过程中反应釜中保持搅拌；(3)将处理得到的煤沥青再次加热到420℃，并保持恒温2～10h，使得煤沥青在420℃条件下聚合转变为中间相沥青。作为进一步明确，上述煤沥青的软化点高于50℃，其中氮元素质量含量在0.8%以上，硫元素质量含量在0.35%以上，氧元素质量含量在0.9%以上。作为进一步明确，上述供氢剂优选为四氢萘、十氢萘、四氢喹啉、氢化蒽油等中的一种或几种混合物。作为进一步优化，上述供氢剂与上述煤沥青的质量比为1：（0.1～20）。作为进一步优化，上述步骤(2)中的加氢处理时间为1～20h，压力为0.5～20MPa。作为进一步优化，上述步骤(2)中减压蒸馏的恒温时间为1～20h，釜内压力为-0.1～0MPa。作为进一步优化，上述搅拌保持速率为20～1000r/min。更为详细地，一种改善煤沥青流变性能的方法，其特征在于，依次包括以下步骤：(1)将供氢剂和煤沥青按照质量比为1：（0.1～20）加入高压釜中，关闭高压釜并保持反应釜密封；其中，煤沥青的软化点高于50℃，其中氮元素质量含量在0.8%以上，硫元素质量含量在0.35%以上，氧元素质量含量在0.9%以上；供氢剂优选为四氢萘、十氢萘、四氢喹啉、氢化蒽油等中的一种或几种混合物；(2)调节高压釜加热程序，使釜内物料以一定升温速率，升温至350～450℃进行加氢反应并保持恒温1～20h，反应过程中压力为0.5～20MPa；之后降温至200～320℃，泄压；待釜内物料降温至150～300℃时，通过减压蒸馏回收残留的供氢剂，减压蒸馏过程中釜内压力为-0.1～0MPa，保持恒温1～20h；加氢反应和减压蒸馏过程中反应釜均保持搅拌，搅拌速率为20～1000r/min；(3)将高压釜内的物料冷却至室温后取出，再次加热到420℃，并保持恒温2～10h，使得煤沥青在420℃条件下聚合转变为中间相沥青，即得到最终产物。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种改善煤沥青流变性能的方法，它采用溶剂加氢法对煤沥青进行改性处理，工艺简单，可操作性强；一次处理过程即可同时脱除煤沥青中的氮、硫、氧等杂原子，脱除效果明显，该方法制备的煤沥青中，N元素的质量含量可降低至0.4%，S元素的质量含量可降低至0.2%，O元素含量有明显降低；经该方法处理后的煤沥青具有广域型或广域流线型光学织构，分子平面化度高，流变性能明显改善，软化点降低，最低粘度平台出现的温度降低10～80℃，有助于增强煤沥青在炭纤维、针状焦、中间相炭微球等高附加值领域的应用，提高煤沥青的应用价值；同时本专利技术中还同时对未反应的供氢溶剂进行了回收利用，有利于降低生产成本。具体实施方式下面将结合本专利技术的实施例，对本专利技术技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，也并非是对其保护范围的限制。实施例1一种改善煤沥青流变性能的方法，依次包括以下步骤：(1)将供氢剂和煤沥青按照质量比为1：19一同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改善煤沥青流变性能的方法，其特征在于，依次包括以下步骤：/n（1）将供氢剂与煤沥青以一定的质量比加入高压釜中，充分混合，将反应釜密封；/n(2) 加热使釜内物料升温至350～450℃，保持恒温进行加氢反应；之后待釜内物料温度降至200～320℃，泄压；通过减压蒸馏回收残留的供氢剂，之后冷却至室温；加氢反应和减压蒸馏过程中反应釜中保持搅拌；/n(3)将处理得到的煤沥青再次加热到420℃，并保持恒温2～10h。/n

【技术特征摘要】
1.一种改善煤沥青流变性能的方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
（1）将供氢剂与煤沥青以一定的质量比加入高压釜中，充分混合，将反应釜密封；
(2)加热使釜内物料升温至350～450℃，保持恒温进行加氢反应；之后待釜内物料温度降至200～320℃，泄压；通过减压蒸馏回收残留的供氢剂，之后冷却至室温；加氢反应和减压蒸馏过程中反应釜中保持搅拌；
(3)将处理得到的煤沥青再次加热到420℃，并保持恒温2～10h。


2.如权利要求1所述改善煤沥青流变性能的方法，其特征在于：所述煤沥青的软化点高于50℃，其中氮元素质量含量在0.8%以上，硫元素质量含量在0.35%以上，氧元素质量含量在0.9%以上；所述供氢剂为四氢萘、十氢萘、四氢喹啉、氢化蒽油中的一种或几种混合物。


3.如权利要求1或2所述改善煤沥青流变性能的方法，其特征在于：所述供氢剂与所述煤沥青的质量比为1：（0.1～20）。


4.如权利要求1或2所述改善煤沥青流变性能的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的加氢处理时间为1～20h，压力为0.5～20MPa。


5.如权利要求1或2所述改善煤沥青流变性能的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李轩科，李重，郭建光，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42