利用煤基与石油基重组分复配制备针状焦的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用煤基与石油基重组分复配制备针状焦的方法，包括以下步骤：1)从中低温煤焦油、高温煤焦油以及FCC油浆中切割出不同馏分段沥青；2)分别采用有机混合溶剂萃取工艺，从切割的不同馏分段沥青中萃取得到主剂、缩聚缓和剂和固化拉焦剂；3)将主剂、缩聚缓和剂和固化拉焦剂搅拌复配，然后在N2气氛下进行低温高压热聚改质得到精制沥青；4)在N2氛围下，对精制沥青采用三段变速升温变压工艺得到半焦；5)在N2氛围下，半焦经高温煅烧、冷却得到针状焦。本发明专利技术充分利用煤基与石油基重组分的特定性能，实现原料有效改质，有利于提高中间相结构的取向，制备的针状焦纤维结构含量高。制备的针状焦纤维结构含量高。制备的针状焦纤维结构含量高。

【技术实现步骤摘要】
利用煤基与石油基重组分复配制备针状焦的方法


[0001]本专利技术属于煤系针状焦领域，涉及一种利用煤基与石油基重组分复配制备针状焦的方法。

技术介绍

[0002]针状焦作为炭素新材料的重要原料，主用于超高功率和高功率石墨电极、特种炭素制品以及复合材料等高端碳素制品的生产。合成针状焦的主要原料有煤系和石油系，由于中低温煤焦油芳烃含量高，喹啉不溶物(QI)含量低，是生产煤系针状焦的重要优质原料，但是中低温煤焦油中杂原子和沥青质含量较高，导致其在炭化时反应体系活性高、黏度大，不利于中间相形成，得到的针状焦的性能差。高温煤焦油沥青氧含量低，芳香度大，可作为减缓体系活性组分。FCC油浆富含芳烃、环烷烃，在热聚过程中可以提供氢质子，降低体系黏度，产生大量气流，促进中间相的取向。因此，利用中低温煤焦油沥青制备针状焦需要对原料进行改质。
[0003]目前针对制备针状焦原料的选取主要有煤基和石油基，专利CN100500804C公开了一种以煤焦油馏分为原料，通过萃取脱除喹啉不溶物，经减压蒸馏分离后获得精制沥青，然后将其置于特殊结构的管式反应器中热聚生成中间相，最后获得针状焦。专利CN110511785B公开了一种以油浆为原料，加入低分子量正构烷烃脱除沥青质，对上层溶液进行萃取，静置一段时间后脱固，然后进行馏分切割后得到富芳烃油，脱硫脱氮处理后得到针状焦原料油，从而制备出针状焦。专利CN110791315B公开了一种FCC油浆制备针状焦的方法，先通过化学沉降法脱除油浆中催化剂粉末；然后利用常规减压缩聚调控油浆的分子量、芳经含量以及粘度后作为针状焦前驱体，通过延迟焦化与生焦煅烧制备针状焦。CN106147835B公开了一种制备油系针状焦的组合方法，以C3～C5轻烃馏分对FCC油浆进行亚临界或超临界萃取，以萃取组分作为中间相沥青的制备原料，通过热缩聚反应制备中间相沥青，经延迟焦化反应后制备出油系针状焦。
[0004]上述方法均能得到针状焦，但还存在单一原料容易生成镶嵌结构，中间相取向性差，制备的针状焦存在晶体构型缺陷，性能差等问题。然而通过组合中低温煤焦油、高温煤焦油和FCC油浆的特性，创造适宜中间相形成、发展的环境，可作为制备高品质煤系针状焦的一种新方法。因此，本专利技术通过复配技术制备针状焦，其中煤焦油丰富的芳烃组分保证中间相小球的生成，FCC油浆中的环烷烃和脂肪侧链提供体系所需的低黏度反应环境及气体产生拉焦作用，进而制备出性能优良的针状焦。

技术实现思路

[0005]针对现有针状焦制备存在的技术问题，本专利技术提供一种煤基与石油基重组分复配制备针状焦的方法，缩聚缓和剂可减缓体系反应活性，促进芳烃大分子有序堆叠。固化拉焦剂可提供氢质子，降低体系黏度，产生大量拉焦气流，促进中间相取向，原料的定向优化，制备的针状焦纤维结构含量高。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：首先，通过常减压蒸馏法获得中低温煤焦油380～480℃馏分段沥青、高温煤焦油380～460℃馏分段沥青以及FCC油浆400～460℃馏分油。其次，采用溶剂萃取法获得主剂、缩聚缓和剂、固化拉焦剂。然后，对主剂、缩聚缓和剂、固化拉焦剂进行复配，利用低温高压热聚工艺对复配沥青改质得到精制沥青。最后，采用三段变速率升温变压工艺制备针状焦。具体方案如下：
[0007]一种利用煤基与石油基重组分复配制备针状焦的方法，包括以下步骤：
[0008]1)常减压切割馏分
[0009]从中低温煤焦油中切割出380～480℃馏分段沥青，高温煤焦油中切割出380～460℃馏分段沥青，从FCC油浆中切割出400～460℃馏分段沥青；
[0010]2)溶剂萃取
[0011]分别采用有机混合溶剂萃取工艺，从步骤1)切割的380～480℃馏分段沥青中萃取得到主剂，从步骤1)切割的380～460℃馏分段沥青萃取得到缩聚缓和剂，从步骤1)切割的400～460℃馏分段沥青萃取得到固化拉焦剂；
[0012]3)热聚改质
[0013]在反应釜内，将步骤2)得到的主剂、缩聚缓和剂和固化拉焦剂搅拌复配，然后在N2气氛下继续进行低温高压热聚改质得到精制沥青；
[0014]4)制备半焦
[0015]在N2氛围下，对步骤3)得到的精制沥青置于反应釜内，采用三段变速升温变压工艺得到半焦；
[0016]5)在N2氛围下，对步骤4)的半焦经高温煅烧、冷却得到针状焦。
[0017]进一步的，所述步骤2)中，有机混合溶剂为环己烷和二甲苯的混合液，所述环己烷和二甲苯质量比为1:1～3；有机混合溶剂与沥青质量比为0.5～2.5:1；萃取工艺条件为：温度60℃～80℃，搅拌20min～40min，静置2h～4h。
[0018]进一步的，所述步骤2)中，所述主剂中，芳烃含量45～55％、QI含量<0.1％、O含量4.6～5.2％；所述缩聚缓和剂中，2～4环芳烃含量20～35％、QI含量<0.1％、O含量1.8～2.4％；所述固化拉焦剂中，2～4环短侧链芳烃含量25～45％、环烷烃含量18～30％、灰分<30ppm。
[0019]进一步的，所述步骤3)中，主剂、缩聚缓和剂和固化拉焦剂的质量比为100：15～25：10～20；搅拌复配条件为：温度70℃～100℃，搅拌速度100r/min～120r/min，搅拌时间0.5～1.5h。
[0020]进一步的，所述步骤3)中，低温高压热聚改质的工艺条件为：压力1.5MPa～3MPa下，以3℃/min升温至300℃～340℃，恒温反应2～4h。
[0021]进一步的，所述步骤3)，精制沥青的芳香度f
a
为0.75～0.92；精制沥青中，O含量为4.0％～4.8％、N含量为0.25％～0.32％、S含量为0.28％～0.36％、QI含量<0.1％。
[0022]进一步的，所述步骤4)中，三段变速升温变压工艺条件为：首先，反应釜压力1.5MPa～3MPa、1℃/min～3℃/min的速率升温至380℃～400℃；然后，压力1.5MPa～2MPa、0.5℃/min～1℃/min的速率升温至420℃～450℃、恒温反应6h～10h；最后，压力0.5MPa～1MPa、0.3℃/min～0.5℃/min的速率升温至480℃～520℃，恒温反应6h～10h。
[0023]进一步的，所述步骤5)中，煅烧条件是：先在压力0.01MPa～0.03MPa下，以3℃/min
～5℃/min的速度升温至500℃～800℃，恒温反应2h～4h；然后，压力0.01MPa～0.03MPa下，以1℃/min～3℃/min的速度升温至1400℃～1600℃，恒温反应2h～4h。
[0024]一种利用煤基与石油基重组分复配制备针状焦的方法制备的针状焦，所述针状焦粉末的平均电阻率最低为416μΩ
·
m，针状焦粉末的压实密度为0.96g/cm3～1.23g/cm3。
[0025]本专利技术的有益本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用煤基与石油基重组分复配制备针状焦的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)常减压切割馏分从中低温煤焦油中切割出380～480℃馏分段沥青，从高温煤焦油中切割出380～460℃馏分段沥青，从FCC油浆中切割出400～460℃馏分段沥青；2)溶剂萃取分别采用有机混合溶剂萃取工艺，从步骤1)切割的380～480℃馏分段沥青中萃取得到主剂，从步骤1)切割的380～460℃馏分段沥青萃取得到缩聚缓和剂，从步骤1)切割的400～460℃馏分段沥青萃取得到固化拉焦剂；3)热聚改质在反应釜内，将步骤2)得到的主剂、缩聚缓和剂和固化拉焦剂进行搅拌复配，然后在N2气氛下继续进行低温高压热聚改质得到精制沥青；4)制备半焦在N2氛围下，对步骤3)得到的精制沥青置于反应釜内，采用三段变速升温变压工艺得到半焦；5)在N2氛围下，对步骤4)的半焦经高温煅烧、冷却得到针状焦。2.根据权利要求1所述的利用煤基与石油基重组分复配制备针状焦的方法，其特征在于，所述步骤2)中，有机混合溶剂为环己烷和二甲苯的混合液，所述环己烷和二甲苯质量比为1:1～3；有机混合溶剂与沥青质量比为0.5～2.5:1；萃取工艺条件为：温度60℃～80℃，搅拌20min～40min，静置2h～4h。3.根据权利要求2所述的利用煤基与石油基重组分复配制备针状焦的方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述主剂中，芳烃含量45～55％、QI含量<0.1％、O含量4.6～5.2％；所述缩聚缓和剂中，2～4环芳烃含量20～35％、QI含量<0.1％、O含量1.8～2.4％；所述固化拉焦剂中，2～4环短侧链芳烃含量25～45％、环烷烃含量18～30％、灰分<30ppm。4.根据权利要求3所述的利用煤基与石油基重组分复配制备针状焦的方法，其特征在于，所述步骤3)中，主剂、缩聚缓和剂和固化拉焦剂的质量比为100：15～25：10～20；搅拌复配条件为：温度70℃～100℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冬，许木兰，刘涛，徐贤，施俊合，崔楼伟，刘姣姣，金喆，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：