一种复合工艺制备针状焦的方法技术

本发明专利技术提出了一种复合工艺制备针状焦的方法，属于煤化工技术领域，其包括1)馏分切割；2)沥青净化；3)制备半焦；4)煅烧；从而制备形成针状焦。本发明专利技术通过热缩聚工艺和热过滤除去负载灰分的炭微球，能够有效地降低原料中的灰分和吡啶不溶物；保留了原料(净化沥青)较高的芳香度，为原料创造了适宜的中间相形成和发展的环境，同时将乙烯焦油馏分作为成核结晶剂，为中间相小球的生长提供了结晶中心，把平面二维晶格连接在现有的结晶中心晶面上，有利于中间相小球的形成和融并，形成大片域状结构，从而获得优质的针状焦。获得优质的针状焦。

【技术实现步骤摘要】
一种复合工艺制备针状焦的方法


[0001]本专利技术属于煤化工
，涉及煤化工产品制备技术，具体为一种复合工艺制备针状焦的方法。

技术介绍

[0002]针状焦是一类高端碳素材料，其是由石油或煤焦油等富含芳烃的原料炭化得到的，具有热膨胀系数低、机械强度高、导电性能好及抗氧化性能好的特点，被广泛应用在石墨电极和锂离子电池负极生产等节能环保领域。
[0003]中低温煤沥青是一种组成和结构非常复杂的混合物，主要由多环芳烃类化合物和含N、O、S等杂环类化合物组成。与高温煤焦油沥青相比，中低温煤焦油沥青芳香缩合度低、TI含量低、炭化收率低，这极大的限制了中低温煤焦油沥青在炭材料方面的应用。乙烯焦油具有完全可溶于甲苯、芳香性高和不含无机灰分等特点，但由于其碳化反应活性高，导致体系黏度上升很快，不利于中间相的融并而生成镶嵌结构，不能单独作为新型碳材料的原料。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。
[0004]目前针对针状焦制备原料的改质方法主要有原料改性法和共炭化法，公开号为CN110791315A的专利申请，其公开了一种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净化后油浆的分子量、芳烃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，从而制备针状焦。公开号为CN114540058A的专利申请，其选择重质油为原料；先进行脱灰处理，然后采用固液吸附法分离，进而采用两段变压升温得到针状焦产品。公开号为CN113755211A的专利申请，其公开了一种乙烯焦油生产针状焦的方法，包括初始焦化原料送入加氢塔、冷凝器、气水分离、蒸馏得到改性优化的乙烯焦油原料，通过延迟焦化得到针状焦。公告号为CN109943354B的专利，其公开了一种芳烃油与净化沥青混合原料的共炭化制备针状焦的工艺，先将芳烃油与净化沥青混合形成均匀的共炭化体系；共炭化体系经过加热炉加热；加热后的共炭化体系经过焦化塔进行变温变压焦化获得针状焦。
[0005]利用上述原料改质的方法均能得到针状焦，但是由于原料中还存在大量的灰分和吡啶不溶物，导致制备的针状焦存在镶嵌结构多，中间相纤维结构有序度差的问题。

技术实现思路

[0006]针对上述所描述的现有技术中在对制备针状焦的原料进行改性后，原料中还存在大量的灰分和吡啶不溶物，导致制备的针状焦存在镶嵌结构多，中间相纤维结构有序度差的问题，本专利技术提出了一种复合工艺制备针状焦的方法。
[0007]本专利技术通过组合中低温煤焦油馏分和乙烯焦油馏分，采用复合工艺净化原料(净化沥青)，对原料(净化沥青)进行适当的热缩聚再过滤除去负载灰分的炭微球，能够有效地降低原料的灰分、吡啶不溶物，保留了较高的芳香度，创造适宜中间相形成、发展的环境，同时乙烯焦油馏分为中间相球体的生长提供结晶中心，通过把平面二维晶格连接在现有的结
晶中心晶面上，有利于中间相小球的形成和融并，形成大片域状结构，从而获得优质的针状焦；其具体技术方案如下：
[0008]一种复合工艺制备针状焦的方法，包括以下步骤：
[0009]1)馏分切割：
[0010]从中低温煤焦油中切割出360℃～510℃馏分段的中低温煤焦油沥青馏分；从乙烯焦油中切割出450℃～480℃馏分段的乙烯焦油馏分；
[0011]2)沥青净化：
[0012]将中低温煤焦油沥青馏分采用热缩聚工艺处理得到热缩聚产物，将热缩聚产物溶于吡啶中，热过滤得到沥青溶液，除去吡啶得到净化沥青；
[0013]3)制备半焦：
[0014]以净化沥青为原料，加入乙烯焦油馏分，在保护气的保护下采用两段升温变压工艺制备得到半焦；
[0015]4)煅烧：
[0016]在保护气的保护下，对半焦进行煅烧、冷却得到针状焦。
[0017]进一步限定，所述步骤2)中的热缩聚工艺具体为：在反应温度为380℃～430℃的条件下，持续通入保护气并不断搅拌，恒温反应3h～8h后得到热缩聚产物。
[0018]进一步限定，所述步骤2)中热缩聚产物与吡啶的体积比为1:8～12。
[0019]进一步限定，所述步骤2)中热过滤的温度为80℃～120℃，热过滤的压力为0.2Mpa～0.5Mpa。
[0020]进一步限定，所述步骤3)具体为：以净化沥青为原料，加入乙烯焦油馏分，乙烯焦油馏分的质量为净化沥青质量的2％～10％，在反应压力为1.5Mpa下，以1.5℃/min的速率升温至400℃～480℃，恒温反应4h～8h；接着在反应压力为0.5Mpa下，以1.5℃/min的速率升温至450℃～500℃，恒温反应8h～12h，得到半焦。
[0021]进一步限定，所述步骤4)中的煅烧条件为：在压力为0.01Mpa下，以3℃/min的速率升温至700℃～900℃，恒温反应1.5h～3h，保持压力不变，以1℃/min的速率升温至1300℃～1500℃，恒温反应1.5h～3h。
[0022]进一步限定，所述步骤1)和步骤3)中乙烯焦油馏分中多环芳烃的含量为55％～65％，乙烯焦油馏分的饱和度为5％～8％。
[0023]进一步限定，所述步骤2)中制备的净化沥青的芳香度为0.75～0.92，净化沥青中的灰分含量＜85ppm，净化沥青中的净化沥青中的吡啶不溶物含量<0.1％。
[0024]进一步限定，所述步骤5)中制备的针状焦的平均电阻率为437μΩ
·
m，针状焦的热膨胀系数为1.1
×
10
‑6/℃～1.7
×
10
‑6/℃，针状焦的首次放电比容量为151.2(mA
·
h)/g～264.8(mA
·
h)/g。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0026]1、本专利技术一种复合工艺制备针状焦的方法，其通过组合中低温煤焦油馏分和乙烯焦油馏分，采用复合工艺净化原料(净化沥青)，对原料(净化沥青)进行适当的热缩聚工艺和热过滤除去负载灰分的炭微球，能够有效地降低原料中的灰分和吡啶不溶物；保留了原料(净化沥青)较高的芳香度，为原料创造了适宜的中间相形成和发展的环境，同时乙烯焦油馏分作为成核结晶剂，为中间相小球的生长提供了结晶中心，把平面二维晶格连接在现
有的结晶中心晶面上，有利于中间相小球的形成和融并，形成大片域状结构，从而获得优质的针状焦；有效地解决了针状焦存在镶嵌结构多，中间相纤维结构有序度差的问题。
[0027]2、本专利技术在热缩聚过程中，吡啶中的不溶物颗粒能够降低中间相形成的活化能，诱导反应向非均相成核转变，而非均相成核的中间相炭微球能够富集沥青中的灰分，吸附更多分散于母液中的原生吡啶不溶物颗粒，最后再经热过滤除去负载灰分的中间相小球，从而达到净化沥青的目的，使得净化沥青灰分含量＜85ppm、吡啶不溶物含量<0.1％，且保留了较高的芳香度。
[0028]3、本专利技术在中间相沥青热反应成核阶段引入成核本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合工艺制备针状焦的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)馏分切割：从中低温煤焦油中切割出360℃～510℃馏分段的中低温煤焦油沥青馏分；从乙烯焦油中切割出450℃～480℃馏分段的乙烯焦油馏分；2)沥青净化：将中低温煤焦油沥青馏分采用热缩聚工艺处理得到热缩聚产物，将热缩聚产物溶于吡啶中，热过滤得到沥青溶液，除去吡啶得到净化沥青；3)制备半焦：以净化沥青为原料，加入乙烯焦油馏分，在保护气的保护下采用两段升温变压工艺制备得到半焦；4)煅烧：在保护气的保护下，对半焦进行煅烧、冷却得到针状焦。2.如权利要求1所述的复合工艺制备针状焦的方法，其特征在于，所述步骤2)中的热缩聚工艺具体为：在反应温度为380℃～430℃的条件下，持续通入保护气并不断搅拌，恒温反应3h～8h后得到热缩聚产物。3.如权利要求1或2所述的复合工艺制备针状焦的方法，其特征在于，所述步骤2)中热缩聚产物与吡啶的体积比为1:8～12。4.如权利要求1或2所述的复合工艺制备针状焦的方法，其特征在于，所述步骤2)中热过滤的温度为80℃～120℃，热过滤的压力为0.2Mpa～0.5Mpa。5.如权利要求1所述的复合工艺制备针状焦的方法，其特征在于，所述步骤3)具体为：以净化沥青为原料，加入乙烯焦油馏分，乙烯焦油馏分的质量为净化沥青质量的2％～10％，在反应压力为1.5Mpa下，以1.5℃/min的速率升温至400℃～480℃，恒温...

【专利技术属性】
技术研发人员：高生辉，李冬，马明明，崔楼伟，问京京，施俊合，刘强，徐贤，杜凡，刘姣姣，刘涛，何婷，于福帅，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：