一种由煤液化残渣生产多孔石墨电极的方法技术

本发明专利技术提供了一种由煤液化残渣生产多孔石墨电极的方法。该方法包括：将煤液化残渣与水、添加剂、交联剂、分散剂、起泡剂、聚合物和催化剂混合后成型为片状，得到煤液化残渣片；将煤液化残渣片加热升温，生成多孔碳片；多孔碳片烧结后冷凝得到多孔石墨电极。本发明专利技术提供的技术方案实现了煤液化残渣有效利用，能够生产高价值产品多孔石墨电极，且在制备石墨电极的过程中能够干馏出副产品烃油。相比于与传统的石墨电极制备方法成本更低，制备得到的多孔石墨电极比表面积大能大幅增加水与电极的接触面积，提高电解或发电效率。提高电解或发电效率。提高电解或发电效率。

【技术实现步骤摘要】
一种由煤液化残渣生产多孔石墨电极的方法


[0001]本专利技术涉及一种由煤液化残渣生产多孔石墨电极的方法。

技术介绍

[0002]煤直接液化技术是一种有效洁净的煤炭利用方法，在煤直接液化过程中会产生占原煤量约1/3的残渣即为煤液化残渣。煤液化残渣作为大宗废弃物，如果不能进行有效的处理，不仅会对环境造成负面影响，还是对资源的一种浪费。煤液化残渣的再利用对控制煤液化工艺的成本具有重要意义。
[0003]煤液化残渣是一种复杂的固体混合物，进行工业分析后可以得知，残渣几乎不含有水分，高碳、高灰分、高硫为其主要特征。煤液化残渣主要含有碳、氢、氧、硫、硅元素，除此之外还有煤液化催化剂中所含有的金属元素，其中碳元素占有80％左右。残渣中灰分大部分为硅铝酸盐，含量远高于原煤，是由于原料煤中的矿物质液化之后在残渣中富集所致。挥发分物质则是由尚未完全液化的原煤中有机质热解产物构成。
[0004]煤直接液化工艺中由于原料煤的产地以及工艺生产方式的不同，得到的煤液化残渣的组成会存在一定的差异，其发热量通常可达到30MJ/kg，软化点一般处在180℃左右，密度在1.2
‑
1.6g/cm3之间。煤液化残渣对温度的变化十分敏感，对其进行加热处理，在升高温度过程中黏度逐渐下降，并且它的黏度与碳含量有关，碳含量越高黏度越高。通过煤液化残渣的热解特性试验可以得知，残渣中的有机物质在低温段热解非常剧烈，证明含有较多油类物质。
[0005]煤液化残渣的传统利用方式主要有以下几种：(1)直接燃烧：煤液化残渣中碳含量高、发热量高，可直接作为燃料进行供能，常搭配原煤、木材等作为锅炉燃料。但煤液化残渣也同时具有高硫的特点，在燃烧过程中会产生大量SO2，造成严重的大气污染；(2)加氢液化：重质油和沥青质因为其芳香烃结构，可以进一步加氢液化，这样不仅提高了原煤液化油的收率，还可以获得其他高附加值油类产品。但是煤液化残渣的二次加氢反应困难，对装置要求苛刻，获得的油品质量不稳定；(3)气化制氢：利用煤液化残渣制备氢气不仅消耗了残渣，还为煤液化生产线提供了氢气，然而由于煤液化残渣中杂质含量较高，其中硫等非金属元素极易被O2氧化为SO2等酸性气体，导致制得的氢气不纯，并且还会污染大气环境；(4)干馏：煤液化残渣是原煤经过液化后的剩余物质，残渣中已经很难继续分离出液态产物了，但对重质油和沥青质进行焦化处理，可以得到焦炭、可蒸馏油和气体。
[0006]综上所述，目前仍旧需要研究新的方法以实现煤液化残渣的二次利用。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种能够实现煤液化残渣有效利用的方法，该方法能够以煤液化残渣作为原料实现多孔石墨电极的生产。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种由煤液化残渣生产多孔石墨电极的方法，其中，该方法包括：
[0009]步骤1)：将煤液化残渣与水、添加剂、交联剂、分散剂、起泡剂、聚合物和催化剂混合后成型为片状，得到煤液化残渣片；
[0010]步骤2)：将煤液化残渣片加热升温，生成多孔碳片；
[0011]步骤3)：多孔碳片烧结后冷凝得到多孔石墨电极。
[0012]上述方法利用了煤液化残渣中有机组分(重质油和沥青烯)含量高、分子量大、适宜作为碳源制备碳材料的特点，其与水、添加剂、交联剂、分散剂、起泡剂、聚合物和催化剂混合成型为片状后加热生成焦炭，该焦炭在高温下烧结、冷却后即可得到多孔石墨电极片，其中加热生成焦炭的过程中可干馏出烃油。该多孔石墨电极片可作为电解水或燃料电池中的石墨电极，有利于增加水与电极的接触面积，提高电解或发电效率。
[0013]煤液化残渣含有较多的沥青烯和前沥青烯，沥青烯和前沥青烯原料分子量较低，通过添加剂、交联剂等发生交联反应，在催化剂及优化后的氧化碳化工艺下，使低分子量的稠环芳烃进一步芳构化，形成类石墨结构。采用沥青烯和前沥青烯原料作为碳源，碳得率适中，既可以保证氧化炭化的连续性，又可以形成合适的亚微纳米尺度的孔隙，使得多孔炭结构既有一定的强度，满足柔性电极的力学性能和柔性的要求，又有合理的孔容和孔结构，满足能量储存释放的要求。
[0014]在上述由煤液化残渣生产多孔石墨电极的方法中，优选地，以煤液化残渣的质量为100％计，煤液化残渣中沥青烯和前沥青烯的总含量不低于20％。
[0015]在上述由煤液化残渣生产多孔石墨电极的方法中，优选地，所述添加剂包括多环芳烃，其中，多环芳烃指三环及三环以上的芳烃；更优选地，所述添加剂进一步包括石蜡；更优选地，可以通过添加富多环芳烃轻质矿物油(例如催化裂化轻质循环油)和/或多环芳烃混合物的方式添加多环芳烃，其中，富多环芳烃轻质矿物油中多环芳烃的质量含量不低于50％。
[0016]在上述由煤液化残渣生产多孔石墨电极的方法中，优选地，所述交联剂包括聚三烯丙基异三聚氰酸酯、丙烯酸羟乙酯类化合物、甲基丙烯酸类化合物和封闭型交联剂中的一种或两种以上的组合。
[0017]在上述由煤液化残渣生产多孔石墨电极的方法中，优选地，所述分散剂包括油溶性聚醚类表面活性剂。
[0018]在上述由煤液化残渣生产多孔石墨电极的方法中，优选地，所述起泡剂包括亲水性聚氨脂、羧酸及其盐类、烷基磺酸及盐、酚类和吡啶类中的一种或两种以上的组合。
[0019]在上述由煤液化残渣生产多孔石墨电极的方法中，优选地，所述聚合剂包括聚乙烯基正丁基醚、乙烯基亚硫酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯和醇酸树脂类表面活性剂中的一种或两种以上的组合。
[0020]在上述由煤液化残渣生产多孔石墨电极的方法中，优选地，所述催化剂包括铁、镍、钛、硅以及它们的碳化物和它们的氧化物中的一种或几种的组合。
[0021]在上述由煤液化残渣生产多孔石墨电极的方法中，优选地，
[0022]煤液化残渣:水＝1:1
‑
1:3
[0023]煤液化残渣:添加剂＝3:1
‑
3:2
[0024]煤液化残渣:交联剂＝3:1
‑
8:1
[0025]煤液化残渣:分散剂＝90:1
‑
120:1
[0026]煤液化残渣:起泡剂＝100:1
‑
200:1
[0027]煤液化残渣:聚合剂＝15:1
‑
30:1
[0028]煤液化残渣:催化剂＝4:1
‑
6:1；
[0029]在一具体实施例中，煤液化残渣片中各组分的重量比为：
[0030]煤液化残渣:水＝1:1
[0031]煤液化残渣:添加剂＝3:1
[0032]煤液化残渣:交联剂＝5:1
[0033]煤液化残渣:分散剂＝100:1
[0034]煤液化残渣:起泡剂＝150:1
[0035]煤液化残渣:聚合剂＝15:1
[0036]煤液化残渣:催化剂＝5:1。
[0037]在上述由煤液化残渣生产多孔石墨电极的方法中，优选地，所述煤液化残渣片的厚度为1.0
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种由煤液化残渣生产多孔石墨电极的方法，其中，该方法包括：步骤1)：将煤液化残渣与水、添加剂、交联剂、分散剂、起泡剂、聚合物和催化剂混合后成型为片状，得到煤液化残渣片；步骤2)：将煤液化残渣片加热升温，生成多孔碳片；步骤3)：多孔碳片烧结后冷凝得到多孔石墨电极。2.根据权利要求1所述的方法，其中，以煤液化残渣的质量为100％计，煤液化残渣中沥青烯和前沥青烯的总含量不低于20％；所述添加剂包括多环芳烃，其中，多环芳烃指三环及三环以上的芳烃；优选地，所述添加剂进一步包括石蜡；所述交联剂包括聚三烯丙基异三聚氰酸酯、丙烯酸羟乙酯类化合物、甲基丙烯酸类化合物和封闭型交联剂中的一种或两种以上的组合；所述分散剂包括油溶性聚醚类表面活性剂；所述起泡剂包括亲水性聚氨脂、羧酸及其盐类、烷基磺酸及盐、酚类和吡啶类中的一种或两种以上的组合；所述聚合剂包括聚乙烯基正丁基醚、乙烯基亚硫酸乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯和醇酸树脂类表面活性剂中的一种或两种以上的组合；所述催化剂包括铁、镍、钛、硅以及它们的碳化物和它们的氧化物中的一种或几种的组合。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，煤液化残渣片中各组分的重量比为：煤液化残渣:水＝1:1
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1:3煤液化残渣:添加剂＝3:1
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3:2煤液化残渣:交联剂＝3:1
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8:1煤液化残渣:分散剂＝90:1
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120:1煤液化残渣:起泡剂＝100:1
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200:1煤液化残渣:聚合剂＝15:1
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30:1煤液化残渣:催化剂＝4:1
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6:1。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述煤液化残渣片的厚度为1.0
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1.5mm。5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤1)中，与水、添加剂、交联剂、分散剂、起泡剂、聚合剂和催化剂混合的所述煤液化残渣为经过粒度筛选的煤液化残渣；经过粒度筛选的煤液化残渣的粒径大于100目；优选地，通过浮选的方式进...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏峰，董智勇，
申请(专利权)人：北京孚威科技有限公司，
类型：发明
国别省市：