将原油转化为可纺成碳制品的沥青组合物的蒸汽裂解方法技术

通过对一种或多种原油进行蒸汽裂解可获得沥青组合物。从原油的蒸汽裂解生产适用于纺成纤维的沥青组合物的方法可包括：在蒸汽裂解区中对一种或多种原油进行蒸汽裂解以产生包含含有蒸汽裂解焦油的重油混合物的第一流出物、包含气态产物和液态产物的混合物的第二流出物、以及包含一种或多种塔底产物的第三流出物；预处理和热处理所述第一、第二和/或第三流出物以产生沥青组合物，所述沥青组合物具有基于所述沥青产物的总体积为0体积％至100体积％的中间相含量、在约40重量％至约95重量％范围内的MCR、以及在约50℃至约400℃范围内的软化点T

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】将原油转化为可纺成碳制品的沥青组合物的蒸汽裂解方法


[0001]本专利技术涉及从原油的蒸汽裂解生产沥青组合物的方法，以及适用于纺成纤维的沥青组合物。

技术介绍

[0002]碳纤维产业一直在稳步增长，以满足来自广泛的行业的需求，例如：汽车(例如车身部件诸如行李箱盖、顶盖、前端、保险杠、门、底盘，悬架系统如板簧、驱动轴)、航空航天(例如飞行器和航天系统)、高性能水上船舶(例如游艇和赛艇船体)、飞机、运动装备(例如高尔夫球杆、网球拍、自行车、滑板、滑雪板、头盔、划船或滑水装备)、建筑(非结构系统和结构系统)、军事(例如飞行无人机、装甲、装甲车辆、军用飞行器)、风能产业、能量存储应用、耐火材料、碳
‑
碳复合材料、碳纤维、以及例如用于建筑和道路建筑的许多绝缘和密封材料(例如混凝土)、涡轮叶片、轻质气缸和压力容器、海上系绳和钻井立管、医疗。碳纤维的非限制性前述性质使这样的材料适用于高性能应用：高体积模量和拉伸模量(取决于碳纤维的形态)、高导电性和导热性、高比强度等。然而，尽管碳纤维和碳纤维复合材料表现出引人注目的性质，但其高昂的成本限制了其应用和广泛使用。因此，开发低成本的技术一直是研究人员和主要制造商的主要挑战。
[0003]沥青类碳纤维通常是从煤焦油或石油沥青中生产的。然而，大部分碳纤维是由聚丙烯腈(PAN)生产的。由于原料变异性和工艺变化，石油沥青类碳纤维遭受到批次依赖性，导致缺乏各向同性沥青和/或中间相沥青的普遍且可靠的商业供应。历史上，用于碳纤维生产的各向同性石油沥青主要来源于一家精炼厂(例如Ashland Petroleum公司)。

技术实现思路

[0004]在至少一个实施方式中，本专利技术提供了从原油的蒸汽裂解生产沥青组合物的方法，以及适用于纺成纤维的沥青组合物。所述方法包括：在蒸汽裂解区中对一种或多种原油进行蒸汽裂解以产生包含含有蒸汽裂解焦油的重油混合物的第一流出物、包含气态产物和液态产物的混合物的第二流出物、以及包含一种或多种塔底产物的第三流出物；任选地将来自所述蒸汽裂解区下游的所述第一流出物的至少一部分和/或来自所述蒸汽裂解区下游的所述第二流出物的至少一部分和/或来自所述蒸汽裂解区下游的所述第三流出物的至少一部分引入到一个或多个预处理区，以产生第一流出物预处理产物和/或第二流出物预处理产物和/或第三流出物预处理产物；将所述第一流出物、所述第一流出物预处理产物、所述第二流出物、所述第二流出物预处理产物、所述第三流出物、所述第三流出物预处理产物或其任何组合引入到反应区；以及将所述第一流出物、所述第一流出物预处理产物、所述第二流出物、所述第二流出物预处理产物、所述第三流出物、所述第三流出物预处理产物或其任何组合在所述反应区中热处理至约200℃至约800℃范围内的温度，以产生包含沥青产物的第一反应流出物以及包含气态和液态产物的混合物的第二反应流出物，其中所述沥青产物具有基于所述沥青产物的总体积为0体积％至100体积％的中间相含量、在约40重量％至
约95重量％范围内的MCR、以及在约50℃至约400℃范围内的软化点T
sp
。
[0005]在至少一个实施方式中，本专利技术提供了从原油的蒸汽裂解生产沥青组合物的方法，以及适用于纺成纤维的沥青组合物。所述方法包括：在蒸汽裂解区中对一种或多种原油进行蒸汽裂解以产生包含含有蒸汽裂解焦油的重油混合物的第一流出物、包含气态产物和液态产物的混合物的第二流出物、以及包含一种或多种塔底产物的第三流出物，其中所述第一流出物被直接送到所述反应区进行热处理并且所述第一反应流出物和/或所述第二反应流出物被送到分离区以产生至少一种沥青产物以及包含气态和液态烃的分离的反应流出物；将所述第一流出物、所述第一流出物预处理产物、所述第二流出物、所述第二流出物预处理产物、所述第三流出物、所述第三流出物预处理产物或其任何组合引入到反应区；以及将所述第一流出物、所述第一流出物预处理产物、所述第二流出物、所述第二流出物预处理产物、所述第三流出物、所述第三流出物预处理产物或其任何组合在所述反应区中热处理至约200℃至约800℃范围内的温度，以产生包含沥青产物的第一反应流出物以及包含气态和液态产物的混合物的第二反应流出物，其中所述沥青产物具有基于所述沥青产物的总体积为0体积％至100体积％的中间相含量、在约40重量％至约95重量％范围内的MCR、以及在约50℃至约400℃范围内的软化点T
sp
。
附图说明
[0006]包含以下附图以示例本专利技术的特定方面，不应将其视为排他的实施方式。所公开的主题能够在形式和功能方面具有大量的变体、变化、组合以及等同物，正如本领域的普通技术人员和受益于本专利技术的人所想到的那样。
[0007]图1是本专利技术的用于从原油的蒸汽裂解生产可纺沥青的方法100的一个非限制性实例流程图。
[0008]图2是本专利技术的用于从原油的蒸汽裂解生产可纺沥青的方法200的另一个非限制性实例流程图。
[0009]图3是本专利技术的用于从原油的蒸汽裂解生产可纺沥青的方法300的另一个非限制性实例流程图。
[0010]图4是本专利技术的用于从原油的蒸汽裂解生产可纺沥青的方法400的另一个非限制性实例流程图。
[0011]图5是热重分析(TGA)图，示例了各种沥青的重量损失对温度(℃)。
[0012]图6A是示例了作为热解时间函数的HDT
‑
SCT各向同性沥青及其对应的各向异性沥青的室温X射线散射数据的曲线图。
[0013]图6B是示例了作为热解时间函数的HDT
‑
SCT各向同性沥青的分子d
π
‑
π
或d(002)及其对应的各向异性沥青之间的层间距的曲线图。
具体实施方式
[0014]本专利技术涉及用于从原油的蒸汽裂解生产沥青组合物的方法，适用于纺成纤维的沥青组合物，以及表征所述沥青组合物的方法。
[0015]一般而言，本文所述的方法涉及用于生产各向同性沥青组合物和/或中间相沥青组合物以及进一步用于生产纤维、纤维网、碳复合材料和碳制品的原油的蒸汽裂解。
[0016]此外，本专利技术的方法有利地生产适用于纺成纤维、纤维网、碳纤维、碳纤维复合材料和碳制品的具有成本效益的沥青，所述沥青源自于原油的蒸汽裂解。有利地，本专利技术的方法实现了显著的进料灵活性，并且能够以以前从未实现的规模生产沥青。
[0017]定义和测试方法
[0018]使用的周期表族新符号如化学与工程新闻，63(5)，27(1985)所述。
[0019]本文中使用的缩写如下：DSC是差示扫描量热法；TGA是热重分析；T
g
是玻璃化转变温度，T
sp
是软化点温度；QI是喹啉不溶物；PAH是多环芳烃；SCF/B是标准立方英尺氢气/桶总进料；MCR是微残炭；N是分子数；MCRT是微残炭测试；RPM是每分钟转数；Pa
·
s是帕斯卡
‑
秒；重量％是重量百分比；摩尔％是摩尔百分比；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，所述方法包括：在蒸汽裂解区中对一种或多种原油进行蒸汽裂解以产生包含含有蒸汽裂解焦油的重油混合物的第一流出物、包含气态产物和液态产物的混合物的第二流出物、以及包含一种或多种塔底产物的第三流出物；任选地将来自所述蒸汽裂解区下游的所述第一流出物的至少一部分和/或来自所述蒸汽裂解区下游的所述第二流出物的至少一部分和/或来自所述蒸汽裂解区下游的所述第三流出物的至少一部分引入到一个或多个预处理区，以产生第一流出物预处理产物和/或第二流出物预处理产物和/或第三流出物预处理产物；将所述第一流出物、所述第一流出物预处理产物、所述第二流出物、所述第二流出物预处理产物、所述第三流出物、所述第三流出物预处理产物或其任何组合引入到反应区；以及将所述第一流出物、所述第一流出物预处理产物、所述第二流出物、所述第二流出物预处理产物、所述第三流出物、所述第三流出物预处理产物或其任何组合在所述反应区中热处理至约200℃至约800℃范围内的温度，以产生包含沥青产物的第一反应流出物以及包含气态和液态产物的混合物的第二反应流出物，其中所述沥青产物的MCR在约40重量％至约95重量％范围内并且软化点T
sp
在约50℃至约400℃范围内。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一流出物不进行所述任选的预处理就被直接送到所述反应区，并且所述第一反应流出物、所述第二反应流出物或所述第一和第二反应流出物二者在热处理后被送到分离区，以产生至少一种沥青产物以及包含气态和液态烃的分离的反应流出物；并且其中所述至少一种沥青产物在分离后具有基于所述至少一种沥青产物的总体积为5体积％至100体积％的中间相含量、基于所述至少一种沥青产物的总重量在约40重量％至约95重量％范围内的MCR、以及在约50℃至约400℃范围内的软化点T
sp
。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个预处理区是一个或多个加氢处理区，其中所述第一流出物的至少一部分被加氢处理以产生所述第一流出物预处理产物，并且其中所述第一流出物预处理产物是加氢处理的第一流出物产物。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中通过X射线散射确定，所述沥青产物的堆积高度(L
C
)为约2nm至约9nm。5.根据权利要求4所述的方法，所述方法还包括：在分离区中分离所述热处理的反应流出物以产生至少一种沥青产物、以及包含气态和液态烃的分离的反应流出物，其中所述至少一种沥青产物具有基于所述至少一种沥青产物的总体积为5体积％至100体积％的中间相含量、基于所述至少一种沥青产物的总重量在约40重量％至约95重量％范围内的MCR、以及在约50℃至约400℃范围内的软化点T
sp
。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中包含一种或多种塔底产物的所述第三流出物被送到第一分离区以产生至少第一分离产物和第二分离产物，其中将所述第一分离产物的至少一部分或所述第二分离产物的至少一部分送到反应区以产生反应流出物。7.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括：将从所述第一分离产物的至少一部分或所述第二分离产物的至少一部分产生的反应流出物分离至第二分离区以产生至少一种沥青产物、以及包含气态和液态烃的分离的反应
流出物，其中所述至少一种沥青产物具有基于所述至少一种沥青产物的总重量在约40重量％至约95重量％范围内的MCR、以及在约50℃至约400℃范围内的软化点T
sp
。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中基于所述第一流出物的总重量，所述第一流出物中至少约70重量％的所述混合物在大气压下的沸点高于约200℃，MCR为约5重量％至约55重量％，氢含量为约4重量％至约10重量％，硫含量为约5重量％或更低。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，其中所述沥青产物具有：(1)约60重量％或更低的喹啉不溶物(QI)含量，(2)约100℃或更高的T
sp
，(3)约70℃或更高的T
g
，或(4)其组合。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中所述沥青产物被送到一个或多个热处理区域，以产生MCR和T
sp
均大于所述沥青产物的MCR和T
sp
的热处理的沥青产物，并且其中所述沥青产物和/或所述热处理的沥青产物适用于纺成碳纤维。11.根据权利要求1至10中的任一项所述的方法，其中所述热处理的沥青产物具有以下一种或多种：基于所述热处理的沥青产物的总体积，中间相含量为约50体积％或更高；基于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯图亚特，
申请(专利权)人：埃克森美孚技术与工程公司，
类型：发明
国别省市：