CN102229808B - 一种不含喹啉不溶物煤焦油或煤沥青的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种不含喹啉不溶物煤焦油或煤沥青制备方法是在煤焦油或煤沥青中加入溶剂和一种可使喹啉不溶物带上正电荷的表面活性剂后，一并置于设有电极的容器中，在电场强度为7.5×10⁴伏/米-3.0×10⁵伏/米，温度为10℃-90℃的条件下通电20-60min，将附着沉积物的电极取出，对容器中的煤焦油或煤沥青进行真空减压蒸馏除去加入的溶剂后，制得不含喹啉不溶物的煤焦油或煤沥青。该方法具有能耗低、条件温和、工艺简单以及绿色环保，易于工业化生产等特点。

Description

一种不含喹啉不溶物煤焦油或煤沥青的制备方法

技术领域

本发明与煤焦油或煤沥青的制备方法有关，更具体而言是通过加入溶剂和增加喹啉不溶物的电性和分散性的表面活性剂后，通过静电吸附作用原理使喹啉不溶物沉积在电极上达到去除的一种制备不含喹啉不溶物的煤焦油或煤沥青的方法。

技术背景

煤焦油和煤沥青作为煤炭加工的副产品，来源广泛。目前主要用于铺路、防水材料和炼焦粘接剂等。煤焦油或煤沥青由于组成非常复杂，在作为各种炭材料如针状焦、碳纤维以及浸渍剂等高级炭材料原料时，必须对其进行预处理才能满足深加工的条件。在预处理过程中，如何制得不含喹啉不溶物的焦油或沥青是深加工过程中首先需要解决的问题。所谓喹啉不溶物（QI），是一类不溶于喹啉溶剂的高聚物，主要以固体形式存在在煤焦油或煤沥青中。在制备各种高级炭材料过程中，QI的存在严重影响深加工过程中前驱体中间相晶体有序性的生长。对煤焦油或煤沥青，主要来源为炼焦过程中部分细小的固体颗粒物在热解气体的带动下进入冷却系统，并和焦油混合在一起的一类物质。其粒度一般在几个微米之间，它在焦油或沥青中呈高度分散状态。由于焦油或沥青粘度非常大，这些细小的颗粒物和焦油或沥青分子紧紧粘附在一起，这些现象造成无论在实验室还是工业规模对QI的脱除存在很大困难。

目前国内外用于脱除煤焦油或煤沥青中QI的方法有溶剂沉降法、热过滤法和离心法。如山西煤化研究所吕春祥等在250℃, 0.1MPa～0.2MPa条件下先用250 目的不锈钢网作滤材过滤沥青或焦油, 然后再用4μm～7μm 孔径的烧结陶瓷作滤材过滤，可使QI从5.13%降到0.36%，收率为67%（炭素，2000, 1, 1-3）。彭宣钧和李其祥报道了采用溶剂萃取-静置沉降-蒸馏联合脱除工艺对煤焦油进行处理，可使QI含量从2-3% 降至0.2 % 以下（武汉钢铁学院学报，1994, 17（3）：261-165）。此外，还有采用上述方法的联合脱除QI工艺及超临界抽提方法。联合脱除工艺路线长，耗能耗时且回收率较差；而超临界抽提技术还在探索阶段。总之，目前制备不含QI的煤沥青或焦油所用方法存在诸多弊端如过滤法带来的操作困难、回收率差；溶剂法中溶液和喹啉不溶物界面不清，存留多少溶液难以精确处理，且耗时长；而离心法需要消耗大量能量等，且去除QI不彻底、污染严重（处理温度往往在200-290℃，有机物挥发性增大）等缺陷。因而，降低能耗、缩短工艺路线、寻求温和环保的高效去除QI方法是煤沥青或煤焦油深加工过程中迫切需要解决的问题。

发明内容

基于上述现有技术存在的问题，本发明的目的是通过加入使喹啉不溶物带上微正电荷且对其具有分散作用的表面活性剂，在电场的作用下，共同沉积在阴极上，从而制备出一种不含喹啉不溶物煤焦油或煤沥青的方法。

为了实现上述目的，本发明所述的一种不含喹啉不溶物煤焦油或煤沥青的制备方法，包括在煤焦油或煤沥青中加入预定量的溶剂，再加入喹啉不溶物带正电的表面活性剂月桂基三甲基氯化铵，加入量为煤焦油或煤沥青质量的0.05%-0.5 wt%，然后置于带电极的容器中进行加热，当温度为10-90℃时，打开电源，调节电场强度为7.5×10⁴伏/米-3.0×10⁵伏/米，通电20-60 min，取出附着沉积物电极后，将含有溶剂的煤焦油或煤沥青采用真空减压的条件进行蒸馏除去加入的溶剂后，制得不含喹啉不溶物的煤焦油或煤沥青。

在上述技术方案中，所述溶剂是轻油、酚油、萘油、洗油、苯和甲苯中的一种或多种混合；所述使喹啉不溶物带正电荷的表面活性剂是月桂基三甲基氯化铵，其月桂基三甲基氯化铵的加入量占煤焦油或煤沥青质量的0.05%-0.5 wt%；所述电极是导电的具有一定形状的金属材料或非金属材料；所述煤焦油或沥青中加入预定量的溶剂是以达到溶解煤焦油或煤沥青的量为限。

本发明所述的一种不含喹啉不溶物煤焦油或煤沥青的制备方法，其创新之处在于通过加入月桂基三甲基氯化铵，提高了喹啉不溶物的分散性并带上微正电荷，利用具有微正电荷性质的QI和电场之间能够产生很强的相互静电作用，并最终在阴极附近富集和沉积下来的特点对其进行去除，其原理不同于传统的方法如过滤法、溶剂法和离心法，实现了对QI去除率达100%的效果，真正得到不含QI的煤焦油或煤沥青，而且还具有能耗低、条件温和、工艺简单、容易操作以及绿色环保等特点。此方法对煤焦油或煤沥青的深加工、焦化企业下游产品的开发具有重要的现实意义。

附图说明

图1是本发明使用的脱喹啉不溶物所用装置示意图。

图中：a:是本发明的筒状电极板，和电源阳极相联接。

b:是本发明的圆柱体电极，接地作为阴极。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的 具体实施方式作出进一步的详细说明。

实施本发明所述的一种不含喹啉不溶物煤焦油或煤沥青的制备方法，其所加入的表面活性剂是一种可使喹啉不溶物带上正电荷的表面活性剂，起所加入量为煤焦油或煤沥青质量的0.05%-0.5 wt%，所依据的原理是在高压电场存在下，含碳固体颗粒物在电极放电作用下被带上正电荷，在强电场存在下这些物质作定向移动，最终在阴极上沉积下来，从而达到去除QI的目的，利用该方法可得到完全不含QI的煤焦油或煤沥青，为煤焦油或煤沥青加工为高性能炭材料提供了前期保障，其具体实施例如下：

实施例1 

取50g高温煤焦油（QI的含量为3.6 wt%）置于300ml的玻璃烧杯中，加入能够溶解高温煤焦油的溶剂和25mg月桂基三甲基氯化铵，在一般情况下，溶解50g高温煤焦油，加入同等体积比的溶剂即可溶解，该溶剂可以是轻油、酚油、萘油、洗油、苯和甲苯中的一种，或者是几种的混合物，在本实施例中，选用50ml甲苯，置入如图1所示的烧杯中，并将可导电的具有一定形状的金属材料或非金属材料制作的电极同电源相连接，在本实施例中采用不锈钢制作的电极同电源相接，电源采用普通电源，用水浴锅将煤焦油加热至50℃后，再接通电源，调节电场强度为7.5×10⁴伏/米，持续作用1h后停止加热，切断电源开关，取出电极后，将其含有溶剂的煤焦油转移至蒸馏装置中，在温度为100℃减压条件下蒸馏除去溶剂，制得处理后的煤焦油，然后对其制得处理后的煤焦油，采用国标GB/T-2293-1997所述方法，进行QI含量测定，结果检测不到QI，说明处理后的煤焦油为不含QI的煤焦油。

实施例2

同实施例1，取50g中温煤沥青（QI的含量为5.3 wt%）置于300ml的玻璃烧杯中，加入50ml洗油和100mg月桂基三甲基氯化铵后放入如图1所示的容器中，并将不锈钢制作的电极同电源相接，用电热套加热至80℃，接通电源，调电场强度至2.0×10⁵伏/米，持续作用时间40min后停止加热，关闭电源开关，取出电极后，将含有溶剂的煤沥青转移至蒸馏装置中，在温度为210℃减压条件下蒸馏除去溶剂，得到的处理后的煤沥青，采用国标GB/T-2293-1997所述方法对其进行喹啉不溶物含量的测定，结果未检测到QI，即QI含量低于测定方法的检测下限，说明煤沥青中QI被全部去除。

实施例3

同实施例1，取50g中温煤焦油（QI的含量为5.3 wt%）置于300ml的玻璃烧杯中，加入60ml苯和250mg的月桂基三甲基氯化铵后，放入如图1所示的容器中，并将铜材料制作的电极同电源相接，采用冰水浴将温度调至10℃，接通电源，调电场强度为3.0×10⁵伏/米，持续作用时间1h后停止加热，关闭电源开关，取出电极后，将含有溶剂的煤焦油转移至蒸馏装置中，在温度为50℃减压条件下蒸馏除去溶剂，得到的处理后的煤焦油采用国标GB/T-2293-1997所述方法对喹啉不溶物含量进行测定，同样未检到QI的存在，亦即经过上述处理的煤焦油，其中的QI含量低于测定方法的下限，从而制得不含QI的煤焦油。

实施例4

取50g高温煤沥青（QI的含量为7.1 wt%）置于300ml的玻璃烧杯中，加入50ml萘油和180mg的月桂基三甲基氯化铵后，放入如图1所示的容器中，并将不锈钢制作的电极同电源相接，用电热套加热至70℃，接通电源，调电场强度至8.5×10⁴伏/米，持续作用时间20min后停止加热，关闭电源开关，取出电极电极后，将含有溶剂的煤沥青转移至蒸馏装置中，在温度为180℃减压条件下蒸馏除去溶剂，得到处理的煤沥青采用国标GB/T-2293-1997所述方法对喹啉不溶物含量进行测定，结果未检测到QI的存在，可认为通过上述处理可将QI全部去除，即得到不含QI的煤沥青。

实施例5

取50g高温煤沥青（QI的含量为7.1 wt%）置于300ml的玻璃烧杯中，加入50ml轻油和100mg的月桂基三甲基氯化铵后，放入如图1所示的容器中，并将不锈钢制作的电极同电源相接，用电热套加热至90℃，接通电源，调电场强度至9.0×10⁴伏/米，持续作用时间50min后停止加热，关闭电源开关，取出电极电极后，将含有溶剂的煤沥青转移至蒸馏装置中，在温度为150℃减压条件下蒸馏除去溶剂，得到的煤沥青采用国标GB/T-2293-1997所述方法对喹啉不溶物含量进行测定，未能检测到QI，即煤沥青中QI被全部去除，制的不含QI的煤沥青。

实施例6

取50g中温煤沥青（QI的含量为5.3 wt%）置于300ml的玻璃烧杯中，加入50ml以任一体积比的酚油和轻油组成的混合物和120mg的月桂基三甲基氯化铵后，放入如图1所示的容器中，并将不锈钢制作的电极同电源相接，用电热套加热至90℃，接通电源，调电场强度至9.0×10⁴伏/米，持续作用时间50min后停止加热，关闭电源开关，取出电极电极后，将含有溶剂的煤沥青转移至蒸馏装置中，在温度为160℃减压条件下蒸馏除去溶剂，得到的煤沥青采用国标GB/T-2293-1997所述方法对喹啉不溶物含量进行测定，结果未检测到QI，即通过上述处理，能将QI全部去除从而制的不含QI的煤沥青。 

Claims (4)

1.一种不含喹啉不溶物煤焦油或煤沥青的制备方法，包括将煤焦油或沥青中加入预定量的溶剂和表面活性剂，置于带电极的容器中加热，当温度为10-90℃时，电场强度为7.5×10⁴伏/米-3.0×10⁵伏/米，时间为20-60 min，取出附着沉积物的电极后，将含有溶剂的煤焦油或煤沥青在真空减压条件下进行蒸馏除去加入的溶剂，制得不含喹啉不溶物的煤焦油或煤沥青；其中

所述溶剂是轻油、酚油、萘油、洗油、苯和甲苯中的一种或多种混合；

所述表面活性剂是月桂基三甲基氯化铵。

2.如权利要求1所述的一种不含喹啉不溶物煤焦油或煤沥青的制备方法，其所述月桂基三甲基氯化铵的加入量占煤焦油或煤沥青质量的0.05%-0.5 wt%。

3.如权利要求1所述的一种不含喹啉不溶物煤焦油或煤沥青的制备方法，其所述电极是可导电的具有一定形状的金属材料或非金属材料。

4.如权利要求1所述的一种不含喹啉不溶物煤焦油或煤沥青的制备方法，其所述煤焦油或沥青中加入预定量溶剂是以达到溶解煤焦油或煤沥青的量为限。

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