CN104004537A - 煤沥青精制炭材料原料的综合利用工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤沥青精制炭材料原料的综合利用工艺，该工艺包括煤沥青与复配溶剂1进行一级萃取工艺，并得到高性能炭材料的原料，且该复配溶剂1是由氧杂环溶剂、单环芳香烃类溶剂及C5-C8脂肪烃类混合而成，且含氧杂环溶剂的质量百分含量为5%-20%，单环芳香烃类溶剂的质量百分含量为50%-90%，C5-C8脂肪烃类的质量百分含量为5%-30%。煤沥青经一级萃取工艺后得到的一级萃取渣层还可以与复配溶剂2进行再次萃取，得到添加剂沥青及可以用作气化添加料的二级萃取渣层。因此，本发明提供的技术方案比较简单稳定，易于工业化，而且原料分离的纯度较高，残渣循环再利用，煤沥青综合利用程度高。

Description

煤沥青精制炭材料原料的综合利用工艺

技术领域

本发明涉及一种煤沥青的综合利用工艺，尤其涉及一种煤沥青精制高性能炭材料原料的综合利用工艺。

背景技术

炭材料，如超高功率针状焦﹑炭纤维、泡沫炭﹑炭微球﹑粘结剂沥青、中间相沥青、浸渍剂沥青、炭/炭复合材料，广泛和高效地应用于军工、航空、航天、核能、电子、生物工程、冶金、机械、建筑、环境保护以及日常生活等各种领域。炭材料成为新型高性能材料的重要组成部分。

炭材料的制备通常分为三个步骤，即原料精制，高温碳化，后处理。其中原料预处理技术为炭材料制备的关键技术。炭材料的原料要求芳香度较高，杂原子含量较少，其优质的原料是由含有2-4环的芳香烃类化合物组成，在制备高性能炭材料时需要对其原料进行精制。煤沥青中含有约80%以上的2-4环的芳香烃类化合物，此外还有少部分五环及五环以上的芳香烃类。在炭材料的制备过程中，因此，如何从煤沥青中简单易行的得到2-4环的芳香烃类成为原料精制工艺的核心问题。

原料精制的方法比较多，其中溶剂法是工业化最成功的。美国的A240沥青是用二甲亚砜等溶剂对FCC（催化裂化）油浆萃取，得到精制沥青。日本用溶剂法萃取煤沥青得到精制沥青，用精制沥青制备针状焦、电极结剂沥青和炭纤维等高性能炭材料，并已经实现产业化。但，煤沥青中复杂的多环缩合芳烃在有机溶剂中易形成胶体体系，造成分离过程困难，萃取所得物质纯度较低，从而影响炭材料的性能。而且，煤沥青在与有机溶剂（例如甲苯等）混合的之前需要预加热。另外，现有的利用煤沥青制备高性能炭材料的原料的精制工艺中产生的副产品不能良好的回收利用，而且相当大一部分因为得不到回收利用而作为燃料焚烧掉，在污染环境的同时还浪费了大量的资源。

发明内容

由鉴于此，为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种煤沥青精制炭材料原料的综合利用工艺，该煤沥青精制炭材料原料的综合利用工艺在提高炭材料原料的纯度及炭材料性能的同时，还可以回收利用该精制工艺产生的副产品。

本发明提高的技术方案是以煤沥青为原料，采用复配溶剂进行萃取得到高性能炭材料的原料常温萃取精制综合利用工艺。具体地，本发明通过以下技术方案实现：

一种煤沥青精制炭材料原料的综合利用工艺，包括步骤：

（1）提供一复配溶剂1及一煤沥青，该复配溶剂1是由氧杂环溶剂、单环芳香烃类溶剂及C5-C8脂肪烃类溶剂混合而成，且在该复配溶剂1中，氧杂环溶剂的质量百分含量为1% - 20%，单环芳香烃类溶剂的质量百分含量为60% - 90%，C5-C8脂肪烃类溶剂的质量百分含量为5% - 30%；

（2）混合所述复配溶剂1和所述煤沥青并搅拌得到一级萃取悬浮液；

（3）从所述一级萃取悬浮液中分离出一级萃取渣层及一级萃取上清液；以及

（4）将所述一级萃取上清液进行蒸馏，蒸出该一级萃取上清液中的溶剂以回收并得到一作为高性能炭材料的原料的软沥青。

其中本文中的“C5-C8脂肪烃类溶剂”表示由5 – 8个碳原子组成的脂肪烃类液态溶剂。

基于上述，所述步骤（2）中，该复配溶剂1与该煤沥青的质量百分含量混合比例为复配溶剂1为50% - 80%，煤沥青为20% - 50%。如，该质量百分含量混合比例可以为：复配溶剂1为60%，煤沥青40%；复配溶剂1为70%，煤沥青30%；复配溶剂1为80%，煤沥青20%，等。需要说明的是，复配溶剂1与煤沥青的混合比例是依据煤沥青的组成而定的，确保煤沥青中的芳香环在该复配溶剂1中有较大的溶解度。

煤沥青可以为高温煤沥青、中温煤沥青或低温煤沥青，优选为中温煤沥青。

其中，在复配溶剂1中，所述氧杂环溶剂的质量百分含量具体可以为1%、5%、8%、10%、15%、20%等。所述单环芳香烃类溶剂的质量百分含量具体可以为60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%等。所述C5-C8脂肪烃类溶剂的质量百分含量具体可以为5%、10%、15%、20%、25%、30%等。

基于上述，所述步骤（2）包括将所述复配溶剂1和煤沥青密闭混合搅拌0.5小时-2小时，如，0.5小时、1小时、1.5小时、2小时。

基于上述，所述步骤（3）采用机械搅拌或超声波搅拌的方式实现。

基于上述，所述步骤（3）通过离心分离的方式或将所述一级萃取悬浮液静置沉降0.5小时-20小时的方式分离出所述一级萃取渣层和所述一级萃取上清液，如静置沉降1小时、2小时、5小时、10小时、15小时等。

基于上述，所述煤沥青精制炭材料原料的综合利用工艺进一步包括：

（5）提供一复配溶剂2，该复配溶剂2是由所述氧杂环溶剂、所述单环芳香烃类溶剂及所述C5-C8脂肪烃类溶剂混合而成，且在该复配溶剂2中，该氧杂环溶剂的质量百分含量为60% - 90%，该单环芳香烃类溶剂的质量百分含量为5% - 20%，该C5-C8脂肪烃类溶剂的质量百分含量为1% - 20%；

（6）混合所述一级萃取渣层与所述复配溶剂2并搅拌得到二级萃取悬浮液；

（7）从所述二级萃取悬浮液中分离出二级萃取渣层及二级萃取上清液；以及

（8）蒸馏所述二级上清液，蒸出该二级上清液中的溶剂以回收并得到一粘结剂沥青。

基于上述，所述步骤（6）中所述复配溶剂2与所述一级萃取渣层的质量百分含量混合比例为该复配溶剂2为60% - 80%，一级萃取渣层为20% - 40%。如，该质量百分含量混合比例可以为：复配溶剂2为60%，一级萃取渣层为40%；复配溶剂2为70%，一级萃取渣层30%；复配溶剂2为75%，一级萃取渣层25%，等。需要说明的是，复配溶剂2与一级萃取渣层的混合比例的选择与一级萃取渣层的组成有关，确保一级萃取渣层中的芳香环在该复配溶剂2中有较大的溶解度。

其中，在复配溶剂2中，所述氧杂环溶剂的质量百分含量具体可以为60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%等。所述单环芳香烃类溶剂的质量百分含量具体可以为5%、8%、10%、15%、20%等。所述C5-C8脂肪烃类溶剂的质量百分含量具体可以为1%、3%、5%、10%、15%、20%等。

在实际工业工艺过程中，为了实施方便，所述步骤（5）还可以在所述步骤（1）之后且所述步骤（2）之前实施。可以理解，本发明提供的技术方案中，所述步骤（5）中的复配溶剂2只要在所述步骤（6）之前提供即可，不用限定于上述列出的顺序。

基于上述，所述步骤（1）与步骤（5）中氧杂环类溶剂为四氢呋喃、糠醛或其混合物，所述单环芳香烃类为苯、甲苯、二甲苯或其任意混合物，所述C5-C8脂肪烃类溶剂为正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷、异戊烷、异己烷、异庚烷、异辛烷或其任意混合物。

基于上述，所述步骤（6）包括将所述复配溶剂2和一级萃取渣层密闭混合搅拌0.5小时-5小时，如，0.5小时、1小时、1.5小时、2小时、3小时、4小时、5小时。

基于上述，所述步骤（6）采用机械搅拌或超声波搅拌的方式实现。

其中，所述步骤（7）通过离心分离的方式或将所述二级萃取悬浮液静置沉降0.5小时-20小时的方式分离出所述二级萃取渣层和所述二级萃取上清液，如静置沉降1小时、2小时、5小时、10小时、15小时等。

基于上述，所述步骤（2）或步骤（6）是在常温下进行的。本发明的室温的为温度范围大约为-10℃ - 30℃，优选为15℃ - 25℃。

本发明相对现有技术具有以下优点：

本发明提供的炭材料的原料精制工艺使用的复配溶剂1中的组分及其组成比例的选择使得该复配溶剂1与煤沥青中的芳香环有比较大的溶解度，有利于破坏煤沥青中的芳香环本身的胶体状态及与该复配溶剂1形成胶体；尤其是氧杂环类溶剂中的氧基官能团的极性和复配溶剂1的溶解性比较强，因此，氧杂环类溶剂易于溶解煤沥青中的极性组分，脂肪族烃类能破坏胶束的形成，从而进一步破坏煤沥青中的芳香环本身的胶体状态及与复配溶剂1形成的胶体状态，提高煤沥青的利用率，得到纯度大于等于99%的含2-4环芳香烃类的软沥青，适合制备高性能炭材料。另外，煤沥青采用该复配溶剂1萃取工艺简单稳定且可以连续化工业生产。此外，蒸馏出的一级萃取上清液中的溶剂可以回收再利用，实现循环再利用。

进一步，复配溶剂1与煤沥青在混合过程中，其质量百分含量混合比例为复配溶剂1为50% - 80%，煤沥青为20% - 50%可以促进煤沥青溶剂在复配溶剂1中，而且使其具有比较大的溶解度，从而更进一步破坏煤沥青的胶体状态。

更进一步，复配溶剂2的组分及其组成比例可以保证一级萃取渣层中的芳香环与复配溶剂2具有较大的溶解度，破坏一级萃取渣层中的芳香环的胶体状态，提高一级萃取渣层的利用率，从而提高煤沥青的利用率。该一级萃取渣层与复配溶剂2进行二次萃取可以得到粘结剂沥青以及二级萃取渣层，且该二级萃取渣层可以用作气化添加剂，同时二次萃取上清液中的溶剂在蒸馏分离出来之后仍可以回收利用。因此，煤沥青在二次萃取的过程中得到的副产品都可以利用，实现废渣的循环再利用，提高煤沥青的综合利用率，减少能源浪费。

更进一步，复配溶剂2与一级萃取渣层在混合过程中，其质量百分含量混合比例为复配溶剂2为50% - 80%，一级萃取渣层为20% - 50%可以保证一级萃取渣层与复配溶剂2具有比较大的溶解度，从而破坏一级萃取渣层中的芳香环的胶体状态。

更进一步，本发明提供的煤沥青精制炭材料原料的综合利用工艺为煤沥青的萃取工艺，整个萃取工艺均是在室温下进行的，不需对煤沥青及一级萃取渣层进行预加热，从而使得该煤沥青精制炭材料原料的综合利用工艺的能耗少，成本比较低。

附图说明

图1是本发明实施例提供的煤沥青精制炭材料原料的综合利用工艺流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述，且以下各实施例是采用图1所示的煤沥青精制炭材料原料的综合利用工艺流程实现的。

实施例1

正己烷、四氢呋喃和苯分别按5%，5%，90%（质量百分含量，下同）进行混合，得到复配溶剂1；正庚烷，四氢呋喃和甲苯分别按5%，90%，5%比例进行混合得到复配溶剂2。复配溶剂1按40Kg/h速度打入搅拌罐内，然后开动搅拌，加入粉碎后的中温煤沥青，其比例为溶剂70%，煤沥青30%。密闭搅拌混合2小时（h），静置沉降20h，沉降分层，抽出一级上清液，蒸馏出该上清液中的溶剂并回收再利用，得到纯度为99.3%的含2-4环的软沥青，且其软化点为58℃，该软沥青可以作为优质炭材料的原料。将将上述一级萃取得到的渣层和复配溶剂2号溶剂混合进行二级萃取，其比例为渣层30%，溶剂70%，密闭搅拌混合3h，沉降分层，分离出二级上清液，并蒸馏出该上清液中的溶剂并回收再利用，得到软化点为125℃的沥青，可以作为粘结剂沥青。最后得到的渣层作为气化添加料使用。

实施例2

先将正庚烷、糠醛和甲苯分别按10%，10%，80%进行混合，得到复配溶剂1，正庚烷，四氢呋喃和甲苯分别按10%，80%，10%比例进行混合得到复配溶剂2，把复配溶剂1按50Kg/h速度打入搅拌罐内，开动搅拌加入粉碎后的煤沥青，其比例为溶剂60%，煤沥青40%。密闭搅拌混合1.5h，静置沉降15h，沉降分层，抽出一级上清液，蒸馏出该上清液中的溶剂并回收再利用，得到纯度为99.0%的含2-4环的软沥青，且其软化点为58℃，该软沥青可以作为优质炭材料的原料。将经上述萃取后得到的渣层和复配溶剂2号溶剂混合，其比例为渣层40%，溶剂60%，超声波搅拌混合2h。静置沉降20h，沉降分层，分离出二级上清液，并蒸馏出该上清液中的溶剂并回收再利用，得到软化点为125℃的沥青，可以作为粘结剂沥青。最后得到的渣层作为气化添加料使用。

实施例3

将正辛烷、四氢呋喃和二甲苯分别按20%，10%，70%进行混合，得到复配溶剂1，正庚烷、四氢呋喃和甲苯分别按15%，70%，15%进行混合得到复配溶剂2，把复配溶剂1按35Kg/h速度打入搅拌罐内，开动搅拌加入粉碎后的中温煤沥青，其比例为溶剂80%，煤沥青20%。密闭搅拌混合1h，静置沉降10h，固液分层，抽出一级上清液，蒸馏出上该清液中的溶剂并回收再利用，得到纯度为99.1%的含2-4环的软沥青，且其软化点为55℃，该软沥青可以作为优质炭材料的原料。将经上述一级萃取得到的渣层和复配溶剂2号溶剂混合，其比例为渣层35%，溶剂65%。密闭搅拌混合1h，静置沉降5h，固液分层，抽取出二级上清液，蒸馏出该二级上清液中的溶剂并回收再利用，得到软化点为126℃的沥青，可以作为粘结剂沥青。最后得到的渣层作为气化添加料使用。

实施例4

正己烷、糠醛和二甲苯分别按30%，10%，60%进行混合，得到复配溶剂1，正庚烷，糠醛和甲苯分别按20%，60%，20%进行混合得到复配溶剂2，把复配溶剂1按40Kg/h速度打入搅拌罐内，开动搅拌加入粉碎后的中温煤沥青，其比例为溶剂75%，煤沥青25%。密闭搅拌混合1h，静置沉降2h，固液分层，抽出一级上清液，蒸馏出该一级上清液中的溶剂并回收再利用，得到纯度为99.4%的含2-4环的软沥青，且其软化点为58℃，该软沥青可以作为优质炭材料的原料。将经上述一级萃取得到的渣层和复配溶剂2号溶剂混合，其比例为渣层40%，溶剂60%，所有过程同上。超声搅拌混合5h，静置沉降10h，固液分层，抽出二级上清液，蒸馏出该上清液中的溶剂并回收，得到软化点为125℃的沥青，可以作为粘结剂沥青。最后得到的渣层作为气化添加料使用。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种煤沥青精制炭材料原料的综合利用工艺，包括步骤：

（1）提供一复配溶剂1及一煤沥青，该复配溶剂1是由氧杂环溶剂、单环芳香烃类溶剂及C5-C8脂肪烃类溶剂混合而成，且在该复配溶剂1中，氧杂环溶剂的质量百分含量为1% - 20%，单环芳香烃类溶剂的质量百分含量为60% - 90%，C5-C8脂肪烃类溶剂的质量百分含量为5% - 30%；

（2）混合所述复配溶剂1和所述煤沥青并搅拌得到一级萃取悬浮液；

（3）从所述一级萃取悬浮液中分离出一级萃取渣层及一级萃取上清液；以及

（4）将所述一级萃取上清液进行蒸馏，蒸出该一级萃取上清液中的溶剂以回收并得到一作为高性能炭材料的原料的软沥青。

2.根据权利要求1所述的煤沥青精制炭材料原料的综合利用工艺，其特征在于，所述步骤（2）中，该复配溶剂1与该煤沥青的质量百分含量混合比例为复配溶剂1为50% - 80%，煤沥青为20% - 50%。

3.根据权利要求1所述的煤沥青精制炭材料原料的综合利用工艺，其特征在于，所述步骤（2）包括将所述复配溶剂1和煤沥青密闭混合搅拌0.5小时-2小时。

4.根据权利要求1所述的煤沥青精制炭材料原料的综合利用工艺，其特征在于，所述步骤（2）采用机械搅拌或超声波搅拌的方式实现。

5.根据权利要求1所述的煤沥青精制炭材料原料的综合利用工艺，其特征在于，所述步骤（3）通过离心分离的方式或将所述一级萃取悬浮液静置沉降0.5小时-20小时的方式分离出所述一级萃取渣层和所述一级萃取上清液。

6.根据权利要求1所述的煤沥青精制炭材料原料的综合利用工艺，其特征在于，进一步包括：

（5）提供一复配溶剂2，该复配溶剂2是由所述氧杂环溶剂、所述单环芳香烃类溶剂及所述C5-C8脂肪烃类溶剂混合而成，且在该复配溶剂2中，该氧杂环溶剂的质量百分含量为60% - 90%，该单环芳香烃类溶剂的质量百分含量为5% -20%，该C5-C8脂肪烃类溶剂的质量百分含量为1% - 20%；

（6）混合所述一级萃取渣层与所述复配溶剂2并搅拌得到二级萃取悬浮液；

（7）从所述二级萃取悬浮液中分离出二级萃取渣层及二级萃取上清液；以及

（8）蒸馏所述二级上清液，蒸出该二级上清液中的溶剂以回收并得到一粘结剂沥青。

7.根据权利要求6所述的煤沥青精制炭材料原料的综合利用工艺，其特征在于，所述步骤（6）中所述复配溶剂2与所述一级萃取渣层的质量百分含量混合比例为该复配溶剂2为60% - 80%，一级萃取渣层为20% - 40%。

8.根据权利要求1或6所述的煤沥青精制炭材料原料的综合利用工艺，其特征在于，所述氧杂环类溶剂为四氢呋喃、糠醛或其混合物，所述单环芳香烃类为苯、甲苯、二甲苯或其任意混合物，所述C5-C8脂肪烃类溶剂为正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷、异戊烷、异己烷、异庚烷、异辛烷或其任意混合物。

9.根据权利要求1或6所述的煤沥青精制炭材料原料的综合利用工艺，其特征在于，所述步骤（2）或步骤（6）是在常温下进行的。

10.根据权利要求6所述的煤沥青精制炭材料原料的综合利用工艺，其特征在于，所述步骤（6）包括将所述复配溶剂2和一级萃取渣层密闭混合搅拌0.5小时-5小时，离心过滤或静置沉降0.5小时-20小时。