CN104650938B - 针状焦、中间相炭微球、优质沥青的联产工艺方法 - Google Patents

针状焦、中间相炭微球、优质沥青的联产工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种针状焦、中间相炭微球、优质沥青的联产工艺方法，利用原料沥青预处理产生的重相沥青与原料沥青混配生产中间相炭微球，生产中间相炭微球的副产沥青与原料沥青预处理得到的精制沥青混合作为针状焦原料，包括原料沥青预处理、聚合反应、聚合产物分离和干燥、副产沥青加工、焦化及煅烧工艺。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1)煤焦油沥青加工程度高、成本低、品种多且产品附加值高，实现经济效益最大化；2)生产全过程无废弃物排放，实现环境效益最优化；3)工艺灵活，操作简单，实现针状焦、中间相炭微球及优质沥青生产工艺的高效组合；4)产品指标灵活可调，可及时适应市场变化，提高企业抵御市场风险能力。

Description

针状焦、中间相炭微球、优质沥青的联产工艺方法
技术领域
本发明涉及煤焦油沥青深加工技术领域，尤其涉及一种针状焦、中间相炭微球、优质沥青的联产工艺方法。
背景技术
煤沥青是煤焦油加工过程分离出来的大宗产品，约占煤焦油的50％～60％，其加工利用水平对整个煤焦油加工来说至关重要。煤沥青经加工后可以得到不同用途的产品，如炭材料生产所用的粘结剂和浸渍剂、针状焦、中间相炭微球、炭纤维、防腐材料、燃料等，这些产品在冶金、炭素、化工、建材等领域发挥着不可忽视的作用。但是，随着煤化工的发展，不断增加的煤沥青产量使其在加工、利用中存在的问题日益凸显出来。我国煤沥青加工中的问题主要是加工深度不够、产品种类单一、抵御市场风险能力差等。
目前煤系针状焦生产主要是采取溶剂萃取分离、离心分离等方法对原料进行净化，将原料煤沥青中的喹啉不溶物(QI)分离，得到QI含量很低的精制沥青和富含QI的副产沥青，精制沥青再经焦化和煅烧得到针状焦，而富含QI的副产沥青没有得到合理、有效地利用，而是作为附加值极低的、低品质粘结剂沥青廉价外售，甚至造成副产品积压。另外，以煤沥青为原料生产中间相炭微球的企业，其中间相炭微球的收率一般为20％～50％，其余大部分为副产沥青，其副产沥青主要特点是QI含量很低，具有极好的应用价值，但目前没有得到有效、合理加工利用。
总之，目前煤沥青加工深度不够、产品单一是相关企业利润率不高的主要因素之一，也是其抵御市场风险能力差的因素之一。
发明内容
本发明克服现有技术的不足，提供了一种针状焦、中间相炭微球、优质沥青的联产工艺方法，使煤焦油沥青得到充分完全利用，并可得到高附加值的优质针状焦产品、中间相炭微球、优质沥青及副产油品，无废弃物排放，可明显降低企业生产成本，提高企业利润。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
针状焦、中间相炭微球、优质沥青的联产工艺方法，利用原料沥青预处理产生的重相沥青与原料沥青混配生产中间相炭微球，生产中间相炭微球的副产沥青与原料沥青预处理得到的精制沥青混合作为针状焦原料，包括原料沥青预处理、聚合反应、聚合产物分离和干燥、副产沥青加工、焦化及煅烧工艺，具体工艺过程如下：
1)原料沥青预处理：原料沥青与溶剂Ⅰ按1:(0.5～5)的质量比例混合，注入分离装置，在80～200℃温度下进行分离，得到轻相油和重相油，轻相油及重相油分别经蒸馏装置常压蒸馏或闪蒸得到回收溶剂Ⅰ，同时分别得到精制沥青和重相沥青；
2)聚合反应：步骤1)得到的重相沥青与原料沥青按任意质量比混合后注入聚合反应器，升温至350～500℃，恒温0～20小时，以氮气、氩气或反应体系自身产生的气体为保护气，通过聚合反应得到含有中间相炭微球的聚合产物；
3)聚合产物的分离和干燥：含有中间相炭微球的聚合产物加入溶剂Ⅱ溶解，按1:(0.3～5)的质量比混合均匀后进行固液分离，得到固、液两相物料，所得液相物料经常压蒸馏或闪蒸得到回收溶剂Ⅱ，蒸馏剩余物为副产沥青；固相物料在50～350℃温度、真空度为0.01～1000Pa的条件下干燥后，得到回收溶剂Ⅱ和中间相炭微球产品；
4)副产沥青加工：步骤3)产生的副产沥青经改质处理生产优质沥青和副产油品，或者与步骤1)产生的精制沥青按任意质量比例混和作为针状焦原料；
5)焦化及煅烧：步骤4)针状焦原料，在480～600℃温度下经焦化生产得到生焦，生焦在1200～1600℃温度下煅烧后得到针状焦产品，焦化过程产生的焦化油品一部分作循环油使用，一部分作为副产油品外售。
所述原料沥青是软化点为20～150℃、喹啉不溶物含量为0～20％的煤沥青。
所述精制沥青软化点为20～45℃，喹啉不溶物含量为0～0.2％，重相沥青软化点为70～100℃，喹啉不溶物含量为5～30％。
所述副产沥青软化点为20～100℃，喹啉不溶物含量为0～0.5％。
所述中间相炭微球产品粒径为0.1～150μm可调。
所述针状焦原料喹啉不溶物含量为0～0.2％。
所述优质沥青可用作浸渍剂沥青、炭纤维生产用可纺沥青、粘结剂沥青或耐火材料结合剂。
所述副产油品可用作优质炭黑油或燃料油。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)煤焦油沥青加工程度高、成本低、品种多且产品附加值高，实现煤焦油沥青加工经济效益最大化；
2)生产全过程无废弃物排放，实现环境效益最优化；
3)工艺组合灵活可调，操作简单，系统运行安全、稳定、可靠，实现针状焦、中间相炭微球及优质沥青生产工艺的高效组合；
4)针状焦及中间相炭微球产品指标灵活可调，可及时适应市场变化，降低企业的市场风险，提高企业抵御市场风险能力。
附图说明
图1是本发明的工艺路线图。
图中：1.原料储罐 2.分离装置 3.蒸馏装置Ⅰ 4.蒸馏装置Ⅱ 5.混合装置 6.焦化装置 7.煅烧装置 8.聚合反应器 9.分离装置Ⅱ 10.干燥装置 11.蒸馏装置Ⅲ12.改质釜A.原料沥青 B.溶剂Ⅰ C.轻相油 D.重相油 E.回收溶剂Ⅰ F.精制沥青G.针状焦原料 H.生焦 I.针状焦产品 J.焦化油品 K.重相沥青 L.聚合产物 M.溶剂Ⅱ N.液相物料 O.固相物料 P.回收溶剂Ⅱ Q.中间相炭微球 R.副产沥青 S.副产油品 T.优质沥青
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
见图1，是本发明工艺路线图，本发明针状焦、中间相炭微球、优质沥青的联产工艺方法，利用原料沥青A预处理产生的重相沥青K与原料沥青A混配生产中间相炭微球Q，生产中间相炭微球Q的副产沥青R与原料沥青A预处理得到的精制沥青F混合作为针状焦原料G，包括原料沥青预处理、聚合反应、聚合产物分离和干燥、副产沥青加工、焦化及煅烧工艺，具体工艺过程如下：
1)原料沥青预处理：原料沥青A与溶剂ⅠB按1:(0.5～5)的质量比例混合，注入分离装置2，在80～200℃温度下进行分离，得到轻相油C和重相油D，轻相油C及重相油D分别经蒸馏装置Ⅰ3和蒸馏装置Ⅱ4常压蒸馏或闪蒸得到回收溶剂ⅠE，同时分别得到精制沥青F和重相沥青K；
所述原料沥青A存储在原料储罐1中，是软化点为20～150℃、喹啉不溶物含量为0～20％的煤沥青。所述精制沥青F软化点为20～45℃，喹啉不溶物含量为0～0.2％，重相沥青K软化点为70～100℃，喹啉不溶物含量为5～30％。
上述溶剂ⅠB可以是洗油、一蒽油、二蒽油、焦化重油、焦化轻油、萘油、煤油、石油醚、汽油、柴油、润滑油或石蜡油中的任意一种或两种或两种以上混合。
上述分离过程在分离装置2中进行，分离方法采用沉降分离法、溶剂过滤分离法或离心法。沉降分离法是将原料沥青A与溶剂ⅠB混合均匀后的物料在沉降罐或沉降池中进行沉降分离，分别得到轻相油C和重相油D。溶剂过滤分离法是将原料沥青A与溶剂ⅠB混合均匀后的物料利用过滤法分离得到轻相油和重相油。离心法是将原料沥青A与溶剂ⅠB混合均匀后的物料利用离心机进行分离，得到轻相油C和重相油D。
2)聚合反应：步骤1)得到的重相沥青K与原料沥青A按任意质量比混合后注入聚合反应器8，升温至350～500℃，恒温0～20小时，以氮气、氩气或反应体系自身产生的气体为保护气，通过聚合反应得到含有中间相炭微球的聚合产物L；
所述重相沥青K与原料沥青A混合质量比任意可调，包含重相沥青K与原料沥青A质量比为0:1或1:0的情况，即包含单独使用重相沥青K或单独使用原料沥青A的情况。
3)聚合产物L的分离和干燥：含有中间相炭微球的聚合产物L加入溶剂ⅡM溶解，按1:(0.3～5)的质量比混合均匀后进行固液分离，得到固、液两相物料，所得液相物料N经常压蒸馏或闪蒸得到回收溶剂ⅡP，蒸馏剩余物为副产沥青R；固相物料O在50～350℃温度、真空度为0.01～1000Pa的条件下干燥后，得到回收溶剂ⅡP和中间相炭微球产品Q；
固液分离在分离装置Ⅱ9中进行，采用沉降分离法、溶剂过滤分离法或离心法，将加入溶剂ⅡM溶解、混合均匀后的物料进行固液分离。其中沉降分离法是将加入溶剂ⅡM溶解、混合均匀后的物料在沉降罐或沉降池中进行沉降分离，得到固、液两相物料。溶剂过滤分离法是将加入溶剂ⅡM溶解、混合均匀后的物料利用过滤法分离得到固、液两相物料。离心法将加入溶剂ⅡM溶解、混合均匀后的物料利用离心机进行固液分离，得到固、液两相物料。
固相物料O的干燥在干燥装置10中进行，液相物料N的蒸馏在蒸馏装置Ⅲ11中进行。
聚合产物L所加溶剂ⅡM为洗油、一蒽油、二蒽油、焦化重油、焦化轻油、萘油、粗苯、甲苯、二甲苯、喹啉、吡啶、四氢呋喃、煤油、石油醚、汽油、柴油、润滑油或石蜡油中的任意一种或两种或两种以上混合。
所述副产沥青R软化点为20～100℃，喹啉不溶物含量为0～0.5％。所述中间相炭微球Q产品粒径为0.1～150μm可调。
4)副产沥青R加工：步骤3)产生的副产沥青R经改质处理生产优质沥青T和副产油品S，或者与步骤1)产生的精制沥青F按任意质量比例混和作为针状焦原料。
所述副产沥青R与精制沥青F混合质量比例任意可调，包含副产沥青R与精制沥青F质量比为0:1或1:0的情况，即包含单独使用副产沥青R或单独使用精制沥青F作为针状焦原料的情况。
所述优质沥青T可用作浸渍剂沥青、炭纤维生产用可纺沥青、粘结剂沥青、耐火材料结合剂等；所述副产油品S可用作优质炭黑油、燃料油；所述针状焦原料喹啉不溶物含量为0～0.2％。
上述副产沥青R改质在改质釜12中进行，可以是热聚合、闪蒸、汽提等工艺方法之一或其中两种或两种以上工艺方法的任意组合。
5)焦化及煅烧：步骤4)针状焦原料G在480～600℃温度下经焦化生产得到生焦H，生焦H在1200～1600℃温度下煅烧后得到针状焦产品I，焦化过程产生的焦化油品J一部分作循环油使用，一部分作为副产油品外售。
上述焦化过程在焦化装置中进行，可采用延迟焦化方式、间歇焦化方式。延迟焦化主要是连续进料，进料结束时即达到焦化反应终点，而间歇焦化主要是指间歇进料，进料结束后再进行升温进行焦化的方式。
煅烧过程在煅烧装置7中进行，可采用回转窑煅烧、罐式炉煅烧方式。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
【实施例一】
采用本发明针状焦、中间相炭微球、优质沥青的联产工艺方法生产，并记录8个批次的主要指标：
表1各批次原料沥青指标
表2原料沥青预处理工艺参数
表3聚合反应参数
表4聚合反应产物的分离和干燥工艺参数
表5副产沥青改质处理方式及优质沥青指标
表6焦化及煅烧工艺参数
表7针状焦产品性能指标
批号 真密度/g·cm-1 灰分/％ 石墨化CTE/(10-6·℃-1)
1 2.11 0.21 1.3
2 2.14 0.16 1.2
3 2.13 0.23 1.15
4 2.12 0.31 1.25
5 2.13 0.19 1.3
6 2.13 0.26 1.41
7 2.12 0.22 1.27
8 2.14 0.17 1.12
表8中间相炭微球性能指标
批号 平均粒径/μm 灰分/％ 挥发分％
1 28 0.25 15.12
2 9 0.32 18.24
3 32 0.21 16.21
4 15 0.24 17.25
5 18 0.14 15.42
6 22 0.34 20.45
7 8 0.44 19.47
8 10 0.14 16.41

Claims (7)

1.针状焦、中间相炭微球、优质沥青的联产工艺方法，其特征在于，利用原料沥青预处理产生的重相沥青与原料沥青混配生产中间相炭微球，生产中间相炭微球的副产沥青与原料沥青预处理得到的精制沥青混合作为针状焦原料，包括原料沥青预处理、聚合反应、聚合产物分离和干燥、副产沥青加工、焦化及煅烧工艺，具体工艺过程如下：
1)原料沥青预处理：采用软化点为20～150℃、喹啉不溶物含量为0～20％的煤沥青作为原料沥青；原料沥青与溶剂Ⅰ按1:(0.5～5)的质量比例混合，注入分离装置，在80～200℃温度下进行分离，得到轻相油和重相油，轻相油及重相油分别经蒸馏装置常压蒸馏或闪蒸得到回收溶剂Ⅰ，同时分别得到精制沥青和重相沥青；
2)聚合反应：步骤1)得到的重相沥青与原料沥青按任意质量比混合后注入聚合反应器，升温至350～500℃，恒温0～20小时，以氮气、氩气或反应体系自身产生的气体为保护气，通过聚合反应得到含有中间相炭微球的聚合产物；
3)聚合产物的分离和干燥：含有中间相炭微球的聚合产物加入溶剂Ⅱ溶解，按1:(0.3～5)的质量比混合均匀后进行固液分离，得到固、液两相物料，所得液相物料经常压蒸馏或闪蒸得到回收溶剂Ⅱ，蒸馏剩余物为副产沥青；固相物料在50～350℃温度、真空度为0.01～1000Pa的条件下干燥后，得到回收溶剂Ⅱ和中间相炭微球产品；
4)副产沥青加工：步骤3)产生的副产沥青经改质处理生产优质沥青和副产油品，或者与步骤1)产生的精制沥青按任意质量比例混和作为针状焦原料；
5)焦化及煅烧：步骤4)针状焦原料，在480～600℃温度下经焦化生产得到生焦，生焦在1200～1600℃温度下煅烧后得到针状焦产品，焦化过程产生的焦化油品一部分作循环油使用，一部分作为副产油品外售。
2.根据权利要求1所述的针状焦、中间相炭微球、优质沥青的联产工艺方法，其特征在于，所述精制沥青软化点为20～45℃，喹啉不溶物含量为0～0.2％，重相沥青软化点为70～100℃，喹啉不溶物含量为5～30％。
3.根据权利要求1所述的针状焦、中间相炭微球、优质沥青的联产工艺方法，其特征在于，所述副产沥青软化点为20～100℃，喹啉不溶物含量为0～0.5％。
4.根据权利要求1所述的针状焦、中间相炭微球、优质沥青的联产工艺方法，其特征在于，所述中间相炭微球产品粒径为0.1～150μm可调。
5.根据权利要求1所述的针状焦、中间相炭微球、优质沥青的联产工艺方法，其特征在于，所述针状焦原料喹啉不溶物含量为0～0.2％。
6.根据权利要求1所述的针状焦、中间相炭微球、优质沥青的联产工艺方法，其特征在于，所述优质沥青可用作浸渍剂沥青、炭纤维生产用可纺沥青、粘结剂沥青或耐火材料结合剂。
7.根据权利要求1所述的针状焦、中间相炭微球、优质沥青的联产工艺方法，其特征在于，所述副产油品可用作优质炭黑油或燃料油。
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