CN105372280B - 一种确定针状焦制备过程液相聚合反应时间的方法 - Google Patents

Abstract

一种确定针状焦制备过程液相聚合反应时间的方法是将经过预处理的原料放入一直径40mm‑60mm，高为120mm‑200mm的反应器中，将反应器密闭，充氮气，并通过定压阀将反应器内部压力保持在0.2‑2MPa；加热反应器，并以控温仪控制反应器加热套温度为450℃‑550℃，在该温度下，测定反应器内反应物料的温度曲线，自动记录于电脑软件中；观察反应器内反应物料的温度变化，当物料温度开始升高时，即为液相聚合反应时间。发明具有准确性高的优点。

Description

一种确定针状焦制备过程液相聚合反应时间的方法

技术领域

本发明属于炼焦化工技术，具体涉及一种针状焦制备过程中确定液相聚合反应时间的方法。

背景技术

针状焦是二十世纪七十年代炭素材料中大力发展的一个优质炭种，它具有明显的针状结构、纤维纹理、低热膨胀系数、低孔隙度、低硫、低灰份、低金属含量、高导电率及易石墨化等一系列优点，是生产超高功率电极、特种碳素材料及其复合材料等高端炭素制品的原料。在冶金工业中，用于生产电炉炼钢用高功率、超高功率石墨电极，可提高冶炼效率和钢产量，降低电耗和原材料消耗；在原子反应堆中用作高能中子减速材料，也用于火箭技术中。我国每年都进口大量的针状焦，且随着国内电炉炼钢工业的发展和电极生产技术的进步，针状焦需求量逐年增加。由煤沥青开发煤系针状焦可以有效补充我国的需要，但其开发难度极大，现在世界上只有美国和日本等少数国家能生产，国内对此技术也研究开发了多年，并有部分厂家进行了生产，但大都工艺技术不够先进，生成的产品质量不稳定，不能满足国内的需求。

针状焦的制备过程主要包括原料的预处理和延迟焦化两步工艺，延迟焦化工艺则包括温度、压力、循环比和成焦时间等工艺条件，特别是成焦时间的确定，对优化针状焦的性能参数具有重要影响。成焦时间短，则中间相沥青发育不完全，气流拉焦过程中无法得到高取向度的产品。成焦时间长，则中间相沥青发生固化，无法进行气流拉焦操作。所以如何确定合适的拉焦时间成为针状焦制备过程中必须考虑的一个问题。

申请人太原理工大学的发明专利，申请号200910074122.4，其发明涉及一种检测针状焦中间相形成的方法，先通过在线检测制备针状焦的液相炭化过程中压力变化的数值，其次根据气体状态方程将压力值换算为反应产生气体的体积或质量，最后根据气体产生速率与时间的关系曲线，确定中间相的形成。这种方法无法直接通过压力仪表判断针状焦的液相炭化过程，需要大量的取点计算，并且在专利所述的液相碳化过程中，反应器处于密闭状态，而实际的针状焦制备工艺在液相炭化阶段采用恒压操作，这样会导致实验结果与实际值之间存在一定的偏差。

发明内容：

本发明的目的是提供一种准确性高的确定针状焦制备过程液相聚合反应时间的方法。

针状焦的制备过程属于自由基热聚合反应，具有慢引发、快增长的特点，反应后期，物料粘度急剧增大，如果不能合理控制反应进程，就得不到针状焦。本发明是将一定量的反应物料装入反应器中并保持一定压力，将反应器加热套的温度升到一定值并保持不变，物料的反应过程包含热解过程和热聚合过程，且物料的温度主要由两个因素决定。一个是反应器加热套传给物料的热量，会导致物料温度升高；另一个是物料在热解反应过程中产生的裂解气，裂解气从反应器中溢出，会带走热量，导致物料温度降低。反应开始时，由于自由基热聚合反应的引发较慢，物料温度会升的比较高，随着温度的提高，反应速率加快，反应过程中产生的气体溢出增多，带走大量的热量，导致物料温度降低。随着温度的降低，反应速率又会降低，最后达到平衡，物料温度保持稳定。反应后期，物料粘度明显增大，反应减缓，气体溢出物减少，物料温度开始升高。这时就可以终止液相聚合反应，进行减压拉焦。本发明在于通过检测液相聚合反应过程中的物料的温度曲线，根据温度曲线的变化确定液相聚合反应的状态，最终确定液相聚合反应的终止时间。

本发明采用的技术方案包括如下步骤：：

(1)将经过预处理的原料放入一直径40mm-60mm，高为120mm-200mm的反应器中，将反应器密闭，充氮气，并通过定压阀将反应器内部压力保持在0.2-2MPa；

(2)加热反应器，并以控温仪控制反应器加热套温度为450℃-550℃，在该温度下，测定反应器内反应物料的温度曲线，自动记录于电脑软件中；

(3)观察反应器内反应物料的温度变化，当物料温度开始升高时，即为液相聚合反应时间。

为了完成本发明的目的，设计了一种反应器，它包括壳体1，封头2，其特征在于壳体1外壁有加热套3，加热套3上有与壳体1垂直的加热套测温口4，封头2顶端有氮气入口5、定压阀6和反应器测温口7。

如上所述的壳体1的内直径40mm-60mm，高为120mm-200mm。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、可以通过测定液相聚合反应过程中反应物料的温度，直接判断针状焦制备过程的液相聚合反应时间；

2、采用本发明得到的液相聚合反应时间与原料性质及反应条件直接相关，可用于指导针状焦的生产。

附图说明

图1是在本发明中所使用的反应器示意图。

图2是实施例1煤焦油软沥青制备针状焦过程中的温度变化曲线。

图3是实施例2催化裂化澄清油制备针状焦过程中的温度变化曲线。

图4是实施例3减压渣油制备针状焦过程中的温度变化曲线。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细描述本发明提出的一种确定针状焦制备过程液相聚合反应时间的方法，本专业的普通技术人员在阅读了本发明的具体实施方式后，能够理解和再现本发明是显而易见的。

实施例1

一种反应器，它包括壳体1，封头2，其特征在于壳体1外壁有加热套3，加热套3上有与壳体1垂直的加热套测温口4，封头2顶端有氮气入口5、定压阀6和反应器测温口7。直径50mm，高为150mm。

将经过预处理的煤焦油软沥青放入一直径50mm，高为150mm的反应器中。将反应器密闭，充氮气，并通过定压阀将内部压力保持在0.5MPa。加热反应器，并以控温仪控制加热套温度为510℃。在该温度下，测定反应器内反应原料的温度曲线，自动记录于电脑软件中，如图1所示。由图可知，反应开始时，物料温度不断升高，随着温度的升高，反应加剧，气体溢出物增多，带走大量热量，导致体系温度降低，最后达到平衡温度。当反应进行到1315min时，体系粘度急剧增加，反应减缓，气体溢出物减少，带走热量减少，体系温度开始升高，此时即为液相聚合反应时间。

实施例2

将经过预处理的催化裂化澄清油放入一直径40mm，高为120mm的反应器中。将反应器密闭，充氮气，并通过定压阀将内部压力保持在1MPa。加热反应器，并以控温仪控制加热套温度为490℃。在该温度下，测定反应器内反应原料的温度曲线，自动记录于电脑软件中，如图2所示。由图可知，反应开始时，物料温度不断升高，随着温度的升高，反应加剧，气体溢出物增多，带走大量热量，导致体系温度降低，最后达到平衡温度。当反应进行到1251min时，体系粘度急剧增加，反应减缓，气体溢出物减少，带走热量减少，体系温度开始升高，此时即为液相聚合反应时间。

实施例3

将经过预处理的减压渣油放入一直径60mm，高为200mm的反应器中。将反应器密闭，充氮气，并通过定压阀将内部压力保持在2MPa。加热反应器，并以控温仪控制加热套温度为520℃。在该温度下，测定反应器内反应原料的温度曲线，自动记录于电脑软件中，如图3所示。由图可知，反应开始时，物料温度不断升高，随着温度的升高，反应加剧，气体溢出物增多，带走大量热量，导致体系温度降低，最后达到平衡温度。当反应进行到990min时，体系粘度急剧增加，反应减缓，气体溢出物减少，带走热量减少，体系温度开始升高，此时即为液相聚合反应时间。

Claims (3)

1.一种确定针状焦制备过程液相聚合反应时间的方法，其特征在于包含如下步骤：

(1)将经过预处理的原料放入一直径40mm-60mm，高为120mm-200mm的反应器中，将反应器密闭，充氮气，并通过定压阀将反应器内部压力保持在0.2-2MPa；

(2)加热反应器，并以控温仪控制反应器加热套温度为450℃-550℃，在该温度下，测定反应器内反应物料的温度曲线，自动记录于电脑软件中；

(3)观察反应器内反应物料的温度变化，反应开始时，物料温度不断升高，随着温度的升高，反应加剧，气体溢出物增多，带走大量热量，导致体系温度降低，最后达到平衡温度，当体系粘度急剧增加，反应减缓，气体溢出物减少，带走热量减少，体系温度开始升高，此时即为液相聚合反应时间。

2.如权利要求1所述的一种确定针状焦制备过程液相聚合反应时间的方法，其特征在于所述的反应器，它包括壳体(1)，封头(2)，壳体(1)外壁有加热套(3)，加热套(3)上有与壳体(1)垂直的加热套测温口(4)，封头(2)顶端有氮气入口(5)、定压阀(6)和反应器测温口(7)。

3.如权利要求2所述的一种确定针状焦制备过程液相聚合反应时间的方法，其特征在于所述的壳体(1)的内直径40mm-60mm，高为120mm-200mm。